电磁场课件--第四章微波元件及微波网络理论概要

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1、第四章微波元件及微波网络理论概要§4.0微波元件与微波元件分析方法§4.1连接元件§4.2波导分支元件§4.3波导RLC元件§4.4定向耦合器§4.5阻抗调配元件§4.6微波谐振器§4.7微波铁氧体元件§4.8微波网络§4.0微波元件与微波元件分析方法1、微波电路微波电路（微波系统）由微波传输线、微波元件和微波器件组成。2微波元件及其功能描述微波元件泛指能够控制导行电磁波的模式、极化方向、幅值、相位及频率等的无源装置。功能：对其导行波模式、极化、振幅、相位频率进行调控。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类。电路元件和器件无源元器件：电容、电感

2、、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等，实现信号匹配、分配、滤波等；有源元器件：晶体管等,实现信号产生、放大、调制、变频等。微波电路元件和器件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。第一、二类微波无源元件，第二类微波有源器件。3微波元件构成原理在微波

3、段，电路元件与普通电路中元件无论在形体上和构成原理上发生较大的变化。微波元件一般是由微波传输线结构（形状、尺寸及填充介质）突变而构成。大体分类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。本章主要介绍无源元器件。大体可以分为连接匹配元件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。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

4、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。功率分配元器件在微波系统中,往往需将一路微波功率按比例分成几路,这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件,主要包括:定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。微波谐振器件微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传输线谐振器两大类,传输线型谐振器是一段由两端短路或开路的微波导行系统构成的,如金属空腔谐振器、同轴线谐振器和微带谐振器等,在实际应用中大部分采用此类谐振器。微波铁氧体器件在许多情况下,微波系统需要具有非互易性的器件。负载的变化对微波信号源的频率和功率输出会产生不良影响,使振荡器性能不稳定。一类非

5、互易单向器或隔离器，另一类非互易器件是环行器。4微波元件的分析方法分析微波元件的工作原理及确定其参数，严格的方法是分析元件内部的场结构，进而确定其外特性，这是典型的边值型问题。由于微波元件复杂和不规则的边界情况，完整准确地求解电磁场方程将遇到极大的困难。一般采用等效为微波网络的方法，微波元件特性用微波网络的外特性参量描述，而这些网络外特性参量可以用网络参量描述，网络参量可以由实验测定。5微波元件分类根据微波元件功能可以将微波元件分类：1）连接元件功能：不同类型微波传输线连接，实质上是完成导行电磁波不同模式的转换。技术要求：完成模式转换的同时，引入衰耗和反射波尽可能小。波导之间转换、同轴线和

6、波导、同轴线和微带线、波导和微带线和矩形波导和圆波导。2）分支元件功能：元件接入，对应普通电路并联和串联。E-T分支（串联），H-T分支（并联），双T功率分配器。3）RLC元件功能：电阻性元件吸收电磁场能量，电感、电容性元件储存电磁场能量。电抗元件：螺钉、短路活塞，螺钉相当于和波导并联的可变电容；短路活塞相当于和波导与同轴线串联的可变电抗，广泛地应用于系统的调配及微波测量中。4）定向耦合器功能：微波系统监控的重要元件，它是一个四端口元件，具有耦合信号，定向传输的特点。5）阻抗调配元件功能：实现微波线路的阻抗匹配。系统的匹配程度直接决定了系统的工作状态，直接影响信号的传输质量。6）谐振元件功

7、能：等同于普通电路的谐振回路，产生电磁振荡。谐振器件：角柱腔，圆柱腔，可以用场的方法分析。特性参数：品质因数Q7）微波铁氧体元件是一类具有不可逆性的微波元件，利用不同极化电磁波在铁氧体外加恒定电磁场中表现出的不同电磁性质（磁导率）实现不同极化电磁波的分离。具有代表性的微波铁氧体元件主要有：隔离器和环流器。隔离器：传输单向性。环流器：传输端口顺序性。