新微波第8章常用微讲义波元件
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微波技术基础课件—第8次课
SPECIFIC RECENT DEVELOPMENTS： 特殊截面波导（Arbitrary Cross Section），大功率容量和低损耗
2.4 其他形式的金属柱面波导简介
另外，还有一些轴向非周期性的波导，一般不 用于远距离传播电磁波，用于滤波器、谐振器 或者功率合成等微波器件中，而不是为了单纯 的传播用途。
同轴线中的高次模——研究 同轴线尺寸选择的前提
实际工作中同轴线都是工作在TEM波，它是同轴线的主模。 TE、TM模因有一定截止波长，是同轴线可能存在的高次模。 研究TE、TM模的目的在于抑制它们，以保证同轴线只传输 主模TEM。 首先由圆柱坐标系中的波动方程
H0z H0z 1 1 2 2 2 2 t kc E r r r r r 2 2 c E 0 0z 0z 解得
思考：这些特解能够表示导波中 的所有情况的依据是什么？
提醒
周五交作业 2.1——2.8 国庆后第一次课交作业 2.9——2.16
本次课作业——第二章全部习题 布置完
对脊波导 对脊波导 s 单脊波导 单脊波导
d 脊也可不在波导的正中心
脊波导
脊波导与相同横截面尺寸的矩形波导相比具有以下特点：
1）工作频带宽，这是由于脊棱位于波导宽边中心。该处主模 电场最大，脊棱对主模的作用相当于使矩形波导a边加宽。因 此主模的截止波长增大了。该处TE20模电场为零或甚小。脊 棱对第二高次模TE20模的场影响小，其截止波变化不大。故 脊波导的单模带宽显著增加。 2）在同一工作频率情况下，脊波导的尺寸比矩形波导小。 3.等效特性阻抗比矩形波导低，由于这一特点，脊波导常用 作高阻抗矩形波导与低阻抗同轴线及微带线的过渡装置。 4.脊波导的功率容量比矩形波导低，衰减比矩形波导大。因 此它主要用作传输功率不大的宽频带元器件。
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
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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
精选第八章常用微波元件资料
2、短路负载 的实现形式：接触式和扼流式两种
(1)接触式
波导接触式短路器
同轴接触式短路器
短路器的电流分布
从电流分布可以看出，其在短路处的电流为最大值，相应的开路端为 电流节点。
优缺点：结构简单；缺点是活塞移动时接触不恒定，弹簧片会逐渐磨损， 大功率时，容易发生打火现象。
(2)扼流式
波导扼流式短路器
(S11) (S22 ) 2(S12 ) (5) 即2 arg(S12 ) [arg(S11) arg(S22 )]
综合上面的介绍：得到无耗互易二端口网络的性质如下：
(1)若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配
(2)若网络是完全匹配的，则是完全传输的。
(3)S11,
1、电感膜片： 如图所示的膜片波导中传输的TE10模的磁场在膜片处集中，得到
加强，呈电感性。称为电感膜片。
电感膜片及其等效电路
当膜片的厚度可以忽略的时候，膜片的归一化电纳近似表示为：
b
BL Y0
g
a
ctg 2
d 2a
2、电容膜片：
如图所示的膜片波导中传输的TE10模的电场在膜片处集中，得到 加强，呈电容性，称为电容膜片。
如果 S12 1 S11 S22 0
令S11
S11 e j(S11) , S12
S e j(S12 ) 12
S21
S12 e , j(S12 ) S22
S e j(S22 ) 22
由公式(3)、(4)有
S e S e S e S e 0 j(S11)
j( S12 )
S11S1*1
S
(1)接触式
波导接触式短路器
同轴接触式短路器
短路器的电流分布
从电流分布可以看出，其在短路处的电流为最大值，相应的开路端为 电流节点。
优缺点：结构简单；缺点是活塞移动时接触不恒定，弹簧片会逐渐磨损， 大功率时，容易发生打火现象。
(2)扼流式
波导扼流式短路器
(S11) (S22 ) 2(S12 ) (5) 即2 arg(S12 ) [arg(S11) arg(S22 )]
综合上面的介绍：得到无耗互易二端口网络的性质如下：
(1)若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配
(2)若网络是完全匹配的，则是完全传输的。
(3)S11,
1、电感膜片： 如图所示的膜片波导中传输的TE10模的磁场在膜片处集中，得到
加强，呈电感性。称为电感膜片。
电感膜片及其等效电路
当膜片的厚度可以忽略的时候，膜片的归一化电纳近似表示为：
b
BL Y0
g
a
ctg 2
d 2a
2、电容膜片：
如图所示的膜片波导中传输的TE10模的电场在膜片处集中，得到 加强，呈电容性，称为电容膜片。
如果 S12 1 S11 S22 0
令S11
S11 e j(S11) , S12
S e j(S12 ) 12
S21
S12 e , j(S12 ) S22
S e j(S22 ) 22
由公式(3)、(4)有
S e S e S e S e 0 j(S11)
j( S12 )
S11S1*1
S
第八章 常用微波元件
当Z01 Z02，Zin (ab) 0
优点：损耗小，且损耗稳定； 缺点：结构太长。
Anhui University
为了减小长度，可采用山字形和S形扼流式活 塞，右图为山字形波导和同轴活塞。下图为S同轴 活塞。
其工作原理如下： cf段相当于四分之一波长终端短路的传输线， bc段相当于四分之一波长终端开路的传输线， 两段传输线之间串有接触电阻Rk； 可以证明ab面上的输入阻抗为零，等效为短路 。
Anhui University
8.1 一端口元件
常用一端口微波元件主要有短路负载、匹配负载和失配负载。
一、短路负载：
短路负载又称为短路器，其作用是将电磁波能量全部反射回去。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。
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, 这就是可调短路活塞。可调短路活塞是一种标准的电抗元件：
对短路活塞的主要要求是： 1. 接触处的损耗小，反射系数的模接近于1； 2. 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； 3. 大功率应用时，避免活塞与波导壁之间发生打火现象
在结构上短路活塞可分为接触式短路活塞和扼流式短路活塞两种。
Anhui University
1. 接触式活塞：
接触式短路活塞通常由弹簧片组成，其 长度约为四分之一波导波长，目的使接触点 位于电流的波节点处，这样功率损耗小。
Anhui University
第八章 常用微波元件
任何一个微波系统都是由许多作用不同的微波无源元件和有源电路组成。微 波元件的功能在于对微波信号进行各种变换。
按导行系统结构分：波导型、同轴型、微带型；
按工作波型分：单模元件、多模元件；
按作用分：连接元件、终端元件、匹配元件、滤波元件等；
微波课件绪论
3．全球卫星导航定位系统
应用：用以帮助舰船和空中飞行器拟定它们旳位置，
目前已扩展到涉及陆地上及外层空间中一切需要定位旳 物体（如车辆、导弹等）。 工作频段：卫星导航系统需要地面与卫星间旳信息传播， 而微波具有穿透电离层旳特征，所以卫星导航系统都工 作在微波波段。 种类：
(1）GPS全球卫星导航系统（美国） (2）伽利略卫星定位系统（欧盟和中国）
2．微波元器件及整机设备不断向小型化、宽频带方 向发展。
微波元器件经历了从电真空器件向半导体微波器件、 从分离元件到集成电路旳发展过程。整机设备不断向体 积小、重量轻、频带宽、可靠性高旳方向发展。
3．微波系统向自动化、智能化和多功能化方向发展。
各学科间旳相互渗透，促使微波设备、系统和测试 仪表逐渐实现了自动化、智能化和多功能一体化。
卫星通信示意图
（3）移动通信 早期旳移动通信利用短波和超短波。 近年来其工作频率大部分已进入微波旳低频段。如
个人数字蜂窝系统(PDC, Personal Digital Cell )、 个人通信系统(PCS, Personal Communication System)、 数字蜂窝系统(DCS, Digital Cellular System )、 无线局域网(WLAN, Wireless Local Area Network)、 蓝牙技术（Blue Teeth Technique)。
表 0.1.2 常用微波分波段代号
波段代号
频率范围(GHz)
波长范围(cm)
标称波长(cm)
L
1~2
30~15
22
S
2~4
15~7.5
10
C
4~8
7.5~3.75
5
X
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
新微波第8章 常用微波元件
一端口元件
一端口元件是一类负载元件，种类不多。 常用一端口元件：
短路负载 匹配负载 失配负载
短路负载（短路器） (Short-circuiting load)
作用：将电磁被能量全部反射回去。
结构：将波导或同轴线的终端短路(用金属导体全部封闭起来) 即构成波导或同轴线的短路负载。
实：短路负载都做成可调的，称可调短路活塞。
主要技术指标
工作频率 输入驻波比
功率容量
按吸收功率大小分类
低功率负载(小于1w) 高功率负载(大于1w）
低功率匹配负载
高功率匹配负载
构造原理：与低功率负载同，还需考虑热量的吸收和发散问题。
吸收物质可以是固体(如石墨和水泥混合物)或液体 (通常用水)。 水负载：水作吸收物质，水流动携出热量。在波导终端安装劈形 玻璃容器，其内通水以吸收微波功率；进水吸收微波功率后温度升 高，根据水的流量和进出水的温度差可测量微波输出功率值。
输入阻抗
Zin jZ0tg
其中：Z0为波导或同轴线的特性阻抗，θ＝2πl/λg， l 是短路面与参考面之间的长度，λg为导波波长。
短路活塞(shorting piston)
主要要求：
①接触处的损耗小，其反射系数的模应接近1; ② 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； ③大功率运用时，活塞与波导壁(或同轴线内外导体壁) 间不应发生打火现象。
扼流式活塞
形式：有效短路面不在活塞与传输线内壁直接接触处。
优点：损耗小，且损耗稳定 。 缺点：活塞太长；
频带窄，带宽一般10～15％。
匹配负载
概念：是一种能全部吸收输入功率的一端口元件。
结构：一 段终端短路的波导或同轴线，其中放有吸波物质。
用途：微波测量中常用作匹配标准； 调整仪器和机器(如调整雷达发射机)时用作等效天线。
一端口元件是一类负载元件，种类不多。 常用一端口元件：
短路负载 匹配负载 失配负载
短路负载（短路器） (Short-circuiting load)
作用：将电磁被能量全部反射回去。
结构：将波导或同轴线的终端短路(用金属导体全部封闭起来) 即构成波导或同轴线的短路负载。
实：短路负载都做成可调的，称可调短路活塞。
主要技术指标
工作频率 输入驻波比
功率容量
按吸收功率大小分类
低功率负载(小于1w) 高功率负载(大于1w）
低功率匹配负载
高功率匹配负载
构造原理：与低功率负载同，还需考虑热量的吸收和发散问题。
吸收物质可以是固体(如石墨和水泥混合物)或液体 (通常用水)。 水负载：水作吸收物质，水流动携出热量。在波导终端安装劈形 玻璃容器，其内通水以吸收微波功率；进水吸收微波功率后温度升 高，根据水的流量和进出水的温度差可测量微波输出功率值。
输入阻抗
Zin jZ0tg
其中：Z0为波导或同轴线的特性阻抗，θ＝2πl/λg， l 是短路面与参考面之间的长度，λg为导波波长。
短路活塞(shorting piston)
主要要求：
①接触处的损耗小，其反射系数的模应接近1; ② 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； ③大功率运用时，活塞与波导壁(或同轴线内外导体壁) 间不应发生打火现象。
扼流式活塞
形式：有效短路面不在活塞与传输线内壁直接接触处。
优点：损耗小，且损耗稳定 。 缺点：活塞太长；
频带窄，带宽一般10～15％。
匹配负载
概念：是一种能全部吸收输入功率的一端口元件。
结构：一 段终端短路的波导或同轴线，其中放有吸波物质。
用途：微波测量中常用作匹配标准； 调整仪器和机器(如调整雷达发射机)时用作等效天线。
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主要技术指标
工作频率 输入驻波比
功率容量
按吸收功率大小分类
低功率负载(小于1w) 高功率负载(大于1w）
低功率匹配负载
高功率匹配负载
构造原理：与低功率负载同，还需考虑热量的吸收和发散问题。
吸收物质可以是固体(如石墨和水泥混合物)或液体 (通常用水)。 水负载：水作吸收物质，水流动携出热量。在波导终端安装劈形 玻璃容器，其内通水以吸收微波功率；进水吸收微波功率后温度升 高，根据水的流量和进出水的温度差可测量微波输出功率值。
实用：短路负载都做成可调的，称可调短路活塞。
输入阻抗
ZinjZ0tg
其中：Z0为波导或同轴线的特性阻抗，θ＝2πl/λg， l 是短路面与参考面之间的长度，λg为导波波长。
短路活塞(shorting piston)
主要要求：
➢①接触处的损耗小，其反射系数的模应接近1; ➢② 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； ➢③大功率运用时，活塞与波导壁(或同轴线内外导体壁) 间不应发生打火现象。
扼流式活塞
形式：有效短路面不在活塞与传输线内壁直接接触处。
优点：损耗小，且损耗稳定 。 缺点：活塞太长；
频带窄，带宽一般10～15％。
匹配负载
概念：是一种能全部吸收输入功率的一端口元件。
结构：一 段终端短路的波导或同轴线，其中放有吸波物质。
用途：微波测量中常用作匹配标准； 调整仪器和机器(如调整雷达发射机)时用作等效天线。
应用： 形式：
调配器 （广泛用于微波测量中）
标准可变电抗 接触式
扼流式
接触式活塞
形式：由细弹簧片构成，弹簧片长度为λg／4，接触处为高频 电流的节点（开路点），以利 减小损耗。
优点：结构简单。 缺点：活塞移动时接触不恒定，弹簧片会逐渐磨损，大功率
时容易发生打火现象。目前接触式活塞已很少采用。 应用：小功率。THANKS新微波第8章常用微波元件
一端口元件
一端口元件是一类负载元件，种类不多。 常用一端口元件：
➢短路负载 ➢匹配负载 ➢失配负载
短路负载（短路器） (Short-circuiting load)
作用：将电磁被能量全部反射回去。
结构：将波导或同轴线的终端短路(用金属导体全部封闭起来) 即构成波导或同轴线的短路负载。