李爱凤《微波技术精品教学》第5章1 1.pptVIP

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 习 题 1. 终端负载元件 (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λg/2的距离。 5.1 连接匹配元件 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。 图 5 – 1 扼流短路活塞及其等效电路 (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。 图 5 – 2 各种匹配负载 (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, 则有 例如: 3 cm的波段标准波导BJ-100的窄边为10.16 mm, 若要求驻波比为1.1和1.2, 则失配负载的窄边分别为9.236 mm和8.407 mm。 (5-1-1) 2. 微波连接元件 微波连接元件是二端口互易元件, 主要包括: 波导接头、 衰减器、相移器、转换接头。  (1) 波导接头 波导管一般采用法兰盘连接, 可分为平法兰接头和扼流法兰接头, 分别如图 5 - 3(a)、 (b)所示。平法兰接头的特点是: 加工方便, 体积小, 频带宽, 其驻波比可以做到1.002以下, 但要求接触表面光洁度较高。 图 5 – 3 波导法兰接头 扼流法兰接头由一个刻有扼流槽的法兰和一个平法兰对接而成, 扼流法兰接头的特点是: 功率容量大, 接触表面光洁度要求不高, 但工作频带较窄, 驻波比的典型值是1.02。因此平接头常用低功率、宽频带场合，而扼流接头一般用于高功率、窄频带场合。  波导连接头除了法兰接头之外, 还有各种扭转和弯曲元件(如图 5-4 所示)以满足不同的需要。当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时，用波导扭转元件; 当需要改变电磁波的方向时，可用波导弯曲。波导弯曲可分为E面弯曲和H面弯曲。 为了使反射最小, 扭转长度应为(2n+1)λg/4, E面波导弯曲的曲率半径应满足R≥1.5b, H面弯曲的曲率半径应满足R≥1.5a。  图 5 – 4 波导扭转与弯曲元件 (2) 衰减元件和相移元件 衰减元件和相移元件用来改变导行系统中电磁波的幅度和相位。 对于理想的衰减器，其散射矩阵应为 衰减器的种类很多, 最常用的是吸收式衰减器, 它是在一段矩形波导中平行于电场方向放置吸收片而构成, 有固定式和可变式两种， 分别如图 5 - 5(a)、 (b)所示