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1、7.1 引言7.2 简单元件7.3 阻抗调配器和阻抗变换器7.4 定向耦合器与功率分配器7.5 微波谐振器7.6 微波滤波器7.7 微波铁氧体元件,第7章 微 波 元 件,在微波系统中，微波元件是用来对信号进行各种加工和处理的。 例如对信号进行分配、衰减、隔离、定向传输、相位控制、阻抗匹配与变换、波型变换、滤波等。它们是基于传输线的分布参数性质而制成的。,7.1 引 言,7.2.1 终端器件与连接器件7.2.2 衰减器与移相器7.2.3 波导分支结构,7.2 简单元件,1. 短路器与接头 短路器又称短路负载，其作用是将电磁波能量全部反射回去。将波导或同轴线的终端用金属导体全部封闭起来即构成波导
2、或同轴线短路器。实用中的短路器都做成了可调的，称为短路活塞，可用作调配器、标准可变电抗，广泛应用于微波测量。,7.2.1 终端器件与连接器件,1. 短路器与接头2. 匹配负载3. 波导的弯曲与扭转,短路活塞：接触式和扼流式,图7-2-1 矩形波导接触式短路活塞,物理接触点恰好位于电流波节点处，以减小损耗，避免发生打火。,图7-2-2 矩形波导山字形扼流式短路活塞,驻波比可以做到大于100。但因扼流槽尺寸与工作频率有关，故有10%15%的带宽限制。,图7-2-3是两种同轴线结构的扼流活塞， 其原理相同，不再重复。,图7-2-3 同轴线短路活塞,接头用于连接传输线，也有接触式和扼流式两种。法兰盘结
3、构形式有平法兰盘和扼流式法兰盘两种，如图7-2-4所示。,扼流式结构的应用相当广泛,2. 匹配负载匹配负载是一种能全部吸收输入功率的终端元件，由一段终端短路的波导或同轴线构成，其中放有吸收微波功率的物质构成。 匹配负载的主要技术指标是工作带宽、输入驻波比和功率容量。匹配负载按其功率容量可分为小功率和大功率两种。,图7-2-5 小功率波导匹配负载,这种匹配负载在10%15%带宽内可，且其驻波比低于1.01。,图7-2-6 小功率同轴匹配负载,图7-2-7 高功率波导水负载,大功率匹配负载须采用“体”吸收的方法。考虑到热量吸收的同时，还要考虑到散热问题。,图7-2-8 波导弯头,3. 波导的弯曲与
4、扭转当传输线方向改变时，中间就要接入弯头， 弯头有折角及圆弧两种。,图7-2-9 波导弯曲,弧度半径R对于E面弯头R1.5b，对于H面弯头R1.5a,图7-2-10 扭转波导,有时需要改变极化方向而传输方向不变， 这就要用到均匀扭转,7.2.2 衰减器与移相器,吸收式衰减器2. 截止式衰减器3. 旋转极化衰减器4. 移相器,图7-2-11 矩形波导吸收式衰减器,1、衰减器：吸收式衰减、截止式衰减、旋转式极化衰减器,图7-2-12 截止式衰减器,当c时，波不能在波导中传输，处于截止状态，这种波导称为截止波导。此时波的振幅在波导中按ez衰减，且无相位变化。,图7-2-13 旋转极化衰减器,4. 移
5、相器理想的移相器应该是一个衰减为零、相移量可变的二端口网络，其散射矩阵为其中，为相移常数； l为移相器移相作用部分长度。可见改变移相量有两种方法：(1) 改变传输线的长度l，可以改变相移。 (2) 改变传输线的相位常数，也可以改变相移。,结构：将衰减器的吸收片换成低损耗介质片(如石英、聚四氟乙烯等)便成为介质片可调移相器。,1. E-T分支 2. H-T分支3. 双T分支及魔T,7.2.3 波导分支结构,结构特点为主波导的两臂1、2以分支臂4(称为电臂)为几何对称。,图7-2-14 E-T分支,图7-2-17 H-T分支,图7-2-20 波导双T,7.2.3 波导分支结构（主模TE10波）1.
6、 E-T分支,图7-2-14 E-T分支,图7-2-15 E-T分支各臂输入与输出情况,E-T传输特性：当从4端口输入时，1与2端口将有等幅反相的输出。当1与2端口将有等幅反相的输入时，4端口输出和。当1与2端口将有等幅同相的输入时，4端口输出差。当从1端口输入时，4与2端口将有等幅同相的输出。当从2端口输入时，4与1端口将有等幅同相的输出。,2. H-T分支,图7-2-17 H-T分支,图7-2-18 H-T分支各臂输入输出情况,H-T传输特性： (1) 当波由3臂输入时，1、2两臂有等幅同相输出，即S13=S23。 (2) 当波由1、2两臂等幅同相输入时，则在3臂有“和”输出。(3) 当波
7、由1、2两臂等幅反相输入时，则在3臂有“差”输出。(4) 当波由1臂输入时，则在2、3臂有等幅同相输出，即S21=S31。 (5)当波由2臂输入时，则在1、3两臂有等幅同相输出，即S12=S32。,图7-2-20 波导双T,3. 双T分支及魔T,主波导为1、2臂，3为H面分支臂，4为E面分支臂，几何对称面为T。,双T分支的一些重要特性：波由3臂输入时，1、2两臂有等幅同相的输出，即S13=S23。(2) 波由4臂输入时，1、2两臂有等幅反相的输出，即S14=S24(E-T接头的特性)。(3) 波由1、2两臂等幅同相输入时，3臂有“和”的输出，4臂无输出，即S43=0。 (4) 波由1、2两臂等
8、幅反相输入时，3臂有“和”的输出，4臂无输出，即S34=0。 (5) 根据双接头结构的对称性，又有S11=S22。 (6) 由互易性，又有S12=S21，S13=S31，S23=S32， S34=S43，S14=S41。,图7-2-21 魔T(匹配双T),一旦3、4两臂人为地调好匹配，则1、2两臂将自动达到匹配，这种匹配的双接头，通常称为“魔”，,由以上分析可得出匹配双的三个重要特性，如下所示： (1) 功率的平分性。相邻两端口有3 dB的耦合量，即由1端口1输入的功率，由3、4两端口平分输出（S13=S14）；由3端口输入的功率，由1、2两端口等幅同相平分输出S13=S23；由4端口输入的功
9、率，由1、2两端口等幅反相平分输出S14=- S24 ；(2) 对口隔离性。1端口与2端口，3端口与4端口互相隔离，即S12=S21=S34=S43=0；(3) 自动匹配性。如果3端口与4端口匹配，则1端口与2端口自动获得匹配，即S11=S22=S33=S44=0。,于是得魔T的S矩阵为：,7.3.1 微波电抗元件1. 膜片与螺钉1) 电容膜片平行波导宽边放置的金属膜片。,7.3 阻抗调配器和阻抗变换器,图7-3-1 电容膜片,2) 电感膜片平行窄边放置的金属膜片,图7-3-2 电感膜片,将电容性膜片和电感性膜片组合起来，则其等效电路是电感与电容的并联，可对某一频率发生谐振，因而称之为谐振窗。
10、,图7-3-3 谐振窗及等效电路,图7-3-4 天线收发开关示意图,如图7-3-4所示为雷达中天线收发开关的示意图。在两个谐振窗间的密闭空间充以容易电离的气体，当雷达发射的功率Pr到达谐振窗1时，因气体电离使谐振窗口成为一短路面，波将被反射而不进入接收机；当工作于接收状态时，由于功率小，不足以使气体电离，接收的信号将无反射地穿过谐振窗口而传送到接收机。,3) 螺钉与销钉当在矩形波导宽边中央插入金属螺钉,图7-3-5 调谐螺钉及其等效电路,2. 并联短截线由长线理论知道，长度为l的短路短线，其输入端的阻抗为Zin=jZ0 tanl。当0l/4时，Zin为感抗，如果短路短线长度很小， l(一般选用
11、l/8)，其输入阻抗可近似为故l的短路短线可以等效为一个并联电感， 其电感值为。,同样，长度为l(l)开路短线可近似等效为一个并联电容，其电容值为。,图7-3-6 带状线(微带线)短截线示意图及等效电路,3. 高低阻抗线由第6章习题6-11知, 长度为l、 特性阻抗为Z0的均匀无耗传输线段可以等效为T型电路；也可以等效为型电路，如图7-3-7所示。,图7-3-7 传输线段及其等效电路,7.3.2 阻抗调配器 阻抗调配器一般采用并联电纳的方式实现，其调配原理就是第4章中讲述的支节匹配。为克服匹配死区的不利影响，多采用三支节匹配器。根据传输线类型，须采用不同结构的电抗元件及连接方式。,图7-3-8 同轴调配器结构示意图,图7-3-9 矩形波导调配器结构示意图,7.3.3 /4阻抗变换器1. 多节变换器理论如图7-3-10所示为多节阻抗变换器，实际上就是将单节变换器的较大阻抗突变分散成若干个较小的突变，合理设计其突变的尺寸和长度，在一频带段范围内使其产生的反射互相抵消以致变得很小。,图7-3-10 多节变换器的局部反射系数,2. 切比雪夫阻抗变换器,图7-3-11 9节同轴切比雪夫变换器模型与仿真结果,
