1、9/23/20231第五章第五章 微波元件微波元件9/23/20232引言引言n微波元件按微波元件按变换性质变换性质分类分类9/23/20233引言引言n微波元件按传输线类型分类微波元件按传输线类型分类9/23/20234引言引言n基本电路元件基本电路元件9/23/20235主要内容主要内容n微波电阻性元件微波电阻性元件n微波电抗性元件微波电抗性元件9/23/20236n衰减器衰减器微波电阻性元件微波电阻性元件9/23/20237微波电抗性元件微波电抗性元件n集总参数电抗集总参数电抗9/23/20238微波电抗性元件微波电抗性元件n传输线中的不均匀区域传输线中的不均匀区域9/23/20239微
2、波电抗性元件微波电抗性元件n电抗元件电抗元件9/23/202310微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202311微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法)bddb(t2)b2dln(cscb4YBbgg0CC9/23/202312微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202313微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法a2)td(cotaYBb2g0LL9/23/202314微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202315微
3、波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法2r20r2002r022r02221r011r0111r2r1r222e211e)a2(1 a b)a2(1ab,;,1;)a2(1 a bZ,)a2(1abZ9/23/202316微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法),1()bb(1)bb()aa(a2r2r1r222r09/23/202317微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202318微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法)dea4ln(a/2Y/Bb2g0LL1000a4
4、.40)r66.24aln(a/4Y/Bb22g0LL9/23/202319微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202320微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202321微波电抗性元件微波电抗性元件n波导元件的实现方法波导元件的实现方法9/23/202322微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202323微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202324微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/2023
5、25微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202326微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202327微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法)lsin(1jZZ),2ltan(jZZZ03021)lsin(1jYY),2ltan(jYYY030219/23/202328微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法p00Cp00LvZ2lZ2lB,vlZlZX9/23/202329微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202330微
6、波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法p00Lp00Cv2lZ2lZX,vZlZlB9/23/202331微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法)lvtan(jZ)l2tan(jZjX)ztan(jZZ)ztan(jZZZZp000ZL00L0inL9/23/202332微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法)lv(jZ)l2(jZ)l2tan(jZjXZp000in9/23/202333微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法)l2tan(jYjBY)l2cot(jZ-jX-)ztan
7、(jZZ)ztan(jZZZZ0Cin0ZL00L0inLp000CinvljY)l2(jY)l2tan(jYjBY9/23/202334微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202335微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法in0inZ)ltan(jZZ0Z)lcot(jZ-Zin0in242l9/23/202336微波电抗性元件微波电抗性元件n微带元件的实现方法微带元件的实现方法9/23/202337 衰减器衰减器Vs.移相器移相器 n衰减器衰减器00llaeeS 00jjeSe9/23/202338衰减器衰减器n按是否可调
8、分类按是否可调分类9/23/202339n吸收式衰减器的工作原理吸收式衰减器的工作原理衰减器衰减器9/23/202340n作用作用 接在传输系统终端的单端口微波元件，能几乎无反射的接在传输系统终端的单端口微波元件，能几乎无反射的吸收入射波的全部功率（吸收入射波的全部功率（=1，=0）。匹配负载匹配负载9/23/202341匹配负载匹配负载n设计和评价微波匹配负载的基本原则设计和评价微波匹配负载的基本原则 9/23/202342匹配负载匹配负载n匹配元件的主要技术指标匹配元件的主要技术指标9/23/202343123414匹配负载匹配负载n应用应用9/23/202344阻抗调配器和阻抗变换器阻抗
9、调配器和阻抗变换器 n在微波系统中经常会遇到反射问题在微波系统中经常会遇到反射问题消除反射波消除反射波9/23/202345阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器n匹配方法匹配方法9/23/202346阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器n阻抗调配器阻抗调配器9/23/202347阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器n单节单节/4阻抗变换器阻抗变换器9/23/202348n多节多节/4阶梯阻抗变换器阶梯阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器9/23/202349n渐变线阻抗变换器渐变线阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器9/23/2023
10、50n连接元件连接元件微波连接元件微波连接元件9/23/202351n转换元件的功能转换元件的功能 微波转换元件微波转换元件9/23/202352n波导波导微带转接器微带转接器微波转换元件微波转换元件9/23/202353微波分支元件微波分支元件n分支元件分支元件9/23/202354波导分支元件波导分支元件n波导的单波导的单T分支分支9/23/202355波导分支元件波导分支元件nET分支（总与分支（总与反相反相联系）联系）n口输入，口输入，、均有输出均有输出n口输入，口输入，、均有输出均有输出n口输入，口输入，、等幅反相输出（分路，等幅反相输出（分路，n、等幅同相输入，等幅同相输入，口无输
11、出口无输出n、等幅反相输入，等幅反相输入，口输出最大（合成）口输出最大（合成）9/23/202356波导分支元件波导分支元件nHT分支（总与分支（总与同相同相联系）联系）n口输入，口输入，、均有输出均有输出n口输入，口输入，、均有输出均有输出n口输入，口输入，、等幅同相输出（分路，等幅同相输出（分路，n、等幅同相输入，等幅同相输入，口输出最大（合成）口输出最大（合成）n、等幅反相输入，等幅反相输入，口无输出口无输出9/23/202357波导分支元件波导分支元件n双双T（可逆、无耗、对称四端口网络）（可逆、无耗、对称四端口网络）n口输入，口输入，、等幅反相输出，等幅反相输出，口输出为口输出为0
12、n口输入，口输入，、等幅同相输出，等幅同相输出，口输出为口输出为0 n、等幅同相输入，等幅同相输入，口无输出，口无输出，口有输出口有输出n、等幅反相输入，等幅反相输入，口有输出，口有输出，口无输出口无输出 4414143313131413111214131211S0SS0SSSSSSSSSSSS9/23/202358波导分支元件波导分支元件n魔魔T（匹配双（匹配双T）-理想的理想的3dB定向耦合器定向耦合器 001100111110021100S9/23/2023594 端口：端口：隔离端口隔离端口2端口：端口：直通端口直通端口1 端口：端口：输入端口输入端口3端口：端口：耦合端口耦合端口定向
13、耦合器定向耦合器n定义定义9/23/202360定向耦合器定向耦合器（b）波导单孔定向耦合器）波导单孔定向耦合器（c）平行耦合线定向耦合器）平行耦合线定向耦合器（d）波导匹配双）波导匹配双T（e）波导多孔定向耦合器）波导多孔定向耦合器（f）微带混合环微带混合环定向耦合器定向耦合器9/23/202361定向耦合器定向耦合器波导同轴线带状线微带线按传输线类型单孔耦合多孔耦合连续耦合平行线耦合按耦合方式同向耦合反向耦合输出方向90度定向180度定向输出相位强耦合中等耦合弱耦合按耦合强弱9/23/202362定向耦合器定向耦合器n技术指标技术指标)dB(S1lg20PPlg10C1331)Bd(S1l
14、g20PPlg10I14419/23/202363定向耦合器定向耦合器n技术指标技术指标23131324414110lg10lg20lg()SSPDdBPSS111111SS9/23/202364n双分支定向耦合器双分支定向耦合器u输入：输入：ABC（波行程为（波行程为g/2），），ADC（波行程为（波行程为g/2），路程相同，），路程相同，C点相加，点相加，有输出有输出端口端口“”为耦合为耦合端。端。u输入：输入：AD（波行程为（波行程为g/4），），ABCD（波行程为（波行程为3g/4），两路路程差为），两路路程差为g/2，相位差为，相位差为，口无输出口无输出端端口口“”为隔离端。为隔离端
15、。定向耦合器定向耦合器9/23/202365 将一路微波功率按一定比例分成将一路微波功率按一定比例分成n n路输出的功率元件。路输出的功率元件。等功率分配器等功率分配器不等功率分配器不等功率分配器大功率往往采用同轴线大功率往往采用同轴线中小功率常采用微带线中小功率常采用微带线功率分配器功率分配器9/23/202366两路微带功率分配器两路微带功率分配器 功率分配器的基本要求功率分配器的基本要求:端口端口“”无反射无反射端口端口“、”输出电压相等且同相输出电压相等且同相端口端口“、”输出功率比值为任意指定值输出功率比值为任意指定值1/k1/k2 2 功率分配器功率分配器0in32in111ZZZ
16、2323222k:1RU21:RU2132UU 9/23/20236722022inRZZ32033inRZZ)k1(kZZ200232003/)1(kkZZkZR03功率分配器功率分配器02kZR 两路微带功率分配器两路微带功率分配器 9/23/202368两路微带功率分配器两路微带功率分配器实际的功率分配器终端负载往往是特性阻抗为实际的功率分配器终端负载往往是特性阻抗为Z0的传的传输线、而不是纯电阻输线、而不是纯电阻,此时可用此时可用g/4阻抗变换器将其变阻抗变换器将其变为所需电阻。为所需电阻。在在“、”端跨接电阻端跨接电阻Rj,既不影响功率分配器性能既不影响功率分配器性能,又可增加隔离度
17、。又可增加隔离度。kZZRZ00204kZZRZ00305kkzRj201功率分配器功率分配器9/23/202369功率分配器功率分配器微带环形电桥微带环形电桥微带环形电桥是在波导环形电桥基础上发展起来的一微带环形电桥是在波导环形电桥基础上发展起来的一种功率分配元件，也具有魔种功率分配元件，也具有魔T的性质。的性质。由全长为由全长为3g/2的环及与它相连的四个分支组成的环及与它相连的四个分支组成,分支分支与环并联。与环并联。端口端口“”输入，端口输入，端口“、”反相输出，端口反相输出，端口“”无输出。无输出。端口端口“”输入，端口输入，端口“、”同相输出，端口同相输出，端口“”无输出。无输出。端口端口“、”是隔离的。是隔离的。端口端口“、”也也是隔离的。是隔离的。0000000021jjjjjjjjS9/23/202370功率分配器功率分配器威尔金森功分器威尔金森功分器当信号从端口当信号从端口输入时，它可分输入时，它可分 和和 R 两路到达端口两路到达端口，R取值合适将使得这两路信号取值合适将使得这两路信号在端口在端口反相相消，从而反相相消，从而端口没有输出。端口没有输出。当信号从端口当信号从端口输入时，输入时，R起着同样的起着同样的隔离电阻隔离电阻的作的作用，这样，用，这样，、端口隔离。端口隔离。
