微波技術與天線 劉學觀 第5.1節(jié)

匹配（兩個基本概念）端口接負載匹配：

網(wǎng)絡某端口外接均勻傳輸線是匹配狀態(tài)的，對于該端口必有

散射矩陣[S]的各參數(shù)是建立在端口接匹配負載基礎上的反射系數(shù)或傳輸系數(shù)。端口匹配：

網(wǎng)絡端口參考面上無反射波，對于該端口必有

網(wǎng)絡第i口匹配，指的是其他各口均接匹配負載時，該口的反射系數(shù)為零，即Sii

=0。網(wǎng)絡完全匹配，是指所有端口都達到匹配，即

Sjj=0（j=1，2，3…N)[S]矩陣的性質（1）互易網(wǎng)絡性質

或寫作：

（2）無耗網(wǎng)絡性質

（3）對稱網(wǎng)絡性質幺正特性存在完全匹配的線性無耗互易二口網(wǎng)絡，四口網(wǎng)絡；不存在完全匹配的線性無耗互易三口網(wǎng)絡。第五章微波元器件

任何頻段工作的電子設備，都需要各種功能的元器件，既有如電容、電感、電阻、濾波器、分配器、諧振回路等無源元器件，以實現(xiàn)信號匹配、分配、濾波等功能；又有晶體管等有源元器件，實現(xiàn)信號產(chǎn)生、放大、調制、變頻等功能。有源器件(主動器件)：在模擬和數(shù)字電路中施以外界信號，可以改變自已本身的基本特性。二極管、三極管、IC、晶振、傳感器都是有源的。無源器件

(被動器件)：在模擬和數(shù)字電路中施以外界信號，不會改變自已本身的基本特性。電阻、電容、電感、連接器等都是無源的

。

在微波系統(tǒng)中，實現(xiàn)對微波信號的產(chǎn)生、放大、變頻、匹配、分配、濾波等功能的部件，統(tǒng)稱為微波元器件。微波元器件按其變換性質可分為三大類:線性互易元器件(linearreciprocaldevices)只對微波信號進行線性變換而不改變頻率特性并滿足互易定理，主要包括：各種微波連接匹配元件、功率分配元器件、微波濾波器件及微波諧振器件等；線性非互易元器件(linearnonreciprocaldevices)主要是指鐵氧體器件，它的散射矩陣不對稱，但仍工作在線性區(qū)域，主要包括：隔離器、環(huán)行器等；非線性器件(nonlineardevices)能引起頻率的改變，從而實現(xiàn)放大、調制、變頻等，主要包括微波電子管、微波晶體管、微波固態(tài)諧振器、微波場效應管及微波電真空器件等。本章主要內容5.1連接匹配元件5.2功率分配元件5.3微波諧振器件5.4微波鐵氧體器件5.1連接匹配元件

微波連接匹配元件包括三大類:終端負載元件(terminalloaddevices)是連接在傳輸系統(tǒng)終端實現(xiàn)終端短路、匹配或標準失配等功能的元件；微波連接元件(microwaveconnector)是將作用不同的兩個微波系統(tǒng)按一定要求連接起來，主要包括：波導接頭、衰減器、相移器及轉換接頭等；阻抗匹配元器件(impedancematcheddevices)是用于調整傳輸系統(tǒng)與終端之間阻抗匹配的器件，主要包括螺釘調配器、多階梯阻抗變換器及漸變型變換器等。1.

終端負載元件;

(1)

短路負載

(shortcircuitload)主要有短路片和短路活塞

g/4

g/4

g/4波導的扼流式短路活塞同軸線扼流式短路活塞優(yōu)點：損耗小，駐波比可以做到大于100缺點：頻帶較窄匹配負載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件

短路波導內放置鍥形吸收體

或在波導外側加裝散熱片以利于散熱

對波導來說，小功率匹配負載一般在一段終端短路的波導內放置一塊或幾塊劈形吸收片。當吸收片平行地放置在波導中電場最強處，吸收片強烈吸收微波能量，其反射變小，劈尖的長度越長吸收效果越好，匹配性能越好，劈尖長度一般取

g/2的整數(shù)倍。劈形吸收片劈形玻璃容器當功率很大時采用水負載

(2)匹配負載(matchedload)當功率較大時(3)失配負載(mismatchload)

失配負載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駐波的標準失配負載，主要用于微波測量。失配負載和匹配負載的制作相似，只是略微改變一下尺寸，使之和原傳輸系統(tǒng)失配。如波導失配負載就是將匹配負載的波導窄邊b制作成與標準波導窄邊b0不一樣，使之有一定的反射。設駐波比為

，則有：

同軸線匹配負載

微帶匹配負載用半圓形電阻作為吸收體,頻帶寬而且功率容量也大

2.微波連接元件

微波連接元件是二端口互易元件，主要包括：波導接頭、衰減器、相移器和轉換接頭。(1)波導接頭(waveguideconnector)

平法蘭扼流法蘭

平法蘭特點：加工方便、體積小、頻帶寬，其駐波比可以做到1.002以下，但要求接觸表面光潔度較高。常用于低功率、寬頻帶場合。

扼流法蘭特點：功率容量大，接觸表面光潔度要求不高，但工作頻帶較窄，駐波比的典型值是1.02。一般用于高功率、窄頻帶場合。

波導連接頭除了法蘭接頭之外，還有各種扭轉(twist)和彎曲(bend)元件以滿足不同的需要。當需要改變電磁波的方向時可用波導彎曲，為了使反射最小，扭轉長度應為(2n+1)

g/4，E面波導彎曲的曲率半徑應滿足R1.5b，H面彎曲的曲率半徑應滿足R

1.5a。當需要改變電磁波的極化方向而不改變其傳輸方向時用波導扭轉元件；E面彎曲H面彎曲R1.5aR1.5b(2)衰減元件和相移元件

(attenuatorsandphaseshifters)

衰減器的種類很多，最常用是吸收式衰減器沿電場方向放置衰減片吸收片沿波導橫向移動時就可改變其衰減量

當將衰減器的衰減片換成介電常數(shù)

r>1的無耗介質片時，就構成了移相器，其散射矩陣為

(3)轉換接頭(switchingconnector)

微波從一種傳輸系統(tǒng)過渡到另一種傳輸系統(tǒng)時需要用轉換器，如第二章討論的方圓波導轉換器等傳輸系統(tǒng)的轉換器，在這一類轉換器設計中一方面要保證形狀轉換時阻抗匹配以保證信號有效傳送，另一方面要保證工作模式的轉換。另一類轉換器是極化轉換器，由于在雷達通信和電子干擾中經(jīng)常用到圓極化波，而微波傳輸系統(tǒng)往往是線極化的，為此需要進行極化轉換，這就是極化轉換器。常用的線－圓極化轉換器有：多螺釘極化轉換器和介質極化轉換器。

3.阻抗匹配元件

(1)螺釘調配器(bolttuner)

使用時為了避免波導短路擊穿，螺釘都設計成容性，即螺釘旋入波導中的深度應小于3b/4。

螺釘不同的深度等效為不同的電抗元件

螺釘調配器可分為單螺釘、雙螺釘、三螺釘和四螺釘調配器。單螺釘調配器通過調整螺釘?shù)目v向位置和深度來實現(xiàn)匹配的。

（2）多階梯阻抗變換器(multi-ladderimpedancechanger)

在第1章中我們已經(jīng)知道用λ/4阻抗變換器可實現(xiàn)阻抗匹配，但嚴格說來只有在特定頻率上才滿足匹配條件，若要使變換器在較寬的工作頻帶內仍可實現(xiàn)匹配，必須用多階梯阻抗變換器。波導形同軸形微帶形它們共同的等效電路（3）漸變型阻抗變換器(gradedmodelimpedancechanger