無源微波元件

1、1.無耗網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的關(guān)系？參數(shù)的關(guān)系？2.傳輸系數(shù)、插入衰減、回波損耗、插入相移與傳輸系數(shù)、插入衰減、回波損耗、插入相移與參數(shù)之間的關(guān)系？參數(shù)之間的關(guān)系？3.無耗、互易、對稱網(wǎng)絡(luò)特性？無耗、互易、對稱網(wǎng)絡(luò)特性？4.同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的主模？同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的主模？5.矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)TE10、圓波導(dǎo)、圓波導(dǎo)TE11、TM01橫截面的模橫截面的模式分布圖式分布圖復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)第四章第四章 無源微波元件無源微波元件4.1 微波微波電阻性電阻性元件元件衰減器和匹配負(fù)載衰減器和匹配負(fù)載 4.2 幾種簡單不均勻性場的幾種簡單不均勻性場的電抗電抗性質(zhì)性質(zhì) 4.3 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 4.2.1

2、 膜片、諧振窗和銷釘膜片、諧振窗和銷釘 4.3.1 同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器4.3.2 矩形圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器矩形圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器 4.3.3 波導(dǎo)波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)接器微帶轉(zhuǎn)接器 4.3.4 同軸線同軸線微帶轉(zhuǎn)接器微帶轉(zhuǎn)接器接頭、方向元件、轉(zhuǎn)換元件接頭、方向元件、轉(zhuǎn)換元件 微波元件是微波系統(tǒng)的重要組成部分。了解各種微微波元件是微波系統(tǒng)的重要組成部分。了解各種微波元件的原理、結(jié)構(gòu)和作用是十分必要的。本書僅討論波元件的原理、結(jié)構(gòu)和作用是十分必要的。本書僅討論無源元件，且只擇其部分常用的元件如無源元件，且只擇其部分常用的元件如匹配、轉(zhuǎn)換、分匹配、轉(zhuǎn)換、分支、定向耦合及鐵氧體元件支、定向耦合及鐵氧體元件等加以介紹

3、。如果從元件的等加以介紹。如果從元件的結(jié)構(gòu)類型考慮，則主要是介紹同軸和波導(dǎo)元件，也涉及結(jié)構(gòu)類型考慮，則主要是介紹同軸和波導(dǎo)元件，也涉及部分微帶元件。部分微帶元件。第四章第四章 無源微波元件無源微波元件4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和匹配負(fù)載衰減器和匹配負(fù)載 在低頻電路中可利用在低頻電路中可利用電阻電阻這一消耗功率、吸收能量這一消耗功率、吸收能量的元件構(gòu)成分壓器、分流器或電阻網(wǎng)絡(luò)以控制沿線電壓、的元件構(gòu)成分壓器、分流器或電阻網(wǎng)絡(luò)以控制沿線電壓、電流的幅度；電流的幅度；在微波波段欲實(shí)現(xiàn)類似的功能，如控制傳輸線內(nèi)的在微波波段欲實(shí)現(xiàn)類似的功能，如控制傳輸線內(nèi)的傳輸功率，則需在傳輸線中接入傳

4、輸功率，則需在傳輸線中接入衰減器衰減器。對波的吸收、。對波的吸收、反射或截止。根據(jù)構(gòu)成衰減的機(jī)理不同可將衰減器分為反射或截止。根據(jù)構(gòu)成衰減的機(jī)理不同可將衰減器分為吸收式和截止式吸收式和截止式二類。二類。4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充 第一，衰減器為雙端口器件，一般接在傳輸線的始第一，衰減器為雙端口器件，一般接在傳輸線的始端或中間某一位置，而匹配負(fù)載為單端口器件，接在傳端或中間某一位置，而匹配負(fù)載為單端口器件，接在傳輸線終端。輸線終端。 第二，衰減器只是第二，衰減器只是部分吸收部分吸收傳輸線中的功率以控制傳輸線中的功率以控制傳輸功率電平，而匹配負(fù)載

5、要求無反射地吸收傳輸?shù)浇K傳輸功率電平，而匹配負(fù)載要求無反射地吸收傳輸?shù)浇K端的全部功率以建立傳輸系統(tǒng)中的行波狀態(tài)。端的全部功率以建立傳輸系統(tǒng)中的行波狀態(tài)。 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 至于匹配負(fù)載，本質(zhì)上也屬于吸收式衰減器，但兩至于匹配負(fù)載，本質(zhì)上也屬于吸收式衰減器，但兩者又有區(qū)別：者又有區(qū)別：補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充 衰減器是在指定的頻率范圍內(nèi)，一種用以引入一預(yù)定衰減的電衰減器是在指定的頻率范圍內(nèi)，一種用以引入一預(yù)

6、定衰減的電路。一般以所引入衰減的分貝數(shù)及其特性阻抗的歐姆數(shù)來標(biāo)明。在路。一般以所引入衰減的分貝數(shù)及其特性阻抗的歐姆數(shù)來標(biāo)明。在有線電視系統(tǒng)里廣泛使用衰減器以便滿足多端口對電平的要求。如有線電視系統(tǒng)里廣泛使用衰減器以便滿足多端口對電平的要求。如放大器的輸入端、輸出端電平的控制、分支衰減量的控制。衰減器放大器的輸入端、輸出端電平的控制、分支衰減量的控制。衰減器有無源衰減器和有源衰減器兩種。有源衰減器與其他熱敏元件相配有無源衰減器和有源衰減器兩種。有源衰減器與其他熱敏元件相配合組成可變衰減器，裝置在放大器內(nèi)用于自動增益或斜率控制電路合組成可變衰減器，裝置在放大器內(nèi)用于自動增益或斜率控制電路中。無源衰

7、減器有固定衰減器和可調(diào)衰減器。中。無源衰減器有固定衰減器和可調(diào)衰減器。 對衰減器通常提出的要求有：一定的工作頻帶；較對衰減器通常提出的要求有：一定的工作頻帶；較小的小的輸入端駐波比輸入端駐波比；較小的較小的起始衰減量以及起始衰減量以及確定的確定的衰減衰減頻率特性。當(dāng)衰減器作為頻率特性。當(dāng)衰減器作為測量儀器測量儀器的一個構(gòu)成部件時，的一個構(gòu)成部件時，還應(yīng)具有可靠的還應(yīng)具有可靠的衰減頻率校正曲線衰減頻率校正曲線。 對匹配負(fù)載提出的主要要求有：寬工作頻帶、小輸對匹配負(fù)載提出的主要要求有：寬工作頻帶、小輸入駐波比及適當(dāng)?shù)墓β嗜萘?。按其功率容量的大小可將入駐波比及適當(dāng)?shù)墓β嗜萘?。按其功率容量的大小可將?/p>

8、配負(fù)載分為小功率和大功率兩種。匹配負(fù)載分為小功率和大功率兩種。 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充 衰減器的衰減器的主要應(yīng)用主要應(yīng)用有：有： 1)“去耦去耦”，即消除，即消除負(fù)載失配負(fù)載失配對信號源的影響，這是保對信號源的影響，這是保證微波系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要措施；證微波系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要措施； 2)調(diào)節(jié)微波源輸出功率電平。調(diào)節(jié)微波源輸出功率電平。匹配負(fù)載主要用于建立傳輸系統(tǒng)中的行波狀態(tài)。匹配負(fù)載主要用于建立傳輸系統(tǒng)中的行波狀態(tài)。4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終

9、端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 在波導(dǎo)內(nèi)放入與電場方向平行的吸收片，當(dāng)微波能量通過吸收在波導(dǎo)內(nèi)放入與電場方向平行的吸收片，當(dāng)微波能量通過吸收片時，將吸收一部分能量而產(chǎn)生衰減，這種衰減器稱為吸收衰減器，片時，將吸收一部分能量而產(chǎn)生衰減，這種衰減器稱為吸收衰減器，如圖所示。如圖所示。 (一一)、吸收式、吸收式補(bǔ)充補(bǔ)充4.1.1 吸收式衰減器吸收式衰減器 圖圖4-1一種吸收式衰減器一種吸收式衰減器4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 圖圖4-2 吸收片的支撐桿吸收片的支撐桿 補(bǔ)充補(bǔ)充圖圖4-3 另一種吸收式衰減器另一種吸收式衰減器 以上所述的吸收片可用玻璃、陶瓷或膠本等介質(zhì)材

10、以上所述的吸收片可用玻璃、陶瓷或膠本等介質(zhì)材料做基片。表面涂敷金屬粉末、石墨粉或蒸發(fā)上鎳鉻合料做基片。表面涂敷金屬粉末、石墨粉或蒸發(fā)上鎳鉻合金等電阻材料。表面電阻約金等電阻材料。表面電阻約200300cm2。為使性能。為使性能穩(wěn)定，通常還要浸漬一層氧化硅或氟化鎂做保護(hù)層。穩(wěn)定，通常還要浸漬一層氧化硅或氟化鎂做保護(hù)層。4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充 衰減器衰減量衰減器衰減量的大小用的大小用A表示，常以自然對數(shù)或常用表示，常以自然對數(shù)或常用對數(shù)來度量，單位分別為對數(shù)來度量，單位分別為NP和和dB。對于吸收式衰減。對于吸收式衰減器設(shè)器設(shè)Ei和和E0分別

11、為衰減器的輸入和輸出電場強(qiáng)度，分別為衰減器的輸入和輸出電場強(qiáng)度，則則 ，其中，其中0AieEE或或0ln(NP)iA EE020lg(dB)iA EE 一般說來，吸收式衰減器的衰減量一般說來，吸收式衰減器的衰減量A與吸收片的位與吸收片的位置及頻率之間沒有一個簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系，必須用置及頻率之間沒有一個簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系，必須用功率計(jì)功率計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)衰減器進(jìn)行點(diǎn)頻定標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)衰減器進(jìn)行點(diǎn)頻定標(biāo)，獲得刻度，獲得刻度-衰減量定標(biāo)曲線衰減量定標(biāo)曲線以備查用。以備查用。 (4-1a) (4-1b) 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減

12、器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充4.1.2 極化衰減器極化衰減器 當(dāng)旋轉(zhuǎn)衰減片當(dāng)旋轉(zhuǎn)衰減片“2”與兩端衰減片的夾角與兩端衰減片的夾角=0時，衰減最時，衰減最小；當(dāng)??；當(dāng)=90時，衰減最大。即時，衰減最大。即從從090變化時，衰減變化時，衰減量可從量可從0dB變化。另外，這種衰減器的衰減量變化。另外，這種衰減器的衰減量A與旋轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)角角的余弦的對數(shù)成正比，的余弦的對數(shù)成正比，而與三個吸收片本身的衰減量而與三個吸收片本身的衰減量(當(dāng)然要求各自的衰減量足夠大當(dāng)然要求各自的衰減量足夠大)無關(guān)無關(guān)。因此這種衰減器。因此這種衰減器可作為一種定標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)衰減器。可作為一種定標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)衰減器。 但由于這種衰

13、減器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價格貴，故但由于這種衰減器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價格貴，故一般只作為衰減量的標(biāo)準(zhǔn)用來一般只作為衰減量的標(biāo)準(zhǔn)用來校刻?？唐渌p器或用于衰其他衰減器或用于衰減量的減量的精密測量精密測量。2020lg20lg40lg cos(dB)cosiininA EEEE (4-2) 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 截止式截止式 截止衰減器是在傳輸線中插入一小段橫向尺寸較小的傳輸線段，截止衰減器是在傳輸線中插入一小段橫向尺寸較小的傳輸線段，使電磁波在這一小段傳輸線內(nèi)處在截止?fàn)顟B(tài)

14、下傳輸，即電磁波經(jīng)過使電磁波在這一小段傳輸線內(nèi)處在截止?fàn)顟B(tài)下傳輸，即電磁波經(jīng)過這段傳輸線后微波能量很快衰減，控制截止傳輸線的長度，就可以這段傳輸線后微波能量很快衰減，控制截止傳輸線的長度，就可以調(diào)節(jié)衰減量的大小，如圖所示。調(diào)節(jié)衰減量的大小，如圖所示。補(bǔ)充補(bǔ)充4.1.3 截止式衰減器截止式衰減器 截止式衰減器是利用波導(dǎo)的截止特性做成的。圖中截止式衰減器是利用波導(dǎo)的截止特性做成的。圖中是一種截止式衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。這種截止式衰減器是一種截止式衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。這種截止式衰減器的主體是一段處于截止?fàn)顟B(tài)的圓波導(dǎo)，選擇圓波導(dǎo)的半的主體是一段處于截止?fàn)顟B(tài)的圓波導(dǎo)，選擇圓波導(dǎo)的半徑滿足截止條件徑滿足截止

15、條件11TE()3.413ca4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充這種截止場的磁場這種截止場的磁場H沿圓波導(dǎo)縱向沿圓波導(dǎo)縱向(z方向方向)呈指數(shù)律衰減，呈指數(shù)律衰減，即即 ，其中衰減系數(shù)，其中衰減系數(shù)為為輸出同軸線通過一個小環(huán)與圓波導(dǎo)作磁耦合，圓波導(dǎo)中輸出同軸線通過一個小環(huán)與圓波導(dǎo)作磁耦合，圓波導(dǎo)中的的TE11模截止場激勵小環(huán)，使得一部分功率進(jìn)入輸出同模截止場激勵小環(huán)，使得一部分功率進(jìn)入輸出同軸線中，這部分功率正比于小環(huán)所在處的磁場強(qiáng)度的平軸線中，這部分功率正比于小環(huán)所在處的磁場強(qiáng)度的平方，即方，即 。zHe2221()ccc 2zPe4.1 微波電阻

16、性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充設(shè)小環(huán)位于設(shè)小環(huán)位于z=0處的起始位置時處的起始位置時耦合到輸出同軸線中的功率為耦合到輸出同軸線中的功率為P(0)=P0，則當(dāng)輸出同軸線被拉出，則當(dāng)輸出同軸線被拉出到使小環(huán)處于到使小環(huán)處于z=l時的耦合功率為時的耦合功率為這也即為此時的輸出功率，它相對于輸入功率這也即為此時的輸出功率，它相對于輸入功率P1的衰減的衰減量為量為其中其中 為為z=0時的起始衰減量。時的起始衰減量。220( )lPP lPe001112002( )10lg10lg10lg10lg( )( )(0) 10lg(0)8.68(dB)lPPPPPA lPPP l

17、PP lAeAl10(0)10lg(dB)PAP4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 0lz(0)A( )A lA補(bǔ)充補(bǔ)充 這種截止衰減器具有如下特點(diǎn)：這種截止衰減器具有如下特點(diǎn)： 1)衰減量衰減量(dB數(shù)數(shù))與移動距離與移動距離l之間成線性關(guān)系，如圖之間成線性關(guān)系，如圖所示；因此這種衰減器也可作為標(biāo)準(zhǔn)衰減器。所示；因此這種衰減器也可作為標(biāo)準(zhǔn)衰減器。 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 0lz(0)A( )A lA截止衰減器結(jié)構(gòu)示意圖截止衰減器結(jié)構(gòu)示意圖補(bǔ)充補(bǔ)充 2)當(dāng)當(dāng)c時，衰減系數(shù)時，衰減系數(shù)很大，移動不太長的一段距很大，移

18、動不太長的一段距離，就可得到很大的衰減量，例如最大可達(dá)離，就可得到很大的衰減量，例如最大可達(dá)120dB。 3)由于截止圓波導(dǎo)中不存在吸收性材料，故其衰減由于截止圓波導(dǎo)中不存在吸收性材料，故其衰減不是由于損耗而是由于不是由于損耗而是由于反射反射所引起，所以截止式衰減器所引起，所以截止式衰減器屬于反射式衰減器一類。由于圓波導(dǎo)輸入、輸出端反射屬于反射式衰減器一類。由于圓波導(dǎo)輸入、輸出端反射都很大，因此無論對輸入同軸線還是輸出同軸線而言都都很大，因此無論對輸入同軸線還是輸出同軸線而言都是嚴(yán)重失配的。是嚴(yán)重失配的。4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充2221()

19、ccc 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 終端負(fù)載終端負(fù)載 傳輸線終端所接元件稱為終端負(fù)載，常用的終端負(fù)載有匹配傳輸線終端所接元件稱為終端負(fù)載，常用的終端負(fù)載有匹配負(fù)載和短路負(fù)載兩種。匹配負(fù)載是將所有的電磁能量全部吸收而無負(fù)載和短路負(fù)載兩種。匹配負(fù)載是將所有的電磁能量全部吸收而無反射；而短路負(fù)載是將所有的電磁能量全部反射回去，一點(diǎn)能量也反射；而短路負(fù)載是將所有的電磁能量全部反射回去，一點(diǎn)能量也不吸收不吸收 這里著重討論三種：匹配負(fù)載這里著重討論三種：匹配負(fù)載 短路負(fù)載短路負(fù)載 失配負(fù)載失配負(fù)載L為為反射系數(shù)反射系數(shù)L 0Lje|.L1 Constant補(bǔ)充補(bǔ)

20、充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 匹配負(fù)載能幾乎無反射地吸收入射波的全部功率。當(dāng)需要在傳匹配負(fù)載能幾乎無反射地吸收入射波的全部功率。當(dāng)需要在傳輸系統(tǒng)工作于行波狀態(tài)時，都要用到匹配負(fù)載。輸系統(tǒng)工作于行波狀態(tài)時，都要用到匹配負(fù)載。 對匹配負(fù)載的基本要求是：對匹配負(fù)載的基本要求是：(1)有較寬的工作頻帶，有較寬的工作頻帶，(2) 輸入駐波比小和一定輸入駐波比小和一定 的功率容量。的功率容量。 4.1.4 匹配負(fù)載匹配負(fù)載補(bǔ)充補(bǔ)充匹配負(fù)載匹配負(fù)載解決波反射解決波反射和吸收兩者之間的矛盾；和吸收兩者之間的矛盾；4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和匹配負(fù)載衰減

21、器和匹配負(fù)載 尖劈尖劈是一種緩變是一種緩變過渡結(jié)構(gòu)過渡結(jié)構(gòu)，實(shí)踐表明，由此引起的，實(shí)踐表明，由此引起的對波的反射遠(yuǎn)小于突變結(jié)構(gòu)，且尖劈劈角越小，即斜面對波的反射遠(yuǎn)小于突變結(jié)構(gòu)，且尖劈劈角越小，即斜面拉得越長，匹配性能愈好。這種小功率匹配負(fù)載允許耗拉得越長，匹配性能愈好。這種小功率匹配負(fù)載允許耗散的平均功率達(dá)瓦級，一般可在散的平均功率達(dá)瓦級，一般可在1015頻帶內(nèi)達(dá)到頻帶內(nèi)達(dá)到駐波比駐波比1.05的近于理想的匹配程度。的近于理想的匹配程度。圖圖4-6匹配負(fù)載匹配負(fù)載補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和匹配負(fù)載衰減器和匹配負(fù)載 功功率率小功率匹配負(fù)載小功率匹配負(fù)載 中功率匹配負(fù)載中

22、功率匹配負(fù)載 大功率水負(fù)載大功率水負(fù)載頻頻帶帶寬帶匹配負(fù)載寬帶匹配負(fù)載 窄帶匹配負(fù)載窄帶匹配負(fù)載材材料料木材、石墨、羰基鐵、吸收負(fù)載木材、石墨、羰基鐵、吸收負(fù)載補(bǔ)充補(bǔ)充4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和匹配負(fù)載衰減器和匹配負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充同軸線匹配負(fù)載是在內(nèi)外導(dǎo)體之間放入圓錐形或者階梯型同軸線匹配負(fù)載是在內(nèi)外導(dǎo)體之間放入圓錐形或者階梯型吸收體，如圖所示：吸收體，如圖所示：4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和匹配負(fù)載衰減器和匹配負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充高功率時需要考慮熱量的吸收和發(fā)散問題。吸收物體可以高功率時需要考慮熱量的吸收和發(fā)散問題。吸收物體可以是固體（如石墨和水泥混合物）或液體（通常

23、用水）。是固體（如石墨和水泥混合物）或液體（通常用水）。 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 短路負(fù)載短路負(fù)載 短路負(fù)載又稱為短路器，短路負(fù)載又稱為短路器，它的作用是將電磁能量全部反它的作用是將電磁能量全部反射回去。將同軸線和波導(dǎo)終端射回去。將同軸線和波導(dǎo)終端短路，即分別成為同軸線和波短路，即分別成為同軸線和波導(dǎo)固定短路器。導(dǎo)固定短路器。 補(bǔ)充補(bǔ)充短路負(fù)載短路負(fù)載解決理想短路解決理想短路和活動間隙之間的矛盾；和活動間隙之間的矛盾；失配負(fù)載失配負(fù)載=1.2，解決解決寬帶和反射系數(shù)變化之間的寬帶和反射系數(shù)變化之間的矛盾。矛盾。4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰

24、減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充e 吸收物質(zhì)4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充lg 短 路 開 路4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充短路負(fù)載短路負(fù)載-短路器短路器對短路活塞的主要要求是：對短路活塞的主要要求是： 保證接觸處的損耗小，其反射系數(shù)模應(yīng)接近保證接觸處的損耗小，其反射系數(shù)模應(yīng)接近1； 當(dāng)活塞移動時，接觸損耗的變化要??；當(dāng)活塞移動時，接觸損耗的變化要?。?大功率運(yùn)用時，活塞與波導(dǎo)壁（或者同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體大功率運(yùn)用時，活塞與波導(dǎo)壁（或者同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體 壁）間不應(yīng)發(fā)生打火現(xiàn)象。壁）間不應(yīng)發(fā)生打火

25、現(xiàn)象。短路器的輸入阻抗為短路器的輸入阻抗為:短路器的輸入端反射系數(shù)為短路器的輸入端反射系數(shù)為:in00ZjZ tgjZ tg l20001100011jininZZjZ tgZjtgSeZZjZ tgZjtg 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充這表明短路器的輸入端反射這表明短路器的輸入端反射系數(shù)的模應(yīng)等于系數(shù)的模應(yīng)等于1，而相角是可，而相角是可變的。在結(jié)構(gòu)上，短路活塞可做變的。在結(jié)構(gòu)上，短路活塞可做成成接觸式接觸式(左圖）和左圖）和扼流式扼流式（右圖）（右圖）兩種兩種: 22010102()()()inabkincdZZZRZZ4.1 微波電阻性元件

26、微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充上圖所示的扼流活塞的優(yōu)點(diǎn)是損耗小，且損耗穩(wěn)定；缺上圖所示的扼流活塞的優(yōu)點(diǎn)是損耗小，且損耗穩(wěn)定；缺點(diǎn)是活塞太長。為了減小長度可以采用下圖所示山字形點(diǎn)是活塞太長。為了減小長度可以采用下圖所示山字形和和S形扼流活塞。缺點(diǎn)是頻帶窄，一般只能做到形扼流活塞。缺點(diǎn)是頻帶窄，一般只能做到1015%的帶寬的帶寬 4.1 微波電阻性元件微波電阻性元件衰減器和終端負(fù)載衰減器和終端負(fù)載 補(bǔ)充補(bǔ)充失配負(fù)載失配負(fù)載 實(shí)用中的失配負(fù)載都是做成實(shí)用中的失配負(fù)載都是做成標(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)載，具有某一固，具有某一固定的駐波比。失配負(fù)載常用于微波測量中作標(biāo)準(zhǔn)終端負(fù)載。定

27、的駐波比。失配負(fù)載常用于微波測量中作標(biāo)準(zhǔn)終端負(fù)載。 失配負(fù)載的結(jié)構(gòu)與匹配負(fù)載一樣，只是波導(dǎo)口徑的尺寸失配負(fù)載的結(jié)構(gòu)與匹配負(fù)載一樣，只是波導(dǎo)口徑的尺寸b不同而已。設(shè)不同而已。設(shè)b0為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊尺寸，為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊尺寸，b為失配負(fù)載波導(dǎo)的為失配負(fù)載波導(dǎo)的窄邊尺寸，由于窄邊尺寸，由于則：則：可見對于不同的可見對于不同的b可以特到不同的駐波比?？梢蕴氐讲煌鸟v波比。00ZZZZ 000bbZbZb或4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 4.2.1 矩形波導(dǎo)中的膜片、諧振窗和銷釘矩形波導(dǎo)中的膜片、諧振窗和銷釘

28、一、電容膜片一、電容膜片在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊金屬膜片金屬膜片，在其上對稱或不對稱之處開，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，如圖所示。一個與波導(dǎo)寬壁尺寸相同的窄長窗口，如圖所示。電納的近似計(jì)算公式為電納的近似計(jì)算公式為 BbYdbp420ln csc容性膜片一壓縮電場容性膜片一壓縮電場 4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 二、二、電感膜片電感膜片 BaYdap 022ctg電感膜片及其等效電路電感膜片及其等效電路 電感膜片電納的近似計(jì)算公式為電感膜片電納的近似計(jì)算公式為感性膜片一壓縮磁性感性膜片一壓縮磁性 4.2

29、幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 三、三、 諧振窗諧振窗 下圖給出了諧振窗的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路。即在下圖給出了諧振窗的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路。即在橫向金屬膜橫向金屬膜片上開設(shè)一個小窗片上開設(shè)一個小窗，稱為諧振窗。，稱為諧振窗。 諧振窗及諧振窗及其等效電路其等效電路諧振窗可以看作是感性膜片和容性膜片的結(jié)合，構(gòu)成諧振窗可以看作是感性膜片和容性膜片的結(jié)合，構(gòu)成無反射元件無反射元件。( (窗的特性阻抗等于窗的特性阻抗等于波導(dǎo)主模波導(dǎo)主模的特性阻抗，的特性阻抗，它在概念上有力地說明：有障礙未必有反射它在概念上有力地說明：有障礙未必有反射) )。4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)

30、幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 圖圖 含有諧振窗的雷達(dá)天線收、發(fā)開關(guān)含有諧振窗的雷達(dá)天線收、發(fā)開關(guān)圖圖 給出了諧振窗在給出了諧振窗在雷達(dá)設(shè)備雷達(dá)設(shè)備中的應(yīng)用。當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)射的大功中的應(yīng)用。當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)射的大功率信號經(jīng)過單向器到達(dá)由介質(zhì)封閉的諧振窗率信號經(jīng)過單向器到達(dá)由介質(zhì)封閉的諧振窗 I I 時，大功率信號將時，大功率信號將使兩封閉諧振窗之間的高頻放電氣體放電，在諧振窗附近形成使兩封閉諧振窗之間的高頻放電氣體放電，在諧振窗附近形成導(dǎo)導(dǎo)電層電層而封閉諧振窗，使之成為而封閉諧振窗，使之成為短路面短路面大功率信號在大功率信號在諧振窗表面將諧振窗表面將被全反射，只被全反射，只能通過波導(dǎo)到能通過波導(dǎo)到達(dá)天線而

31、發(fā)射達(dá)天線而發(fā)射出去出去。補(bǔ)充補(bǔ)充4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 由此可見，由此可見，兩介質(zhì)填充的諧兩介質(zhì)填充的諧振窗之間的空間振窗之間的空間起到了開關(guān)的作起到了開關(guān)的作用，故稱為天線用，故稱為天線收、發(fā)開關(guān)，簡收、發(fā)開關(guān)，簡稱稱 TR 管管。 圖圖 含有諧振窗的雷達(dá)天線收、發(fā)開關(guān)含有諧振窗的雷達(dá)天線收、發(fā)開關(guān)當(dāng)天線接收小功率信號時，由于單向器的作用，信號不能進(jìn)當(dāng)天線接收小功率信號時，由于單向器的作用，信號不能進(jìn)入發(fā)射機(jī)，只進(jìn)入接接收機(jī)通道。這時信號功率較小，不會使高入發(fā)射機(jī)，只進(jìn)入接接收機(jī)通道。這時信號功率較小，不會使高頻放電氣體放電。因此，當(dāng)接收信號波長等

32、于頻放電氣體放電。因此，當(dāng)接收信號波長等于 0 時，兩介質(zhì)填充時，兩介質(zhì)填充諧振窗之間隔成的空間對接收信號沒有影響，使接收信號能順利諧振窗之間隔成的空間對接收信號沒有影響，使接收信號能順利地進(jìn)入接收機(jī)而被接收。地進(jìn)入接收機(jī)而被接收。補(bǔ)充補(bǔ)充4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 四、螺釘四、螺釘 螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，電納的螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，電納的性質(zhì)和大小可性質(zhì)和大小可隨之改變，隨之改變，使用方便，是小功率微波設(shè)備中常采用的使用方便，是小功率微波設(shè)備中常采用的調(diào)諧和匹配元件調(diào)諧和匹配元件。 波導(dǎo)可調(diào)螺釘及其等效電路波導(dǎo)可調(diào)螺釘及其等效電路 4.2 幾

33、種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) (一一) 膜片膜片 在工作于主模的矩形波導(dǎo)橫截面內(nèi)放入圖在工作于主模的矩形波導(dǎo)橫截面內(nèi)放入圖 4.1 (a)所所示的金屬薄片，稱為膜片。示的金屬薄片，稱為膜片。圖圖4.14.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 膜片的引入改變了波導(dǎo)均勻膜片的引入改變了波導(dǎo)均勻的邊界條件的邊界條件，膜片處的場分，膜片處的場分布如圖布如圖4.1(b)所示。將膜片處的電場實(shí)行模式展開，容易所示。將膜片處的電場實(shí)行模式展開，容易看出它是由看出它是由TEn0( (n為奇數(shù)為奇數(shù)) )各模迭加而成。其中，高次模各模迭加而成。其中，高次模TE3

34、0，TE50對于只傳輸主模的矩形波導(dǎo)來說，均屬于對于只傳輸主模的矩形波導(dǎo)來說，均屬于截止模。截止模。圖圖4.14.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 它們不能沿波導(dǎo)傳輸，只存在于膜片附近，由于它們不能沿波導(dǎo)傳輸，只存在于膜片附近，由于TE模截止場磁能占優(yōu)勢，因此，這樣的膜片呈電感性，稱模截止場磁能占優(yōu)勢，因此，這樣的膜片呈電感性，稱為為感性感性膜片。其等效電路是與波導(dǎo)等效傳輸線相并聯(lián)的膜片。其等效電路是與波導(dǎo)等效傳輸線相并聯(lián)的電感，如圖電感，如圖4.1(c)所示。所示。圖圖4.1CYCYLjB4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 波導(dǎo)模橫截

35、面內(nèi)的膜片也可按圖波導(dǎo)模橫截面內(nèi)的膜片也可按圖 4.2(a)所示的方式引入。所示的方式引入。圖圖4.24.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 這種情況下，新的邊界條件使件使場變?yōu)槿鐖D這種情況下，新的邊界條件使件使場變?yōu)槿鐖D 4.2 (b)所示。由膜片處的場與所示。由膜片處的場與TE10模相比較可見，此時出現(xiàn)模相比較可見，此時出現(xiàn)的高次模是以的高次模是以TM12模為主的模為主的TM模，這些模，這些TM模對于只傳模對于只傳輸主模的矩形波導(dǎo)仍屬截止模。根據(jù)輸主模的矩形波導(dǎo)仍屬截止模。根據(jù)TM模截止場電能占模截止場電能占優(yōu)勢的特性，可知這種膜片呈電容性，稱為優(yōu)勢的特性，可知這

36、種膜片呈電容性，稱為容性容性膜片。膜片。圖圖4.2TM11TM124.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 其等效電路如圖其等效電路如圖 4.2 (c)所示。所示。圖圖4.2CYCYCjB4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 上述膜片等效電抗的大小只能通過上述膜片等效電抗的大小只能通過場解或?qū)嶒?yàn)場解或?qū)嶒?yàn)得出，得出，場解得到的近似計(jì)算公式有：場解得到的近似計(jì)算公式有：1對稱感性膜片、零厚度情況下歸一化電納對稱感性膜片、零厚度情況下歸一化電納T(膜片的厚度膜片的厚度)不為零時可近似修正為不為零時可近似修正為2ctg ()2Bgaaa2()ctg

37、2g ataaB(4.1a) (4.1b) 4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 2.對稱容性膜片、零厚度歸一化電納為對稱容性膜片、零厚度歸一化電納為4ln(csc)2BB =Ycgbbbt不為零時可近似修正為不為零時可近似修正為42ln(csc)ln()2B =ggbbtbbbbb(4.2a) (4.2b) 4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) ( (二二) ) 諧振窗諧振窗在矩形波導(dǎo)的橫截面內(nèi)引入圖在矩形波導(dǎo)的橫截面內(nèi)引入圖4.3(a)的窗口形金屬薄片的窗口形金屬薄片可視為可視為感性膜片與容性膜片感性膜片與容性膜片的組合。的組合。圖圖

38、4.3CYCYCjBLjB4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) (三三) 銷釘銷釘 在矩形波導(dǎo)或其他微波結(jié)構(gòu)中，插入的金屬圓柱體，在矩形波導(dǎo)或其他微波結(jié)構(gòu)中，插入的金屬圓柱體，稱為銷釘。稱為銷釘。 圖圖 4.4所示為所示為對穿銷釘對穿銷釘。采用與分析膜片相同的方法，。采用與分析膜片相同的方法，可分別得電感銷釘和電容銷釘?？煞謩e得電感銷釘和電容銷釘。圖圖4.4CYCYLjBCYCYCjB4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 圖圖 4.5所示為可調(diào)銷釘，又稱可調(diào)螺釘。它從矩形波導(dǎo)寬所示為可調(diào)銷釘，又稱可調(diào)螺釘。它從矩形波導(dǎo)寬邊中心處插入，深度

39、可調(diào)，其電抗性質(zhì)隨插入深度而定。邊中心處插入，深度可調(diào)，其電抗性質(zhì)隨插入深度而定。插入深度較小時，銷釘呈插入深度較小時，銷釘呈容性容性，因?yàn)殇N釘主要起集中電，因?yàn)殇N釘主要起集中電場的作用，如圖場的作用，如圖 4.5(a)所示；所示；圖圖4.5CYCYCjB4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 圖圖4.5CYCYjB波導(dǎo)短路的實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)短路的實(shí)現(xiàn)4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) 4.2.2 導(dǎo)波系統(tǒng)中的階躍不均勻性導(dǎo)波系統(tǒng)中的階躍不均勻性(一一) 同軸線、矩形波導(dǎo)橫向尺寸的躍變同軸線、矩形波導(dǎo)橫向尺寸的躍變圖圖 4.6(a)為同軸線橫向尺

40、寸的躍變。圖為同軸線橫向尺寸的躍變。圖 4.6 (b)為矩形波導(dǎo)為矩形波導(dǎo)窄邊尺寸窄邊尺寸的躍變。顯然，這類結(jié)構(gòu)的等效電路在階躍面的躍變。顯然，這類結(jié)構(gòu)的等效電路在階躍面兩邊表示為特性阻抗或兩邊表示為特性阻抗或等效特性阻抗等效特性阻抗不等的傳輸線，臺不等的傳輸線，臺階的作用類似于階的作用類似于容性膜片容性膜片，故等效為跨接在傳輸線間的，故等效為跨接在傳輸線間的電容，如圖電容，如圖 4.6 (c)所示。所示。圖圖4.61CY2CYCjB4.2 幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì)幾種簡單不均勻性場的電抗性質(zhì) (二二) 兩條不同特性阻抗微帶線的連接兩條不同特性阻抗微帶線的連接 在連接點(diǎn)必然發(fā)生導(dǎo)帶寬度躍變

41、，如圖在連接點(diǎn)必然發(fā)生導(dǎo)帶寬度躍變，如圖 4.7(a)所示。所示。微帶尺寸躍變的等效性質(zhì)，可用微帶尺寸躍變的等效性質(zhì)，可用對偶波導(dǎo)模擬法對偶波導(dǎo)模擬法進(jìn)行分進(jìn)行分析。析。圖圖4.74.3 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 4.3 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 連接元件連接元件 在微波技術(shù)中，把相同類型傳輸線連接在一起的裝置統(tǒng)稱為在微波技術(shù)中，把相同類型傳輸線連接在一起的裝置統(tǒng)稱為接接頭頭。常用的接頭有。常用的接頭有同軸接頭同軸接頭和和波導(dǎo)接頭波導(dǎo)接頭兩種。把不同類型的傳輸線兩種。把不同類型的傳輸線連接在一起的裝置稱為連接在一起的裝置稱為轉(zhuǎn)接元件轉(zhuǎn)接元件，又稱作，又稱作轉(zhuǎn)換接頭轉(zhuǎn)換接頭。常用的有同軸。常用的有同軸線與波導(dǎo)、

42、同軸線與微帶線、波導(dǎo)與微帶線間的轉(zhuǎn)接元件。線與波導(dǎo)、同軸線與微帶線、波導(dǎo)與微帶線間的轉(zhuǎn)接元件。(一一)接頭接頭 對接頭的基本要求是：連接點(diǎn)接觸可靠，不引起電磁的反射，對接頭的基本要求是：連接點(diǎn)接觸可靠，不引起電磁的反射，輸入駐波比盡可能小，一般在輸入駐波比盡可能小，一般在1.2以下；工作頻帶要寬；電磁能量以下；工作頻帶要寬；電磁能量無泄漏；結(jié)構(gòu)牢固，裝拆方便，易于加工等。無泄漏；結(jié)構(gòu)牢固，裝拆方便，易于加工等。 (a)平接頭平接頭(b)扼流接頭扼流接頭 4.3 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 4.3 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 (二二)拐角、彎曲和扭轉(zhuǎn)元件。當(dāng)需要改變電磁波的極化方拐角、彎曲和扭轉(zhuǎn)元件。當(dāng)需要改變電磁

43、波的極化方向而不改變其傳輸方向時，則要用到扭轉(zhuǎn)元件。對這向而不改變其傳輸方向時，則要用到扭轉(zhuǎn)元件。對這些元件的要求是：引入的反射盡可能小、工作頻帶寬、些元件的要求是：引入的反射盡可能小、工作頻帶寬、功率容量大。功率容量大。 (a)波導(dǎo)拐彎波導(dǎo)拐彎(b)扭波導(dǎo)扭波導(dǎo)(c)E面彎曲面彎曲(d)H面彎曲面彎曲4.3 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 (三三)轉(zhuǎn)接元件轉(zhuǎn)接元件 在將不同類型的傳輸線或元件連接時，不僅要考慮在將不同類型的傳輸線或元件連接時，不僅要考慮阻抗匹配阻抗匹配，而且還應(yīng)該考慮而且還應(yīng)該考慮模式的變換模式的變換。 1、同軸線同軸線波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器 連接同軸線與波導(dǎo)的元件，稱為同軸線連接同軸線與波導(dǎo)的元件，稱為同軸線波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)如波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。為了提高轉(zhuǎn)換效率，可調(diào)節(jié)探針深度和短路活塞位置。圖所示。為了提高轉(zhuǎn)換效率，可調(diào)節(jié)探針深度和短路活塞位置。 2、波導(dǎo)波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)接器微帶轉(zhuǎn)接器 通常在波導(dǎo)與微帶線之間加一段脊波導(dǎo)過渡段來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。通常在波導(dǎo)與微帶線之間加一段脊波導(dǎo)