第5章 微波元器件综述ppt课件.ppt

《第5章 微波元器件综述ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章微波元器件1.终端负载元件(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。5.1连接匹配元件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

2、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。(2)匹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

3、、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,还可采用水负载，如图5-2(d)所示,由流动的水将热量带走。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型吸收体而构成的，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

4、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。(5-1-1)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

5、换接头。(1)波导接头波导管一般采用法兰盘连接,可分为平法兰接头和扼流法兰接头,分别如图5-3(a)、(b)所示。平法兰接头的特点是:加工方便,体积小,频带宽,其驻波比可以做到1.002以下,但要求接触表面光洁度较高。扼流法兰接头由一个刻有扼流槽的法兰和一个平法兰对接而成,扼流法兰接头的特点是:功率容量大,接触表面光洁度要求不高,但工作频带较窄,驻波比的典型值是1.02。因此，平接头常用低功率、宽频带场合，而扼流接头一般用于高功率、窄频带场合。波导连接头除了法兰接头之外,还有各种扭转和弯曲元件(如图5-4所示)以满足不同的需要。当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时

6、，用波导扭转元件;当需要改变电磁波的方向时，可用波导弯曲。波导弯曲可分为E面弯曲和H面弯曲。为了使反射最小,扭转长度应为(2n+1)λg/4,E面波导弯曲的曲率半径应满足R≥1.5b,H面弯曲的曲率半径应满足R≥1.5a。(2)衰减元件和相移元件衰减元件和相移元件用来改变导行系统中电磁波的幅度和相位。对于理想的衰减器，其散射矩阵应为:而理想相移元件的散射矩阵应为:(5-1-2)(5-1-3)衰减器的种类很多,最常用的是吸收式衰减器,它是在一段矩形波导中平行于电场方向放置吸收片而构成,有固定式和可变式两种，分别如图5-5(a)、(b)所示。一般吸收片由胶木板表面涂覆石墨或在玻

7、璃片上蒸发一层厚的电阻膜组成,一般两端为尖劈形，以减小反射。由矩形波导TE10模的电场分布可知,波导宽边中心位置电场最强,逐渐向两边减小到零,因此,当吸收片沿波导横向移动时,就可改变其衰减量。将衰减器的吸收片换成介电常数εr＞1的无耗介质片时,就构成了移相器,这是因为电磁波通过一段长波为l的无耗传输系统后相位变化为：其中：λg为波导波长,在波导中改变介质片位置，会改变波导波长,从而实现相位的改变。(5-1-4)(3)转换接头微波从一种传输系统过渡到另一种传输系统时，需要用转换器。在这一类转换器的设计中，一方面要保证