一、射频和微波的概念
射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300kHz~300GHz之间。射频就是射频电流,简称RF,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频(300K-300G)是高频(大于10K)的较高频段,微波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。
在电子学理论中,电流流过导体,导体周围会形成磁场;交变电流通过导体,导体周围会形成交变的电磁场,称为电磁波。在电磁波频率低于100kHz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,但电磁波频率高于100kHz时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力。我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。射频技术在无线通信领域中被广泛使用,有线电视系统就是采用射频传输方式。
微波是指频率为300MHz~3000GHz(3THz)的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在0.1毫米~1米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波。
微波传输满足光学原理,直线传播。
二、什么是微波器件
工作在微波波段(频率为300~300000兆赫)的器件,称为微波器件。微波器件按其功能可分为微波振荡器(微波源)、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。通过电路设计,可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路,例如,利用这些器件组装成发射机、接收机、天线系统、显示器等,用于雷达、电子战系统和通信系统等电子装备。微波器件按结构可分为:波导型、同轴线型、微带线型。按工作波形分为:单模器件、多模器件。按网络端口可分为:一端口网络、二端口网络、三端口网络、四端口网络。
微波器件按其工作原理和所用材料、工艺不同,又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路(固态器件)和微波功率模块。微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等,利用电子在真空中运动及与外围电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。微波半导体器件包括微波晶体管和微波二极管,具有体积小、重量轻、可靠性好、耗电省等优点,但在高频、大功率情况下,不能完全取代电真空器件。微波集成电路是将具有微波功能的电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体材料芯片上,形成功能块,在固态相控阵雷达、电子对抗设备、导弹电子设备、微波通信系统和超高速计算机中,有着广阔的应用前景。微波功率模块是通过采用固态功率合成技术,将多个固态微波功率器件组合形成的器件,具有效率高、使用方便等优点,对雷达、通信、电子对抗等电子装备实现全固态化有重要意义。微波振荡器(微波源)是微波系统中的重要器件,是电子装备的心脏,对其性能有直接影响。例如,在高功率微波武器系统中,高功率微波振荡器决定其杀伤效能;在雷达系统中,微波振荡器决定雷达的作用距离。微波振荡器将进一步向高功率、高效能、小型化、耗电省、成本低的方向发展。
三、微波器件的作用:
1.终端负载元件:为一端口互易元件,主要包括短路负载、匹配负载和失配负载
(1)短路负载,要求:
1)保证接触处的损耗小,
2)当活塞移动时,接触损耗变化小;
3)大功率时,活塞与波导壁间不应产生打火现象。
可用作调配器,纯电抗元件
结构方式:接触式、扼流式(金属片)
(2)匹配负载
全部吸收输入功率的元件主要技术指标:工作频率f、输入驻波比、功率容量。作为匹配标准、等效天线、吸收负载等。
(3)失配负载
作为标准失配负载。吸收一部分功率,反射一部分功率。
2.微波连接元件:二端口互易元件。
主要包括:波导接头、衰减器、相移器、转换接头。作用是将功能不同的微波元件连接成完整的系统。
无耗互易二端口网络的基本性质:
(1)若一个端口匹配,则另一个端口自动匹配;
(2)若网络完全匹配,则必然是完全传输的,或相反;
(3)S11、S12、S22的相角只有两个是独立的,已知其中两个相角,则第三个相角便可确定。
3.阻抗匹配元件
膜片(感性膜片b边)
容性膜片(宽边)
销钉(电感)
螺钉调配器(单螺钉、双螺钉、三螺钉、四螺钉----原理同支节调配器,但螺钉只是电容)。