微波技术与天线第5章

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1、5.1连接匹配元件5.2功率分配元器件5.3微波谐振器件5.4微波铁氧体器件第5章微波元器件返回主目录第5章微波元器件无论在哪个频段工作的电子设备,都需要各种功能的元器件,既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等无源元器件,以实现信号匹配、分配、滤波等;又有晶体管等有源元器件,以实现信号产生、放大、调制、变频等。微波系统也不例外地有各种无源、有源元器件,它们的功能是对微波信号进行必要的处理或变换,它们是微波系统的重要组成部分。微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件以及非线性元器件三大

2、类。线性互易元器件只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性，并满足互易定理,它主要包括各种微波连接匹配元件、功率分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等;线性非互易元器件主要是指铁氧体器件,它的散射矩阵不对称,但仍工作在线性区域,主要包括隔离器、环行器等;非线性元器件能引起频率的改变,从而实现放大、调制、变频等,主要包括微波电子管、微波晶体管、微波固态谐振器、微波场效应管及微波电真空器件等。微波元器件品种繁多,而且随着技术的进步不断出现新的元器件,因此不能一一列举,本章从工程应用的角度出发,重点介绍具有代表性的几组

3、微波无源元器件,主要有：连接匹配元件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。5.1连接匹配元件微波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及阻抗匹配元器件三大类。终端负载元件是连接在传输系统终端实现终端短路、匹配或标准失配等功能的元件;微波连接元件用以将作用不同的两个微波系统按一定要求连接起来,主要包括波导接头、衰减器、相移器及转换接头等;阻抗匹配元器件是用于调整传输系统与终端之间阻抗匹配的器件,主要包括螺钉调配器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。下面分别介绍这些元器件。1.终端负载元件终端负

4、载元件是典型的一端口互易元件,主要包括短路负载、匹配负载和失配负载。(1)短路负载短路负载是实现微波系统短路的器件,对金属波导最方便的短路负载是在波导终端接上一块金属片。但在实际微波系统中往往需要改变终端短路面的位置,即需要一种可移动的短路面,这就是短路活塞。短路活塞可分为接触式短路活塞和扼流式短路活塞两种,前者已不太常用,下面介绍一下扼流式短路活塞。应用于同轴线和波导的扼流式短路活塞如图5-1(a)、(b)所示,它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处,而向波源方向移动λg/2的距离。这种结构是由两段不同等效

5、特性阻抗的λg/4变换段构成,其工作原理可用如图5-1(c)所示的等效电路来表示,其中cd段相当于λg/4终端短路的传输线,bc段相当于λg/4终端开路的传输线,两段传输线之间串有电阻Rk,它是接触电阻,由等效电路不难证明ab面上的输入阻抗为:Zab=0,即ab面上等效为短路,于是当活塞移动时实现了短路面的移动。扼流短路活塞的优点是损耗小,而且驻波比可以大于100,但这种活塞频带较窄,一般只有10%~15%的带宽。如图5-1(d)所示的是同轴S型扼流短路活塞，它具有宽带特性。图5–1扼流短路活塞及其等效电路(2)匹

6、配负载匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件。对波导来说,一般在一段终端短路的波导内放置一块或几块劈形吸收片,用以实现小功率匹配负载,吸收片通常由介质片（如陶瓷、胶木片等）涂以金属碎末或炭木制成。当吸收片平行地放置在波导中电场最强处,在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量,使其反射变小。劈尖的长度越长吸收效果越好,匹配性能越好,劈尖长度一般取λg/2的整数倍。如图5-2(a)所示;当功率较大时可以在短路波导内放置锲形吸收体,或在波导外侧加装散热片以利于散热,如图5-2(b)、(c)所示;当功率很大时,还可采用

7、水负载，如图5-2(d)所示,由流动的水将热量带走。图5–2各种匹配负载同轴线匹配负载是由在同轴线内外导体间放置的圆锥形或阶梯形吸收体而构成的,如图5-2(e)、(f)所示。微带匹配负载一般用半圆形的电阻作为吸收体,如图5-2(g)所示,这种负载不仅频带宽，而且功率容量大。(3)失配负载失配负载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驻波的标准失配负载,主要用于微波测量。失配负载和匹配负载的制作相似,只是尺寸略微改变了一下,使之和原传输系统失配。比如波导失配负载，就是将匹配负载的波导窄边b制

8、作成与标准波导窄边b0不一样,使之有一定的反射。设驻波比为ρ,则有例如:3cm的波段标准波导BJ-100的窄边为10.16mm,若要求驻波比为1.1和1.2,则失配负载的窄边分别为9.236mm和8.407mm。2.微波连接元件微波连接元件是二端口互易元件,主要包括:波导接头、衰减器、相移器、转换接头。(1)波导接头波导管一般采用法兰