微波元件

行波管返波管行波管和返波管是无线通信领域中常见的两种微波元件。

它们在信号传输过程中扮演着重要的角色。

本文将分别介绍行波管和返波管的工作原理、结构和应用。

一、行波管（Traveling Wave Tube，TWT）行波管是一种利用电子束与微波场相互作用来放大和调制微波信号的高频电子器件。

行波管具有以下特点：1.结构：行波管主要由电子枪、动平衡聚束系统、微波交往管、放大器和收集极等组成。

其中，电子枪产生束流，微波交往管提供微波信号，放大器使信号得以放大，收集极收集电子流。

2.工作原理：行波管的工作原理是利用电子注与螺旋线之间的相互作用来放大微波信号。

当电子注与螺旋线内的微波场发生相互作用时，电子注的能量将被微波信号所调整，从而实现对微波信号的放大。

3.特点：行波管具有宽工作频率范围、高功率放大和宽动态范围的优势，特别适用于带宽较大、频率稳定的高频信号放大和调制等应用场合。

行波管的主要应用领域包括通信、雷达和卫星通信等。

在通信领域，行波管被广泛应用于宽带多路复用器、卫星通信地面站和微波电子对抗等系统中。

在雷达系统中，行波管被用来实现雷达信号的放大和调制。

行波管还可以用于实验研究和科学仪器等领域。

二、返波管（Twice Reflected Waveguide）返波管是一种通过微波信号的反射来实现相位延迟和放大的高频电子器件。

返波管具有以下特点：1.结构：返波管主要由螺旋槽、制冷片、终端圆盘等构成。

其中，螺旋槽用于反射微波信号，制冷片用于散热，终端圆盘用于控制微波信号的功率。

2.工作原理：返波管通过螺旋槽的反射作用来实现相位延迟和功率的放大。

当微波信号通过螺旋槽时，会反射多次，从而使信号的相位与幅度得到调整。

3.特点：返波管具有宽带宽、低信号失真和高功率输出等优势，特别适用于相位延迟和功率放大等应用场合。

返波管的主要应用领域包括通信、雷达和卫星通信等。

在通信领域，返波管常常用于宽带通信系统中，可以提供稳定的相位延迟和高功率输出。

微波芯片元器件等级标准
微波芯片电容器和薄膜电路等作为微波高频领域的关键电子元器件产品仍处于国外厂商占据主导地位的市场格局。

受复杂多变的国际政治经济环境影响，部分国家采取技术封锁、出口管制、贸易制裁等手段限制我国高端制造业和高新技术产业的发展，在关键电子元器件上实现自主可控、提高电子元器件的国产化率，成为相关行业迫切需要解决的问题。

具体来说，微波芯片电容器产品的销售金额在国内市场内资企业排名第二，亦是具有薄膜电路、薄膜无源集成器件规模量产能力的供应商之一，部分产品已在国防重大装备或国家航空航天重点工程中应用。

因此，发行人通过独立上市，可以较快扩大市场知名度，增强发行人的行业地位和综合竞争能力，为加快关键电子元器件的国产化替代进程做出应有的贡献。

因此，在微波芯片元器件等级标准上，由于国内市场尚处于发展阶段，标准可能尚未完全统一。

不过，随着国内技术的不断发展，以及国家对高新技术产业的支持，相信未来微波芯片元器件等级标准会逐渐完善和统一。

实验⼆微波元件特性参数测量实验报告微波技术基础实验实验名称：微波元件特性参数测量班级：通信学号：U2013姓名：2016年3⽉31⽇⼀实验⽬的1、掌握利⽤⽮量⽹络分析仪扫频测量微带谐振器Q 值的⽅法。

2、学会使⽤⽮量⽹络分析仪测量微波定向耦合器的特性参数。

3、掌握使⽤⽮量⽹络分析仪测试微波功率分配器传输特性的⽅法。

⼆实验原理1. 微波谐振腔Q 值的测量品质因数Q 是表征微波谐振系统的⼀个重要的技术参量，品质因素Q 描述了谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度。

它定义为0022T ll W W W Q W PT P ππω=== 其中l P 为腔的平均损耗功率，W 为腔内的储能。

品质因素Q 的测量⽅法很多，例如：功率传输法、功率反射法、阻抗法等等，通常可根据待测谐振腔Q 值的⼤⼩、外界电路耦合的程度及要求的精度等，选⽤不同的测量⽅法。

本实验主要运⽤扫频功率传输法来测量微带谐振器的Q 值。

功率传输法是根据谐振腔的功率传输特性来确定它的Q 值。

图2-1表⽰测量谐振腔功率特性的⽅框图。

图2-1 测量谐振腔功率传输特性的⽅框图当微波振荡源的频率逐渐改变时，由于谐振腔的特性，传输到负载的功率将随着改变，它与频率的关系曲线如图2-2所⽰。

图2-2 谐振腔传输功率与频率的关系曲线根据功率传输法测量谐振腔的等效电路可推得，谐振腔两端同时接有匹配微波源和匹配负载时的有载品质因数为0021L f fQ f f f==-?（2-1）式（2-1）中0f 为谐振腔的谐振频率，1f 、2f 是传输功率2P ⾃最⼤值下降到⼀半时的“半功率点”的频率。

2f 与1f 之间的差值f ?为谐振频率的通频带。

2.微波定向耦合器2.1 ⼯作原理与特性参数定向耦合器是⼀种有⽅向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带线等⼏种类型。

理想的定向耦合器⼀般为互易⽆损四⼝⽹络，如图2-3所⽰。

定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过⼩孔或间隙等耦合机构，将⼀部分功率耦合到副线中去，由于波的⼲涉和叠加，使功率仅沿副线中的⼀个⽅向传输（称正⽅向），⽽在另⼀个⽅向⼏乎没有或极少功率传输（称反⽅向）。

微波器件原理与芯片设计方法1. 微波器件原理：微波器件是一种用于发射、接收和处理微波信号的设备。

它们利用微波频率范围内的电磁波进行信号传输和处理。

其中一些常见的微波器件包括微波天线、微波变压器、微波滤波器、微波隔离器等。

2. 微波器件的工作原理是基于微波电磁波与器件内部结构之间的相互作用。

微波天线通过与电磁波的相互作用来收集和辐射微波信号。

微波滤波器则利用滤波器中的微波波导和谐振结构实现对特定频率的信号的选择性传输。

3. 微波器件的芯片设计方法包括射频（RF）电路设计和微波波导结构设计。

射频电路设计主要涉及微波信号的放大、调制和混频等。

微波波导结构设计则包括天线阵列的设计、滤波器的设计等。

4. 在微波器件的芯片设计中，需要考虑到器件的工作频率范围、功率传输损耗、阻抗匹配和稳定性等因素。

对于高功率微波器件，需要设计合适的冷却结构以避免过热。

5. 微波器件的芯片设计需要使用专门的电磁仿真软件，例如ADS、HFSS等。

这些软件允许设计师模拟和优化微波器件的性能。

6. 在芯片设计过程中，需要考虑到微波器件布局的紧凑性和封装布局的可靠性。

布局要考虑到微波信号的传输路径和器件之间的相互影响。

7. 微波器件的芯片设计还需要考虑到射频电磁波的传播特性，以避免信号的传输损耗和干扰。

8. 微波器件的芯片设计常常需要进行多次模拟和优化。

设计师需要通过改变器件的尺寸、材料以及层次结构等参数来优化器件的性能。

9. 微波器件的芯片设计方法还需要考虑到微波电路元件的制造技术。

不同的制造工艺可以有效地影响微波器件的性能。

10. 微波器件芯片设计的性能评估可以通过实际测试和仿真结果进行验证。

这些测试可以包括频率响应、功率传输损耗、驻波比等参数的测量和分析。

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。

微波器件的作用及应用介绍
一、微波器件简介工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件，称为微波器件。

微波器件是工作在微波波段的一系列相关器件的统称。

如连接元件、终端元件、匹配元件、衰减与相移元件、分路元件、滤波元件等。

通过电路设计，可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路，微波期间和微波电路共同构成了微波系统。

二、微波器件的分类微波器件按结构可分为：波导型、同轴线型、微带线型
按工作波形分为：单模器件、多模器件
按网络端口可分为：一端口网络、二端口网络、三端口网络、四端口网络。

三、微波器件的作用1．终端负载元件：为一端口互易元件，主要包括短路负载、匹配负载和失配负载
1）短路负载，要求：
（1）保证接触处的损耗小，
（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。

可用作调配器，纯电抗元件
结构方式：接触式、扼流式（金属片）
2）匹配负载
全部吸收输入功率的元件主要技术指标：工作频率f、输入驻波比、功率容量。

作为匹配标准、等效天线、吸收负载等。

3）失配负载
作为标准失配负载。

吸收一部分功率，反射一部分功率。

2.微波连接元件：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。

作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。

无耗互易二端口网络的基本性质：。