微波元件.pptx

4.1 连接元件连接元件波导抗流连接波导抗流连接对于两段波导的连接除了用法兰盘做机械连接外，还对于两段波导的连接除了用法兰盘做机械连接外，还要保证连接处有良好的电接触，这可以通过抗流连接要保证连接处有良好的电接触，这可以通过抗流连接来实现。来实现。抗流连接如图所示，抗流连接如图所示，它由一个带圆形抗流槽的法兰盘和一个不带抗流槽的平法兰它由一个带圆形抗流槽的法兰盘和一个不带抗流槽的平法兰盘构成，使用的时候，两段波导并不直接接触。圆槽深度盘构成，使用的时候，两段波导并不直接接触。圆槽深度l2为四分之一波长，圆槽与波导宽内壁表面的距离为四分之一波长，圆槽与波导宽内壁表面的距离L1也为四分也为四分之一波长，这样对导行波的中心频率，圆槽底部为同轴线的之一波长，这样对导行波的中心频率，圆槽底部为同轴线的短路终端，由槽口向中心则为四分之一波长径向传输线，波短路终端，由槽口向中心则为四分之一波长径向传输线，波导口则为短路线的输入端，从而实现了良好的电连接。当波导口则为短路线的输入端，从而实现了良好的电连接。当波导工作于导工作于TE10时，其窄面上没有纵向的电流，因此电连接要时，其窄面上没有纵向的电流，因此电连接要求可以低些。求可以低些。抗流元件虽连接方便，但是工作频带较窄。相比之下，用波导抗流元件虽连接方便，但是工作频带较窄。相比之下，用波导口为平法兰盘直接连接两段波导对频率不敏感，但是要求口径口为平法兰盘直接连接两段波导对频率不敏感，但是要求口径严格的对准，法兰盘的位置和尺寸都要十分精确。如图所示严格的对准，法兰盘的位置和尺寸都要十分精确。如图所示ab同轴线同轴线波导转接器波导转接器如图，这是一种连接同轴如图，这是一种连接同轴线和波导的元件。线和波导的元件。通过它可以实现同轴线通过它可以实现同轴线中中TEM与矩形波导的与矩形波导的TE10模转换，它把同轴线内的模转换，它把同轴线内的导体与波导导体与波导 壁可靠连接探壁可靠连接探针远端在波导内形成近似针远端在波导内形成近似TE10模的电磁场。由于波模的电磁场。由于波导可以抑制高次模，这样就可实现两种传输线的导行波的转导可以抑制高次模，这样就可实现两种传输线的导行波的转换。为使其传播，应将距探针处的波导短截。调整探针的长换。为使其传播，应将距探针处的波导短截。调整探针的长度和位置，可以减少传输线的反射。度和位置，可以减少传输线的反射。同轴线同轴线微带线转接器微带线转接器同轴线与微带线之间的转换如图所示。同轴线与微带线之间的转换如图所示。它它实实现现了了同同轴轴线线中中的的模模与与微微带带中中的的模模之之间间 转转化化，分分为为两两种种方方式式，同同轴轴线线的的内内导导体体直直径径要要根根据据微微带带线线的的波波阻阻抗抗来来选选择择，同同轴线外导体要与微带的金属接地板可靠的连接。轴线外导体要与微带的金属接地板可靠的连接。接地板介质导体带同轴线右图为波导和微带的转接器的实物右图为波导和微带的转接器的实物它实现了波导中它实现了波导中TE10模与微带中准模与微带中准TEM模的转换采用脊波导过度，来弥补波阻模的转换采用脊波导过度，来弥补波阻抗的差异，其实质上可以理解为连续变抗的差异，其实质上可以理解为连续变化的阻抗变换。连接处取波导脊与相对化的阻抗变换。连接处取波导脊与相对宽壁的间隙为微带介质基片厚度，宽度宽壁的间隙为微带介质基片厚度，宽度等于微带线宽高度可以阶梯改变，为了等于微带线宽高度可以阶梯改变，为了更完善的匹配可在脊波导与微带之间加入一段空气微带线更完善的匹配可在脊波导与微带之间加入一段空气微带线过度。过度。矩形矩形圆形截面波导转接器圆形截面波导转接器因矩形和圆截面波导的主模的因矩形和圆截面波导的主模的场结构很相似，所以可以采用场结构很相似，所以可以采用波导截面渐变的结构来实现模波导截面渐变的结构来实现模式转接。如图所示式转接。如图所示圆截面波导中的圆截面波导中的TM01模和模和TE01模因其结构的旋转对称性可以模因其结构的旋转对称性可以由矩形波导的由矩形波导的TE10模构造由此模构造由此形成矩形截面波导形成矩形截面波导TE10模转换模转换成圆波导成圆波导TM01和和TE01模的转接器因是高次模式而且简并，模的转接器因是高次模式而且简并，所以在转化时候还要考虑如何抑制所以在转化时候还要考虑如何抑制TE11等模等模.4.2 波导分支接头波导分支接头E ET T分支分支Z0Z0123T T形接头是一种将一路信号分成两路的三端口元件，图示的是形接头是一种将一路信号分成两路的三端口元件，图示的是E-TE-T分支接头和其等效电路分支接头和其等效电路E-T分支的场分布图分支的场分布图E-TE-T分分支支的的分分支支波波导导延延伸伸方方向向与与主主波波导导中中的的TETE1010模模。电电场场平平行行为为了了使使用用方方便便，它它总总是是作作成成对对称称的的由由矩矩形形波波导导中中导导行行TETE1010模时的电场在各臂的关系，可以看出它有如下特性。模时的电场在各臂的关系，可以看出它有如下特性。当当TE10TE10模从端口模从端口3 3输入时，输入时，1 1和和2 2口输出等幅反相波口输出等幅反相波当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅同相输入时，等幅同相输入时，3 3口无输出主波导内口无输出主波导内为驻波。对称面为电场的波腹位置为驻波。对称面为电场的波腹位置当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅反相输入时，等幅反相输入时，3 3口有最大输出，对口有最大输出，对称面为电场的波节位置称面为电场的波节位置由由波波导导臂臂上上的的电电流流分分布布可可以以看看出出E-TE-T分分支支相相当当于于串串接接在在主主波波导上导上波导分支接头波导分支接头H-T分支分支124H-T分支波导延伸方向与主波导的分支波导延伸方向与主波导的TE10模的磁场平行，如图所示模的磁场平行，如图所示仍把两臂端口令为仍把两臂端口令为1 1和和2 2分支为分支为4 4口口同样可以分析得出同样可以分析得出H-TH-T的工作特性的工作特性当当TE10TE10模从端口模从端口4 4输入时，输入时，1 1和和2 2口输出等幅同相波口输出等幅同相波当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅同相输入时，等幅同相输入时，4 4口有最大输出，主波口有最大输出，主波导内为驻波。对称面为电场的波腹位置导内为驻波。对称面为电场的波腹位置当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅反相输入时，等幅反相输入时，4 4口无输出，对称面为口无输出，对称面为电场的波节位置。电场的波节位置。H-T分支的场分布图分支的场分布图双双T分支分支双双T T为为E-TE-T分支和分支和H-TH-T分支的组合，分支的组合，由前面的分析可以得出双由前面的分析可以得出双T T有如下有如下特性特性当当TE10TE10模从端口模从端口4 4输入时，输入时，1 1和和2 2口输口输出等幅反相波，出等幅反相波，3 3口无输出口无输出当当TE10TE10模从端模从端3 3口输入时，口输入时，1 1和和2 2口有口有等幅同相波输出，等幅同相波输出，4 4口没有输出口没有输出当当TE10TE10模模从从端端口口1 1和和2 2等等幅幅同同相相输输入入时时，3 3口口有有输输出出，4 4口口没没有有输输出出，若若端端口口1 1和和2 2等等幅幅反反相相输输入入时时，4 4口口有有输输出出，3 3口口没没有有输输出。出。1234双双T T相当于在主波导的同一位置处同时开了一个串口和并口，相当于在主波导的同一位置处同时开了一个串口和并口，它可以等效为普通的平衡电路。它可以等效为普通的平衡电路。双双T T分支可以作为功率分配器或是功率合成器，其两个相互隔分支可以作为功率分配器或是功率合成器，其两个相互隔离的分支，当每一个接通一个信号源时，在主波导的两个端口离的分支，当每一个接通一个信号源时，在主波导的两个端口可以分别得到两信号的和或差，而且互不影响。可以分别得到两信号的和或差，而且互不影响。312412344.3 波导波导R,L,C元件元件匹配负载用于吸收全部的入射功率，通常接于系统的终端。匹配负载用于吸收全部的入射功率，通常接于系统的终端。它它由由一一段段波波导导和和吸吸收收微微波波功功率率的的材材料料构构成成。图图示示的的是是低低功功率率的的匹匹配配负负载载示示意意图图，尖尖劈劈吸吸收收片片由由特特殊殊材材料料制制成成，置置于于波波导导内电场幅值最大的地方，且与波导内模电场方向平行。内电场幅值最大的地方，且与波导内模电场方向平行。在同轴微带的传输系统中一般用图示的匹配负载，它有多种在同轴微带的传输系统中一般用图示的匹配负载，它有多种形式。它将吸收材料填充于内外导体之间，终端短路以防止形式。它将吸收材料填充于内外导体之间，终端短路以防止信号功劳泄露。在微带匹配负载中，在距离开路终端四分之信号功劳泄露。在微带匹配负载中，在距离开路终端四分之一波长处是电阻性薄膜，后面是四分之一开路线。吸收材料一波长处是电阻性薄膜，后面是四分之一开路线。吸收材料的末端相当于与接地板短路，防止微波信号功率泄露。的末端相当于与接地板短路，防止微波信号功率泄露。导带介质基片电阻薄膜波导波导R,L,C元件元件衰减器衰减器衰减器用于在一定范围内调整微波信号的幅值，通过对未必信衰减器用于在一定范围内调整微波信号的幅值，通过对未必信号产生一定的衰减实现。按工作原理可以分为分为吸收式衰减号产生一定的衰减实现。按工作原理可以分为分为吸收式衰减器截止波导衰减器和极化衰减器三种类型。器截止波导衰减器和极化衰减器三种类型。吸收式衰减器是在一段波导内放置吸收吸收片，用以吸收部分吸收式衰减器是在一段波导内放置吸收吸收片，用以吸收部分信号功率而实现衰减。移动吸收片的位置对信号的衰减是不同信号功率而实现衰减。移动吸收片的位置对信号的衰减是不同的，因此可以作为可变衰减器。内置吸收片可以作成尖劈或缓的，因此可以作为可变衰减器。内置吸收片可以作成尖劈或缓变曲线的边界形状。变曲线的边界形状。截止波导衰减器是利用波导内的截止场量沿波导纵向呈指数截止波导衰减器是利用波导内的截止场量沿波导纵向呈指数衰减的特性。对于圆截面波导的截止衰减器其截面半径满足衰减的特性。对于圆截面波导的截止衰减器其截面半径满足截止条件：截止条件：在满足上式的条件下圆波导中的在满足上式的条件下圆波导中的所有高次模都被截止。所有高次模都被截止。在截止圆截面波导始端激励起的在截止圆截面波导始端激励起的TE11模幅值沿纵向按指数衰模幅值沿纵向按指数衰减分布减分布为衰减常数，设波导信号输入功率为为衰减常数，设波导信号输入功率为P1，耦合到输出端的信，耦合到输出端的信号功率为号功率为P0，在同轴线中信号功率为，在同轴线中信号功率为Pl则相对于则相对于P1的衰减量的衰减量以分贝表示为以分贝表示为截止波导衰减器衰减分贝数与移动距离截止波导衰减器衰减分贝数与移动距离l之间呈线形关系，由之间呈线形关系，由于衰减常数比较大这样只要移动很小的距离就可获得很大的于衰减常数比较大这样只要移动很小的距离就可获得很大的衰衰减减，但但是是输输入入输输出出端端反反射射很很大大，在在应应用用中中还还要要采采取取匹匹配配措措施。施。极极化化式式衰衰减减器器由由两两个个矩矩形形截截面面波波导导圆圆截截面面波波导导转转接接器器和和一一段段同同轴轴波波导导构构成成。在在输输入入矩矩形形截截面面的的TE10模模，经经过过转转接接器器变变为为圆圆波波导导的的TE11模模，电电场场不不产产生生衰衰减减，进进入入圆圆截截面面波波导导后后，若若圆圆截截面面波波导导右右旋旋一一角角度度则则电电场场垂垂直直于于网网2平平面面的的分分量量无无衰衰减通过，其值为减通过，其值为当经过输出端的转接器后，转化为当经过输出端的转接器后，转化为TE10模输出，其量值模输出，其量值为为这样，衰减器衰减量与圆截面波导的旋转角度有关，其衰减这样，衰减器衰减量与圆截面波导的旋转角度有关，其衰减量分贝为量分贝为电抗元件电抗元件膜片，销钉和螺钉膜片，销钉和螺钉在一段波导上下对称放置金属膜片，当波导宽臂上纵向电流在一段波导上下对称放置金属膜片，当波导宽臂上纵向电流到达膜片时被截断，在膜片端口聚集电荷，随着导行波的传到达膜片时被截断，在膜片端口聚集电荷，随着导行波的传输电荷量也随之变化。输电荷量也随之变化。因此上下膜片相当于构成了一个并联的电容，称为电容膜片因此上下膜片相当于构成了一个并联的电容，称为电容膜片cz0z0当膜片在波导窄臂上时则等效为一个电感，这样放置的膜片当膜片在波导窄臂上时则等效为一个电感，这样放置的膜片又称为电感膜片。又称为电感膜片。Lz0z0如果在波导的横截面上同时放上电容和电感膜片，这样就形如果在波导的横截面上同时放上电容和电感膜片，这样就形成了一个谐振腔，波导传输信号的频率等效为谐振频率，谐成了一个谐振腔，波导传输信号的频率等效为谐振频率，谐振频率决定于窗口的尺寸。振频率决定于窗口的尺寸。在矩形波导中置放与波导上下宽臂连接的金属棒，称为电感在矩形波导中置放与波导上下宽臂连接的金属棒，称为电感销钉或电感棒，它可以看作是电感膜片的变形，其电感量与销钉或电感棒，它可以看作是电感膜片的变形，其电感量与棒的粗细有关。棒的粗细有关。L以上元件只能作为固定的电抗元件使用，是小功率微波系统以上元件只能作为固定的电抗元件使用，是小功率微波系统中常用的调谐和匹配元件。还可以用螺钉钻入波导的深浅构中常用的调谐和匹配元件。还可以用螺钉钻入波导的深浅构成一个与波导传输线并联的可变电容成一个与波导传输线并联的可变电容.cz0z0波导和同轴短路活塞波导和同轴短路活塞终端短路或开路的传输线，终端全反射，且距终端任意远处终端短路或开路的传输线，终端全反射，且距终端任意远处看去的输入阻抗总是纯电抗。而波导终端开路时，不是全反看去的输入阻抗总是纯电抗。而波导终端开路时，不是全反射，而短路时，相当于普通的传输线，若短路面可移动，这射，而短路时，相当于普通的传输线，若短路面可移动，这种可移动的短路器在微波系统中应用很广泛。种可移动的短路器在微波系统中应用很广泛。对短路活塞的要求是保证短路片与波导臂面或同轴线内外对短路活塞的要求是保证短路片与波导臂面或同轴线内外导体良好的接触。左图为波导型右图为同轴线型的活塞结导体良好的接触。左图为波导型右图为同轴线型的活塞结构，机械点与短路面间距为四分之一波长，这样接触损耗构，机械点与短路面间距为四分之一波长，这样接触损耗小小目前广泛使用的是同轴型和波导型抗流短路活塞，它们目前广泛使用的是同轴型和波导型抗流短路活塞，它们利用四分之一波长线的阻抗变换作用，使活塞形成短路利用四分之一波长线的阻抗变换作用，使活塞形成短路面，这种结构损耗小，寿命长，但是工作频带较窄。面，这种结构损耗小，寿命长，但是工作频带较窄。4.4 定向耦合器定向耦合器定向耦合器是利用小孔耦合定向耦合器是利用小孔耦合.分支耦合及平行线耦合等方式分支耦合及平行线耦合等方式,把把主传输线中的一部分信号取出主传输线中的一部分信号取出,用于微波系统的监测用于微波系统的监测,信号功率信号功率的分配或合成的分配或合成.定向耦合器的基本指标定向耦合器的基本指标1432定向耦合器耦合度耦合度,定义为定义为1口输入功率口输入功率P1与与3口输出口输出P3功率之比的分贝功率之比的分贝数数隔离度隔离度,定义为定义为1口输入功率口输入功率P1与与4口输出功率口输出功率P4之比的分贝之比的分贝数数方向性方向性,定义为定义为3口输出功率口输出功率P3与与4口输出功率口输出功率P4之比的分贝数之比的分贝数此此外外,定定向向耦耦合合器器还还有有输输入入驻驻波波比比这这一一指指标标.与与其其它它的的微微波波元元件件一一样样定定向向耦耦合合器器也也有有工工作作频频带带宽宽度度的的指指标标,它它是是指指上上述述各各项项指指标都满足要求时的频率范围标都满足要求时的频率范围.波导窄壁双孔定向耦合器波导窄壁双孔定向耦合器lABAB4132如图如图,主副矩形截面波导窄壁为公共壁主副矩形截面波导窄壁为公共壁,上有两个形状相同的上有两个形状相同的间距为间距为l的小孔的小孔.信号由主波导口信号由主波导口1输入输入,并令波幅为并令波幅为1.令令小小孔孔的的耦耦合合系系数数为为C,C+.C-分分别别为为向向3口口和和4口口传传输输的的部部分分,假定输入波经过小孔假定输入波经过小孔a,b后幅值不变后幅值不变.在副波导中向端口在副波导中向端口3传输的耦合波传输的耦合波,由小孔由小孔a和和b两部分组成两部分组成他们到达他们到达BB时耦合波为时耦合波为在向在向4口传输的波在口传输的波在AA处的耦合叠加波为处的耦合叠加波为耦合度为耦合度为隔离度为隔离度为定向性为定向性为若小孔无方向性若小孔无方向性,则有则有实际应用中端口实际应用中端口4都要接匹配负载都要接匹配负载,用来吸收传来的信号功率用来吸收传来的信号功率.为了展宽工作频带为了展宽工作频带,可以采用多孔耦合方式可以采用多孔耦合方式.4.5 微波谐振器微波谐振器谐振系统的基本功能是实现频率的选择，它是选频放大器。谐振系统的基本功能是实现频率的选择，它是选频放大器。混频器倍频器等多功能电路中的重要组成部分。混频器倍频器等多功能电路中的重要组成部分。在微波频段谐振系统不能用集总参数的电路实现，而是采用在微波频段谐振系统不能用集总参数的电路实现，而是采用传输线来实现。驻波状态的传输线也是谐振系统其电磁能量传输线来实现。驻波状态的传输线也是谐振系统其电磁能量的转换频率也是谐振频率，它传输的电磁能量是沿空间分布的转换频率也是谐振频率，它传输的电磁能量是沿空间分布的。对于微波传输线的驻波状态同轴线特别是金属波导只能的。对于微波传输线的驻波状态同轴线特别是金属波导只能用短路条件来实现，因为开路时存在辐射不能形成所要求的用短路条件来实现，因为开路时存在辐射不能形成所要求的驻波。驻波。abc0czTE10同同轴轴线线或或波波导导短短截截后后就就形形成成了了封封闭闭的的腔腔。以以矩矩形形波波导导角角柱柱腔腔为为例例。如如图图所所示示。截截面面内内口口尺尺寸寸为为a和和b，长长为为c的的矩矩形形截截面面波导，导行波导，导行TE10模，其场分量的表达式为：模，其场分量的表达式为：以以Hz为为例例，入入射射波波抵抵达达终终端端短短路路截截面面时时，由由理理想想倒倒替替的的边边界条件，短截位置处是界条件，短截位置处是Hz波节位置波节位置Hz 反反射射波波Hzr 到到达达始始端端截截面面与与入入射射波波叠叠加加形形成成波波节节。这这要要求求C为半波长的整数倍为半波长的整数倍反射波反射波Hzr是以是以z=c为起点，向为起点，向-z方向传播的波方向传播的波所以所以 Hz的反射波表达式可以写成的反射波表达式可以写成同同样样的的步步骤骤可可以以求求出出 TE10模模的的Hx及及Ey的的反反射射表表达达式式波导短截后的任意波导短截后的任意z处的电场和磁场是入射波和反射波的叠加处的电场和磁场是入射波和反射波的叠加取取则则这就是长为这就是长为的矩形波导，短截为角拄腔来传输的矩形波导，短截为角拄腔来传输TE10模模反反射射叠叠加加后后形形成成的的场场，它它是是一一个个在在腔腔内内空空间间场场量量幅幅值值分分布布确确定的谐振模式。定的谐振模式。由由TE10模模反反射射叠叠加加形形成成的的p为为1的的谐谐振振模模为为TE101模模，模模式式标标数数为为m,n,p的的取取值值，表表示示在在腔腔的的x,y和和z方方向向上上场场幅幅分分布布规规律律的的半驻波数半驻波数通通过过分分析析可可以以看看出出，由由于于边边界界条条件件的的变变化化，腔腔体体中中的的场场相相比比矩形截面波导中矩形截面波导中TE10模发生了变化。模发生了变化。电电场场和和磁磁场场在在腔腔体体中中的的变变化化与与LC谐谐振振回回路路中中电电磁磁储储能能和和相相互互转换是很相似的。转换是很相似的。谐振波长谐振波长经分析，波导经分析，波导z方向短截后的谐振角频率为方向短截后的谐振角频率为用波长表示，角拄腔波长为用波长表示，角拄腔波长为在尺寸在尺寸a,b,c确定的谐振腔中，不同的标数确定的谐振腔中，不同的标数m,n和和p就会确定就会确定一个谐振模式，对于一个谐振模式，对于TE101模式的谐振波长为模式的谐振波长为对对于于确确定定的的模模式式有有一一定定的的谐谐振振波波长长，改改变变腔腔体体尺尺寸寸即即可可调调谐谐确定模式的波长。确定模式的波长。还还要要看看到到在在腔腔体体尺尺寸寸确确定定的的情情况况下下，还还会会出出现现模模式式的的简简并并现现象象，用用于于通通信信的的谐谐振振腔腔，一一般般要要求求单单模模工工作作，而而用用于于工工业业和和家家电电系系统统则则要要求求多多模模工工作作。为为了了减减少少简简并并的的出出现现，角角拄拄腔腔的的尺寸要防止尺寸要防止a=b=c的情况。的情况。谐振腔的品质因数谐振腔的品质因数品品质质因因数数是是谐谐振振系系统统的的基基本本特特性性参参数数，它它与与谐谐振振系系统统的的损损耗耗直直接接有有关关系系，对对品品质质因因数数的的定定义义是是：谐谐振振时时系系统统中中存存储储的的电电能能或或磁能与一周期内系统损耗的能量之比的磁能与一周期内系统损耗的能量之比的2倍倍其中其中谐振腔的损耗只有因腔壁电流引起的热损耗，则谐振腔的损耗只有因腔壁电流引起的热损耗，则RS为腔壁表面电阻率为腔壁表面电阻率由此可以计算出品质因数由此可以计算出品质因数对对于于角角柱柱腔腔中中TE101模模，带带入入上上式式，可可得得到到内内轮轮廓廓尺尺寸寸为为a,b和和c的腔的品质因数的腔的品质因数通通过过分分析析可可以以知知道道，腔腔的的容容积积V与与内内壁壁面面积积S之之比比越越大大，腔壁导体材料的透入深度越小，腔的品质因数越高。腔壁导体材料的透入深度越小，腔的品质因数越高。铜铜材材料料的的谐谐振振腔腔一一般般在在工工作作模模式式下下的的Q值值达达到到10000并并不困难，这远远超过不困难，这远远超过LC谐振回路的品质因数谐振回路的品质因数谐振腔的激励谐振腔的激励谐谐振振腔腔作作为为选选频频系系统统总总要要与与外外界界电电路路连连接接。通通常常要要求求在在一一定定的的频频率率范范围围内内谐谐振振腔腔都都是是单单模模工工作作，模模式式不不同同，其其谐振频率也不同。谐振频率也不同。在在谐谐振振腔腔内内除除了了所所选选定定的的模模式式之之外外还还有有干干扰扰模模式式存存在在，必必须须加加以以抑抑制制，对对腔腔体体激激励励的的基基本本考考虑虑是是，激激励励耦耦合合装装置置必必须须能能够够在在腔腔内内产产生生与与选选定定谐谐振振模模式式相相近近似似的的的的场场结结构。同时还要考虑抑制干扰。构。同时还要考虑抑制干扰。腔腔在在与与外外电电路路连连接接后后相相当当于于增增加加了了负负载载而而使使损损耗耗增增加加，品品质质因因数数要要下下降降。，在在空空载载时时候候的的品品质质因因数数又又叫叫固固有有品品质。质。圆柱腔圆柱腔l2RZ截截面面内内直直径径为为2R的的圆圆截截面面波波导导，取取其其长长度度为为L并并使使端端面面短短截截即即构构成成圆圆柱柱谐谐振振腔腔。它它的的体体积积与与面面积积比比值值越越大大，在在相相同同材材料料时时品品质质因因数数越高圆柱腔越容易制作。越高圆柱腔越容易制作。在在圆圆柱柱腔腔的的应应用用中中了了解解各各种种谐谐振振模模式式的的场场结结构构对对于于计计算算品品质质因因数数，决决定定耦耦合合孔孔的的位位置置都都是必须的。是必须的。圆柱腔中各模式谐振波长计算公式为圆柱腔中各模式谐振波长计算公式为圆圆柱柱腔腔中中最最常常用用的的谐谐振振模模式式是是TE111,TE011和和TM010，它它们们可可以以看看作作是是有有圆圆截截面面波波导导中中相相对对应应的的TE11,TE01,TM01三个传输模式在轴向反射叠加而成的。三个传输模式在轴向反射叠加而成的。TE111模的谐振波长为模的谐振波长为当腔的长度大于当腔的长度大于2R时，该模式是圆柱腔中谐振波长最长的时，该模式是圆柱腔中谐振波长最长的模模式式，有有利利于于避避免免干干扰扰模模。在在相相同同的的谐谐振振波波长长的的情情况况下下，其其体体积积最最小小，调调谐谐范范围围较较宽宽。但但是是它它具具有有极极化化简简并并，固固有有品质因数较低。品质因数较低。TE011模的谐振波长为模的谐振波长为该该模模式式特特点点是是场场结结构构稳稳定定，不不存存在在极极化化简简并并。侧侧壁壁和和端端壁壁上上只只有有角角向向壁壁电电流流，固固有有品品质质因因数数高高，因因侧侧壁壁和和端端壁壁没没有有壁壁电电流流，可可以以使使用用非非接接触触式式活活塞塞进进行行调调谐谐，这这样样有有利利于于抑抑制某些干扰模。制某些干扰模。TM010模的谐振波长为模的谐振波长为该模式的谐振波长与腔体的长度该模式的谐振波长与腔体的长度l无关，故不能通过改变无关，故不能通过改变l的的长长度度来来实实现现调调谐谐，圆圆柱柱腔腔中中模模式式结结构构很很简简单单。谐谐振振腔腔中中此此种种模模式式的的电电场场和和磁磁场场的的集集中中空空间间区区域域特特别别明明显显。常常用用做做参参量量放放大器的振荡腔和谐振式波长计。大器的振荡腔和谐振式波长计。模式图模式图为为了了直直观观的的表表示示圆圆柱柱腔腔中中的的各各谐谐振振频频率率和和腔腔体体尺尺寸寸的的关关系，我们可以作出模式图。将谐振模式波长表示为系，我们可以作出模式图。将谐振模式波长表示为TMmnp模模TEmnp模模由上式可以作出一组直线方程图，称为圆柱腔的模式图。由上式可以作出一组直线方程图，称为圆柱腔的模式图。它是它是和和的函数的函数模模式式图图中中每每一一条条直直线线表表示示一一种种谐谐振振模模在在D确确定定的的情情况况下下，谐振频率和长度谐振频率和长度l的关系。的关系。在在微微波波通通信信技技术术中中，一一般般要要求求谐谐振振腔腔单单模模工工作作，设设计计时时避避免免干扰是一个很重要的问题，可以借助模式图来实现。干扰是一个很重要的问题，可以借助模式图来实现。圆圆柱柱腔腔中中工工作作模模式式的的激激励励和和前前面面一一样样，要要在在圆圆柱柱腔腔中中建建立立所所要要求求的的工工作作模模式式，激激励励装装置置必必须须要要建建立立起起与与所所要要求求模模式式场结构相近的模式。同时要尽可能的抑制干扰模的出现。场结构相近的模式。同时要尽可能的抑制干扰模的出现。4.6 微波铁氧体元件微波铁氧体元件微波铁氧体元件的物理特性微波铁氧体元件的物理特性铁铁氧氧体体是是铁铁和和其其他他的的元元素素构构成成的的具具有有铁铁磁磁性性的的复复合合氧氧化化物物。是是在在电电信信技技术术中中广广泛泛应应用用的的材材料料。铁铁氧氧体体呈呈黑黑褐褐色色，其其机机械械性性能能类类似似于于陶陶瓷瓷。具具有有很很高高的的电电阻阻率率，是是一一种种低低损损耗耗的的介介质质材材料料，微微波波电电磁磁波波可可以以深深入入其其中中，因因此此是是一一种种重重要要的的磁性材料磁性材料铁铁氧氧体体在在恒恒定定磁磁场场及及与与磁磁场场垂垂直直的的高高频频左左旋旋和和高高频频右右旋旋圆圆极极化化作作用用下下，做做电电子子进进动动。由由于于磁磁场场与与电电子子进进动动的的方方向向相相同同或或相相反反铁铁氧氧体体对对这这两两种种圆圆极极化化的的导导磁磁系系数数也也不不相相同同，它随磁场变化而变化。它随磁场变化而变化。场移式隔离器场移式隔离器场场移移式式隔隔离离器器是是一一种种微微波波铁铁氧氧体体非非互互易易元元件件，它它具具有有对对正正向向传传输输波波几几乎乎无无衰衰减减，而而对对反反向向传传输输波波衰衰减减很很大大的的传传输输特特性性。在在微微波波系系统统中中应应用用很很广广泛泛。隔隔离离器器又又称称单单向向器器，在在微微波波系系统统中中经经常常把把隔隔离离器器接接在在信信号号源源输输出出端端，对对来来自自负负载载的的波波有有很很大大的的衰衰减减从从而而可可以以很很好好的的起起到到去去耦耦作作用用，使使信信号号源源输出功率保持稳定。同时抑制信源端的反射。输出功率保持稳定。同时抑制信源端的反射。场场移移式式隔隔离离器器是是根根据据铁铁氧氧体体对对两两个个方方向向传传输输的的波波型型产产生生的的场移作用不同而制成的。场移作用不同而制成的。它它在在铁铁氧氧体体片片侧侧面面加加上上衰衰减减片片,由由于于两两个个方方向向传传输输所所产产生生场场的的偏偏离离不不同同,使使沿沿正正向向（-z方方向向）传传输输波波的的电电场场偏偏向向无无衰衰减减片片的的一一侧侧,而而沿沿反反向向（+z方方向向）传传输输波波的的电电场场偏偏向向衰衰减减片片的的一侧一侧,从而实现了正向衰减很小而反向衰减很大的隔离功能从而实现了正向衰减很小而反向衰减很大的隔离功能由由于于场场移移式式隔隔离离器器具具有有体体积积小小,重重量量轻轻,结结构构简简单单且且有有较较宽宽的的工工作频带等特点作频带等特点,因此在小功率场合得到了较为广泛的应用。因此在小功率场合得到了较为广泛的应用。环流器环流器环流器是一种在微波系统中有着广泛应用环流器是一种在微波系统中有着广泛应用的的非非互互易易特特性性的的分分支支元元件件，它它由由3个个相相同同的的波波导导互互成成120度度配配置置成成Y行行结结构构，在在结结中中心心安安置置一一块块圆圆柱柱形形或或圆圆盘盘形形铁铁氧氧体体块块。理理想想的的Y形环流器有如下特性：形环流器有如下特性：123信号从信号从1口输入，端口口输入，端口2输出而端口输出而端口3无输出无输出信号从信号从2口输入时，端口口输入时，端口3输出而端口输出而端口1无输无输出，信号从出，信号从3口输入时，端口口输入时，端口1输出而端口输出而端口2无输出。无输出。若若外外加加的的磁磁场场方方向向相相反反时时，输输入入微微波波信信号号环环流流方方向向也也与与现现在在相反。相反。环环流流器器是是微微波波系系统统中中重重要要元元件件之之一一，可可以以做做单单向向器器，也也可可以以用用在在微微波波通通信信系系统统中中收收发发天天线线共共用用时时接接收收与与发发射射信信号号的的隔离。隔离。