1、第3章 微波元器件下 頁上 頁阻抗匹配與變換元件3.1定向耦合元件3.2微波諧振器3.3微波濾波器與微波鐵氧體元件3.4第3章 微波元器件下 頁上 頁阻抗匹配與變換元件3.1定向 微波雷達系統(tǒng) Radar System1 - 發(fā)射機；2 - 隔離器；3 - 天線轉(zhuǎn)換開關(guān)；4 - 饋線波導(dǎo)；5 - 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；6 - 輻射器； 7 - 天線反射器；8 - 混頻器；9 - 可變衰減器；10-本地振蕩器；11-前中放大器。64 1 2 3 89101157下 頁上 頁 微波雷達系統(tǒng) Radar System1 - 發(fā)射機；微波通信系統(tǒng) Communication System混頻器本振功放濾波器濾波器

2、低噪放本振混頻器天線中頻信號中頻信號雙工器下 頁上 頁微波通信系統(tǒng) Communic 微波測試系統(tǒng) Test System1235689471 - 小功率振蕩器；2 - 固定衰減器；3 - 定向耦合器；4 - 波長計；5 - 可變衰減器；6 - 定向耦合器；7 - 功率指示器；8 - 測量線；9 - 被測元件。下 頁上 頁 微波測試系統(tǒng) Test System123568947 微波電路系統(tǒng)下 頁上 頁 微波電路系統(tǒng)下 頁上 頁 微波元器件微波環(huán)行器功分器微帶濾波器數(shù)字移相器微波衰減器微波鐵氧體移相器下 頁上 頁 微波元器件微波環(huán)行器功分器微帶濾波器數(shù)字移相器微波衰減器微 微波元件的分類:下

3、頁上 頁按傳輸線型分：波導(dǎo)型、同軸型和微帶型等。按功能分：連接元件、終端元件、匹配元件、衰減元件、 相移元件、分路元件、波型變換元件、濾波元件等。按變換性質(zhì)分：線性互易元件：元件中不含有非線性和非互易性的物質(zhì)。線性非互易元件：元件中包含磁化鐵氧體等各向異性媒質(zhì)，具有非互易特性，其散射矩陣是不對稱的。但仍工作于線性區(qū)域，屬于線性元件范圍。非線性元件：元件中含有非線性物質(zhì)，能對微波信號進行非線性變換，從而引起頻率的改變，并能通過電磁控制以改變元件的特性參量。返 回 微波元件的分類:下 頁上 頁按傳輸線型分：波導(dǎo)型、同軸型和3-1 阻抗匹配與變換元件下 頁上 頁電抗性微波元件在微波系統(tǒng)中起著類似于低

4、頻電路中L、C及其組合元件的作用。利用在傳輸線中插入某種元件，由于不連續(xù)性而激起的高次模所呈現(xiàn)的不同特性來構(gòu)成一個相當于集總參數(shù)的電感或電容。 波導(dǎo)中的電抗元件電抗性微波元件電感器是指能夠集中磁場和存儲磁能的元件；電容器是指能夠集中電場和存儲電能的元件。3-1 阻抗匹配與變換元件下 頁上 頁電抗性微波元件在微波下 頁上 頁電容膜片集中電場儲存電能adb在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊金屬膜片，在其上對稱或不對稱之處開一個與波導(dǎo)寬壁尺寸相同的窄長窗口。jBY0Y0電納的近似計算公式為：下 頁上 頁電容膜片集中電場儲存電能adb在矩形波導(dǎo)的橫向放下 頁上 頁電感膜片集中磁場儲存磁能通過在波導(dǎo)窄壁上放置金屬

5、膜片使波導(dǎo)寬壁上的電流產(chǎn)生分流，從而在膜片的附近產(chǎn)生磁場，并存儲磁能。badjXY0Y0電納近似計算公式：下 頁上 頁電感膜片集中磁場儲存磁能通過在波導(dǎo)窄壁上放置金屬諧振窗abba諧振波長：諧振時，并聯(lián)回路的電抗為無窮大，無反射；失諧時，并聯(lián)回路的電抗為容性或感性，反射較大；作用：一個諧振窗相當于帶通濾波器，諧振的頻率就是可通過的頻率。下 頁上 頁諧振窗abba諧振波長：諧振時，并聯(lián)回路的電抗為無窮大，下 頁上 頁銷釘ab將銷釘看作是具有一定寬度和厚度的窄條電感膜片。電感棒越粗，相對電納越大。同樣直徑的電感棒，根數(shù)越多，相對電納越大。銷釘根數(shù)越多，幾何尺寸越大，引起的高次模就越多，高次模所儲存

6、的磁場就越大，其等效感性電納也就越大。jXY0Y0三銷釘?shù)南鄬﹄娂{：下 頁上 頁銷釘ab將銷釘看作是具有一定寬度和厚度的窄條電感下 頁上 頁LbhbhLCCbh螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，電納的性質(zhì)和大小也隨之改變，使用方便，是小功率微波設(shè)備中常采用的調(diào)諧和匹配元件。 螺釘調(diào)配器（bolt tuner）下 頁上 頁LbhbhLCCbh螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，下 頁上 頁螺釘調(diào)配器的應(yīng)用下 頁上 頁螺釘調(diào)配器的應(yīng)用等效成雙支節(jié)調(diào)配器距負載兩個固定的位置處各并聯(lián)一個短路線（或開路線）支節(jié)固定d1和d2， d2一般取/8,/4或3/8但不能選/2調(diào)節(jié)l 1，l2下 頁上 頁等效成雙支節(jié)調(diào)配器距負

7、載兩個固定的位置處各并聯(lián)一個短路線（或 工作原理 假設(shè)已匹配，Yb1 Yb1jB，b必在G1的電導(dǎo)圓上。 從 b 到 a，對應(yīng)等反射系數(shù)圓上逆時針旋轉(zhuǎn) 2d24d2/ a 應(yīng)在由 G1 的電導(dǎo)圓沿逆時針旋轉(zhuǎn) 所得的輔助圓上。 a 點的導(dǎo)納不一定在輔助圓上，調(diào)節(jié) 電納支路 2 ，使 a 落在輔助圓上。下 頁上 頁bZLd1abd2bajB1bad2ajB2 工作原理下 頁上 頁bZLd1abd2bajB1ba缺點：存在死區(qū)，某些情況得不到匹配死區(qū)：與輔助圓相切的等G圓只適用于匹配由負載產(chǎn)生的駐波比較小的傳輸線系統(tǒng)。下 頁上 頁缺點：存在死區(qū)，某些情況得不到匹配死區(qū)：與輔助圓相切的等G三支節(jié)調(diào)配器

8、 距負載三個固定的位置處，各并聯(lián) 一個短路線（或開路線）支節(jié) 通常取d3d2/4 （或/8） 調(diào)節(jié)l 1，l2 ，l3若A點在死區(qū)內(nèi)，調(diào)節(jié)支節(jié)1，使其輸入端為開路狀態(tài)A與A點相同若d2= /4，則B點總能跳出死區(qū)再使用支節(jié)2和支節(jié)3調(diào)配下 頁上 頁三支節(jié)調(diào)配器 距負載三個固定的位置處，各并聯(lián) 下 頁上 頁/4阻抗變換器主傳輸線特性阻抗為Z0，終端接純電阻性負載ZL，若ZL Z0 ，則可以在傳輸線與負載之間接一段特性阻抗為Z1 、長度 l=p0/4 的傳輸線段來實現(xiàn)匹配。 阻抗變換器設(shè)此時 T0 面上的反射系數(shù)在中心頻率附近，右式可近似為：取模下 頁上 頁/4阻抗變換器主傳輸線特性阻抗為Z0，終

9、端接純下 頁上 頁根據(jù)上述表達式，可以畫出 隨 變化的曲線如右圖所示。可以看出， 隨 (或頻率)作周期變化，周期為 。如果設(shè) 為反射系數(shù)模的最大容許值，則由/4 阻抗變換器所提供的工作帶寬對應(yīng)于圖中限定的頻率范圍。通常用分數(shù)帶寬 Wq 表示頻帶寬度，Wq 與 m 有如下關(guān)系：當 時，GG=m下 頁上 頁根據(jù)上述表達式，可以畫出 隨 變化的曲線下 頁上 頁多支節(jié)/4阻抗變換器用/4阻抗變換器只有在特定頻率上才滿足匹配條件, 即/4阻抗變換器的工作頻帶很窄。要使變換器在較寬的工作頻帶內(nèi)仍可實現(xiàn)匹配, 必須采用多階梯阻抗變換器。下 頁上 頁多支節(jié)/4阻抗變換器用/4阻抗變換器只有在特下 頁上 頁令圖

10、示的兩節(jié)/4階梯阻抗變換器 (每節(jié)長度均為l = p0/4) 兩端所接傳輸線的特性阻抗分別為Z0 和 ZL (ZL Z0)。當工作于中心頻率 f0 時，電長度 = l = /2。0、1 及 2 分別對應(yīng)各階梯處參考面上 ( T0、T1 及 T2 ) 的局部電壓反射系數(shù)。設(shè)兩節(jié) /4 傳輸線段的特性阻抗分別為 Z1 和 Z2 (ZL Z1 Z2 Z0 ) ，則局部電壓反射系數(shù)分別為：下 頁上 頁令圖示的兩節(jié)/4階梯阻抗變換器 (每節(jié)長度均為下 頁上 頁在 T0 參考面上， T0 面上總的電壓反射系數(shù)為： 然而在多節(jié)階梯的情況下，由于多節(jié)突變面數(shù)目增多，參與抵消作用的反射波數(shù)量也增多，從而在m相同

11、的條件下，使工作頻帶增寬。 對于 N 節(jié)階梯變換器 其模值為： 下 頁上 頁在 T0 參考面上， T0 面上總的電壓反射系數(shù)下 頁上 頁漸變線阻抗變換器漸變線可以看作是由階梯數(shù)目無限增多而每個階梯段長度無限縮短的階梯變換器演變而來。漸變線輸入端總的反射系數(shù) in 為： 上式取模，則有： 下 頁上 頁漸變線阻抗變換器漸變線可以看作是由階梯數(shù)目無限增下 頁上 頁|in|隨L的變化曲線下 頁上 頁|in|隨L的變化曲線下 頁上 頁 連接元件和轉(zhuǎn)接器微波連接元件接頭：將相同類型傳輸線連接在一起的裝置。常用接頭：同軸接頭、波導(dǎo)接頭。對接頭的基本要求：連接點接觸可靠；不引起電磁波的反射；輸入駐波比盡可能小

12、,一般在1.2以下；工作頻帶要寬；電磁能量不會泄漏到接頭外面；而且結(jié)構(gòu)要牢靠,裝拆方便,容易加工等。下 頁上 頁 連接元件和轉(zhuǎn)接器微波連接元件接頭：將相同類型傳下 頁上 頁波導(dǎo)接頭1,2處于半波長短路線的輸入端，阻抗為0，電接觸良好。抗流接頭體積小，工作頻帶寬，機械加工要求高。平接頭短路面下 頁上 頁波導(dǎo)接頭1,2處于半波長短路線的輸入端，阻抗為0下 頁上 頁同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)接元件它將同軸線的一端加信號，另一端的內(nèi)導(dǎo)體伸入矩形波導(dǎo)內(nèi)，則同軸線中的 TEM 模就會激勵起矩形波導(dǎo)中的 TE10 模，反之亦然。從而實現(xiàn)了模式變換。為了要使同軸線與波導(dǎo)相匹配，要調(diào)節(jié)同軸線的內(nèi)導(dǎo)體插入波導(dǎo)的深度 h

13、以及偏心距 d 及短路活塞位置。下 頁上 頁同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)接元件它將同軸線的一端加信號，下 頁上 頁波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)接器由于矩形波導(dǎo)的等效阻抗通常在300400之間，而微帶線特性阻抗一般為50；而且矩形波導(dǎo)的高度b又比微帶線襯底高度h大得多，因此兩種傳輸線不能直接相接。通常在波導(dǎo)和微帶線之間加一段脊波導(dǎo)過渡段來實現(xiàn)阻抗匹配。下 頁上 頁波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)接器由于矩形波導(dǎo)的等效阻抗通常在30下 頁上 頁同軸-微帶轉(zhuǎn)接器將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體向外延伸一小段(長度約為 12mm )與微帶線中心導(dǎo)帶搭接，同軸線的外導(dǎo)體與微帶線的接地平面相連的外殼通過法蘭相連，這種接頭根據(jù)報導(dǎo)，可以在 10GHz 以下的頻率范圍內(nèi)

14、，得到小于1.15的駐波比，在一般工程中應(yīng)用得到滿意的結(jié)果。返 回下 頁上 頁同軸-微帶轉(zhuǎn)接器將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體向外延伸一小段(3-2 定向耦合元件下 頁上 頁3.2.1 定向耦合器的基本概念工作原理：當功率由端口(1)輸入時，一部分功率通過直通端口(2)輸出；另一部分功率耦合到副線中，利用各分波的場矢量疊加或波程差，設(shè)法使耦合到副線中的波在其中一端口同相疊加形成耦合口，而在另一端口反相抵消形成隔離口。監(jiān)視功率頻率和頻譜；分配和合成功率；構(gòu)成雷達天線的收發(fā)開關(guān)平衡混頻器和測量電橋；測量反射系數(shù)和功率應(yīng)用定向耦合器定向耦合器可等效為四端口網(wǎng)絡(luò)3-2 定向耦合元件下 頁上 頁3.2.1 定向耦合器的

15、基下 頁上 頁 定向耦合器的分類圖(a)微帶分支定向耦合器； 圖(b)波導(dǎo)單孔定向耦合器；圖(c)平行耦合線定向耦合器；圖(d)波導(dǎo)匹配雙T；圖(e)波導(dǎo)多孔定向耦合器； 圖(f)微帶混合環(huán)。下 頁上 頁 定向耦合器的分類圖(a)微帶分支定向耦合器； 下 頁上 頁 定向耦合器的技術(shù)指標定向耦合器(一) 耦合度C輸入端的輸入功率 P1 和耦合端的輸出功率 P3 之比的分貝數(shù)。耦合度又可表示為：由此可見耦合度的分貝數(shù)愈大，耦合愈弱。把耦合度為010dB稱為強耦合定向耦合器;把耦合度為1020dB稱為中等耦合定向耦合器;把大于20dB的耦合度稱為弱耦合定向耦合器。下 頁上 頁 定向耦合器的技術(shù)指標定

16、向耦合器(一) 下 頁上 頁(二) 隔離度D輸入端的輸入功率 P1 和隔離端的輸出功率 P4 之比。用分貝數(shù)表示為：在理想情況下，隔離端口應(yīng)沒有輸出功率，但由于受設(shè)計公式和制造精度的限制，使隔離端口尚有一些功率輸出。工程上通常采用耦合端口和隔離端口的輸出功率之比的分貝數(shù)來表示定向耦合器的定向傳輸性能，稱之為定向性系數(shù) ，即：下 頁上 頁(二) 隔離度D輸入端的輸入功率 P1 和隔離端下 頁上 頁(三) 輸入駐波比將除定向耦合器輸入端口外的其余各端口均接匹配負載時，輸入端的駐波比定義為定向耦合器的輸入駐波比。此時的網(wǎng)絡(luò)輸入端的反射系數(shù)即為網(wǎng)絡(luò)的散射參量S11，故有：(四) 工作頻帶寬度滿足定向耦

17、合器上述四個指標的頻率范圍，即為定向耦合器的工作頻帶寬度，簡稱工作帶寬。下 頁上 頁(三) 輸入駐波比將除定向耦合器輸入端口外的其下 頁上 頁 定向耦合器的網(wǎng)絡(luò)分析一個互易、無耗、完全對稱、完全匹配的四端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)矩陣可以簡化為：無耗網(wǎng)絡(luò)的一元性性質(zhì)：一個互易、無耗、完全對稱、完全匹配的四端口網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成一個理想定向耦合器。定向耦合器下 頁上 頁 定向耦合器的網(wǎng)絡(luò)分析一個互易、無耗、完全對稱、下 頁上 頁若S14=0，四端口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正向定向耦合器，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)滿足的方程為：設(shè)若S13=0，四端口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成反向定向耦合器，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)滿足的方程為：設(shè)即：即：理想定向耦合器直通端與耦合端相差90度下

18、頁上 頁若S14=0，四端口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正向定向耦合器，網(wǎng)絡(luò)四端口網(wǎng)絡(luò)的特性四端口網(wǎng)絡(luò)可以同時具有互易、無耗及完全匹配的特性。性質(zhì)1 無耗互易四端口網(wǎng)絡(luò)可以完全匹配，且為一理想定向耦合器（一定有一個口隔離）。性質(zhì)2 有理想定向性的無耗互易四端口網(wǎng)絡(luò)不一定四個端口均匹配，即四個端口匹配是定向耦合器的充分非必要條件。性質(zhì)3 有兩個端口匹配且相互隔離的無耗互易四端口電路必為一理想定向耦合器，且其余兩個端口亦自動匹配并相互隔離。 下 頁上 頁一個可逆無耗四端口網(wǎng)絡(luò)，各個端口完全匹配，有一個端口同輸入端口完全隔離，輸入功率在其余兩個端口上分配輸出，這種網(wǎng)絡(luò)稱為理想定向耦合器。四端口網(wǎng)絡(luò)的特性四端口網(wǎng)絡(luò)可以同

19、時具有互易、無耗及完全匹配的下 頁上 頁3.2.2 平行耦合線定向耦合器當信號從端口1輸入，沿主傳輸線1-2傳輸時，部分信號能量通過電場（等效為電容耦合）和磁場（等效為電感）耦合到副傳輸線3-4上，引起電流。通過電容耦合到副線上的電流 Ic3 和 Ic4 分別向端口3和端口4傳輸，而通過電感耦合到副線的電流 Il 只向端口3傳輸。兩種電流在端口3同向相加，在端口4反向相減。在適當?shù)鸟詈蠗l件下兩部分信號在端口4 相互抵消，使端口4無輸出，只有端口2和3有輸出，從而構(gòu)成反向定向耦合器。 基本工作原理下 頁上 頁3.2.2 平行耦合線定向耦合器當信號從端口1輸下 頁上 頁1111奇模激勵偶模激勵+

20、平行線定向耦合器的分析求平行耦合線的散射矩陣采用奇偶模激勵法分析：偶模激勵平行線等效為單根偶模傳輸線：奇模激勵平行線等效為單根奇模傳輸線：下 頁上 頁1111奇模激勵偶模激勵+ 平行線定向耦下 頁上 頁11偶模激勵傳輸線的S矩陣為：奇模激勵傳輸線的S矩陣為：11下 頁上 頁11偶模激勵傳輸線的S矩陣為：奇模激勵傳下 頁上 頁則任意激勵時平行耦合線的S參數(shù)為：下 頁上 頁則任意激勵時平行耦合線的S參數(shù)為：下 頁上 頁若要求四個端口完全匹配，則：求平行耦合線定向耦合器實現(xiàn)條件則有 及在中心頻率上 ，則有：四端口自然隔離令中心頻率下的電壓耦合系數(shù)下 頁上 頁若要求四個端口完全匹配，則：求平行耦合線定

21、向耦合S13和S12相位相差90度，故平行耦合線定向耦合器是一全波段90度反向定向耦合器。耦合系數(shù)公式：在中心頻率上有：下 頁上 頁在中心頻率上耦合最強，偏離中心頻率越遠，耦合越弱。奇偶模特性阻抗分別為：S13和S12相位相差90度，故平行耦合線定向耦合器是一全波下 頁上 頁平行耦合線耦合器設(shè)計過程設(shè)計 平行耦合線定向耦合器時，首先根據(jù)中心頻率上的耦合系數(shù)確定出 k0 ：然后確定奇偶模特性阻抗：由奇偶模特性阻抗便可確定出平行耦合線尺寸和中心頻率奇偶模傳輸線的波導(dǎo)波長。最后確定耦合線段的長度：設(shè)計實例下 頁上 頁平行耦合線耦合器設(shè)計過程設(shè)計 下 頁上 頁微帶結(jié)構(gòu)改善方向性的方法將耦合區(qū)段做成鋸齒

22、縫隙以加大電容耦合系數(shù)：下 頁上 頁微帶結(jié)構(gòu)改善方向性的方法將耦合區(qū)段做成鋸齒縫隙以下 頁上 頁波導(dǎo)單孔定向耦合器3.2.3 波導(dǎo)定向耦合器結(jié)構(gòu)：由主波導(dǎo)以及副波導(dǎo)構(gòu)成，公共壁為寬壁，耦合機構(gòu)是開在公共寬壁中央的小孔。波導(dǎo)定向耦合器中線稱為主線線稱為副線作用：作為功率測量或監(jiān)視裝置等。工作原理：通過電場耦合與磁場耦合的共同作用實現(xiàn)定向耦合。是一種反向耦合器。在制造和應(yīng)用上都有缺點，故較少采用。下 頁上 頁波導(dǎo)單孔定向耦合器3.2.3 波導(dǎo)定向耦合器結(jié)構(gòu)工作原理：設(shè)電磁波信號由端口輸入，其中的大部分信號向端口傳輸，一部分波通過兩個孔耦合到副波導(dǎo)中。由于兩孔相距 ，結(jié)果在端口方向的波相位同相而增強

23、，在端口方向則因相位反相而相互抵消。波導(dǎo)雙孔定向耦合器采用雙孔耦合器可展寬頻帶，一般為窄帶濾波器。公共寬臂或窄臂上相距 的雙孔耦合器如右圖所示：下 頁上 頁工作原理：設(shè)電磁波信號由端口輸入，其中的大部分信號向端口下 頁上 頁123N多孔定向耦合器（頻帶較寬）下 頁上 頁123N多孔定向耦合器（頻帶較寬）下 頁上 頁3.2.4 分支定向耦合器分支定向耦合器結(jié)構(gòu)由主線、副線和兩條分支線組成的3dB定向耦合器。分支定向耦合器特性當所有端口匹配時，由端口輸入的功率：直通臂：輸出相位比端口輸入的相位滯后p/2。 耦合臂：一路經(jīng)2lg/4、另一路經(jīng)2lg/4（等幅同相）在端口輸出，輸出相位比口輸入的相位滯

24、后p。隔離口：一路經(jīng)lg/4、另一路經(jīng)3lg/4（等幅反相）在端口輸出， 端口無輸出。下 頁上 頁3.2.4 分支定向耦合器分支定向耦合器結(jié)構(gòu)由主當輸入信號分別加于端口和端口時，則在端口輸出和信號（和端口），在端口輸出差信號（差端口）。信號由端口輸入時，端口和為等幅同相輸出，端口無輸出（隔離端口）；若信號由端口輸入，端口和為等幅反相輸出，端口無輸出（隔離端口）。下 頁上 頁混合環(huán)（環(huán)形電橋）例題講解當輸入信號分別加于端口和端口時，則在端口輸出和信號（和3.2.5 功率分配器將一路微波功率按一定比例分成 n 路輸出的功率元件稱為功率分配器。按輸出功率比例不同, 可分為等功率分配器和不等功率分配器

25、。在結(jié)構(gòu)上, 大功率往往采用同軸線型而中小功率常采用微帶線型。下 頁上 頁3.2.5 功率分配器將一路微波功率按一定比例分成 n 路輸下 頁上 頁微帶三端口功率分配器右圖為微帶三端口功率分配器的平面結(jié)構(gòu)。輸入端口的特性阻抗為 Z0 ，分成的兩段微帶線電長度為g/4，特性阻抗分別是 Z02 和 Z03 ，終端分別接有電阻 R2 和 R3 。 功率分配器的基本要求: 端口“、”輸出功率比值為任意指定值，設(shè)為 端口“、”輸出電壓相等且同相； 端口“”無反射； 微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)下 頁上 頁微帶三端口功率分配器右圖為微帶三端口功率分配器的下 頁上 頁根據(jù)以上三條有：這樣共有 R2、R3、Z02、

26、Z03 四個參數(shù)，而只有三個約束條件，故可任意指定其中一個參數(shù)。設(shè) R2=kZ0 ，于是由左邊兩式可得其它參數(shù)：再根據(jù)傳輸線理論：下 頁上 頁根據(jù)以上三條有：這樣共有 R2、R3、Z02、Z實際的功率分配器終端負載并不是純電阻，而是特性阻抗為Z0的傳輸線。可用g/4阻抗變換器（特性阻抗分別為 Z04 和 Z05 ）將其變?yōu)樗桦娮琛Ｓ捎赨2、U3等幅同相，在“、”端跨接電阻Rj，既不會影響功率分配器性能，又可增加隔離度。于是實際功率分配器平面結(jié)構(gòu)如下圖所示。下 頁上 頁薄膜電阻Rj值的確定：阻抗變換器特性阻抗值的確定：實際的功率分配器終端負載并不是純電阻，而是特性阻抗為Z0的傳威爾金森功率分配

27、器是一種有耗三端口完全匹配的網(wǎng)絡(luò)。它可以實現(xiàn)任意的功率分配比，且輸出端口之間可實現(xiàn)隔離。可用微帶線來實現(xiàn)。下 頁上 頁威爾金森功率分配器威爾金森功率分配器是一種有耗三端口完全匹配的網(wǎng)絡(luò)。它可以實現(xiàn) Y形分支 T形分支微帶天線陣下 頁上 頁功率分配器的應(yīng)用微帶天線陣元微帶線 Y形分支 T形分支微帶天線陣下 頁上 頁功率分配器的應(yīng)用微串聯(lián)支路等效在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調(diào)節(jié)串聯(lián)支路的輸入阻抗（近似為純電抗），作為電抗元件使用。jX12等效3.2.6 波導(dǎo)匹配雙T下 頁上 頁 波導(dǎo) E-T 分支串聯(lián)支路等效在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路3臂輸入時，信號從1、2臂等幅、反相輸出

28、；3臂自身有反射，但若在該臂加入匹配裝置，能使3臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出；下 頁上 頁能量分配功能 1 臂輸入時，從 2、3 臂輸出； 2 臂輸入時，從 1、3 臂輸出；3臂輸入時，信號從1、2臂等幅、反相輸出；下 頁上 頁能量兩信號分別從1、2臂輸入，并且到達分支波導(dǎo)中軸面T面時相位相同，3臂輸出兩信號之差，稱為差信號。若兩輸入信號等幅，則3臂無輸出；信號1 信號2信號1T下 頁上 頁求差求和信號的功能信號2T信號1 + 信號2信號1信號2兩信號分別從1、2臂輸入，并且到達分支波導(dǎo)中軸面T面時相位相反，3臂輸出兩信號之和，稱為和信號。兩信號分別從1、2臂輸入，并且到達分支波導(dǎo)中軸面

29、T面時相位相口輸入，、均有輸出；口輸入，、均有輸出口輸入，、等幅反相輸出、等幅同相輸入，口沒有輸出、等幅反相輸入，口輸出最大ET分支小結(jié)（總與反相聯(lián)系）下 頁上 頁口輸入，、均有輸出；口輸入，、均有輸出ET分支等效213并聯(lián)支路123等效下 頁上 頁 波導(dǎo) H-T 分支2jX1在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調(diào)節(jié)并聯(lián)支路的輸入阻抗（可以等效為純電抗），作為電抗元件使用。等效213并聯(lián)支路123等效下 頁上 頁 波導(dǎo) H-T 分支下 頁上 頁能量分配功能3臂輸入時，信號從1、2臂等幅、同相輸出；3臂自身有反射，但若在該分支波導(dǎo)加入匹配裝置，可使3臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出； 1

30、臂輸入時，從2、3臂輸出 2臂輸入時，從1、3臂輸出 下 頁上 頁能量分配功能3臂輸入時，信號從1、2臂等HT分支下 頁上 頁例題講解HT分支下 頁上 頁例題講解123信號1信號2信號1信號2兩信號分別從1、2臂輸入，且到達分支波導(dǎo)中軸T面時相位相同，則3臂輸出兩信號之和，稱為和信號。T下 頁上 頁求和信號的功能123信號1信號2信號1信號2兩信號分別從1、2臂輸入，且123信號1信號2信號1信號2兩信號分別從1、2臂輸入，且到達分支波導(dǎo)中軸T面時相位相反，則3臂輸出兩信號之差，稱為差信號。若此時兩信號等幅，則3臂無輸出；T下 頁上 頁求差信號的功能123信號1信號2信號1信號2兩信號分別從1

31、、2臂輸入，且口輸入，、均有輸出；口輸入，、均有輸出口輸入，、等幅同相輸出、等幅同相輸入，口輸出最大、等幅反相輸入，口沒有輸出HT分支小結(jié)（總與同相聯(lián)系）下 頁上 頁口輸入，、均有輸出；口輸入，、均有輸出HT分支123（E）4（H） 主要特性： 1、2同相輸入：3輸出差信號，4輸出和信號； 3輸入：1、2等幅、反相輸出，4無輸出； 4輸入：1、2等幅、同相輸出，3無輸出； 3、4相互隔離（相互不可傳送信號）。 雙T散射矩陣下 頁上 頁 波導(dǎo)匹配雙 T 分支普通雙T接頭123（E）4（H） 主要特性： 雙T散射矩陣下 頁上 頁 132 “3臂、4臂隔離”的原因：T 3臂輸入的TE10 模式關(guān)于中

32、軸面T反對稱，而4臂中TE10模式關(guān)于中軸面T對稱，故相互不能激勵。 3臂（或4臂）輸入的TE10 模可以在4臂（或3臂）中激勵起高次模，但高次模式不能傳輸，不能輸出。3臂輸入，4臂無輸出132T4臂輸入，3臂無輸出下 頁上 頁132 “3臂、4臂隔離”的原因：T 3臂輸入的TE匹配雙T（魔T）123（E）4（H）調(diào)匹配的裝置任何端口都與外接傳輸線相匹配；3、4匹配之后，1、2自動匹配；3、4臂相互隔離；1、2臂相互隔離； 3輸入：1、2等幅、反相輸出，4無輸出；4輸入：1、2等幅、同相輸出，3無輸出；1、2均有輸入：3輸出差信號，4輸出和信號； 主要特性：下 頁上 頁 雙T散射矩陣對口隔離、

33、鄰口3dB 耦合、完全匹配匹配雙T（魔T）123（E）4（H）調(diào)匹配的裝置任何端口都與下 頁上 頁某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)匹配雙T的應(yīng)用雙聯(lián)魔T做雷達收發(fā)開關(guān)來自發(fā)射機的大功率信號從魔T1的端口4輸入后，只能經(jīng)由端口1、2等幅同相輸出，到達放電管時惰性氣體打火，使信號被全反射，而不能到達接收機。又由于兩放電管與魔T接頭的距離相差 ，使反射信號到達端口1、2時等幅反相，故只能經(jīng)端口3送至雷達天線。來自雷達天線的回波信號從魔T1接頭的端口3輸入以后，端口4無輸出（即不能到達發(fā)射機），而只能經(jīng)端口1、2等幅反相輸出。由于放電管對小功率信號不起作用，故回波信號可順利到達魔T2接頭的端口1、2并保持等幅反

34、相關(guān)系，于是只能經(jīng)端口3至接收機。下 頁上 頁某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)匹配雙T的應(yīng)用雙聯(lián)魔T做雷下 頁上 頁利用魔T構(gòu)成微波電橋信號從3口輸入，4口檢測到的是待測負載和標準負載兩者引起的反射信號的差值，調(diào)整標準負載直到匹配功率計的讀數(shù)為零，則得待測負載的阻抗。短路活塞短路活塞匹配信號源匹配負載利用魔T實現(xiàn)對任意負載的調(diào)配待測負載阻抗標準負載阻抗匹配信號源匹配功率計利用魔T對口隔離，鄰口分配的特性，任意負載引起的反射只能進入E-T分支和H-T分支，不能直接進入1口，短路活塞 ，只要使 就能使進入E-T分支和H-T分支的反射波在接頭處抵消、實現(xiàn)1口無反射。返 回下 頁上 頁利用魔T構(gòu)成微波電橋信號從

35、3口輸入，4口檢測到的下 頁上 頁3-3 微波諧振元件微波諧振器是具有儲能與選頻特性的微波諧振元件微波諧振器分成兩大類傳輸線類型的諧振器：由微波傳輸線構(gòu)成，只要在結(jié)構(gòu)上采取某些措施（如開路或短路等）就可構(gòu)成微波諧振腔。非傳輸線類型的諧振器：由特殊空腔構(gòu)成，形狀復(fù)雜，不能看成是由某種傳輸線構(gòu)成。例如：環(huán)形諧振腔、混合同軸線型諧振腔以及其他形狀（球形、槽形、扇形）諧振腔等。微波諧振器與集總參數(shù)諧振器主要區(qū)別分布參數(shù)電路多諧性高Q值下 頁上 頁3-3 微波諧振元件微波諧振器是具有儲能與選頻下 頁上 頁3.3.1 微波諧振器的特性參數(shù)諧振頻率 f0諧振腔中該模式的場發(fā)生諧振時的頻率，也稱固有頻率，對應(yīng)

36、的波長為諧振波長0EejbEejalZ1Z2廣義傳輸線型諧振器可等效為一段長度為l，兩端接純電抗性負載Z1和Z2的傳輸線。諧振條件用T參考面兩邊的反射系數(shù)來表示，則有相位關(guān)系：對于理想電壁或磁壁長為p/2整數(shù)倍的短路或開路廣義傳輸線可構(gòu)成微波傳輸線型諧振器。下 頁上 頁3.3.1 微波諧振器的特性參數(shù)諧振頻率 f0諧由諧振條件可求出 ：由 可求出諧振頻率 fr 或諧振波長 r ：對于無色散波：對于色散波：多諧性當諧振腔的尺寸 l，填充的介質(zhì)以及 Z1 和 Z2（可確定 1 和 2 ）已知時，不同的 p（p=0, 1, 2, ）表示許多不同的諧振波型（振蕩模式），對應(yīng)著不同的 ，即對應(yīng)著不同的諧

37、振頻率 fr下 頁上 頁由諧振條件可求出 ：由 可求出諧振頻率 fr 或諧振下 頁上 頁品質(zhì)因數(shù) Q設(shè) P WT / T 為一周期內(nèi)諧振腔中的平均損耗功率 wr 2 fr 2 / T 為諧振角頻率Q0是衡量腔內(nèi)儲能與耗能的一種質(zhì)量指標，所以稱為品質(zhì)因數(shù)； Q0 大表示損耗小，頻率選擇性強、工作穩(wěn)定度高，但工作頻帶窄； Q0 小，則反之微波諧振器的Q0要比集總參數(shù)的低頻諧振回路的Q0高得多假定無介質(zhì)損耗，腔內(nèi)損耗功率只與腔壁內(nèi)表面材料所引起的導(dǎo)體損耗有關(guān)下 頁上 頁品質(zhì)因數(shù) Q設(shè) P WT / T 為一周期內(nèi)等效諧振電導(dǎo)G0是與腔內(nèi)損耗功率有關(guān)的參數(shù)將諧振腔等效為集總參數(shù)諧振回路的形式設(shè)腔內(nèi)的功

38、率損耗為 P ，則即腔內(nèi)所選參考面處等效電壓幅值CLG0UmG0不唯一，因為Um不唯一，與積分路徑及其起點、終點有關(guān)等效電路問題：一個諧振腔可以諧振于無窮多模式，每個模式的等效電路一般不同；實際的等效電路應(yīng)與所選工作模式及工作頻率范圍對應(yīng)；所選參考面不同，可等效為LC并聯(lián)諧振回路也可等效為串聯(lián)回路等效電導(dǎo) G0下 頁上 頁等效諧振電導(dǎo)G0是與腔內(nèi)損耗功率有關(guān)的參數(shù)設(shè)腔內(nèi)的功率損耗為 基本振蕩模式：電容加載同軸線諧振腔/2 型同軸線諧振腔/4 型同軸線諧振腔由同軸線構(gòu)成，主模：TEM模 優(yōu)點：場結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、無色散、無頻率下限，工作頻率范圍寬缺點：Q0 低3.3.2 幾種實用的微波諧振器 同軸

39、諧振腔下 頁上 頁實驗教學(xué)用同軸諧振腔 基本振蕩模式：由同軸線構(gòu)成，主模：TEM模 缺點：Q0 多諧性調(diào)諧:電容調(diào)諧（改變 d ）電感調(diào)諧（改變 l ）電容加載同軸線諧振腔ldlll2BO下 頁上 頁電容加載同軸諧振腔又稱為縮短電容同軸線諧振腔。它的一端短路，另一端內(nèi)導(dǎo)體端面與外導(dǎo)體短路面之間形成一個集中電容。多諧性調(diào)諧:電容加載同軸線諧振腔ldlll2BO下 頁上 頁/2型同軸線諧振腔/4 型同軸線諧振腔下 頁上 頁兩端短路的同軸腔一端短路一端開路的同軸腔微波接收器應(yīng)用（多諧性、調(diào)諧）微波衍射儀/2型同軸線諧振腔/4 型同軸線諧振腔下 頁上 頁兩端短將矩形波導(dǎo)上相距為 l 的兩處位置用理想導(dǎo)

40、體短路，就構(gòu)成了矩形諧振腔。 矩形諧振腔振蕩模式及其場分布矩形波導(dǎo) TE 模和 TM 模諧振腔 TEmnp 和 TMmnp，其中下標 m、n 和 p 分別表示場分量沿波導(dǎo)的寬壁，窄壁以及長度上變化的半駐波數(shù)下 頁上 頁 最低振蕩模式 TE101 模矩形諧振腔電場分布l將矩形波導(dǎo)上相距為 l 的兩處位置用理想導(dǎo)體短路，就構(gòu)成了下 頁上 頁諧振波長若矩形諧振腔長為 l ，橫截面尺寸為 ab，則其諧振波長為：簡并模簡并模式的特點：具有相同的諧振頻率和不同的電磁場空間分布結(jié)構(gòu)。應(yīng)用：微波爐，加熱器、干燥器等能獲得較均勻的加熱效果對于TE101模下 頁上 頁諧振波長若矩形諧振腔長為 l ，橫截面尺寸為 a結(jié)構(gòu)：可以看作是兩端用導(dǎo)體板封閉的一段長為 l ，半徑為 R 的圓波導(dǎo)。其坐標系如右圖所示。因此應(yīng)用廣泛，例如：諧振回路、波長計和回波箱等 圓波導(dǎo)諧振腔l2Rzrj下 頁上 頁特點：品質(zhì)因數(shù)值高；結(jié)構(gòu)堅固；加工方便；調(diào)諧方便場分布的分析方法和諧振波長的計算與矩形腔相同。圓柱腔內(nèi)有TEmnp和TMmnp兩種模式 W波段波導(dǎo)頻率計對其進行圓形旋轉(zhuǎn)就能改變圓形諧振器的長度，標尺可以讀出頻率值的大小。返 回設(shè)計實例結(jié)構(gòu)：可以看作是兩端用導(dǎo)體板封閉的一段長為 l ，半徑為 R3-4 微波濾波器與微波鐵氧體元件3.4.1 微波濾波器下 頁上 頁工作頻率：濾