第四章第三节波导RLC元件.ppt

§4.3 波导RLC元件 与普通电路一样，波导系统中需要有电阻（R）、电感（L）和电容（C）性元件，用以实现对传输信号幅值、相位的调控及对信号频率的选择等。 对它们的基本要求除了各自的功能外，还要求因它们的接入而引起的反射小，它们可正常工作的频带要宽。 一匹配负载 匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件。 匹配负载是由一段波导和能够吸收微波功率的材料组合而成。 它在实现系统某一部分呈现行波状态的同时，并可吸收无用的或漏泄的信号。比如定向耦合器的隔离端就要接用匹配负载，环流器的非输入输出端也要接匹配负载。在微波测量系统中，也经常需要匹配负载建立系统的行波状态。 1 工作原理 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。 2 各种匹配负载 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λ/2的整数倍。 如图 (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 (b)、(c)所示; 当功率很大时, 还可采用水负载， 如图 (d)所示, 由流动的水将热量带走。 同轴线匹配负载是由在同轴线内外导体间放置的圆锥形或阶梯形吸收体而构成的, 如图 (e)、 (f)所示。 微带匹配负载一般用半圆形的电阻作为吸收体, 如图 (g)所示, 这种负载不仅频带宽，而且功率容量大。  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。 举例 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。 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。 二 衰减器 在微波系统中，衰减器用来在一定范围内调整微波信号的幅值（或功率电平），它是通过对传输的微波信号产生一定量值的衰减而实现。 以其衰减量固定不变或可在一定范围内调变而分为固定衰减器和可变衰减器。 衰减器依其工作原理，可分为吸收式衰减器、截止波导衰减器和极化衰减器等三种类型。 1吸收式衰减器 吸收式衰减器是在一段波导内，置放与传输模的电场方向平行的吸收片，用以吸收部分信号功率而实现衰减。 因为波导中的传输模场量幅值在波导横向的分布是不均匀的，所以移动吸收片在波导中的位置，或上下或左右，都可以改变衰减量的大小而作为可变衰减器。 也可以改变吸收片插入波导的面积（如对于矩形截面波导的TE10模，可在波导宽壁面中心的纵槽内插入可调变插入深度的吸收片）来作成可变衰减器。 可变衰减器的衰减量，可通过理论计算和实验来标定，并标示于其调节机构上。 吸收式衰减器的吸收片，也都作成尖劈或缓变曲线形的边界形状， 这一方面是考虑到渐变过渡以减小衰减器引起的反射， 另一方面则是考虑其调整机构的刻度变化与衰减量之间的关系（线性关系或对数关系等）。 2 截止波导衰减器 截止波导衰减器则是利用波导处于截止状态时，截止场量沿波导纵向呈指数率衰减的特性。 图4-14是一主体为一段处于截止状态的圆截面波导的截止式衰减器的结构简化示意图。 工作原理 截止波导衰减器的输出同轴线通过小环与圆波导作磁耦合，圆波导中的截止场激励小环从而使一部分信号功率进入同轴线中输出。 设置调节机构使输出同轴线（及小环）沿波导轴线方向可作纵向移动，这样便可调节输出量而达到可变衰减的目的。 衰减器的定量刻度 特点 当截止波长远远小于工作波长时，衰减常数值很大，这样移动距离不要很大便可获得很大的衰减量。 由于此种衰减器中衰减不是靠吸收物质的损耗所至，而是因反射而引起，这样其输入和输出端的反射都很大，因而在实际使用的截止波导衰减器中还需采取匹配措施。 3 旋转极化式可变衰减器 由两个矩形截面波导和圆截面波导转接器（俗称方圆转接器），与一段可连同内置吸收片一同转动的圆截面波导构成。在两个方圆转接器中也各固定一与矩形截面波导宽壁面平行的吸收片（网）。 工作原理 输入的矩形截面波导中的TE10模，经方圆转接器转换为圆截面波导中的TE11模，其电场与吸收网1垂直而不产生衰减，其量值E1 。 信号进入到圆截面波导后，若圆截面波导连同吸收网2相对于起始水平位置右旋一角度，E1平行于吸收网2平面的分量被吸收掉，垂直于网2平面的分量无衰减通过,其量值E3 。 此进入到输出端的方圆转接器后，其平行于吸收网3平