第五章无源微波电路.ppt

5 无源微波电路;5.1 引言; 微波铁氧体器件与其他微波器件相比有比较大的差异，主要是它对不同方向传输的导波呈现出不同的衰减特性和相移特性，称为不可逆特性或非互易特性，其原因在于该种器件中的铁氧体材料在外加恒定磁场时呈现出各向异性。深入研究这类材料与微波的相互作用，以及制作各种非互易器件，构成了微波技术的一个专门分支。 微波谐振腔和低频电路中的谐振回路是非常相似的，但又有所区别。本章讨论了谐振腔的基本参数，分析了金属矩形腔、圆柱腔和同轴腔的特点，也分析了几种实用的微带谐振腔和介质谐振腔，给出了若干实例阐明谐振腔激励耦合的基本概念。微扰法是一种广泛应用的近似方法，本章以空腔微扰为例介绍了如何应用微扰法研究空腔的微小形变对谐振频率的影响。 ;　　微波滤波器具有选频功能，在微波系统中得到了广泛的应用。按功率衰减的频率特性分类，可分为低通、高通、带通和带阻滤波器;按传输线类型分类，可分为波导型、同轴线型、微带线型等不同结构类型的滤波器。本章对微波滤波器的综合设计作了比较详细的介绍。 ;5.2 匹配负载; 图 5. 1 匹配负载 (a)、(b) 矩形波导 (c)、(d) 同轴线 乳聚乙烯和碳粉、铁氧体的混合物热压成尖劈形或阶梯形可以制作成波导或同轴线匹配负载，结构如图5.1(a),(b),(c),(d)所示。无论是波导或同轴线，它们的波阻抗中都有一个共同的因子， 。乳聚乙烯、碳粉和铁氧体的混合物中含有改变ε和μ的成分，适当地搭配几种成分的比例以保证 ，这就使得含有吸收材料的波导或同轴线的波阻抗与空气填充的波阻抗相比是不变的。碳粉起吸收电磁能的作用。这种吸收材料制作成的匹配负载不必做得很长，也不一定做成薄片的形状。;　　大功率匹配负载通常采用水负载。流动的水作为吸收微波能量的物质，同时把热量带走。其两种结构示意图如图5. 2所示，在进水口和出水口处要加微波泄漏抑制装置。;5.3 波导接头和同轴接头;　　另一种称之为扼流接头，或叫扼流法兰，如图5. 3(b)所示。一个扼流接头和一个平接头相对连，由于图中所示的一段长度为λ/2的终端短路线的作用，使得波导宽壁中央虽无机械接触但却有良好的电接触。相对平接头而言，扼流接头明显的不足之处是工作频带较窄，故对于宽频带工作的波导系统，大都采用平接头连接。扼流接头主要用于大功率系统。 同轴线之间的连接可由同轴接头实现，常用的同轴接头有N型、SMA和平接头等。;图5. 3(c)给出了N型同轴接头的结构示意图，为了连接的需要，N型接头有阴阳之分，左为阴接头，右为阳接头。;5.4 短路器;图 5. 4 接触式短路活塞 (a) 波导结构 (b) 同轴结构; 图5. 5为同轴线S形扼流活塞结构，在此结构中，主要是利用传输线归一化阻抗1/4波长的倒置性来实现等效短路。; 研究图中的S形扼流结构，a点是短路点,a-b间是一段特性阻抗为Zc1的同轴线，其长度是1/4波长，所以b点是开路点,b-c间又是一段同轴线，其特性阻抗为Zc2，长度仍是1/4波长，所以c点是等效短路点。c点虽无机械接触，但等效短路，由于无机械接触，因而移动活塞时不会磨损金属内壁，这是它最大的优点，所以尽管结构复杂些，但仍然得到广泛的应用。缺点是工作频带不够宽。除了上面分析的a-b-c这条路外，还有a′-b′-c′，这条路，它的原理是一样的。现在把a-b-c这条路画成图5. 6所示的等效电路，设a点Za≈0，则阻抗变换关系将如下:;图5. 6 S形扼流活塞等效电路; 根据上述阻抗变换关系，如能设法使得两段传输线的特性阻抗之间满足关系式 ,即使Za并不等于零，只要其数值比较小，仍能使Zc≈0。另一类可移短路器就是根据这样的原理制作的，例如图5. 7所示哑铃形波导扼流式短路活塞。 短路器作为单端口网络，只有一个散射参量，在理想条件下s11＝Г＝-1。;5.5 衰减器; 图 5. 8 可调波导衰减器(a) 横向 (b) 垂直;5. 5. 2 截止式衰减器;图5. 9 截止式衰减器 (a) 结构示意图 (b) 衰减量L随距离l 线性变化;这是一个非常重要的特点，圆波导的尺寸确定之后，TE11模的截止波长可以精确计算，因而其衰减常数也可以精确计算，当实验进行定标时可提供参考数据。同轴线与圆波导的耦合是通过小环耦合来实现的，耦合的方式不同，起始衰减量也就不同，功率衰减与移动距离的关系为;5. 5. 3 旋转极化式衰减器; 当圆波导中的吸收片Ⅱ旋转为与水平面成θ角时，可将电场E1分解为