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1、微波元器件按其变换性质可分为三大类微波元器件按其变换性质可分为三大类:线线性性互互易易元元器器件件(linear reciprocal devices)只只对对微微波波信信号号进进行行线线性性变变换换而而不不改改变变频频率率特特性性并并满满足足互互易易定定理理，主主要要包包括括：各各种种微微波波连连接接匹匹配配元元件件、功功率率分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等；分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等；线线性性非非互互易易元元器器件件(linear nonreciprocal devices)主主要要是是指指铁铁氧氧体体器器件件，它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域，主要包括：隔离器
2、、环行器等；它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域，主要包括：隔离器、环行器等；非非线线性性器器件件(nonlinear devices)能能引引起起频频率率的的改改变变，从从而而实实现现放放大大、调调制制、变变频频等等，主主要要包包括括微微波波电电子子管管、微微波波晶晶体体管管、微微波波固固态态谐谐振振器器、微微波波场场效效应应管及微波电真空器件等。管及微波电真空器件等。第1页/共14页本章主要内容 5.1 连接匹配元件 5.2 功率分配元件 5.3 微波谐振器件 5.4 微波铁氧体器件 第2页/共14页5.1 连接匹配元件 微波连接匹配元件包括三大类:终端负载元件(terminal loa
3、d devices)是连接在传输系统终端实现终端短路、匹配或标准失配等功能的元件；微波连接元件(microwave connector)是将作用不同的两个微波系统按一定要求连接起来，主要包括：波导接头、衰减器、相移器及转换接头等；阻抗匹配元器件(impedance matched devices)是用于调整传输系统与终端之间阻抗匹配的器件，主要包括螺钉调配器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。第3页/共14页1.终端负载元件(1)短路负载(short circuit load)主要有短路片和短路活塞 它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处，而向波源方向移动 g/2的距离。g/4g/4g/
4、4波导的扼流式短路活塞同轴线扼流式短路活塞优点：损耗小，驻波比可以做到大于100100缺点：频带较窄第4页/共14页匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件 短路波导内放置锲形吸收体 或在波导外侧加装散热片以利于散热 对波导来说，小功率匹配负载一般在一段终端短路的波导内放置一块或几块劈形吸收片。当吸收片平行地放置在波导中电场最强处，吸收片强烈吸收微波能量，其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越好，匹配性能越好，劈尖长度一般取 g/2的整数倍。劈形吸收片劈形玻璃容器当功率很大时采用水负载 (2)匹配负载(matched load)当功率较大时第5页/共14页(3)失配负载(mismatch
5、 load)失配负载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驻波的标准失配负载，主要用于微波测量。失配负载和匹配负载的制作相似，只是略微改变一下尺寸，使之和原传输系统失配。如波导失配负载就是将匹配负载的波导窄边b制作成与标准波导窄边b0不一样，使之有一定的反射。设驻波比为，则有：同轴线匹配负载 微带匹配负载半圆形电阻作为吸收体频带宽而且功率容量也大 第6页/共14页2.微波连接元件 微波连接元件是二端口互易元件，主要包括：波导接头、衰减器、相移器和转换接头。(1)波导接头(waveguide connector)平法兰扼流法兰 平法兰特点：加工方便、体积小、频带宽，其驻波
6、比可以做到1.002以下，但要求接触表面光洁度较高。常用于低功率、宽频带场合。扼流法兰特点：功率容量大，接触表面光洁度要求不高，但工作频带较窄，驻波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄频带场合。第7页/共14页波导连接头除了法兰接头之外，还有各种扭转(twist)和弯曲(bend)元件以满足不同的需要。当需要改变电磁波的方向时可用波导弯曲，为了使反射最小，扭转长度应为(2n+1)g/4，E面波导弯曲的曲率半径应满足R 1.5b，H面弯曲的曲率半径应满足R 1.5a。当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时用波导扭转元件；E面弯曲H面弯曲R 1.5aR 1.5b第8页/共14页(2)衰
7、减元件和相移元件 (attenuators and phase shifters)衰减器的种类很多，最常用是吸收式衰减器沿电场方向放置衰减片吸收片沿波导横向移动时就可改变其衰减量 为什么取此形状？当将衰减器的衰减片换成介电常数 r1的无耗介质片时，就构成了移相器，其散射矩阵为 第9页/共14页(3)转换接头(switching connector)微波从一种传输系统过渡到另一种传输系统时需要用转换器，微波从一种传输系统过渡到另一种传输系统时需要用转换器，如第二章讨论的如第二章讨论的同轴波导激励器和方圆波导转换器同轴波导激励器和方圆波导转换器等传输系统的转换器，在等传输系统的转换器，在这一类转换
8、器设计中一方面要保证形状转换时阻抗匹配以保证信号有效传送，这一类转换器设计中一方面要保证形状转换时阻抗匹配以保证信号有效传送，另一方面要保证工作模式的转换。另一方面要保证工作模式的转换。另一类转换器是另一类转换器是极化转换器极化转换器，由于在雷达通信和电子干扰中经常用到圆极化，由于在雷达通信和电子干扰中经常用到圆极化波，而微波传输系统往往是线极化的，为此需要进行极化转换，这就是极化转波，而微波传输系统往往是线极化的，为此需要进行极化转换，这就是极化转换器。换器。第10页/共14页3.阻抗匹配元件(1)螺钉调配器(bolt tuner)使用时为了避免波导短路击穿，螺钉都设计成容性，即螺钉旋入波导
9、中的深度应小于3b/4。螺钉不同的深度等效为不同的电抗元件 螺钉调配器可分为单螺钉、双螺钉、三螺钉和四螺钉调配器。单螺钉调配器通过调整螺钉的纵向位置和深度来实现匹配的。第11页/共14页4.多阶梯阻抗变换器 (multi-ladder impedance changer)在第1章中我们已经知道用阻抗变换器可实现阻抗匹配，但严格说来只有在特定频率上才满足匹配条件，若要使变换器在较宽的工作频带内仍可实现匹配，必须用多阶梯阻抗变换器。波导形同轴形微带形它们共同的等效电路第12页/共14页5.渐变型阻抗变换器 (graded model impedance changer)增加阶梯的级数就可以增加工作带宽，但增加了阶梯级数，变换器的总长度也要增加，尺寸会过大，另一方面结构设计越困难，因此提出用渐变线代替多阶梯。Zl说明：指数渐变线阻抗变换器工作频带无上限，而频带下限取决于|in|的容许值。第13页/共14页谢谢您的观看！第14页/共14页