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第六章-常用微波元件幻灯片

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六常用微波元PPT课件

六常用微波元PPT课件

5-5 阻抗变换器
为了消除不良反射现象，可在其间接入一阻抗变换器，以获得良好的匹 配。
常用的阻抗变换器有两种：一种是由四分之一波长传输线段构成的阶 梯阻抗变换器(包括单节和多节)；另一种是渐变线阻抗变换器。
一、单节/4阻抗变换器
如右图所示，若主传输线的特性 阻抗为Z0，终端接一纯电阻性负 载ZL ，但ZL Z0，则可以在传输 线与负c

Zc
5-4 衰减器和移相器
衰减器和移相器均属于二端口网络。 衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减； 移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移，微波能量可 无衰减地通过。
一、衰减器 理想的衰减器应是只有衰减而无相移的二端口网络，其散射矩 阵为
0 el
S el
（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。
1、同轴线波导转换器 连接同轴线与波导的元件，称为同轴线波导转换器，其结构如图所示。
2、波导微带转接器 通常在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段来实现阻抗匹配。
3、 同轴线微带转接器
Z01、长度l=p0/4的传输线段来实
现匹配。
设此时T0面上的反射系数为，则

ZL Z0
ZL Z0 2 j Z0ZL tg l
上式取模为

1
1


2 Z
L
Z0
ZL Z0
2 1 2
sec

在中心频率附近，上式可近似为
Z L Z0 cos
2 Z0ZL
当 = 0时，此时反射系数的模达到最大值，随 变化的曲线，如图所示。 随 (或频率)作周期变化，周期为。如果设 为反射系数模的最大容许值， 则由/4阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的频率范围。由于当

常见微波元件PPT课件

常见微波元件PPT课件
• 尖劈形吸收体——小功率 • 楔形吸收体——大功率
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功 率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口 配置了一个50 欧姆的匹配 负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求： 保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应 产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后 ；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体 电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴 线内导体的直径的选取与微 带线的特性阻抗有关，通常 使内导体直径等于微带线宽 度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同 相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口 输出最大

第六章-常用微波元件2PPT课件

第六章-常用微波元件2PPT课件

.
4
对于波导的T形接头，我们把主波导的两臂分别称为1和2端口，分 支臂称为3端口。分析波导的T形接头的工作特性，可利用波导中 TE10模的电场分布来分析。E-T接头和H-T接头中TE10模的电场分布 分别如图所示。
.
5
E-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅反相输出，用散射参量表示则有： S13 = -S23；
当l=lg/2时，波由A点经 短路器的反射回至A点所 走过的路程为2l= lg，由 路程所提相位差为2，加 上短路反射所得相位差， 因此，当波回A点时与1端 口的入射波为反相，因此， 3端口的输出为最大功率。
.
l
A
10
• 一波导匹配双T，其③端口为E臂，④端
口为H臂，若③端口输入功率为p，则①
端口输出功率为
的信号为差信号；如
果反射波与1端口的
l
信号反相时，3端口
输出为最大。
.
9
又由于短路器的反射系数为-1，即有的相位差。
当l=lg/4时，波由A点经短路器的反射回至A点所走过 的路程为2l= lg/2，由路程所提相位差为，加上短路反射 所得相位差，因此，当波回A点时与1端口的入射波为同 相，因此，3端口的输出为最小功率。
(2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22；
(3) 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口无输出，此时对称面为电场的波腹 点；反过来，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口输出最大，此时对称面为 电场的波节点。
H-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅同相相输出，用散射参量表示则有： S13 = S23；
(2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22；

第6章微波谐振器-PPT精品文档

第6章微波谐振器-PPT精品文档
(c)
Microwave Technique
f 0
d ,N连续
(d )
f 0
d (e)
6.1 串联和并联谐振电路
6.1.1串联谐振电路
谐振时 Zin R
0
1 LC
Q0L 1 R 0RC
Figure 6.1 A series RLC resonator and its response. (a) The series RLC circuit. (b) The input impedance magnitude versus frequency.
在其上呈驻波分布，即电磁能量不能传输，只能来回振荡。因此微 波谐振器是具有储能与选频特性的微波元件。
Microwave Technique
引言
LC谐振器的作用
低频…
谐振腔的作用
微波…
LC谐振器在微波频段的缺点：
a. 尺寸变小，储能空间小，容量低；
b. 损耗增加：辐射损耗、欧姆损耗及介质热损耗增大， 品质因数低，频率选择性差 。
微波屏蔽腔的谐振频率
Microwave Technique
微波屏蔽腔的谐振频率
Microwave Technique
Microwave Technique
Microwave Technique
6.4 圆波导谐振腔
概述：圆柱谐振腔是由一段长度为l， 两端短路的圆波导构成，其圆柱腔半 径为R。圆柱腔中场分布分析方法和 谐振波长的计算与矩形腔相同。
6.2.2
6.2 传输线谐振器
Microwave Technique
6.2.3
6.2 传输线谐振器
Microwave Technique

《微波元器件介绍》课件

《微波元器件介绍》课件
《微波元器件介绍》PPT 课件
微波元器件是通信和雷达等领域中的重要组成部分。本课件将介绍微波元器 件的应用、分类、选型原则、关键技术以及发展趋势。
1. 简介
微波元器件是用于处理和传输微波信号的电子器件。广泛应用于通信、雷达、 卫星通信、无线电天线和导航系统等领域。
• 什么是微波元器件 • 微波元器件的应用领域 • 微波元器件的分类
2. 常见的微波元器件
射频开关
通过控制电路的开关状态，实现对微波信号 的开关和切换，广泛应用于无线通信和雷达 系统。
耦合器
用于将微波信号从一个端口耦合到另一个端 口，常用于功率分配和天线系统。
功分器
将输入的微波信号均匀分配到多个输出端口， 常用于通信和雷达系统中的功率分配。
衰减器
用于减小微波信号的功率，常用于信号衰减 和匹配。
材料科学的进步将推动微波元器件的
设计优化与仿真技术应用
4
发展。
设计优化和仿真技术的应用将提高微 波元器件的性能和效率。
6. 总结
微波元器件在通信和雷达等领域中起着重要作用。随着技术的发展，微波元器件将继续提高集成度和性 能，推动通信技术的发展。 谢谢观看。
3.Байду номын сангаас微波元器件的选型原则
1 频率范围
选择适合所需频率范围的微波元器件。
3 功率处理能力
选择能够处理所需功率的微波元器件。
2 带宽与损耗
考虑微波元器件的带宽和损耗，确保符合 系统要求。
4 稳定性与可靠性
考虑微波元器件的稳定性和可靠性，确保 长期运行稳定。
4. 微波元器件的关键技术
封装与加工工艺
微波元器件的封装和加工工 艺需要考虑对微波信号的影 响。
材料选择与制备

微波无源器件

微波无源器件

第6章微波无源器件微波器件有源器件:无源器件:放大器、混频器、倍频器…基本元件（R、C、L）、阻抗变换器、定向耦合器、功率分配器、环行器…波导型同轴型微带型微波元件6.1 微波基本元件v6.1.1 微带基本元件一、集总参数元件(l <<λ)微带线1、电阻用钽（tan)、镍、铬合金材料蒸发在基片上，两端由微带引出2、电容6.1 微波基本元件v 6.1.1 微带基本元件一、集总参数元件(l <<λ)二、半集总参数元件(l 与λ接近) 6.1 微波基本元件v 6.1.2 波导基本元件≈b dY b B c g 2csc ln 4πλ1、膜片a 、电容膜片：b 、电感膜片−≈a d Y a B c g 22πλctg 谐振窗2、螺钉 6.1 微波基本元件v 6.1.2 波导基本元件3、终端负载(一) 匹配负载吸收入射波的全部功率。

使传输线工作于行波状态。

对匹配负载的基本要求是：（1）有较宽的工作频带，（2) 输入驻波比小和一定的功率容量。

Z L =Z c0==Γc in Z Z 作用: 6.1 微波基本元件v 6.1.2 波导基本元件3、终端负载(一) 匹配负载吸收入射波的全部功率。

使传输线工作于行波状态。

对匹配负载的基本要求是：（1）有较宽的工作频带，（2) 输入驻波比小和一定的功率容量。

Z L =Z c0==Γc in Z Z 作用:(二）短路负载作用:将电磁能量全部反射回去。

Z L =0l tg jZ Z c in β=6.1 微波基本元件v 6.1.2 波导基本元件3、终端负载抗流式(二）短路负载作用:将电磁能量全部反射回去。

Z L =0l tg jZ Z c in β=v 6.1.4 波型与极化变换器6.1 微波基本元件1．方-圆变换器2．线-圆极化变换器v 6.1.5 衰减器和相移器6.1 微波基本元件1、衰减器理想的衰减器应是只有衰减而无相移的二端口网络，其散射矩阵为[]S e e l l =−−00αα衰减器的衰减量表示为：oi A P PL log 10=截止式v 6.1.5 衰减器和相移器6.1 微波基本元件2、相移器移相器是对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件，它是一个无反射、无衰减的二端口网络。

微波技术 第六章 微波元件

第六章微波元件§6-1 引言在微波系统中，实现对微波信号的定向传输、衰减、隔离、滤波、相位控制、波型与极化变换、阻抗变换与调配等功能作用的，统称为微波元（器）件。

微波元件的型式和种类很多，其中有些与低频元件的作用相似。

如在波导横截面中插入金属膜片或销钉，起类似低频中的电感、电容的作用；沿波导轴线放置适当长度的吸收片，可以起消耗电磁能量的作用，相当于低频中的衰减器；在E面或H面使波导分支，可以起类似于低频中的串联、并联作用，等等。

将若干微导元件组合起来，可以得到各种重要组件。

如在波导中将膜片或销钉放在适当位置，可以构成谐振腔；由适当组合的谐振腔，可以得到不同要求的微波滤波器等等。

但是，有不少微波元件在低频电路中是没有的。

如滤除寄生波的滤除器，波型变换器，极化变换器等。

由于微波属于分布参数系统，因此绝大多数现波元件的分析和设计问题，严格地讲是一个过错整流器的电磁场边值问题。

由于边界条件比较复杂，利用场的方法进行分析，涉及到复杂的电磁理论和应用数学问题，因此是十分繁难的。

只有少数几何形状比较简单的元件才能利用该方法进行严格的求解。

目前，最切实际的方法是以场的物理概念作指导，采用网络的方法（即等效电路法），场、路结合进行分析和综合，最后将所得结果用场结构元件去模拟。

所以，等效电路法是研究微波元件的基本方法。

微波系统是由许多元件和均匀传输线组成的，应力求做到在连接外没有反射，亦即处于阻抗匹配状态。

由于微波元件种类繁多，本章不可能全部涉及，只能选择其中最主要的，作以较详细的论述。

§6-2 终端负载终端我载是一种单口元件。

常用的终端负载有两类，一类是匹配负载，一类是可变短路器。

这些终端装置广泛地用于实验室，以测量微波元件的阻抗和散射参量。

匹配负载是用来全部吸收入射波功率，保证传输系统的终端不产生反射的终端装置，它相当于终接特性阻抗的线。

可变短路器是一种可调整的电抗性负载，是用来把入射波功率全部反射的终端装置。

第六章微波振荡器


振荡器:
主要内容
负阻二极管与振荡晶体管 负阻振荡器的一般理论 负阻振荡器电路 微波晶体管振荡器
§6.1 引 言
振荡器主要分类 1）二极管振荡器——高振荡频率（100GHz/100mW，
400GHz/150GHz）
A、碰撞雪崩渡越时间（IMPATT）二极管——高功率、高效率(15%)； B、转移电子器件（Gunn）二极管——低相位噪声(150GHz)；
点，而当引起偏离的因素消失后，振荡器仍能恢复 到原来的状态。
判别方法： sin(θ + Θ ) > 0
jx
or
α = θ + Θ < 180 o
Z(ω)
α θ
ZD(I)
H
(I0,ω0)
稳定工作点的图示判别法
R
调谐的滞后特性——多调谐回路
Z (ω)
P1
Pc
Pa
Z D (I )
Pb P'b
P'd
Pd M
负阻振荡器平衡条件
− 对于宽频带负阻振荡器，Z ( I ) = − R ( I ) + jX ( I ) 将是 与频率有关的函数，即− Z ( I , ω ) = − R ( I , ω ) + jX ( I , ω ) ， 则要求设计一个网络，使其阻抗满足平衡条 件，这将变成一个对负阻的宽带匹配问题。振 荡平衡用复平面上的图解表示见下图。
（也可先混频在中频鉴相或采用取样锁相）
外腔稳频振荡器电路
A 调谐螺钉 1 加偏置
A 高 Q 稳频腔 B
λg
4 雪崩管 变换段
雪崩管
匹配 终端
1 1′ 输出 l A′ B′ 阻抗变换段
A′

微波技术-第6章常用微波元件

第六章 常用微波元件
§6.1
§6.2 §6.3 §6.4
一端口元件
二端口元件 三端口元件 四端口元件
§6.1 一端口元件
短路负载 一端口元件 匹配负载 单端口部件
一端口散射参量：
Z Z0 S11 Z Z0
1 ．短路负载
短路器，可调短路活塞。 Z L 0 要求： 1）保证接触处的损耗小， 1 ； 2）当活塞移动时，接触损耗变化小； 3）大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。 可用为调配器、纯电抗元件。 输入阻抗：
a. 单孔耦合器
单孔耦合器。为获得定向性，该单孔需用开在两个矩 形波导的公共宽壁上。 在制造和应用上都有缺点，较少采用。
b. 波导双孔定向耦合器
公共宽臂（或窄臂）上相距 g 0 / 4 的双孔耦合器。如图：
设电磁波由端口①输入，大部分波向端口②传输，一部分 波通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距 g 0 / 4 ，结 果在端口③方向的波相位同相而增强，在端口④方向则因 相位反相而相互抵消。
2 2
S12 S 22 1
2 2
1、连接元件
3、相移与衰减元件
2、匹配元件
4、波型变换元件
1.
连接元件
连接元件的作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。
波导平法兰接头 特点：体积小，频带宽 加工方便， 接触表面光洁度较高
波导扼流法兰接头 特点：功率容量大， 频带较窄， 接触表面光洁度要求不高
4．波型变换元件
导行系统的主模不同，因此从一种模式过渡到另一模 式 的电磁波需使用波型变换元件。 设计的一般原则是抑制杂模的产生和阻抗匹配。 同轴—矩形波导过渡器 （要求在20%带宽内，
驻波比小于1.1）。

微波多媒体课件


(2)
定义:
Q0
Q01
0
0
W储 W腔耗
W储 W孔耗1
(3) (4) (5)
Q02 0
W储 W孔耗 2

则(2)变为
Q0 Q0 1 1 1 1 1 1 QL Q0 Q01 Q02 Q0 Q01 Q02
(6)
定义:
1
Q0 Q01 ,
基本元件
晶体检波器
检波晶体将微波信号转换成直流信号来检测。从波导 宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管 进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微 波的波腹点，以获得最高的检波效率。通常还配有三 个调节螺丝，用来改变检波器同波导的匹配。
基本元件
驻波测量线
测量微波传输系统中电场的 强弱布的精密仪器。在波导 中的宽边中央开有一个狭槽， 金属探针经狭槽伸入波导中。 由于探针与电场平行，电场 的变化在探针上感应出的电 动势经过晶体检波器变成电 流信号输出。探针可沿波导 移动，则输出信号显示出波 导中电场沿传播方向的变化。
<1>用途
1.作为储存微电磁能量和具有谐振特性的振荡回路。例如微波测量系 统中常用的空腔波长计和反射式速调管中的谐振腔等。 2.提供一个电场或磁场集中的区域，以便电 磁场和物质相互作用。例
如在铁磁共振实验中的矩形谐振腔等。
<2>矩形谐振腔
谐振条件：
谐振频率：
l P
f0
g
2
0
C
<3>品质因数Q
（如图所示）给出进行相对功率测量的线路，用它来测量微波器件的插 入损耗A。如果检波晶体是平方律检波，则它的检波电流即表示相对功 率。在微波器件未插入前，调节测量线路使系统的驻波比 1.10 ，改 变衰减器的衰减量，使晶体管的检波电流为（例如 I 0 =100），则微波 器件的插入损耗为： I (10) A in 10 log 10 0 I1
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当l=lg/2时，波由A点 经短路器的反射回至A点 所走过的路程为2l= lg， 由路程所提相位差为2， 加上短路反射所得相位差 ，因此，当波回A点时与 1端口的入射波为反相， 因此，3端口的输出为最 大功率。
l
A
10
• 一波导匹配双T，其③端口为E臂，④端
口为H臂，若③端口输入功率为p，则①
端口输出功率为
(3) 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口无输出，此时对称面为电场的波腹 点；反过来，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口输出最大，此时对称面为 电场的波节点。
H-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅同相相输出，用散射参量表示则有： S13 = S23； (2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22；
Y0
1
Z0
R2 Z022
R3 Z023
如以输入电阻表示功率比，则
P2 Zin3 R2 Z023 1 P3 Zin2 Z022 R3 k2
可解得
Z02Z0 k1k2
1 k2
Z03 Z0
k3
3
一、波导的T形接头
6-8 波导匹配双T
矩形波导的T形接头有E-T接头和H-T接头两种，如图所示。其中E-T 接头的分支波导宽面与主波导中TE10模的电场所在平面平行；H-T接头 的分支波导的宽面与主波导中TE10模的磁场所在的平面平行。
S11 [S] S12
SS1143
S12 S11 S13 S14
S13 S13 S33
0
S14
S14
0
S44
7
对于普通的双T接头，由于连接处结构突变，即使双T各臂均接匹配 负载，接头处也会产生反射，为了消除反射，通常在接头处加入匹 配元件(如螺钉、膜片或锥体等)，就可以得到匹配的双T，它具有下 列重要性质：
(3) 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口输出最大，此时，3端口对称面处 为电场波腹点；反之，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口无输出，3端口对 称面处为电场波节点。
6
二、 普通双T和匹配双T
将具有共同对称面的E-T接头 和H-T接头组合起来，即构成 普通双T接头，如右图所示。
双T接头可等效为一个可逆无耗四端口网络，其散射参量矩 阵为
；若①端口理
想短路，②端口理想匹配，则④端口输
出功率为。116-9 微波滤波器微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。 微波滤波器按作用分类，可划分为低通、高通、带通和带阻等四 种类型的滤波器，如下图所示。
12
为了描述滤波器的滤波特性，一般常用的是插入衰减随频 率变化的曲线。插入衰减的定义为
0 0 1 1
[S] 1 0 0 1 1
2 1 1 0 0
1 1 0 0
8
8-18 如图所示E-T分支，其臂2接短路活塞，请问
短路活塞与对称中心平面的距离l为多少时， 臂3的负载得到最大功率或最小功率？
解：
2端口输出的信号经 短路器全部反射回来。
当第二个端口的反射
信号与1端口的信号
同相时，3端口输出
1 k2
则
U22 k 2 U32
2R2
2R3
2
按条件(3)，由上式可得 R2 k2R3
若取 R2 kZ0 ，则 R3Z0 k
由条件(2)，即1端口无反射，所以要求由Zin2与Zin3并联而成的总 输入阻抗等于Z0。由于在中心频率 = /2，Zin2= Z022/R2 ，Zin3= Z032/R3为纯电阻，则
6-7 微带功分器
定向耦合器的结构较复杂，成本也较高，在单纯进行功率分配的情 况下，用得并不多，通常用功分器来完成。大功率微波功分器采用波导 或同轴线结构，中小功率则采用带状线或微带线结构。
右图是微带三端口功分器原理图。 信号由1端口(所接传输线的特性
阻抗为Z0)输入，分别经过特性阻 抗为Z02、Z03的两段微带线从2和3 端口输出，负载电阻分别为R2及 R3。两段传输线在中心频率时电 长度均为 = /2，它们之间没有
LA
10log
Pi PL
式中Pi为滤波器所接信号源的最大输出功率，PL为滤波器的负
载吸收功率。
微波滤波器的主要技术指标有：工作频带的中心频率、带宽、 通带内允许的最大衰减、阻带内允许的最小衰减、阻带向通带过 渡时的陡度和通带内群时延的变化等。
13
14
19
的信号为差信号；如
果反射波与1端口的
l
信号反相时，3端口
输出为最大。
9
又由于短路器的反射系数为-1，即有的相位差。
当l=lg/4时，波由A点经短路器的反射回至A点所走过 的路程为2l= lg/2，由路程所提相位差为，加上短路反射 所得相位差，因此，当波回A点时与1端口的入射波为同 相，因此，3端口的输出为最小功率。
(1) 匹配特性：在理想情况下，它的四个端口是完全匹配的，只要1和2端口能 调到匹配，3和4端口一定匹配，即S11=S22=S33=S44=0 ；
(2) 隔离特性：当3和4端口具有隔离特性时，即S34=S43=0，则1和2端口也具有隔 离特性，即S12=S21=0；
(3) 平分特性：当信号由3端口输入时，则反相等分给1和2端口，即S13 = -S23； 当信号由4端口输入时，同相等分给1和2端口，即S14 = S24；当信号由1端口输入 时，则同相等分给3和4端口，即S31 = S41；当信号由2端口输入时，则反相等分 给3和4端口，即S32 = -S42。故匹配双T的散射参量矩阵为
4
对于波导的T形接头，我们把主波导的两臂分别称为1和2端口，分 支臂称为3端口。分析波导的T形接头的工作特性，可利用波导中 TE10模的电场分布来分析。E-T接头和H-T接头中TE10模的电场分布 分别如图所示。
5
E-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅反相输出，用散射参量表示则有： S13 = -S23； (2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22；
耦合。
微带三端口功分器原理图
1
功分器应满足下列条件： (1) 2端口与3端口的输出功率比可为任意指定值； (2) 1端口无反射； (3) 2端口与3端口的输出电压等幅、同相。
由于2端口、3端口的输出功率与输出电压的关系分别为
P2
U
2 2
2R2
P3
U
2 3
2R3
如由条件(1)要求输出功率比为
P2 P3