微波技术与天线》第五章 微波元件(1)
微波技术与天线 刘学观 第5.2节
第五章 微波元器件之•功率分配元器件
由分压公式可得端口③的合成电压为：
U 3 U 3e U 3o
2 j( Z 0e Z 0o ) tan 1 U1e U1o U0 2Z 0 j( Z 0e Z 0o ) tan 2
(5-8)
将式(5-1)代入式(5-8)，于是有耦合端口③输出电压与端口①输入 电压之比为： U3 jK tan (5-9)
42
32
波导输出端口③合成的归一化出射波为：
u3 u31e j d u32 2qe j d
《微波技术与天线》
第五章 微波元器件之•功率分配元器件
副波导输出端口④合成的归一化出射波为：
u4 u41 u42e jd q(1 e j 2 d ) 2q cos de jd
2
u31
u42
u32
3
d
设端口①入射TE10波u1+ ＝1 ，第一个小孔耦合到副 波导中的归一化出射波为u41–=q和u31–=q，q为小孔耦合 系数。假设小孔很小，到达第二个小孔的电磁波能量不 变，只是引起相位差，第二个小孔处耦合到副波导处的 归一化出射波分别为u qe j d 和 u qe j d ，在副
第五章 微波元器件之•功率分配元器件
（1）定向耦合器的性能指标
1)耦合度C(coupling factor)
将输入端①的输入功率P1与耦合端③的输出功率P3之比定义为耦合度:
C 10 lg
P 1 1 20 lg P3 S13
(dB)
2)隔离度I (isolation)
将输入端①的输入功率P1和隔离端④的输出功率P4之比定义为隔离度:
第五章微波元件
而且功率容量大。
一、小功率匹配负载
图5-1（a）所示的是典型的H10波导小功率匹配负载，它是一 片尖劈状的吸收片，平行于电场方向置于矩形波导H10波的电 场最强处（平行于窄边，宽边中心线处），可以强烈地吸收 H10波的功率。吸收片通常由薄玻璃片制成，其表面涂敷一层 金属电阻膜或碳膜。为了得到良好的匹配，人们把吸收片的端 部做成尖劈形状。原则上讲，当尖劈投影的长度为半个波导波 长的整数倍时，能达到良好的匹配。为了在较宽的频带内都有 较好的匹配，在条件允许的情况下，尽量把尖劈部分的尺寸选 得长一些。这种小功率吸收片匹配负载，一般可以在 10~15%的频带内做到驻波比ρ＜1.01~1.05的匹配程度，
散热片 法兰盘
(a) 劈形玻璃容器
(b) 吸收材料
吸收材料 (c)
(d )
内导体 (e)
内导体 (f)
(g)
图 5 – 1 各种匹配负载
当功率较小时，可采用在波导内放置一块或几块劈形吸收片, 如图 5 - 1(a)所示; 当功率较大时可以在短路波导内放置锲 形吸收体, 或在波导外侧加装散热片以利于散热, 如图 5 1(b)、(c)所示; 当功率很大时, 还可采用水负载， 如图 5 1(d)所示, 由流动的水将热量带走。同轴线匹配负载是由在 同轴线内外导体间放置的圆锥形或阶梯形吸收体而构成的, 如图 5 - 1(e)、 (f)所示。微带匹配负载一般用半圆形的电 阻作为吸收体, 如图 5 –1(g)所示, 这种负载不仅频带宽，
自考 微波技术与天线02367 整理(科创学院)
第 1 章 电 磁 场 与 电 磁 波 的 基 本 原 理电 磁 场 的 基 本 方 程一、电磁场中的基本场矢量电磁场中的基本场矢量有四个:电场强度E,电位移矢量D,磁感应强度B 和磁场强度H 。
(一) 电场强度E 场中某点的电场强度E 定义为单位正电荷在该点所受的力,即 ： 电场强度E 的单位为伏/米(V/m)。
(二) 电位移矢量D如果电解质中存在电场,则电介质中分子将被极化,极化的程度用极化强度P 来表示。
此时电介质中的电场必须用电位移矢量D 来描写。
它定义为 ： 在SI 单位制中,D 的单位为库仑/米2(C/m2)。
对于线性媒质中某点的电极化强度P 正比于该点的电场强度E 。
在各向同性媒质中某点的P 和E 方向相同,即 ： 故 ，式中ε=ε0(1+χe)称为介质的介电常数,而εr=1+χe 称为介质的相对介电常数。
(三) 磁感应强度B磁感应强度B 是描写磁场性质的基本物理量。
它表示运动电荷在磁场中某点受洛仑兹力的大小。
磁感应强度B 定义为： (四) 磁场强度H如果磁介质中有磁场,则磁介质被磁化。
描写磁介质磁化的程度用磁化强度M 来表 示。
此时磁介质中的磁场必须引入磁场强度H 来描写,它定义为： M 和H 的单位为安培/米 (A/m)。
在各向同性媒质中M 和H 方向相同。
即有： 故 B=μ0(H+M)=μ0(1+χm)H=μ0μrH=μH 。
式中χm 称为媒质的磁极化率,它是一个没有量纲的纯数。
μ=μ0(1+χm)称为媒质的磁导率。
μr=1+χm 称为相对磁导率。
二、全电流定律式中Jc 和Jd 分别为传导电流密度和位移电流密度,ic 和id 分别为传导电流和位移电流。
三、电磁感应定律感应电场沿着任意的封闭曲线的积分应等于感应电势,用数学式子表示即为 ：由此得出一个结论:随时间变化的磁场会产生电场,而且磁通量的时间变化率愈大,则感应电动势愈大、电场愈强;反之则愈弱。
同时,穿过一个曲面S 的磁通量为：F E q =0D E P ε=+0e P x Eε=0000(1)e e r D E x E x E E E εεεεεε=+=+==F qv B=⨯0B H M μ=-m M Hχ=()()D e c l e d l Sc Sd H dl i i i dt H dl J J dS dD J dS dtφ===+=+=+⎰⎰⎰⎰ ml d e E dL dtφ==-⎰ m S l SB dS d E dL B dS dt φ==-⎰⎰⎰四、高斯定律 在普通物理中讨论了静电场的高斯定律,即： 式中V 是封闭曲面S 所包围的体积,∑q 为封闭曲面S 所包围的自由电荷电量的代数和，ρ为S 曲面所包围的自由电荷的体密度。
天津大学李媛微波技术与天线-第五章
9
5.2 连接元件和终端元件
二、终端元件
1.匹配负载：吸收全部入射波能量而无反射波。 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：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。
喇叭天线
抛物面天线
15
5.2 连接元件和终端元件
三、阻抗匹配元件
定义：将导行波进行阻抗匹配。 作用：消除反射，提高传输效率，改善系统稳定性。
螺钉调配器 阶梯阻抗变换器 渐变型阻抗变换器
5.4 分支微波元件
一、分支器
定义：把一路电磁能量分为两路或多路；或将多路电磁能量相加或相减。
＋ －
17
5.4 分支微波元件
2.短路负载（短路器）：不吸收入射波任何能量而使其产生全反射。 作用：提供尽量大的反射系数。
固定式—金属片 移动式—短路活塞 接触式
扼流式
14
5.2 连接元件和终端元件
3.辐射终端：将电磁波能量辐射至空间。 作用：能量尽量辐射出去，尽量减小终端反射。 波导喇叭天线
E面喇叭
H面喇叭
金字塔形喇叭
圆形喇叭
21
5.4 分支微波元件
2、波导H-T分支
1
1
2
3 并联支路
3
2
1
jX
2
22
5.4 分支微波元件
能量分配功能 1
3
1 3
1 3
2
3臂输入时，从1、2臂等幅、同相输出；
3臂自身有反射，但若在该分支波导加入匹
《微波技术与天线》课件
这个PPT课件将为您介绍微波技术与天线的基本概念和应用，从微波技术的 发展历程，到微波器件、微波天线、微波信号传输、微波测量技术、微波辐 射安全等多个方面进行深入讲解。
一、微波技术概述
微波技术的发展历程，基本特征以及在通信领域的应用。
二、微波器件
微波器件的分类
介绍不同类型的微波器件，如微波管、半导 体器件和微波集成电路。
微波天线的设计 与制造
提供设计和制造微 波天线的关键步骤 和技术。
四、微波信号传输
1 微波信号的特点
2 微波信号的传输方式
介绍微波信号的特点，如频率和传输距离。
讲述微波信号的不同传输方式，如无线和 光纤传输。
3 微波信号的功率损耗ຫໍສະໝຸດ 4 微波信号的干扰与抗干扰方法
解释微波信号传输中的功率损耗问题及其 影响。
半导体器件
讲述半导体器件在微波技术中的重要性和功 能。
微波管
深入解释微波管的工作原理和应用。
微波集成电路
介绍微波集成电路的设计和制造过程。
三、微波天线
微波天线的基本 原理
解释微波天线的工 作原理和其在通信 中的作用。
微波天线的分类
介绍不同类型的微 波天线，如方向性 天线和宽带天线。
微波天线的参数
讲述微波天线的常 见参数和它们的意 义。
提供微波信号干扰及其抗干扰方法的详细 信息。
五、微波测量技术
微波测量的基本 原理
介绍微波测量的基 本原理和常见应用。
微波频率计的工 作原理
解释微波频率计的 工作原理以及它在 微波测量中的作用。
微波功率计的工 作原理
深入讲解微波功率 计的工作原理和它 在微波测量中的应 用。
微波技术与天线 刘学观 第5.4节
了解铁氧体器件的作用、工作原理。
《微波技术与天线》
第五章 微波元器件之•微波铁氧体器件
习题
5.1 5.3 5.6 5.8 5.10 5.11
《微波技术与天线》
《微波技术与天线》
第五章 微波元器件之•微波铁氧体器件
(d)谐振式隔离器的工作原理 在波导的位置x=x1处放置铁氧体片, 并加上y方向的恒定 磁场，恒定磁场Hi的大小与传输波的工作频率 满足：
0 H i
其中，0为铁氧体片的铁磁谐振频率，=2.8103/4 Hz/A/m为电子旋磁比 。 因此，在x=x1 处放置铁氧体片，对沿–z方向传输的正圆 波因满足圆极化磁场的铁磁谐振条件而被强烈吸收，而对 沿+z方向传输的负圆波几乎无衰减通过。 若在波导的对称位置x=x2=a–x1处放置铁氧体，则对沿+z 方向传输的波因满足圆极化磁场的铁磁谐振条件而会被强 烈吸收，对–z方向传输的波会几乎无衰减地通过。
第五章 微波元器件之•微波铁氧体器件
利用环行器可以构成前面讨论的单向器，只要在Y形结环行器的 端口③接上匹配吸收负载，端口①作为输入，端口②作为输出，如图 (a)所示，这样信号从端口①输入时，端口②有输出，当从端口②的反 射信号经环行器到达端口③被吸收，这样①②是导通的，而②① 是不通的，它完成了正向传输导通、反向传输隔离的单向器的任务。 利用两个Y形环行器还可以构成四端口的双Y结环行器，如图（b） 所示，单向环行规律是①②③④。
0 0 e j
e 器件
常用环行器是Y形结环行器，在中央圆盘的周边以互成120的角 连接三个导体形成环行器的三个端口，结构如图(a)所示。
实用时，铁氧体圆盘形成一个谐振腔，无偏置场时，此谐振腔有 着cos(或sin )分布的单一最低次谐振模式；当铁氧体加偏置场时， 此模式分成两个谐振频率稍有不同的谐振模式。选择环行器的工作频 率可使这两个模式在输出端口相互叠加，而在隔离端口则相互抵消。
5.1-5.3天线概述《微波技术与天线(第2版)》课件
S 1 EH 2
为虚数,
每周期平均辐射功率为零。电磁能量在场源和场之间来回振荡,
没有能量向外辐射, 所以近区场又称为感应场。
1
r 3 第5章 天线基本理论
(2 )
远离振子的区域， 即 kr1 的区域，称为远场区。
保留
1 r
项，忽略
1 r2
项和 1
r3
项。
由
Er
E
Il 2 cos( j
4 0
2400
1230909
第5章 天线基本理论
5.3 磁基本振子
磁基本振子又称磁流元、磁偶极子。所谓磁流元就是载有高频电 流的小圆环，环半径和周长远小于波长，因此可以认为流过小环的时 谐电流的振幅和相位处处相同，也就是说电流均匀分布。
5.3.1小电流环的辐射场
（ a ）小电流环
图 5-2 磁基本振子
第5章 天线基本理论
5.1.1天线概述
天线有以下功能: 1 天线是能量转换器，能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量； 2 是方向性器件，具有方向性； 3 应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化； 4 天线是开放系统； 5 天线必须具有一定的频带宽度。
第5章 天线基本理论 4. 电调天线 所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。
第5章 天线基本理论
E e
E0 r
sinejkr
H
e
E0
r
sinejkr
依题意，当 9 0 ， r10k0 m时
E10 V 0/mE r010 E 01030
E 0 1 1 0 3 E 0 0 1 1 0 3 1 0 0V 0 /m 0 1 V /m 0
第5章 天线基本理论
2023年大学_微波技术与天线(王新稳著)课后答案下载
2023年微波技术与天线（王新稳著）课后答案下载2023年微波技术与天线（王新稳著）课后答案下载绪篇电磁场理论概要第1章电磁场与电磁波的基本概念和规律1.1 电磁场的四个基本矢量1.1.1 电场强度E1.1.2 高斯(Gauss)定律1.1.3 电通量密度D1.1.4 电位函数p1.1.5 磁通密度B1.1.6 磁场强度H1.1.7 磁力线及磁通连续性定理1.1.8 矢量磁位A1.2 电磁场的基本方程1.2.1 全电流定律：麦克斯韦第一方程1.2.2 法拉第一楞次(Faraday-Lenz)定律：麦克斯韦第二方程1.2.3 高斯定律：麦克斯韦第三方程1.2.4 磁通连续性原理：麦克斯韦第四方程1.2.5 电磁场基本方程组的微分形式1.2.6 不同时空条件下的麦克斯韦方程组1.3 电磁场的媒质边界条件1.3.1 电场的边界条件1.3.2 磁场的边界条件1.3.3 理想导体与介质界面上电磁场的边界条件1.3.4 镜像法1.4 电磁场的能量1.4.1 电场与磁场存储的能量1.4.2 坡印廷(Poyllfing)定理1.5 依据电磁场理论形成的电路概念1.5.1 电路是特定条件下对电磁场的简化表示1.5.2 由电磁场方程推导出的电路基本定律1.5.3 电路参量1.6 电磁波的产生——时变场源区域麦克斯韦方程的解 1.6.1 达朗贝尔(DAlembert)方程及其解1.6.2 电流元辐射的电磁波1.7 平面电磁波1.7.1 无源区域的时变电磁场方程1.7.2 理想介质中的均匀平面电磁波1.7.3 导电媒质中的均匀平面电磁波1.8 均匀平面电磁波在不同媒质界面的入射反射和折射 1.8.1 电磁波的极化1.8.2 均匀平面电磁波在不同媒质界面上的垂直入射 1.8.3 均匀平面电磁波在不同媒质界面上的斜入射__小结习题上篇微波传输线与微波元件第2章传输线的基本理论2.1 传输线方程及其解2.1.1 传输线的电路分布参量方程2.1.2 正弦时变条件下传输线方程的解2.1.3 对传输线方程解的讨论2.2 无耗均匀传输线的工作状态2.2.1 电压反射系数2.2.2 传输线的工作状态2.2.3 传输线工作状态的测定2.3 阻抗与导纳厕图及其应用2.3.1 传输线的匹配2.3.2 阻抗圆图的构成原理2.3.3 阻抗圆图上的特殊点和线及点的移动2.3.4 导纳圆图2.3.5 圆图的应用举例2.4 有损耗均匀传输线2.4.1 线上电压、电流、输入阻抗及电压反射系数的'分布特性 2.4.2 有损耗均匀传输线的传播常数2.4.3 有损耗均匀传输线的传输功率和效率__小结习题二第3章微波传输线3.1 平行双线与同轴线3.1.1 平行双线传输线3.1.2 同轴线3.2 微带传输线3.2.1 微带线的传输模式3.2.2 微带线的传输特性3.3 矩形截面金属波导3.3.1 矩形截面波导中场方程的求解3.3.2 对解式的讨论3.3.3 矩形截面波导中的TElo模3.3.4 矩形截面波导的使用3.4 圆截面金属波导3.4.1 圆截面波导中场方程的求解3.4.2 基本结论3.4.3 圆截面波导中的三个重要模式TE11、TM01与TE01 3.4.4 同轴线中的高次模3.5 光波导3.5.1 光纤的结构形式及导光机理3.5.2 单模光纤的标量近似分析__小结习题三第4章微波元件及微波网络理论概要4.1 连接元件4.1.1 波导抗流连接4.1.2 同轴线——波导转接器4.1.3 同轴线——微带线转接器4.1.4 波导——微带线转接器4.1.5 矩形截面波导——圆截面波导转接器4.2 波导分支接头……微波技术与天线（王新稳著）：内容简介本书是在作者三十多年教学及科研实践基础上编写而成的，系统讲述电磁场与电磁波、微波技术、天线的基本概念、理论、分析方法和基本技术。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 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)。
衰减器 匹配元件 波型变换元件 相移元件 功分元件 滤波元件
2021/3/3
3
引言
基本电路元件
电阻
电感
电容
微波电阻性元件
能吸收微波能量的装置相当于电阻的作用。
微波电抗性元件
能局部集中磁场能量的装置相当于电感的作用。
能局部集中电场能量的装置相当于电容的作用。
能实现电磁能量周期性变换的装置相当于振荡回路
当工作波长=λ0时：谐振窗对通过的波没有反射。 当工作波长≠λ0时： 产生反射。
2021/3/3
16
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
对穿电感销钉 对穿电感销钉上流过电流，在它的周围激起额外的磁 场，具有电感的性质，可以等效为并联电感。 对穿电感销钉的相对电纳与棒的粗细有关: 棒越粗，电感量越小，其相对电纳就越大。 同样粗细的棒，根数越多，电感量越小，相对电纳就
2021/3/3
10
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电容膜片
电容膜片并联电纳的相对值：
bC
BC Y0
4b ln(csc d
g
2b
) 2t ( b g d
d b
)
2021/3/3
11
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电感膜片 主模在膜片处有平行于膜片的电场，为满足膜片的边
界条件，需要反方向的电场来抵消，故产生的高次模 是TE模。 此高次模是截止模，在膜片附近储存的磁能大于电能， 相当于一个电感。 由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电感。
去耦 消除负载失配对信号源的影响。
调节微波源输出的功率电平。
匹配元件
无反射的吸收传输到终端的全部功率，以建立传输
系统中的行波状态。
2021/3/3
6
微波电抗性元件
集总参数电抗
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。
微波频段
微波信号的交变电磁场，电场和磁场是交链在一起，
谐振窗
谐振频率的求法：从阻抗匹配的角度进行求解。
谐振窗小波导：长a’，宽b’，厚t，特性阻抗Ze’。
谐振窗谐振的条件： Ze’=Ze（主波导特性阻抗）。
b Ze a
1 1 ( 1
)2
,Ze'
b' a'
2a
2 1 ( 2
)2
; r1 1, r 2 r
2a'
1
1 1
0 r1
,1
0 r1
;2
2 2
0 r2
,2
0 r2
b
0
b'
0
a 1 ( 0 )2 a' r 1 ( 2 )2
2021/3/3
2a
2a' r
15
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
谐振窗
0 2a'
r
( a a'
1(
)2( b b'
b )2
)2
(r1
1, r 2
r
)
b'
λ0是大、小波导特性阻抗相等（即谐振窗谐振）时对 应的波长，也就是谐振窗的谐振波长。
2021/3/3
12
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电感膜片
电感膜片的相对并联电纳：
bL
BL Y0
g
a
cot2 [ ( d t ) ]
2a
2021/3/3
13
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
谐振窗
将电容膜片和电感膜片组合在一起得到的具有矩形窗
口形状的膜片。等效电路是一个并联谐振回路。
当信号频率=其谐振频率时：并联回路的电抗为∞（相当于开 路），信号无反射的通过谐振窗。
包括隔离器、环形器。
非线性元器件
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，实现放大、调制、变频等。
器件包括微波电子管、微波晶体管、微波场效应管、微波 电真空器件。
2021/3/3 元件包括检波器、混频器、变频器等。
2
引言
微波元件按传输线类型分类
波导型微波元件 同轴型微波元件 微带型微波元件
的作用。 2021/3/3
4
主要内容
微波电阻性元件
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
微带元件的实现方法
衰减器
匹配负载
阻抗调配器和阻抗变换器
连接元件
分支元件
定向耦合器
功率分配器
2021/3/3
5
微波电阻性元件
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。 主要应用
当信号频率≠其谐振频率时：并联回路的电抗为容抗或感抗， 反射较大。
当f > f 0时，谐振窗附近电场储能占优势，回路呈容性电抗。 当f < f 0时，谐振窗附近磁场储能占优势，回路呈感性电抗。 一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振器的频率就是可通过的频
率。
2021/3/3
14
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电抗或感性电抗性质的最简单不均匀性结构叫基本电
抗元件。
2021/3/3
9
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电容膜片 为满足膜片处的边界条件，膜片处电场线将发生弯曲、
产生电场的Ez分量，故产生的高次模是TM模。 此高次模是截止模，在膜片附近储存的电能大于磁能，
相当于一个电容。 由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电容。
微波电抗性元件
电抗元件
微波传输线中传输模
传输模所携带的电能和磁能是相等的。
微波传输线中截止模
截止模所含电能和磁能是不均衡的。
若截止模为TE模：磁能>电能可等效为电感。
若截止模为TM模：电能>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。在微波元件中，把具有容性
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。
终端短路或开路的传输线等效为电抗元件（单端口网 络）。
2021传/3/3 输线中的不均匀区域等效为电抗元件。
7
微波电抗性元件
传输线中的不均匀区域
指传输线中的结构、尺寸、参数发生突变的区域。
具有电容或电感的性质，可等效为电感或电容，即电 抗元件。
原理
在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，可分 解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输、 而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均 匀区附近储存了高次模式的电磁场能量。
若储存的主要是磁场能量（在某区域磁场储能>电场 储能不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。
若储存的主要是电场能量（在某区域电场储能>磁场 2021储/3/3 能）不均匀区域相当于一个储存电能的电容。8
第五章 微波元件
2021/3/3
1
引言
微波元件按变换性质分类
线性互易元件
只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性，并满足互 易定理。
包括微波连接匹配元件、功率分配元件、微波滤波元件、 微波谐振器。
线性非互易元件
元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质。
铁氧体元件：它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域。