第5章 微波元件.ppt

5―1 引言 ? 微波元件的分类: 一、按传输线型式：波导型、同轴型和微带型等; 二、按功能：连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等。 三、谐振窗 图5―2―3给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。即在横向金属膜片上开有一个小窗,故称为谐振窗。 四、销钉 在矩形波导中采用一根或多根垂直对穿波导宽壁的金属圆棒,称为电感销钉,其结构和等效电路如图5―2―4所示。 五、 螺钉 螺钉插入波导的深度可以调节，电纳的性质和大小可随之改变，使用方便，是小功率微波设备中常采用的调谐和匹配元件。 六、波导的T形接头 在微波系统中,常需要把一路的电磁能量变为二路或更多路,则就要用到波导的T形接头。 矩形波导中常用的T形接头有E―T接头和H―T接头两种,分别如图 (a)和(b)所示。 ? 1. E―T接头 把主波导的两臂分别称①和②端口, 且①和②对称；分支臂称为③端口。 E―T接头具有下列特性: (1)当TE10模信号从③端口输入时,则①和②端口等幅反相输出。 (2)当TE10模信号从①和②端口等幅同相输入时,则③端口无输出; (3)当TE10模信号从①和②端口等幅反相输入时,则③端口输出最大。 2. H―T接头 同样把主波导两个臂分别称为①和②端口, ①和②端口对称；分支称为④端口, 其工作特性: (1)当TE10模信号从④端口输入时,则①和②端口等幅同相输出。 (2)当TE10模信号从①和②端口等幅同相输入时,则④端口有输出; (3)当TE10模信号从①和②端口等幅反相输入时,则④端口无输出。 ? H―T接头与E―T接头情况不同,主波导宽壁电流被分支分流,因此H―T接头的H臂相当于并接在传输线中的电抗,同样调节H臂中的短路活塞的位置就可改变并接电抗的大小。 5―3 微波连接元件和终接元件 ? 一 、连接元件 接头： 在微波技术中,把相同传输线连接在一起的装置 常用的接头有同轴接头和波导接头两种。 转接元件（转换器或模式变换器）：把不同类型的传输线连接在一起的装置。 最常用的有同轴线和波导，同轴线和微带线，波导和微带线间的转接元件。 (一) 接头 对接头的基本要求是: 连接点接触可靠; 不引起电磁波的反射, 输入驻波比尽可能小,一般在1.2以下; 工作频带要宽; 电磁能量不会泄漏到接头外面; 而且结构要牢靠,装拆方便,容易加工等。 (二) 转接元件 在将不同类型的传输线或元件连接时,不仅要考虑阻抗匹配,而且还应该考虑模式的变换。下面介绍几种转接元件。 1.同轴线―波导转接器 它将同轴线的一端加信号,另一端的内导体伸入矩形波导内,则同轴线中TEM模就会激励起矩形波导中TE10模,反之亦然。这样实现了模式变换。为了要使同轴线与波导相匹配,要调节同轴线的内导体插入波导的深度h,偏心距d。 2.波导―微带转接器 由于矩形波导的等效阻抗通常在300Ω?400Ω之间,而微带线特性阻抗一般为50Ω;而且矩形波导的高度b又比微带线衬底高度h大得多,因此两种传输线不能直接相接,常在波导和微带线之间加一段脊波导过渡段来实现阻抗匹配。图5―3―3(a)和(b)分别表示脊波导高度是渐变和阶梯变化的过渡段的转接器。 3. 同轴线―微带转接器 图5―3―4(a)和(b)表示常用的同轴线与微带的转接器的结构示意图。将同轴线的内导体向外延伸一小段(长度约为1?2mm)与微带线中心导带搭接,同轴线的外导体与微带线的接地平面相连的外壳通过法兰相连,这种接头根据报导,在10GHz以下的频率范围内,可得到小于1.15的驻波比,在一般工程中应用得到满意的结果。 4. 矩形波导―圆波导模式变换器 矩形波导——圆波导模式变换器,大多采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换。图5―3―5给出了矩形波导中TE10模变换到圆波导中TE11模的变换器,即 二 、终接元件 ? 常用的终接元件有匹配负载和短路器两种。匹配负载和短路器都属于一端口的网络,但它们的功能绝然不同。 匹配负载是将所有的电磁能量全部吸收而无反射(ρ=1,Γ=0); 而短路负载是将所有的电磁能量全部反射回去,一点能量也不吸收(ρ=∞,Γ=1) (一) 全匹配负载 全匹配负载是接在传输系统终端的单端口微波元件,它能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。因此当需要在传输系统中建立行波状态时,都要用到匹配负载。 (二) 短路负载