1、预备知识微波是波长最短的无线电波。无线电波可按其波长范围或频率范围进行分类，波长范围约 1米1 毫米，即频率为 300 兆赫300 千兆赫的无线电波称为微波。微波技术是第二次世界大战期间，由于雷达的需要而发展起来的一门电子技术。它已在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及工农业生产等许多部门都得到了广泛的应用，并深入到医疗卫生和日常生活。如家用微波炉已进入了人们的家庭，成为烹调的得力工具。在实际工作中，将微波中最常用的波段分别称为，波段，其划分如下：波段代号 频率范围（GHz） 标称波长（cm）L 1.02.0 22S 2.04.0 10C 4.08.0 5X 8.012.5 3K 18.
2、027.0 1.25Q 27.040.0 0.8其中波段的微波测量系统是一般实验室中所常见的。微波中常用的频率单位吉赫用 G表示，即1g10 9。微波测量与低频无线电测量相比具有独自的特点，所用的测量方法和仪器也有所不同。在低频电路中，常用电压、电流、频率作为基本量，阻抗、功率等均用电压、电流的关系式推得。可是，在微波电路中，由于它是分布参数电路，电压、电流失去了明确的意义，必须用场的概念进行讨论。在微波测量中，以驻波、波长（频率） 、功率作为三个基本测量，通过驻波的测量不仅可以测出电磁波在传输线中传播时场强的相对大小，而且可以测量传输线的阻抗、衰减、相移等参量，传输线中的波长是根据电磁场的驻
3、波分布，由测量线直接测得的。1.微波的波导传输广义而言，波导是指能够引导电磁波沿一定方向传输能量的传输线。在微波波段，随着工作频率的升高，由于导线的趋肤效应和辐射效应增大，使得普通的双导线不能完全传输微波能量，常用的微波传输线有平行双线、同轴线、带状线、微带线、金属波导管及介质波导等多种形式的传输线。（1）波导管中的 10型波波导管是一种空心金属管，其截面形状有圆形、矩形、椭圆形等，用得最多的是矩形波导管，简称波导，见图 11.0-1。根据电磁场的普遍规律麦克斯韦方程组或由它导出的波动方程及具体波导的边界条件，严格求解得出矩形波导中不能传输波，只能传输波（横电波）和波（横磁波） 。波的电矢量只
4、有横向分量，而磁矢量的横向和纵向分量都有；波的磁矢量只有横向分量，而电矢量的纵向、横向两个分量都有。在实际应用中，一般让波导中存在一类波型，而且只传其中一种波型，例如 10波就是矩形波导中常用的一种波型。考虑一个截面为的矩形波导（见图 11.0-1） ，其管壁为理想导体，则沿方向传播的 10型波的各个场分量为：)(0sinztjyexEzx )(0siztjH)(coztjz exEjy（11.0-1）式中 为角频率， ； 为相位常数， ； g为波导波长：21cg（11.0-2）其中 C2，称为波导截止波长。因此，波导中只能传播 C的电磁波， 是自由空间电磁波的波长。波导内 10波电场和磁场的
5、分布即所谓场结构，可用图 11.0-2 表示：图（）说明电矢量只位于平面内（在0 处，上为负，下为正） ，起止于上下两个宽边，宽边中间电场最强，两侧减弱，呈正弦分布。它的磁力线在宽边相平行的平面内形成闭合线如图（） ，并表明 y、 x和 z在方向各有 的相位差。图（）表示 TE10型波场结构的空间分布。当电磁波在波导中传输时，其高频电磁场将在波导壁上产生高频感应电流且分布在波导的内表面，如图 11.0-3 所示。波型 10的脚标“1”表示电场沿宽边是一个半驻波分布， “0”表示电磁场沿窄壁均匀分布。（2）波导管的工作状态波导的终端一般接有晶体检波器或其它负载。当入射的电磁波没有被负载全部吸收，
6、即所谓不匹配时，就有一部分波被反射，波导中的任何不均匀性也会产生反射波。一般来说，波导中同时存在着入射波 i与反射波 r， i与 r会发生干涉，形成驻波。为描述驻波，引入反射系数与驻波比的概念，反射系数 定义为：jireE/ 为 i与 r的相位差。驻波比 的定义为： minax/E 与 的关系为：（11.0-3)当波导终端接的是匹配负载时，E r0，故0，1，此时波导内是行波。波导终端用金属板短路时，由边界条件Ey0，得 Er-E i，即产生全反射，这时1，。称纯驻波状态。一般情况下，负载吸收部分入射波，产生部分反射波，于是 01，1，场分布是一个行波和一个驻波的叠加，称为混合波状态。图 11
7、.0-4 表示波导内三种情况下的电场。（3）谐振腔谐振腔是微波谐振系统，当它和入射电磁波谐振时，在腔内建立起确定波型的场分布，因此它与低频的谐振回路相似。谐振腔的主要参数为谐振频率 0与品质因数。常用的谐振腔有： 101矩形腔是长度为 g2 的矩形波导管，两端用导体板封闭，在一个端面上开一小孔，用以耦合入射波。根据场方程及边界条件，腔内正中央电场最强，四周围绕着闭合的磁力线，它的谐振频率 0为:（11.0-4）其中为矩形波导的长度，为光速。该腔的品质因数值达000 以上。 011圆柱腔是长度为 g2 的圆波导管，两端用导体板封闭，同样在一端面要开耦合孔，其场结构如图 11.0-5 所示，它的最
8、大特点是腔壁只有周围方向的电流，品质因数很高，可达10 5以上，其谐振频率为： 2049.1Rlcf（11.0-5）环行腔。环行腔如图 11.0-6 所示，这种腔的电力线集中在中间凸出处，好像是一个集中电容，磁力线是围绕电场的，它在腔的环行圈内。它的波型是 010，这种腔主要用在速调管中，中间凸出部分实际上是栅网结构，电子流可从这里通过，实现电子与电场之间能量的交换。（）波导元件可变衰减器。如图 11.0-7（） ，把一片能吸收微波能量的介质片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分地衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小，即为可变衰减器。匹配负载。如图 11.0-7（）
9、 ，波导中装有很好地吸收微波能量的介质片或吸波材料，它几乎能全部吸收入射功率。隔离器。图 11.0-7（） ，它是一种铁氧体器件，对微波具有单向传输的特性。晶体检波器。图 11.0-7（） ，从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于驻波的波腹点，以获得最高的检波效率。螺钉调配器。图 11.0-7（） （） ，从波导宽壁中心插入 1 个或几个螺钉，调节其深度或位置，可改变由它引入的电抗，使电路达到匹配。双接头。图 11.0-7（g） ，它有四个臂，从 1 臂输入的功率只等分给 2、3 两臂，且相位相同，臂无输出，即 1、隔离；同理，臂输入功
10、率，从 2、3 两臂等分反相输出，、1 两臂隔离。它是互易器件，为此从 2、3 臂同时输入等幅同相的波，则从 1 臂输出，称和臂；同时从 2、3 臂输入等幅反相波，则从臂输出，称差臂，臂 1、始终隔离。由于这些特性使它在微波测量中获得了广泛的应用。表 11.0-1 常用国产波导管的规格内截面尺寸(mm)型号 频率范围GHz a b波段名称BJ-35 2.603.95 72.14 34.04 10cmBJ-48 3.945.99 47.55 22.15 5cmBJ-84 6.579.99 28.50BJ-100 8.2012.40 22.86 16.023cmBJ-140 11.9018.0 15.80 7.90 2cmBJ-220 17.626.7 10.67 4.32 1.25cmBJ-320 26.440.0 7.112 3.556 8mmBJ-550 39.259.6 4.775 2.388 6mmBJ-740 60.591.9 3.099 1.549 4mm一般实验室所用的 3 厘米波导测试系统为-100 型，也称小三厘米波导测试系统。
