1、2016/5/5 1 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 衰减器是调节微波功率的 两端口元件 ， 对称网络 ， 有固定衰减器和可调衰减器之分 。 衰减器的基本工作原理有三种： 吸收式 ， 截止式 ， 旋转极化 式 。 一、吸收式衰减器 吸收式衰减器的工作原理是利用介质材料对微波能量的吸收作用，它与匹配负载的工作原理类似。 吸收式衰减器与匹配器的不同 是：衰减器是两端口元件，它允许部分微波功率通过；匹配负载是单端口元件，它必须吸收全部入射微波功率。 2016/5/5 2 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 吸收式衰减器有固定和可调两类 。 可调衰减器是通过改变吸收材料在电场中的 位置 和 体积
2、来调整衰减量的 。 无辐射缝无辐射缝强辐射缝强辐射缝强辐射缝吸收式衰减器是 对称网络 ， 而且 驻波系数较小 。 吸收式衰减器的主要技术指标包括：衰减量 L(f)、 驻波比 (f)、 工作频带 、 功率容量等 。 同轴型（固定） 波导型（可调） 2016/5/5 3 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 可调衰减器是通过改变吸收材料在电场中的 位置 和 体积 来调整衰减量的 。 2016/5/5 4 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 二 、 截止式衰减器 截止式衰减器的工作原理是根据波导中 截止电磁波 的 场强沿传播方向按指数规律衰减 的特性工作的 。 根据第二章的讨论 ， 截止电磁波的衰减系
3、数是： 均匀传输线中某参考面上的电磁场表达式为： 1 4 b )-(2 21)(12 c0c2c00 rrrr1 5 d )-(2 )(A)(A),(1 5 c)-(2 )(A)(A),()(H)(H)(E)(Eztjztjztjztjeyx,eyx,tzyxeyx,eyx,tzyxHHImHEEImE2016/5/5 5 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 二 、 截止式衰减器 那么 ， 均匀传输线中任意两参考面 T1， T2上通过的微波功率之比为： 其中 ， 传输线 T1， T2 参考面上的 横向边界条件相同 ， 应有： Et1 = Et2，Ht1 = Ht2， 所以 ， 微波能量通过参考
4、面 T1， T2 后的衰减量 (以分贝为单位 ) 为： )(22*tt2*tt*22*1121 2121zzSzSzSS eeReeReReRePP dsHEdsHEdsHEdsHE2)-(4 ( d B ) lg20l g 10)l g (10 )(221 21 elePPL zz 线性调节 1 4 b )-(2 21)(12 c0c2c00 rrrr1 5 d )-(2 )(A)(A),(1 5 c)-(2 )(A)(A),()(H)(H)(E)(Eztjztjztjztjeyx,eyx,tzyxeyx,eyx,tzyxHHImHEEImE2016/5/5 6 第四章 微波元器件 4.4
5、衰减器 由于 Ho11 模式是极化简并模式 ， 它的 极化面 可以旋转 ， 因此它既可以被偶对称模式激励 ，也可以被奇对称模式激励 。 Ho11 模式的截止条件： 3.41a 2016/5/5 7 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 截止衰减器的 特点 ： (1) 以分贝为单位的衰减量是输入 、 输出参考面间距的线性函数 ， 衰减量 容易精确计算 。 截止衰减器的衰减量可以作为微波衰减量的定标标准 。 (2) 衰减量的 可调范围 很大 (可达 120分贝 )。 (3) 如果截止衰减器内没有吸收材料 ， 它的 反射系数 就很大 。 2016/5/5 8 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 201
6、6/5/5 9 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 三 、 极化旋转衰减器 极化旋转衰减器也是一种吸收式衰减器 。 因为调整微波吸收材料的位置或体积 ， 可以改变吸收式衰减器的衰减量 。 极化衰减器则是通过调整微波吸收介质片相对于电场的角度来改变衰减量的 。 相对于前边介绍的两种衰减器 ， 极化旋转衰减器的 反射系数更小 、 而且与衰减量无关 。 因此 ， 极化旋转衰减器的衰减量调节 精度 更高 ， 但 功率容量 较小 ， 通常用于精密测量 。 2016/5/5 10 L = 10 lg(P1/P3) = 10 lg(E1/E2)2 = 20 lg(1/cos2 ) = 40 lgcos 吸收
7、介质片上的水平分量必须完全被吸收。 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 矩形波导 TE10 圆波导 TE11 P1 P3 2016/5/5 11 第四章 微波元器件 4.4 衰减器 习题 、 已知衰减器两个端口的特征阻抗均为 Zc = 50， 其插入损耗为 xdB。 将该衰减器插入到特征阻抗为 Zc = 50 的传输系统中，求该衰减器的 S 参量。 2016/5/5 12 第四章 微波元器件 4.5 移相器 移相器是两端口元件 ， 对称网络 ， 其功能是可以任意调节输入 、 输出端口的微波 相位差 。 移相器的 反射 系数和 插入损耗 都应当尽量小 。 这一方面要求其与传输线的阻抗匹配良好 ，
8、 也要求其内部的介质材料具有较低的微波损耗 。 移相器是通过改变介质材料在电场中的 位置 和 体积来调整相移量的 。 波导型 2016/5/5 13 第四章 微波元器件 4.5 移相器 已知 理想移相器 的 S 参数矩阵为： 所以改变移相器的 长度 l 或改变移相器中电磁波的 传播常数 都可以达到移相的目的 （ 对于确定的工作频率 ） 。 已知： 所以 ， 移相器的工作原理可以分为三类 ： (1) 调整移相器的实际 长度 ， 或改变行波在移相器内实际通过的距离 。 例如 ， 用魔 T 和两个短路活塞可以组成一个良好的移相器 。 一段波导就可以构成一个固定相移的移相器 。 00ljljee1 4
9、 a)-(2 )(112 2c00 rrrr 2016/5/5 14 第四章 微波元器件 4.5 移相器 (2) 调整移相器内填充 介质 的物理参数或几何参数。 例如， 仿照 吸收式衰减器的结构，将其中的高损耗吸收材料换成低损耗高介电系数的材料，通过改变介质材料在移相器内的体积或空间位置就可以达到移相的目的。 波导型 00ljljee 1 4 a)-(2 )(112 2c00 rrrr 2016/5/5 15 (3) 调整波导 宽边 尺寸。 例如，工作在 H10 模式的矩形波导，其传播常数 与截止波长 c = 2a 有关。改变波导的宽边尺寸 a，也可以达到移相的目的。 但此方法产生的 相移量不能太大 ，因为改变波导的宽边尺寸 a 将引起特征阻抗和截止波长的变化。 a a l 第四章 微波元器件 4.5 移相器 200)2(112 arrrr
