1、 1. 終端負載元件終端負載元件 (1) 短路負載短路負載 短路負載是實現(xiàn)微波系統(tǒng)短路的器件短路負載是實現(xiàn)微波系統(tǒng)短路的器件, 對金屬波導最方便的對金屬波導最方便的短路負載是在波導終端接上一塊金屬片。短路負載是在波導終端接上一塊金屬片。 但在實際微波系統(tǒng)中往往需要改變終端短路面的位置但在實際微波系統(tǒng)中往往需要改變終端短路面的位置, 即需即需要一種可移動的短路面要一種可移動的短路面, 這就是短路活塞。這就是短路活塞。 短路活塞可分為接觸式短路活塞和扼流式短路活塞兩種短路活塞可分為接觸式短路活塞和扼流式短路活塞兩種, 前前者已不太常用者已不太常用, 下面介紹一下扼流式短路活塞。下面介紹一下扼流式短

2、路活塞。5.1 連接匹配元件連接匹配元件 應用于同軸線和波導的扼流式短路活塞如圖應用于同軸線和波導的扼流式短路活塞如圖5-1(a)、(b)所示所示, 它們的有效短路面不在活塞和系統(tǒng)內(nèi)壁直接接觸處它們的有效短路面不在活塞和系統(tǒng)內(nèi)壁直接接觸處, 而向波源方而向波源方向移動向移動g/2的距離。的距離。 這種結(jié)構(gòu)是由兩段不同等效特性阻抗的這種結(jié)構(gòu)是由兩段不同等效特性阻抗的g/4變換段構(gòu)成變換段構(gòu)成, 其工作原理可用如圖其工作原理可用如圖 5-1(c)所示的等效電路來表示所示的等效電路來表示, 其中其中cd段段相當于相當于g/4終端短路的傳輸線終端短路的傳輸線, bc段相當于段相當于g/4終端開路的傳輸

3、終端開路的傳輸線線, 兩段傳輸線之間串有電阻兩段傳輸線之間串有電阻Rk, 它是接觸電阻它是接觸電阻, 由等效電路不由等效電路不難證明難證明ab面上的輸入阻抗為面上的輸入阻抗為: Zab=0, 即即ab面上等效為短路面上等效為短路, 于于是當活塞移動時實現(xiàn)了短路面的移動。是當活塞移動時實現(xiàn)了短路面的移動。 扼流短路活塞的優(yōu)點是損耗小扼流短路活塞的優(yōu)點是損耗小, 而且駐波比可以大于而且駐波比可以大于100, 但這種活塞頻帶較窄但這種活塞頻帶較窄, 一般只有一般只有10%15%的帶寬。的帶寬。 如圖如圖5-1(d)所示的是同軸所示的是同軸S型扼流短路活塞，它具有寬帶型扼流短路活塞，它具有寬帶特性。特

4、性。 (2) 匹配負載匹配負載 匹配負載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件。匹配負載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件。 對波導來說對波導來說, 一般在一段終端短路的波導內(nèi)放置一塊或幾塊一般在一段終端短路的波導內(nèi)放置一塊或幾塊劈形吸收片劈形吸收片, 用以實現(xiàn)小功率匹配負載用以實現(xiàn)小功率匹配負載, 吸收片通常由介質(zhì)片（如吸收片通常由介質(zhì)片（如陶瓷、膠木片等）涂以金屬碎末或炭木制成。陶瓷、膠木片等）涂以金屬碎末或炭木制成。 當吸收片平行地放置在波導中電場最強處當吸收片平行地放置在波導中電場最強處, 在電場作用下吸在電場作用下吸收片強烈吸收微波能量收片強烈吸收微波能量, 使其反射變小。使

5、其反射變小。 劈尖的長度越長吸收效果越好劈尖的長度越長吸收效果越好, 匹配性能越好匹配性能越好, 劈尖長度一般劈尖長度一般取取g/2的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 如圖如圖 5 - 2(a)所示所示; 當功率較大時可以在短路波導內(nèi)放置鍥形吸收體當功率較大時可以在短路波導內(nèi)放置鍥形吸收體, 或在波導或在波導外側(cè)加裝散熱片以利于散熱外側(cè)加裝散熱片以利于散熱, 如圖如圖5-2(b)、(c)所示所示; 當功率很大時當功率很大時, 還可采用水負載，如圖還可采用水負載，如圖5-2(d)所示所示, 由流動的由流動的水將熱量帶走。水將熱量帶走。 同軸線匹配負載是由在同軸線內(nèi)外導體間放置的圓錐形或階同軸線匹配負載是由在同

6、軸線內(nèi)外導體間放置的圓錐形或階梯型吸收體而構(gòu)成的，如圖梯型吸收體而構(gòu)成的，如圖5-2(e)、(f)所示。所示。 微帶匹配負載一般用半圓形的電阻作為吸收體，如圖微帶匹配負載一般用半圓形的電阻作為吸收體，如圖5-2(g)所示，這種負載不僅頻帶寬，而且功率容量大。所示，這種負載不僅頻帶寬，而且功率容量大。 (3) 失配負載失配負載 失配負載既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率失配負載既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率, 而而且一般制成一定大小駐波的標準失配負載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。主要用于微波測量。 失配負載和匹配負載的制作相似失配負載和匹配負載的制作相

7、似, 只是尺寸略微改變了一下只是尺寸略微改變了一下, 使之和原傳輸系統(tǒng)失配。使之和原傳輸系統(tǒng)失配。 比如波導失配負載，就是將匹配負載的波導窄邊比如波導失配負載，就是將匹配負載的波導窄邊b制作成與制作成與標準波導窄邊標準波導窄邊b0不一樣不一樣, 使之有一定的反射。使之有一定的反射。 設駐波比為設駐波比為, 則有：則有： 例如例如: 3 cm的波段標準波導的波段標準波導BJ-100的窄邊為的窄邊為10.16 mm, 若要求若要求駐波比為駐波比為1.1和和1.2, 則失配負載的窄邊分別為則失配負載的窄邊分別為9.236 mm和和8.407 mm。)(00bbbb或(5-1-1) 2. 微波連接元件

8、微波連接元件 微波連接元件是二端口互易元件微波連接元件是二端口互易元件, 主要包括主要包括: 波導接頭、衰減波導接頭、衰減器、相移器、轉(zhuǎn)換接頭。器、相移器、轉(zhuǎn)換接頭。 (1) 波導接頭波導接頭 波導管一般采用法蘭盤連接波導管一般采用法蘭盤連接, 可分為平法蘭接頭和扼流法蘭可分為平法蘭接頭和扼流法蘭接頭接頭, 分別如圖分別如圖 5-3(a)、 (b)所示。所示。 平法蘭接頭的特點是平法蘭接頭的特點是: 加工方便加工方便, 體積小體積小, 頻帶寬頻帶寬, 其駐波比可其駐波比可以做到以做到1.002以下以下, 但要求接觸表面光潔度較高。但要求接觸表面光潔度較高。 扼流法蘭接頭由一個刻有扼流槽的法蘭和

9、一個平法蘭對接而扼流法蘭接頭由一個刻有扼流槽的法蘭和一個平法蘭對接而成成, 扼流法蘭接頭的特點是扼流法蘭接頭的特點是: 功率容量大功率容量大, 接觸表面光潔度要求不接觸表面光潔度要求不高高, 但工作頻帶較窄但工作頻帶較窄, 駐波比的典型值是駐波比的典型值是1.02。 因此，平接頭常用低功率、寬頻帶場合，而扼流接頭一般用因此，平接頭常用低功率、寬頻帶場合，而扼流接頭一般用于高功率、窄頻帶場合。于高功率、窄頻帶場合。 波導連接頭除了法蘭接頭之外波導連接頭除了法蘭接頭之外, 還有各種扭轉(zhuǎn)和彎曲元件還有各種扭轉(zhuǎn)和彎曲元件(如如圖圖 5-4 所示所示)以滿足不同的需要。以滿足不同的需要。 當需要改變電磁

10、波的極化方向而不改變其傳輸方向時，用波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(zhuǎn)元件導扭轉(zhuǎn)元件; 當需要改變電磁波的方向時，可用波導彎曲。當需要改變電磁波的方向時，可用波導彎曲。 波導彎曲可分為波導彎曲可分為E面彎曲和面彎曲和H面彎曲。面彎曲。 為了使反射最小為了使反射最小, 扭轉(zhuǎn)長度應為扭轉(zhuǎn)長度應為(2n+1)g/4, E面波導彎曲的曲面波導彎曲的曲率半徑應滿足率半徑應滿足R1.5b, H面彎曲的曲率半徑應滿足面彎曲的曲率半徑應滿足R1.5a。 (2) 衰減元件和相移元件衰減元件和相移元件 衰減元件和相移元件用來改變導行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相衰減元件和相移元件用來改變導行系統(tǒng)

11、中電磁波的幅度和相位。位。 對于理想的衰減器，其散射矩陣應為對于理想的衰減器，其散射矩陣應為: 而理想相移元件的散射矩陣應為而理想相移元件的散射矩陣應為:(5-1-2)0ee0llS(5-1-3)0ee0jjS 衰減器的種類很多衰減器的種類很多, 最常用的是吸收式衰減器最常用的是吸收式衰減器, 它是在一段它是在一段矩形波導中平行于電場方向放置吸收片而構(gòu)成矩形波導中平行于電場方向放置吸收片而構(gòu)成, 有固定式和可變有固定式和可變式兩種，式兩種， 分別如圖分別如圖5-5(a)、 (b)所示。所示。 一般吸收片由膠木板表面涂覆石墨或在玻璃片上蒸發(fā)一層厚一般吸收片由膠木板表面涂覆石墨或在玻璃片上蒸發(fā)一層

12、厚的電阻膜組成的電阻膜組成, 一般兩端為尖劈形，以減小反射。一般兩端為尖劈形，以減小反射。 由矩形波導由矩形波導TE10模的電場分布可知模的電場分布可知, 波導寬邊中心位置電場波導寬邊中心位置電場最強最強, 逐漸向兩邊減小到零逐漸向兩邊減小到零, 因此因此, 當吸收片沿波導橫向移動時當吸收片沿波導橫向移動時, 就就可改變其衰減量?？筛淖兤渌p量。 將衰減器的吸收片換成介電常數(shù)將衰減器的吸收片換成介電常數(shù)r1的無耗介質(zhì)片時的無耗介質(zhì)片時, 就構(gòu)就構(gòu)成了移相器成了移相器, 這是因為電磁波通過一段長波為這是因為電磁波通過一段長波為l的無耗傳輸系統(tǒng)后的無耗傳輸系統(tǒng)后相位變化為：相位變化為： 其中：其中

13、：g為波導波長為波導波長, 在波導中改變介質(zhì)片位置，在波導中改變介質(zhì)片位置， 會改變波會改變波導波長導波長, 從而實現(xiàn)相位的改變。從而實現(xiàn)相位的改變。 g2l(5-1-4) (3) 轉(zhuǎn)換接頭轉(zhuǎn)換接頭 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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器。換器。 在這一類轉(zhuǎn)換器的設計中，一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時阻抗在這一類轉(zhuǎn)換器的設計中，一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時阻抗的匹配，以保證信號有效傳送；另一方面要保證工作模式的轉(zhuǎn)的匹配，以保證信號有效傳送；另一方面要保證工作模式的轉(zhuǎn)換。換。 另一類轉(zhuǎn)換器是極化轉(zhuǎn)換器另一類轉(zhuǎn)換器是極化轉(zhuǎn)換器, 由于在雷達通信和

14、電子干擾由于在雷達通信和電子干擾中經(jīng)常用到圓極化波中經(jīng)常用到圓極化波, 而微波傳輸系統(tǒng)往往是線極化的而微波傳輸系統(tǒng)往往是線極化的, 為此需為此需要進行極化轉(zhuǎn)換要進行極化轉(zhuǎn)換, 這就需要極化轉(zhuǎn)換器。這就需要極化轉(zhuǎn)換器。 由電磁場理論可知由電磁場理論可知, 一個圓極化波可以分解為在空間互相一個圓極化波可以分解為在空間互相垂直、相位相差垂直、相位相差90而幅度相等的兩個線極化波而幅度相等的兩個線極化波; 另一方面另一方面, 一個線極化波也可以分解為在空間互相垂直、一個線極化波也可以分解為在空間互相垂直、大小相等、相位相同的兩個線極化波大小相等、相位相同的兩個線極化波, 只要設法將其中一個分只要設法將

15、其中一個分量產(chǎn)生附加量產(chǎn)生附加90相移相移, 再合成起來便是一個圓極化波了。再合成起來便是一個圓極化波了。 常用的線常用的線-圓極化轉(zhuǎn)換器有兩種：多螺釘極化轉(zhuǎn)換器和介質(zhì)圓極化轉(zhuǎn)換器有兩種：多螺釘極化轉(zhuǎn)換器和介質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器極化轉(zhuǎn)換器(如圖如圖5-6)。 這兩種結(jié)構(gòu)都是慢波結(jié)構(gòu)這兩種結(jié)構(gòu)都是慢波結(jié)構(gòu), 其相速要比空心圓波導小。其相速要比空心圓波導小。 如果變換器輸入端輸入的是線極化波如果變換器輸入端輸入的是線極化波, 其其TE11模的電場與慢模的電場與慢波結(jié)構(gòu)所在平面成波結(jié)構(gòu)所在平面成45角角, 這個線極化分量將分解為垂直和平行這個線極化分量將分解為垂直和平行于慢波結(jié)構(gòu)所在平面的兩個分量于慢波結(jié)構(gòu)

16、所在平面的兩個分量Eu和和Ev, 它們在空間互相垂直它們在空間互相垂直, 且都是主模且都是主模TE11, 只要螺釘數(shù)足夠多或介質(zhì)板足夠長只要螺釘數(shù)足夠多或介質(zhì)板足夠長, 就可以使平就可以使平行分量產(chǎn)生附加行分量產(chǎn)生附加 90的相位滯后。的相位滯后。 于是，在極化轉(zhuǎn)換器的輸出端兩個分量合成的結(jié)果便是一于是，在極化轉(zhuǎn)換器的輸出端兩個分量合成的結(jié)果便是一個圓極化波。個圓極化波。 至于是左極化還是右極化，要根據(jù)極化轉(zhuǎn)換器輸入端的線至于是左極化還是右極化，要根據(jù)極化轉(zhuǎn)換器輸入端的線極化方向與慢波平面之間的夾角確定。極化方向與慢波平面之間的夾角確定。 3. 阻抗匹配元件阻抗匹配元件 (1) 螺釘調(diào)配器螺釘

17、調(diào)配器 螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的調(diào)諧和匹配元件螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的調(diào)諧和匹配元件, 它是它是在波導寬邊中央插入可調(diào)螺釘作為調(diào)配元件在波導寬邊中央插入可調(diào)螺釘作為調(diào)配元件, 如圖如圖5-7所示。所示。 圖圖 57 波導中的螺釘及其等效電路波導中的螺釘及其等效電路 螺釘深度的不同等效為不同的電抗元件螺釘深度的不同等效為不同的電抗元件, 使用時為了避免波使用時為了避免波導短路擊穿導短路擊穿, 螺釘都設計成容性螺釘都設計成容性, 即螺釘旋入波導中的深度應小即螺釘旋入波導中的深度應小于于3b/4(b為波導窄邊尺寸為波導窄邊尺寸)。 由第由第1章的支節(jié)調(diào)配原理可知：多個相距一定距離的螺

18、釘可章的支節(jié)調(diào)配原理可知：多個相距一定距離的螺釘可構(gòu)成螺釘阻抗調(diào)配器構(gòu)成螺釘阻抗調(diào)配器, 不同的是這里支節(jié)用容性螺釘來代替。不同的是這里支節(jié)用容性螺釘來代替。 螺釘調(diào)配器可分為單螺釘、螺釘調(diào)配器可分為單螺釘、 雙螺釘、雙螺釘、 三螺釘和四螺釘四種。三螺釘和四螺釘四種。 單螺釘調(diào)配器通過調(diào)整螺釘?shù)目v向位置和深度來實現(xiàn)匹配單螺釘調(diào)配器通過調(diào)整螺釘?shù)目v向位置和深度來實現(xiàn)匹配, 如圖如圖 5-8(a)所示所示; 雙螺釘調(diào)配器是在矩形波導中相距雙螺釘調(diào)配器是在矩形波導中相距g/8、g/4或或3g/8 等距離等距離的兩個螺釘構(gòu)成的的兩個螺釘構(gòu)成的, 如圖如圖5-8(b)所示。所示。 雙螺釘調(diào)配器有匹配盲區(qū)

19、雙螺釘調(diào)配器有匹配盲區(qū), 故有時采用三螺釘調(diào)配器。故有時采用三螺釘調(diào)配器。 其工作原理在此不再贅述。其工作原理在此不再贅述。 由于螺釘調(diào)配器的螺釘間距與工作波長直接相關(guān)由于螺釘調(diào)配器的螺釘間距與工作波長直接相關(guān), 因此螺釘因此螺釘調(diào)配器是窄頻帶的。調(diào)配器是窄頻帶的。 (2) 多階梯阻抗變換器多階梯阻抗變換器 在第在第1章中我們已經(jīng)知道，用章中我們已經(jīng)知道，用/4阻抗變換器可實現(xiàn)阻抗匹配；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，即但嚴格說來只有在特定頻率上才滿足匹配條件，即/4阻抗阻抗變換器的工作頻帶是很窄的。變換器的工作頻帶是很窄的。 要使變換器在較寬的工作頻帶內(nèi)

20、仍可實現(xiàn)匹配要使變換器在較寬的工作頻帶內(nèi)仍可實現(xiàn)匹配, 必須用多階必須用多階梯阻抗變換器梯阻抗變換器, 圖圖5-9 所示分別為波導、同軸線、微帶的多階梯阻所示分別為波導、同軸線、微帶的多階梯阻抗變換器?？棺儞Q器。圖圖59 各種多階梯阻抗變換器各種多階梯阻抗變換器圖圖510 多階梯阻抗變換器的等效電路多階梯阻抗變換器的等效電路圖圖59 各種多階梯阻抗變換器各種多階梯阻抗變換器它們都可等效為如圖它們都可等效為如圖 5-10 所示的電路。所示的電路。 設變換器共有設變換器共有N節(jié)，參考面分別為節(jié)，參考面分別為T0, T1, T2, , TN共共(N+1)個個, 如果參考面上局部電壓反射系數(shù)對稱選取如

21、果參考面上局部電壓反射系數(shù)對稱選取, 即?。杭慈。?則輸入?yún)⒖济鎰t輸入?yún)⒖济鎀0上總電壓反射系數(shù)上總電壓反射系數(shù)為：為：(5-1-5)22110NNN)2cos(cose2)ee ()ee (e)ee()e(eeee10j)2( j)2( j1jj0j)1(2j1212j02j)1(2j14j22j10NNNNNNNNNNjNNNNNN(5-1-6) 當當0, 1, 等值給定時等值給定時, 上式右端為余弦函數(shù)上式右端為余弦函數(shù)cos的多項式的多項式, 滿足滿足|=0的的cos有很多解有很多解, 亦即有許多亦即有許多g使使|=0。 這就是說，在許多工作頻率上都能實現(xiàn)阻抗匹配這就是說，在許多工作頻

22、率上都能實現(xiàn)阻抗匹配, 從而拓寬從而拓寬了頻帶。了頻帶。 顯然顯然, 階梯級數(shù)越多階梯級數(shù)越多, 頻帶越寬。頻帶越寬。 于是反射系數(shù)模值為：于是反射系數(shù)模值為： |=|0cosN+1cos(N-2)+|(5-1-7) (3) 漸變型阻抗變換器漸變型阻抗變換器 由前面分析可知由前面分析可知, 只要增加階梯的級數(shù)就可以增加工作帶寬只要增加階梯的級數(shù)就可以增加工作帶寬, 但增加了階梯級數(shù)但增加了階梯級數(shù), 變換器的總長度也要增加變換器的總長度也要增加, 尺寸會過大尺寸會過大, 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設計就更加困難設計就更加困難, 因此產(chǎn)生了漸變線代替多階梯。因此產(chǎn)生了漸變線代替多階梯。 設漸變線總長度為設漸變線總

23、長度為L, 特性阻抗為特性阻抗為Z(z), 并建立如圖并建立如圖 5-11所示所示坐標：坐標：圖圖 511 漸變型阻抗變換器漸變型阻抗變換器 漸 變 線 上 任 意 微 分 段漸 變 線 上 任 意 微 分 段 z z + z , 對 應 的 輸 入 阻 抗 為對 應 的 輸 入 阻 抗 為Zin(z)Zin(z)+Zin(z), 由傳輸線理論得：由傳輸線理論得：)tan()()( j)()tan()(j)()()()(inininininzzZzZzZzzZzZzZzZzZ(5-1-8a) 式中式中,為漸變線的相移常數(shù)。為漸變線的相移常數(shù)。 當當z0時時, tanzz, 代入上式可得：代入上

24、式可得：)()()(j1)(j)()()(inininininzzzzzzzzzZzZzZzZ(5-1-8b)忽略高階無窮小量忽略高階無窮小量, 并整理可得：并整理可得：若令電壓反射系數(shù)為若令電壓反射系數(shù)為(z), 則：則：)()()(jd)(2ininzZzZzZzzdZ(5-1-9)()()()(ininzZZzZzZz(5-1-10)()()(j1)(j)()()(inininininzzzzzzzzzZzZzZzZ(5-1-8b) 代入式代入式(5-1-9)并經(jīng)整理可得關(guān)于并經(jīng)整理可得關(guān)于(z)的非線性方程：的非線性方程：0d)(lnd)(1 21)(2 jd)(d2zzZzzzz(5

25、-1-11) 當漸變線變化較緩時當漸變線變化較緩時, 近似認為近似認為1-2(z)1, 則可得關(guān)于則可得關(guān)于(z)的的線性方程：線性方程：其通解為：其通解為： 故漸變線輸入端反射系數(shù)為：故漸變線輸入端反射系數(shù)為：0d2)(lnd)(j2d)(dzzZzzz(5-1-12)zzzZzzzded)(lnd21e)(2j2j(5-1-13)zzzZzLLLded)(lnd21e2j22jin(5-1-14)0d)(lnd)(1 21)(2 jd)(d2zzZzzzz(5-1-11) 這樣，當漸變線特性阻抗這樣，當漸變線特性阻抗Z(z)給定后給定后, 由式由式(5-1-14)就可求得漸就可求得漸變線輸

26、入端電壓反射系數(shù)。變線輸入端電壓反射系數(shù)。 通常漸變線特性阻抗隨距離變化的規(guī)律有：指數(shù)型、三角函通常漸變線特性阻抗隨距離變化的規(guī)律有：指數(shù)型、三角函數(shù)型及切比雪夫型數(shù)型及切比雪夫型, 下面就來介紹指數(shù)型漸變線的特性下面就來介紹指數(shù)型漸變線的特性, 其特性阻其特性阻抗?jié)M足：抗?jié)M足： 可見當可見當 時，時，Z(z)=Z0, 而當而當 時，時，Z(z)=Zl, 于是有：于是有：2Lz2Lz 010ln21exp)(ZZLzZzZ(5-1-15)01ln1d)(lndZZLzzZ(5-1-16)兩邊取模得：兩邊取模得：輸入端反射系數(shù)為：輸入端反射系數(shù)為：012j2201jlnsin21deln21eZ

27、ZLLzZZLzLLLin(5-1-17)01inlnsin21ZZLL(5-1-18) 圖圖5-12 給出了給出了|in|與與L的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 由圖可見由圖可見, 當漸變線長度一定時當漸變線長度一定時, |in|隨頻率的變化而變。隨頻率的變化而變。 越小越小, L越大越大, |in|越小越小; 極限情況下極限情況下0, 則則|in|0, 這說明這說明指數(shù)漸變線阻抗變換器工作頻帶無上限指數(shù)漸變線阻抗變換器工作頻帶無上限, 而頻帶下限取決于而頻帶下限取決于|in|的容許值。的容許值。 在射頻與微波無線系統(tǒng)中，往往需將一路微波功率在一在射頻與微波無線系統(tǒng)中，往往需將一路微波功率在一定頻段

28、內(nèi)按比例分成幾路，這就是功率分配問題。定頻段內(nèi)按比例分成幾路，這就是功率分配問題。 將功率分成幾路的器件稱為功率分配元器件，主要包括：將功率分成幾路的器件稱為功率分配元器件，主要包括：定向耦合器、功率分配器以及各種微波分支器件。定向耦合器、功率分配器以及各種微波分支器件。 還有將幾個不同窄頻段的信號合成一路寬頻信號或?qū)走€有將幾個不同窄頻段的信號合成一路寬頻信號或?qū)茁氛l信號合成一路寬頻信號的器件稱為合路器或多工器。路窄頻信號合成一路寬頻信號的器件稱為合路器或多工器。 這些器件一般都是線性多端口互易網(wǎng)絡，因此可用微波這些器件一般都是線性多端口互易網(wǎng)絡，因此可用微波網(wǎng)絡理論進行分析。網(wǎng)絡理論進

29、行分析。 1. 定向耦合器定向耦合器 定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件, 它是由它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的, 如圖如圖5-13所示。所示。 圖中圖中“、 ”是一條傳輸系統(tǒng)是一條傳輸系統(tǒng), 稱為主線；稱為主線； “、”為另一條傳輸系統(tǒng)為另一條傳輸系統(tǒng), 稱為副線。稱為副線。 耦合裝置的耦合方式有許多種耦合裝置的耦合方式有許多種, 一般有孔、分支線、耦合線一般有孔、分支線、耦合線等等, 形成不同的定向耦合器。形成不同的定向耦合器。 圖圖5-13 定向耦合器的原理圖定向耦合器的原理圖 1)

30、 定向耦合器的性能指標定向耦合器的性能指標 定向耦合器是四端口網(wǎng)絡定向耦合器是四端口網(wǎng)絡, 端口端口“”為輸入端為輸入端, 端口端口“”為直通輸出端為直通輸出端, 端口端口“”為耦合輸出端為耦合輸出端, 端口端口“”為隔離端為隔離端, 并并設其散射矩陣為設其散射矩陣為S。 描述定向耦合器的性能指標有描述定向耦合器的性能指標有: 耦合度、隔離度、耦合度、隔離度、 定向度、定向度、輸入駐波比和工作帶寬。下面分別加以介紹。輸入駐波比和工作帶寬。下面分別加以介紹。 圖圖5-13 定向耦合器的原理圖定向耦合器的原理圖 (2) 隔離度隔離度 輸入端輸入端“”的輸入功率的輸入功率P1和隔離端和隔離端“”的輸

31、出功率的輸出功率P4之比之比定義為隔離度定義為隔離度, 記作記作I。 (1)耦合度耦合度 輸入端輸入端“”的輸入功率的輸入功率P1與耦合端與耦合端“”的輸出功率的輸出功率P3之比之比定義為耦合度，記作定義為耦合度，記作C。)dB(1lg20lg101331SPPC(5-2-1)d(1lg20lg101441BSPPI(5-2-2) (3) 定向度定向度 耦合端耦合端“”的輸出功率的輸出功率P3與隔離端與隔離端“”的輸出功率的輸出功率P4之之比定義為定向度，記作比定義為定向度，記作D。 (4) 輸入駐波比輸入駐波比 端口端口“、 、 ”都接匹配負載時的輸入端口都接匹配負載時的輸入端口“”的駐的駐

32、波比定義為輸入駐波比，記作波比定義為輸入駐波比，記作。 )dB(lg20lg10141343CISSPPD(5-2-3)111111SS(5-2-4) (5) 工作帶寬工作帶寬 工作帶寬是指定向耦合器的上述工作帶寬是指定向耦合器的上述C、I、D、等參數(shù)均滿足要等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。求時的工作頻率范圍。 2) 波導雙孔定向耦合器波導雙孔定向耦合器 波導雙孔定向耦合器是最簡單的波導定向耦合器波導雙孔定向耦合器是最簡單的波導定向耦合器, 主、副波主、副波導通過其公共窄壁上兩個相距導通過其公共窄壁上兩個相距d=(2n+1)g0/4 的小孔實現(xiàn)耦合。的小孔實現(xiàn)耦合。 其中，其中，g0是中心頻

33、率所對應的波導波長是中心頻率所對應的波導波長, n為正整數(shù)為正整數(shù), 一般取一般取n=0。 耦合孔一般是圓形耦合孔一般是圓形, 也可以是其它形狀。也可以是其它形狀。 定向耦合器的結(jié)構(gòu)如圖定向耦合器的結(jié)構(gòu)如圖5-14(a)所示：所示：ddquuuj32j313e2e(5-2-5) 設端口設端口入射入射 波波 ，第一個小孔耦合到副波導中，第一個小孔耦合到副波導中的歸一化出射波為的歸一化出射波為 和和 ，q為小孔耦合系數(shù)。為小孔耦合系數(shù)。 假設小孔很小，到達第二個小孔的電磁波能量不變，只是引假設小孔很小，到達第二個小孔的電磁波能量不變，只是引起相位差，第二個小孔處耦合到副波導處的歸一化出射波分別為起

34、相位差，第二個小孔處耦合到副波導處的歸一化出射波分別為 和和 ，在副波導輸出端口，在副波導輸出端口合成的合成的歸一化出射波為：歸一化出射波為： 10TE) 1(1uqu41qu31djqeu42djqeu32 根據(jù)耦合器的耦合機理，根據(jù)耦合器的耦合機理，可將它畫成如圖可將它畫成如圖5-14(b)所示所示原理圖。原理圖。副波導輸出端口副波導輸出端口“”合成的歸一化出射波為：合成的歸一化出射波為：由此可得波導雙孔定向耦合器的耦合度為：由此可得波導雙孔定向耦合器的耦合度為：小圓孔耦合的耦合系數(shù)為：小圓孔耦合的耦合系數(shù)為：dddqquuuj2jj42414edcos2)e1 (e(5-2-6)(2lg

35、20lg20lg20331dBquuuC(5-2-7)32341raabq(5-2-8) 式中式中, a、b分別為矩形波導的寬邊和窄邊；分別為矩形波導的寬邊和窄邊；r為小孔的半徑；為小孔的半徑；是是TE10模的相移常數(shù)。模的相移常數(shù)。 波導雙孔定向耦合器的定向度為：波導雙孔定向耦合器的定向度為： 當工作在中心頻率時當工作在中心頻率時, d=/2, 此時此時D; 當偏離中心頻率時當偏離中心頻率時, secd具有一定的數(shù)值具有一定的數(shù)值, 此時此時D不再為無不再為無窮大。窮大。 實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上, 其定向性也不是無窮其定向性也不是無窮大大, 而只能在

36、而只能在30dB左右。左右。 由由(5-2-9)可見，這種定向耦合器是窄帶的?？梢?，這種定向耦合器是窄帶的。ddqquuDseclg20cos22lg20lg2043(5-2-9) 總之，波導雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主總之，波導雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主波導的定向輸出，在耦合口上同相疊加，在隔離口上反相抵消。波導的定向輸出，在耦合口上同相疊加，在隔離口上反相抵消。 為了增加定向耦合器的耦合度，拓寬工作頻帶，可采用多為了增加定向耦合器的耦合度，拓寬工作頻帶，可采用多孔定向耦合器?？锥ㄏ蝰詈掀?。 3) 雙分支定向耦合器雙分支定向耦合器 雙分支定向耦合器由雙分支定向耦合器

37、由主線、副線和兩條分支線主線、副線和兩條分支線組成組成, 其中分支線的長度其中分支線的長度和間距均為中心波長的和間距均為中心波長的1/4, 如圖如圖 5 - 15 所示。所示。 設主線入口線設主線入口線“”的特性阻抗為的特性阻抗為Z1=Z0, 主線出口線主線出口線“”的特性阻抗為的特性阻抗為Z2=Z0k (k為阻抗變換比為阻抗變換比), 副線隔離端副線隔離端“”的特的特性阻抗為性阻抗為Z4=Z0, 副線耦合端副線耦合端“”的特性阻抗為的特性阻抗為Z3=Z0k, 平行連平行連接線的特性阻抗為接線的特性阻抗為Z0p, 兩個分支線特性阻抗分別為兩個分支線特性阻抗分別為Zt1和和Zt2。下。下面來討論

38、雙分支定向耦合器的工作原理。面來討論雙分支定向耦合器的工作原理。 假設輸入電壓信號從端口假設輸入電壓信號從端口“”經(jīng)經(jīng)A點輸入點輸入, 則到達則到達D點的信點的信號有兩路號有兩路, 一路是由分支線直達一路是由分支線直達, 其波行程為其波行程為g/4, 另一路由另一路由ABCD, 波行程為波行程為3g/4; 故兩條路徑到達的波行程差為故兩條路徑到達的波行程差為g/2, 相應的相位差為相應的相位差為, 即相位相反。即相位相反。 因此若選擇合適的特性阻抗因此若選擇合適的特性阻抗, 使到達的兩路信號的振幅相等使到達的兩路信號的振幅相等, 則端口則端口“”處的兩路信號相互抵消處的兩路信號相互抵消, 從而

39、實現(xiàn)隔離。從而實現(xiàn)隔離。 同樣由同樣由AC的兩路信號為同相信號的兩路信號為同相信號, 故在端口故在端口“”有耦合有耦合輸出信號輸出信號, 即端口即端口“”為耦合端。為耦合端。 耦合端輸出信號的大小同樣取決于各線的特性阻抗。耦合端輸出信號的大小同樣取決于各線的特性阻抗。 下面給出微帶雙分支定向耦合器的設計公式。下面給出微帶雙分支定向耦合器的設計公式。 設耦合端設耦合端“”的反射波電壓為的反射波電壓為|U3r|, 則該耦合器的耦合度為：則該耦合器的耦合度為：)dB(lg102r3UkC (5-2-10)各線的特性阻抗與各線的特性阻抗與|U3r|的關(guān)系式為：的關(guān)系式為：2r30p0UkZZr3p01

40、UZZtr3p02UkZZt(5-2-11) 對于耦合度為對于耦合度為3dB、阻抗變換比、阻抗變換比k=1的特殊定向耦合器的特殊定向耦合器, 稱為稱為3dB定向耦合器定向耦合器, 它通常用在平衡混頻電路中。它通常用在平衡混頻電路中。 此時：此時：002ZZP021ZZZtt21r3U（5-2-12）此時散射矩陣為：此時散射矩陣為： 分支線定向耦合器的帶寬受分支線定向耦合器的帶寬受g/4的限制的限制, 一般可做到一般可做到10%20%, 若要求頻帶更寬若要求頻帶更寬, 可采用多節(jié)分支耦合器?？刹捎枚喙?jié)分支耦合器。 01j021S100jj0010j10（5-2-13） 4) 平行耦合微帶定向耦合

41、器平行耦合微帶定向耦合器圖圖 5 16 平行耦合微帶定向耦合器平行耦合微帶定向耦合器eo00oZZZ o0e0o0e0ZZZZK 其中，其中，Z0為匹配負載阻抗為匹配負載阻抗, K為電壓耦合系數(shù)。設各端口均為電壓耦合系數(shù)。設各端口均接阻抗為接阻抗為Z0的負載的負載, 如圖如圖 5 - 16 所示所示, 根據(jù)奇偶模分析根據(jù)奇偶模分析, 則可等效則可等效為圖為圖 5 - 17。 端口端口“”處輸入阻抗為處輸入阻抗為o1e1o1e111inIIUUIUZ（5-2-14）設平行耦合微帶線的奇、偶模特性阻抗分別為設平行耦合微帶線的奇、偶模特性阻抗分別為Z0o和和Z0e,令令(5 -2 -15) 下面來證

42、明端口下面來證明端口“”是匹配的。是匹配的。 由圖由圖 5-17 知，知， 端口端口“”處的奇偶模輸入阻抗為處的奇偶模輸入阻抗為tantan00o00o00injZZjZZZZtanjtanj00e00e0inZZZZZZee(5 -2 -16)圖圖5-17平行耦合微帶定向耦合器奇偶模等效電路平行耦合微帶定向耦合器奇偶模等效電路將式將式(5 -2 -14)代入上式代入上式(5 -2 -16)得得tanjtanje0o0o0e0o0oinZZZZZZtanjtanjo0e0e0o0e0einZZZZZZ可見，可見，ZoinZein=Z0eZ0o=Z20 。(5 -2 -17)00oinoinIo

43、21UZZZU00einein1e21UZZZU00oino1211UZZI00eine1211UZZI由奇偶模等效電路得端口由奇偶模等效電路得端口“”的奇偶模電壓和電流分別為的奇偶模電壓和電流分別為(5 -2 -18)(5 -2 -19) 代入式（代入式（5 -2 -15）并利用式（）并利用式（5 -2 -17）則有）則有00einoin0einoin0oineinin2)()(ZZZZZZZZZZZ可見端口可見端口“”是匹配的是匹配的, 所以加上的電壓所以加上的電壓U0, 即為入射波電壓即為入射波電壓, 由對稱性可知其余端口也是匹配的。由對稱性可知其余端口也是匹配的。 由分壓公式可得端口由

44、分壓公式可得端口“”的合成電壓為的合成電壓為0o0e00o0e0o1e1o3e3321tan)( j2tan)( j2UZZZZZUUUUU(5 -2 -20)(5 -2 -21) 將式將式(5 -2 -14)代入代入, 于是有耦合端口于是有耦合端口“”輸出電壓與端口輸出電壓與端口“”輸入電壓之比為輸入電壓之比為tanj1tanj203KKUU端口的端口的和端口和端口處的合成電壓分別為處的合成電壓分別為U4=U4e+U4o=U2e-U2o=0022o2e22sinjcos11UKKUUU(5 -2 -22)(5 -2 -23) 可見可見, 端口端口“”有耦合輸出而端口有耦合輸出而端口“”為隔離

45、端為隔離端, 當工作當工作在中心頻率上在中心頻率上, =/2, 此時此時U3=K U0 0221jUKU 可見端口可見端口“”、 “”電壓相差電壓相差 90, 相應的耦合度為相應的耦合度為)dB(lg20lg2003KUUC(5 -2 -24)(5 -2 -25) 于是給定耦合度于是給定耦合度C及引出線的特性阻抗及引出線的特性阻抗Z0后后, 由式由式(5 -2 -25)求得耦合系數(shù)求得耦合系數(shù)K, 從而可確定從而可確定Z0o和和Z0e: KKZZ110o0KKZZ110e0 然后由此確定平行耦合線的尺寸。值得指出的是然后由此確定平行耦合線的尺寸。值得指出的是: 在上述在上述分析中假定了耦合線奇

46、偶模相速相同分析中假定了耦合線奇偶模相速相同, 因而電長度相同因而電長度相同, 但實際但實際上微帶線的奇偶模相速是不相等的上微帶線的奇偶模相速是不相等的, 所以按上述方法設計出的所以按上述方法設計出的定向耦合器性能會變差。為改善性能定向耦合器性能會變差。為改善性能, 一般可取介質(zhì)覆蓋、一般可取介質(zhì)覆蓋、 耦耦合段加齒形或其它補償措施合段加齒形或其它補償措施, 圖圖 5 - 18 給出了兩種補償結(jié)構(gòu)。給出了兩種補償結(jié)構(gòu)。 (5 -2 -26)圖圖 5 18 平行耦合微帶定向耦合器的補償結(jié)構(gòu)平行耦合微帶定向耦合器的補償結(jié)構(gòu) 2. 功率分配器功率分配器 將一路微波功率按一定比例分成將一路微波功率按一

47、定比例分成n路輸出的功率元件稱為路輸出的功率元件稱為功率分配器。功率分配器。 按輸出功率比例不同按輸出功率比例不同, 可分為等功率分配器和不等功率分可分為等功率分配器和不等功率分配器。配器。 在結(jié)構(gòu)上在結(jié)構(gòu)上, 大功率往往采用同軸線而中小功率常采用微帶大功率往往采用同軸線而中小功率常采用微帶線。線。 (1) 兩路微帶功率分配器兩路微帶功率分配器 兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)如圖兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)如圖5-19所示所示, 其中輸入端口特性阻抗為其中輸入端口特性阻抗為Z0, 分成的兩段微帶線電長度為分成的兩段微帶線電長度為g/4, 特性阻抗分別是特性阻抗分別是Z02和和Z03, 終端分別接

48、有電阻終端分別接有電阻R2和和R3。 功率分配器的基本要求如下：功率分配器的基本要求如下： 端口端口“”無反射無反射; 端口端口“、 ”輸出電壓相等且同相輸出電壓相等且同相; 端口端口“、 ”輸出功率比值為任意指定值輸出功率比值為任意指定值, 設為設為 根據(jù)以上三條有：根據(jù)以上三條有：21k0in32in111ZZZ232322212121kRURU32UU (5-2-27) 這樣共有這樣共有R2、R3、Z02、Z03四個參數(shù)而只有三個約束條件四個參數(shù)而只有三個約束條件, 故可任意指定其中的一個參數(shù)故可任意指定其中的一個參數(shù), 現(xiàn)設現(xiàn)設R2=kZ0, 于是由上兩式可得于是由上兩式可得其它參數(shù)其

49、它參數(shù): 由傳輸線理論有：由傳輸線理論有：22022inRZZ32033inRZZ（5-2-28）)1 (2002kkZZ32003/ )1 (kkZZkZR03（5-2-29） 實際的功率分配器終端負載往往是特性阻抗為Z0的傳輸線, 而不是純電阻, 此時可用g/4阻抗變換器將其變?yōu)樗桦娮? 另一方面U2、U3等幅同相, 在“、”端跨接電阻Rj, 既不影響功率分配器性能, 又可增加隔離度。于是實際功率分配器平面結(jié)構(gòu)如圖 5 - 20 所示, 其中Z04、Z05及Rj 由以下公式確定: kZZRZ00204kZZRZ00305kkzRj201（5-2-30）圖 5-20 實際功率分配器平面結(jié)構(gòu)

50、圖 (2) 微帶環(huán)形電橋 微帶環(huán)形電橋是在波導環(huán)形電橋基礎上發(fā)展起來的一種功率分配元件。 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 5 - 21 所示, 它由全長為3g/2的環(huán)及與它相連的四個分支組成, 分支與環(huán)并聯(lián)。 其中端口“”為輸入端, 該端口無反射, 端口“、 ”等幅同相輸出, 而端口“”為隔離端, 無輸出。其工作原理可用類似定向耦合器的波程疊加方法進行分析。在這里不作詳細分析, 只給出其特性參數(shù)應滿足的條件。 圖 5 21 微帶環(huán)形電橋結(jié)構(gòu) 設環(huán)路各段歸一化特性導納分別為a、b、c, 而四個分支的歸一化特性導納為1。則滿足上述端口輸入輸出條件下, 各環(huán)路段的歸一化特性導納為21cba而對應的散射矩陣為 jj

51、S002100jjjj0000jj（5-2-31）（5-2-32） 3. 波導分支器波導分支器 將微波能量從主波導中分路接出的元件稱為波導分支器, 它是微波功率分配器件的一種, 常用的波導分支器有E面T型分支、H面T型分支和匹配雙T。 (1) E-T分支 E面T型分支器是在主波導寬邊面上的分支, 其軸線平行于主波導的TE10模的電場方向, 簡稱E-T分支。其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖 5 - 22 所示, 由等效電路可見, E-T分支相當于分支波導與主波導串聯(lián)。 圖 5 - 22E-T分支結(jié)構(gòu)及等效電路 當微波信號從端口“”輸入時, 平均地分給端口“、 ”, 但兩端口是等幅反相的; 當信號從端口“、”

52、反相激勵時, 則在端口“”合成輸出最大; 而當同相激勵端口“、”時, 端口“”將無輸出。 由此可得E-T分支的S參數(shù)為 s21212121212102121（5-2-33） (2)H-T分支 H-T分支是在主波導窄邊面上的分支, 其軸線平行于主波導TE10模的磁場方向, 其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖 5 - 23 所示, 當微波信號從端口“”輸入時, 平均地分給端口“、”, 這兩端口得到的是等幅同相的TE10波; 當在端口“、”同相激勵時, 端口“”合成輸出最大, 而當反相激勵時端口“”將無輸出。 H-T分支的散射矩陣為（5-2-34） 02121212121212121S圖 5 - 23H-T分支結(jié)

53、構(gòu)及等效電路 (3) 匹配雙T 將E-T分支和H-T分支合并, 并在接頭內(nèi)加匹配以消除各路的反射, 則構(gòu)成匹配雙T, 也稱為魔T, 如圖 5 - 24 所示。它有以下特征: 圖 5 24 魔T的結(jié)構(gòu) 四個端口完全匹配; 端口“、 ”對稱, 即有S11=S22; 當端口“”輸入, 端口“、”有等幅同相波輸出, 端口“”隔離; 當端口“”輸入, 端口“、 ”有等幅反相波輸出, 端口“”隔離; 當端口“”或“”輸入時, 端口“、”等分輸出而對應端口“”或“”隔離; 當端口“、 ”同時加入信號, 端口“”輸出兩信號相量和的 倍, 端口“”輸出兩信號差的 倍。 端口“”稱為魔T的H臂或和臂, 而端口“”

54、稱為魔T的E臂或差臂。 根據(jù)以上分析, 魔T各散射參數(shù)有以下關(guān)系: 2121（5-2-35）00344433241423132211SSSSSSSSS網(wǎng)絡是無耗的, 則有 總之, 魔T具有對口隔離, 鄰口 3 dB耦合及完全匹配的關(guān)系, 因此它在微波領域獲得了廣泛應用, 尤其用在雷達收發(fā)開關(guān)、 混頻器及移相器等場合。 (5 - 2 - 37)以上兩式經(jīng)推導可得魔T的S矩陣為(5 - 2 - 36) ISS 011010011001011021S 在低頻電路中在低頻電路中, 諧振回路是一種基本元件諧振回路是一種基本元件, 它是由電感和電它是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)而成容串聯(lián)或并聯(lián)而成, 在振蕩器中

55、作為振蕩回路，用以控制振蕩器在振蕩器中作為振蕩回路，用以控制振蕩器的頻率的頻率; 在放大器中用作諧振回路在放大器中用作諧振回路; 在帶通或帶阻濾波器中作為在帶通或帶阻濾波器中作為選頻元件等。選頻元件等。 在微波頻率上在微波頻率上, 也有上述功能的器件也有上述功能的器件, 這就是微波諧振器件這就是微波諧振器件, 它的結(jié)構(gòu)是根據(jù)微波頻率的特點從它的結(jié)構(gòu)是根據(jù)微波頻率的特點從LC回路演變而成的?；芈费葑兌傻摹?微波諧振器一般有傳輸線型諧振器和非傳輸線諧振器兩大微波諧振器一般有傳輸線型諧振器和非傳輸線諧振器兩大類類, 傳輸線型諧振器是一段由兩端短路或開路的微波導行系統(tǒng)構(gòu)傳輸線型諧振器是一段由兩端短路

56、或開路的微波導行系統(tǒng)構(gòu)成的成的, 如金屬空腔諧振器、如金屬空腔諧振器、 同軸線諧振器和微帶諧振器等同軸線諧振器和微帶諧振器等, 如圖如圖 5 - 25 所示所示, 在實際應用中大部分采用此類諧振器。在實際應用中大部分采用此類諧振器。 圖圖 525 各種微波諧振器各種微波諧振器 1. 微波諧振器件的演化過程及其基本參量微波諧振器件的演化過程及其基本參量 低頻電路中的低頻電路中的LC回路是由平行板電容回路是由平行板電容C和電感和電感L并聯(lián)構(gòu)成，并聯(lián)構(gòu)成， 如圖如圖5-26(a)所示。所示。 它的諧振頻率為：它的諧振頻率為：LCf210(5-3-1) 當要求諧振頻率越來越高時當要求諧振頻率越來越高時

57、, 必須減小必須減小L和和C。 減小電容就要增大平行板距離減小電容就要增大平行板距離, 而減小電感就要減少電感線而減小電感就要減少電感線圈的匝數(shù)圈的匝數(shù), 直到僅有一匝如圖直到僅有一匝如圖5-26(b)所示所示; 如果頻率進一步提高如果頻率進一步提高, 可以將多個單匝線圈并聯(lián)以減小電感可以將多個單匝線圈并聯(lián)以減小電感L, 如圖如圖5-26(c)所示所示; 進一步增加線圈數(shù)目進一步增加線圈數(shù)目, 以致相連成片以致相連成片, 形成一個封閉的中間凹形成一個封閉的中間凹進去的導體空腔，如圖進去的導體空腔，如圖5-26(d)所示所示, 這就成了重入式空腔諧振器這就成了重入式空腔諧振器; 繼續(xù)把構(gòu)成電容的

58、兩極拉開繼續(xù)把構(gòu)成電容的兩極拉開, 則諧振頻率進一步提高則諧振頻率進一步提高, 這樣就這樣就形成了一個圓盒子和方盒子形成了一個圓盒子和方盒子, 如圖如圖5-26(e)所示所示, 這也是微波空腔諧這也是微波空腔諧振器的常用形式。振器的常用形式。 集總參數(shù)諧振回路的基本參量是電感集總參數(shù)諧振回路的基本參量是電感L、電容、電容C和電阻和電阻R, 由此可導出諧振頻率品質(zhì)因數(shù)和諧振阻抗或?qū)Ъ{。由此可導出諧振頻率品質(zhì)因數(shù)和諧振阻抗或?qū)Ъ{。 但是在微波諧振器中但是在微波諧振器中, 集總參數(shù)集總參數(shù)L、R、C已失去具體意義已失去具體意義, 所以通常將諧振器頻率所以通常將諧振器頻率f0、品質(zhì)因數(shù)、品質(zhì)因數(shù)Q0和

59、等效電導和等效電導G0作為微波作為微波諧振器的三個基本參量。諧振器的三個基本參量。 (1) 諧振頻率諧振頻率 諧振頻率諧振頻率f0是微波諧振器最主要的參數(shù)。是微波諧振器最主要的參數(shù)。 對于金屬空腔諧振器對于金屬空腔諧振器, 可以看作一段金屬波導兩端短路可以看作一段金屬波導兩端短路, 因因此腔中的波不僅在橫向呈駐波分布此腔中的波不僅在橫向呈駐波分布, 而且沿縱向也呈駐波分布而且沿縱向也呈駐波分布, 所以為了滿足金屬波導兩端短路的邊界條件所以為了滿足金屬波導兩端短路的邊界條件, 腔體的長度腔體的長度l和波和波導波長導波長g應滿足：應滿足：于是有：于是有：由規(guī)則波導理論得：由規(guī)則波導理論得：,.)2

60、 , 1(2gppl(5-3-2)lp(5-3-3)2c2g222(5-3-4)故諧振頻率為：故諧振頻率為：2/12c2022lpvf 式中，式中，v為媒質(zhì)中波速，為媒質(zhì)中波速，c為對應模式的截止波長。為對應模式的截止波長。 可見諧振頻率由振蕩模式、腔體尺寸以及腔中填充介質(zhì)可見諧振頻率由振蕩模式、腔體尺寸以及腔中填充介質(zhì)(,)所確定所確定, 而且在諧振器尺寸一定的情況下而且在諧振器尺寸一定的情況下, 與振蕩模式相對與振蕩模式相對應有無窮多個諧振頻率。應有無窮多個諧振頻率。 (5-3-5) (2) 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q0是表征微波諧振器頻率選擇性的重要參量是表征微波諧振器頻率選擇