微波元件
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）
行波管 返波管
行波管返波管行波管和返波管是无线通信领域中常见的两种微波元件。
它们在信号传输过程中扮演着重要的角色。
本文将分别介绍行波管和返波管的工作原理、结构和应用。
一、行波管（Traveling Wave Tube，TWT）行波管是一种利用电子束与微波场相互作用来放大和调制微波信号的高频电子器件。
行波管具有以下特点：1.结构：行波管主要由电子枪、动平衡聚束系统、微波交往管、放大器和收集极等组成。
其中，电子枪产生束流，微波交往管提供微波信号，放大器使信号得以放大，收集极收集电子流。
2.工作原理：行波管的工作原理是利用电子注与螺旋线之间的相互作用来放大微波信号。
当电子注与螺旋线内的微波场发生相互作用时，电子注的能量将被微波信号所调整，从而实现对微波信号的放大。
3.特点：行波管具有宽工作频率范围、高功率放大和宽动态范围的优势，特别适用于带宽较大、频率稳定的高频信号放大和调制等应用场合。
行波管的主要应用领域包括通信、雷达和卫星通信等。
在通信领域，行波管被广泛应用于宽带多路复用器、卫星通信地面站和微波电子对抗等系统中。
在雷达系统中，行波管被用来实现雷达信号的放大和调制。
行波管还可以用于实验研究和科学仪器等领域。
二、返波管（Twice Reflected Waveguide）返波管是一种通过微波信号的反射来实现相位延迟和放大的高频电子器件。
返波管具有以下特点：1.结构：返波管主要由螺旋槽、制冷片、终端圆盘等构成。
其中，螺旋槽用于反射微波信号，制冷片用于散热，终端圆盘用于控制微波信号的功率。
2.工作原理：返波管通过螺旋槽的反射作用来实现相位延迟和功率的放大。
当微波信号通过螺旋槽时，会反射多次，从而使信号的相位与幅度得到调整。
3.特点：返波管具有宽带宽、低信号失真和高功率输出等优势，特别适用于相位延迟和功率放大等应用场合。
返波管的主要应用领域包括通信、雷达和卫星通信等。
在通信领域，返波管常常用于宽带通信系统中，可以提供稳定的相位延迟和高功率输出。
微波课件3-微波技术与微波器件-栾秀珍-清华大学出版社
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。
微波信号是交变电磁场，电场和磁场是铰链在一 起的，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。
推广： 1）如果在某区域磁场储能大于电场储能，可等效为电感； 2）如果在某区域电场储能大于磁场储能，可等效为电容。
L(0) 10lg P1 (dB) : z=0处的起始衰减量。
P0
L(l) L(0) 8.68l (dB)
截止式衰减器的特点:
(1)衰减量(dB)数与移动距离l之间成线性关系, 可作为标准衰 减器。
(2)当 C 时，衰减系数很大，移动不太长的一段距
离就可得到很大的衰减量。
2 c
( c )
第 3 章 基本微波元件和阻抗变换器
(Basic Microwave Elements)
3.1 概 论 3 . 2 微波电阻性元件 3 . 3 微波电抗性元件 3 . 4 微波移相器 3 . 5 极化变换器 3 . 6 抗流式连接元件 3 . 7 阻抗变换器
3.1 概 论
基本电路元件:电阻、电感和电容。 微波元件的外形、结构与集总参数的电路元件差异
可以证明：微波传输线中传输模所携带的电能和磁能是 相等的，而截止模所含电能和磁能是不均衡的。
(1) 若截止模为TE模，则其磁能大于电能，可等效为 电感；
(2) 若截止模为TM模，则其电能大于磁能，可等效为 电容。
在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。
传输线中的不均匀性: 传输线的尺寸或形状或填充介质 发生了变化。
微波电阻性元件:衰减器和匹配负载。
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。
微波技术11-常用微波元件
2a ln( ) 2 r
1
常用微波元件
•螺钉调配器
螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低 功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元 件。
常用微波元件
实用时，为避免波导短路和击穿，通 常设计螺钉成容性，作可变电容用，螺钉 旋入波导的深度应小于3b/4,b为矩形波导 窄边的尺寸。
常用微波元件
扭波导
平接头
扼流接头
常用微波元件
(2) 拐角、弯曲和扭转元件 当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时， 则要用到扭转元件。 对这些元件的要求是：引入的反射尽可能小、工作频 带宽、功率容量大。
E弯
H弯
常用微波元件 匹配元件
匹配元件的种类很多，这里只介绍膜片，销钉和螺钉匹 配器。
(1) 膜片
线性非互易元件
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。
常用微波元件
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。
高功率型
常用微波元件
大功率水冷匹配负载
常用微波元件
失配负载
实用中的失配负载都是做成标准失配负载， 具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测 量中作标准终端负载。
失配负载的结构与匹配负载一样，只是波 导口径的尺寸b不同而已。 设b0为标准波导窄边尺寸，b为失配负载波 导的窄边尺寸，由于
Z Z0 Z Z0
常用微波元件
二端口元件可以等效为二端口网络，其散射 矩阵为
S11 S S 21
微波芯片 元器件等级标准
微波芯片元器件等级标准
微波芯片电容器和薄膜电路等作为微波高频领域的关键电子元器件产品仍处于国外厂商占据主导地位的市场格局。
受复杂多变的国际政治经济环境影响，部分国家采取技术封锁、出口管制、贸易制裁等手段限制我国高端制造业和高新技术产业的发展，在关键电子元器件上实现自主可控、提高电子元器件的国产化率，成为相关行业迫切需要解决的问题。
具体来说，微波芯片电容器产品的销售金额在国内市场内资企业排名第二，亦是具有薄膜电路、薄膜无源集成器件规模量产能力的供应商之一，部分产品已在国防重大装备或国家航空航天重点工程中应用。
因此，发行人通过独立上市，可以较快扩大市场知名度，增强发行人的行业地位和综合竞争能力，为加快关键电子元器件的国产化替代进程做出应有的贡献。
因此，在微波芯片元器件等级标准上，由于国内市场尚处于发展阶段，标准可能尚未完全统一。
不过，随着国内技术的不断发展，以及国家对高新技术产业的支持，相信未来微波芯片元器件等级标准会逐渐完善和统一。
第5章 微波元件
螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元件 , 它 是在波导宽边中央插入可调螺钉作为调配元件, 如图 5 - 7 所示。 螺钉深度的不同等效为不同的电抗元件, 使用时为了避免波导 短路击穿, 螺钉都设计成容性, 即螺钉旋入波导中的深度应小于 3b/4(b为波导窄边尺寸)。 由第1章的支节调配原理可知：多个 相距一定距离的螺钉可构成螺钉阻抗调配器, 不同的是这里支 节用容性螺钉来代替。
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，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。
(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。
第5章 微波元器件
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
第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
5.1 连接匹配元件 5.2 功率分配元器件 5.3 微波谐振器件
5.4 微波铁氧体器件Leabharlann 返回主目录第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
无论在哪个频段工作的电子设备, 都需要各种功能的元器件, 既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等无源 元器件, 以实现信号匹配、 分配、 滤波等; 又有晶体管等有源
实验二微波元件特性参数测量实验报告
实验⼆微波元件特性参数测量实验报告微波技术基础实验实验名称：微波元件特性参数测量班级：通信学号：U2013姓名：2016年3⽉31⽇⼀实验⽬的1、掌握利⽤⽮量⽹络分析仪扫频测量微带谐振器Q 值的⽅法。
2、学会使⽤⽮量⽹络分析仪测量微波定向耦合器的特性参数。
3、掌握使⽤⽮量⽹络分析仪测试微波功率分配器传输特性的⽅法。
⼆实验原理1. 微波谐振腔Q 值的测量品质因数Q 是表征微波谐振系统的⼀个重要的技术参量，品质因素Q 描述了谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度。
它定义为0022T ll W W W Q W PT P ππω=== 其中l P 为腔的平均损耗功率，W 为腔内的储能。
品质因素Q 的测量⽅法很多，例如：功率传输法、功率反射法、阻抗法等等，通常可根据待测谐振腔Q 值的⼤⼩、外界电路耦合的程度及要求的精度等，选⽤不同的测量⽅法。
本实验主要运⽤扫频功率传输法来测量微带谐振器的Q 值。
功率传输法是根据谐振腔的功率传输特性来确定它的Q 值。
图2-1表⽰测量谐振腔功率特性的⽅框图。
图2-1 测量谐振腔功率传输特性的⽅框图当微波振荡源的频率逐渐改变时，由于谐振腔的特性，传输到负载的功率将随着改变，它与频率的关系曲线如图2-2所⽰。
图2-2 谐振腔传输功率与频率的关系曲线根据功率传输法测量谐振腔的等效电路可推得，谐振腔两端同时接有匹配微波源和匹配负载时的有载品质因数为0021L f fQ f f f==-?（2-1）式（2-1）中0f 为谐振腔的谐振频率，1f 、2f 是传输功率2P ⾃最⼤值下降到⼀半时的“半功率点”的频率。
2f 与1f 之间的差值f ?为谐振频率的通频带。
2.微波定向耦合器2.1 ⼯作原理与特性参数定向耦合器是⼀种有⽅向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带线等⼏种类型。
理想的定向耦合器⼀般为互易⽆损四⼝⽹络，如图2-3所⽰。
定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过⼩孔或间隙等耦合机构，将⼀部分功率耦合到副线中去，由于波的⼲涉和叠加，使功率仅沿副线中的⼀个⽅向传输（称正⽅向），⽽在另⼀个⽅向⼏乎没有或极少功率传输（称反⽅向）。
微波炉的元件介绍
安宝路MC-2318机械式烧烤型微波炉电路图
冷却风扇：给磁控管散热，同时使炉腔气流对流
炉腔：也称谐振腔，用来存放和加热食物
微波耦 合入口
微波耦
合入口
波导
六，炉灯
炉灯是在炉膛内装个220v15w小电灯，照亮炉膛，观察 食物加热程度。盛食物的园盘是否转动等。 炉灯装在磁 控管左边，电灯不亮，右手用尖嘴钳夹住卡子，左手用小 一字起子撬出灯座，小电灯就连在下面
七、电动机
微波炉里有三个小电动机。电机的电路符号，在本图 里是园圈里加m字。文字符号就是m。三个电机分别在： a，电风扇里。大家都好看，好拆。 b，定时器里。坏了 连定时器买个新的，没多少钱 c，转盘电机
八、热电断路器
热电断路器，也叫热电熔断器，是用来保护磁控管的。 如果由于某种原因使磁控管的温度超过145---155度时， 热电断路器就自动断开，切断电源。从而保护了磁控管 热电断路器在微波炉里紧贴在磁控管上方。
它被安装在磁控管的外壳上，上盖的端面与磁控管直接接触，磁 控管工作时，其温度变化通过上盖端面传导给热感应片。在正常温 度范围内，保护器的动、静触头相接触，为导通状态。当出现冷却 风扇停转等异常情况而导致磁控管温度快速上升并达到规定(保护) 的数值时，热感应片受热而变形，使顶杆动作，将弹簧片压下，这 样动触头便脱离静触头，于是电路被切断，磁控管停止工作，温度 开始慢慢下降。当磁控管温度降到一定值后，热感应片又动作，恢 复原形，使动、静触头相接触，电路又被接通，磁控管重新工作， 这就是自恢复功能
三、二极管
普通二极管，正向导通4----5k欧，反向电阻几m欧以 上这里的高压二极管工作在4000v电路里 。正向电阻 100k欧左右，反向电阻‘无穷大，负极有圆环可接底板， 正极有套脚可插在高压电容器上。
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18
8.3
•பைடு நூலகம்
分支元件
将一路微波信号分成两路或多路的元件称 为分支元件。
1、矩形波导的T形接头 E-T接头（E面分支）
结构： 分支在主波导的宽边 上，且与TE10波的 E y 分量平行，故称E面分支，也称 E—T接头(分支)，如图所示。
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19
19
定性分析其工作特性：（用电力线描述） 令主波导的两臂1、2，以分支臂4为几何对称面。
+ + + + + - - - - -
+ -
b.
矩形波导内的电磁场分布是变化的,即电磁场是沿纵 向传播的,在其后某一个时刻,上、下膜片上流过的电流 方向将与刚才分析的方向相反，则上膜片带负电，下 膜片带正电，相当于膜片放电。 如此周而复始，两膜片间的电场则周期性地变化， 其间有电场能的储存与释放。
2
3
2) 膜片的作用：
a. 磁场结构，如图所示：相对而言，有金属膜片 的横截面上，其磁力线的密度将增大，因磁力 线是闭合曲线。 b. 其作用相当于在膜片之间集中了磁场。
3)
等效电路：
电感
P ~ 2 a B cot a 2a
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（8.1.2）
4
3、谐振窗：
等 效 电 路 图8.7
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同轴线尺寸变换器
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2、阶梯阻抗变换器
单节突变
结构
多节突变
多节渐变 等效电路
频带窄
图8.8
同轴线阻抗变换器
频带宽
可以做到在一定带宽内，使反射系数 比较小，基本达到匹配的目的。
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3、同轴—波导转接器
信号从同轴线向矩 形波导传输
信号从矩形波导向 同轴线传输
8.1 波导中的电抗元件（波导型） 1. 电容膜片——矩形波导窄边变窄
1）结构: 如图所示。
立体图
横截面图
等效电路图
图8.1 矩形波导中的电容膜片及等效电路
2019/1/19 1
2) 膜片的作用:
a. 波导上、下宽壁面的壁面电流 分布形状相同,方向相反.假定如图 所示.则上膜片的电流流进膜片,下 膜片的电流从膜片流出,而上下膜 片之间因有介质,电流通路被截断, 此时相当于对该膜片充电,上膜 片带正电,下膜片带负电.
2019/1/19 8
5 调谐螺钉:
• 单螺钉
1) 等效电纳与插 入深度有关。
l＜
4
l
4
l
＞
4
2) 实际上，螺钉插入深度都较浅——考虑损耗及击 穿，故调谐螺钉引入的都是容性电纳。容性电纳 的大小与螺钉直径、插入深度、插入位置都有关。
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• 在波导宽面上旋入二个或三个螺钉， 就构成双螺或三螺匹配器。
1) 结构：
2) 等效电路：
1 3) 特性： 具有谐振特性—— f 2 LC
当信号频率等于谐振频率时， 信号可无反射地通过——匹配状态。
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综合电容性、电感性膜片，将谐振窗看成是 电容性、电感性膜片的组合，则其等效电路 可近似为LC并联回路。
图8.3 谐振窗及等效电路
当谐振窗处于失谐状态时：若工作频率小于谐 振频率，并联回路呈感性；若工作频率大于谐 振频率，并联回路呈容性。无论是哪种情况， 都会多波导中传输的波产生较大的反射。
d 2 d1 d
匹配原理相当于传输理论中的双跨线或 三跨线匹配器。
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8.2 连接元件
连接元件包含接头和转接元件。将相同传输线连接在 一起的微波元件统称为接头。常用的接头有波导接头 和同轴接头。将不同传输线连接在一起的微波元件称 为转接元件。
8.2 .1 波导接头（法兰）
有平接头与抗流接头两种
优点：体积小、频带宽。 缺点：机械加工要求高。
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波导平接头
11
波导抗流接头
平法兰盘
抗流法兰盘 短路
接触电阻 开路
0 0
短路
优点：电气性能上接触良好。 缺点：频带窄、制作困难。
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4
4
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• 抗流式接头的工作原理：
c d a b
公式法：
Zin jZ0 tan l
TE10 模
同轴线外导体与 波导宽壁连在一 起，内导体插入 矩形波导中。
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探针 为了使同轴线与矩形波导相匹配，需要 调节同轴线内导体的插入深度 h 、偏心 距 d 与短路活塞位置 l 。
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4、同轴—微带转换器 将同轴的内导体向外延伸一小段，与微带线的中心导带搭 接；将同轴线的外导体与微带线的接地板相连，就构成了 同轴—微带转换器。
c.
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3) 金属膜片的等效电路：
容性膜片等效为一跨接于双线上的电容。
对称性膜片的归一化电纳为
~ 4b b B ln csc （8.1.1） p 2b
3
2、电感膜片：——宽边变窄
1) 结构：
立体图
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横向图
等效电路
图8.2 矩形波导中的电感膜片及等效电路
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充气 雷达天线收发开关
功率较大 时
7
4、销钉
1）结构如下：矩形波导中一根或多根垂直对穿波导宽壁的金 属圆棒，称为电感销钉。
图8.4
销钉
电流越小
2）销钉上有电流通过，故在销钉周围产生磁场，使销钉呈感 性电抗。销钉的直径越大，感抗越小；直径越大，感抗越大。 所以，（b）图的感抗比（a）图的感抗小。
a) 当TE10波从4口输入时，1与2口将有等幅反相的输出。
4 24
2
b) 当TE10波从1、2口等幅反相输入时，4口有输出。 c) 当TE10波从1、2口等幅同相输入时，4口无输出。
Z in
也可用圆图法求输入阻抗。如图所示。
a、b之间相当于
0
2
长的短路线， a、b之间的输入
电阻等于零。即a、b之间在机械上并不接触，但 在电气性上却保证了良好的接触。
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2 l
l l
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8.2.2
转接元件
1、传输线尺寸变换器 特性阻抗相同，但尺寸不同的二个同轴线之间的连接即 属于传输线变换器。 突变型 渐变型
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6
4) 谐振窗实用举例：
工作原理：
1
2
接收机
P入 1、2分别为两个谐振窗。P 出
其间进行充气处理——所充气 体容易电离。当雷达发射的功 率到达谐振窗1时，气体电离使 谐振窗成为一短路面，波将被 反射而不进入接收机，但当工 作于接收状态时，因功率小， 不足以使气体电离，接收的信 号将无反射地穿过谐振窗口而 传送到接收机。