微波元件-微波与天线课件

第四章第四章微波元件微波元件2024/6/1812024/6/182引引言言l微波元件分类l传输线类型l波导型、同轴型、微带型l功能l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l变换性质l互易元件、非互易元件和非线性元件等2024/6/183微波元器件微波元器件2024/6/184l终端负载元件l短路负载l匹配负载l失陪负载l微波连接元件l波导接头l衰减器、移相器、转换接头l匹配元件l螺钉调配器l多阶梯阻抗变换器l渐变型阻抗变换器2024/6/1854.1连接匹配元件连接匹配元件连接匹配元件的要求连接匹配元件的要求l连接处接触电阻尽可能小l连接处的缝隙不能产生微波泄漏l工作频带宽l安装、拆装方便2024/6/186尽量减少插入损耗！一、终接元件-传输线终端所接的元件l单端口网络l匹配负载l将所有的电磁能量全部吸收而无反射=1,=0l短路器l将所有的电磁能量全部反射=,=12024/6/187（1）短路负载）短路负载l短路负载-短路器l作用-将电磁能量全部反射回去l产生驻波分布的元件l终端开路 l终端短路 l纯电抗元件2024/6/188向外辐射能量，不能形成纯驻波向外辐射能量，不能形成纯驻波无损耗的纯电抗负载几乎没有无损耗的纯电抗负载几乎没有最容易实现最容易实现短路负载短路负载l短路器分类l固定短路器（短路片）l可调短路器（短路活塞）l固定短路器l将传输线完全短路l特点l对于任何频率的电磁波，反射系数 都恒等于 1l短路面的位置不能移动2024/6/189短路负载短路负载l可调短路器-短路活塞l特点l在特定的微波频率范围内，反射系数 约等于 1l短路面的位置可以移动l设计短路活塞的基本原则l尽可能多地反射微波功率l辐射损耗，吸收损耗都应尽量小l工作频带尽量宽l电接触良好，移动平滑，磨损小l传输大功率时保证接触处不发生打火现象2024/6/1810短路负载短路负载l可调短路器：短路活塞l分类：接触式和扼流式l接触式l短路活塞与传输线内壁有良好的电接触并能平滑移动2024/6/1811接触过紧接触过紧活塞移动困难活塞移动困难接触过松接触过松增加辐射损耗甚至造成接触点打火增加辐射损耗甚至造成接触点打火弹性材料弹性材料-铍青铜，磷青铜铍青铜，磷青铜短路活塞短路活塞-扼流式扼流式2024/6/1812特点：特点：u损耗小损耗小 u驻波比可以大于驻波比可以大于100100u频带较窄频带较窄,一般只有一般只有10%-15%的带宽的带宽u同轴同轴S型扼流短路活塞，它具有型扼流短路活塞，它具有宽带特性。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l可调短路器-短路活塞l优点l无机械接触，无磨损l电性能稳定l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l缺点l工作频带窄l机械加工难度较大，不适于在微波高频段使用2024/6/1813（2）匹配元件）匹配元件2024/6/1814匹配元件匹配元件l全匹配负载l作用-在传输系统中建立行波状态（）l要求l较宽的工作频带l输入驻波比小l一定的功率容量2024/6/1815匹配元件匹配元件l匹配负载是由吸收材料和匹配段构成l根据吸收材料的几何形状l面吸收式：用于小功率微波系统l体吸收式：用于大功率微波系统l根据吸收材料的种类l固体：金属电阻膜，碳化硅，羟基铁l液体：水l测试实验表明，水负载的驻波比为 10 的属于宽带匹配负载l带内驻波比l 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2024/6/1818常用的匹配负载常用的匹配负载2024/6/18192024/6/1820小功率同轴线匹配负载的应用小功率同轴线匹配负载的应用仪器、设备校准仪器、设备校准匹配负载的应用匹配负载的应用2024/6/1821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。1234142024/6/1822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）失配负载2024/6/1823二、微波连接元件二、微波连接元件l连接元件l接头：把相同传输线连接在一起的装置l转接元件：把不同类型传输线连接在一起的装置l接头l连接点接触可靠;l输入驻波比尽可能小 1.2;l工作频带要宽;l无泄漏l结构要牢靠，装拆方便，容易加工等2024/6/1824常用射频常用射频/微波接头微波接头2024/6/1825波导接头波导接头l接头（法兰盘）2024/6/1826平接头平接头机械加工要求高机械加工要求高抗流接头抗流接头真正短路真正短路l抗流法兰盘2024/6/18272024/6/1828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（转换接头（1）l转接元件-将不同类型传输线或元件连接l阻抗匹配l模式的变换l同轴线波导转接器l内导体插入深度hl偏心距dl短路活塞位置l2024/6/1829转换接头（转换接头（2）l波导微带转接器2024/6/1830波导波导(Ze=400-500)微带线微带线(Z0=50)中间加脊波导过渡段中间加脊波导过渡段实现阻抗匹配实现阻抗匹配转换接头（转换接头（3）l同轴线微带转接器2024/6/1831同轴线内导体直径的选取同轴线内导体直径的选取与微带线的特性阻抗有关与微带线的特性阻抗有关通常使通常使内导体直径等于微带线中内导体直径等于微带线中心导带宽度心导带宽度转换接头（转换接头（4）l矩形波导圆波导模式变换器l大多采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换2024/6/1832衰减器和移相器衰减器和移相器l二端口网络l衰减器l作用：对通过它的微波能量产生衰减l移相器l作用：对通过它的微波信号产生一定的相移，但能量无衰减2024/6/1833衰减器衰减器l分类l按是否可调分l固定衰减器l可变衰减器l按工作原理分l吸收衰减器l截止衰减器l极化衰减器2024/6/1834l吸收式衰减器l工作原理l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2024/6/1835同轴衰减器l截止式衰减器的工作原理l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2024/6/1836可调衰减器移相器移相器l移相器l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l原理l相移量l常用的移相器：介质移相器2024/6/1837改变相位的方法改变相位的方法改变改变 l 或改变或改变 p阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器l在微波系统中经常会遇到反射问题l负载阻抗与传输线的特性阻抗不相等l相同类型而不同特性阻抗的传输线相连接l不同类型的传输线相连接l传输线中接入一些必要的器件l反射波的影响l使负载得不到最大功率l功率容量和效率都会降低l在大功率时还会出现打火现象l在微波测量系统中又会影响测量精度2024/6/1838消除反射波消除反射波阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器l匹配方法l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l阻抗匹配网络l阻抗调配器l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l阻抗变换器l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2024/6/1839阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器l阻抗调配器l分支调配器l电纳调节范围：-+l单支节调配器、双支节调配器、三支节调配器l用于双线，同轴线l螺钉调配器l调节范围：0+l单螺钉、双螺钉、三螺钉、四螺钉l用于波导2024/6/1840阻抗调配器和阻抗变换器阻抗调配器和阻抗变换器l阻抗变换器l单节阻抗变换器-/4阻抗变换器l缺点：l频带窄lZ1、Z3差距大时，尺寸突变大，不连续电容大2024/6/1841l多节/4阶梯阻抗变换器ln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l在较宽的频带内有较小的反射系数2024/6/1842阶梯级数越多，频带越宽！阶梯级数越多，频带越宽！l渐变线阻抗变换器l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2024/6/1843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！螺钉调配器螺钉调配器2024/6/1844电感，易击穿电感，易击穿串联谐振串联谐振电容电容 不同螺钉的高度不同螺钉的高度等效不同的电抗等效不同的电抗元件元件应用于低功率微波装置中，特点：频带窄！应用于低功率微波装置中，特点：频带窄！4.2功率分配器功率分配器l波导分支器lE-T H-T分支l双T 魔Tl定向耦合器l双孔定向耦合器l双分支定向耦合器l功率分配器 2路微带功率分配器 环形电桥2024/6/18452024/6/1846E-T分支分支H-T分支分支1.1.波导分支器波导分支器-功分器、功率合成器功分器、功率合成器ET分支分支lET分支（总与反相联系）2024/6/18471、口输入，口输入，、均有输出均有输出2、口输入，口输入，、均有输出均有输出3、口输入，口输入，、等幅反相输出等幅反相输出4、等幅同相输入，等幅同相输入，口无输出口无输出5、等幅反相输入，等幅反相输入，口输出最大口输出最大HT分支分支lHT分支（总与同相联系）2024/6/18481、口输入，口输入，、均有输出均有输出2、口输入，口输入，、均有输出均有输出3、口输入，口输入，、等幅同相输出等幅同相输出3、等幅同相输入，等幅同相输入，口输出最大口输出最大4、等幅反相输入，等幅反相输入，口无输出口无输出HT分支分支2024/6/1849l功率合成（分配）器lET分支l口输入，、等幅反相输出（分路）l、等幅反相输入，口输出最大（合成）lHT分支l口输入，、等幅同相输出（分路）l、等幅同相输入，口输出最大（合成）2024/6/1850l波导型定向耦合器l通过在主副波导的公共壁上的耦合孔来实现l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2024/6/1851（b）多孔定向耦合器多孔定向耦合器（a）宽壁斜交单孔耦合器宽壁斜交单孔耦合器（c）十字孔定向耦合十字孔定向耦合器器l双T和魔Tl双T：l将具有共同对称面的ET接头和HT接头组合起来l、平分臂，、隔离臂2024/6/1852双双T性质性质 （1）口输入，口输入，、等幅反相输出，等幅反相输出，口输出为口输出为0 （2）口输入，口输入，、等幅同相输出，等幅同相输出，口输出为口输出为0 （3）、等幅同相输入，等幅同相输入，口无输出，口无输出，口有输出口有输出 （4）、等幅反相输入，等幅反相输入，口有输出，口有输出，口无输出口无输出双双T2024/6/1853l双T散射矩阵l可逆无耗四端口网络（互易、对称）2024/6/1854l魔T（匹配双T）l匹配特性l在理想情况下，四个端口完全匹配l 只要、口匹配，、口一定匹配l隔离特性l当、口具有隔离特性时 S34=S43=0l 则、口也具有隔离特性 S12=S21=0l平分特性：l当信号由口输入时，则反相等分给、口 S13=-S23l当信号由口输入时，则同相等分给、口 S14=S24 l当信号由口输入时，则同相等分给、口 S31=S41l当信号由口输入时，则反相等分给、口 S32=-S422024/6/18552024/6/1856l魔T的散射矩阵-理想的3dB定向耦合器2.定向耦合器定向耦合器l应用l监视功率、频率、频谱l功率分配、合成l混频器、测量电桥l测量反射波2024/6/1857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。定向耦合器定向耦合器-分类分类2024/6/18582024/6/1859（a）微微带带分分支支定定向向耦耦合合器器 （b）波波导导单单孔孔定定向向耦耦合合器器（c）平行耦合线定向耦合器）平行耦合线定向耦合器 （d）波导匹配双）波导匹配双T（e）波导多孔定向耦合器）波导多孔定向耦合器 （f）微带混合环微带混合环2024/6/18604端口端口隔离端口隔离端口2端口端口直通端口直通端口1端口端口输入端口输入端口3端口端口耦合端口耦合端口2024/6/18612024/6/1862yyxx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：2024/6/1863 定向耦合器的网络分析a.互易：Sij=Sji,则网络化为：b.对称，且关于xx和yy对称：Sii=Sjj,S12=S34,S13=S24,S14=S232024/6/1864c.负载匹配：Sii=Sjj=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S14=0。2024/6/1865如，要求2、3端输出的信号等幅，相差90则S矩阵为：l定向耦合器的技术指标l耦合度Cl输入端口的输入功率P1和耦合端口的输出功率P3之比的分贝数2024/6/1866可逆四端口网络可逆四端口网络耦合度越大耦合度越大耦合越弱耦合越弱l定向性Dl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DlD愈大,隔离端口输出愈小,定向性愈好2024/6/1867l输入驻波比l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。l工作频带宽度l满足定向耦合器指标要求的频率范围2024/6/1868波导双孔定向耦合器2024/6/1869两孔间距：两孔间距：1.端口“”入射TE10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-jd2024/6/18703、端口、端口“”输出合成出射波为：输出合成出射波为：u-3=u-31e-jd+u-32=2qe-jd4、端口、端口“”输出合成的出射波为输出合成的出射波为u-4=u-41+u-42e-jd=q(1+e-j2d)=2qcosde-jd5、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，窄带窄带！l双分支定向耦合器双分支定向耦合器l和端口反向，反向定向耦合器l和端口的输出信号相位差90,故又称为90反向定向耦合器2024/6/18712024/6/1872输入输入,ABC ADC，路程相同，路程相同C点相加点相加有输出有输出输入，输入，ADABCD两路路程差为两路路程差为p0/2相位差为相位差为口无输出口无输出3.功率分配器功率分配器2024/6/1873 将将一一路路微微波波功功率率按按一一定定比比例例分分成成n n路路输输出出的的功功率率元元件件称为功率分配器。称为功率分配器。u等功率分配器和不等功率分配器等功率分配器和不等功率分配器u大功率往往采用同轴线，中小功率常采用微带线大功率往往采用同轴线，中小功率常采用微带线 功率分配器功率分配器2024/6/1874(1)(1)两路微带功率分配器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Z0,分成的两段微带线电长度为g/4,特性阻抗分别是Z02和Z03,终端分别接有电阻R2和R3。2024/6/1875 端口端口“”无反射无反射;端口端口“、”输出电压相等且同相输出电压相等且同相;端口端口“、”输出功率比值为任意指定值输出功率比值为任意指定值,设为设为根据以上三条有根据以上三条有功率分配器的基本要求如下功率分配器的基本要求如下:2024/6/1876由传输线理论有由传输线理论有2024/6/1877 实实际际，在在“、”端端跨跨接接电电阻阻R Rj j,既既不不影影响响功功率率分分配配器器性性能能,又又可可增增加加隔隔离离度度。于于是是实实际际功功率率分分配配器器平平面面结结构构如如图图 5 5-20 20 所所示示,其其中中Z Z0404、Z Z0505及及R Rj j 由由以下公式确定以下公式确定:2024/6/1878图 5-20 实际功率分配器平面结构图微带环形电桥微带环形电桥2024/6/1879图 5 21 微带环形电桥结构工作原理：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，对角端无输出相邻端有输出，对角端无输出2024/6/1880 设设环环路路各各段段归归一一化化特特性性导导纳纳分分别别为为a a、b b、c c,而而四四个个分分支支的的归归一一化化特特性性导导纳纳为为1 1。则则满满足足上上述述端端口口输输入输出条件下入输出条件下,各环路段的归一化特性导纳为各环路段的归一化特性导纳为而对应的散射矩阵为而对应的散射矩阵为4.3微波谐振器微波谐振器l微波谐振器l微波系统中常用的重要元件l具有储能与选频特性的微波元件l应用l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l微波加热器-微波炉l构成l由一段两端短路或两端开路的传输线段组成l低损耗介质块2024/6/18812024/6/1882图 5 25 各种微波谐振器微波谐振器微波谐振器-简介简介2024/6/18832a圆波导圆波导在圆波导两端用导体短路可构成微波圆柱谐振腔2a2b同轴线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 mmf0=4.2 GHz，C 波段波段2a=4 mm，h=3.5 mmf0=12 GHz，Ku 波段波段l分类l传输线型谐振器-两端被开路或短路的传输线l矩形谐振器l圆柱谐振器l同轴谐振器l带状线谐振器l微带谐振器l开放式谐振腔l非传输线型谐振器-特殊形状谐振器l速调管l磁控管l行波管2024/6/1884微波源微波源rr导体板的尺度导体板的尺度远大于微波波长远大于微波波长lLC谐振回路在高频的局限性l频率升高，损耗急剧增加，品质因数大大降低，选频特性变差；l频率升高，电感器和电容器制作困难2024/6/18852024/6/1886图 5 26 微波谐振器的演化过程l与LC谐振回路的相似之处2024/6/1887l与LC谐振回路的区别l能量分布lLC 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l谐振频率lLC谐振回路：唯一谐振频率 f0 l微波谐振器：无限多个谐振频率 f0l品质因数l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2024/6/1888微波谐振器的基本参量微波谐振器的基本参量l三个基本参量l谐振频率f0(或谐振波长0)l品质因数Q0l等效电导G0l谐振频率f0l谐振器中某个模式的场发生谐振的频率l谐振频率可采用电纳法分析l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零2024/6/1889谐振频率谐振频率l谐振频率f0l等效电路，将所有的等效电纳归算到同一个参考面上2024/6/1890f0谐振频率谐振频率2024/6/1891u谐振频率由谐振频率由振荡模式振荡模式、腔体尺寸腔体尺寸以及以及腔中腔中填充介质填充介质(,)所确定；所确定；u在谐振器尺寸一定的情况下在谐振器尺寸一定的情况下,与振荡模式与振荡模式相对应有相对应有无穷多个谐振频率。无穷多个谐振频率。结论结论品质因素品质因素l品质因素Q0l描写谐振器的选择性的优劣和能量损耗的大小2024/6/1892l品质因素Q0l谐振时,电磁场的总储能为l谐振器的损耗l导体损耗l介质损耗 l辐射损耗2024/6/1893封闭腔封闭腔=0无介质损耗无介质损耗壁电流的热损耗壁电流的热损耗l无载品质因数l描述了谐振腔储能和谐振腔本身耗能的情况l有载品质因数l描述了谐振腔储能和谐振腔及其耦合装置的耗能情况2024/6/1894外界负载吸外界负载吸收的功率收的功率2024/6/1895结论结论:，应选择谐振器形状使其应选择谐振器形状使其 大大;因谐振器线尺寸与工作波长成正比即因谐振器线尺寸与工作波长成正比即V V ,S S ,故故 有有 Q Q0 0 ,由于由于仅为几微米仅为几微米,对对厘米波段的谐振厘米波段的谐振器器,其其Q Q0 0值将在值将在10104 4-10-105 5量级量级。同轴线谐振腔同轴线谐振腔l同轴线谐振腔l利用同轴线中的驻波振荡构成的谐振腔l同轴线单模传输条件l优点l振荡模式最简单l工作稳定l工作频带宽2024/6/1896l同轴谐振腔的种类l/4同轴腔l/2同轴腔l电容加载同轴腔l/2型同轴谐振腔l由两端短路（或开路）的一段同轴线构成2024/6/1897当腔的长度一定时当腔的长度一定时每对应一个每对应一个n值就有值就有一个谐振波长一个谐振波长,即对即对应于一种模式应于一种模式l/2型同轴谐振腔的品质因数2024/6/1898(D/d)=3.6时，同轴腔的品质因数时，同轴腔的品质因数Q0达最大达最大l/4同轴腔l将同轴线一端短路,另一端开路l谐振时,从参考面T 看进去的导纳为零2024/6/1899l/4同轴腔的品质因数l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2024/6/18100(D/d)=3.6时，同轴腔的品质因数时，同轴腔的品质因数Q0达最大达最大l电容加载同轴腔l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l由参考面T向右和向左看的电纳分别为2024/6/18101l电容加载同轴腔l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l特点l加载电容腔的长度总小于/4l损耗大，Q值低2024/6/18102矩形谐振腔矩形谐振腔l构成l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l振荡模式及其场分布l矩形波导TE模和TM模l谐振腔 TEmnp和TMmnp，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2024/6/18103矩形谐振腔矩形谐振腔l最低振荡模TE101l谐振波长l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p2024/6/18104所有谐振腔所有谐振腔矩形谐振腔矩形谐振腔l谐振波长lTE101模的谐振波长l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2024/6/18105矩形谐振腔矩形谐振腔l简并模l若：a=b=l，则 H101，H011，E110 是简并模式l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l应用-微波炉，加热器、干燥器l获得较均匀的加热效果2024/6/181064.4微波滤波器微波滤波器l微波滤波器分类l按功能l低通（LPF）l高通（HPF）l带通（BPF）l带阻（BSF）l按衰减频率特性响应l最大平坦式l切比雪夫式l椭圆函数式2024/6/18107l微波滤波器的主要技术指标l工作频率:滤波器的通带频率范围,有两种定义方式：l3 dB带宽l插损带宽l通带内允许的最大插入衰减LAr(dB)l阻带内允许的最小衰减LAs(dB)及相应的阻带频率fsl带内波纹2024/6/18108l微波滤波器的衰减特性2024/6/18109l微波滤波器的衰减特性2024/6/181102024/6/18111l微波滤波器的设计方法l经典方法：即低通原型综合法l先由衰减特性综合出低通原型l再进行频率变换l最后用微波结构实现电路元件。l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。2024/6/18112l微波滤波器的设计实例l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，Z0=50。2024/6/18113l步骤一:确定指标:特性阻抗Z0=50,截止频率fc=75MHz,阻带边频fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。l步骤二:计算元件级数n,令 ,则 n取最接近的整数,则n=5。2024/6/18114l步骤三:查表求低通原型元件值gi,如表 所示。2024/6/18115l步骤四:画出电路,如图所示。2024/6/18116l仿真结果如图所示：2024/6/18117l带通滤波器实例：2024/6/18118l金属波导滤波器（例）2024/6/18119l微带滤波器例1（LPF）2024/6/18120l微带滤波器例2（BPF）2024/6/18121l微带滤波器例32024/6/181222024/6/181232024/6/181242024/6/181254.5微波铁氧体器件微波铁氧体器件l性质l非互易性l功能l单向传输，反向隔离隔离器l单向循环流通环行器2024/6/18126l铁氧体材料l铁磁性金属氧化物，黑褐色陶瓷l镍-锌、镍-镁、锰-镁、钇铁石榴石（YIG）l材料特性l高电阻率：102108cm，高介电性能1020l非线性l各向异性l应用于高频弱电领域2024/6/18127隔离器隔离器l谐振式l场移式l正向时，几乎无衰减；l反向时，衰减很大。2024/6/18128隔离器的性能指标隔离器的性能指标l散射矩阵l有耗，非互易；l正向衰减量a+2024/6/18129理想情况下理想情况下|S S2121|=1,|=1,+=0;=0;一般希望一般希望+越小越好。越小越好。隔离器的性能指标隔离器的性能指标l反向衰减量a-l隔离比2024/6/18130理理想想情情况况下下-。隔离器的性能指标隔离器的性能指标l输入驻波比2024/6/18131铁氧体环形器铁氧体环形器2024/6/18132图 5 33 环行器及其场分布2024/6/18133三端口非互易器件三端口非互易器件2024/6/18134环行器的应用环行器的应用