《微波元器件》課件

《微波元器件》微波的定義電磁波微波是頻率范圍在300MHz至300GHz的電磁波。廣泛應(yīng)用微波應(yīng)用廣泛，包括通信、雷達(dá)、醫(yī)療、加熱等。微波頻段300MHz低頻3GHz中頻30GHz高頻300GHz極高頻微波元器件的特點(diǎn)高頻特性工作于微波頻段，具有更高的頻率和帶寬。高速傳輸能夠高速傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)，適用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)。高功率處理可以處理大功率微波信號(hào)，用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信等。微波元器件的分類(lèi)被動(dòng)元器件主要用于微波信號(hào)的傳輸、匹配、濾波和隔離等功能。常見(jiàn)的被動(dòng)元器件包括波導(dǎo)、同軸線、微帶線、諧振腔、濾波器、衰減器、環(huán)行器、開(kāi)關(guān)、功分器和合路器等。有源元器件主要用于微波信號(hào)的放大、振蕩、混頻和調(diào)制等功能。常見(jiàn)的器件包括微波放大管、二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等。波導(dǎo)波導(dǎo)是一種封閉的金屬管道，用于傳輸微波能量。它利用電磁波在金屬導(dǎo)體內(nèi)部傳播的原理來(lái)傳輸能量。波導(dǎo)的形狀通常為矩形或圓形，內(nèi)部是真空或充滿(mǎn)空氣。波導(dǎo)在微波系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，例如微波傳輸線、微波濾波器、微波天線等。波導(dǎo)內(nèi)電磁場(chǎng)分析1麥克斯韋方程組電磁場(chǎng)基礎(chǔ)2邊界條件金屬導(dǎo)體邊界3模式分析TEM,TE,TM模式波導(dǎo)接頭過(guò)渡接頭連接不同尺寸或形狀的波導(dǎo)彎頭改變波導(dǎo)方向T型接頭將信號(hào)從一個(gè)波導(dǎo)分配到兩個(gè)波導(dǎo)交叉接頭將兩個(gè)波導(dǎo)交叉連接，避免干擾波導(dǎo)衰減類(lèi)型描述導(dǎo)體損耗由于導(dǎo)體電阻導(dǎo)致的能量損耗介質(zhì)損耗由于介質(zhì)材料的損耗導(dǎo)致的能量損耗輻射損耗由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不完美導(dǎo)致的能量輻射波導(dǎo)濾波器1定義波導(dǎo)濾波器利用波導(dǎo)諧振腔的共振特性，將特定頻率的微波信號(hào)濾除或通過(guò)。2分類(lèi)波導(dǎo)濾波器可分為帶通濾波器和帶阻濾波器，根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，又可分為多種類(lèi)型。3應(yīng)用波導(dǎo)濾波器廣泛應(yīng)用于微波通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。共振腔共振腔是微波電路中重要的元件之一，它利用電磁波在特定頻率下在腔體內(nèi)部發(fā)生共振的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率的信號(hào)進(jìn)行選擇性地放大或?yàn)V波。共振腔可以實(shí)現(xiàn)高Q值，意味著它能將能量集中在很窄的頻帶內(nèi)，從而獲得非常高的選擇性和靈敏度。共振腔在微波系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，例如，它可以作為微波濾波器、微波振蕩器、微波放大器的諧振元件，以及作為微波功率計(jì)的傳感器等。共振腔濾波器窄帶特性共振腔濾波器具有窄帶特性，可以濾除特定頻率的信號(hào)。高選擇性高選擇性使得共振腔濾波器能夠有效地分離和提取特定頻率的信號(hào)。應(yīng)用廣泛共振腔濾波器廣泛應(yīng)用于微波通信、雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。耦合環(huán)微波頻率耦合環(huán)是一種微波元器件，用于在不同電路之間傳遞能量。電磁耦合耦合環(huán)通過(guò)電磁耦合原理工作，利用兩個(gè)環(huán)之間的磁場(chǎng)相互作用來(lái)傳遞能量。微波應(yīng)用在微波電路中，耦合環(huán)用于實(shí)現(xiàn)濾波、匹配和隔離等功能。耦合環(huán)濾波器工作原理通過(guò)調(diào)整耦合環(huán)的尺寸和位置，可以改變耦合環(huán)與傳輸線之間的耦合程度，從而改變?yōu)V波器的特性。頻率選擇性耦合環(huán)濾波器可以通過(guò)改變耦合環(huán)的尺寸和位置來(lái)調(diào)整其共振頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率的濾波。應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于各種微波系統(tǒng)中，如微波通信、雷達(dá)、衛(wèi)星等。微波放大管微波放大管是一種利用電磁場(chǎng)能量在微波頻段內(nèi)進(jìn)行放大信號(hào)的電子器件。微波放大管廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、電子對(duì)抗等領(lǐng)域。微波放大管分類(lèi)1真空管真空管放大器是一種傳統(tǒng)的微波放大器，具有較高的功率容量和較寬的帶寬，但體積較大，效率較低。2固態(tài)器件固態(tài)器件放大器使用半導(dǎo)體器件作為放大元件，例如場(chǎng)效應(yīng)管和雙極型晶體管，具有體積小、效率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。諧振器定義諧振器是微波電路中的一種重要元件，它可以存儲(chǔ)能量并在特定的頻率下產(chǎn)生共振現(xiàn)象。作用諧振器可以用于濾波、振蕩、放大等應(yīng)用，并能夠選擇性地放大或衰減特定頻率的信號(hào)。有源器件放大放大信號(hào)功率振蕩產(chǎn)生微波信號(hào)混合將不同頻率的信號(hào)組合在一起二極管二極管是一種非線性電子元件，允許電流在一個(gè)方向上流動(dòng)，但在另一個(gè)方向上阻止電流流動(dòng)。二極管廣泛用于各種電子電路中，例如整流、信號(hào)檢測(cè)、電壓調(diào)節(jié)和開(kāi)關(guān)。微波二極管1非線性微波二極管利用其非線性特性，在高頻信號(hào)下表現(xiàn)出獨(dú)特的功能。2高速能夠處理微波頻段的信號(hào)，在高速電子系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。3應(yīng)用廣泛微波二極管廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。微波三極管結(jié)構(gòu)微波三極管類(lèi)似于普通晶體管，但結(jié)構(gòu)更加精細(xì)。它們通常采用金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)或高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高速性能。特性與普通三極管相比，微波三極管具有更高的工作頻率，更大的功率處理能力和更低的噪聲系數(shù)。它們被廣泛用于微波放大器、振蕩器和混頻器等微波電路中。場(chǎng)效應(yīng)管N溝道場(chǎng)效應(yīng)管N溝道場(chǎng)效應(yīng)管是一種常用的場(chǎng)效應(yīng)管類(lèi)型，其導(dǎo)電通道由N型半導(dǎo)體材料構(gòu)成。P溝道場(chǎng)效應(yīng)管P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電通道由P型半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其工作原理與N溝道場(chǎng)效應(yīng)管相似。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管利用PN結(jié)形成的場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流，具有較高的輸入阻抗和低噪聲的特點(diǎn)。衰減器信號(hào)衰減衰減器用于降低信號(hào)強(qiáng)度，以便在接收器中獲得最佳信號(hào)強(qiáng)度。匹配阻抗衰減器通常設(shè)計(jì)為匹配源和負(fù)載的阻抗，以最大程度地減少信號(hào)反射。類(lèi)型衰減器有各種類(lèi)型，例如固定衰減器，可變衰減器和數(shù)字衰減器。環(huán)行器定義環(huán)行器是一種無(wú)源微波器件，它能夠單向傳輸微波信號(hào)。它利用磁場(chǎng)使不同方向的電磁波在器件內(nèi)以不同的方式傳播，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向傳輸。環(huán)行器是微波系統(tǒng)中重要的部件，被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信等領(lǐng)域。應(yīng)用環(huán)行器能夠有效地隔離發(fā)送和接收信號(hào)，避免干擾。例如，在雷達(dá)系統(tǒng)中，環(huán)行器用來(lái)隔離發(fā)射信號(hào)和接收回波信號(hào)，使雷達(dá)能夠準(zhǔn)確地探測(cè)目標(biāo)。開(kāi)關(guān)電氣開(kāi)關(guān)用于控制微波電路中信號(hào)的通斷。機(jī)械開(kāi)關(guān)利用機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接通和斷開(kāi)。電子開(kāi)關(guān)基于半導(dǎo)體器件，通過(guò)控制電壓或電流實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切換。功分器1信號(hào)分配功分器將一個(gè)輸入信號(hào)分配到多個(gè)輸出端口。2等功率分配理想的功分器將輸入功率均勻分配到所有輸出端口。3應(yīng)用廣泛功分器在微波系統(tǒng)中用于信號(hào)分配、負(fù)載匹配等。合路器將多個(gè)信號(hào)合并成一個(gè)信號(hào)。提高信號(hào)強(qiáng)度。用于天線系統(tǒng)。單極天線單極天線是一種常用的微波天線，它由一根金屬棒和一個(gè)接地平面組成。金屬棒通常垂直于接地平面，形成一個(gè)垂直的輻射元件。當(dāng)信號(hào)通過(guò)天線時(shí)，金屬棒上的電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并向周?chē)臻g輻射出去。單極天線具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、易于制作、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，在無(wú)線通信、廣播電視等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。微帶線微帶線是一種平面?zhèn)鬏斁€，由介質(zhì)基板、金屬導(dǎo)體和接地層組成。介質(zhì)基板通常為陶瓷或塑料材料，金屬導(dǎo)體作為信號(hào)線，接地層通常為金屬箔。微帶線可以實(shí)現(xiàn)各種傳輸線功能，例如傳輸信號(hào)、匹配阻抗以及構(gòu)建微波電路。微帶線特性阻抗微帶線的特征阻抗取決于其