【正文】 。 這兩種結(jié)構(gòu)都是慢波結(jié)構(gòu) , 其相速要比空心圓波導(dǎo)小 。 而幅度相等的兩個線極化波 。 (3) 第 5章 微波元器件 微波從一種傳輸系統(tǒng)過渡到另一種傳輸系統(tǒng)時 ， 需要用轉(zhuǎn)換器 , 第 2章討論的同軸波導(dǎo)激勵器和方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器等傳輸系統(tǒng)中都有轉(zhuǎn)換器 。 對于理想的衰減器 ， 其散射矩陣應(yīng)為 ［ Sα］ = 而理想相移元件的散射矩陣應(yīng)為 ［ Sθ］ = ????ale0????0ale???? ?je0????0?je 衰減器的種類很多 , 最常用的是吸收式衰減器 , 它是在一段矩形波導(dǎo)中平行于電場方向放置吸收片而構(gòu)成 , 有固定式和可變式兩種 ， 分別如圖 5 5(a)、 (b)所示 。 當(dāng)需要改變電磁波的方向時 ， 可用波導(dǎo)彎曲 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 3 波導(dǎo)法蘭接頭 ?0 / 2( a )( b )第 5章 微波元器件 扼流法蘭接頭由一個刻有扼流槽的法蘭和一個平法蘭對接而成 , 扼流法蘭接頭的特點是 : 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 。 設(shè)駐波比為 ρ, 第 5章 微波元器件 例如 : 3 cm的波段標準波導(dǎo) BJ100的窄邊為 mm, 若要求駐波比為 , 則失配負載的窄邊分別為 mm和 mm。 微帶匹配負載一般用半圓形的電阻作為吸收體 , 如圖 5 2(g)所示 , 這種負載不僅頻帶寬 ， 而且功率容量大 。 如圖 5 2(a)所示 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 1 扼流短路活塞及其等效電路 第 5章 微波元器件 (2) 匹配負載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件 。 應(yīng)用于同軸線和波導(dǎo)的扼流式短路活塞如圖 5 1(a)、 (b)所示 , 它們的有效短路面不在活塞和系統(tǒng)內(nèi)壁直接接觸處 , 而向波源方向移動 λg/2的距離 。 1. 終端負載元件是典型的一端口互易元件 , 主要包括短路負載 、 匹配負載和失配負載 。 終端負載元件是連接在傳輸系統(tǒng)終端實現(xiàn)終端短路 、 匹配或標準失配等功能的元件 。 線性非互易元器件主要是指鐵氧體器件 , 它的散射矩陣不對稱 ,但仍工作在線性區(qū)域 , 主要包括隔離器 、 環(huán)行器等 。 又有晶體管等有源元器件 , 以實現(xiàn)信號產(chǎn)生 、 放大 、 調(diào)制 、 變頻等 。 微波系統(tǒng)也不例外地有各種無源 、 有源元器件 , 它們的功能是對微波信號進行必要的處理或變換 , 它們是微波系統(tǒng)的重要組成部分 。 非線性元器件能引起頻率的改變 , 從而實現(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 、 微波場效應(yīng)管及微波電真空器件等 。 微波連接元件用以將作用不同的兩個微波系統(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 。 第 5章 微波元器件 (1) 短路負載是實現(xiàn)微波系統(tǒng)短路的器件 , 對金屬波導(dǎo)最方便的短路負載是在波導(dǎo)終端接上一塊金屬片 。 第 5章 微波元器件 這種結(jié)構(gòu)是由兩段不同等效特性阻抗的 λg/4變換段構(gòu)成 , 其工作原理可用如圖 5 1(c)所示的等效電路來表示 , 其中 cd段相當(dāng)于 λg/4終端短路的傳輸線 , bc段相當(dāng)于 λg/4終端開路的傳輸線 , 兩段傳輸線之間串有電阻 Rk, 它是接觸電阻 , 由等效電路不難證明 ab面上的輸入阻抗為 : Zab=0, 即 ab面上等效為短路 , 于是當(dāng)活塞移動時實現(xiàn)了短路面的移動 。 對波導(dǎo)來說 , 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 , 用以實現(xiàn)小功率匹配負載 , 吸收片通常由介質(zhì)片 （ 如陶瓷 、 膠木片等 ） 涂以金屬碎末或炭木制成 。 當(dāng)功率較大時可以在短路波導(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 , 如圖 5 2(b)、 (c)所示 。 (3) 失配負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準失配負載 , 主要用于微波測量 。 2. 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 、 轉(zhuǎn)換接頭 。 因此平接頭常用低功率 、 寬頻帶場合 ， 而扼流接頭一般用于高功率 、 窄頻帶場合 。 波導(dǎo)彎曲可分為 E面彎曲和H面彎曲 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 5 吸收式衰減器 支撐桿( b )吸收片( a )第 5章 微波元器件 收片由膠木板表面涂覆石墨或在玻璃片上蒸發(fā)一層厚的電阻膜組成 , 一般兩端為尖劈形 ， 以減小反射 。 在這一類轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中 ， 一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時阻抗的匹配 ， 以保證信號有效傳送；另一方面要保證工作模式的轉(zhuǎn)換 。 另一方面 , 一個線極化波也可以分解為在空間互相垂直 、 大小相等 、 相位相同的兩個線極化波 , 只要設(shè)法將其中一個分量產(chǎn)生附加 90176。 如果變換器輸入端輸入的是線極化波 , TE11模的電場與慢波結(jié)構(gòu)所在平面成 45176。 至于是左極化還是右極化 ， 要根據(jù)極化轉(zhuǎn)換器輸入端的線極化方向與慢波平面之間的夾角確定 。 螺釘深度的不同等效為不同的電抗元件 , 使用時為了避免波導(dǎo)短路擊穿 , 螺釘都設(shè)計成容性 , 即螺釘旋入波導(dǎo)中的深度應(yīng)小于3b/4(b為波導(dǎo)窄邊尺寸 )。 雙螺釘調(diào)配器是在矩形波導(dǎo)中相距 λg/ λg/4或3λg/8 等距離的兩個螺釘構(gòu)成的 , 如圖 5 8(b)所示 。 (2) 在第 1章中我們已經(jīng)知道 , 用 λ/4阻抗變換器可實現(xiàn)阻抗匹配 。 分別為 T0, T1, T2, …, TN共 (N+1)個 , 如果參考面上局部電壓反射系數(shù)對稱選取 , Γ0=ΓN Γ1=ΓN1 Γ2=ΓN2 則輸入?yún)⒖济?T0上總電壓反射系數(shù) Γ為 第 5章 微波元器件 圖 5 – 9 各種多階梯阻抗變換器 ( a ) ( b ) ( c )第 5章 微波元器件 圖 5 – 10 多階梯阻抗變換器的等效電路 ? ? ?Z0Ze1Ze NZlTNT2T1T0Ze2第 5章 微波元器件 ???? NjNNjNjj eeee 2)1(242210 . .. ????? ????????????.. .).()( )1(212120 ????????? ????? ??? NjNjNjN eee. ..)()([ )2()2(10 ??????? ????? ????? NjNjjNjNjN eeeee.. .])2c o s (c o s[2 10 ?????? ? ??? NNe jN于是反射系數(shù)模值為 |Γ|=|Γ0cosNθ+Γ1cos(N2)θ+…| 當(dāng) Γ0, Γ1, … 等值給定時 , 上式右端為余弦函數(shù) cosθ的多項式 , 滿足 |Γ|=0的 cosθ有很多解 , 亦即有許多 λg使 |Γ|=0。 設(shè)漸變線總長度為 L, 特性阻抗為 Z(z), 并建立如圖 5 11所示坐標 , 漸變線上任意微分段 z→z+Δz, 對 應(yīng) 的 輸 入 阻 抗 為Zin(z)→Z in(z)+ΔZin(z), 由傳輸線理論得 )t a n()]()([)()t a n()()]()([)(zzZzZjzZzxjzzZzZzZininininin ???????????第 5章 微波元器件 圖 5 –11 漸變型阻抗變換器 Z0zz z ＋ ? z2L2L0第 5章 微波元器件 式中 , β為漸變線的相移常數(shù) 。 λ越小 , βL越大 , |Γin|越小 。 這些元器件一般都是線性多端口互易網(wǎng)絡(luò) , 因此可用微波網(wǎng)絡(luò)理論進行分析 。 耦合裝置的耦合方式有許多種 , 一般有孔 、 分支線 、 耦合線等 , 形成不同的定向耦合器 。下面分別加以介紹 。 111111ssp??? (5) 工作帶寬是指定向耦合器的上述 C、 I、 D、 ρ等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍 。 定向耦合器的結(jié)構(gòu)如圖 5 14(a)所示 , 下面簡單介紹其工作原理 。 而波導(dǎo)雙孔定向耦合器的定向度為 第 5章 微波元器件 ddquuD ?? s e clg20c os2 2lg20lg2043 ???? 當(dāng)工作在中心頻率時 , βd=π/2, 此時 D→∞ 。 總之 , 波導(dǎo)雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主波導(dǎo)的定向輸出 , 在耦合口上同相疊加 , 在隔離口上反相抵消 。 下面來討論雙分支定向耦合器的工作原理 。 同樣由 A→C 的兩路信號為同相信號 , 故在端口 “ ③ ” 有耦合輸出信號 , 即端口 “ ③ ” 為耦合端 。 對于耦合度為 3dB、 阻抗變換比 k=1的特殊定向耦合器 , 稱為 3dB定向耦合器 , 它通常用在平衡混頻電路中 。 設(shè)平行耦合微帶線的奇 、 偶模特性阻抗分別為 Z0o和 Z0e, 令 第 5章 微波元器件 圖 5 – 16 平行耦合微帶定向耦合器 Z0?③④Z0Z0o 由圖 5 17 知 ， 端口 “ ① ” 處的奇偶模輸入阻抗為 第 5章 微波元器件 Z0Z0Z0eZ0Z0~~3 41 2021U021UZ0Z0Z0oZ0Z0~~3 41 2021U?021U圖 517平行耦合微帶定向耦合器奇偶模等效電路 第 5章 微波元器件 ??tantan000000jZZjZZZZ OOin ?????tantan00000 jZZjZZZZeeeein ???將式 (5 2 14)代入上式 (5 2 16)得 ??tantan000000eoOeOin ZjZZjZZZ?????tantan00000oeeoeein ZjZZjZZZ???可見 ， ZoinZein=Z0eZ0o=Z20 。 , 相應(yīng)的耦合度為 )(lg20lg2003 dBkUUc ??第 5章 微波元器件 于是給定耦合度 C及引出線的特性阻抗 Z0后 , 由式 (5 2 25)求得耦合系數(shù) K, 從而可確定 Z0o和 Z0e: KKZZ???1100 ?KKZZe ???1100 然后由此確定平行耦合線的尺寸 。 按輸出功率比例不同 , 可分為等功率分配器和不等功率分配器 。 功率分配器的基本要求如下 : 第 5章 微波元器件 圖 5 – 19 兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu) Z0＋ U2?g / 4＋ U3R2R3①Zi n 2Zi n 3③②第 5章 微波元器件 ① 端口 “ ① ” 無反射 。 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 5 21 所示 , 它由全長為 3λg/2的環(huán)及與它相連的四個分支組成 , 分支與環(huán)并聯(lián) 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 21 微帶環(huán)形電橋結(jié)構(gòu) ③④①②cbba第 5章 微波元器件 設(shè)環(huán)路各段歸一化特性導(dǎo)納分別為 a、 b、 c, 而四個分支的歸一化特性導(dǎo)納為 1。 第 5章 微波元器件 圖 5 22 ET分支結(jié)構(gòu)及等效電路 ①E 臂主波導(dǎo)( a ) ( b )②③第 5章 微波元器件 當(dāng)微波信號從端口 “ ③ ” 輸入時 , 平均地分給端口 “ ① 、 ② ” , 但兩端口是等幅反相的 。 當(dāng)微波信號從端口 “ ③ ” 輸入時 , 平均地分給端口 “ ① 、② ” , 這兩端口得到的是等幅同相的 TE10波 。 ② 端口 “ ① 、 ② ” 對稱 , 即有 S11=S22。 第 5章 微波元器件 2211 ss ?2313 ss ?2414 ss ??04433 ?? ss 034 ?s ⑥