第六章_微波元件
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常见微波元件PPT课件
• 尖劈形吸收体——小功率 • 楔形吸收体——大功率
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功 率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口 配置了一个50 欧姆的匹配 负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求： 保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应 产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后 ；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体 电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴 线内导体的直径的选取与微 带线的特性阻抗有关，通常 使内导体直径等于微带线宽 度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同 相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口 输出最大
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功 率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口 配置了一个50 欧姆的匹配 负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求： 保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应 产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后 ；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体 电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴 线内导体的直径的选取与微 带线的特性阻抗有关，通常 使内导体直径等于微带线宽 度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同 相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口 输出最大
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
6.1－2铁氧体材料的基本性质
(1)单电子的在均匀磁场H0中的自旋进动
当偏置磁场H0↑ 就有更多偶极子与H0排成一线一直增加到全
部偶极子排成一线为止，M达到上线此时材料达到饱和，用 Ms表示饱和磁化强度值从300到5000高斯。低于饱和的情况 在微波频率损耗很大。因此铁氧体通常工作在饱和状态下。
Ms与材料的温度T有关T↑， Ms↓，在一定温度下TC（居里温度） Ms为零。
arc tg
Ey Ex arc tg E ym Exm
显然，ө将是一个固定值，不会随时间而变，合成场E的端点轨迹将是一直 线，它随时间的变化实际上就只是随Ex、Ey大小的变化作相应升长或缩短
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件 §6.1微波在铁氧体中的传播特性 (2)圆极化
Exm Eym E0
按 幅值是否相等与 x y 为不同的值，将电磁波分为电 磁波的极化分为直线极化、圆极化与椭圆极化。
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
§6.1微波在铁氧体中的传播特性
(1)、直线极化
x y
0,
任何瞬时的合成电场 波的直线极化
E Exm2 Eym2 cos(t kz )
6.1－2铁氧体材料的基本性质
(2)单电子的在恒定磁场H0与高频磁场H共同作用 中的自旋进动磁导率张量[]
只有高频磁场的横向分量Hx、Hy才对铁氧体的交变磁化强度有 贡献，而高频磁场的纵向分量Hz并不引起交变磁化强度。 而且，当高频磁场的频率ω=ω0=γ0H0时，就会出现铁磁共振 . 高频磁场H与H0垂直，处于xy平面内 必须条件：顺H0正方向看为右旋圆极化时才会产生铁磁谐振现 象.
e m0 P P m
微波技术基础微波元器件第六章
上式取模为
1
2 2 Z Z 0 L 1 sec ZL Z0 12
在中微波技术》
ZL Z0 2 Z0 ZL
cos
6-2 变换元件---阻抗变换器
当 = 0时，此时反射系数的模达到最大值，可以画出 随 变化的 曲线，如图所示。 随 (或频率)作周期变化，周期为。如果设 Γ m 为反 射系数模的最大容许值，则由/4阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中 限定的频率范围。由于当 偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄 的。
《微波技术》
6-2 变换元件---阻抗变换器
当 m时
m arccos
2 1
m 2 m
Z0 ZL
Z L Z0
通常用分数带宽Wq表示频带宽度，Wq与 m有如下关系
f 2 f1 2 1 π m m 4 Wq 2 m f0 0 π2 π
当已知ZL 和Z0，且给定频带内容许的 m 时，则由式可计算出相对 带宽Wq值；反之，若给定Wq值，也可求出变换器的 m，计算中 m取小 于/2的值。
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配来说，一般单节变换器提供的 带宽能够满足要求。但如果要求在宽频带内实现阻抗匹配，那就必须 采用下面要讨论的多节阶梯阻抗变换器或渐变线阻抗变换器。 《微波技术》
当Γ0, Γ1, … 等值给定时, 上式右端为余 弦函数cosθ的多项式, 满足|Γ|=0的cosθ 有很多解, 亦即有许多λg使|Γ|=0。这就 是说，在许多工作频率上都能实现阻抗匹 配, 从而拓宽了频带。显然, 阶梯级数越 多, 频带越宽。
6-2 变换元件---阻抗变换器
三、渐变线阻抗变换器 所谓渐变线，是指其特性阻抗按一定规律平滑地由一条传输线的 特性阻抗过渡到另一条传输线的特性阻抗。 只要增加/4阶梯阻抗变换器的节数，就能增宽工作频带。然而， 节数的增加，导致变换器的总长度也随之增加。如果选用渐变线，则 既可增宽频带又不致使变换器尺寸过大。 渐变线可以看作是由阶梯数目无限增多而每个阶梯段长度无限缩 短的阶梯变换器演变而来，如图所示。 渐变线输入端总的反射系 数in为
微波元件
Ll 10lg
P1 Pl
10lg
P1 P0
P0 P1
10lg
P1 P0
10
lg
F
F r. r. el
1
2
仍把两臂端口令为1和2分支为4口
同样可以分析得出H-T的工作特性
4
当TE10模从端口4输入时，1和2口输出等幅同相波
当TE10模从端口1和2等幅同相输入时，4口有最大输出，主波 导内为驻波。对称面为电场的波腹位置
当TE10模从端口1和2等幅反相输入时，4口无输出，对称面为 电场的波节位置。
H-T分支的场分布图
衰减器
衰减器用于在一定范围内调整微波信号的幅值，通过对未必信 号产生一定的衰减实现。按工作原理可以分为分为吸收式衰减 器截止波导衰减器和极化衰减器三种类型。
吸收式衰减器是在一段波导内放置吸收吸收片，用以吸收部分 信号功率而实现衰减。移动吸收片的位置对信号的衰减是不同 的，因此可以作为可变衰减器。内置吸收片可以作成尖劈或缓 变曲线的边界形状。
双T分支
双T为E-T分支和H-T分支的组合， 由前面的分析可以得出双T有如下
4
特性
1
当TE10模从端口4输入时，1和2口输
出等幅反相波，3口无输出 当TE10模从端3口输入时，1和2口有
3
2
等幅同相波输出，4口没有输出
当TE10模从端口1和2等幅同相输入时，3口有输出，4口没 有输出，若端口1和2等幅反相输入时， 4口有输出，3口没有 输出。
§4.2 波导分支接头
E—T分支
3 1 Z0
Z0 2
T形接头是一种将一路信号分成两路的三端口元件，图示的是 E-T分支接头和其等效电路
E-T分支的场分布图
微波元件
(4)当TE-10模信号从①和②端口同相输入 时,则③端口输出最小;
(5)当TE-10模信号从①和②端口反相输入时,则③ 端口有输出;当信号从①和②端口等幅反相输入时,
则③端口有最大输出
E―T接头的等效电路相当于在传输中串接一个阻抗
如果在E分支中加一个可调的短路活塞,上下
改变活塞的位置就可改变串接电抗的大小
就越多，高次模所储存的磁场就越大，其等效感性
电纳也就越大
5. 调谐螺钉
被普遍采用的调谐和匹配元件
一方面, 与电容膜片一样，其
附近高次模的电场较为集中，
具有容性电纳；
另一方面，波导宽壁上的轴
向电流要流入螺钉，产生附加
磁场，具有电感量。
但当插入深度h较浅时，电感
量较小，容抗占优势，总的作 用等效为一个电容。(通常） 宽壁调谐螺钉
4. 矩形波导―圆波导模式变换器
矩形波导TE10模变换到圆波导TE11模的变换器 采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换
TE10→TE01模式变换器
7.4 终接元件
(一) 全匹配负载
吸收体 能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。当需要在 传输系统中建立行波状态时,都要用到匹配负载
吸收体一般为碳化硅薄膜，镍铬合金薄膜，铂 金薄膜等 吸收体应放置在电场强度最大的位置 吸收体长为几个波长
H―T接头的H臂相当于并接在传输线中的电
抗
调节H臂中的短路活塞的位置就可改变并接
电抗的大小
3. 双T接头
将E-T和H-T两种分支合为一体
E臂（隔离臂）
平分臂
平分臂
H臂（隔离臂）
特性：(1) E臂输入，两主臂“1”、“2” 等幅反相输出，H臂无输出。
模式的变换
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
铁氧体的相对介电常数为10~20,
它是一种非线性各向异性磁性物质, 它的磁导率随外加磁场而 变; 在加上恒定磁场以后, 它在各方向上对微波磁场的磁导率 是不同的, 就是说其具有各向异性的。
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
由于这种各向异性, 当电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体 时, 便呈现一种非互易性。利用这种效应, 便可以做成各种非互 易微波铁氧体元件，最常用的有隔离器和环行器。由于磁化铁 氧体对电磁波的效应与波的极化密切相关，因此我们有必要先
Exm Eym E0 y x 90o 左旋圆极化
y x 90o,右旋圆极化
Ex E0 cos(t kz x ) Ey mE0 sin(t kz x )
E Ex2 Ey2 E0 常数
Ex2 E02
Ey2 E02
1
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
§6.1微波在铁氧体中的传播特性
E，xm Eym x y
Ex Exm cos( x ) Ey Eym cos( x )
Ex2 E xm 2
2Ex Ey cos
Exm Eym
Ey2 E ym 2
sin2
当>0时，它按逆时针方向旋转（右旋）
当<0时，它按顺时针方向旋转（左旋）
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
|E|与x轴的夹角
tg
Ey Ex
mtg(t
kz
x)
m(t kz x )
可见，合成场的大小不随时间改变，但方向却随时在改 变，其矢量端点在一个圆上以角速度ω旋转
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
§6.1微波在铁氧体中的传播特性
(3)椭ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ极化
最一般的情况是电场的两个分量振幅和相位都不相等
它是一种非线性各向异性磁性物质, 它的磁导率随外加磁场而 变; 在加上恒定磁场以后, 它在各方向上对微波磁场的磁导率 是不同的, 就是说其具有各向异性的。
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
由于这种各向异性, 当电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体 时, 便呈现一种非互易性。利用这种效应, 便可以做成各种非互 易微波铁氧体元件，最常用的有隔离器和环行器。由于磁化铁 氧体对电磁波的效应与波的极化密切相关，因此我们有必要先
Exm Eym E0 y x 90o 左旋圆极化
y x 90o,右旋圆极化
Ex E0 cos(t kz x ) Ey mE0 sin(t kz x )
E Ex2 Ey2 E0 常数
Ex2 E02
Ey2 E02
1
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
§6.1微波在铁氧体中的传播特性
E，xm Eym x y
Ex Exm cos( x ) Ey Eym cos( x )
Ex2 E xm 2
2Ex Ey cos
Exm Eym
Ey2 E ym 2
sin2
当>0时，它按逆时针方向旋转（右旋）
当<0时，它按顺时针方向旋转（左旋）
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
|E|与x轴的夹角
tg
Ey Ex
mtg(t
kz
x)
m(t kz x )
可见，合成场的大小不随时间改变，但方向却随时在改 变，其矢量端点在一个圆上以角速度ω旋转
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
§6.1微波在铁氧体中的传播特性
(3)椭ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ极化
最一般的情况是电场的两个分量振幅和相位都不相等
微波元器件
1
但高次模式不能传输，
不能输出。
T
2
3臂输入， 4臂无输出
2
4臂输入， 3臂无输出
4、波导魔T（四端口元件） 3（E）
调匹配的装置
2
1 • 主要特性：
4（H）
• 任何端口都与外接传输线相匹配；3、4匹配之后，1、2
自动匹配；
• 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出；
• 4输入：1、2等幅、同相输出，3无输出；
四、波导滤波器
• 销钉型
• 膜片型
9. 3 终端元件（单端口元件）
一、匹配负载：
• 作用：接在传输线的终端，尽量吸收全部入射功率，保证 传输线的终端无反射，其驻波比在 1.05 左右 ～ 1.1 左右；
• 工作原理：元件中采用高阻衰减材料、吸波材料，吸收 入射的电磁波；
• 特点：吸波材料与空气的界面应做成渐变式过渡，减 小反射； 高功率匹配负载需要散热装置，将吸收的电磁 能转化成的热能散发出去。
1、波导式匹配负载
•体积式吸收体
பைடு நூலகம்•片式吸收体
• 大功率匹配干负载
• 大功率匹配水负载 水
散热片
入 出
2、同轴线式匹配负载
• 同轴匹配干负载
吸波材料
3、微带线式匹配负载 • 渐变式
导体带 介质 薄膜电阻
• 匹配阻抗式
开路
• 半圆式
g 4
二、短路器：
• 提供尽量大的反射系数； • 最好可自由移动； • 可移动短路活塞：接触式：物理接触
2、串联电感：
• 预备知识：
Zc
l
一段无耗短传输线
等效
L/2 L/2
L Zcl 2 2v p
《微波元器件介绍》课件
《微波元器件介绍》PPT 课件
微波元器件是通信和雷达等领域中的重要组成部分。本课件将介绍微波元器 件的应用、分类、选型原则、关键技术以及发展趋势。
1. 简介
微波元器件是用于处理和传输微波信号的电子器件。广泛应用于通信、雷达、 卫星通信、无线电天线和导航系统等领域。
• 什么是微波元器件 • 微波元器件的应用领域 • 微波元器件的分类
2. 常见的微波元器件
射频开关
通过控制电路的开关状态，实现对微波信号 的开关和切换，广泛应用于无线通信和雷达 系统。
耦合器
用于将微波信号从一个端口耦合到另一个端 口，常用于功率分配和天线系统。
功分器
将输入的微波信号均匀分配到多个输出端口， 常用于通信和雷达系统中的功率分配。
衰减器
用于减小微波信号的功率，常用于信号衰减 和匹配。
材料科学的进步将推动微波元器件的
设计优化与仿真技术应用
4
发展。
设计优化和仿真技术的应用将提高微 波元器件的性能和效率。
6. 总结
微波元器件在通信和雷达等领域中起着重要作用。随着技术的发展，微波元器件将继续提高集成度和性 能，推动通信技术的发展。 谢谢观看。
3.Байду номын сангаас微波元器件的选型原则
1 频率范围
选择适合所需频率范围的微波元器件。
3 功率处理能力
选择能够处理所需功率的微波元器件。
2 带宽与损耗
考虑微波元器件的带宽和损耗，确保符合 系统要求。
4 稳定性与可靠性
考虑微波元器件的稳定性和可靠性，确保 长期运行稳定。
4. 微波元器件的关键技术
封装与加工工艺
微波元器件的封装和加工工 艺需要考虑对微波信号的影 响。
材料选择与制备
微波元器件是通信和雷达等领域中的重要组成部分。本课件将介绍微波元器 件的应用、分类、选型原则、关键技术以及发展趋势。
1. 简介
微波元器件是用于处理和传输微波信号的电子器件。广泛应用于通信、雷达、 卫星通信、无线电天线和导航系统等领域。
• 什么是微波元器件 • 微波元器件的应用领域 • 微波元器件的分类
2. 常见的微波元器件
射频开关
通过控制电路的开关状态，实现对微波信号 的开关和切换，广泛应用于无线通信和雷达 系统。
耦合器
用于将微波信号从一个端口耦合到另一个端 口，常用于功率分配和天线系统。
功分器
将输入的微波信号均匀分配到多个输出端口， 常用于通信和雷达系统中的功率分配。
衰减器
用于减小微波信号的功率，常用于信号衰减 和匹配。
材料科学的进步将推动微波元器件的
设计优化与仿真技术应用
4
发展。
设计优化和仿真技术的应用将提高微 波元器件的性能和效率。
6. 总结
微波元器件在通信和雷达等领域中起着重要作用。随着技术的发展，微波元器件将继续提高集成度和性 能，推动通信技术的发展。 谢谢观看。
3.Байду номын сангаас微波元器件的选型原则
1 频率范围
选择适合所需频率范围的微波元器件。
3 功率处理能力
选择能够处理所需功率的微波元器件。
2 带宽与损耗
考虑微波元器件的带宽和损耗，确保符合 系统要求。
4 稳定性与可靠性
考虑微波元器件的稳定性和可靠性，确保 长期运行稳定。
4. 微波元器件的关键技术
封装与加工工艺
微波元器件的封装和加工工 艺需要考虑对微波信号的影 响。
材料选择与制备
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Z L Z0 2 Z0Z L cos
第六章 微波元件
当 = 0时，此时反射系数的模达到最大值，由式(5-7)可以画出 随 变化的 曲线，如图所示。 随 (或频率)作周期变化，周期为。如果设 为反射系 数模的最大容许值，则由/4阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的 频率范围。由于当 偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄的。
这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质，具有非互易特性， 其散射矩阵是不对称的。但仍工作于线性区域，属于线性元件范围。 常用的线性非互易元件有隔离器、环行器等。
第六章 微波元件
三、非线性元件 这类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，并能通过电磁控制以改变元件的特性参量。常用的 非线性元件有检波器、混频器、变频器以及电磁快控元件等。 微波元件分类：
第六章 微波元件
（二）转接元件
在将不同类型的传输线或元件连接时，不仅要考虑阻抗匹配，而且 还应该考虑模式的变换。
1、同轴线波导转换器
连接同轴线与波导的元件，称为同轴线波导转换器，其结构如图所示。
2、波导微带转接器 通常在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段来实现阻抗匹配。
同轴线波导
波导微带
第六章 微波元件
设此时T0面上的反射系数为，则
Z L Z0
Z L
Z0 2 j
Z 0 Z L tg l
上式取模为
1 1 2 Z0Z L sec Z Z L 0
2
1 2
在中心频率附近，上式可近似为
衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减； 移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移，微波能量可 无衰减地通过。 6.3.1 衰减器 理想的衰减器应是只有衰减而无相移的二端口网络，其散射矩 阵为 l
0 S l e e 0
衰减器的衰减量表示为：
A 1 0 lo g Pi Po
1e
j 2
2e
j 4
然而在多节阶梯的情况下，由于多节突变面数目增多，参与抵消 作用的反射波数量也增多，从而在m相同的条件下，使工作频 带增宽。 对于N节阶梯变换器
2e
jN
0
co s N 1 co s N 2
其模值为
P3
第六章 微波元件
由于定向耦合器是一个可逆四端口网络，因此耦合度又可表示
~ 2 U i1 2 1 C 1 0 lo g 2 0 lo g ~ S 13 S 1 3U i 1 2
(dB)
由此可见耦合度的分贝数愈大耦合愈弱。通常把耦合度为 0~10dB 的 定 向 耦 合 器 称 为 强 耦 合 定 向 耦 合 器 ； 把 耦 合 度 为 10~20dB的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器；把耦合度大于 20dB的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
电感膜片电纳的近似计算公式为
B
2 d Y 0 c tg 2a a p
电感膜片及其等效电路
第六章 微波元件
三、 谐振窗 下图给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。即在横向金属膜片上 开设一个小窗，称为谐振窗。 四、螺钉 螺钉插入波导的深度可以调节，电纳的性质和大小可随之改变，使 用方便，是小功率微波设备中常采用的调谐和匹配元件。
0
Z1 Z 0 Z1 Z 0
1
Z 2 Z1 Z 2 Z1
2
Z L Z2 Z L Z2
第六章 微波元件
T0参考面上，
U r 0 U i 1U i e
j 2
2U i e
j 4
T0面上总的电压反射系数为
Ur Ui
0
第六章 微波元件
6.4 阻抗变换器
为了消除不良反射现象，可在其间接入一阻抗变换器，以获得良好的 匹配。 常用的阻抗变换器有两种：一种是由四分之一波长传输线段构成的阶 梯阻抗变换器(包括单节和多节)；另一种是渐变线阻抗变换器。 6.4.1 单节/4阻抗变换器 如右图所示，若主传输线的 特性阻抗为Z0，终端接一纯电阻 性负载ZL ，但ZL Z0，则可以在 传输线与负载之间接入一特性阻 抗为Z01、长度l=p0/4的传输线段 来实现匹配。
输出方向
输出相位
按耦合强弱
同向耦合
反向耦合
90度 定 向
180度 定 向
强耦合
中等耦合
弱耦合
第六章 微波元件
下图给出了几种定向耦合器的结构示意图，其中图(a)为微带分支定向 耦合器，图(b)为波导单孔定向耦合器，图(c)为平行耦合线定向耦合 器，图(d)为波导匹配双T，图(e)为波导多孔定向耦合器，图(f)为微带 混合环。
波导可 调螺钉 及其等 效电路
谐振窗及其等效电路
第六章 微波元件
第六章 微波元件
第六章 微波元件
第六章 微波元件
第六章 微波元件
第六章 微波元件
6.2 连接元件和终端负载
6.2.1 连接元件
在微波技术中，把相同类型传输线连接在一起的装置统称为接头。 常用的接头有同轴接头和波导接头两种。把不同类型的传输线连接在一 起的装置称为转接元件，又称作转换接头。常用的有同轴线与波导、同 轴线与微带线、波导与微带线间的转接元件。 （一）接头 对接头的基本要求是：连接点接触可靠，不引起电磁的反射，输入驻 波比尽可能小，一般在1.2以下；工作频带要宽；电磁能量无泄漏；结构 牢固，装拆方便，易于加工等。 波导 接头
第六章 微波元件
引 言
微波元件的功能在于对微波信号进行各种变换，按其变换性质可 将微波元件分为如下三类：
一、线性互易元件 凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属于这一类。常用的线 性互易元件包括：匹配负载、衰减器、移相器、短路活塞、功分器、 微波电桥、定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。
二、线性非互易元件
2
0
cos N 1 cos N 2
第六章 微波元件
6.4.3 渐变线阻抗变换器
所谓渐变线，是指其特性阻抗按一定规律平滑地由一条传输 线的特性阻抗过渡到另一条传输线的特性阻抗。
只要增加/4阶梯阻抗变换器的节数，就能增宽工作频带。 然而，节数的增加，导致变换器的总长度也随之增加。如果选用 渐变线，则既可增宽频带又不致使变换器尺寸过大。 渐变线可以看作是由阶梯数目无限增多而每个阶梯段长度无 限缩短的阶梯变换器演变而来，如图所示。
第六章 微波元件
(二）隔离度D 隔离度D定义为输入端的输入功率P1与隔离端的输出功率P4之比的分贝数， 即 P1 D 1 0 lo g (dB) P 若用散射参量来描述，则有
~ 2 U i1 2 1 D 1 0 lo g 2 0 lo g ~ S 14 S 14U i1 2
dB
第六章 微波元件
衰减器在原理上可以分为吸收式和截止式两种 （一）、吸收式 在波导内放入与电场方向平行的吸收片，当微波能 量通过吸收片时，将吸收一部分能量而产生衰减， 这种衰减器称为吸收衰减器，如图所示。
第六章 微波元件
（二）、截止式
截止衰减器是在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段，使电 磁波在这一小段传输线内处在截止状态下传输，即电磁波经过这段传 输线后微波能量很快衰减，控制截止传输线的长度，就可以调节衰减 量的大小，如图所示。
对匹配负载的基本要求是：
（1）有较宽的工作频带， （2) 输入驻波比小和一定
的功率容量。
第六章 微波元件
(二）短路负载
短路负载又称 为短路器，它的 作用是将电磁能 量全部反射回去。 将同轴线和波导 终端短路，即分 别成为同轴线和 波导固定短路器。
第六章 微波元件
6.3 衰减器和移相器
衰减器和移相器均属于二端口网络。
m
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配来说，一般单节变换器提供的 带宽能够满足要求。但如果要求在宽频带内实现阻抗匹配，那就 必须采用下面要讨论的多节阶梯阻抗变换器或渐变线阻抗变换器。
第六章 微波元件
6.4.2 多节阶梯阻抗变换器 多节阶梯阻抗变换器具有宽频带特性，现以下图所示的两节/4阶 梯阻抗变换器为例进行分析。令变换器两端所接传输线的特性阻抗分 别为Z0和ZL，并假设ZL > Z0。每一节具有同样的长度l = p0/4，当工作 于中心频率f0时，电长度 = l = /2。T0、T1及T2为各阶梯处的参考 面，0、1及2分别为对应参考面上的局部电压反射系数。设两节/4 传输线段的特性阻抗分别为Z1和Z2，且ZL > Z1 > Z2 > Z0，则局部电压 反射系数分别为
第六章 微波元件
3、 同轴线微带转接器
同轴线微带转接器的结构如图所示。与微带连接处的同轴线内导体 直径的选取与微带线的特性阻抗有关，通常使内导体直径等于微带线宽 度。
4、矩形波导圆波导模式变换器
矩形波导圆波导模式变换器，大多采用波导横截面的逐渐变化来 达到模式的变换。
同 轴 线 微 带 矩形波导圆波导模式变换器
第六章 微波元件
6.5.1 定向耦合器的技术指标
定向耦合器一般属于四端口网 络，它有输入端、直通端、耦 合端和隔离端，分别对应右图 所示的1、2、3和4端口。 定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入 驻波比和工作带宽。 (一) 耦合度C 耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的 分贝数，即 P1 C 1 0 lo g （dB)
第六章 微波元件
6.2.2 终端负载
传输线终端所接元件称为终端负载，常用的终端负载有匹配负载和 短路负载两种。匹配负载是将所有的电磁能量全部吸收而无反射；而短 路负载是将所有的电磁能量全部反射回去，一点能量也不吸收
第六章 微波元件
当 = 0时，此时反射系数的模达到最大值，由式(5-7)可以画出 随 变化的 曲线，如图所示。 随 (或频率)作周期变化，周期为。如果设 为反射系 数模的最大容许值，则由/4阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的 频率范围。由于当 偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄的。
这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质，具有非互易特性， 其散射矩阵是不对称的。但仍工作于线性区域，属于线性元件范围。 常用的线性非互易元件有隔离器、环行器等。
第六章 微波元件
三、非线性元件 这类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，并能通过电磁控制以改变元件的特性参量。常用的 非线性元件有检波器、混频器、变频器以及电磁快控元件等。 微波元件分类：
第六章 微波元件
（二）转接元件
在将不同类型的传输线或元件连接时，不仅要考虑阻抗匹配，而且 还应该考虑模式的变换。
1、同轴线波导转换器
连接同轴线与波导的元件，称为同轴线波导转换器，其结构如图所示。
2、波导微带转接器 通常在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段来实现阻抗匹配。
同轴线波导
波导微带
第六章 微波元件
设此时T0面上的反射系数为，则
Z L Z0
Z L
Z0 2 j
Z 0 Z L tg l
上式取模为
1 1 2 Z0Z L sec Z Z L 0
2
1 2
在中心频率附近，上式可近似为
衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减； 移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移，微波能量可 无衰减地通过。 6.3.1 衰减器 理想的衰减器应是只有衰减而无相移的二端口网络，其散射矩 阵为 l
0 S l e e 0
衰减器的衰减量表示为：
A 1 0 lo g Pi Po
1e
j 2
2e
j 4
然而在多节阶梯的情况下，由于多节突变面数目增多，参与抵消 作用的反射波数量也增多，从而在m相同的条件下，使工作频 带增宽。 对于N节阶梯变换器
2e
jN
0
co s N 1 co s N 2
其模值为
P3
第六章 微波元件
由于定向耦合器是一个可逆四端口网络，因此耦合度又可表示
~ 2 U i1 2 1 C 1 0 lo g 2 0 lo g ~ S 13 S 1 3U i 1 2
(dB)
由此可见耦合度的分贝数愈大耦合愈弱。通常把耦合度为 0~10dB 的 定 向 耦 合 器 称 为 强 耦 合 定 向 耦 合 器 ； 把 耦 合 度 为 10~20dB的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器；把耦合度大于 20dB的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
电感膜片电纳的近似计算公式为
B
2 d Y 0 c tg 2a a p
电感膜片及其等效电路
第六章 微波元件
三、 谐振窗 下图给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。即在横向金属膜片上 开设一个小窗，称为谐振窗。 四、螺钉 螺钉插入波导的深度可以调节，电纳的性质和大小可随之改变，使 用方便，是小功率微波设备中常采用的调谐和匹配元件。
0
Z1 Z 0 Z1 Z 0
1
Z 2 Z1 Z 2 Z1
2
Z L Z2 Z L Z2
第六章 微波元件
T0参考面上，
U r 0 U i 1U i e
j 2
2U i e
j 4
T0面上总的电压反射系数为
Ur Ui
0
第六章 微波元件
6.4 阻抗变换器
为了消除不良反射现象，可在其间接入一阻抗变换器，以获得良好的 匹配。 常用的阻抗变换器有两种：一种是由四分之一波长传输线段构成的阶 梯阻抗变换器(包括单节和多节)；另一种是渐变线阻抗变换器。 6.4.1 单节/4阻抗变换器 如右图所示，若主传输线的 特性阻抗为Z0，终端接一纯电阻 性负载ZL ，但ZL Z0，则可以在 传输线与负载之间接入一特性阻 抗为Z01、长度l=p0/4的传输线段 来实现匹配。
输出方向
输出相位
按耦合强弱
同向耦合
反向耦合
90度 定 向
180度 定 向
强耦合
中等耦合
弱耦合
第六章 微波元件
下图给出了几种定向耦合器的结构示意图，其中图(a)为微带分支定向 耦合器，图(b)为波导单孔定向耦合器，图(c)为平行耦合线定向耦合 器，图(d)为波导匹配双T，图(e)为波导多孔定向耦合器，图(f)为微带 混合环。
波导可 调螺钉 及其等 效电路
谐振窗及其等效电路
第六章 微波元件
第六章 微波元件
第六章 微波元件
第六章 微波元件
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6.2 连接元件和终端负载
6.2.1 连接元件
在微波技术中，把相同类型传输线连接在一起的装置统称为接头。 常用的接头有同轴接头和波导接头两种。把不同类型的传输线连接在一 起的装置称为转接元件，又称作转换接头。常用的有同轴线与波导、同 轴线与微带线、波导与微带线间的转接元件。 （一）接头 对接头的基本要求是：连接点接触可靠，不引起电磁的反射，输入驻 波比尽可能小，一般在1.2以下；工作频带要宽；电磁能量无泄漏；结构 牢固，装拆方便，易于加工等。 波导 接头
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引 言
微波元件的功能在于对微波信号进行各种变换，按其变换性质可 将微波元件分为如下三类：
一、线性互易元件 凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属于这一类。常用的线 性互易元件包括：匹配负载、衰减器、移相器、短路活塞、功分器、 微波电桥、定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。
二、线性非互易元件
2
0
cos N 1 cos N 2
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6.4.3 渐变线阻抗变换器
所谓渐变线，是指其特性阻抗按一定规律平滑地由一条传输 线的特性阻抗过渡到另一条传输线的特性阻抗。
只要增加/4阶梯阻抗变换器的节数，就能增宽工作频带。 然而，节数的增加，导致变换器的总长度也随之增加。如果选用 渐变线，则既可增宽频带又不致使变换器尺寸过大。 渐变线可以看作是由阶梯数目无限增多而每个阶梯段长度无 限缩短的阶梯变换器演变而来，如图所示。
第六章 微波元件
(二）隔离度D 隔离度D定义为输入端的输入功率P1与隔离端的输出功率P4之比的分贝数， 即 P1 D 1 0 lo g (dB) P 若用散射参量来描述，则有
~ 2 U i1 2 1 D 1 0 lo g 2 0 lo g ~ S 14 S 14U i1 2
dB
第六章 微波元件
衰减器在原理上可以分为吸收式和截止式两种 （一）、吸收式 在波导内放入与电场方向平行的吸收片，当微波能 量通过吸收片时，将吸收一部分能量而产生衰减， 这种衰减器称为吸收衰减器，如图所示。
第六章 微波元件
（二）、截止式
截止衰减器是在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段，使电 磁波在这一小段传输线内处在截止状态下传输，即电磁波经过这段传 输线后微波能量很快衰减，控制截止传输线的长度，就可以调节衰减 量的大小，如图所示。
对匹配负载的基本要求是：
（1）有较宽的工作频带， （2) 输入驻波比小和一定
的功率容量。
第六章 微波元件
(二）短路负载
短路负载又称 为短路器，它的 作用是将电磁能 量全部反射回去。 将同轴线和波导 终端短路，即分 别成为同轴线和 波导固定短路器。
第六章 微波元件
6.3 衰减器和移相器
衰减器和移相器均属于二端口网络。
m
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配来说，一般单节变换器提供的 带宽能够满足要求。但如果要求在宽频带内实现阻抗匹配，那就 必须采用下面要讨论的多节阶梯阻抗变换器或渐变线阻抗变换器。
第六章 微波元件
6.4.2 多节阶梯阻抗变换器 多节阶梯阻抗变换器具有宽频带特性，现以下图所示的两节/4阶 梯阻抗变换器为例进行分析。令变换器两端所接传输线的特性阻抗分 别为Z0和ZL，并假设ZL > Z0。每一节具有同样的长度l = p0/4，当工作 于中心频率f0时，电长度 = l = /2。T0、T1及T2为各阶梯处的参考 面，0、1及2分别为对应参考面上的局部电压反射系数。设两节/4 传输线段的特性阻抗分别为Z1和Z2，且ZL > Z1 > Z2 > Z0，则局部电压 反射系数分别为
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3、 同轴线微带转接器
同轴线微带转接器的结构如图所示。与微带连接处的同轴线内导体 直径的选取与微带线的特性阻抗有关，通常使内导体直径等于微带线宽 度。
4、矩形波导圆波导模式变换器
矩形波导圆波导模式变换器，大多采用波导横截面的逐渐变化来 达到模式的变换。
同 轴 线 微 带 矩形波导圆波导模式变换器
第六章 微波元件
6.5.1 定向耦合器的技术指标
定向耦合器一般属于四端口网 络，它有输入端、直通端、耦 合端和隔离端，分别对应右图 所示的1、2、3和4端口。 定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入 驻波比和工作带宽。 (一) 耦合度C 耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的 分贝数，即 P1 C 1 0 lo g （dB)
第六章 微波元件
6.2.2 终端负载
传输线终端所接元件称为终端负载，常用的终端负载有匹配负载和 短路负载两种。匹配负载是将所有的电磁能量全部吸收而无反射；而短 路负载是将所有的电磁能量全部反射回去，一点能量也不吸收