【正文】 00 2212)(allablbaRbk alPWWQS ????? ? ? 3. 微帶電路型諧振器的結(jié)構(gòu)形式很多 , 主要有傳輸線型諧振器 (如微帶線節(jié)諧振器 )和非傳輸線型諧振器 (如圓形 、 環(huán)行 、 橢圓形諧振器 ), 這幾種微帶諧振器分別如圖 5 28(a)、 (b)、 (c)、 (d)所示 。 (3) 等效電導(dǎo) G0 等效電導(dǎo) G0是表征諧振器功率損耗特性的參量 , 若諧振器上某等效參考面的邊界上取兩點(diǎn) a, b, 并已知諧振器內(nèi)場(chǎng)分布 , 則等效電導(dǎo) G0可表示為 ??0?第 5章 微波元器件 220)( ???? batSSdlEdsHRG 可見等效電導(dǎo) G0具有多值性 , 與所選擇的點(diǎn) a和 b有關(guān) 。 (2) 品質(zhì)因數(shù) Q0是表征微波諧振器頻率選擇性的重要參量 , 它的定義為 第 5章 微波元器件 102 2 pWwWWQT?? ? 式中 ， W為諧振器中的儲(chǔ)能 , WT為一個(gè)周期內(nèi)諧振器損耗的能量 , Pl為諧振器的損耗功率 。 繼續(xù)把構(gòu)成電容的兩極拉開 , 則諧振頻率進(jìn)一步提高 , 這樣就形成了一個(gè)圓盒子和方盒子 , 如圖 5 26(e)所示 , 這也是微波空腔諧振器的常用形式 。 在微波頻率上 , 也有上述功能的器件 , 這就是微波諧振器件 , 它的結(jié)構(gòu)是根據(jù)微波頻率的特點(diǎn)從 LC回路演變而成的 。 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 。 而當(dāng)同相激勵(lì)端口 “ ① 、② ” 時(shí) , 端口 “ ③ ” 將無輸出 。 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 。 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 。 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 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 。 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 。 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 。 第 5章 微波元器件 其中 ， λg0是中心頻率所對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)波長(zhǎng) , n為正整數(shù) , 一般取 n=0。 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］ 。 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 。 顯然 , 階梯級(jí)數(shù)越多 , 頻帶越寬 。 其工作原理在此不再贅述 。 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 。 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)。 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(zhǎng)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(zhǎng) , 在波導(dǎo)中改變介質(zhì)片位置 ， 會(huì)改變波導(dǎo)波長(zhǎng) , 從而實(shí)現(xiàn)相位的改變 。 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 。 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 。 劈尖的長(zhǎng)度越長(zhǎng)吸收效果越好 , 匹配性能越好 , 劈尖長(zhǎng)度一般取 λg/2的整數(shù)倍 。 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 。 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 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 。 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 。 當(dāng)吸收片平行地放置在波導(dǎo)中電場(chǎng)最強(qiáng)處 , 在電場(chǎng)作用下吸收片強(qiáng)烈吸收微波能量 , 使其反射變小 。 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 。 波導(dǎo)連接頭除了法蘭接頭之外 , 還有各種扭轉(zhuǎn)和彎曲元件(如圖 5 4 所示 )以滿足不同的需要 。 由矩形波導(dǎo) TE10模的電場(chǎng)分布可知 , 波導(dǎo)寬邊中心位置電場(chǎng)最強(qiáng) , 逐漸向兩邊減小到零 , 因此 , 當(dāng)吸收片沿波導(dǎo)橫向移動(dòng)時(shí) , 就可改變其衰減量 。 相移 , 再合成起來便是一個(gè)圓極化波了 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 6 極化轉(zhuǎn)換器 l1 23 m m 6 . 4 m m?51 對(duì)2R＝61.9 mm( a )yEuEuz( b )Ev Ev1 2OEm i n－ x第 5章 微波元器件 3. 阻抗匹配元件 阻抗匹配元件種類很多 , 它們的作用是消除反射 , 提高傳輸效率 , 改善系統(tǒng)穩(wěn)定性 。 雙螺釘調(diào)配器有匹配盲區(qū) , 故有時(shí)采用三螺釘調(diào)配器 。 這就是說 ， 在許多工作頻率上都能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配 , 從而拓寬了頻帶 。 極限情況下 λ→ 0, 則 |Γin|→ 0, 這說明指數(shù)漸變線阻抗變換器工作頻帶無上限 , 而頻帶下限取決于 |Γin|的容許值 。 本節(jié)首先介紹定向耦合器的性能指標(biāo) , 然后介紹波導(dǎo)雙孔定向耦合器 、 雙分支定向耦合器和平行耦合微帶定向耦合器 。 2) 波導(dǎo)雙孔定向耦合器是最簡(jiǎn)單的波導(dǎo)定向耦合器 , 主 、 副波導(dǎo)通過其公共窄壁上兩個(gè)相距 d=(2n+1)λg0/4 的小孔實(shí)現(xiàn)耦合 。 當(dāng)偏離中心頻率時(shí) , secβd具有一定的數(shù)值 , 此時(shí) D不再為無窮大 。 假設(shè)輸入電壓信號(hào)從端口 “ ① ” 經(jīng) A點(diǎn)輸入 , 則到達(dá) D點(diǎn)的信號(hào)有兩路 , 一路是由分支線直達(dá) , 其波行程為 λg/4, 另一路由A→B→C→D, 波行程為 3λg/4。 此時(shí) 第 5章 微波元器件 00 2 ZZ P ?021 ZZZ tt ??213 ?rU此時(shí)散射矩陣為 ? ?????????01021 js100jj001??????010j第 5章 微波元器件 分支線定向耦合器的帶寬受 λg/4的限制 , 一般可做到 10%~20%, 若要求頻帶更寬 , 可采用多節(jié)分支耦合器 。 由奇偶模等效電路得端口 “ ① ” 的奇偶模電壓和電流分別為 001 21 UZZZUOinOino ?? 001 21 UZZZUeineine ??001 211 UZZI Oino ?? 001 211 UZZI eine ??第 5章 微波元器件 代入式 （ 5 2 15） 并利用式 （ 5 2 17） 則有 00002)()( zzzzzzzzzzzeinoineinoinoineinin ???????可見端口 “ ① ” 是匹配的 , 所以加上的電壓 U0, 即為入射波電壓 , 由對(duì)稱性可知其余端口也是匹配的 。 在結(jié)構(gòu)上 , 大功率往往采用同軸線而中小功率常采用微帶線 。 其中端口 “ ① ” 為輸入端 , 該端口無反射 , 端口 “ ② 、 ④ ”等幅同相輸出 , 而端口 “ ③ ” 為隔離端 , 無輸出 。 當(dāng)信號(hào)從端口 “ ① 、 ② ” 反相激勵(lì)時(shí) , 則在端口 “ ③ ” 合成輸出最大 。 ③ 當(dāng)端口 “ ③ ” 輸入 , 端口 “ ① 、 ② ” 有等幅同相波輸出 , 端口 “ ④ ” 隔離 。 在帶通或帶阻濾波器中作為選頻元件等 。 進(jìn)一步增加線圈數(shù)目 , 以致相連成片 , 形成一個(gè)封閉的中間凹進(jìn)去的導(dǎo)體空腔 ， 如圖 5 26(d)所示 , 這就成了重入式空腔諧振器 。 可見諧振頻率由振蕩模式 、 腔體尺寸以及腔中填充介質(zhì) (μ, ε)所確定 , 而且在諧振器尺寸一定的情況下 , 與振蕩模式相對(duì)應(yīng)有無窮多個(gè)諧振頻率 。 上述討論的品質(zhì)因數(shù) Q0 是未考慮外接激勵(lì)與耦合的情況 , 因此稱之為無載品質(zhì)因數(shù)或固有品質(zhì)因數(shù) 。 下面討論在主模條件下矩形空腔諧振器的主要參量 。 但終端導(dǎo)帶斷開處的微帶線不是理想的開路 , 因而計(jì)算的諧振長(zhǎng)度要比實(shí)際的長(zhǎng)度要長(zhǎng) , 一般有 2go?2go?4go?4go?2201gpll ????第 5章 微波元器件 式中 , l1為實(shí)際導(dǎo)帶長(zhǎng)度 , Δl為縮短長(zhǎng)度 。 一般用耦合系數(shù) τ來表征外接電路和諧振器相互影響的程度 , 即 er 0?第 5章 微波元器件 于是 ??? 101 這說明 τ越大 , 耦合越緊 , 有載品質(zhì)因數(shù)越小 。 鐵氧體是一種黑褐色的陶瓷 , 最初由于其中含有鐵的氧化物而得名 。 常用的隔離器有諧振式和場(chǎng)移式兩種 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 31 諧振式隔離器的鐵氧體位置 X2 H0NSxzy第 5章 微波元器件 鐵氧體諧振式隔離器就是在波導(dǎo)的某個(gè)恰當(dāng)位置上放置鐵氧體片而制成的 , 在這個(gè)位置上 ， 往一個(gè)方向傳輸?shù)氖怯倚艌?chǎng) , 另一方向上傳輸?shù)氖亲笮艌?chǎng) 。 這時(shí) , 沿 +z方向傳輸?shù)牟◣缀鯚o衰減通過 , 而沿 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 , 從而構(gòu)成了諧振式隔離器 。 實(shí)際隔離器一般用以下性能參量來描述 : )(1lg10lg10 221101 dBsppa ??? 式中 , P01為正向傳輸輸入功率； P1為正向傳輸輸出功率 , 理想情況下 |S21|=1, α+=0。 當(dāng)外加合適的磁場(chǎng)時(shí) , 鐵氧體磁化 , 由于各向異性的作用 , 在鐵氧體結(jié)上激發(fā)如圖 5 33（ c） 所示的電磁場(chǎng) , 這比不加磁場(chǎng)時(shí)旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度