西安电子科技大学出版社：21世纪高等学校电子信息类系列教材《微波技术与天线》课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 微波元器件

第5章微波元器件 第5章微波元器件 5.1连接匹配元件 52功率分配元器件 53微波谐振器件 5.4微波铁氧体器件 返回主目录

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 第5章 微波元器件 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 元器件,以实现信号产生、放大、调制、变频等。微波系统也 不例外地有各种无源、有源元器件,它们的功能是对微波信号 进行必要的处理或变换,它们是微波系统的重要组成部分。微 波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元 器件以及非线性元器件三大类

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 元器件, 以实现信号产生、放大、调制、变频等。微波系统也 不例外地有各种无源、有源元器件, 它们的功能是对微波信号 进行必要的处理或变换, 它们是微波系统的重要组成部分。 微 波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、 线性非互易元 器件以及非线性元器件三大类

第5章微波元器件 线性互易元器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,它主要包括各种微波连接匹配元件 功率分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等;线性非互 易元器件主要是指铁氧体器件,它的散射矩阵不对称但仍工作 在线性区域,主要包括隔离器、环行器等;非线性元器件能引 起频率的改变,从而实现放大、调制、变频等,主要包括微波 电子管、微波晶体管、微波固态谐振器、微波场效应管及微 波电真空器件等 微波元器件品种繁多,而且随着技术的进步不断出现新的 元器件,因此不能一一列举,本章从工程应用的角度出发,重点 介绍具有代表性的几组微波无源元器件,主要有:连接匹配元 件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件

第5章 微波元器件 线性互易元器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, 它主要包括各种微波连接匹配元件、 功率分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等; 线性非互 易元器件主要是指铁氧体器件, 它的散射矩阵不对称,但仍工作 在线性区域, 主要包括隔离器、环行器等; 非线性元器件能引 起频率的改变, 从而实现放大、调制、变频等, 主要包括微波 电子管、 微波晶体管、微波固态谐振器、 微波场效应管及微 波电真空器件等。 微波元器件品种繁多, 而且随着技术的进步不断出现新的 元器件, 因此不能一一列举, 本章从工程应用的角度出发, 重点 介绍具有代表性的几组微波无源元器件, 主要有：连接匹配元 件、 功率分配元器件、 微波谐振元件和微波铁氧体器件

第5章微波元器件 5.1连接匹配元件□ 微波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及 阻抗匹配元器件三大类。终端负载元件是连接在传输系统终端 实现终端短路、匹配或标准失配等功能的元件;微波连接元件 用以将作用不同的两个微波系统按一定要求连接起来,主要包 括波导接头、衰减器、相移器及转换接头等;阻抗匹配元器件 是用于调整传输系统与终端之间阻抗匹配的器件,主要包括螺 钉调配器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。下面分别 介绍这些元器件 1.终端负载元件 终端负载元件是典型的一端口互易元件,主要包括短路负 载、匹配负载和失配负载

第5章 微波元器件 5.1 微波连接匹配元件包括终端负载元件、 微波连接元件以及 阻抗匹配元器件三大类。终端负载元件是连接在传输系统终端 实现终端短路、匹配或标准失配等功能的元件; 微波连接元件 用以将作用不同的两个微波系统按一定要求连接起来,主要包 括波导接头、衰减器、相移器及转换接头等; 阻抗匹配元器件 是用于调整传输系统与终端之间阻抗匹配的器件, 主要包括螺 钉调配器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。 下面分别 介绍这些元器件。 1. 终端负载元件是典型的一端口互易元件, 主要包括短路负 载、匹配负载和失配负载

第5章微波元器件 1)短路负载 短路负载是实现微波系统短路的器件,对金属波导最方便 的短路负载是在波导终端接上一块金属片。但在实际微波系 统中往往需要改变终端短路面的位置,即需要一种可移动的短 路面,这就是短路活塞。短路活塞可分为接触式短路活塞和扼 流式短路活塞两种,前者已不太常用,下面介绍一下扼流式短路 活塞。应用于同轴线和波导的扼流式短路活塞如图5-1(a)、 (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, 而向波源方向移动入g2的距离

第5章 微波元器件 (1) 短路负载是实现微波系统短路的器件, 对金属波导最方便 的短路负载是在波导终端接上一块金属片。 但在实际微波系 统中往往需要改变终端短路面的位置, 即需要一种可移动的短 路面, 这就是短路活塞。短路活塞可分为接触式短路活塞和扼 流式短路活塞两种, 前者已不太常用, 下面介绍一下扼流式短路 活塞。 应用于同轴线和波导的扼流式短路活塞如图 5 - 1(a)、 (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λg4终端短路的传输线,bc段相当于λg4终端开路的传 输线,两段传输线之间串有电阻Rk,它是接触电阻,由等效电路 不难证明ab面上的输入阻抗为:Zab=0,即ab面上等效为短路 于是当活塞移动时实现了短路面的移动。扼流短路活塞的优 点是损耗小,而且驻波比可以大于100,但这种活塞频带较窄 般只有10%-15%的带宽。如图5-1(d)所示的是同轴S型扼 流短路活塞,它具有宽带特性

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 输线, 两段传输线之间串有电阻Rk, 它是接触电阻, 由等效电路 不难证明ab面上的输入阻抗为: Zab=0, 即ab面上等效为短路, 于是当活塞移动时实现了短路面的移动。扼流短路活塞的优 点是损耗小, 而且驻波比可以大于100, 但这种活塞频带较窄, 一般只有10%~15%的带宽。 如图 5 - 1(d)所示的是同轴S型扼 流短路活塞，它具有宽带特性

第5章微波元器件 (b) 有效短路面」 F111 PZZzzzm n s g 图 图5-1扼流短路活塞及其等效电路

第5章 微波元器件 图 5 – 1 扼流短路活塞及其等效电路

第5章微波元器件 (2)匹配负载 匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件 对波导来说,一般在一段终端短路的波导内放置一块或几块劈 形吸收片,用以实现小功率匹配负载,吸收片通常由介质片(如 陶瓷、胶木片等)涂以金属碎末或炭木制成。当吸收片平行地 放置在波导中电场最强处,在电场作用下吸收片强烈吸收微波 能量,使其反射变小。劈尖的长度越长吸收效果越好,匹配性能 越好,劈尖长度一般取λg2的整数倍。如图5-2(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5-2(b)、(c)所示;当功率很大时,还可 采用水负载,如图5-2(d)所示,由流动的水将热量带走

第5章 微波元器件 (2) 匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件。 对波导来说, 一般在一段终端短路的波导内放置一块或几块劈 形吸收片, 用以实现小功率匹配负载, 吸收片通常由介质片（如 陶瓷、胶木片等）涂以金属碎末或炭木制成。 当吸收片平行地 放置在波导中电场最强处, 在电场作用下吸收片强烈吸收微波 能量, 使其反射变小。劈尖的长度越长吸收效果越好, 匹配性能 越好, 劈尖长度一般取λg/2的整数倍。 如图 5 - 2(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 - 2(b)、(c)所示; 当功率很大时, 还可 采用水负载， 如图 5 - 2(d)所示, 由流动的水将热量带走

第5章微波元器件 散热片法兰盘 吸收材 (a) 劈形玻璃容器 吸收材料 内导体 (e) 内导体 ( 图5-2各种匹配负载

第5章 微波元器件 图 5 – 2 各种匹配负载 散热片 法兰盘 吸收材料 (a) (b) (c) 劈形玻璃容器 (d ) 吸收材料 内导体 (e) 内导体 ( f ) (g)

第5章微波元器件 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5-2(e)、(所示。微带匹配负载 般用半圆形的电阻作为吸收体,如图5-2(g所示,这种负载 不仅频带宽,而且功率容量大 (3)失配负载 失配负载既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率 而且一般制成一定大小驻波的标准失配负载,主要用于微波测 量。失配负载和匹配负载的制作相似,只是尺寸略微改变了 下,使之和原传输系统失配。比如波导失配负载,就是将匹配 负载的波导窄边b制作成与标准波导窄边b不一样,使之有一定 的反射。设驻波比为p,则有

第5章 微波元器件 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 - 2(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 - 2(g)所示, 这种负载 不仅频带宽，而且功率容量大。 (3) 失配负载既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率, 而且一般制成一定大小驻波的标准失配负载, 主要用于微波测 量。失配负载和匹配负载的制作相似, 只是尺寸略微改变了一 下, 使之和原传输系统失配。 比如波导失配负载，就是将匹配 负载的波导窄边b制作成与标准波导窄边b0不一样, 使之有一定 的反射。设驻波比为ρ