第八章微波元件.
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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。
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
微波技术基础第8章
第8章 线天线
图 8 –5 对称振子特性阻抗的计算
第8章 线天线
将Z0(z)沿z轴取平均值即得对称振子的平均特性阻抗
z0 :
(8 -1 -14)
1 h 2h Z 0 = ∫ Z 0 ( z )dz = 120 ln − 1 ( Ω ) h δ a
式中, 2δ为对称振子馈电端的间隙。
因为PL就是PΣ, 即PL=PΣ, 故有
(8 -1 -18)
∫
h
0
1 2 1 2 I ( z ) RΣ1dz = I m RΣ 2 2
(8 -1 -19)
第8章 线天线 对称振子的沿线电流分布为
I ( z ) = I m sin
将上式代入式（8 -1 -19）得
2π
λ
(h − z )
(8 -1 -20)
(8 -1 -24)
第8章 线天线 [例8-1］设对称振子的长度为2h=1.2 (m), 半径a=10 (mm), 工 例 ］ 作频率为f=120 (MHz), 试近似计算其输入阻抗。 解: 对称振子的工作波长为
c 3 ×108 λ= = = 2.5 m 6 f 120 ×10
所以
0 .6 = = 0.24 λ 2 .5
2 的一个重要原因。而在并联谐振点附近, Rin = z0 / RΣ , 这是一个
高阻抗, 且输入阻抗随频率变化剧烈, 频率特性不好。 按式（8 -1 -15）计算对称振子的输入阻抗很繁琐, 对于半波 振子, 在工程上可按下式作近似计算:
RΣ Z in = − jZ cot βh 2 sin βh
1 3 = , 1 和2的对称振子天线的归一化E面 , λ 2 2 2h 1 2h =和 =1 的对称振子分别为半波对称振子 λ 2 λ 2h
第八章 HFSS微波仿真
第八章 HFSS微波仿真
8-1 HFSS基本介绍 一、 HFSS发展历程 二、 HFSS仿真原理 三、 HFSS仿真过程 四、 HFSS的主要功能 五、 HFSS的应用领域 8-2 HFSS软件系统 一、软件设计环境 二、基本操作
8-1 HFSS基本介绍
一、 HFSS发展历程 HFSS–High Frequency Structure Simulator（高频电磁 场仿真）软件由美国Ansoft公司开发的世界上第一个商业 化的三维结构电磁场仿真软件，是目前国际上主流的三维 高频电磁场仿真软件之一。HFSS是一种基于物理原型的 EDA设计软件。 HFSS8.0中增加了以下主要功能：模式到节点的转换； 端对端的节点模型产生、求解及后处理；可输出高精度宽 带SPICE模型；全波Spice（Full-Wave Spice）；自适应插值 扫频算法；支持集总电阻、电容和电感部件。
8-2 HFSS软件系统
Mesh Operation：网格设置。定义网格的划分，即网格晶元。
Analysis：分析。包括求解设置，定义软件如何计算求解。 Optimetrics：优化。包括所有优化设置。 Results：结果。包括所有后处理生成的结果报告。
Port Field Display：显示模型的端口场分布。
8-2 HFSS软件系统
.pjt：HFSS软件8.5以及更早版本的工程文件。 .anfp：Ansoft的PCB中性文件。
5．导出文件 由主菜单选3D Model\Export，选择保存路径、命名， 将“保存类型”下拉列展开，选择要导出的文件类型即可。 *.sm2：二维模型文件，只包含XY平面。 *.sat或*.sm3三维模型文件，前者为ACIS几何固态模 型文件，后者为在ACIS2.0版或更高版本中的HFSS三维模 型文件。如果选择*.sm3，则还要选择ACIS SM3的版本。 图表文件：包括*.bmp，*.gif，*.jpeg，*.tiff，*.wrl等格 式。
8-1 HFSS基本介绍 一、 HFSS发展历程 二、 HFSS仿真原理 三、 HFSS仿真过程 四、 HFSS的主要功能 五、 HFSS的应用领域 8-2 HFSS软件系统 一、软件设计环境 二、基本操作
8-1 HFSS基本介绍
一、 HFSS发展历程 HFSS–High Frequency Structure Simulator（高频电磁 场仿真）软件由美国Ansoft公司开发的世界上第一个商业 化的三维结构电磁场仿真软件，是目前国际上主流的三维 高频电磁场仿真软件之一。HFSS是一种基于物理原型的 EDA设计软件。 HFSS8.0中增加了以下主要功能：模式到节点的转换； 端对端的节点模型产生、求解及后处理；可输出高精度宽 带SPICE模型；全波Spice（Full-Wave Spice）；自适应插值 扫频算法；支持集总电阻、电容和电感部件。
8-2 HFSS软件系统
Mesh Operation：网格设置。定义网格的划分，即网格晶元。
Analysis：分析。包括求解设置，定义软件如何计算求解。 Optimetrics：优化。包括所有优化设置。 Results：结果。包括所有后处理生成的结果报告。
Port Field Display：显示模型的端口场分布。
8-2 HFSS软件系统
.pjt：HFSS软件8.5以及更早版本的工程文件。 .anfp：Ansoft的PCB中性文件。
5．导出文件 由主菜单选3D Model\Export，选择保存路径、命名， 将“保存类型”下拉列展开，选择要导出的文件类型即可。 *.sm2：二维模型文件，只包含XY平面。 *.sat或*.sm3三维模型文件，前者为ACIS几何固态模 型文件，后者为在ACIS2.0版或更高版本中的HFSS三维模 型文件。如果选择*.sm3，则还要选择ACIS SM3的版本。 图表文件：包括*.bmp，*.gif，*.jpeg，*.tiff，*.wrl等格 式。
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
第八章微波控制电路-(1.微波开关)PPT课件
Y0
YD Y0
Y0
Y0
Y0
YD Y0
Y0
Y0
微波电子线路
4、单刀双掷开关
1 4
g
1 4
g
Z0
Z0
Z0
Z0
Z0
改善插入损耗或隔离度同样可以采用电抗补偿电路。
微波电子线路
串联SPDT开关
并联SPDT开关
隔离度
MA-47899芯片
并联SPDT开关 插入损耗
3GHz
串联SPDT开关
微波电子线路
5、串、并联开关结构；
800 GHz
MA-47892-109
正向插损 10 log( 1 ) 10 log((1 GD )2 (1 BD )2 )＝1.26dB
S 21 2
2Y0
2Y0
反向衰减
10 log(
1 S 21
2
)
10 log((1
GD 2Y0
)2
(1
BD 2Y0
)2
)
12.75dB
2Y0
2Y0
微波电子线路
2、单刀单掷开关；（串联型）
Z0
Z0
模
模
区
区
Z0
ZD
Z0
1
2
ZD
S
2Z0 Z 2Z0
2Z0 Z D
2Z0
2Z0
ZD
ZD
2Z0 Z D
L 10 log( 1 ) 10 log((1 RD )2 (1 X D )2 )
-33V
射频微波电路导论(第二版) 第8章 放大器设计
三个增益与电路参数的关系为
G
PL Pin
S21 2 (1 L 2 ) (1 L 2 )1 S22L
2
GA
Pavn Pavs
S21 2 (1 s 2 ) 1 S11s 2 1 out
2
GT
PL Pin
S21
2 (1
s
2 )(1
L
)
1 sin 2 1 S22L 2
(8 - 1)
U
2
＋
U2
ZL
－
Z0
~ Us
s in
(a)
out L
输入 匹配 Gs
晶体 管 [S] G0
输出 匹配
GL
Z0
s
in
out
L
(b)
图 8-2 二端口网络和放大器的增益定义
1.
根据信号源阻抗Zs和负载阻抗ZL与网络的关系,可以 有以下三个功率增益:
(1) 实际功率增益:负载吸收功率与二端口网络输入 端吸收功率之比,与源阻抗无关,与负载阻抗有关,即
CL RL
CL RL
| in|＜ 1 (稳定 )
| in|＜ 1 (稳定 )
(a)
(b)
图 8-3 (a) |S11|<1； (b) |S11|>1
输入平面上, 输出稳定圆的圆心和半径为
CL
(S22 S22 2
S11 ) 2
RL
S12 S 21 S22 2 2
输出平面上,输入稳定圆的圆心和半径为
＝
E
2
V
1 .0 0 .5
dB
12 10
0 .8 5
5
dB
IC/mA
30
微波技术与天线-微波元件_阻抗匹配与变换元件
占优势，回路呈感性。
电抗补偿法——销钉
(a)
电容销钉
➢ 销钉为垂直对穿波导的金属细圆棒
➢ 销钉的工作原理与膜片类似
(b)
电感销钉
电抗补偿法——螺钉调配器
1、宽边
2、可控
l
结构
磁场结构
电场结构
一、附近高次模电场集中
C
二、宽壁上的轴向电流流
进螺钉产生附加磁场
L
电抗补偿法——螺钉调配器
➢ 当旋入深度 h 较小时，WE>WH，等效为一电容；
Z L Z0
2 Z0
2 m
Wq 2 arccos
ln Z L Z 0
4
2
反射系数模值
近似公式 ln
m
1
N
阻抗变换法——渐变线阻抗变换器
把离散的(不连续的)各段变为连续变化的工
作段，则在输入端有更多的反射波互相抵消，
故在长度不增加的情况下，可展宽工作频带。
阻抗变换法——渐变线阻抗变换器
波导型
同轴线型
微波元件
微带线型
……
微波元件的分类
★ 按功能分
微波元件
匹配
元件
连接
转换
元件
功率分配元件铁氧体元件
……
匹配的实质
设法在终端负载附近产生一新的反射波，使
电抗：容抗和感抗
它恰好和负载引起的反射波等幅反相，彼此抵消
波导型电抗匹配元件：膜片、
，从而达到匹配传输的目的。
谐振窗、销钉、可调螺钉
匹配的方法
➢ 第二个分支的作用是改变位于 G 1 圆上的输入导
纳 Y2' 的虚部，使其回到匹配原点，实现匹配。
电抗补偿法——销钉
(a)
电容销钉
➢ 销钉为垂直对穿波导的金属细圆棒
➢ 销钉的工作原理与膜片类似
(b)
电感销钉
电抗补偿法——螺钉调配器
1、宽边
2、可控
l
结构
磁场结构
电场结构
一、附近高次模电场集中
C
二、宽壁上的轴向电流流
进螺钉产生附加磁场
L
电抗补偿法——螺钉调配器
➢ 当旋入深度 h 较小时，WE>WH，等效为一电容；
Z L Z0
2 Z0
2 m
Wq 2 arccos
ln Z L Z 0
4
2
反射系数模值
近似公式 ln
m
1
N
阻抗变换法——渐变线阻抗变换器
把离散的(不连续的)各段变为连续变化的工
作段，则在输入端有更多的反射波互相抵消，
故在长度不增加的情况下，可展宽工作频带。
阻抗变换法——渐变线阻抗变换器
波导型
同轴线型
微波元件
微带线型
……
微波元件的分类
★ 按功能分
微波元件
匹配
元件
连接
转换
元件
功率分配元件铁氧体元件
……
匹配的实质
设法在终端负载附近产生一新的反射波，使
电抗：容抗和感抗
它恰好和负载引起的反射波等幅反相，彼此抵消
波导型电抗匹配元件：膜片、
，从而达到匹配传输的目的。
谐振窗、销钉、可调螺钉
匹配的方法
➢ 第二个分支的作用是改变位于 G 1 圆上的输入导
纳 Y2' 的虚部，使其回到匹配原点，实现匹配。