【正文】 時(shí) , 分支 “ ② ” 處有信號(hào)輸出 , 而分支 “ ③ ” 處電場(chǎng)為零 , 沒(méi)有信號(hào)輸出 。 2. 環(huán)行器是一種具有非互易特性的分支傳輸系統(tǒng) , 常用的鐵氧體環(huán)行器是 Y形結(jié)環(huán)行器 , 如圖 5 33（ a） 所示 , 它是由三個(gè)互成 120176。 2) 場(chǎng)移式隔離器是根據(jù)鐵氧體對(duì)兩個(gè)方向傳輸?shù)牟ㄐ彤a(chǎn)生的場(chǎng)移作用不同而制成的。 在其它位置上 , 若 |Hx|≠|(zhì)Hz|,則合成磁場(chǎng)矢量是橢圓極化的 , 并以寬邊中心為對(duì)稱軸 , 波導(dǎo)兩邊為極化性質(zhì)相反的兩個(gè)磁場(chǎng) 。 第 5章 微波元器件 所謂鐵氧體的鐵磁諧振效應(yīng) ， 是指當(dāng)磁場(chǎng)的工作頻率 ω等于鐵氧體的諧振角頻率 ω0時(shí) , 鐵氧體對(duì)微波能量的吸收達(dá)到最大值 。 在加上恒定磁場(chǎng)以后 , 它在各方向上對(duì)微波磁場(chǎng)的磁導(dǎo)率是不同的 , 就是說(shuō)其具有各向異性的 。 為了解決這樣的問(wèn)題 , 最好在負(fù)載和信號(hào)源之間接入一個(gè)具有不可逆?zhèn)鬏斕匦缘钠骷?, 如圖 5 30 所示 , 即微波從振蕩器到負(fù)載是通行的 , 反過(guò)來(lái)從負(fù)載到振蕩器是禁止通行的 。 4. 前面介紹的都是孤立諧振器的特性 , 實(shí)際的微波諧振器總是通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)端口和外電路連接 , 我們把諧振器和外電路相連的部分稱作激勵(lì)裝置或耦合裝置 。 根據(jù)并聯(lián)諧振條件 Yin=0, 式中 , λg0為帶內(nèi)諧振波長(zhǎng) 。 對(duì)復(fù)雜的諧振器 , 只能用等效電路的概念 , 通過(guò)測(cè)量來(lái)確定 f0、 Q0和 G0。 因此只要求得諧振器內(nèi)場(chǎng)分布 , 即可求得品質(zhì)因數(shù) Q0。 集總參數(shù)諧振回路的基本參量是電感 L、 電容 C和電阻 R, 由此可導(dǎo)出諧振頻率品質(zhì)因數(shù)和諧振阻抗或?qū)Ъ{ 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 25 各種微波諧振器 ( a )矩形諧振腔( b )圓柱諧振腔( c )同軸諧振腔( d )微帶諧振腔( e )介質(zhì)諧振腔第 5章 微波元器件 1. 低頻電路中的 LC回路是由平行板電容 C和電感 L并聯(lián)構(gòu)成 ， 如圖 5 26(a)所示 。 端口 “ ③ ” 稱為魔 T的 H臂或和臂 , 而端口 “ ④ ” 稱為魔 T的 E臂或差臂 。 當(dāng)在端口 “ ① 、② ” 同相激勵(lì)時(shí) , 端口 “ ③ ” 合成輸出最大 , 而當(dāng)反相激勵(lì)時(shí)端口 “ ③ ” 將無(wú)輸出 。 則滿足上述端口輸入輸出條件下 , 各環(huán)路段的歸一化特性導(dǎo)納為 a=b=c= 21而對(duì)應(yīng)的散射矩陣為 ? ?????????jjs002100jj?jj?00????????00jj第 5章 微波元器件 3. 將微波能量從主波導(dǎo)中分路接出的元件稱為波導(dǎo)分支器 , 它是微波功率分配器件的一種 , 常用的波導(dǎo)分支器有 E面 T型分支 、 H面 T型分支和匹配雙 T。 ② 端口 “ ② 、 ③ ” 。 值得指出的是 : 在上述分析中假定了耦合線奇偶模相速相同 , 因而電長(zhǎng)度相同 , 但實(shí)際上微帶線的奇偶模相速是不相等的 , 所以按上述方法設(shè)計(jì)出的定向耦合器性能會(huì)變差 。 Z0e① ②Z0Z0~U0第 5章 微波元器件 oeo zzz 00 ?0000oeoezzzzk??? 其中 ， Z0為匹配負(fù)載阻抗 , K為電壓耦合系數(shù) 。 耦合端輸出信號(hào)的大小同樣取決于各線的特性阻抗 。 為了增加定向耦合器的耦合度 ， 拓寬工作頻帶 , 可采用多孔定向耦合器 , 關(guān)于這方面的知識(shí) , 讀者可參閱有關(guān)文獻(xiàn) 。 根據(jù)耦合器的耦合機(jī)理 , 畫出如圖 5 14(b)所示的原理圖 。 第 5章 微波元器件 圖 513 定向耦合器的原理圖 耦合裝置①④②③P1P2P4P3第 5章 微波元器件 )(1lg20lg101331 dBsppc ?? (2) 輸入端 “ ① ” 的輸入功率 P1和隔離端 “ ④ ” 的輸出功率 P4之比定義為隔離度 , 記作 I。 下面就分別介紹這三類元器件 。 當(dāng) βΔz→ 0時(shí) , tanβΔz≈βΔz, 代入上式可得 ])( )(1)][()()([)(2zzz zzzjZzZzZzZ ininininin ??????? ??忽略高階無(wú)窮小量 , 并整理可得 )]()([)(2zzzz zjdz zdz inin ?? ?若令電壓反射系數(shù)為 Γ(z), 則 )()()()(zzzzzzzzinin????第 5章 微波元器件 代入式 (5 1 9)并經(jīng)整理可得關(guān)于 Γ(z)的非線性方程 0)(ln)](1[21)(2)( 2 ??????? dz zzdzzjdz zd ? 當(dāng)漸變線變化較緩時(shí) , 近似認(rèn)為 1Γ2(z)≈1, 則可得關(guān)于 Γ(z)的線性方程 dzedz zzdzjdz zd zj ?? 2)(ln)(2)( ?????其通解為 dzedz xzdez xjzj ?? 22 )(ln21)( ????故漸變線輸入端反射系數(shù)為 dzedzxzde zjLLLjin?? 222)(ln ?????第 5章 微波元器件 這樣 ， 當(dāng)漸變線特性阻抗 Z(z)給定后 , 由式 (5 1 14)就可求得漸變線輸入端電壓反射系數(shù) 。 但嚴(yán)格來(lái)說(shuō) ， 只有在特定頻率上才滿足匹配條件 , 即 λ/4阻抗變換器的工作頻帶是很窄的 。 由第 1章的支節(jié)調(diào)配原理可知：多個(gè)相距一定距離的螺釘可構(gòu)成螺釘阻抗調(diào)配器 , 不同的是這里支節(jié)用容性螺釘來(lái)代替 。 角 , 這個(gè)線極化分量將分解為垂直和平行于慢波結(jié)構(gòu)所在平面的兩個(gè)分量 Eu和 Ev, 它們?cè)诳臻g互相垂直 , 且都是主模 TE11, 只要螺釘數(shù)足夠多或介質(zhì)板足夠長(zhǎng) , 就可以使平行分量產(chǎn)生附加 90176。 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 , 這就需要極化轉(zhuǎn)換器 。 為了使反射最小 , 扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度應(yīng)為 (2n+1)λg/4, E面波導(dǎo)彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足 R≥, H面彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足R≥。 (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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 第 5章 微波元器件 線性互易元器件只對(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 , 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 。 下面分別介紹這些元器件 。 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 。 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 。 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 。 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(lái)改變導(dǎo)行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位 。 由電磁場(chǎng)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。 的相位滯后 。 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 。 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 。 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(lái)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(jiàn)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 。 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(duì)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的 , 第 5章 微波元器件 如圖 5 13 所示 。 )(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。 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 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(zhǎng)度和間距均為中心波長(zhǎng)的 1/4, 如圖 5 15 所示 。 下面給出微帶雙分支定向耦合器的設(shè)計(jì)公式 。 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。 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) 。 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)?