1、微波技术基础,徐锐敏 教授电子科技大学电子工程学院 地点：清水河校区科研楼C309 电话：61830173 电邮：,第8章 常用微波元件,8.3 三端口元件在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：无耦三端口网络的基本性质,第8章 常用微波元件,任意三端口网络的散射矩阵为若元件是互易的，有性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配，即三个 端口不可能同时都匹配。,第8章 常用微波元件,证明：假如所有端口均匹配，则 ，则有若网络也是无耗的，由散射矩阵可得如下条件： 振幅关系 相位关系 可见：三个参数 中至少有两个必须为零，但又不能成立，这说明一个三端口网络不可能做到无耗、互易和完全匹配。,第
2、8章 常用微波元件,性质2：任意完全匹配的无耗三端口网络必定非互易， 且为环行器，其正、反旋环行器的散射矩阵为 和 证明：一个匹配的三端口网络的S矩阵可表示为 若网络无耗，则其S矩阵为幺正矩阵，即有,第8章 常用微波元件,在如下两种情况下这些方程式满足1. 2. 结果表明 。这意味着此器件必定是非互易的。情况1： 情况2：,第8章 常用微波元件,性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现 匹配。 证明：假定端口1和2为匹配端口，则其S矩阵可以写成 因网络无耗，由幺正性得到,第8章 常用微波元件,上式表明 ， ，此时，网络实际上由二个无关的元件组成：一个是匹配的二端口（1、2）传输线，另一
3、个是全失配的端口（3）。性质4：若三端口网络允许有耗，则网络可以是互易和 完全匹配的，且有耗的三端口网络可做到输出端口之间 隔离（例如 ）。,第8章 常用微波元件,三端口功率分配/合成元件T形接头 对于无耗形接头，可用传输线型来表示： 可以选择输出线的特性阻抗和来获得不同的功率分配 比。,第8章 常用微波元件,a.矩形波导T形接头 矩形波导工作在主模工作TE10，分E-T和H-T接头：,H-T接头,E-T接头,第8章 常用微波元件,E-T特性分析左图说明：信号从1臂输入时，主波导2、3臂中距1臂等距离的T2、T3处为等幅反向输出。当T2、T3处有等幅反相信号输入时，则二者在1臂内同向叠加输出。
4、,第8章 常用微波元件,a,a,右图说明：当在2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在1臂中反向抵消而不能从1臂输出，只能在2、3臂中形成驻波。H-T特性分析:,第8章 常用微波元件,b,b,左图说明：如上图当信号从分支4臂输入时， 2、3臂的T2、T3处信号等幅同相输出；2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在4臂同相叠加输出。右图说明：当2、3臂的T2、T3处输入等幅反相信号时，二者在4臂反相抵消，4臂无输出。总结：E-T特性：主臂输入支臂臂、 臂等幅反相输出；H-T特性：主臂输入支臂臂、 臂等幅同相输出。,第8章 常用微波元件,b.对称Y分支矩形波导对称Y分支结构及其等效
5、电路图如图所示，分为E面分支和H面分支；前者为串联分支，后者为并联分支。,E-Y分支,H-Y分支,第8章 常用微波元件,三种作为功率分配器的波导Y分支分配给分支波导的功率与其高度成正比。因此，适当的选择高度和就可以得到任意的功率分配比。,第8章 常用微波元件,c.电阻性功率分配器假如三端口分配器含有有耗元件，便可以做到所有端口匹配，而二个输出端口则不可能隔离。威尔金森功率分配器,第8章 常用微波元件,设计公式 为功率分配比,第8章 常用微波元件,8.4 四端口元件四端口S参数性质性质1:无耗互易四端口网络可以完全匹配，而为一理 想定向耦合器。性质2:有理想定向性的无耗互易四端口网络不一定四 个
6、端口均匹配，即是说四个端口匹配是定向耦合的充 分条件，而不是必要条件。性质3:有二个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口 电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦匹 配并相互隔离。,第8章 常用微波元件,定向耦合器的技术参数 耦合度： 定向性：,第8章 常用微波元件,隔离度：有：不同形式的定向耦合器Bethe孔耦合器Bethe孔耦合器是一种单孔耦合器。为获得定向性，该单孔需开在两个矩形波导的公共宽壁上，如图所示,第8章 常用微波元件,工作原理：小孔可用电和磁偶极矩构成的等效源来代替，调节两个等效源的相对振幅可以消除在隔离端口方向的辐射，而增强在耦合端口方向的辐射，从而获得理想的定向性。,第8
7、章 常用微波元件,波导多孔定向耦合器 单孔耦合器的缺点是频带窄。宽频带应用时可采用多孔耦合器。 以双孔耦合器为例说明工作原理设波导由端口输入，大部分波向端口传输，一部分波通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距/4，结果在端口方向的波相位同向而增强，在端口方向则因相位反向而相互抵消。,第8章 常用微波元件,耦合线定向耦合器其特性是:由端口输入的信号一部分传至端口，一部分耦合至副线由端口输出，端口无输出。对耦合微带线或其它非TEM线，奇，偶模速度不相同，耦合器的定向性就要变差。为改变性能，需要采取相应的速度补偿措施，如加介质覆盖层，采用各向异性基片，耦合段做成锯齿形等。,第8章 常用微波元件,La
8、nge耦合器 要求紧耦合（耦合度大于-6dB）时使用；,第8章 常用微波元件,正交混合电桥分支线耦合器的特性是：当所有端口匹配时，由端口输入的功率在端口和之间平分且有90相位差，端口无输出（隔离端口）。其S矩阵为,第8章 常用微波元件,180混合电桥,该图为混合环1.5lTEM线（带状线或微带线）并联连接而成。信号由端口输入时，端口和等幅同相输出，端口无输出；信号由端口输入时，端口和等幅反相输出，端口无输出。,当用作功率合成器时，信号同时加于端口和，则端口输出和信号，端口输出差信号。,第8章 常用微波元件,波导匹配魔T,将一个E-T接头和一个H-T接头（波导尺寸相同）组成在一起形成波导双T。波导双T和波导单T一样，基本身是不匹配的。在臂和臂加入一些匹配元件（螺钉、膜片或锥体），可以使臂和臂同时达到匹配,第8章 常用微波元件,臂E臂臂H臂和侧臂,魔T的重要特性：1）四个端口完全匹配2）臂和臂相互隔离，两侧臂和相互隔离；3）进入一侧臂的信号，由臂和臂等分输出，而另一侧臂无输出；4）进入H臂的信号，由两侧臂等幅同相输出，而E臂无输出；5）进入E臂的信号，由两侧臂等幅反相输出，而H臂无输出；6）两侧臂和同时输入信号，E臂输出的信号等于两输信号相量差的 倍；H臂输出的信号等于两输信号相量和的 倍。,第8章 常用微波元件,
