《电磁场与微波技术教学课件》第六章.ppt

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1、第六章 基本微波无源元件,6.1 终端负载,匹配负载几乎能够无反射地吸收入射波的全部功率，在微波传输系统中建立起行波工作状态.,终端负载是一种单端口元件，常用的有匹配负载、开路负载和短路负载，可变短路器通过调节长度即可实现短路和开路，这些终端负载一般用于实验室，以测量微波元件的阻抗和散射参量。,6.1.1 匹配负载,图6.1-1矩形波导式匹配负载,图6.1-2同轴线式匹配负载,图6.1-3微带线式匹配负载,6.1.1 匹配负载,6.1.2 短路活塞,短路活塞是可调的电抗性负载，可以在终端产生全反射，在传输系统中建立驻波。反射波的相位随短路活塞的位置而变化，因而，改变短路活塞的位置，就相当于改变

2、终端负载的电抗。短路活塞有波导型和同轴线型，工作方式有接触式和扼流式。,6.2 电抗元件,6.2.1 膜片,图6-5 对称型容性膜片,膜片是波导中常见的电抗元件。膜片可以看作是厚度远远小于工作波长的理想导体，根据在波导中所放置的位置，有容性膜片和感性膜片。,图6-6 非对称型容性膜片,图6-7 容性膜片的等效电路,图6.2-6 非对称型感性膜片,图6.2-7 感性膜片等效电路,6.2.1 膜片,6.2.2 谐振窗,将感性膜片和容性膜片组合在一起，即构成谐振窗,6.3 分支元件,6.3.1 T型接头,在微波工程中，需要将一路功率分配给若干个分支，或者将几路功率合成为一路。根据传输线类型，分支元件

3、有T型接头、魔T接头、微带线功分器、同轴线型功分器等。,T型接头有E-T型和H-T型两种，是三分支元件。分支波导与主波导相垂直，形如“T”。若分支平面与电场所在平面平行，称为E-T接头；如果分支平面与磁场所在平面平行，称为H-T接头，分别如图所示。,6.3.2 双T型接头,6.3.3 微带功分器,微带功分器广泛应用于平面印刷电路和天线阵列。图6-20是一个T型微带功分器，输入端微带线特性阻抗，1、2输出端口微带线特性阻抗分别为 和，其等效电路如图6-21所示，一般来说在每个节的不连续处存在杂散场和高阶模，可等效为电纳jB。那么微带节处的输入导纳为,图6-20 T型微带功分器,图6.-21 T型

4、微带功分器等效电路,如果在微带节处并联一适当电阻r，可以使两个输出端口隔离；同时若保持各端口匹配，则叫做Wilkinson功分器。图6.4-8是等分的Wilkinson功分器（即输出功率分配比例为1:1），它所满足的条件是,6.3.3 微带功分器,6.4 定向耦合器,定向耦合器是一种具有方向性的功率分配元件，由主线和副线组成。是一种用途广泛的微波元件，耦合出来的能量可用作信号源功率、频率检测，进行功率的分配与合成，作固定衰减器，还可用于自动增益控制、平衡放大器、调相器、反射计和阻抗电桥等微波测量系统中。,（1）耦合度C：主线中的输入功率与耦合到副线中的输出功率之比。用dB表示为,(dB),（2

5、）方向性系数D：副线中的输出功率与隔离端的输出功率之比。用dB表示为,(dB),（3）隔离度I：主线中的输入功率与隔离端的输出功率之比，用dB表示为,(dB),（4）输入驻波比，当其余3个端口接匹配负载时，主线中输入端的驻波比，即,6.4 定向耦合器,6.5 滤波器,微波滤波器是一种频率选择元件，被广泛应用于微波通信、雷达和测量等系统中。微波滤波器的作用是使所要求频率范围内的信号通过，而阻止其余频率的信号。滤波器是一个二端口网络，其特性一般用插入损耗来表示。当两个端口接匹配负载时，滤波器的插入损耗为,图6-28 低通滤波器 图6-29 高通滤波器,图6.5-3带阻滤波器 图6.5-4带通滤波器

6、,6.5 滤波器,但是实际上在通带和阻带内都有一定损耗，图6-32 是一种实际的低通滤波器的衰减特性.,图6-32 一种实际低通滤波器的衰减特性,6.5 滤波器,6-33 波导带阻滤波器及其等效电路,6-34 微带线型低通滤波器,6.5 滤波器,6.6 隔离器,隔离器是一种单向传输器件，它使正向波顺利通过，衰减一般小于1dB，使反向波绝大部分被衰减，一般在20dB以上。反向衰减和正向衰减之比叫做隔离比，隔离比越大约好。,6.7 衰减器,衰减器是用来改变传输信号的幅度的器件，有固定和可变两种。根据工作原理，微波衰减器有吸收式、旋转式、截止式，以及电调式等。,图6.7-1 吸收式衰减器,图6.7-

7、2 旋转式衰减器,移相器是用来改变传输信号的相位的器件。要求其相移量可以调节，但不能产生衰减。主要用于相控阵天线，也用于其它需要改变电磁波极化方式的场合。移相器有固定式和可变式两种。,6.8 移相器,由相移量 可见，改变相移的途径有两种：改变传输线长度l。改变传输线的相位常数,6.9 阻抗变换器,在微波传输线的负载不匹配，或者不同特性阻抗的传输线相连时，由于产生反射，使损耗增加、功率容量减小、效率降低。为了解决这些问题，可在两者之间连接阻抗变换器。阻抗变换器就是能够改变阻抗大小和性质的微波元件，一般由一段或几段不同特性阻抗的传输线所构成。,（a）波导型,（b）同轴线型,（c）微带线型,（d）简化的等效电路,图6-39 微带线指数渐变线阻抗变换器,6.9 阻抗变换器,