第八章(1) 常用微波元件
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常用微波元件
常用微波元件关键词：微波元件、隔离器、环行器引言：微波元件的功能在于微波信号进行各种变换，按其变换性质可将微波元件分为以下三类：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。
衰减器作为线性互易元件，其频率范围可以从0至26.5GHz, 功率高达2000W。
被应用于民用，军事，航天，空间技术等。
高标准的达到“两高一低”，高功率，高隔离度，低插损。
其频率的范围，主要由客户的需求，从而去定制频率。
以下简单介绍50W功率的同轴衰减器，此衰减值可达到60Db, 频率可为8GHz, 12.4GHz, 18GHz，N型接头。
正面背面侧面二：线性非易元件这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒介，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。
常用的线性非互易性元件有隔离度、环形器等。
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：近年来，为了实现微波系统的小型化，开始采用由微带和集中参数元件组成的微波集成电路，可以在一块基片上做出大量的元件，组成复杂的微波系统，完成各种不同功能。
简要的介绍波导型，同轴型，微带型的产品。
波导隔离器频率范围主要为：2.4-110GHz （具体的频段由客户定制）于衰减器的使用范围类同，主要使用在民用，军事，航天，空间技术等。
同样具备“低插损，高隔离度，高功率”的特性。
优译波导隔离器同轴：A ：低频率12MHz 至 1875MHz, 含FM, VHF, UHF 等。
B ：700MHz 至26.5GHz, 含GSM, CDMA, WCDMA, LTE, L.S.C.X 波段等。
优译同轴隔离器微带（基片）：其频率主要为：1.9 – 27.5GHz分为1-3W的反射功率和3 -10W 的反射功率，其连接形式是Microstrip.产品实图为：优译微带隔离器以上均为常用微波元件的简要介绍。
微波元器件介绍
• 3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离；
功分器
典型的功分器有微带和腔体两种。 ①腔体功分器：
腔体功分器是同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用 内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以良好的与两个输出50Ω的并联阻抗 匹配。
②微带功分器
2
1
3
Wilkinson功率分配器是在T分支上加隔离电阻形成的。 它可以进行任意比率的功率分配。 工作原理：
•
若储存的主要是电场能量，则不均匀区域相当于一个储存电能的电容；若储存的主要是磁场能量，
则不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。
波导电抗元件
谐振窗：
3、谐振窗：
a
b
a’ b’
谐振波长：
2a
r
ab ab
2
1 b b2
• 谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），无反射； • 失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大； • 作用：一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振的频率就是可通过的频率。
经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。
c
• 一段窄的短微带线可等效为串联电感； 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出；
最大正向损耗：0.
一段窄的短微带线可等效为串联电感；
一段宽的短微带线可等效为并联电容。
L Zcl 2 2v p C Ycl
vp
•用高阻抗微带短线实现串联电感
如，波导中，电感、电容就可以用波导膜片、销钉来实现，微带电 路中也可用微带间隙、分支等来实现电感、电容。
三、微带滤波器
1、低通滤波器1
• 微带电路实现方案 L
集总元件电路 L （电感）
C（交指电容）
微波技术基础课件第八章常用微波元件
第8章 常用微波元件
图 8.1-4 低功率波导匹配负载 (a) 劈形吸收片；(b) 有耗楔形吸收体
第8章 常用微波元件
同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或阶梯形 吸收体，如图8.1-5所示。
图 8.1-5 低功率同轴匹配负载 (a) 锥形吸收体；(b) 阶梯吸收体
第8章 常用微波元件
高功率匹配负载的构造原理与低功率负载一样，但在高 功率时需要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)。利用水作吸收 物质，由水的流动携出热量的终端装置，称为水负载，如图 8.1-6所示。它是在波导终端安置劈形玻璃容器，其内通以水， 以吸收微波功率。流进的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功率值。
第8章 常用微波元件
由此可得 ｜S11｜=｜S22｜
2 argS12-(argS11+argS22)=±π 若S11=0，则｜S12｜=｜S21｜=1，｜S22｜=0；若｜S12｜=1， 则S11=S22=0，或相反。因此得到如下无耗互易二端口网络的 基本性质:
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，则必然是完全传输的,或相反； ③S11、S12、S22的相角只有两个是独立的，已知其中两
(c) 作用原理图；(d) S形同轴活塞
第8章 常用微波元件
2. 匹配负载 匹配负载(matched load)是一种能全部吸收输入功率的 一端口元件。它是一段终端短路的波导或同轴线，其中放 有吸收物质。匹配负载在微波测量中常用作匹配标准；在 调整仪器和机器(例如调整雷达发射机)时，常用作等效天线。 匹配负载的主要技术指标是工作频带、输入驻波比和功率 容量。 根据所吸收的功率大小，匹配负载分为低功率负载(小 于1 W)和高功率负载(大于1 W)。 低功率负载一般用于实验室作终端匹配器，对其驻波 比要求较高，在精密测量中，要求其驻波比小于1.01以下。
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
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E-T的S矩阵为：
2
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1
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S
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2
2
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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
微波技术基础复习重点
第一章引论微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波，相应的波长从1m到0.1mm。
包括分米波（300MHz到3000MHz）、厘米波（3G到30G）、毫米波（30G 到300G）和亚毫米波（300G到3000G）。
微波这段电磁谱具有以下重要特点：似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。
微波的传统应用是雷达和通信。
这是作为信息载体的应用。
微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。
强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量导行系统：用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构导行系统的种类可以按传输的导行波划分为：(1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线(2)封闭金属波导(矩形或圆形，甚至椭圆或加脊波导)(3)表面波波导(或称开波导)导行波：沿导行系统定向传输的电磁波，简称导波微带、带状线，同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。
是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。
开波导将电磁能量约束在波导结构的周围(波导内和波导表面附近)沿轴向传播，其导波为表面波。
导模(guided mode ):即导波的模式，又称为传输模或正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。
特点：(1)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的，与频率以及导行系统上横截面的位置无关。
(2)模是离散的，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数。
(3)导模之间相互正交，互不耦合。
(4)具有截止频率，截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。
无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量)，称为横磁(TM)波或E波。
无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量)，称为横电(TE)波或H波。
TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。
第二章传输线理论传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统，其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。
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
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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0 S S12 S13
S12 0 S 23
S13 S 23 S 33
性质4：有耗三端口网络可以是互易和完全匹配的,且可以做到输出端口之间的隔 离。
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二、三端口功率分配/合成元件 功率分配元件将传输功率分几路传输到不同的负载中；而功率合成元件将几 路功率合成为一路功率，以获得更大的功率 。
4
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c. 波导E面弯曲：其曲率半径应满足：
R 1.5b
d. 波导H面弯曲：其曲率半径应满足：
R 1.5a
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3. 匹配元件：
匹配元件的目的通过调谐电感或者电容达到匹配目的，因此匹配元件又称为 电抗元件，主要有膜片、稍钉和螺钉匹配器。
p1 p2 p3 p1
0 0 1 S R 1 0 0 0 1 0
对应的功率流方向为端口
p1 p3 p2 p1
0 1 0 ST 0 0 1 1 0 0
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性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。 对于端口1和端口2匹配的无耗互易 三端口网络的散射矩阵为：
Байду номын сангаас
S12 S 22 S 32
S13 S 23 S 33
对于互易三端口网络，散射矩阵具有对称性
( S ij S ji )
S11 S S12 S13
S12 S 22 S 23
S13 S 23 S 33
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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； 按端口数分：分为一、二、三、四端口元件等 。
对于小功率匹配负载，一般在一段终端短路的波导或同轴线内放置一块或几块劈形 吸收片，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, 劈尖长度一般取二分之 一波导波长的整数倍。
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2. 大功率
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8.3
三端口元件
三端口元件是指具有三个端口的微波元件，常用作功率分配/合成器。本节首 先介绍无耗三端口网络的基本性质，然后介绍一些常用的三端口元件。
一、无耗三端口网络的性质： 三端口元件可等效为三端口网络，任意三端口网络的散射矩阵为：
S11 S S 21 S 31
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b. 移相器
移相器是对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件， 它是一个无反射、无衰减的二端口网络，其散射矩阵为：
0 S j e 其中移相器的相移量为： l
e j 0
由S参数可知：可变移相器与可变衰减器在结构形式上完全相似，所不同的是： 移相器是改变介质片的位置，衰减器是改变吸收片的位置。
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8.2
二端口元件
大多数微波元件为二端口元件，本节首先介绍互易无耗二端口网络的基本 性质，然后介绍一些常用的二端口元件。 一、互易无耗两端口网络的性质
对于二端口元件等效为二端口网络 互易网络，散射矩阵具有对称性 无耗的网络，散射矩阵具有幺正性
S
S11
2 2
S13 S 23 0 S12 S13 0 相位关系 S12 S 23 0
由相位关系可得到三个参数(S12,S13,S23)至少两个为零，这与振幅关系相矛盾。 所以三端口网络不可能同时做到无耗、互易和完全匹配。
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性质2：任意完全匹配的无耗三端口网络必定是非互易的，且为一环形器，其正、 反旋环形器的散射矩阵可表示为: 对应的功率流方向为端口
当功率较大时，必须考虑热量的发散和吸收问题,吸收物质可以是固体也可以 是液体
加装散热片以利于散热
三、失配负载
流动的水将热量带走
失配负载是既吸收一部分功率又反射一部分功率的负载，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。
2arg S12 (arg S11 arg S22 ) 3. S11,S12,S22的相角只有两个是独立的。
证明互易无耗二端口网络的
S11 , 11 , 22
确定后，网络的所有散射参数就被完全确定。
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二、连接元件： 连接元件是将不同的微波元件连接成系统，连接元件的主要指标要求：接 触损耗小、驻波比小、功率容量大、工作频带宽。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。 1. 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。可分为平接头和扼流接头。
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S11 S22 , S12 1 S11
2
2arg S12 (arg S11 arg S22 )
S11 S22
S12 1 S11
2
1.若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配，且当网络完 全匹配时，则必然是完全传输； 2. 当网络完全匹配时，则必然传输；反之成立;
S 21
S12 S 22
S12 S 21
[S ]t [ S ] [U ]
S11 S22 S12 1 S11
2
S11 S12 1 S12 S22 1
S11S12 S12 S22 0 2 2
2
2
2arg S12 (arg S11 arg S22 )
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2. 拐角、弯曲和扭转元件：
在微波系统中，为了改变电磁波的传输方向，需要用到拐角和弯曲元件，为了改变 电磁波的极化方向，需要用到扭转元件。
a. 波导拐角：为了减小反射，拐角的长度应为
l
(2n 1)g
4
b. 波导扭转：为了减小反射，波导扭转的长度应为
l
(2n 1)g
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 。
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二、匹配负载
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的一端口元件。当需要的传输系统工作于 行波状态时，都要用到匹配负载。 根据吸收功率的大小可分为低功率匹配负载和高功率 匹配负载，在微波测量中常用作匹配标准。 1. 小功率
a. 容性膜片
在矩形波导的横向放置一块金属膜片，在其上对称或不对称之处开一个与波 导宽壁尺寸相同的窄长窗口。
电纳的近似计算公式为
B 4b πd Y0 ln csc p 2b
电容膜片及其等效电路
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b. 感性膜片
当在波导窄壁上放置金属膜片后，会使波导宽壁上的电流产生分流，于是在 膜片的附近必然会产生磁场，并存储一部分磁能，因此这种膜片称为电感膜片。 电感膜片电纳的近似计算公式为
B
p
πd Y0cot 2 a 2a
电感膜片及其等效电路 c. 谐振窗
将容性膜片和感性膜片组合在一起 便构成谐振窗。谐振窗等效为并联谐振 电路, 对某一特定频率产生谐振，电磁波 可以无反射的通过。
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d. 销钉
销钉是垂直对穿波导宽边的金属圆棒，它在波导中起电感作用，可用作匹配 元件和谐振元件。 销钉的相对感纳与棒的粗细有关，棒越粗， 电感量越大，同样粗细，棒越多电感越小。
e. 螺钉调配器
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。波导可调螺钉及 其等效电路见右下图。
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4. 衰减和相移元件：
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。
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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。
优点：结构简单；
缺点：接触不恒定、磨损、容易打火。
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2.扼流式活塞：
有效短路面不在活塞与传输线内壁 直接接触，而是向左移动半波导波长。 由等效电路可得ab处的输入阻抗为：
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c.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。
d.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。
性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配，即三个端口不可能同时匹配。
证明：假设所有端口都匹配，则有
0 S S12 S13
S12 0 S 23
S13 S 23 0