长春理工微波与天线 期末考点第4章 微波元件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,cust,第四章 微波元件,2025/6/14 周六,1,2025/6/14 周六,2,引 言,微波元件分类,传输线类型,波导型、同轴型、微带型,功能,连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、功分元件、波型变换元件、滤波元件等,变换性质,互易元件、非互易元件和非线性元件等,2025/6/14 周六,3,微波元器件,2025/6/14 周六,4,终端负载元件,短路负载,匹配负载,失陪负载,微波连接元件,波导接头,衰减器、移相器、转换接头,匹配元件,螺钉调配器,多阶梯阻抗变换器,渐变型阻抗变换器2025/6/14 周六,5,4.1,连接匹配元件,连接匹配元件的要求,连接处接触电阻尽可能小,连接处的缝隙不能产生微波泄漏,工作频带宽,安装、拆装方便,2025/6/14 周六,6,尽量减少插入损耗！,一、终接元件,-,传输线终端所接的元件,单端口网络,匹配负载,将所有的电磁能量全部吸收而无反射,=1,=0,短路器,将所有的电磁能量全部反射,=,=1,2025/6/14 周六,7,（,1,）短路负载,短路负载,-,短路器,作用,-,将电磁能量全部反射回去,产生驻波分布的元件,终端开路,终端短路,纯电抗元件,2025/6/14 周六,8,向外辐射能量，不能形成纯驻波,无损耗的纯电抗负载几乎没有,最容易实现,短路负载,短路器分类,固定短路器（短路片）,可调短路器（短路活塞）,固定短路器,将传输线完全短路,特点,对于任何频率的电磁波，反射系数,都恒等于,1,短路面的,位置不能移动,2025/6/14 周六,9,短路负载,可调短路器,-,短路活塞,特点,在特定的微波频率范围内，反射系数,约等于,1,短路面的位置可以移动,设计短路活塞的基本原则,尽可能多地反射微波功率,辐射损耗，吸收损耗都应尽量小,工作频带尽量宽,电接触良好，移动平滑，磨损小,传输大功率时保证接触处不发生打火现象,2025/6/14 周六,10,短路负载,可调短路器：,短路活塞,分类：接触式和,扼,流式,接触式,短路活塞与传输线内,壁有良好的电接触并,能平滑移动,2025/6/14 周六,11,接触过紧,活塞移动困难,接触过松,增加辐射损耗甚至造成接触点打火,弹性材料,-,铍青铜，磷青铜,短路活塞,-,扼流式,2025/6/14 周六,12,特点：,损耗小,驻波比可以大于,100,频带较窄,一般只有,10%-15%,的带宽,同轴,S,型扼流短路活塞，它具有宽带特性。,有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处，位于向波源方向移动 的距离,可调短路器,-,短路活塞,优点,无机械接触，无磨损,电性能稳定,交流短路，直流开路，可以通过它来为微波腔体内的有源器件提供直流偏置,缺点,工作频带窄,机械加工难度较大，不适于在微波高频段使用,2025/6/14 周六,13,（,2,）匹配元件,2025/6/14 周六,14,匹配元件,全匹配负载,作用,-,在传输系统中建立行波状态（）,要求,较宽的工作频带,输入驻波比小,一定的功率容量,2025/6/14 周六,15,匹配元件,匹配负载是由吸收材料和匹配段构成,根据吸收材料的几何形状,面吸收式,：,用于小功率微波系统,体吸收式,：,用于大功率微波系统,根据吸收材料的种类,固体,：金属电阻膜，碳化硅，羟基铁,液体,：水,测试实验表明，水负载的驻波比为,10,的属于宽带匹配负载,带内驻波比,为,1.05 1.20,是比较好的匹配负载，相当于,99.998,99.2,的入射功率被负载吸收,2025/6/14 周六,18,常用的匹配负载,2025/6/14 周六,19,2025/6/14 周六,20,小功率同轴线匹配负载的应用 仪器、设备校准,匹配负载的应用,2025/6/14 周六,21,微波元器件的,闲置端口都必须配置匹配负载,。,右图为波导型定向耦合器，其,4,端口配置了一个小功率匹配负载。,1,2,3,4,1,4,2025/6/14 周六,22,微波元器件的闲置端口都必须配置匹配负载。,右图为微带线型耦合器，其,4,端口配置了一个,50,欧姆的匹配负载。,尽管从理论上讲,4,端口是没有输出的。,（,3,）失配负载,2025/6/14 周六,23,二、微波连接元件,连接元件,接头,：把相同传输线连接在一起的装置,转接元件,：把不同类型传输线连接在一起的装置,接头,连接点接触可靠,;,输入驻波比尽可能小,1.2,;,工作频带要宽,;,无泄漏,结构要牢靠，装拆方便，容易加工等,2025/6/14 周六,24,常用射频,/,微波接头,2025/6/14 周六,25,波导接头,接头（法兰盘）,2025/6/14 周六,26,平接头,机械加工要求高,抗流接头,真正短路,抗流法兰盘,2025/6/14 周六,27,2025/6/14 周六,28,图,5,4,波导扭转与弯曲元件,(a),波导扭转（,b,）,E,面弯曲（,c,）,H,面弯曲,扭转元件,：当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时,;,弯曲元件,：当需要改变电磁波的方向时，可用波导弯曲。,为了使反射最小,扭转长度应为,(2n+1)/4,E,面波导弯曲的曲率半径应满足,R1.5b,H,面弯曲的曲率半径应满足,R1.5a,。,扭转与弯曲元件,转换接头（,1,）,转接元件,-,将不同类型传输线或元件连接,阻抗匹配,模式的变换,同轴线,波导转接器,内导体插入深度,h,偏心距,d,短路活塞位置,l,2025/6/14 周六,29,转换接头（,2,）,波导,微带转接器,2025/6/14 周六,30,波导,(Ze=400-500,),微带线,(Z,0,=50,),中间加脊波导过渡段,实现阻抗匹配,转换接头（,3,）,同轴线,微带转接器,2025/6/14 周六,31,同轴线内导体直径的选取与微带线的特性阻抗有关,通常使,内导体直径等于微带线中心导带宽度,转换接头（,4,）,矩形波导,圆波导模式变换器,大多采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换,2025/6/14 周六,32,衰减器和移相器,二端口网络,衰减器,作用：对通过它的微波能量产生衰减,移相器,作用：对通过它的微波信号产生一定的相移，但能量无衰减,2025/6/14 周六,33,衰减器,分类,按是否可调分,固定衰减器,可变衰减器,按工作原理分,吸收衰减器,截止衰减器,极化衰减器,2025/6/14 周六,34,吸收式衰减器工作原理,在波导内放入与电场方向平行的吸收片，当微波能量通过吸收片时，将吸收一部分能量而产生衰减,2025/6/14 周六,35,同轴衰减器,截止式衰减器的工作原理,在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段，使电磁波在这一小段传输线内处在截止状态下传输，即电磁波经过这段传输线后微波能量很快衰减，控制截止传输线的长度，就可以调节衰减量的大小,2025/6/14 周六,36,可调衰减器,移相器,移相器,对电磁波只产生一定的相移的微波元件，是一个无反射、无衰减的二端口网络,原理,相移量,常用的移相器：介质移相器,2025/6/14 周六,37,改变相位的方法,改变,l,或改变,p,阻抗调配器和阻抗变换器,在微波系统中经常会遇到反射问题,负载阻抗与传输线的特性阻抗不相等,相同类型而不同特性阻抗的传输线相连接,不同类型的传输线相连接,传输线中接入一些必要的器件,反射波的影响,使负载得不到最大功率,功率容量和效率都会降低,在大功率时还会出现打火现象,在微波测量系统中又会影响测量精度,2025/6/14 周六,38,消除反射波,阻抗调配器和阻抗变换器,匹配方法,插入可调的,电抗元件,或,阻抗变换,元件，产生新的反射波来抵消原来的反射波，达到匹配,阻抗匹配网络,阻抗调配器,元件参数,可调,，采用,Smith,圆图来确定阻抗调配网络中各个电抗元件的参数,阻抗变换器,利用网络综合法,设计出满足一定技术指标的阻抗匹配网络,一旦根据需要设计好以后,不能任意改变,2025/6/14 周六,39,阻抗调配器和阻抗变换器,阻抗调配器,分支调配器,电纳调节范围：,-,+,单支节调配器、双支节调配器、三支节调配器,用于双线，同轴线,螺钉调配器,调节范围：,0,+,单螺钉、双螺钉、三螺钉、四螺钉,用于波导,2025/6/14 周六,40,阻抗调配器和阻抗变换器,阻抗变换器,单节阻抗变换器,-,/4,阻抗变换器,缺点：,频带窄,Z,1,、,Z,3,差距大时，尺寸突变大，不连续电容大,2025/6/14 周六,41,多节,/4,阶梯阻抗变换器,n,节有（,n+1,）个阶梯，产生（,n+1,）个反射波到输入端，产生叠加效果，在某些频率上全部（部分）抵消，形成匹配,在较宽的频带内有较小的反射系数,2025/6/14 周六,42,阶梯级数越多，频带越宽！,渐变线阻抗变换器,渐变线，是指其特性阻抗按一定规律平滑地由一条传输线的特性阻抗过渡到另一条传输线的特性阻抗,2025/6/14 周六,43,曲线类型：指数型、三角函数型、切比雪夫型。,特点：,工作频带无上限！,螺钉调配器,2025/6/14 周六,44,电感，易击穿,串联谐振,电容,不同螺钉的高度等效不同的电抗元件,应用于低功率微波装置中，特点：频带窄！,4.2,功率分配器,波导分支器,E-T H-T,分支,双,T,魔,T,定向耦合器,双孔定向耦合器,双分支定向耦合器,功率分配器,2,路微带功率分配器,环形电桥,2025/6/14 周六,45,2025/6/14 周六,46,E-T,分支,H-T,分支,1.,波导分支器,-,功分器、功率合成器,ET,分支,E,T,分支（总与,反相,联系）,2025/6/14 周六,47,1,、,口输入，、均有输出,2,、口输入，、均有输出,3,、口输入，、等幅反相输出,4,、等幅同相输入，口无输出,5,、等幅反相输入，口输出最大,HT,分支,H,T,分支（总与,同相,联系）,2025/6/14 周六,48,1,、,口输入，、均有输出,2,、口输入，、均有输出,3,、口输入，、等幅同相输出,3,、等幅同相输入，口输出最大,4,、等幅反相输入，口无输出,HT,分支,2025/6/14 周六,49,功率合成（分配）器,E,T,分支,口输入，、等幅反相输出（分路）,、等幅反相输入，口输出最大（合成）,H,T,分支,口输入，、等幅同相输出（分路）,、等幅同相输入，口输出最大（合成）,2025/6/14 周六,50,波导型定向耦合器,通过在主副波导的公共壁上的耦合孔来实现,副波导各端口的输出功率的大小，决定于耦合孔的大小、形状和位置,2025/6/14 周六,51,（,b,）,多孔定向耦合器,（,a,）,宽壁斜交单孔耦合器,（,c,）,十字孔定向耦合,器,双,T,和魔,T,双,T,：,将具有共同对称面的ET,接头,和,HT,接头组合起来,、平分臂，、隔离臂,2025/6/14 周六,52,双,T,性质,（,1,）口输入，、等幅反相输出，口输出为,0,（,2,）口输入，、等幅同相输出，口输出为,0,（,3,）、等幅同相输入，口无输出，口有输出,（,4,）、等幅反相输入，口有输出，口无输出,双,T,2025/6/14 周六,53,双,T,散射矩阵,可逆无耗四端口网络（互易、对称）,2025/6/14 周六,54,魔,T,（匹配双,T,）,匹配特性,在理想情况下，四个端口完全匹配,只要,、,口匹配，,、,口一定匹配,隔离特性,当,、,口具有隔离特性时,S,34,=S,43,=,0,则,、,口也具有隔离特性,S,12,=S,21,=,0,平分特性：,当信号由,口输入时，则反相等分给,、,口,S,13,=-,S,23,当信号由,口输入时，则同相等分给,、,口,S,14,=,S,24,当信号由,口输入时，则同相等分给,、,口,S,31,=,S,41,当信号由,口输入时，则反相等分给,、,口,S,32,=-,S,42,2025/6/14 周六,55,2025/6/14 周六,56,魔,T,的散射矩阵,-,理想的,3dB,定向耦合器,2.,定向耦合器,应用,监视功率、频率、频谱,功率分配、合成,混频器、测量电桥,测量反射波,2025/6/14 周六,57,定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件,它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。,定向耦合器,-,分类,2025/6/14 周六,58,2025/6/14 周六,59,（,a,）,微带分支定向耦合器 （,b,）波导单孔定向耦合器,（,c,）平行耦合线定向耦合器 （,d,）波导匹配双,T,（,e,）波导多孔定向耦合器 （,f,）微带混合环,2025/6/14 周六,60,4,端口,隔离端口,2,端口,直通端口,1,端口,输入端口,3,端口,耦合端口,2025/6/14 周六,61,2025/6/14 周六,62,y,y,x,x,定向耦合器的结构与散射矩阵,端口“”为,输入端,端口“”为,直通输出端,端口“”为,耦合输出端端口“”为,隔离端,散射矩阵为：,2025/6/14 周六,63,定向耦合器的网络分析,a,.,互易,：,S,ij,=S,ji,则网络化为：,b.,对称,，且关于,xx,和,yy,对称：,S,ii,=S,jj,S,12,=S,34,S,13,=S,24,S,14,=S,23,2025/6/14 周六,64,c.,负载匹配,：,S,ii,=S,jj,=0,则网络化为：,d.,无耗,：,S,+,S=I ,则：,对于正向定向耦合器，,4,端口为隔离输出端，则,S,14,=0,。,2025/6/14 周六,65,如，要求,2,、,3,端输出的信号等幅，相差,90,则,S,矩阵为：,定向耦合器的技术指标,耦合度,C,输入端口的输入功率,P,1,和耦合端口的输出功率,P,3,之比的分贝数,2025/6/14 周六,66,可逆四端口网络,耦合度越大,耦合越弱,定向性,D,耦合端口和隔离端口的输出功率之比的分贝数来表示定向耦合器的定向传输性能，称为定向性,D,D,愈大,隔离端口输出愈小,定向性愈好,2025/6/14 周六,67,输入驻波比,将定向耦合器除输入端口外,其余各端口均接上匹配负载时,输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。,工作频带宽度,满足定向耦合器指标要求的频率范围,2025/6/14 周六,68,波导双孔定向耦合器,2025/6/14 周六,69,两孔间距：,端口,“,”,入射,TE,10,波，入射波振幅归一化为,1,。,第一个小孔耦合到副波导中的波为,u,-,41,=q,和,u,-,31,=q,q,为小孔耦合系数。,2,、,第二个小孔处耦合到副波导处的波分别为：,u,-,42,=qe,-jd,和,u,-,32,=qe,-jd,2025/6/14 周六,70,3,、端口“”输出合成出射波为：,u,-,3,=u,-,31,e,-jd,+u,-,32,=2qe,-jd,4,、端口“”输出合成的出射波为,u,-,4,=u,-,41,+u,-,42,e,-jd,=q(1+e,-j2d,)=2qcosde,-jd,5,、波导双孔定向耦合器的耦合度为,定向度为：,工作在中心频率时,D;,当偏离中心频率时,D,不再为无穷大，,窄带,！,双分支定向耦合器,和端口反向，反向定向耦合器,和端口的输出信号相位差,90,故又称为,90,反向定向耦合器,2025/6/14 周六,71,2025/6/14 周六,72,输入,ABC,ADC,，路程相同,C,点相加,有输出,输入，,AD,ABCD,两路路程差为,p0,/2,相位差为,口无输出,3.,功率分配器,2025/6/14 周六,73,将一路微波功率按一定比例分成,n,路输出的功率元件称为功率分配器。,等功率分配器和不等功率分配器,大功率往往采用同轴线，中小功率常采用微带线,功率分配器,2025/6/14 周六,74,(1),两路微带功率分配器,两路微带功率分配器的平面结构如图所示,其中输入端口特性阻抗为,Z,0,分成的两段微带线电长度为,g/4,特性阻抗分别是,Z,02,和,Z,03,终端分别接有电阻,R,2,和,R,3,。,2025/6/14 周六,75,端口,“,”,无反射,;,端口,“,、,”,输出电压相等且同相,;,端口,“,、,”,输出功率比值为任意指定值,设为,根据以上三条有,功率分配器的基本要求如下,:,2025/6/14 周六,76,由传输线理论有,2025/6/14 周六,77,实际，,在,“,、,”,端跨接电阻,R,j,既不影响功率分配器性能,又可增加隔离度。于是实际功率分配器平面结构如图,520,所示,其中,Z,04,、,Z,05,及,R,j,由以下公式确定,:,2025/6/14 周六,78,图,5-20,实际功率分配器平面结构图,微带环形电桥,2025/6/14 周六,79,图,5,21,微带环形电桥结构,工作原理：,1,）,1,端入，,2,、,4,出等幅同相，,3,无输出,2,）,2,端入，,1,、,3,出等幅反相，,4,无输出,3,）,3,端入，,2,、,4,出等幅反相，,1,无输出,4,）,4,端入，,1,、,3,出等幅同相，,2,无输出,综合：,相邻端有输出，对角端无输出,2025/6/14 周六,80,设环路各段归一化特性导纳分别为,a,、,b,、,c,而四个分支的归一化特性导纳为,1,。则满足上述端口输入输出条件下,各环路段的归一化特性导纳为,而对应的散射矩阵为,4.3,微波谐振器,微波谐振器,微波系统中常用的重要元件,具有,储能,与,选频特性,的微波元件,应用,微波信号源、微波滤波器及波长计、速调管、磁控管等微波电子管的重要组成部分,微波加热器,-,微波炉,构成,由一段两端短路或两端开路的传输线段组成,低损耗介质块,2025/6/14 周六,81,2025/6/14 周六,82,图,5,25,各种微波谐振器,微波谐振器,-,简介,2025/6/14 周六,83,2,a,圆波导,在圆波导两端用导体短路可构成微波圆柱谐振腔,2,a,2,b,同轴线,在同轴线两端用抗流活塞或低通滤波器短路可构成微波同轴谐振腔,2a=11 mm,，,h=8 mm,f,0,=4.2 GHz,，,C,波段,2a=4 mm,，,h=3.5 mm,f,0,=12 GHz,，,Ku,波段,分类,传输线型谐振器,-,两端被开路或短路的传输线,矩形谐振器,圆柱谐振器,同轴谐振器,带状线谐振器,微带谐振器,开放式谐振腔,非传输线型谐振器,-,特殊形状谐振器,速调管,磁控管,行波管,2025/6/14 周六,84,微波源,r,r,导体板的尺度,远大于微波波长,LC,谐振回路在高频的局限性,频率升高，损耗急剧增加，品质因数大大降低，选频特性变差；,频率升高，电感器和电容器制作困难,2025/6/14 周六,85,2025/6/14 周六,86,图,5,26,微波谐振器的演化过程,与,LC,谐振回路的相似之处,2025/6/14 周六,87,与,LC,谐振回路的区别,能量分布,LC,谐振回路：电场能量,C,，磁场能量,L,微波谐振器：电场能量和磁场能量是,空间分布,的,谐振频率,LC,谐振回路：,唯一,谐振频率,f,0,微波谐振器：,无限多,个谐振频率,f,0,品质因数,微波谐振器集中较多的能量，损耗较小，因此它的品质因数远大于,LC,集中参数回路的品质因数,2025/6/14 周六,88,微波谐振器的基本参量,三个基本参量,谐振频率,f,0,(,或谐振波长,0,),品质因数,Q,0,等效电导,G,0,谐振频率,f,0,谐振器中某个模式的场发生谐振的频率,谐振频率可采用电纳法分析,谐振时,谐振器内电场能量和磁场能量自行彼此转换,故谐振器内总的电纳为零,2025/6/14 周六,89,谐振频率,谐振频率,f,0,等效电路，将所有的等效电纳归算到同一个参考面上,2025/6/14 周六,90,f,0,谐振频率,2025/6/14 周六,91,谐振频率由,振荡模式,、,腔体尺寸,以及,腔中填充介质,(,),所确定；,在谐振器尺寸一定的情况下,与振荡模式相对应有,无穷多个谐振频率。,结论,品质因素,品质因素,Q,0,描写谐振器的选择性的优劣和能量损耗的大小,2025/6/14 周六,92,品质因素,Q,0,谐振时,电磁场的总储能为,谐振器的损耗,导体损耗,介质损耗,辐射损耗,2025/6/14 周六,93,封闭腔,=0,无介质损耗,壁电流的热损耗,无载品质因数,描述了谐振腔储能和谐振腔本身耗能的情况,有载品质因数,描述了谐振腔储能和谐振腔及其耦合装置的耗能情况,2025/6/14 周六,94,外界负载吸收的功率,2025/6/14 周六,95,结论,:,，应选择谐振器形状使其,大,;,因谐振器线尺寸与工作波长成正比即,V,S,故 有,Q,0,由于,仅为几微米,对,厘米波段的谐振器,其,Q,0,值将在,10,4,-10,5,量级,。,同轴线谐振腔,同轴线谐振腔,利用同轴线中的驻波振荡构成的谐振腔,同轴线单模传输条件,优点,振荡模式最简单,工作稳定,工作频带宽,2025/6/14 周六,96,同轴谐振腔的种类,/4,同轴腔,/2,同轴腔,电容加载同轴腔,/2,型同轴谐振腔,由两端短路（或开路）的一段同轴线构成,2025/6/14 周六,97,当腔的长度一定时,每对应一个,n,值就有,一个谐振波长,即对,应于一种模式,/2,型同轴谐振腔的品质因数,2025/6/14 周六,98,(,D/d,)=3.6,时，同轴腔的品质因数,Q,0,达最大,/4,同轴腔,将同轴线一端短路,另一端开路,谐振时,从参考面,T,看进去的导纳为零,2025/6/14 周六,99,/4,同轴腔的品质因数,实际应用中，延长外导体长度，成为一,截止圆波导,，避免开路端向外辐射,2025/6/14 周六,100,(,D/d,)=3.6,时，同轴腔的品质因数,Q,0,达最大,电容加载同轴腔,一端短路,另一端的内导体的端面与外导体的短路面之间形成一个集中电容,由参考面,T,向右和向左看的电纳分别为,2025/6/14 周六,101,电容加载同轴腔,将缝隙电场近似看作均匀分布，则式中,C,可按平板电容公式计算,特点,加载电容腔的长度总小于,/4,损耗大，,Q,值低,2025/6/14 周六,102,矩形谐振腔,构成,在矩形波导上相距为,l,的两处位置上用理想导体短路，就构成了矩形谐振腔,振荡模式及其场分布,矩形波导,TE,模和,TM,模,谐振腔,TE,mnp,和,TM,mnp,，,下标,mn,和,p,分别表示场分量沿波导宽壁,窄壁和长度上变化的半驻波数,2025/6/14 周六,103,矩形谐振腔,最低振荡模,TE101,谐振波长,谐振条件与,/2,同轴腔相同,但由于波导中传输的波是色散波,故波长应指波导波长,p,2025/6/14 周六,104,所有谐振腔,矩形谐振腔,谐振波长,TE,101,模的谐振波长,相同,m,、,n,及,p,的,TE,振荡模和,TM,振荡模的谐振波长相等,故,TE,振荡模和,TM,振荡模互为简并模,2025/6/14 周六,105,矩形谐振腔,简并模,若：,a=b=l,，则,H101,，,H011,，,E110,是简并模式,简并模式的特点就是它们具有,相同的谐振频率,和,不同的电磁场空间分布,结构,应用,-,微波炉，加热器、干燥器,获得较均匀的加热效果,2025/6/14 周六,106,4.4,微波滤波器,微波滤波器分类,按功能,低通（,LPF,）,高通（,HPF,）,带通（,BPF,）,带阻（,BSF,）,按衰减频率特性响应,最大平坦式,切比雪夫式,椭圆函数式,2025/6/14 周六,107,微波滤波器的主要技术指标,工作频率,:,滤波器的通带频率范围,有两种定义方式：,3 dB,带宽,插损带宽,通带内允许的,最大插入衰减,L,Ar,(dB,),阻带内允许的,最小衰减,L,As,(dB,),及相应的阻带频率,f,s,带内波纹,2025/6/14 周六,108,微波滤波器的衰减特性,2025/6/14 周六,109,微波滤波器的衰减特性,2025/6/14 周六,110,2025/6/14 周六,111,微波滤波器的设计方法,经典方法：即低通原型综合法,先由衰减特性综合出低通原型,再进行频率变换,最后用微波结构实现电路元件。,结合数学计算软件,(,如,Mathcad,、,MATLAB,等,),和微波仿真软件（,Ansoft,、,Microwave Office,等）可以得到满意的结果。,2025/6/14 周六,112,微波滤波器的设计实例,设计一个,L-C,切比雪夫型低通滤波器,截止频率为,75 MHz,衰减为,3 dB,波纹为,1dB,频率大于,100 MHz,衰减大于,20 dB,，,Z,0,=50,。,2025/6/14 周六,113,步骤一,:,确定指标,:,特性阻抗,Z,0,=50,截止频率,f,c,=75MHz,阻带边频,f,s,=100MHz,通带最大衰减,L,Ar,=3dB,阻带最小衰减,L,As,=20dB,。,步骤二,:,计算元件级数,n,令,则,n,取最接近的整数,则,n=5,。,2025/6/14 周六,114,步骤三,:,查表求低通原型元件值,g,i,如表,所示。,2025/6/14 周六,115,步骤四,:,画出电路,如图所示。,2025/6/14 周六,116,仿真结果如图所示：,2025/6/14 周六,117,带通滤波器实例：,2025/6/14 周六,118,金属波导滤波器（例）,2025/6/14 周六,119,微带滤波器例,1,（,LPF,）,2025/6/14 周六,120,微带滤波器例,2,（,BPF,）,2025/6/14 周六,121,微带滤波器例,3,2025/6/14 周六,122,2025/6/14 周六,123,2025/6/14 周六,124,2025/6/14 周六,125,4.5,微波铁氧体器件,性质,非互易性,功能,单向传输，反向隔离,隔离器,单向循环流通,环行器,2025/6/14 周六,126,铁氧体材料,铁磁性金属氧化物，黑褐色陶瓷,镍,-,锌、镍,-,镁、锰,-,镁、钇铁石榴石（,YIG,）,材料特性,高电阻率：,102,108cm,，高介电性能,1020,非线性,各向异性,应用于高频弱电领域,2025/6/14 周六,127,隔离器,谐振式,场移式,正向时，几乎无衰减；,反向时，衰减很大。,2025/6/14 周六,128,隔离器的性能指标,散射矩阵,有耗，非互易；,正向衰减量,a+,2025/6/14 周六,129,理想情况下,|,S,21,|=1,+,=0;,一般希望,+,越小越好。,隔离器的性能指标,反向衰减量,a-,隔离比,2025/6/14 周六,130,理想情况下,-,。,隔离器的性能指标,输入驻波比,2025/6/14 周六,131,铁氧体环形器,2025/6/14 周六,132,图,5,33,环行器及其场分布,2025/6/14 周六,133,三端口非互易器件,2025/6/14 周六,134,环行器的应用,