第11章其他常用微波电路--魏峰

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1、射频射频/ /微波电路导论微波电路导论 2西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室11.1 隔离器与环形器11.2 混频器与检波器11.3 倍频器和分频器 11.4 开关与相移器3西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室隔离器又称单向器，它是一种允许电磁波单向传输的两端隔离器又称单向器，它是一种允许电磁波单向传输的两端口器件口器件，其示意图如图，其示意图如图11-111-1所示。从端口所示。从端口向端口向端口传输的传输的正向电磁波衰减很小，而从端口正向电磁波衰减很小，而从端口向端口向端口传输的反向波则传输的反向波则有很大的衰减。在微波系统中，经常把隔离器

2、接在信号发生有很大的衰减。在微波系统中，经常把隔离器接在信号发生器与负载网络之间，以改善源与负载的匹配。这样可以使得器与负载网络之间，以改善源与负载的匹配。这样可以使得来自负载的反射功率不能返回发生器输入端，避免负载阻抗来自负载的反射功率不能返回发生器输入端，避免负载阻抗改变而引起的发生器输出功率和工作频率的改变。改变而引起的发生器输出功率和工作频率的改变。124西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室 常用的环行器是三端口元件，信号传输可以是顺时针常用的环行器是三端口元件，信号传输可以是顺时针方向，也可是逆时针方向。方向，也可是逆时针方向。环行器可以用作隔离器，更环行器可

3、以用作隔离器，更多场合是与其他电子器件一起构成微波电路。多场合是与其他电子器件一起构成微波电路。 一般地，隔离器和环行器是在微波结构中放入铁氧体一般地，隔离器和环行器是在微波结构中放入铁氧体材料，外加恒定磁场，在这个区域构成各向异性介质。材料，外加恒定磁场，在这个区域构成各向异性介质。电磁波在这种媒体中三个方向的传输常数是不同的，从电磁波在这种媒体中三个方向的传输常数是不同的，从而可实现单向传输。铁氧体材料是一种电子陶瓷，材料而可实现单向传输。铁氧体材料是一种电子陶瓷，材料配方和工艺多种多样，随铁氧体的使用场合而定。配方和工艺多种多样，随铁氧体的使用场合而定。5西安电子科技大西安电子科技大学智

4、能天线实验学智能天线实验室室 11.1.1 11.1.1 隔离器的技术指标隔离器的技术指标隔离器和环行器的技术指标是：工作频带、最大正向隔离器和环行器的技术指标是：工作频带、最大正向衰减量衰减量+、最小反向衰减量、最小反向衰减量-、正反向驻波比、功率、正反向驻波比、功率容量等。这些指标的定义在前述各种电路中都遇到过，容量等。这些指标的定义在前述各种电路中都遇到过，在此不再赘述。在此不再赘述。好的指标是正向衰减尽可能小（好的指标是正向衰减尽可能小（0.5 dB0.5 dB以下），反向以下），反向衰减尽可能大衰减尽可能大(25 dB(25 dB以上以上) )，驻波比尽可能小（，驻波比尽可能小（1.

5、21.2以以下），频带和功率容量满足整机要求。下），频带和功率容量满足整机要求。6西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室 11.1.2 11.1.2 隔离器的原理隔离器的原理 从原理上讲，不论是纵向磁化铁氧体还是横向磁化铁氧体都有可从原理上讲，不论是纵向磁化铁氧体还是横向磁化铁氧体都有可能实现单方向的隔离作用，因此将它填充于各种传输线段中，形能实现单方向的隔离作用，因此将它填充于各种传输线段中，形成不同的隔离器。成不同的隔离器。 1. 1. 谐振式隔离器谐振式隔离器 1) 1) 波导结构波导结构 波导型谐振式隔离器的基本原理是铁磁谐振效应。在铁磁谐振波导型谐振式隔离器的基

6、本原理是铁磁谐振效应。在铁磁谐振频率附近（频率附近（=0 0），横向磁化的铁氧体强烈地吸收右旋圆极化），横向磁化的铁氧体强烈地吸收右旋圆极化波的能量，而使右旋波受到很大的衰减，左旋波损耗很小。如图波的能量，而使右旋波受到很大的衰减，左旋波损耗很小。如图11-211-2所示，铁氧体片在矩形波导内的位置应该是电磁波磁场为圆所示，铁氧体片在矩形波导内的位置应该是电磁波磁场为圆极化的地方，矩形波导中极化的地方，矩形波导中1010模的磁场分布，沿模的磁场分布，沿正正z方向为图方向为图（b），沿负沿负z方向为图（方向为图（c）。理想情况下）。理想情况下，正向无衰减正向无衰减，反向无反向无传输。传输。 7西

7、安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室图 11-2 波导谐振式隔离器 xx1H0yx1187456321正向左旋34521876x1123456781反向右旋76543218(a)(b)(c)8西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室 2) 2) 微带型微带型微带结构在微波电路中用途很广。图微带结构在微波电路中用途很广。图11-311-3是微带型铁是微带型铁氧体谐振式隔离器。由于氧体谐振式隔离器。由于谐振原理谐振原理，这种隔离器的频带这种隔离器的频带比较窄比较窄，一般不超过中心频率的一般不超过中心频率的10。 图 11-3 微带型谐振式隔离器yz铁氧体H

8、dcwhxO9西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室横向偏置的铁氧体条置于微带线旁，电磁波磁场圆极横向偏置的铁氧体条置于微带线旁，电磁波磁场圆极化方向与铁氧体内感应电流引起的磁场一致，电磁波交化方向与铁氧体内感应电流引起的磁场一致，电磁波交给铁氧体能量，铁氧体发热。给铁氧体能量，铁氧体发热。2. 2. 场移式隔离器场移式隔离器1) 1) 波导结构波导结构如图如图11-4 所示，矩形波导中所示，矩形波导中TE10模磁场为圆极化，在模磁场为圆极化，在x1处放置一块铁氧体片，并加有垂直于波导宽壁的横向处放置一块铁氧体片，并加有垂直于波导宽壁的横向恒定磁场恒定磁场H0（负（负y方

9、向），在铁氧体片面向宽壁中线的方向），在铁氧体片面向宽壁中线的一侧再附加一片薄的吸收片。一侧再附加一片薄的吸收片。10西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室 图 11-4 波导场移式隔离器(a) 结构示意图； (b) 电场分布 铁氧体片H0吸收片yz(a)铁氧体片x正向波反向波未放铁氧体片(b)Ox111西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室场移式隔离器的工作原理与谐振式的不同，区别在于它不场移式隔离器的工作原理与谐振式的不同，区别在于它不是工作在是工作在=0的谐振区，而是工作在的谐振区，而是工作在0/1的低场区，即外的低场区，即外加磁场加磁场H0小

10、于谐振时的磁场。铁氧体显示出小于谐振时的磁场。铁氧体显示出“抗磁抗磁”性质，对性质，对微波磁场起排斥作用。所以，对右旋波来说，铁氧体内部的电微波磁场起排斥作用。所以，对右旋波来说，铁氧体内部的电磁场强很弱，电磁能量主要在铁氧体外边的波导管内传输，电磁场强很弱，电磁能量主要在铁氧体外边的波导管内传输，电场分量场分量Ey在铁氧体内侧与空气的交界面上为最小值，而对于左在铁氧体内侧与空气的交界面上为最小值，而对于左旋波，由于铁氧体的介电常数较大，电磁场集中于铁氧体片内旋波，由于铁氧体的介电常数较大，电磁场集中于铁氧体片内部及其附近传输，在铁氧体内侧与空气的交界面上，电场强度部及其附近传输，在铁氧体内侧

11、与空气的交界面上，电场强度Ey有最大值，这种场分布的差异称为场移效应，如图有最大值，这种场分布的差异称为场移效应，如图11-4(b)所所示。示。12西安电子科技大西安电子科技大学智能天线实验学智能天线实验室室2) 2) 微带型微带型如图如图11 - 5 11 - 5 所示的铁氧体表面的微带线在偏置磁场所示的铁氧体表面的微带线在偏置磁场作用下，电磁场会偏离中心向一边移动，在微带线旁放作用下，电磁场会偏离中心向一边移动，在微带线旁放置一块吸波材料，就会吸收电磁波的能量。如果将偏置置一块吸波材料，就会吸收电磁波的能量。如果将偏置磁场改变方向或电磁波从另一方向来，则不会有影响。磁场改变方向或电磁波从另