微波技術(shù)與天線 劉學(xué)觀 第5.1節(jié)

匹配（兩個(gè)基本概念）端口接負(fù)載匹配：

網(wǎng)絡(luò)某端口外接均勻傳輸線是匹配狀態(tài)的，對(duì)于該端口必有

散射矩陣[S]的各參數(shù)是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的反射系數(shù)或傳輸系數(shù)。端口匹配：

網(wǎng)絡(luò)端口參考面上無反射波，對(duì)于該端口必有

網(wǎng)絡(luò)第i口匹配，指的是其他各口均接匹配負(fù)載時(shí)，該口的反射系數(shù)為零，即Sii

=0。網(wǎng)絡(luò)完全匹配，是指所有端口都達(dá)到匹配，即

Sjj=0（j=1，2，3…N)[S]矩陣的性質(zhì)（1）互易網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)

或?qū)懽鳎?/p>

（2）無耗網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)

（3）對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)幺正特性存在完全匹配的線性無耗互易二口網(wǎng)絡(luò)，四口網(wǎng)絡(luò)；不存在完全匹配的線性無耗互易三口網(wǎng)絡(luò)。第五章微波元器件

任何頻段工作的電子設(shè)備，都需要各種功能的元器件，既有如電容、電感、電阻、濾波器、分配器、諧振回路等無源元器件，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)匹配、分配、濾波等功能；又有晶體管等有源元器件，實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生、放大、調(diào)制、變頻等功能。有源器件(主動(dòng)器件)：在模擬和數(shù)字電路中施以外界信號(hào)，可以改變自已本身的基本特性。二極管、三極管、IC、晶振、傳感器都是有源的。無源器件

(被動(dòng)器件)：在模擬和數(shù)字電路中施以外界信號(hào)，不會(huì)改變自已本身的基本特性。電阻、電容、電感、連接器等都是無源的

。

在微波系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的產(chǎn)生、放大、變頻、匹配、分配、濾波等功能的部件，統(tǒng)稱為微波元器件。微波元器件按其變換性質(zhì)可分為三大類:線性互易元器件(linearreciprocaldevices)只對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行線性變換而不改變頻率特性并滿足互易定理，主要包括：各種微波連接匹配元件、功率分配元器件、微波濾波器件及微波諧振器件等；線性非互易元器件(linearnonreciprocaldevices)主要是指鐵氧體器件，它的散射矩陣不對(duì)稱，但仍工作在線性區(qū)域，主要包括：隔離器、環(huán)行器等；非線性器件(nonlineardevices)能引起頻率的改變，從而實(shí)現(xiàn)放大、調(diào)制、變頻等，主要包括微波電子管、微波晶體管、微波固態(tài)諧振器、微波場(chǎng)效應(yīng)管及微波電真空器件等。本章主要內(nèi)容5.1連接匹配元件5.2功率分配元件5.3微波諧振器件5.4微波鐵氧體器件5.1連接匹配元件

微波連接匹配元件包括三大類:終端負(fù)載元件(terminalloaddevices)是連接在傳輸系統(tǒng)終端實(shí)現(xiàn)終端短路、匹配或標(biāo)準(zhǔn)失配等功能的元件；微波連接元件(microwaveconnector)是將作用不同的兩個(gè)微波系統(tǒng)按一定要求連接起來，主要包括：波導(dǎo)接頭、衰減器、相移器及轉(zhuǎn)換接頭等；阻抗匹配元器件(impedancematcheddevices)是用于調(diào)整傳輸系統(tǒng)與終端之間阻抗匹配的器件，主要包括螺釘調(diào)配器、多階梯阻抗變換器及漸變型變換器等。1.

終端負(fù)載元件;

(1)

短路負(fù)載

(shortcircuitload)主要有短路片和短路活塞

g/4

g/4

g/4波導(dǎo)的扼流式短路活塞同軸線扼流式短路活塞優(yōu)點(diǎn)：損耗小，駐波比可以做到大于100缺點(diǎn)：頻帶較窄匹配負(fù)載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件

短路波導(dǎo)內(nèi)放置鍥形吸收體

或在波導(dǎo)外側(cè)加裝散熱片以利于散熱

對(duì)波導(dǎo)來說，小功率匹配負(fù)載一般在一段終端短路的波導(dǎo)內(nèi)放置一塊或幾塊劈形吸收片。當(dāng)吸收片平行地放置在波導(dǎo)中電場(chǎng)最強(qiáng)處，吸收片強(qiáng)烈吸收微波能量，其反射變小，劈尖的長(zhǎng)度越長(zhǎng)吸收效果越好，匹配性能越好，劈尖長(zhǎng)度一般取

g/2的整數(shù)倍。劈形吸收片劈形玻璃容器當(dāng)功率很大時(shí)采用水負(fù)載

(2)匹配負(fù)載(matchedload)當(dāng)功率較大時(shí)(3)失配負(fù)載(mismatchload)

失配負(fù)載既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率，而且一般制成一定大小駐波的標(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)載，主要用于微波測(cè)量。失配負(fù)載和匹配負(fù)載的制作相似，只是略微改變一下尺寸，使之和原傳輸系統(tǒng)失配。如波導(dǎo)失配負(fù)載就是將匹配負(fù)載的波導(dǎo)窄邊b制作成與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊b0不一樣，使之有一定的反射。設(shè)駐波比為

，則有：

同軸線匹配負(fù)載

微帶匹配負(fù)載用半圓形電阻作為吸收體,頻帶寬而且功率容量也大

2.微波連接元件

微波連接元件是二端口互易元件，主要包括：波導(dǎo)接頭、衰減器、相移器和轉(zhuǎn)換接頭。(1)波導(dǎo)接頭(waveguideconnector)

平法蘭扼流法蘭

平法蘭特點(diǎn)：加工方便、體積小、頻帶寬，其駐波比可以做到1.002以下，但要求接觸表面光潔度較高。常用于低功率、寬頻帶場(chǎng)合。

扼流法蘭特點(diǎn)：功率容量大，接觸表面光潔度要求不高，但工作頻帶較窄，駐波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄頻帶場(chǎng)合。

波導(dǎo)連接頭除了法蘭接頭之外，還有各種扭轉(zhuǎn)(twist)和彎曲(bend)元件以滿足不同的需要。當(dāng)需要改變電磁波的方向時(shí)可用波導(dǎo)彎曲，為了使反射最小，扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度應(yīng)為(2n+1)

g/4，E面波導(dǎo)彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足R1.5b，H面彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足R

1.5a。當(dāng)需要改變電磁波的極化方向而不改變其傳輸方向時(shí)用波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)元件；E面彎曲H面彎曲R1.5aR1.5b(2)衰減元件和相移元件

(attenuatorsandphaseshifters)

衰減器的種類很多，最常用是吸收式衰減器沿電場(chǎng)方向放置衰減片吸收片沿波導(dǎo)橫向移動(dòng)時(shí)就可改變其衰減量

當(dāng)將衰減器的衰減片換成介電常數(shù)

r>1的無耗介質(zhì)片時(shí)，就構(gòu)成了移相器，其散射矩陣為

(3)轉(zhuǎn)換接頭(switchingconnector)

微波從一種傳輸系統(tǒng)過渡到另一種傳輸系統(tǒng)時(shí)需要用轉(zhuǎn)換器，如第二章討論的方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器等傳輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器，在這一類轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時(shí)阻抗匹配以保證信號(hào)有效傳送，另一方面要保證工作模式的轉(zhuǎn)換。另一類轉(zhuǎn)換器是極化轉(zhuǎn)換器，由于在雷達(dá)通信和電子干擾中經(jīng)常用到圓極化波，而微波傳輸系統(tǒng)往往是線極化的，為此需要進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換，這就是極化轉(zhuǎn)換器。常用的線－圓極化轉(zhuǎn)換器有：多螺釘極化轉(zhuǎn)換器和介質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器。

3.阻抗匹配元件

(1)螺釘調(diào)配器(bolttuner)

使用時(shí)為了避免波導(dǎo)短路擊穿，螺釘都設(shè)計(jì)成容性，即螺釘旋入波導(dǎo)中的深度應(yīng)小于3b/4。

螺釘不同的深度等效為不同的電抗元件

螺釘調(diào)配器可分為單螺釘、雙螺釘、三螺釘和四螺釘調(diào)配器。單螺釘調(diào)配器通過調(diào)整螺釘?shù)目v向位置和深度來實(shí)現(xiàn)匹配的。

（2）多階梯阻抗變換器(multi-ladderimpedancechanger)

在第1章中我們已經(jīng)知道用λ/4阻抗變換器可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，但嚴(yán)格說來只有在特定頻率上才滿足匹配條件，若要使變換器在較寬的工作頻帶內(nèi)仍可實(shí)現(xiàn)匹配，必須用多階梯阻抗變換器。波導(dǎo)形同軸形微帶形它們共同的等效電路（3）漸變型阻抗變換器(gradedmodelimpedancechanger