主要内容：u微波无源元器件u微波有源元器件u微波集成电路简介 第九章第九章 微波元器件与集成电路微波元器件与集成电路微微波波元元器器件件无源元器件无源元器件有源元器件有源元器件 基本电抗元件基本电抗元件 终端元件终端元件 连接元件连接元件分支元件（功率分配元件）分支元件（功率分配元件）衰减器和移相器衰减器和移相器定向耦合器定向耦合器 滤波器滤波器 谐振器谐振器 隔离器隔离器 微波振荡器微波振荡器微波放大器微波放大器微波混频器微波混频器微波倍频器微波倍频器微波控制器件微波控制器件（重点）（重点）（了解）（了解）8. 1 电抗元件电抗元件3、 若传输线中的不均匀区域具有电容或电感的性质，若传输线中的不均匀区域具有电容或电感的性质，可以等效为电感或电容，即电抗元件可以等效为电感或电容，即电抗元件 。4、原理：原理： 在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，可以分解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输，可以分解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输，而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均匀区附近而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均匀区附近储存了高次模式的电磁场能量。储存了高次模式的电磁场能量。 若储存的主要是若储存的主要是电场能量电场能量，则不均匀区域相当于一个储存，则不均匀区域相当于一个储存电能的电能的电容电容；若储存的主要是；若储存的主要是磁场能量磁场能量，则不均匀区域相当于，则不均匀区域相当于一个储存磁能的一个储存磁能的电感电感。 一、基本概念一、基本概念2、 传输线中的不均匀区域：传输线中的不均匀区域：传输线中结构、尺寸、传输线中结构、尺寸、参数发生突变的区域。参数发生突变的区域。1、 终端短路或开路的传输线终端短路或开路的传输线 电抗元件电抗元件等效等效传输线中的传输线中的不均匀区域不均匀区域 电抗元件电抗元件 等效等效二、常见电抗元件二、常见电抗元件三、矩形波导中的金属膜片三、矩形波导中的金属膜片1、容性膜片：、容性膜片：侧视侧视横截面横截面dabd 膜片附近电场较集中，储存了膜片附近电场较集中，储存了电能，相当于电容。电能，相当于电容。2、感性膜片：、感性膜片：adbd 膜片附近磁场较集中，储膜片附近磁场较集中，储存了磁能，相当于电感。存了磁能，相当于电感。俯视俯视横截面横截面3、谐振窗：、谐振窗：ab谐振波长谐振波长： 谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），无反射；谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），无反射； 失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大；失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大； 作用：一个谐振窗相当于作用：一个谐振窗相当于带通滤波器带通滤波器，谐振的频率就是可通，谐振的频率就是可通过的频率。过的频率。ba四、矩形波导中的金属销钉四、矩形波导中的金属销钉1、容性销钉：、容性销钉：2、感性销钉：、感性销钉：2 r2、电纳可调螺钉：、电纳可调螺钉： 为防止出现串联谐振和击穿现象，销钉一般旋进深为防止出现串联谐振和击穿现象，销钉一般旋进深度较小，工作于容性状态。销钉越粗，电容值越大。度较小，工作于容性状态。销钉越粗，电容值越大。d d g /4 d g /4 串联谐振串联谐振 短路短路带阻滤波器带阻滤波器四支节负载匹配装置四支节负载匹配装置 一个可调销钉相当于一个并联电抗支节一个可调销钉相当于一个并联电抗支节五、传输线中的阶梯五、传输线中的阶梯1、矩形波导、矩形波导E面阶梯：面阶梯：E面：与电场矢量平行的平面面：与电场矢量平行的平面2、矩形波导、矩形波导H面阶梯：面阶梯：H面：与磁场矢量平行的平面面：与磁场矢量平行的平面3、同轴线中的阶梯、同轴线中的阶梯六、微带电路中的电容、电感六、微带电路中的电容、电感1、串联电容：、串联电容：交指电容交指电容电容值较大电容值较大叠层电容叠层电容电容值更大电容值更大间隙电容间隙电容电容值较小电容值较小2、串联电感：、串联电感：一段无耗一段无耗短短传输线传输线 一段一段Zc大大的短传输线可等效为的短传输线可等效为串联电感串联电感； 一段一段Zc小小的短传输线可等效为的短传输线可等效为并联电容。并联电容。若若Zc大，则大，则L大，大， C小可忽略小可忽略若若Zc小，则小，则C大，大， L小可忽略小可忽略 当介质基片厚度一定时，微带宽度当介质基片厚度一定时，微带宽度W ，则，则Zc ； 预备知识：预备知识：CL / 2等效等效L / 2 一段一段窄窄的短微带线可等效为的短微带线可等效为串联电感串联电感； 一段一段宽宽的短微带线可等效为的短微带线可等效为并联电容。并联电容。l用高阻抗微带短线实现用高阻抗微带短线实现串联电感串联电感高阻抗段高阻抗段环形电感环形电感圆形螺旋电感圆形螺旋电感方形螺旋电感方形螺旋电感为加大电感值，将高阻抗线弯曲、螺旋，增加匝数：为加大电感值，将高阻抗线弯曲、螺旋，增加匝数：3、串联在传输线上的谐振回路：、串联在传输线上的谐振回路：LCCLl4、并联电容、电感：、并联电容、电感： 用低阻抗线实现用低阻抗线实现并联电容并联电容：低阻抗段低阻抗段 用并联的终端开路支节实现用并联的终端开路支节实现并联电容并联电容或或并联电感并联电感；5、并联在传输线上的谐振回路：、并联在传输线上的谐振回路： 在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效于串联或并联谐振回路。于串联或并联谐振回路。6、微带线中的串联电阻：、微带线中的串联电阻：R高阻金属薄膜，吸收电磁能量高阻金属薄膜，吸收电磁能量9. 2 微微 波波 滤滤 波波 器器一、低频滤波器设计一、低频滤波器设计 将所需其他滤波器的衰减将所需其他滤波器的衰减特性通过特性通过频率变换频率变换，得到对，得到对应的低通滤波器衰减特性；应的低通滤波器衰减特性； 设计该对应的低通滤波器的设计该对应的低通滤波器的电路结构和元件值；电路结构和元件值； 应用频率变换，得到所需滤应用频率变换，得到所需滤波器的电路结构和元件值。波器的电路结构和元件值。（衰减）（衰减）（频率）（频率） 低通滤波器低通滤波器的设计已非常的设计已非常成熟；成熟； 低通滤波器：最平坦式、低通滤波器：最平坦式、切比雪夫式、椭圆函数式切比雪夫式、椭圆函数式二、微波滤波器设计二、微波滤波器设计 先按低频滤波器的常规设计方法，设计出低频集先按低频滤波器的常规设计方法，设计出低频集总元件滤波器，得到其电路结构和每一个元件值；总元件滤波器，得到其电路结构和每一个元件值； 然后，用微波频段的元件代替已设计电路中的集然后，用微波频段的元件代替已设计电路中的集总元件，该过程称为总元件，该过程称为集总参数电路的微波实现集总参数电路的微波实现。 如，波导中，电感、电容就可以用波导膜片、销如，波导中，电感、电容就可以用波导膜片、销钉来实现，微带电路中也可用微带间隙、分支等来实钉来实现，微带电路中也可用微带间隙、分支等来实现电感、电容。现电感、电容。三、微带滤波器三、微带滤波器 集总元件电路集总元件电路1、低通滤波器、低通滤波器1 微带电路实现方案微带电路实现方案LLC（电感）（电感）（交指电容）（交指电容）C1C3C5L2L4L6 高阻抗短线高阻抗短线（窄线）（窄线） 相当于相当于 串联电感串联电感 低阻抗短线低阻抗短线 （宽线）相当于（宽线）相当于 并联电容并联电容 经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。C1C3C 5L2L4L6 微带电路实现方案微带电路实现方案2、低通滤波器、低通滤波器2 集总元件电路集总元件电路C2C4L1L3 椭圆函数式椭圆函数式低通滤波器低通滤波器L2L4L5C63、低通滤波器、低通滤波器3 微带电路实现方案微带电路实现方案4、带通滤波器、带通滤波器输入输入输出输出两端开路的微带段，两端开路的微带段，长度均为长度均为g / 2 微带段两端开路，波导波长等于微带段两端开路，波导波长等于 g 的电磁波才可以在微带的电磁波才可以在微带段上谐振并持续存在；段上谐振并持续存在； 微带段与微带段之间有能量耦合；微带段与微带段之间有能量耦合； 输入信号中，只有谐振频率及其附近频率的信号才可以一输入信号中，只有谐振频率及其附近频率的信号才可以一级一级耦合到输出口，故为级一级耦合到输出口，故为带通滤波器带通滤波器。平行耦合微带型带通滤波器平行耦合微带型带通滤波器某实际微带电路中的耦合带通滤波器某实际微带电路中的耦合带通滤波器屏蔽盒中的微带带通滤波器屏蔽盒中的微带带通滤波器将将 微带段折弯，以减小体积微带段折弯，以减小体积平行耦合微带型带通滤波器的变形平行耦合微带型带通滤波器的变形同轴线输入同轴线输入同轴线输出同轴线输出5、带阻滤波器、带阻滤波器g1 /4终端开路终端开路输入输入输出输出 对于波导波长等于对于波导波长等于 g1 、g2 、g3 的电磁波而言，并联的电磁波而言，并联的终端开路的终端开路 四分之一支节实现了对地短路的功能，这些四分之一支节实现了对地短路的功能，这些频率的信号频率的信号 不能通过，故为不能通过，故为带阻滤波器带阻滤波器。g2 /4g3 /4带阻滤波器实例带阻滤波器实例四、同轴线滤波器四、同轴线滤波器C2C4L1L3L5用高、低阻抗同轴线实现低通滤波器用高、低阻抗同轴线实现低通滤波器 低通滤波器低通滤波器 同轴线实现方案：同轴线实现方案：a：内导体半径：内导体半径b：外导体内半径：外导体内半径 高阻抗短线高阻抗短线（内导体细）（内导体细） 相当于相当于 串联电感串联电感 低阻抗短线低阻抗短线 （内导体粗）相当于（内导体粗）相当于 并联电容并联电容C2C4L1L3L5 销钉型销钉型四、波导滤波器四、波导滤波器 膜片型膜片型9. 3 终端元件（单端口元件）终端元件（单端口元件）一、匹配负载：一、匹配负载： 作用作用：接在传输线的终端，尽量吸收全部入射功率，保证：接在传输线的终端，尽量吸收全部入射功率，保证传输线的终端无反射，其驻波比在传输线的终端无反射，其驻波比在 1.05 左右左右 1.1 左右；左右； 工作原理工作原理：元件中采用高阻衰减材料、吸波材料，吸收：元件中采用高阻衰减材料、吸波材料，吸收入射的电磁波；入射的电磁波； 特点特点：吸波材料与空气的界面应做成渐变式过渡，减：吸波材料与空气的界面应做成渐变式过渡，减小反射；小反射； 高功率匹配负载需要散热装置，将吸收的电磁高功率匹配负载需要散热装置，将吸收的电磁能转化成的热能散发出去。能转化成的热能散发出去。1、波导式匹配负载、波导式匹配负载片式吸收体片式吸收体体积式吸收体体积式吸收体散热片散热片 大功率匹配干负载大功率匹配干负载出出 大功率匹配水负载大功率匹配水负载水水入入吸波材料吸波材料2、同轴线式匹配负载、同轴线式匹配负载 同轴匹配干负载同轴匹配干负载3、微带线式匹配负载、微带线式匹配负载介质介质薄膜电阻薄膜电阻导体带导体带 渐变式渐变式开路开路 匹配阻抗式匹配阻抗式 半圆式半圆式二、短路器：二、短路器： 波导可移动短路器波导可移动短路器 提供尽量大的反射系数；提供尽量大的反射系数； 最好可自由移动；最好可自由移动； 可移动短路活塞可移动短路活塞：接触式：物理接触：接触式：物理接触 非接触式：非物理接触，电接触；非接触式：非物理接触，电接触；三、辐射终端三、辐射终端 能量尽量辐射出去，尽量减小能量尽量辐射出去，尽量减小终端终端反射；反射； 波导喇叭天线波导喇叭天线E面喇叭面喇叭H面喇叭面喇叭金字塔形喇叭金字塔形喇叭圆形喇叭圆形喇叭喇叭天线喇叭天线抛物面天线的喇叭馈源抛物面天线的喇叭馈源波导喇叭波导喇叭9. 4 接头接头 (flange) 抗流式波导接头抗流式波导接头 作用作用：连接各段传输线。：连接各段传输线。 要求要求：电接触可靠，引起的反射尽量小，电磁能量不会外漏。电接触可靠，引起的反射尽量小，电磁能量不会外漏。9. 5 衰减器和移相器衰减器和移相器 一、衰减器：一、衰减器： 同轴线衰减器同轴线衰减器 可调波导衰减器可调波导衰减器吸波材料片吸波材料片 作用作用：根据需要，减小所传输信号的幅度。：根据需要，减小所传输信号的幅度。 原理原理：用吸波材料吸收一定的电磁能量来实现衰减。：用吸波材料吸收一定的电磁能量来实现衰减。二、移相器：二、移相器： 原理原理：电磁波在不同介质中具有不同的相移常数。因：电磁波在不同介质中具有不同的相移常数。因此改变电磁波经过的介质就可以改变其相移量。此改变电磁波经过的介质就可以改变其相移量。 作用作用：可以人为地改变传输电磁波的相位。：可以人为地改变传输电磁波的相位。 矩形波导矩形波导TE10模式的相移常数模式的相移常数 经过距离经过距离 l 的相移量的相移量 相移量与媒质参数密切相关相移量与媒质参数密切相关低损耗介质片低损耗介质片l功率分配网络功率分配网络天线阵元天线阵元移相器移相器馈源馈源 应用举例：应用举例：用于相控阵天线中，要求每个天线阵元用于相控阵天线中，要求每个天线阵元辐射相位不同的电磁波。辐射相位不同的电磁波。移相器的移相器的相移量相移量相控阵天线相控阵天线9. 6 分支元件分支元件 作用作用：把一路电磁能量分为两路或多路；或者，将：把一路电磁能量分为两路或多路；或者，将多路电磁能量相加或相减。多路电磁能量相加或相减。1、波导、波导E-T分支（三端口元件）分支（三端口元件）213213串联支路串联支路等效等效 等效电路等效电路 在在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节串串联支路联支路的输入阻抗值（近似为纯电抗），作为电抗元件的输入阻抗值（近似为纯电抗），作为电抗元件使用。使用。jX12等效等效 能量分配功能能量分配功能213 3臂自身有反射，但若在该臂加入匹配装置，臂自身有反射，但若在该臂加入匹配装置，可使可使3臂的入射能量全部从臂的入射能量全部从1、2臂平分输出；臂平分输出； 3臂输入时，从臂输入时，从1、2臂等幅、反相输出；臂等幅、反相输出； 1臂输入时，从臂输入时，从2、3臂输出；臂输出；123123 2臂输入时，从臂输入时，从1、3臂输出；臂输出； 求求差信号差信号的功能的功能123 两信号分别从两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴臂输入，且到达分支波导中轴T面时面时相位相同相位相同，则，则3臂输出臂输出两信号之差两信号之差，称为，称为差差信号信号。信号信号1信号信号2信号信号1信号信号2 若两输入信号等幅，则若两输入信号等幅，则3臂无输出；臂无输出；T 求求和信号和信号的功能的功能123 两信号分别从两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中臂输入，且到达分支波导中轴轴T面时面时相位相反相位相反，则，则3臂输出臂输出两信号之和两信号之和，称，称为为和信号和信号。信号信号1信号信号2信号信号1信号信号2T2、波导、波导H-T分支（三端口元件）分支（三端口元件）213等效等效并联支路并联支路 等效电路等效电路 123 在在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节节并联支路并联支路的输入阻抗值（近似为纯电抗），作为电的输入阻抗值（近似为纯电抗），作为电抗元件使用。抗元件使用。21等效等效jX 能量分配功能能量分配功能123 3臂自身有反射，但若在该分支波导加入匹臂自身有反射，但若在该分支波导加入匹配装置，可使配装置，可使3臂的入射能量全部从臂的入射能量全部从1、2臂平臂平分输出；分输出； 3臂输入时，从臂输入时，从1、2臂等幅、同相输出；臂等幅、同相输出； 1臂输入时，从臂输入时，从2、3臂输出；臂输出； 2臂输入时，从臂输入时，从1、3臂输出；臂输出；123123 求求和信号和信号的功能的功能123信号信号1信号信号2信号信号1信号信号2 两信号分别从两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴臂输入，且到达分支波导中轴T面时面时相位相同相位相同，则，则3臂输出臂输出两信号之和两信号之和，称为，称为和和信号信号。T 求求差信号差信号的功能的功能123信号信号1信号信号2信号信号1信号信号2 两信号分别从两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴臂输入，且到达分支波导中轴T面时面时相位相反相位相反，则，则3臂输出臂输出两信号之差两信号之差，称为，称为差差信号信号。 若此时两信号等幅，则若此时两信号等幅，则3臂无输出；臂无输出；T3、波导双、波导双-T分支（四端口元件）分支（四端口元件）123（E）4（H） 主要特性：主要特性： 1、2同相输入：同相输入：3输出输出差信号差信号，4输出输出和信号和信号； 3输入：输入：1、2等幅、反相输出，等幅、反相输出，4无输出；无输出； 4输入：输入：1、2等幅、同相输出，等幅、同相输出，3无输出；无输出； 3、4相互隔离（相互不可传送信号）相互隔离（相互不可传送信号）132 “3臂、臂、4臂隔离臂隔离”的原因：的原因：T 3臂输入的臂输入的TE10 模式模式关于中轴面关于中轴面T反对称反对称，而而4臂中臂中TE10模式关于模式关于中轴面中轴面T对称对称，故相互，故相互不能激励。不能激励。 3臂（臂（4臂）输入的臂）输入的TE10 模可以在模可以在4臂（臂（3臂）中激励起高次模，臂）中激励起高次模，但高次模式不能传输，但高次模式不能传输，不能输出。不能输出。3臂输入，臂输入，4臂无输出臂无输出132T4臂输入，臂输入，3臂无输出臂无输出4、波导魔、波导魔T（四端口元件）（四端口元件）123（E）4（H）调匹配的装置调匹配的装置 主要特性：主要特性： 任何端口都与外接传输线相匹配；任何端口都与外接传输线相匹配；3、4匹配之后，匹配之后，1、2自动匹配；自动匹配； 3输入：输入：1、2等幅、反相输出，等幅、反相输出，4无输出；无输出； 4输入：输入：1、2等幅、同相输出，等幅、同相输出，3无输出；无输出； 1、2均有输入：均有输入：3输出差信号，输出差信号，4输出和信号；输出和信号； 3、4臂相互隔离；臂相互隔离；1、2臂相互隔离；臂相互隔离； 在微波设备、雷达中应用广泛。在微波设备、雷达中应用广泛。 二、二、 微带分支：微带分支： Y形分支形分支 T形分支形分支微带天线阵微带天线阵微带天线阵元微带天线阵元微带线微带线功分器实例功分器实例一分二一分三主要特性：主要特性： 3臂输入：臂输入：1、2等幅、反相输出，等幅、反相输出，4臂无输出；臂无输出； 4臂输入：臂输入：1、2等幅、同相输出，等幅、同相输出，3臂无输出；臂无输出； 1、2臂均有输入：臂均有输入：3臂输出差信号，臂输出差信号，4臂输出和信号；臂输出和信号； 3、4臂相互隔离；臂相互隔离；1、2臂相互隔离；臂相互隔离； 微带环形电桥（微带魔微带环形电桥（微带魔T）1243微带环形电桥实例微带环形电桥实例 波导环形电桥波导环形电桥9. 7 定向耦合器定向耦合器3 32 21 14 4 同向耦合同向耦合输入端口输入端口隔离端口隔离端口耦合端口耦合端口直通端口直通端口3 32 21 14 4 反向耦合反向耦合直通端口直通端口耦合端口耦合端口输入端口输入端口隔离端口隔离端口 作用：作用：从主传输线中取出一些电磁能量并向设定从主传输线中取出一些电磁能量并向设定的方向传输。的方向传输。一、波导定向耦合器一、波导定向耦合器 双孔定向耦合器（窄频带）双孔定向耦合器（窄频带）3 32 21 14 41 14 43 32 23 32 21 14 4123N 多孔定向耦合器（频带较宽）多孔定向耦合器（频带较宽） 单孔定向耦合器单孔定向耦合器 理想状态下，隔离端口应当没有输出，但实际上仍有一定理想状态下，隔离端口应当没有输出，但实际上仍有一定输出，因此应在隔离端口接匹配负载，吸收这一部分功率。输出，因此应在隔离端口接匹配负载，吸收这一部分功率。吸波材料吸波材料 定向耦合器实例定向耦合器实例二、微带定向耦合器二、微带定向耦合器 平行耦合线定向耦合器平行耦合线定向耦合器距离较近的微带线之间都有能量耦合距离较近的微带线之间都有能量耦合。锯齿形定向耦合器锯齿形定向耦合器提高定向性提高定向性主线主线副线副线锯齿形定向耦合器实例锯齿形定向耦合器实例 微带双分支定向耦合器微带双分支定向耦合器3 32 21 14 4ABCD 1输入，输入，2、3输出，相位差输出，相位差90度；度； 4为隔离端口，无输出；为隔离端口，无输出；微带双分支定向耦合器实例微带双分支定向耦合器实例 相当于低频中的谐振回路，具有储能、选频、稳频相当于低频中的谐振回路，具有储能、选频、稳频的功能；的功能； 用途用途：微波源、滤波器、选频器等等；：微波源、滤波器、选频器等等；9.8 微波谐振器微波谐振器 一、基本概念：一、基本概念： 等效电路等效电路存在电导，意味着谐振时有能量损耗。存在电导，意味着谐振时有能量损耗。 特点：特点： 理论上说，有无穷多个谐振频率（多谐性）；理论上说，有无穷多个谐振频率（多谐性）； 品质因素品质因素Q值很高（几万几十万）；值很高（几万几十万）；Q谐振系统谐振时的平均储能谐振系统谐振时的平均储能系统中每秒的能量消耗系统中每秒的能量消耗 种类种类传输线型谐振器传输线型谐振器非传输线型谐振器非传输线型谐振器二、传输线型谐振器的原理：二、传输线型谐振器的原理：Y1Y2L C 谐振时：谐振时： 回顾：回顾：低频集总元件谐振回路：低频集总元件谐振回路：l1Y1Y2短路短路短路短路 1、 两端短路的传输线：两端短路的传输线：结论结论：两端短路的传输线段可以当作微波谐振器，谐振频率有两端短路的传输线段可以当作微波谐振器，谐振频率有无数个，波导波长无数个，波导波长 的频率均是谐振频率。的频率均是谐振频率。 两端短路传输线中的场分布情况：两端短路传输线中的场分布情况：驻波分布，驻波分布，两端均为两端均为波节点波节点l1Y1Y2开路开路开路开路 2、两端开路的传输线：、两端开路的传输线：结论结论：两端开路的传输线段可以当作微波谐振器，谐振频率有两端开路的传输线段可以当作微波谐振器，谐振频率有无数个，波导波长无数个，波导波长 的频率均是谐振频率。的频率均是谐振频率。 场分布情况：场分布情况： 两端均为两端均为波腹点波腹点 3、一端短路另一端开路的传输线：、一端短路另一端开路的传输线：l1Y1Y2开路开路短路短路结论结论：上述传输线段可以当作微波谐振器，谐振频率有无数上述传输线段可以当作微波谐振器，谐振频率有无数个，波导波长个，波导波长 的频率均是谐振频率。的频率均是谐振频率。 场分布情况：场分布情况：短路端为短路端为波节点，波节点，开路端为开路端为波腹点波腹点1、矩形波导谐振腔、矩形波导谐振腔 波导腔中沿波导腔中沿 x、y、z 三个方向都是驻波分布。三个方向都是驻波分布。 三个整数三个整数 m、n、l 的每一种组合都对应腔内的一种谐振模的每一种组合都对应腔内的一种谐振模式，因此：有无穷多个谐振模式；式，因此：有无穷多个谐振模式；三、波导型谐振器：三、波导型谐振器：abl 应采用两端短路的方式；应采用两端短路的方式；2、圆波导谐振腔、圆波导谐振腔 有无穷多个有无穷多个TE、TM谐振模式，谐振频率可用公式计算；谐振模式，谐振频率可用公式计算；la 有三种常用谐振模式，场结构各不相同，各有其优点；可有三种常用谐振模式，场结构各不相同，各有其优点；可通过合理选择尺寸，得到需要的谐振模式，抑制其他模式；通过合理选择尺寸，得到需要的谐振模式，抑制其他模式； 品质因数正比于腔体积，反比于腔内壁面积，故在同样体积品质因数正比于腔体积，反比于腔内壁面积，故在同样体积情况下，圆波导谐振腔比矩形谐振腔品质因数高，性能好，情况下，圆波导谐振腔比矩形谐振腔品质因数高，性能好，加工也容易，是最常用的谐振腔。加工也容易，是最常用的谐振腔。 应采用两端短路的方式；应采用两端短路的方式；3、空腔谐振腔的激励与耦合：、空腔谐振腔的激励与耦合：探针激励或耦合探针激励或耦合环激励、环耦合环激励、环耦合圆形谐振腔与波导的孔耦合圆形谐振腔与波导的孔耦合三、同轴腔谐振器：三、同轴腔谐振器： 谐振模式为谐振模式为TEM模式，场结构简单稳定、频带宽，应用广泛；模式，场结构简单稳定、频带宽，应用广泛；1、两端短路同轴谐振腔：、两端短路同轴谐振腔：l 短路活塞可改变腔长，从而短路活塞可改变腔长，从而改变谐振频率改变谐振频率短路短路活塞活塞可调可调 l2、一端短路另一端开路同轴谐振腔：、一端短路另一端开路同轴谐振腔：一段截止圆波导，一段截止圆波导，防止电磁辐射防止电磁辐射金属盖板防辐射金属盖板防辐射l 内导体可移内导体可移动，用于改动，用于改变谐振频率变谐振频率 实际结构实际结构可调可调 l四、高频段的开腔谐振器四、高频段的开腔谐振器球面开腔球面开腔平板开腔平板开腔平板球面开腔平板球面开腔 在高频段，传输线型谐振腔的损耗增加，在高频段，传输线型谐振腔的损耗增加，Q值降低；值降低； 开腔谐振器工作稳定、开腔谐振器工作稳定、Q值高，调谐、使用方便、易于加工，值高，调谐、使用方便、易于加工，在毫米波、亚毫米波段应用前景广阔。在毫米波、亚毫米波段应用前景广阔。lll谐振条件：谐振条件：波导喇叭波导喇叭激励激励毫米波开腔谐振器毫米波开腔谐振器五、微带谐振器五、微带谐振器lab线节谐振器线节谐振器环形谐振器环形谐振器圆盘形谐振器圆盘形谐振器谐振条件：谐振条件：1、线节谐振器、缝隙谐振器：、线节谐振器、缝隙谐振器：2、环形谐振器：平均周长、环形谐振器：平均周长接地板缝隙谐振器接地板缝隙谐振器 可构成带阻滤波器可构成带阻滤波器接地板接地板导带导带谐振的缝隙将谐振频率的能谐振的缝隙将谐振频率的能量储存，不能继续传输。量储存，不能继续传输。l谐振器谐振器谐振器谐振器谐振器谐振器导带导带导带导带谐振器谐振器导带导带导带导带微带谐振器的耦合、激励微带谐振器的耦合、激励导带导带9.9 非互易元件非互易元件一、场移式隔离器一、场移式隔离器铁氧体铁氧体衰减片衰减片反向传输波反向传输波正向传输波正向传输波 衰减片：衰减片：大量衰减反向传输波，对正向传输波影响不大。大量衰减反向传输波，对正向传输波影响不大。 铁氧体铁氧体：各向异性媒质，分子式为各向异性媒质，分子式为MOFe2O3的一类铁磁物质的的一类铁磁物质的总称，总称，M：代表：代表Mg、Ni、Zn等二价金属。等二价金属。 特性特性：给铁氧体加上恒定磁场后，它对某个旋向的圆极化波给铁氧体加上恒定磁场后，它对某个旋向的圆极化波（反向传输波）表现高的磁导率，有（反向传输波）表现高的磁导率，有“吸收吸收”作用（使场集中在作用（使场集中在铁氧体内），对相反旋向的圆极化波（正向传输波）表现低磁导铁氧体内），对相反旋向的圆极化波（正向传输波）表现低磁导率，有率，有“排斥排斥”作用（使场不能进入铁氧体内），此即为作用（使场不能进入铁氧体内），此即为“场移场移作用作用”。隔离器隔离器入射波入射波入射波入射波反射波反射波AA 隔离器用于阻抗匹配隔离器用于阻抗匹配入射波可通过，反射波不可通过入射波可通过，反射波不可通过二、二、Y型结环形器型结环形器铁氧体铁氧体外加恒定磁场外加恒定磁场波导环形器实例波导环形器实例 入射波到达分支口分为两路。对恒定磁场而言，一路为左旋，入射波到达分支口分为两路。对恒定磁场而言，一路为左旋，一路为右旋，由于铁氧体对不同旋向的波表现出不同的磁导率，电一路为右旋，由于铁氧体对不同旋向的波表现出不同的磁导率，电磁波将偏向磁导率高的一边，即：能量向磁导率高的一边集中。磁波将偏向磁导率高的一边，即：能量向磁导率高的一边集中。环形器用于天线收发开关：环形器用于天线收发开关：天线天线接收机接收机发射机发射机发射通路发射通路接收通路接收通路发射机、接收机之间良好隔离发射机、接收机之间良好隔离9.10 微波有源元器件微波有源元器件 微波电真空管：（高功率）微波电真空管：（高功率） 振荡型、放大型振荡型、放大型表面势垒二极管（即肖特基二极管）表面势垒二极管（即肖特基二极管）变容二极管（包括阶跃二极管）变容二极管（包括阶跃二极管）隧道二极管（包括反向二极管）隧道二极管（包括反向二极管）PIN二极管二极管雪崩二极管雪崩二极管转移电子器件（即体效应管）转移电子器件（即体效应管）微波晶体管（双极晶体管和场效应晶体管）微波晶体管（双极晶体管和场效应晶体管） 微波半导体器件（固态器件）：（中小功率）微波半导体器件（固态器件）：（中小功率）一、微波有源元件：一、微波有源元件：二、微波有源器件二、微波有源器件：（无源元件：（无源元件+有源元件）有源元件） 微波固态放大器：微波固态放大器： 放大信号、功率放大信号、功率 微波混频器：微波混频器：下变频：微波下变频：微波 中频中频 上变频：中频上变频：中频 微波微波 微波倍频器：微波倍频器：获得倍频信号获得倍频信号 微波固态振荡器：微波固态振荡器：产生振荡信号，微波源产生振荡信号，微波源 电真空管放大器：电真空管放大器：高功率、高增益放大高功率、高增益放大 电真空管振荡器：电真空管振荡器：产生高功率振荡信号产生高功率振荡信号三、微波电路：三、微波电路： 立体电路：波导、同轴线有源器件立体电路：波导、同轴线有源器件 混合微波集成电路：平面传输线半导体器件混合微波集成电路：平面传输线半导体器件 单片微波集成电路：单片微波集成电路： 半导体器件与传输线一起集成在半导体器件与传输线一起集成在 一块半导体基片上。一块半导体基片上。平面平面电路电路（微波高端、毫米波、亚毫米波微波高端、毫米波、亚毫米波）（HMIC）（MMIC）四、微波系统简介：四、微波系统简介：功率功率放大器放大器发信发信混频器混频器本地本地振荡器振荡器中、低频中、低频输入信号输入信号微波微波输出信号输出信号天线天线发射机简化框图发射机简化框图上变频上变频微波低噪声微波低噪声放大器放大器收信收信混频器混频器本地本地振荡器振荡器输入输入微波信号微波信号天线天线接收机简化框图接收机简化框图中、低频中、低频输出信号输出信号下变频下变频脉冲雷达系统脉冲雷达系统功放功放上变频上变频低噪放低噪放 下变频下变频 中频中频放大放大检波检波放大放大显示显示收发收发开关开关天线天线