微波技術(shù)第四章ppt課件

1、第4章 無源微波器件4.1 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.2 匹配元件和連接元件4.3 分路元件4.4 定向耦合器4.5 三分貝電橋4.6 微波衰減器和濾波器4.7 微波鐵氧體器件4.1 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.1.1 概述1. 微波網(wǎng)絡(luò)的概念與分類概念：為避開微波器件的內(nèi)部場結(jié)構(gòu)，將其視為具有幾個端口的微波網(wǎng)絡(luò)，再用類似于低頻網(wǎng)絡(luò)的方法處理，稱之為微波網(wǎng)絡(luò)方法 。分類： 分類方法類 型按端口數(shù)量分一口網(wǎng)絡(luò)、二口網(wǎng)絡(luò)、多口網(wǎng)絡(luò)按幾何對稱性分對稱網(wǎng)絡(luò)、非對稱網(wǎng)絡(luò)按物理對稱性分互易網(wǎng)絡(luò)、非互易網(wǎng)絡(luò)按功率損耗分無耗網(wǎng)絡(luò)、有耗網(wǎng)絡(luò)按變換類型分線性網(wǎng)絡(luò)、非線性網(wǎng)絡(luò)4.1.1 概述2. 微波網(wǎng)絡(luò)的特點（1必須針對確定的模式。（

2、2必須針對確定的參考面。只有參考面確定，對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參量才能確定。（3端口的電壓、電流宜用歸一化值。 iiiZII0iiiZUU0電壓：iIiIiIiI進波：歸一化進波：出波：歸一化出波：iiIUiaiiIUiUiUiUiUib4.1.1 概述2. 微波網(wǎng)絡(luò)的特點序號非歸一化形式歸一化形式123456表4-1-2 分析微波網(wǎng)絡(luò)時的一些基本關(guān)系式iiiUUUiiiiiiiZUZUUUU00iiiIIIiiiiiiiZIZIIII00iiiIUZ0iiiaIUiiiIUZ0iiibIU *21iiiIUP*212121iiiiiiiaaIIUUP *21iiiIUP *212121iiiiiiibb

3、IIUUP4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量1. 轉(zhuǎn)移參量A參量）（1歸一化轉(zhuǎn)移參量 b1 a1 Z01 I1 U1 Z Y S U2 a2 b2 I2 Z02 T2 T1 221221IdcUIIbaUUdcbaA A221221IDUCIIBUAU0201020102010102ZZdZZcZZbZZaDCBAA圖4-1-1 二口網(wǎng)絡(luò)及端口的電壓、電流 4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量（2轉(zhuǎn)移參量的物理意義 0212IUUa表示端口2開路時，端口2至端口1的 電壓轉(zhuǎn)移系數(shù) 0212UIUb表示端口2短路時，端口2至端口1的轉(zhuǎn)移阻抗。 0212IUIc表示端口2開路時，端口2至端口1的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。

4、0212UIId表示端口2短路時，端口2至端口1的 電流轉(zhuǎn)移系數(shù)。 4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量 例例4-1-1：串聯(lián)阻抗單元電：串聯(lián)阻抗單元電路如圖所示，推導(dǎo)該單元電路如圖所示，推導(dǎo)該單元電路的路的A矩陣。矩陣。 端口2開路時21UU 10212IUUa00212IUIc端口2短路時11ZIU 21IIZIUbU021210212UIId圖4-1-2 串聯(lián)阻抗單元電路 02I解：4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量（3轉(zhuǎn)移參量的性質(zhì)（4轉(zhuǎn)移參量的傳遞性若網(wǎng)絡(luò)對稱，有 a=d。若網(wǎng)絡(luò)互易，由ad-bc=1。若網(wǎng)絡(luò)無耗，有a、d為實數(shù)，b、c為純虛數(shù)。33222IUIUA21AAAnAAAA2133

5、213311IUIUIUAAA22111IUIUA圖4-1-3 二口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián) 4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量2. 散射參量S參量）定義：物理意義：22212122121111aSaSbaSaSb22211211SSSSS011112aabS表示端口2接匹配負載時，端口1處的反射系數(shù)。 022221aabS表示端口1接匹配負載時，端口2處的反射系數(shù)。 021121aabS表示端口1接匹配負載時，端口2至端口1的 電壓傳輸系數(shù)。 012212aabS表示端口2接匹配負載時，端口1至端口2的 電壓傳輸系數(shù) 。4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量性質(zhì)若網(wǎng)絡(luò)對稱，有 若網(wǎng)絡(luò)互易，有若網(wǎng)絡(luò)無耗，有2211SS

6、2112SS1001222212*2122*1112*2221*1211221211SSSSSSSSSSSSISS*T4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量3. 阻抗參量Z參量和導(dǎo)納參量Y參量）22212122121111IZIZUIZIZU22211211ZZZZZ22212122121111UYUYIUYUYI22211211YYYYY Y4.1.2 二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量4. 網(wǎng)絡(luò)參量之間的變換（1Z參量與A參量的關(guān)系（2Y參量與A參量的關(guān)系（3S參量與歸一化A參量的關(guān)系cdccbcadcaZZZZ122211211ZbabbbcadbdYYYY122211211Y Y DCBACBADSDCBAS

7、DCBABCADSDCBACBDAS22211211224.1.3 二口網(wǎng)絡(luò)參量的應(yīng)用1. 基本單元電路的A參量名稱等效電路串聯(lián)阻抗并聯(lián)導(dǎo)納理想變壓器傳輸線段101Z0201020101020ZZZZZZZ101Y0102020102010YYYYYYYnn10002010102100ZZnZZnAAcossin1jsinjcos00ZZcossinjsinjcos020100201020100102ZZZZZZZZZZ4.1.3 二口網(wǎng)絡(luò)參量的應(yīng)用2. 二口網(wǎng)絡(luò)的工作特性參量（1電壓傳輸系數(shù)T：網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負載時，輸出端歸一化出波與輸入端歸一化進波之比。（2插入相移：電壓傳輸系數(shù)的幅角，

8、 。（3插入衰減：網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負載時，輸入端進波功率與輸出端出波功率之比，單位為dB。 （4插入駐波比：網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負載時，輸入端的駐波比210122SabTa21j21eS2210211lg10lg102SPPAa11110min1max1112SSUUa4.1.4 多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡1. 三口網(wǎng)絡(luò)的S參量2. 四口網(wǎng)絡(luò)的S參量333231232221131211SSSSSSSSSS332211SSS網(wǎng)絡(luò)對稱jijiSSjiij; 3 , 2 , 1,網(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò)無耗3 , 2 , 1,jiSSjiij網(wǎng)絡(luò)對稱互易Sab ISS*T444342413433323124232221141

9、31211SSSSSSSSSSSSSSSSSSab 4.1.4 多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡3. 微波網(wǎng)絡(luò)的一些化簡條件端口狀態(tài)用歸一化進波、出波表示用電壓、電流表示內(nèi)部狀態(tài)端口匹配參考面外移外部狀態(tài)接開路負載 ( )接短路負載 ( )接短路活塞接匹配負載 ( )接任意負載0iiSiiiaajeiiibbjeiiUUiiba 0iIiiUUiiba0iUiiiba2je0iU0iaiiiiba2je4.1.4 多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡 例例4-1-2 E-T接頭的端口接頭的端口3接匹配負載，端口接匹配負載，端口2接短接短路活塞長為路活塞長為l的等效短路線），如下圖。求的等效短路線），如下圖。求l?時時輸出到匹配負

10、載的功率最大。已知輸出到匹配負載的功率最大。已知E-T接頭的散射接頭的散射矩陣是矩陣是02222222121222121S22j22e ba03a0e22220e21210e2121332j213232j212132j211222SbabSbabSbab解：記l24.1.4 多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡0e22220e21210e2121332j213232j212132j211222SbabSbabSbab12j2j3e1e2121ab, 3 , 2 , 1 , 02nnp21221222222222332cos114422sin42cos212sin2cos121aabP12cos2圖4-1-4 四口

11、網(wǎng)絡(luò)微波電路4.2 匹配元件和連接元件4.2.1 匹配元件1. 短路活塞 短路活塞的功用是提供一個可變電抗，由一段傳輸線內(nèi)置可調(diào)短路裝置構(gòu)成，分為接觸式和扼流式兩類。 圖4-2-1 波導(dǎo)型短路活塞a接觸式 b扼流式 接觸彈簧片 g/4 A B A B C D TE10 (a) (b) 4.2.1 匹配元件2. 膜片 （1電容膜片：可等效成并聯(lián)導(dǎo)納單元電路 a S b T1 T2 t S a T1 T2 C (a) (b) (c) 圖4-2-2 電容膜片a對稱型 b非對稱型 c等效電路a） b） c）圖4-2-3 含電容膜片的波導(dǎo)的等效電路bssbtbsbYBBppeCC22cscln44.2.

12、1 匹配元件（2電感膜片電感膜片可等效成并聯(lián)導(dǎo)納單元電路 T1 T2 L a T1 T2 t d a d (a) (b) (c) 圖4-2-4 電感膜片a對稱型 b非對稱型 c等效電路atadaYBBpeLL312cot24.2.1 匹配元件 （3諧振膜片 可等效為LC并聯(lián)諧振電路 a d s b C L T2 T1 (a) (b) 圖4-2-5 諧振膜片a構(gòu)造 b等效電路圖4-2-6 分析諧振膜片的坐標系222121aabddsxd2ys2令12222ByAx1622A2222244abB注：只要將膜片的4個頂點置于雙曲線上，即可滿足諧振條件。 4.2.1 匹配元件3. 銷釘銷釘由金屬細圓桿

13、構(gòu)成。銷釘?shù)墓ぷ髟砼c膜片類似。 (a) (b) 圖4-2-7 銷釘a容性銷釘 b感性銷釘4.2.1 匹配元件4. 螺釘可等效成并聯(lián)可變電納單元電路。等效電納的性質(zhì)與其粗細及插入深度有關(guān)。 (a) (b) (c) (d) 圖4-2-8 螺釘a單螺釘 b雙螺釘 c三螺釘 d四螺釘4.2.1 匹配元件5. 階梯波導(dǎo) p/4 l=p/4 b1 Ze1 b3 Ze2 b2 Ze3 TE10 (a) (b) 圖4-2-9 階梯波導(dǎo)a結(jié)構(gòu)圖 b等效電路312eeeZZZ3 , 2 , 1212iaabZiei312bbb 4.2.1 匹配元件6. 漸變波導(dǎo) 漸變波導(dǎo)是一種寬頻帶匹配元件，其功用與漸變線類似

14、 。圖4-2-10 線性漸變波導(dǎo) 例例4-2-1 匹配裝置由同軸型短路活塞、波導(dǎo)型匹配裝置由同軸型短路活塞、波導(dǎo)型短路活塞和單電感銷釘構(gòu)成，如下圖。其功用短路活塞和單電感銷釘構(gòu)成，如下圖。其功用是實現(xiàn)波導(dǎo)與同軸線之間的匹配連接。（是實現(xiàn)波導(dǎo)與同軸線之間的匹配連接。（1試試畫出它的等效電路，（畫出它的等效電路，（2說明其工作原理。說明其工作原理。 圖4-2-11 例4-2-1的匹配裝置 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 圖4-2-12 例4-2-1的分析a等效電路 b化簡（1等效電路 主同軸線與特性阻抗為 的長線段等效，

15、01Z主波導(dǎo)與等效阻抗為 的長線段等效， eZ波導(dǎo)型短路活塞被等效成可調(diào)電抗 ，1X同軸型短路活塞被等效成可調(diào)電抗 ，2X單電感銷釘被等效成電感 。LX X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 圖4-2-12 例4-2-1的分析a等效電路 b化簡（2工作原理 例4-2-1 圖4-2-12 例4-2-1的分析 a等效電路 b化簡 將 處的兩個并聯(lián)阻抗 和 化為串聯(lián)阻抗 和 。AA eZ1XRX 為使波導(dǎo)與同軸線之間實現(xiàn)匹配，需滿足 01ZR 02LXXX這兩個條件可通過調(diào)節(jié)兩個短路活塞實現(xiàn)。 X2 A? Ze XL X1 A B

16、 Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 4.2.2 連接元件1. 抗流接頭抗流接頭可避免接觸電阻損耗?？沽鹘宇^的工作原理與扼流式短路活塞類似。 p/4 p/4 橡膠墊圈 A B C 主波導(dǎo) 平面凸緣 扼流凸緣 p/4 橡膠墊圈 槽深 p/4 圖4-2-13 波導(dǎo)型抗流接頭4.2.2 連接元件2. 波導(dǎo)彎頭波導(dǎo)彎頭用于改變TE10波的傳輸方向。 R R (a) (b) 圖4-2-14 波導(dǎo)彎頭aE面彎頭 bH面彎頭4.2.2 連接元件3. 扭波導(dǎo)扭波導(dǎo)用于改變改變TE10波的極化方向。 圖4-2-15 扭波導(dǎo)4.3 分路元件 分路元件的功用是將一路微波信號按要求分

17、成幾路，或者將幾路微波信號合成為一路。 本節(jié)主要介紹T形接頭，包括單T接頭、魔T接頭和折疊雙T接頭。 4.3.1 單T接頭 單T接頭由兩旁臂和一個分支臂構(gòu)成。 分為E-T接頭和H-T接頭兩種 T 3 1 2 I T 1 2 3 V T (a) (b) 圖4-3-1 單T接頭aE-T接頭及其等效電路 bH-T接頭及其等效電路 4.3.1 單T接頭1. 禁戒規(guī)則偶模激勵只能激勵起對稱場，不能激勵起反對稱場，或者說反對稱場被禁戒；奇模激勵只能激勵起反對稱場而對稱場被禁戒。奇模激勵；偶模激勵；反對稱場；對稱場。 4.3.1 單T接頭2. E-T接頭 （1奇模激勵時E臂輸出反對稱場 奇模激勵：圖a中分別

18、從旁臂1和旁臂2輸入的一對等幅反相的信號TE10波） 反對稱場：圖a中從E臂輸出的TE10波的場結(jié)構(gòu)相對于對稱面T呈鏡像。電力線被對稱面分成兩段，若兩段對折正好大小相等、方向相反。 旁臂 1 旁臂 2 E 臂 T 旁臂 2 旁臂 1 E 臂 T (a) (b) 圖4-3-2 E-T接頭中的場結(jié)構(gòu)a奇模激勵 b偶模激勵 4.3.1 單T接頭 （2偶模激勵時E臂無輸出圖4-3-2b） （3反對稱場性質(zhì)的S參量表示 （4E-T接頭的S矩陣 3231SS02221121121S 4.3.1 單T接頭 （5E-T接頭的傳輸特性當E臂為端口匹配狀態(tài)時，端口1、2不可能處于端口匹配狀態(tài)，且端口反射系數(shù) 。當

19、信號從E臂輸入時，將從端口1、2等幅反相輸出。當信號從旁臂1輸入時，將被自身反射 ，從旁臂2輸出 ，從E臂輸出 。3. H-T接頭 （5E-T接頭的傳輸特性當E臂為端口匹配狀態(tài)時，端口1、2不可能處于端口匹配狀態(tài)，且端口反射系數(shù) 。當信號從E臂輸入時，將從端口1、2等幅反相輸出。當信號從旁臂1輸入時，將被自身反射 ，從旁臂2輸出 ，從E臂輸出 。3. H-T接頭212121a21a21a02221121121S4.3.2 魔T1. 魔T接頭的組成魔T接頭由雙T接頭內(nèi)置匹配裝置而成。雙T接頭可看成是E-T接頭和H-T接頭的組合。 圖4-3-3 用匹配塊匹配的魔T接頭4.3.2 魔T2. 魔T接頭

20、的S矩陣3. 魔T接頭的特性 （1匹配性：一旦有兩個端口處于端口匹配狀態(tài)，則另兩個端口必然處于端口匹配狀態(tài)。 （2均分性：無論從哪個端口輸入功率，經(jīng)過魔T接頭后均從相鄰臂等分輸出。 （3隔離性：無論從哪個端口輸入功率，經(jīng)過魔T接頭后相對的端口無輸出。 001100111100110021S 例例4-3-1 雷達平衡式收發(fā)開關(guān)由雷達平衡式收發(fā)開關(guān)由2個魔個魔T接頭接頭和和2個諧振膜片式放電管構(gòu)成，兩個放電管個諧振膜片式放電管構(gòu)成，兩個放電管與接頭處的距離相差，如圖與接頭處的距離相差，如圖4-3-4所示。試說所示。試說明它的工作原理。明它的工作原理。 放電管 發(fā)射機 天線 接收機 接匹配負載 魔

21、T2 魔 T1 /4 4(H) 4(H) 1 3(E) 2 1 2 3(E) 圖4-3-4 某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)分析分析 （1來自發(fā)射機的大功率來自發(fā)射機的大功率信號從魔信號從魔T1的端口的端口4輸入后，只輸入后，只能經(jīng)端口能經(jīng)端口1、2等幅同相輸出，到等幅同相輸出，到達放電管時惰性氣體打火，使信達放電管時惰性氣體打火，使信號被全反射，從而不能到達接收號被全反射，從而不能到達接收機。又由于兩放電管與魔機。又由于兩放電管與魔T接頭的接頭的距離相差距離相差 ，使反射信號到達，使反射信號到達端口端口1、2時等幅反相，故只能經(jīng)時等幅反相，故只能經(jīng)端口端口3送至雷達天線。送至雷達天線。4p 放電管 發(fā)

22、射機 天線 接收機 接匹配負載 魔 T2 魔 T1 /4 4(H) 4(H) 1 3(E) 2 1 2 3(E) 圖4-3-4 某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)（2來自雷達天線的回波信號從魔T1接頭的端口3輸入后，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并保持等幅反相關(guān)系，于是只能經(jīng)端口3至接收機。4.3.3 折疊雙T 折疊雙T接頭可看成是魔T接頭的變形。 E折雙T接頭是將魔T接頭的兩旁臂沿E面折彎90而成 ；當端口1、2偶模輸入時，E臂有輸出，H臂無輸出；當端口1、2奇模輸入時，H臂有輸出，E臂無輸出。

23、H折雙T接頭是將魔T接頭的兩旁臂沿H面折彎90而成；當端口1、2偶模輸入時，H臂有輸出，E臂無輸出；當端口1、2奇模輸入時， E臂有輸出，H臂無輸出。 圖4-3-5 E折雙T接頭 圖4-3-6 H折雙T接頭4.4 定向耦合器 構(gòu)成：由主線和副線構(gòu)成，通過耦合機構(gòu)將主線上的功率耦合到副線。 功用：按一定比例從主饋線中提取能量，并使之在副線中沿一定方向輸出，常用于微波電路的監(jiān)視和測量。圖4-4-1 定向耦合器的一般構(gòu)成4.4.1 定向耦合器的主要參數(shù)1. 耦合度耦合度是耦合到副線的功率多少的量度，單位為dB。2. 方向性方向性是耦合信號定向 傳輸程度的量度，單位為dB。 uLDPPKlg10 圖4

24、-4-1 定向耦合器的一般構(gòu)成LinTPPKlg104.4.2 同軸型定向耦合器1. 工作過程構(gòu)成：耦合機構(gòu)為小孔，主線的左端至天線，右端至發(fā)射機，副線的左端接匹配負載，右端接指示計。工作過程：當發(fā)射功率向天線傳輸時，少量功率被耦合到副線，耦合到上副線的功率沿其正方向傳輸至指示計，供監(jiān)視或測量；少量的反方向功率則被匹配負載吸收。圖4-4-2 同軸型定向耦合器4.4.2 同軸型定向耦合器2. 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。3. 夾角的作用調(diào)節(jié)耦合電流的強弱，使 最小 電力線 i1 s i2 磁力線 i3 (a) (b) (c) 圖4-4-3 同軸型定向耦

25、合器的工作原理（a電場耦合 （b磁場耦合 （c耦合的合成32ii 4.4.3 波導(dǎo)型單孔定向耦合器1. 組成由主波導(dǎo)和副波導(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。圖4-4-4 波導(dǎo)型單孔定向耦合器4.4.3 波導(dǎo)型單孔定向耦合器2. 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。 TE10波 輸入 磁場 電場 b (a) (b) (c) 圖4-4-5 波導(dǎo)型單孔定向耦合器的工作原理（a電場耦合 （b磁場耦合 （c耦合的合成4.4.4 波導(dǎo)型十字縫定向耦合器 構(gòu)成：由相互垂直的主波導(dǎo)和副波導(dǎo)構(gòu)成，公共壁為寬壁，耦合機構(gòu)是十字形縫隙。 由于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的

26、功率傳輸方向相互垂直，它是一種垂直耦合器。圖4-4-6 波導(dǎo)型十字縫定向耦合器4.4.4 波導(dǎo)型十字縫定向耦合器1. TE10波中的圓極化磁場ztcxxaHkHj0esinjztzxaHHj0ecos由圓極化的定義 xaxakccossinaaxp2tan1112xax（1在x1、 x2處，TE10波的磁場是旋向相反的圓極化磁場。 （2旋向規(guī)律：以TE10波的傳播方向為參考， x1處為左圓極化磁場， x2處為右圓極化磁場。4.4.4 波導(dǎo)型十字縫定向耦合器2. 工作原理 （1若主線中TE10波的傳播方向向下，則十字縫位于視線的左邊，故十字縫處為左圓極化磁場逆時針方向）。 （2耦合到副線后，十字

27、縫處仍然應(yīng)為左圓極化磁場。 （3假設(shè)副線中TE10波的傳播方向向左。這時，由于十字縫位于視線的右邊，按照旋向判斷方法，十字縫處為右圓極化磁場。這與要求的極化旋向矛盾，因此假設(shè)錯誤。 （4再假設(shè)副線中TE10波的傳播方向向右，這時，由于十字縫位于視線的左邊，故十字縫處為左圓極化磁場。這與要求的極化旋向一致，因此副線的正方向應(yīng)該是向右。圖4-4-8 副線正方向的判斷4.4.4 波導(dǎo)型十字縫定向耦合器3. 副線正方向的簡易判斷方法過十字縫作對角線，再使主線輸入信號在到達十字縫之前折彎，若能與對角線相交，則該方向就是副線的正方向。 圖4-4-9 副線正方向的簡易判斷方法4.5 三分貝電橋4.5.1 二

28、分支三分貝電橋構(gòu)成：由上下主線和兩條分支線構(gòu)成，主線長 ，特性導(dǎo)納為 ，分支線長也是 ，特性導(dǎo)納為 。402Y0Y4圖4-5-1 同軸型二分支三分貝電橋4.5.1 二分支三分貝電橋1. 二分支三分貝電橋的奇偶模分解偶模激勵時端口1、4的輸入電流等幅同相，A點、B點為等效開路。奇模激勵時端口1、4的輸入電壓等幅反相，A點、B點為等效短路。 0031j8tanjYYYYee0031j8cotjYYYYoo /4 0Y 0jY 0jY 0Y 1(4) 2(3) 0Y 0jY 0jY 0Y 1(4) 2(3) /4 (a) (b) 圖4-5-2 二分支三分貝電橋的等效電路a)偶模等效電路 b)奇模等效

29、電路4.5.1 二分支三分貝電橋2. 奇偶模等效電路的歸一化A矩陣和S矩陣偶模等效電路奇模等效電路 1jj121321eeeeAAAA1j0131eeAA02j2j02eA0j1j1021eS1j0131ooAAeo22AA 1jj121321ooooAAAA0j1j1021oS4.5.1 二分支三分貝電橋3. 二分支三分貝電橋的S矩陣 偶模激勵時 奇模激勵時對一般激勵 eeeeeeeeeeaSaSbaSaSb22212122121111ooooooooooaSaSbaSaSb222121221211112222322322411411aaaaaaaaaaaaoeoeoeoeoeoebbbbb

30、bbbbbbb2232221141110j10j001100j01j021S4.5.1 二分支三分貝電橋4. 二分支三分貝電橋的工作特性當端口1接匹配源，其它端口接匹配負載時： （1從端口1輸入的功率被端口2、3均分輸出，端口1無反射，端口4被隔離。 （2以端口1輸入信號的相位為基準，端口2和端口3輸出信號的相位分別滯后 和 。 901804.5.2 三分支三分貝電橋 S矩陣矩陣 工作特性工作特性 當端口當端口1接匹配源，其它端口接匹配負載時，接匹配源，其它端口接匹配負載時，從端口從端口1輸入的功率被端口輸入的功率被端口2、3均分輸出，均分輸出，端口端口1無反射，端口無反射，端口4被隔離；以端

31、口被隔離；以端口1輸入輸入信號的相位為基準，端口信號的相位為基準，端口2和端口和端口3輸出信輸出信號的相位分別滯后號的相位分別滯后 和和 。 180270圖4-5-3 同軸型三分支三分貝電橋01j0100jj0010j1021S4.5.3 環(huán)形三分貝電橋 構(gòu)成 如下圖，線環(huán)的中心線長 ，特性導(dǎo)納為 ；線環(huán)上相鄰端口間的圓弧長 ；分支線的特性導(dǎo)納為 。 S矩陣 圖4-5-4 同軸型環(huán)形三分貝電橋2320Y40Y0j0jj0j00j0jj0j021S4.5.4 三分貝電橋的應(yīng)用1. 三分貝電橋的短路特性端口1的輸入信號全部從端口4輸出，輸出信號的相位滯后 。圖4-5-5 三分貝電橋的短路特性270

32、4321432101j0100jj0010j1021abbabbbb41410jj0aabb4.5.4 三分貝電橋的應(yīng)用2. 三分貝電橋的串聯(lián)特性任一端口的輸入信號全部從對角線上的端口輸出，輸出信號的相位滯后 。 圖4-5-6 三分貝電橋的串聯(lián)特性4651465100j0000jj0000j00aaaabbbb904.5.4 三分貝電橋的應(yīng)用 例例4-5-1 某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)如圖某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)如圖4-5-7所示，試分析所示，試分析其工作原理。圖中，平衡式收發(fā)開關(guān)由兩個同軸型三分支其工作原理。圖中，平衡式收發(fā)開關(guān)由兩個同軸型三分支三分貝電橋串聯(lián)而成，在串聯(lián)處接有三分貝電橋串聯(lián)而成，

33、在串聯(lián)處接有TR放電管。其端口放電管。其端口1至發(fā)射機，端口至發(fā)射機，端口5至接收機，端口至接收機，端口4接雷達天線，端口接雷達天線，端口6接接匹配負載。匹配負載。TR放電管的作用是工作于高功率狀態(tài)時打火，放電管的作用是工作于高功率狀態(tài)時打火，使左邊的三分貝電橋呈短路特性；工作于小功率狀態(tài)時不使左邊的三分貝電橋呈短路特性；工作于小功率狀態(tài)時不打火，使三分貝電橋組合呈串聯(lián)特性。打火，使三分貝電橋組合呈串聯(lián)特性。圖4-5-7 某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)4.5.4 三分貝電橋的應(yīng)用 分析：當大功率信號從端口分析：當大功率信號從端口1輸入時，由于輸入時，由于TR放電管打火，放電管打火，使左邊的三分貝電橋呈

34、短路特性，發(fā)射功率全部從端口使左邊的三分貝電橋呈短路特性，發(fā)射功率全部從端口4輸出至雷達天線，端口輸出至雷達天線，端口5即接收機）、端口即接收機）、端口6被隔離。被隔離。 當來自雷達天線的回波信號從端口當來自雷達天線的回波信號從端口4輸入時，由于三分貝輸入時，由于三分貝電橋組合呈串聯(lián)特性，故回波信號全部送至端口電橋組合呈串聯(lián)特性，故回波信號全部送至端口5即接即接收機），端口收機），端口1、端口、端口6被隔離。被隔離。圖4-5-7 某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)4.6 微波衰減器和濾波器4.6.1 微波衰減器1. 吸收式衰減器構(gòu)成：由一段傳輸線內(nèi)置吸波裝置而成優(yōu)缺點：優(yōu)點是頻帶寬，功率容量大，起始衰減量

35、小，穩(wěn)定性好，缺點是精度較差。 吸收物質(zhì) 吸收物質(zhì) (a) (b) 圖4-6-1 吸收式衰減器（a固定式 （b可變式4.6.1 微波衰減器2. 旋轉(zhuǎn)式衰減器構(gòu)成：由兩段同向放置的矩形波導(dǎo)和一段圓波導(dǎo)構(gòu)成，內(nèi)置衰減片。工作原理：基于衰減片只衰減電場平行分量的原理。優(yōu)缺點：優(yōu)點是頻帶寬，精度高，起始衰減量??；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較昂貴。圖4-6-2 旋轉(zhuǎn)式衰減器及其工作原理4.6.1 微波衰減器3. 截止式衰減器工作原理：利用波導(dǎo)的截止狀態(tài)制作而成。工作波長范圍衰減量優(yōu)缺點：優(yōu)點是頻帶寬，精度高，可用作標準衰減器；缺點是起始衰減量太大。c686. 82lLdB4.6.2 微波濾波器1. 微波低通濾波器

36、構(gòu)成：由粗細跳變的同軸線內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成，由于形狀似葫蘆，俗稱糖葫蘆濾波器。該等效電路是集中參數(shù)低通濾波器的原型電路。 高阻抗線段(150) 支撐介質(zhì) 低阻抗線段(10) 50 的過渡線 同軸接頭 同軸接頭 (a) 圖4-6-3 糖葫蘆濾波器及其等效電路(a) 構(gòu)造 (b) 等效電路 C2 C1 L1 L2 L3 Z0 ZL (b) 4.6.2 微波濾波器2. 微波高通濾波器構(gòu)成：由若干段芯線及與之并聯(lián)的短路分支線構(gòu)成，芯線段之間留有間隙并用聚四氟乙烯介質(zhì)填充。該等效電路是集中參數(shù)高通濾波器的原型電路。 介質(zhì) 小于 /4 (a) (b) 圖4-6-4 微波高通濾波器(a) 構(gòu)造 (b) 等效電路4.

37、6.2 微波濾波器3. 微波帶通濾波器構(gòu)成：由若干間距相等的電感膜片和調(diào)諧螺釘構(gòu)成，螺釘置于相鄰電感膜片之間且位于波導(dǎo)寬壁中央。該等效電路是集中參數(shù)帶通濾波器的原型電路。 (b) 圖4-6-5 直接耦合式微波帶通濾波器(a) 構(gòu)造 (b) 等效電路4.6.2 微波濾波器4. 微波帶阻濾波器構(gòu)成：由主線和若干并聯(lián)分支線構(gòu)成，分支線長度為 ，分支線間距也為 。該等效電路是集中參數(shù)帶阻濾波器的原型電路。 4p4p /4 /4 /4 Y0 Y0 Y0 Y0 Y01 Y02 Y03 (a) 20ZLC CZL20 (b) 圖4-6-6 分支線式微波帶阻濾波器(a) 構(gòu)造 (b) 等效電路4.6.3 微波

38、周期性結(jié)構(gòu)簡介 構(gòu)造 （1電抗加載周期性結(jié)構(gòu)。 （2介質(zhì)加載周期性結(jié)構(gòu)。 （3頻率選擇表面FSS），即通過將表面周期性地分區(qū)使之具有頻率選擇性。4.6.3 微波周期性結(jié)構(gòu)簡介 分析步驟 （1寫出電抗加載單元電路的 矩陣 圖4-6-7 電抗加載單元電路sin2cos2sincos2j2sincos2jsin2cosbbbbbBbDCBAA222232111IUIUIUAAAAd I2 I1 U2 U1 d/2 d/2 jb 1A 2A 3A 10Y10YA4.6.3 微波周期性結(jié)構(gòu)簡介（2寫出電抗加載單元電路的色散方程 sin2cos21coshbDAd2211e00eIUIUdd2211eeI

39、UDCBAIUdd若上式存在非零解，當且僅當系數(shù)矩陣的行列式等于零 0ee1ee2DADCBAdddd4.6.3 微波周期性結(jié)構(gòu)簡介（3對色散方程進行討論 1sin2cosbsin2coscosbdj通帶條件 1sin2cosbsin2coscoshbd阻帶條件 4.7 微波鐵氧體器件4.7.1 概述1. 什么是鐵氧體鐵氧體是一種非金屬磁性材料，由氧化鐵與其它金屬氧化物混合燒結(jié)而成。分子式為 ，其中，M表示二價金屬分子，在微波波段通常指MgMn、MgMnAl、NiZn、NiCo、Li等。 32OFeMO4.7.1 概述2. 微波鐵氧體的特點（1電阻率很高達1011cm），接近于絕緣體，因此電磁

40、波可以在其中傳播。（2磁導(dǎo)率隨外加直流磁場的變化而變化，因而磁導(dǎo)率可以電調(diào)。（3具有磁各向異性，即它的磁導(dǎo)率不再是標量，而需要用張量來描述，稱為張量磁導(dǎo)率。因此微波鐵氧體器件一般是非互易器件。4.7.2 鐵氧體的張量磁導(dǎo)率1. 鐵氧體的磁化外加恒定磁場 0M圖4-7-1 磁化強度 的進動zH eHH00 000ddHMMtMMtMMtMMzyx000000000sincos00H鐵氧體的本征進動頻率或拉摩進動頻率 實際的鐵氧體存在損耗，使 在很短時間內(nèi)與 的方向趨于一致，這一現(xiàn)象稱為鐵氧體被磁化。0M0H4.7.2 鐵氧體的張量磁導(dǎo)率2. 無耗鐵氧體的張量磁導(dǎo)率定義外加磁場當工作在小信號狀態(tài)時

41、 ttttmhhb0 thHH0 tttthHmMmM000ddzzyxyyxxhbhhbhhb33jj33000j0j220200001HM2200000HM4.7.2 鐵氧體的張量磁導(dǎo)率3. 關(guān)于張量磁導(dǎo)率的討論（1在與 垂直的方向， 不僅對 有貢獻，而且對 也有貢獻。 亦然。稱這種性質(zhì)為磁各向異性。 （2） 為一特殊方向，該方向的 只與 有關(guān)，即在 方向鐵氧體與磁導(dǎo)率為標量的介質(zhì)無異。（3當 ，即交變磁場的頻率接近于拉摩進動頻率時，有 ， 。稱這種現(xiàn)象為鐵氧體的鐵磁諧振效應(yīng)。在鐵磁諧振狀態(tài)下，鐵氧體強烈吸收交變磁場的能量。0Hxhxbybyh0Hzbzh0H04.7.3 微波鐵氧體的正負

42、圓極化磁導(dǎo)率1. 正圓極化磁場及正圓極化磁導(dǎo)率（1正圓極化磁場 與恒定磁場 呈右手螺旋關(guān)系 （2正圓極化磁導(dǎo)率 th tthtyxsincoseehhb000001HMkyyxxhheehhhxhhyj0H4.7.3 微波鐵氧體的正負圓極化磁導(dǎo)率2. 負圓極化磁場及負圓極化磁導(dǎo)率負圓極化磁場與恒定磁場 呈左手螺旋關(guān)系 負圓極化磁導(dǎo)率 yyxxhheehhhxhhyjhb th000001HMk4.7.3 微波鐵氧體的正負圓極化磁導(dǎo)率3. 關(guān)于正負圓極化磁導(dǎo)率的討論（1正圓極化磁導(dǎo)率曲線可分成三段 為鐵磁諧振點。 對應(yīng)曲線的左半支，這時 ，為低場區(qū)。 對應(yīng)曲線的右半支，這時 ，為高場區(qū)。（2負圓

43、極化磁導(dǎo)率曲線比較平坦。圖4-7-2 正負圓極化磁導(dǎo)率曲線000H00H4.7.4 SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播1. 縱向磁化情形和法拉第效應(yīng)（1） 時SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播0/ HkHEjEHj0yxjz對SUPW有k 結(jié)論：對縱向磁化情形，SUPW被分解成兩部分，一部分是正圓極化的SUPW，以相速度 傳播；另一部分是負圓極化的SUPW，以相速度 傳播。 pvpv4.7.4 SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播1. 縱向磁化情形和法拉第效應(yīng) （2法拉第效應(yīng)特點：工作在低場區(qū)時， 的旋向與 呈右手螺旋關(guān)系。工作在高場區(qū)時， 的旋向與 呈左手螺旋關(guān)系。是一種非互易效應(yīng)。 圖4-7-3

44、法拉第旋轉(zhuǎn)角ltl2121法拉第旋轉(zhuǎn)角 0H0H4.7.4 SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播2. 橫向磁化情形和雙折射效應(yīng) 時SUPW被分裂成兩部分，一部分是TEM波，它的相速度 與鐵氧體的磁化狀態(tài)無關(guān)，稱為尋常波或o波；另一部分是橢圓極化波，它的相速度 與鐵氧體的磁化狀態(tài)有關(guān)，稱為非尋常波或e波。雙折射效應(yīng)：橫向磁化時SUPW被分裂成o波和e波的現(xiàn)象。0Hk oopveepv33oe22k4.7.5 隔離器1. 旋轉(zhuǎn)式隔離器構(gòu)成：由兩段圓方波導(dǎo)和內(nèi)置鐵氧體棒的圓波導(dǎo)段構(gòu)成，圓波導(dǎo)段外壁裝有永久磁鐵，用來提供縱向偏置磁場。圖中，波導(dǎo)1和波導(dǎo)2呈 夾角，鐵氧體棒的法拉第旋轉(zhuǎn)角也是 。圖4-7-4

45、 旋轉(zhuǎn)式隔離器45454.7.5 隔離器 工作原理 （1電磁波向右傳輸時，波導(dǎo)1中TE10波經(jīng)圓方波導(dǎo)后轉(zhuǎn)換成圓波導(dǎo)的TE11波。由法拉第效應(yīng)，電場方向右旋。到達波導(dǎo)2時與其所需的TE10波的電場方向一致，因此，信號順利輸出。 （2電磁波向左傳輸時，TE10波從波導(dǎo)2傳輸至波導(dǎo)1的過程中，電場方向仍然右旋，到達波導(dǎo)1時與其所需的TE10波的電場方向正交，因此，波導(dǎo)1無輸出。圖4-7-5 旋轉(zhuǎn)式隔離器的工作原理4.7.5 隔離器2. 場移式隔離器場移式隔離器由內(nèi)置鐵氧體片和衰減片的矩形波導(dǎo)段構(gòu)成。圖中，鐵氧體片置于TE10波的圓極化磁場處，衰減片緊貼在鐵氧體片上，安裝有永久磁鐵用來提供橫向偏置磁

46、場，并使鐵氧體工作在 的低場區(qū)。 圖4-7-6 場移式隔離器0r4.7.5 隔離器（1場移效應(yīng)TE10波傳入紙面的情況。鐵氧體片處存在左圓極化磁場，是正圓極化磁場，使合成磁場削弱。這一現(xiàn)象好像是鐵氧體片將TE10波的場轉(zhuǎn)移到了其外部空間。TE10波傳出紙面的情況。鐵氧體片處存在右圓極化磁場，是負圓極化磁場，對磁場分布的影響不明顯。由于鐵氧體的介電常數(shù)較大，使鐵氧體內(nèi)的電場增強。這一現(xiàn)象好像是鐵氧體片將TE10波的場向其內(nèi)部有所集中。鐵氧體的這種改變場分布的作用稱為場移效應(yīng)。場移效應(yīng)是一種非互易效應(yīng)。圖4-7-7 鐵氧體的場移效應(yīng)4.7.5 隔離器（2場移式隔離器的工作原理由于衰減片的作用使得：當TE10波穿入紙面?zhèn)鬏敃r，鐵氧體處的場很弱，衰減片不起作用，因此，TE10波順利傳輸。當TE10波穿出紙面?zhèn)鬏敃r，鐵氧體處的場較強，在傳輸過程中這些功率被衰減片吸收，因此，TE10波不能順利傳輸。 3. 諧振吸收式隔離器圖4-