微波传输特性的基础知识.doc

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1、微波传输特性的基础知识“微波”通常是指波长在m-mm的电磁波，对应的频率范围为：300M比-300GHz，它介于无线电波和红外线2间，又可分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波。微波与低频电磁波一样，具有电磁波的一切特性，但由于微波的波长较短、频率高因此又具有许多独特的性质，主要表现在：1、描述方法:由于电磁波的波长极短，与使用的元件和设备的尺寸可以相比拟,在低频段由于能量集屮其传播性质用“路”的概念来描述，使用的元件称为集屮参数元件（电阻、电容、电感等）；而微波的传播应利用“场”的概念来处理，使用的元件为分布参数元件（波导管、谐振腔等）。因此低频电路的电流、电压、电阻等不再适用，而是

2、采用等效方法处理；微波测量则以功率、波长、阻抗取代了电流、电压、电阻等。2、产生方法：微波的周期在10-9-10-12^与电子管内电子的渡越时间（约为10入）相近，因此微波的产生和放大不能再使用普通的电子器件，取而代Z的是结构和原理完全不同的微电了元件——速调管、磁控管、行波管及微波同态器件。3、光似性：由于微波介于无线电波和红外线Z间，因此不仅具有无线电波的性质同时具有光波的性质：以光速直线传播、反射、折射、干涉、衍射等。4、能量强：由于微波的频率高，故可用频带宽、信息容量大，且能穿透大气层因此可广泛用于卫星通讯、卫星广播电视、宇宙通讯和射天天文学的研究。由于微波的这些特性，使微波在通

3、信、雷达、导航、遥感、天文、气象、工业、农业、医疗、以及医学等方面得到广泛应用。一、微波元件简介1.固态振荡器（固态信号源）微波振荡器（信号源）是产生微波信号的装置，常见的有磁控管振荡器、速调管振荡器和固态振荡器几种。磁控管振荡器功率大体积大，常用来提供大功率信号；速调管振荡器结构简单、使用方便，但效率低一般只有0.5%—2.5%,输出功率小一般在，因此比较适合实验室使用。固态振荡器则是--种较新型的信号源,可分为微波晶体管振荡器、体效应管振荡器、雪崩二极管振荡器等。固态振荡器振荡频率高最高振荡频率可达几百T兆；输出功率最大可达几十瓦以上，脉冲功率可达几Tk；支流功率转换为微波功率较高，

4、最高可达50%以上。这里主要介绍实验室常川的由体效应二极管振荡器。1963年美国国际商业机器公司发现的JBGun,化镣和磷化锥I等材料的薄层具有负阻特性，因而无需P-N接即可产生微波振荡，它的工作原理与通常由P-N节组成的半导体器件不同，它不是利用载流了在P-N内运动特性，而是利用载流了在半导体内的体内体内运动特性，是靠神化镌材料“体”内的一种物理效应（负阻效应）所以称为体效二极管或耿氏管（Gun管）。体效应二极管由截止式衰减器以及用来调制微波脉冲幅度的PIN调制器组成。实验室常用的3cm固态信号源的频率调节范围大约8.6一9.6GHz。体效应振荡器是微波信号源的核心元件，.I（A）它是

5、利用具有负阻特性的半导体材料砂化掾制成的，由于碑化镣具有双能级结构，上、/下两个能级羌为0.36Mev；处于不同能级的/:电了具有不同的有效质量和不同的迁移率，/::其屮上能级有效质量大迁移率小。当下导带/:；电了的能量增加到0.36Mev时，下导带的电!::子就会被激发到上导带上去，使它在某一区'*域内呈现负阻特性，即出现起伏安特性曲线图（1）U（V）如图（1）所示：由此可知体效应管内能够产生一个震荡电流，使砂化铮的厚度足够地小，体效应管可以产生类似脉冲尖峰的振荡波形，振荡频率很高，即产生微波信号。典型的耿氏二极管如图所示：由铜螺纹（接到直流电源的负极上）、铜底朋（外加散热器）、陶瓷圆

6、环（绝缘作用）、金丝引线、神化铮片了、顶帽（正极）组成，若将耿氏二极管安装在谐振腔的适当位置上，只要在它的两端加上直流电压，就可以在谐振腔内产生微波振荡，构成微波负阻振荡器。耿氏二极管的主要性能参数为：工作频率10GHz左右，工作电压10V,工作电流0.2—0.6A,输出功率0.03——0」W,最大］耐压能力14V。是一种不可逆的衰减器，正向衰减较小,约O.ldB,反向衰减很大,可达几十dB,因此只允许微波单方向通过，对反方向传播微波呈电阻吸收。隔离器常丿II于振荡器与负载Z间，起到隔离和单向传输作川。隔离器一般由铁氧体材料制成，铁氧体是一种磁性材料，由二价的金属猛、镁、鎳］铜、等氧化物

7、和氧化铁烧制而成，它既具有磁性材料的导磁性，又具有较高的电阻率，一般可达io2—108Q-cm,由于其电阻率很高，电磁场能够渗入内部起作用而损耗很小因此得到广泛KvJIJo隔离器衰减器隔离器分为谐振式和场移式两种，谐振式功率较大，实验室常用场移式，它是在波导内的适当位置放置一片两端呈尖劈形（为了减少反射）铁氧体片，使其表面与波导窄面平行，表血附有吸收片（由石墨粉或繚锯合金制成）并外加恒定磁场制成。在铁氧体内加上一个恒定磁场使铁氧体内