微波元件介绍

Proverbs 17:9“Whoever would foster love covers over an offense, but whoever repeats the matter separates close friends.”

一电抗元件：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，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。若储存的主要是电场能量，则不均匀区域相当于一个储存电能的电容；若储存的主要是磁场能量，则不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。

其中对于谐振窗来说

谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），无反；失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大；•一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振的频率就是可通过的频率。

微带线是微波电路中常见的形式，微带电路中的电容电感。

一段Zc大的短传输线可等效为串联电感；一段Zc小的短传输线可等效为并联电容。当介质基片厚度一定时，微带宽度W↘，则Zc↗；•一段窄的短微带线可等效为串联电感；一段宽的短微带线可等效为并联电容。

用高阻抗微带短线实现串联电感 为加大电感值，将高阻抗线弯曲、螺旋，增加匝数：

串联在传输线上的谐振回路：

用低阻抗线实现并联电容：

用并联的终端开路支节实现并联电容或并联电感，由传输线理论知合适长度的传输线可实现任意值的电抗或电纳。

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总元件，该过程称为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。

1 低通滤波器1

2低通滤波器2

• 高阻抗短线（窄线）相当于串联电感• 低阻抗短线（宽线）相当于并联电容• 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。

3低通滤波器3

4平行耦合微带型带通滤波器

•微带段与微带段之间有能量耦合； •微带段两端开路，波导波长等于 λg 的电磁波才可以在微带段上谐振并持续存在；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，故为带通滤波器。实例：屏蔽盒中的微带带通滤波器

5带阴滤波器

对于波导波长等于 λg1 、λg2 、λg3 的电磁波而言，并联的终端开路四分之一支节实现了对地短路的功能，这些频率的信号不能通过，故为带阻滤波器

三终端元件

1 匹配负载 •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 1.05 左右～ 1.1 左右； •元件中采用高阻衰减材料、吸波材料，吸收入射的电磁波； •吸波材料与空气的界面应做成渐变式过渡，减小反射；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。 2 辐射终端能量尽量辐射出去，尽量减小终端反射；

四衰减器和移相器

1衰减器根据需要，减小所传输信号的幅度。•用吸波材料吸收一定的电磁能量来实现衰减。 2 移相器可以人为地改变传输电磁波的相位。•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。

五分支元件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。

1 波导E-T分支在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节串联支路的输入阻抗值（近似为纯电抗），作为电抗元件使用。

能量分配功能

3臂输入时，从1、2臂等幅、反相输出；•3臂自身有反射，但若在该臂加入匹配装置，可使3臂的入射能量全部从1、2臂平分输出； 1臂输入时，从2、3臂输出； 2臂输入时，从1、3臂输出；

求差信号的功能

两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。若两输入信号等幅，则3臂无输出；

求和信号的功能

两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。

波导H-T分支（三端口元件）

在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节并联支路的输入阻抗值（近似为纯电抗），作为电抗元件使用。

能量分配功能

3臂输入时，从1、2臂等幅、同相输出；•3臂自身有反射，但若在该分支波导加入匹配装置，可使3臂的入射能量全部从1、2臂平分输出；

3、波导双-T分支（四端口元件）

†1、2同相输入：3输出差信号，4输出和信号；† 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出； † 4输入：1、2等幅、同相输出，3无输出； † 3、4相互隔离（相互不可传送信号）。3臂、4臂隔离”的原因：3臂输入的TE10 模式关于中轴面T反对称，而4臂中TE10模式关于中轴面T对称，故相互不能激励。 3臂（4臂）输入的TE10 模可以在4臂（3臂）中激励起高次模，但高次模式不能传输，不能输出。

4、波导魔T（四端口元件）任何端口都与外接传输线相匹配；3、4匹配之后，1、2自动匹配； • 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出； • 4输入：1、2等幅、同相输出，3无输出； • 1、2均有输入：3输出差信号，4输出和信号； • 3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离；• 在微波设备、雷达中应用广泛。