Chp5s45 - 5.4 5.4 衰减器和移相器 衰减器 一....

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Unformatted text preview: 5.4 5.4 衰减器和移相器 衰减器 一. 衰减器 为了固定传输系统内传输功率的功率电平, 为了固定传输系统内传输功率的功率电平,传输系统内必须 接入衰减器,对微波产生一定量的衰减。 接入衰减器,对微波产生一定量的衰减。其S参数矩阵为 1. 种类 种类 0 S = − al e e 0 − al • 固定衰减器:衰减量固定不变; 固定衰减器:衰减量固定不变; • 可变衰减器:衰减量可在一定范围内调节。 可变衰减器:衰减量可在一定范围内调节。 2. 衰减器的要求 衰减器的要求 a. 输入驻波比小;b. 频带宽。 输入驻波比小; 频带宽。 输入驻波比小 频带宽 3. 衰减器的型式 衰减器的型式 吸收式衰减器,截止式衰减器, 吸收式衰减器,截止式衰减器,极化式衰减器 吸收式衰减器 (一) 吸收式衰减器 在波导内放入与电场方向平行的吸收片, 在波导内放入与电场方向平行的吸收片 在波导内放入与电场方向平行的吸收片,当微波能量通过 吸收片时,将吸收一部分能量而产生衰减, 吸收片时,将吸收一部分能量而产生衰减,这种衰减器称 为吸收衰减器,如图所示。 为吸收衰减器,如图所示。 吸收片上通过的电场切线分量越强,衰减越大。 吸收片上通过的电场切线分量越强,衰减越大。 几种常用的波导吸收衰减器: 几种常用的波导吸收衰减器 几种常用的波导吸收衰减器: (二)截止式衰减器 截止式衰减器 在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段,使电磁 在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段, 波在这一小段传输线内处在截止状态下传输, 波在这一小段传输线内处在截止状态下传输,即电磁波经 过这段传输线后微波能量很快衰减, 过这段传输线后微波能量很快衰减,控制截止传输线的长 就可以调节衰减量的大小, 度,就可以调节衰减量的大小, 移相器 二. 移相器 对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件。 对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件。 其S参数矩阵为: 参数矩阵为: 0 [S ] = − jβl e e − jβ l 0 性能主要要求: 性能主要要求: • • • • 分类: 分类: 移相范围要大,且符合一定的变化规律; 移相范围要大,且符合一定的变化规律; 精度要高; 精度要高; 插入驻波比要小 工作频带和功率容量必须符合要求等。 工作频带和功率容量必须符合要求等。 • 固定移相器 • 可变移相器。 可变移相器。 的两点之间的相位差为 均匀传输线上相距长度为l 的两点之间的相位差为 ϕ 2 − ϕ1 = β l = 改变相位的方法有两种: • • 2π λp l 改变传输线的长度l ,任何一种可以改变传输线长 度的机构, 度的机构,都可以做成可变移相器; 改变传输线的相位常数β 改变传输线的相位常数 β( 或波导波长 ) 。 改变传 输线相位常数的方法有很多, 输线相位常数的方法有很多,如在波导中放入可 移动的介质片,就能改变相位常数β,从而改变 移动的介质片, 就能改变相位常数β 相移。 相移。 5.5 5.5 阻抗调配器和阻抗变换器 反射及阻抗匹配网络 一. 反射及阻抗匹配网络 1. 反射的产生 反射的产生 • • • • 负载阻抗与传输线的特性阻抗不相等; 相同类型而不同特性阻抗的传输线相连接; 不同类型的传输线相连接; 传输线中接入一些必要的器件。 传输线中接入一些必要的器件。 2. 反射的不良影响 反射的不良影响 • • • • • 影响微波系统正常工作; 影响微波系统正常工作; 使负载得不到最大功率; 使负载得不到最大功率; 功率容量和效率都会降低; 功率容量和效率会降低; 在大功率时还会出现打火现象; 在大功率时还会出现打火现象; 在微波测量系统中又会影响测量精度。 在微波测量系统中又会影响测量精度。 3. 阻抗匹配网络 阻抗匹配网络 在传输线中插入可调的电抗元件或阻抗变换元件, 在传输线中插入可调的电抗元件或阻抗变换元件,产 生新的反射波来抵消原来的反射波,从而达到匹配。 生新的反射波来抵消原来的反射波,从而达到匹配。 为了匹配而插入的网络阻抗匹配网络。 为了匹配而插入的网络阻抗匹配网络。 阻抗匹配网络有阻抗调配器和阻抗变换器两种: 阻抗调配器: 阻抗调配器 阻抗调配器: 匹配网络中的元件参数是可以调节的, 匹配网络中的元件参数是可以调节的,设计方法采用图 解法, 解法 , 即用 Smith 圆图来确定阻抗调配网络中各个电抗 元件的参数。 元件的参数。 阻抗变换器: 阻抗变换器: 利用网络综合法, 利用网络综合法,设计出满足一定技术指标的阻抗匹 配网络,一旦根据需要设计好以后,不能任意改变。 配网络,一旦根据需要设计好以后,不能任意改变。 阻抗调配器 二. 阻抗调配器 阻抗调配器常用来匹配传输线特性阻抗和负载( 阻抗调配器常用来匹配传输线特性阻抗和负载(或信号 阻抗不等的情况。 源)阻抗不等的情况。 分类:分支调配器和螺钉调配器。 分类:分支调配器和螺钉调配器。 分支调配器: 分支调配器 分支调配器: 可调的电抗元件是用改变分支线的长度来实现的, 可调的电抗元件是用改变分支线的长度来实现的,常 用于平行双线和同轴线传输系统中 。 螺钉调配器: 螺钉调配器: 后者可调电抗元件是可调螺钉,常用于波导中。 后者可调电抗元件是可调螺钉,常用于波导中。 (一) 分支阻抗调配器 分支阻抗调配器 分支阻抗调配器按分支的多少可分为: 分支阻抗调配器按分支的多少可分为: • 单支节调配器 • 双支节调配器 • 多支节调配器 1. 双支节调配器 双支节调配器 右 图为同轴线双支 右图为同轴线双支 节调配器的结构示 意图。 意图。 两支节同轴线并接 于主同轴线中, 于主同轴线中 , 两 支节线的间距为 d , 两支节的长度l1 用 短路活塞来 和 l2 用短路活塞来 改变, 改变 , 以提供所需 要的纯电纳。 要的纯电纳。 d= 8 l Yb Y4 l2 Y1 Y3 Ya Y2 l1 Yl 1 双枝节匹配网络是由两个可变并联短路枝节, 双枝节匹配网络是由两个可变并联短路枝节,中间有一个 构成。 已知固定距离d=1/8λ(个别也有1/4λ或3/8λ)构成。 双支节调配器的等效电路及调配过程: 双支节调配器的等效电路及调配过程 双支节调配器的等效电路及调配过程: ~ ~ Y2′ = 1 − jB2 ~~ ~ Y1 = Y1′ + jB1 辅助圆 i Ya轨迹 匹配圆 0 r Y3轨迹 双枝节辅助圆 解决如图的特殊双枝节匹配。 [例] 解决如图的特殊双枝节匹配。Z0=50Ω Y4 Y2 l2 Yb Y3 l 8 l1 Ya Y1 l 8 Yl Zl=100+j50 0.088 i Ya = Y1 + Y2 Yb = Y3 + Y4 = 1.0 0.463λ Ya Yl Y1 Y3 0 Yb r 0.445λ 0.405λ Y4 l2 Y2 0.088 Y1 l 8 i Yb Y3 l 8 l1 Ya Yl Zl=100+j50 Y1 Y3 Ya 0 Yb Z0=50Ω 0.463λ Yl r 0.445λ 0.405λ =50Ω [解] 1. 采用Z0=50Ω的归一化 Z l = 2 + j1 2. 并联枝节应用导纳处理 Yl = 0.4 − j 0.2 并联枝节应用导纳处理 并联枝节应用导纳处理 3. 通过λ/8距离(向电源方向) 通过 Y1 = 0.5 + j 0.5 (对应0.088) 按等电导圆交辅助圆 辅助圆于 有两个解, 4. 按等电导圆交 辅助圆 于 Ya ( 有两个解 , 这里只讨论一 个)。则可得 i 0.088 Ya = 0.5 + j 014 = Y1 + Y2 . Y1 Y3 Ya 0 Yb Y1 = 0.5 + j 0.5 Y2 = j 014 − j 0.50 = − j 0.36 . 0.463λ Yl r l1 = (0.445 − 0.25)λ = 0195λ . Y4 l2 l1 0.445λ 0.405λ Y2 Y3 l 8 Yb Ya Y1 l 8 Yl Zl=100+j50 5. 向负载90 90° 匹配圆交于 5. 由 Ya 向负载90°与匹配圆交于 Y3 Y3 = 1 + j 0.72 = Yb − Y4 = 1.0 − Y4 Y4 = − j 0.72 0.088 i Y1 Y3 Ya 0 Yb l2 = (0.405 − 0.25)λ = 0.155λ Y4 l2 0.463λ Yl r 0.445λ 0.405λ Y2 Yb Y3 l 8 l1 Ya Y1 l 8 Yl Zl=100+j50 • 关于“死区” 关于“死区” 双枝节的一个主要问题是, 无法匹配, 双枝节的一个主要问题是,对于某些负载 Y1 无法匹配, 即所谓“死区”问题。 即所谓“死区”问题。具体 d = λ / 8 若,则 1 1 2 + (1 − r ) = + r 2 2 r是“死区”圆的半径。 死区”圆的半径。 2 2 i 1 1 r= = g +1 3 一般地: 一般地: A1 1 2 2 0 死区 r g r gl > 2 gl ≥ 1 sin βd 2 (1-r) 2. 三支节调配器 三支节调配器 双支节调配器存在的 可采用三支节调配器来消除。 双支节调配器存在的“死区”,可采用三支节调配器来消除。 其调配原理和双支节相同 仅增加一个支节。 和双支节相同, 其调配原理和双支节相同,仅增加一个支节。 其等效电路如图所示: 其等效电路如图所示 其等效电路如图所示: (二) 螺钉调配器 螺钉调配器 螺钉调配器分为: 螺钉调配器分为: • 单螺钉调配器 • 双螺钉调配器 • 四螺钉调配器 调配原理和分支调配器基本相同。 调配原理和分支调配器基本相同。 分支调配器:各分支能提供的电纳范围为∞ 的任何电纳; 分支调配器:各分支能提供的电纳范围为∞~∞的任何电纳; 螺钉调配器: 范围内的容性电纳。 螺钉调配器:螺钉只能提供0~∞范围内的容性电纳。 螺钉调配器的“死区”范围相应增加, 螺钉调配器的 所示。 螺钉调配器的“死区”范围相应增加,如图(b)所示。 阻抗变换器 三. 阻抗变换器 在两段需要匹配的传输线之间, 在两段需要匹配的传输线之间 在两段需要匹配的传输线之间 ,插入一段或多段传输 线段,就能完成不同阻抗之间的变换, 线段 , 就能完成不同阻抗之间的变换 ,以获得良好匹 故称为阻抗变换器。 配,故称为阻抗变换器。 1. 按结构分: 按结构分 • 同轴线阻抗变换器 • 矩形波导阻抗变换器 • 带状线阻抗变换器 • 微带线阻抗变换器 2. 按阻抗变换的规律分: (1) 阶梯阻抗变换器 阶梯阻抗变换器 • • 最大平坦式阻抗变换 切比雪夫式阻抗变换器 (2) 渐变式阻抗变换器 渐变式阻抗变换器 (一) 单节阻抗变换器 单节阻抗变换器 使两段等效阻抗不等的波导获得匹配, 使两段等效阻抗不等的波导获得匹配,可在等效阻抗分别 的两段波导中间串接一段长度为λ 为Ze1和Ze2的两段波导中间串接一段长度为λp/4,其等效 阻抗为 Z 0 = Z e1Z e 2 的波导段即可达到阻抗匹配。 的波导段即可达到阻抗匹配。 对于传输 其等效阻抗与尺寸的关系为: 对于传输TE10模的矩形波导,其等效阻抗与尺寸的关系为: b Ze = a η 1− ( λ0 2a )2 相同, 对于波导宽壁尺寸 a相同 , 窄壁尺寸分别为 b1 和 b3 的两 段矩形波导中间加一段长度为λ 段矩形波导中间加一段长度为λp/4,波导宽壁尺寸为a, 必须满足: 窄壁尺寸b2必须满足: b 2 = b1b 3 b2长 的矩形波导段,就能使两段矩形波导获得匹配 ,如 的矩形波导段,就能使两段矩形波导获得匹配, 所示。 图(a)所示。同理图(b)和(c)分别表示同轴线和微带线单 阻抗变换器的典型结构示意图。 节λ/4阻抗变换器的典型结构示意图。 (二) 多节λ/4阶梯阻抗变换器 多节λ 多节 形状像阶梯故称为阶梯阻抗变换器,如图所示。 形状像阶梯故称为阶梯阻抗变换器 形状像阶梯故称为阶梯阻抗变换器,如图所示。 网络输入端的反射系数和插入衰减有如下系 A= 1 1− Γ 2 = 1 1 − S11 2 网络的插入衰减可表示为: 网络的插入衰减可表示为: 2 A = 1 + QN (cosθ ) 式中 式中QN(cosθ)表示cosθ多项式,多项式的各项系数均 是各阶梯段的特性阻抗 的函数。 是各阶梯段的特性阻抗Z1Z2:Zn的函数。 习题: 习题 习题: 5-8 ...
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This note was uploaded on 04/11/2010 for the course EECS 530 taught by Professor Sarabandi during the Fall '08 term at University of Michigan.

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