【正文】 (1) 螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的調(diào)諧和匹配元件 , 它是在波導(dǎo)寬邊中央插入可調(diào)螺釘作為調(diào)配元件 , 如圖 5 7 所示 。 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 。 (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(shí) ， 需要用轉(zhuǎn)換器 , 第 2章討論的同軸波導(dǎo)激勵(lì)器和方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器等傳輸系統(tǒng)中都有轉(zhuǎn)換器 。 當(dāng)需要改變電磁波的方向時(shí) ， 可用波導(dǎo)彎曲 。 設(shè)駐波比為 ρ, 第 5章 微波元器件 例如 : 3 cm的波段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo) BJ100的窄邊為 mm, 若要求駐波比為 , 則失配負(fù)載的窄邊分別為 mm和 mm。 如圖 5 2(a)所示 。 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(dòng) λg/2的距離 。 終端負(fù)載元件是連接在傳輸系統(tǒng)終端實(shí)現(xiàn)終端短路 、 匹配或標(biāo)準(zhǔn)失配等功能的元件 。 又有晶體管等有源元器件 , 以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生 、 放大 、 調(diào)制 、 變頻等 。 非線性元器件能引起頻率的改變 , 從而實(shí)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 。 第 5章 微波元器件 (1) 短路負(fù)載是實(shí)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(fù)載是在波導(dǎo)終端接上一塊金屬片 。 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(shí)現(xiàn)小功率匹配負(fù)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 。 (3) 失配負(fù)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(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)載 , 主要用于微波測量 。 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 。 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 。 另一方面 , 一個(gè)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(gè)線極化波 , 只要設(shè)法將其中一個(gè)分量產(chǎn)生附加 90176。 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 。 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(gè)螺釘構(gòu)成的 , 如圖 5 8(b)所示 。 分別為 T0, T1, T2, …, TN共 (N+1)個(gè) , 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(shí) , 上式右端為余弦函數(shù) cosθ的多項(xiàng)式 , 滿足 |Γ|=0的 cosθ有很多解 , 亦即有許多 λg使 |Γ|=0。 λ越小 , βL越大 , |Γin|越小 。 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 。 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(shí)的工作頻率范圍 。 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(shí) , βd=π/2, 此時(shí) D→∞ 。 下面來討論雙分支定向耦合器的工作原理 。 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 。 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 。 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 。 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(gè)分支組成 , 分支與環(huán)并聯(lián) 。 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(hào)從端口 “ ③ ” 輸入時(shí) , 平均地分給端口 “ ① 、 ② ” , 但兩端口是等幅反相的 。 ② 端口 “ ① 、 ② ” 對稱 , 即有 S11=S22。 在放大器中用作諧振回路 。 如果頻率進(jìn)一步提高 , 可以將多個(gè)單匝線圈并聯(lián)以減小電感 L, 如圖 5 26(c)所示 。 對于金屬空腔諧振器 , 可以看作一段金屬波導(dǎo)兩端短路 , 因此腔中的波不僅在橫向呈駐波分布 , 而且沿縱向也呈駐波分布 , 所以為了滿足金屬波導(dǎo)兩端短路的邊界條件 , 腔體的長度 l和波導(dǎo)波長 λg應(yīng)滿足 ,...)2,1(2 ?? ppl g?于是有 lp?? ?由規(guī)則波導(dǎo)理論得 222 )2()2(cguw ????? ??第 5章 微波元器件 故諧振頻率為 21220 ])2()[(2 clpvf???? ?? 式中 ， v為媒質(zhì)中波速 ， λc為對應(yīng)模式的截止波長 。 第 5章 微波元器件 ② 因諧振器線尺寸與工作波長成正比即 V ∝ λ30, S , 故有 Q0 ∝ λ0δ, 由于 δ僅為幾微米 , 對厘米波段的諧振器 ,其 Q0值將在 104~105量級(jí)。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 27 矩形諧振器及其坐標(biāo) 1zxyab第 5章 微波元器件 其中主模為 TE101模 , 其場分量表達(dá)式為 lzaxEEey?? s i ns i n?lzaxZjEHTEX?? c oss i n0??lzaxakEjHz???? s i nc os0??0??? xxy EEH 式中 ， ， 可見各分量與 y無關(guān) , 電場只有 Ey分量 , 磁場只有 Hx和 Hz, 沿 x, z方向均為駐波分布 。 由于實(shí)際上微帶諧振器短路比開路難實(shí)現(xiàn) , 所以一般采用終端開路型微帶諧振器 。 不管是哪種激勵(lì)和耦合 , 對諧振器來說 , 外接部分要吸收部分功率 , 因此品質(zhì)因數(shù)有所下降 , 此時(shí)稱之為有載品質(zhì)因數(shù)記作Ql , 由品質(zhì)因數(shù)的定義得 1010101 )11( ??????? ee PPWwPWwQ式中 , Pl′=Pl+Pe, Pe為外部電路損耗的功率 , Qe稱為有載品質(zhì)因數(shù) 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 30 單向器的連接 信號(hào)源 負(fù)載單向器第 5章 微波元器件 在非互易器件中 , 非互易材料是必不可少的 , 微波技術(shù)中應(yīng)用很廣泛的非互易材料是鐵氧體 。 第 5章 微波元器件 1. 如前所述 , 隔離器也叫反向器 , 電磁波正向通過它時(shí)幾乎無衰減 , 反向通過時(shí)衰減很大 。 鐵氧體諧振式隔離器正是利用了鐵氧體的這一特性制成的 。m/A, 為電子旋磁比 。 3) 隔離器是雙端口網(wǎng)絡(luò) , 理想鐵氧體隔離器的散射矩陣為 ? ? ???????1000s第 5章 微波元器件 圖 5 – 32 場移式隔離器 y( a )( b )H0EE吸收片正向反向xzEE第 5章 微波元器件 可見 ［ S］ 矩陣不滿足幺正性 , 即隔離器是個(gè)有耗元件 , 又由于隔離器是一種非互易元件 , 故 ［ S］ 不具有互易性 。 當(dāng)信號(hào)從分支線 “ ① ” 輸入時(shí) , 就會(huì)在鐵氧體結(jié)上激發(fā)如圖 5 33（ b）所示的磁場 , 由于分支 “ ② 、 ③ ” 條件相同 , 信號(hào)是等分輸出的 。 可見 ， 它構(gòu)成了 “ ① ” → “ ② ” → “ ③ ” 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 33 環(huán)行器及其場分布 H030176。 一般希望 α+越小越好 。 第 5章 微波元器件 應(yīng)該指出的是 ， 若在波導(dǎo)的對稱位置 x=x2=ax1處放置鐵氧體 , 則沿 +z方向傳輸?shù)牟ㄒ驖M足圓極化諧振條件而被強(qiáng)烈吸收 , z方向傳輸?shù)牟▌t幾乎無衰減地通過 。 圖 5 31 所示的矩形波導(dǎo)在 x=x1處放置了鐵氧體 , 下面來確定鐵氧體片放置的位置 。 1) 由于鐵氧體具有各向異性 , 因此在恒定磁場 Hi作用下 , 與 Hi方向成左 、 右螺旋關(guān)系的左 、 右圓極化旋轉(zhuǎn)磁場具有不同的導(dǎo)磁率 （ 分別設(shè)為 μ和 μ+） 。 實(shí)際上隨著材料研究的進(jìn)步 , 后來發(fā)展的某些鐵氧體并不一定含有鐵元素 。 反之 , τ越小 , 耦合越松 , 有載品質(zhì)因數(shù) Ql越接近無載品質(zhì)因數(shù) Q0。 微帶諧振器的損耗主要有導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗和輻射損耗 , 其總的品質(zhì)因數(shù) Q0為 10 )111( ????rdC Qc, Qd, Qr分別是導(dǎo)體損耗 、 介質(zhì)損耗和輻射損耗引起的品質(zhì)因數(shù) , Qc和 Qd可按下式計(jì)算 : gcC aQ ??gcred aQ ??? ?第 5章 微波元器件 式中 ， αc為微帶線的導(dǎo)體衰減常數(shù) (dB/m)。 ?? /u?第 5章 微波元器件 allacf2220??式中 , c為自由空間光速 , 對應(yīng)諧振波長為 2202laal??? (2) 品質(zhì)因數(shù) Q0 由 TE101模的場表達(dá)式可得 )1(82 2222202akZEuabldvHuwTEv ????? ?而 ZTE= , β=β10= , 代入上式整理得 22 )/( ak ????k208 Eablw ??第 5章 微波元器件 導(dǎo)體損耗功率為 )22(82 222021 allaabllabERdsHRP StSS ????? ???于是品質(zhì)因數(shù) Q0為 3333231