电磁波第四章微波元件及微波网络理论概要.pdf

第四章微波元件及微波网络理论 概要 教材上的目录 §4.1 连接元件 §4.2 波导分支元件 §4.3 波导RLC元件 §4.4 定向耦合器 §4.5 阻抗调配元件 §4.6 微波谐振器 §4.7 微波铁氧体元件 §4.8 微波网络 微波工程领域的前沿和热点问题 微波是现代雷达、通信、广播电视、遥 感探测、射电天文乃至医学诸多工程领域 信息传输载体，同时还具有加热等特殊的 功能。 • 微波集成电路技术 • 复杂环境下的微波问题 • 新型材料中的微波问题 §4.0 微波元件与微波元件分析方法 1、微波电路 微波电路（微波系统）由微波传输线、 微波元件和微波器件组成。 2 微波元件及其功能描述 •微波元件泛指能够控制导行电磁波的模式、 极化方向、幅值、相位及频率等的无源装 置。 •功能：对其导行波模式、极化、振幅、相 位频率进行调控。 •微波元器件按其变换性质可分为线性互易 元器件、 线性非互易元器件以及非线性元 器件三大类。 电路元件和器件 •无源元器件：电容、电感、电阻、滤波器、 分配器、谐振回路等，实现信号匹配、 分 配、 滤波等； •有源元器件：晶体管等, 实现信号产生、 放大、调制、变频等。 微波电路元件和器件 •线性互易元器件只对微波信号进行线性变 换而不改变频率特性，并满足互易定理, 它主要包括各种微波连接匹配元件、 功率 分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器 件等; •线性非互易元器件主要是指铁氧体器件, 它的散射矩阵不对称,但仍工作在线性区域, 主要包括隔离器、环行器等; •非线性元器件能引起频率的改变, 从而实 现放大、调制、变频等, 主要包括微波电 子管、 微波晶体管、微波固态谐振器、 微波场效应管及微波电真空器件等。 •第一、二类微波无源元件，第二类微波有 源器件。 3 微波元件构成原理 •在微波段，电路元件与普通电路中元件无 论在形体上和构成原理上发生较大的变化。 •微波元件一般是由微波传输线结构（形状、 尺寸及填充介质）突变而构成。 大体分类 •微波元器件品种繁多, 而且随着技术的进 步不断出现新的元器件。本章主要介绍无 源元器件。 •大体可以分为连接匹配元件、 功率分配元 器件、 微波谐振元件和微波铁氧体器件。 连接匹配元件 •微波连接匹配元件包括终端负载元件、 微 波连接元件以及阻抗匹配元器件三大类。 •终端负载元件是连接在传输系统终端实现 终端短路、匹配或标准失配等功能的元件; •微波连接元件用以将作用不同的两个微波 系统按一定要求连接起来,主要包括波导接 头、衰减器、相移器及转换接头等; • 阻抗匹配元器件是用于调整传输系统与终 端之间阻抗匹配的器件, 主要包括螺钉调 配器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器 等。 功率分配元器件 •在微波系统中, 往往需将一路微波功率按 比例分成几路, 这就是功率分配问题。 • 实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及 各种微波分支器件。 微波谐振器件 •微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传 输线谐振器两大类, •传输线型谐振器是一段由两端短路或开路 的微波导行系统构成的, 如金属空腔谐振 器、 同轴线谐振器和微带谐振器等, 在实 际应用中大部分采用此类谐振器。 微波铁氧体器件 •在许多情况下, 微波系统需要具有非互易 性的器件。负载的变化对微波信号源的频 率和功率输出会产生不良影响, 使振荡器 性能不稳定。 •一类非互易单向器或隔离器，另一类非互 易器件是环行器。 4 微波元件的分析方法 •分析微波元件的工作原理及确定其参数， 严格的方法是分析元件内部的场结构，进 而确定其外特性，这是典型的边值型问题。 由于微波元件复杂和不规则的边界情况， 完整准确地求解电磁场方程将遇到极大的 困难。 •一般采用等效为微波网络的方法，微波元 件特性用微波网络的外特性参量描述，而 这些网络外特性参量可以用网络参量描述， 网络参量可以由实验测定。 微波工程问题理论