常用微波元件课件.ppt

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1、5.1基本微波元件5.2微波无源器件5.3微波谐振器5.4微波有源器件习题第5章常用微波元器件5.1基本微波元件5.1.1电阻性微波元件在微波波段要控制传输线内的传输功率，就需在传输线中接入衰减器，它相当于低频电路中的电阻元件。微波电阻性元件主要是微波衰减器。衰减器一般有两类，即吸收式和截止式。另外，匹配负载在本质上也属于吸收衰减器，只不过一般衰减器为两端口，接在传输线始端或中间某一位置，而匹配负载为单端口器件，接在传输线终端。衰减器的主要作用是消除负载失配对信号源的影响，即“去耦”，以及调节微波源输出功率电平。匹配负载主要用于建立传输线中的行波

2、状态。对衰减器一般的要求是具有一定的工作频带,有较小的输入驻波比,较少的起始衰减量和确定的衰减—频率特性。对匹配负载的一般要求是具有宽工作频带、小输入驻波比和适当的功率容量。1.吸收式衰减器图5-1给出了一种矩形波导吸收式衰减器。它是利用吸收片吸收部分能量而达到吸收效果的。在一段矩形波导中，垂直于宽壁沿纵向放一块两端做成尖劈形(以减小反射)的介质片，片上涂有电阻膜片以构成吸收片。由于吸收片与矩形波导中TE10模的电场平行，故其片上将有电流J=σE流过，于是一部分能量将在电阻膜上转化为热能，构成衰减。图5-1一种吸收式衰减器因为TE10波的电场沿波

3、导宽边的分布是中间强，两边弱，于是吸收片位于波导中间时衰减最大，移向窄壁时衰减最小。利用这个原理设法将吸收片沿波导宽边移动便可做成可变衰减器。移动吸收片位置的支撑杆可用细介质棒做成，若吸收片较长需用两根杆支撑时，杆距l常取λp/4的奇数倍，目的是使两根介质棒产生的反射波在波导输入口处反相而抵消。另一种矩形波导吸收式可变衰减器是沿波导宽壁纵向开槽的，槽中插入吸收片，片与TE10模的电场平行。这种衰减器的衰减量随吸收片插入深度的不同而改变大小。衰减器衰减量的大小用A来表示，设Ei和Eo分别为衰减器的输入和输出电场强度,则(5-1-1)(5-1-2)一

4、般说来，吸收式衰减器的衰减量Ａ与吸收片的位置及频率之间没有一个简单的数学关系，必须用功率计或标准衰减器进行点频定标，从而获得刻度—衰减量曲线。2.截止式衰减器截止式衰减器是利用波导的截止特性做成的。图5-2是一种截止式衰减器的结构示意图。这种截止式衰减器的主体是一段处于截止状态的圆波导。选择圆波导的半径应满足截止条件(5-1-3)图5-2一种截止式衰减器(a)截止式衰减器结构图；(b)衰减量与移动距离的关系这种截止衰减器具有如下特点：(1)衰减量与移动距离l之间成线性关系，并且衰减系数可由有关公式算出，因此这种衰减器也可作为衰减量的标准。(2)

5、当λc<<λ时，衰减系数α很大，移动不太长的一段距离，就可得到很大的衰减量。(3)由于截止圆波导中不存在吸收性材料，故其衰减不是由于损耗而是由于反射所引起的，所以截止式衰减器属于反射式衰减器一类。(4)由于圆波导输入、输出端反射都很大，因此无论对输入同轴线还是输出同轴线而言都是严重失配的。为了改善其输入端的匹配，在输入同轴线的终端接以匹配负载；为了改善其输出端的匹配，在小环上装有一个电阻，使其阻值R=Z0。经如此改善后的输入、输出同轴线几乎都接近匹配。在需要获得很大衰减量或者要求衰减调节范围很宽时可采用截止式衰减器。3.匹配负载匹配负载是一种接在

6、传输系统终端的单端口微波元件，它几乎能无反射地吸收入射波的全部功率。图5-3(a)所示的是一种矩形波导小功率匹配负载，它是内置有吸收片的终端短路的一段波导。吸收片的存在对波导系统来说总是引入了一种不连续性，为了尽量减小反射，吸收片应做成尖劈形，且其长度应为λp/2的整数倍，如图5-3(b)所示。只有这样才能使吸收片在斜面上的每一点引起的电磁波的反射都能被与其相距λp/4的另一点引起的反射所抵消，从而使波导系统得到良好的匹配。尖劈是一种缓变过渡结构。实践表明，由此引起的对波的反射远小于突变结构，且尖劈劈角越小，即斜面拉得越长，匹配性能愈好。这种小功

7、率匹配负载允许耗散的平均功率达W级，一般可在10%~15%的频带内达到驻波比ρ<1.05的近于理想的匹配程度。图5-3匹配负载(a)矩形波导小功率匹配负载；(b)匹配负载的吸收片5.1.2电抗性微波元件电抗性微波元件在微波系统中起着类似于低频电路中L、C及其组合元件的作用。利用在传输线中插入某种由于不连续性而激起的高次模截止场所呈现的不同特性来构成一个相当于集总参数的电感或电容，这便是微波电抗元件的构成思想。在实际的微波传输系统中不可避免地会出现各种形式的不连续性，如在波导传输线中引入膜片、销钉、拐角、分支等都会导致微波系统的不连续性。不连续性

8、会引起波的反射和激发高次模，而局限在不连续性近区中的处于截止状态下的高次模，其电场与磁场的储能是不均衡的。若截止场中以磁能为主，则这种不