【正文】 所需電阻 , 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 。 (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 。 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 。 根據(jù)以上分析 , 魔 T各散射參數(shù)有以下關(guān)系 : 21 21第 5章 微波元器件 網(wǎng)絡(luò)是無耗的 , 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 。 它的諧振頻率為 當(dāng)要求諧振頻率越來越高時(shí) , 必須減小 L和 C。 但是在微波諧振器中 , 集總參數(shù) L、 R、 C已失去具體意義 , 所以通常將諧振器頻率 f0、 品質(zhì)因數(shù) Q0和等效電導(dǎo) G0作為微波諧振器的三個(gè)基本參量 。 為粗略估計(jì)諧振器內(nèi)的 Q0值 , 近似認(rèn)為 H|=Ht|, 這樣式 (5 3 9)可近似為 SVQ?2? 式中 ， S、 V分別表示諧振器的內(nèi)表面積和體積 。 2. 矩形空腔諧振器是由一段長為 l、 兩端短路的矩形波導(dǎo)組成 ， 如圖 5 27 所示 。 根據(jù)串聯(lián)諧振條件 Zin=0, 于是有 0g?第 5章 微波元器件 1244)12( 0???plplgog ?? 或 由此可見 , 長度為 整數(shù)倍的兩端開路微帶線構(gòu)成了 微帶諧振器 。 對波導(dǎo)型諧振器的激勵(lì)方法與第 2章中波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合相似 , 有電激勵(lì) 、 磁激勵(lì)和電流激勵(lì)三種 , 而微帶線諧振器通常用平行耦合微帶線來實(shí)現(xiàn)激勵(lì)和耦合 , 如圖 5 29 所示 。 這樣當(dāng)負(fù)載不匹配時(shí) , 從負(fù)載反射回來的信號(hào)不能到達(dá)信號(hào)源 , 從而保證了信號(hào)源的穩(wěn)定 , 這種器件具有單向通行 、 反向隔離的功能 , 因此稱為單向器或隔離器 。 由于這種各向異性 , 當(dāng)電磁波從不同的方向通過磁化鐵氧體時(shí) , 便呈現(xiàn)一種非互易性 。 而對圓極化磁場來說 ， 左 、 右旋極化磁場具有不同的磁導(dǎo)率 , 從而兩者也有不同的吸收特性 。 當(dāng)在某個(gè)位置 x1上有 |Hx|=|Hz|時(shí) , 合成磁場是圓極化的 , 即 11 c oss i n xaxaa ???? ?于是有 aaax g2tan1 ???? ??第 5章 微波元器件 解得 aax g2a rc t a n1??? 進(jìn)一步分析表明 , 對 TE10模來說 ,在 x=x1處沿 +z方向傳輸?shù)膱A極化磁場不與恒定磁場方向成右手螺旋關(guān)系 , 即為左旋磁場 , 而沿 z方向傳輸?shù)膱A極化磁場則是右旋磁場 。 第 5章 微波元器件 它在鐵氧體片側(cè)面加上衰減片 , 由于兩個(gè)方向傳輸所產(chǎn)生場的偏離不同 , 使沿正向 （ z方向 ） 傳輸波的電場偏向無衰減片的一側(cè) , 而沿反向 （ +z方向 ） 傳輸波的電場偏向衰減片的一側(cè) , 從而實(shí)現(xiàn)了正向衰減很小而反向衰減很大的隔離功能 , 如圖 5 32所示 。 的角對稱分布的分支線構(gòu)成 。 同樣由分支 “ ② ” 輸入時(shí) , 分支 “ ③ ” 有輸出 , 而分支 “ ① ” 無輸出 。 當(dāng)設(shè)計(jì)成 θ=30176。 （ 3） 隔離比 R 將反向衰減量與正向衰減量之比定義為隔離器的隔離比 , 即 ??? aaR （ 4） 輸入駐波比 ρ 在各端口都匹配的情況下 ， 我們將輸入端口的駐波系數(shù)稱為輸入駐波比 ， 記作 ρ, 111111ssp???第 5章 微波元器件 對于具體的隔離器 , 希望 ρ值接近于 1。 另外 , 由于波導(dǎo)部分填充鐵氧體 , 主模 TE10的場會(huì)有所變化 , 因此實(shí)際鐵氧體的位置與計(jì)算的略有差異 。 在矩形波導(dǎo)寬邊中心處 , 磁場只有 Hx分量 , 即磁場矢量是線極化的 , 且幅度隨時(shí)間周期性變化 , 但其方向總是 x方向 。 另一方面 ，鐵氧體具有鐵磁諧振效應(yīng)和圓極化磁場的諧振吸收效應(yīng) 。 鐵氧體的相對介電常數(shù)為 10~20, 更重要的是 , 它是一種非線性各向異性磁性物質(zhì) , 它的磁導(dǎo)率隨外加磁場而變 , 即具有非線性 。 例如 , 在微波系統(tǒng)中 , 負(fù)載的變化對微波信號(hào)源的頻率和功率輸出會(huì)產(chǎn)生不良影響 , 使振蕩器性能不穩(wěn)定 。 通常 QrQdQc, 因此微帶線諧振器的品質(zhì)因數(shù)主要取決于導(dǎo)體損耗 。TEM模式 , 對于終端開路的一段長為 l的微帶線 , 由傳輸線理論 , 其輸入阻抗為 Zin=jZ0 tanβl 式中 , , λg為微帶線的帶內(nèi)波長 。 因此上述公式只能對少數(shù)規(guī)則形狀的諧振器才是可行的 。 于是有 第 5章 微波元器件 ???? ??s tvs tvdsHdvHdsHdvHuwQ2222002?式中 ， δ為導(dǎo)體內(nèi)壁趨膚深度 。 對于諧振腔而言 , 已經(jīng)無法分出哪里是電感 、 哪里是電容 , 腔體內(nèi)充滿電磁場 , 因此只能用場的方法進(jìn)行分析 。 因此本節(jié)只介紹這類諧振器 。 第 5章 微波元器件 2211 ss ?2313 ss ?2414 ss ??04433 ?? ss 034 ?s ⑥ 當(dāng)端口 “ ① 、 ② ” 同時(shí)加入信號(hào) , 端口 “ ③ ” 輸出兩信號(hào)相量和的 倍 , 端口 “ ④ ” 輸出兩信號(hào)差的 倍 。 當(dāng)微波信號(hào)從端口 “ ③ ” 輸入時(shí) , 平均地分給端口 “ ① 、② ” , 這兩端口得到的是等幅同相的 TE10波 。 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(gè)分支的歸一化特性導(dǎo)納為 1。 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 。 , 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 。 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 同樣由 A→C 的兩路信號(hào)為同相信號(hào) , 故在端口 “ ③ ” 有耦合輸出信號(hào) , 即端口 “ ③ ” 為耦合端 。 總之 , 波導(dǎo)雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實(shí)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 。 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 。下面分別加以介紹 。 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(jìn)行分析 。 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(biāo) , 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) 。 (2) 在第 1章中我們已經(jīng)知道 , 用 λ/4阻抗變換器可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配 。 螺釘深度的不同等效為不同的電抗元件 , 使用時(shí)為了避免波導(dǎo)短路擊穿 , 螺釘都設(shè)計(jì)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 )。 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。 在這一類轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)中 ， 一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時(shí)阻抗的匹配 ， 以保證信號(hào)有效傳送；另一方面要保證工作模式的轉(zhuǎn)換 。 波導(dǎo)彎曲可分為 E面彎曲和H面彎曲 。 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 。 當(dāng)功率較大時(shí)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 。 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(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)了短路面的移動(dòng) 。 微波連接元件用以將作用不同的兩個(gè)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 。 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(hào)進(jìn)行必要的處理或變換 , 它們是微波系統(tǒng)的重要組成部分 。 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 。 1. 終端負(fù)載元件是典型的一端口互易元件 , 主要包括短路負(fù)載 、 匹配負(fù)載和失配負(fù)載 。 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(fù)載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件 。 微帶匹配負(fù)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(fù)載不僅頻帶寬 ， 而且功率容量大 。 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(gè)刻有扼流槽的法蘭和一個(gè)平法蘭對接而成 , 扼流法蘭接頭的特點(diǎn)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 。 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