《微波技术与天线》第五章 微波元件

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1、第五章微波元件2021/8/41引言微波元件按变换性质分类线性互易元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。包括微波连接匹配元件、功率分配元件、微波滤波元件、微波谐振器。线性非互易元件元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质。铁氧体元件：它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域。包括隔离器、环形器。非线性元器件元件中含有非线性物质，能对微波信号进行非线性变换，从而引起频率的改变，实现放大、调制、变频等。器件包括微波电子管、微波晶体管、微波场效应管、微波电真空器件。元件包括检波器、混频器、变频器等。2021/8/42引言微波元件按传输线类型分类波导型微波元件同轴型微波元件微带型微波元

2、件微波元件按功能分类衰减器匹配元件波型变换元件相移元件功分元件滤波元件2021/8/43引言基本电路元件电阻电感电容微波电阻性元件能吸收微波能量的装置相当于电阻的作用。微波电抗性元件能局部集中磁场能量的装置相当于电感的作用。能局部集中电场能量的装置相当于电容的作用。能实现电磁能量周期性变换的装置相当于振荡回路的作用。2021/8/44主要内容微波电阻性元件微波电抗性元件波导元件的实现方法微带元件的实现方法衰减器匹配负载阻抗调配器和阻抗变换器连接元件分支元件定向耦合器功率分配器2021/8/45衰减器用来控制微波传输线中传输功率的装置。通过对波的吸收、反射或截止来衰减微波能量。主要应用去

3、耦消除负载失配对信号源的影响。调节微波源输出的功率电平。匹配元件无反射的吸收传输到终端的全部功率，以建立传输系统中的行波状态。微波电阻性元件2021/8/46微波电抗性元件集总参数电抗集总参数电感在某一个区域中只含有磁能。集总参数电容在某一个区域中只含有电能。微波频段微波信号的交变电磁场，电场和磁场是交链在一起，没有单独的电场区域或磁场区域，不存在集总参数的电感和电容。终端短路或开路的传输线等效为电抗元件（单端口网络）。传输线中的不均匀区域等效为电抗元件。2021/8/47微波电抗性元件传输线中的不均匀区域指传输线中的结构、尺寸、参数发生突变的区域。具有电容或电感的性质，可等效为电感或电容，即

4、电抗元件。原理在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，可分解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输、而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均匀区附近储存了高次模式的电磁场能量。若储存的主要是磁场能量（在某区域磁场储能>电场储能不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。若储存的主要是电场能量（在某区域电场储能>磁场储能）不均匀区域相当于一个储存电能的电容。2021/8/48微波电抗性元件电抗元件微波传输线中传输模传输模所携带的电能和磁能是相等的。微波传输线中截止模截止模所含电能和磁能是不均衡的。若截止模为TE模：磁能>电能可等效为电感。若截止模为TM模：电能>磁能可等效为电容。在

5、传输系统人为引入某些不均匀性，则在不均匀性区域将激发起高次截止模。在微波元件中，把具有容性电抗或感性电抗性质的最简单不均匀性结构叫基本电抗元件。2021/8/49微波电抗性元件波导元件的实现方法电容膜片为满足膜片处的边界条件，膜片处电场线将发生弯曲、产生电场的Ez分量，故产生的高次模是TM模。此高次模是截止模，在膜片附近储存的电能大于磁能，相当于一个电容。由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电容。2021/8/410微波电抗性元件波导元件的实现方法电容膜片电容膜片并联电纳的相对值：2021/8/411微波电抗性元件波导元件的实现方法电感膜片主模在膜片处有平行于膜片的电场，为满足膜片的边界条件，需

6、要反方向的电场来抵消，故产生的高次模是TE模。此高次模是截止模，在膜片附近储存的磁能大于电能，相当于一个电感。由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电感。2021/8/412微波电抗性元件波导元件的实现方法电感膜片电感膜片的相对并联电纳：2021/8/413微波电抗性元件波导元件的实现方法谐振窗将电容膜片和电感膜片组合在一起得到的具有矩形窗口形状的膜片。等效电路是一个并联谐振回路。当信号频率=其谐振频率时：并联回路的电抗为∞（相当于开路），信号无反射的通过谐振窗。当信号频率≠其谐振频率时：并联回路的电抗为容抗或感抗，反射较大。当f>f0时，谐振窗附近电场储能占优势，回路呈容性电抗。当f

7、振窗附近磁场储能占优势，回路呈感性电抗。一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振器的频率就是可通过的频率。2021/8/414微波电抗性元件波导元件的实现方法谐振窗谐振频率的求法：从阻抗匹配的角度进行求解。谐振窗小波导：长a’，宽b’，厚t，特性阻抗Ze’。谐振窗谐振的条件：Ze’=Ze（主波导特性阻抗）。2021/8/415微波电抗性元件波导元件的实现方法谐振窗λ0是大、小波导特性阻抗相等（即谐振窗谐振