【正文】 耗的 , 則有 ［ S］ +［ S］ =［ I］ (5 2 36) T 的 ［ S］ 矩陣為 ? ? 21?s??????01101001? 1001???????0110 總之 , 魔 T具有對口隔離 , 鄰口 3 dB耦合及完全匹配的關(guān)系 , 因此它在微波領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用 , 尤其用在雷達(dá)收發(fā)開關(guān) 、 混頻器及移相器等場合 。 ④ 當(dāng)端口 “ ④ ” 輸入 , 端口 “ ① 、 ② ” 有等幅反相波輸出 , 端口 “ ③ ” 隔離 。 HT分支的散射矩陣為 第 5章 微波元器件 圖 5 23 HT分支結(jié)構(gòu)及等效電路 ① ②③H 臂主波導(dǎo)( a ) ( b )第 5章 微波元器件 ? ??s??????????212121212121??????????02121 (3) 匹配雙 T 將 ET分支和 HT分支合并 , 并在接頭內(nèi)加匹配以消除各路的反射 , 則構(gòu)成匹配雙 T, 也稱為魔 T, 如圖 5 24 所示 。 而當(dāng)同相激勵(lì)端口 “ ① 、② ” 時(shí) , 端口 “ ③ ” 將無輸出 。 (1) ET E面 T型分支器是在主波導(dǎo)寬邊面上的分支 , 其軸線平行于主波導(dǎo)的 TE10模的電場方向 , 簡稱 ET分支 。 其工作原理可用類似定向耦合器的波程疊加方法進(jìn)行分析 。 ③ 端口 “ ② 、 ③ ” 輸出功率比值為任意指定值 , 設(shè)為 根據(jù)以上三條有 21k032111zzz inin ??2323222 121/21KRURU ?????????????????32 UU ?第 5章 微波元器件 22022 RzZin ?32033 RzZin ? 這樣共有 R R Z0 Z03四個(gè)參數(shù)而只有三個(gè)約束條件 , 故可任意指定其中的一個(gè)參數(shù) , 現(xiàn)設(shè) R2=kZ0, 于是由上兩式可得其它參數(shù) : )1(202 KKZZ ??32021 /)1( KKKZZ ??KZR 03 ?第 5章 微波元器件 實(shí)際的功率分配器終端負(fù)載往往是特性阻抗為 Z0的傳輸線 , 而不是純電阻 , 此時(shí)可用 λg/4阻抗變換器將其變?yōu)樗桦娮?, 另一方面 U U3等幅同相 , 在 “ ② 、 ③ ” 端跨接電阻 Rj, 既不影響功率分配器性能 , 又可增加隔離度 。 下面介紹兩路微帶功率分配器以及微帶環(huán)形電橋的工作原理 。 為改善性能 , 一般可取介質(zhì)覆蓋 、 耦合段加齒形或其它補(bǔ)償措施 , 圖 5 18 給出了兩種補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 。 由分壓公式可得端口 “ ③ ” 000011333 21tan)(2tan)(2 UzzjzzzjUUUUUooeooeoeoe ??????????? 將式 (5 2 14)代入 , 于是有耦合端口 “ ③ ” 輸出電壓與端口 “ ① ” 輸入電壓之比為 第 5章 微波元器件 U4=U4e+U4o=U2eU2o=0 022222 s i nc os11 UjkkUUUoe ?? ????? 可見 , 端口 “ ③ ” 有耦合輸出而端口 “ ④ ” 為隔離端 , 當(dāng)工作在中心頻率上 , θ=π/2, 此時(shí) U3=K 設(shè)各端口均接阻抗為 Z0的負(fù)載 , 如圖 5 16 所示 , 根據(jù)奇偶模分析 , 則可等效為圖 5 17。 4) 平行耦合微帶定向耦合器是一種反向定向耦合器 , 其耦合輸出端與主輸入端在同一側(cè)面 , 如圖 5 16 所示 , 端口 “ ① ” 為輸入口 , 端口 “ ② ” 為直通口 , 端口 “ ③ ” 為耦合口 , 端口 “ ④ ”為隔離口 。 下面給出微帶雙分支定向耦合器的設(shè)計(jì)公式 。 故兩條路徑到達(dá)的波行程差為λg/2, 相應(yīng)的相位差為 π, 即相位相反 。 第 5章 微波元器件 3) 雙分支定向耦合器由主線 、 副線和兩條分支線組成 , 其中分支線的長度和間距均為中心波長的 1/4, 如圖 5 15 所示 。 實(shí)際上雙孔耦合器即使在中心頻率上 , 其定向性也不是無窮大 , 而只能在30dB左右 。 設(shè)端口 “ ① ” 入射 TE10波 (u+1=1), 第一個(gè)小孔耦合到副波導(dǎo)中的歸一化出射波為 u41=q和 u31=q, q為小孔耦合系數(shù) 。 第 5章 微波元器件 其中 ， λg0是中心頻率所對應(yīng)的波導(dǎo)波長 , n為正整數(shù) , 一般取 n=0。 )(1lg20lg101441 dBsppI ?? (3) 耦合端 “ ③ ” 的輸出功率 P3與隔離端 “ ④ ” 的輸出功率 P4之比定義為定向度 ， 記作 D。 1) 定向耦合器是四端口網(wǎng)絡(luò) , 端口 “ ① ” 為輸入端 , 端口“ ② ” 為直通輸出端 , 端口 “ ③ ” 為耦合輸出端 , 端口 “ ④ ”為隔離端 , 并設(shè)其散射矩陣為 ［ S］ 。 1. 定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件 , 它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的 , 第 5章 微波元器件 如圖 5 13 所示 。 第 5章 微波元器件 圖 5 –12 |Γin|隨 βL的變化曲線 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 7? L2 ?? 3 ? 4 ??in401?ZZ301?ZZ201?ZZ第 5章 微波元器件 在微波系統(tǒng)中 , 往往需將一路微波功率按比例分成幾路 , 這就是功率分配問題 。 通常漸變線特性阻抗隨距離變化的規(guī)律有：指數(shù)型 、 三角函數(shù)型及切比雪夫型 , 下面就來介紹指數(shù)型漸變線的特性 , 其特性阻抗?jié)M足 ]ln)21e xp[()(010 zzLzzzz ?? 可見當(dāng) z= 時(shí) ， Z(z)=Z0, 而當(dāng) z= 時(shí) ， Z(z)=Zl, 于是有 2L?2L?01ln1)(lnzzLdzzzd ? 輸入端反射系數(shù)為 第 5章 微波元器件 01lns i n21zzLLin ????0122201 lns i n21ln21zzLLdzezzLezjLLLjin ???? ??? ???兩邊取模得 圖 5 12 給出了 |Γin|與 βL的關(guān)系曲線 。 顯然 , 階梯級數(shù)越多 , 頻帶越寬 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 8 螺釘調(diào)配器 lT1T1T2d1d2法蘭負(fù)載波源 波源 負(fù)載yly1y2yaybbab yl y1 y( a )( b )第 5章 微波元器件 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 , 圖 5 9 所示分別為波導(dǎo) 、 同軸線 、 微帶的多階梯阻抗變換器 。 其工作原理在此不再贅述 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 7 波導(dǎo)中的螺釘及其等效電路 第 5章 微波元器件 螺釘調(diào)配器可分為單螺釘 、 雙螺釘 、 三螺釘和四螺釘四種 。 這里主要介紹螺釘調(diào)配器 、 階梯阻抗變換器和漸變型阻抗變換器三種 。 的相位滯后 。 第 5章 微波元器件 常用的線 圓極化轉(zhuǎn)換器有兩種 : 多螺釘極化轉(zhuǎn)換器和介質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器 (如圖 5 6)。 由電磁場理論可知 , 一個(gè)圓極化波可以分解為在空間互相垂直 、 相位相差 90176。 將衰減器的吸收片換成介電常數(shù) εr＞ 1的無耗介質(zhì)片時(shí) , 就構(gòu)成了移相器 , 這是因?yàn)殡姶挪ㄍㄟ^一段長波為 l的無耗傳輸系統(tǒng)后相位變化為 gl??? 2? 其中 λg為波導(dǎo)波長 , 在波導(dǎo)中改變介質(zhì)片位置 ， 會(huì)改變波導(dǎo)波長 , 從而實(shí)現(xiàn)相位的改變 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 4 波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)與彎曲元件 RbaRabl( a ) ( b ) ( c )第 5章 微波元器件 (2) 衰減元件和相移元件用來改變導(dǎo)行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位 。 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 。 平法蘭接頭的特點(diǎn)是 : 加工方便 , 體積小 , 頻帶寬 , 其駐波比可以做到 , 但要求接觸表面光潔度較高 。 比如波導(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 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 2 各種匹配負(fù)載 散熱片 法蘭盤吸收材料( b )( a ) ( c )劈形玻璃容器( d )吸收材料內(nèi)導(dǎo)體( e )內(nèi)導(dǎo)體( f )( g )第 5章 微波元器件 同軸線匹配負(fù)載是由在同軸線內(nèi)外導(dǎo)體間放置的圓錐形或階梯形吸收體而構(gòu)成的 , 如圖 5 2(e)、 (f)所示 。 劈尖的長度越長吸收效果越好 , 匹配性能越好 , 劈尖長度一般取 λg/2的整數(shù)倍 。 如圖 5 1(d)所示的是同軸 S型扼流短路活塞 ， 它具有寬帶特性 。 短路活塞可分為接觸式短路活塞和扼流式短路活塞兩種 , 前者已不太常用 , 下面介紹一下扼流式短路活塞 。 下面分別介紹這些元器件 。 第 5章 微波元器件 微波連接匹配元件包括終端負(fù)載元件 、 微波連接元件以及阻抗匹配元器件三大類 。 第 5章 微波元器件 線性互易元器件只對微波信號(hào)進(jìn)行線性變換而不改變頻率特性 ， 并滿足互易定理 , 它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 。第 5章 微波元器件 連接匹配元件 功率分配元器件 微波諧振器件 微波鐵氧體器件 第 5章 微波元器件 返回主目錄 第 5章 微波元器件 第 5章微波元器件 無論在哪個(gè)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 。 微波元器件按其變換性質(zhì)可分為線性互易元器件 、 線性非互易元器件以及非線性元器件三大類 。 微波元器件品種繁多 , 而且隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷出現(xiàn)新的元器件 , 因此不能一一列舉 , 本章從工程應(yīng)用的角度出發(fā) , 重點(diǎn)介紹具有代表性的幾組微波無源元器件 , 主要有：連接匹配元件 、 功率分配元器件 、 微波諧振元件和微波鐵氧體器件 。 阻抗匹配元器件是用于調(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 。 但在實(shí)際微波系統(tǒng)中往往需要改變終端短路面的位置 , 即需要一種可移動(dòng)的短路面 , 這就是短路活塞 。 扼流短路活塞的優(yōu)點(diǎn)是損耗小 , 而且駐波比可以大于 100, 但這種活塞頻帶較窄 , 一般只有 10%~15%的帶寬 。 當(dāng)吸收片平行地放置在波導(dǎo)中電場最強(qiáng)處 , 在電場作用下吸收片強(qiáng)烈吸收微波能量 , 使其反射變小 。 當(dāng)功率很大時(shí) , 還可采用水負(fù)載 ， 如圖 5 2(d)所示 , 由流動(dòng)的水將熱量帶走 。 失配負(fù)載和匹配負(fù)載的制作相似 , 只是尺寸略微改變了一下 , 使之和原傳輸系統(tǒng)失配 。 (1) 波導(dǎo)管一般采用法蘭盤連接 , 可分為平法蘭接頭和扼流法蘭接頭 , 分別如圖 5 3(a)、 (b)所示 。