波导元件

波导元件（waveguide component）利用波导等构成微波电路的基本功能元件。波导元件可组成或连接各种微波电路，它的功能是起到控制微波信号，完成波型变换、频率分隔、功率分配和阻抗匹配等。

关于波导元件的分类，并没有惟一的方法。从网络结构方面来考虑，可按照等效电路的“端口”数（即元件的分支数）来划分元件。在这种划分中称具有一个分支的元件为一端口元件，以此类推，对具有n个分支的元件称为n端口元件。如果从应用角度来考虑，也可以将波导元件大致划分为4 种类型，即连接和匹配元件、频率分隔元件、功率分配元件及测重元件。同样，还可以从其他方面的考虑来划分。下面列举一些常用波导元件。

膜片、销钉和螺钉 在波导中安放金属薄片叫做膜片。这些金属膜片所产生的波导横截面上的不连续性，将引起电场或磁场的集聚和存储。从定性上看，金属膜片如图1安放，则使磁力线变得集中起来使磁能增加，这种不连续性呈现出感性，等效于电感，称为电感膜片。如果金属膜片如图2 安放，则使波导中电场相对集中，使电能增加，能呈现容性，等效于电容，称为电容膜片。

在波导内垂直安放细圆柱，称为销钉（图3）。它在波导中所起的作用与电感膜片相似，也等效于一个电感。假如销钉不完全插入波导就称为螺钉（图4）。它是可调电抗元件，调节其插入波导的深度，可使电纳从容性到感性连续变化。

接头 焊在波导的端面，用于波导与波导或波导与波导元件互相连接。波导接头有2 种，第一种是平接头，或称平法兰盘，这是使波导连接直接机械接触的方法，以平滑的接触表面直接压紧来保证电性能（国5）。第二种是抗流接头或称抗流式法兰盘（图6），这是在一般被连接的波导段末端，装上凸缘，后者具有约λ/4的圆形小槽（λ为波长），小槽与波导宽壁中点的距离也约为λ/4。这就使槽底距波导内表面为λ/2，即可使机械接触处形成电流波节，两波导对接处形成电流波腹，从而保证波导连接处有良好的电接触。

图1 电感膜片

图2 电容膜片

图3 销钉

图5 平接头

图6 抗流接头

弯头和扭转 用来使波导转弯改变方向的元件。波导弯头有折角及圆弧2 种。折角弯头可按窄壁弯折称为E 面弯头；同样可按宽壁弯折称为H 面弯头（图7）。如果采取波导缓慢地弯形，这就是圆弧弯头。同样可分为E 面和H 面弯头（图8）。扭转波导是用来改变波型极化面的元件（图9）。

T形接头 最简单的波导分支。如果分支平面位于电场矢量平面的T形接头称为E-T接头（图10）。当信号从①端输入时，端口②和③为等幅反相输出。由于分支元件内不存在非互易媒质，故传输特性是可逆的，即当②和③端有等幅反相信号输入时，则在①端为同相叠加输出。当信号从②端输入时，端口①和③有同相输出。当②和③等幅同相输入时，则二者在①端中为反相叠加而抵消。因此，E-T 接头的等效电路近似于串联分支的双线。如果分支平面和磁力线所在平面一致的T形接头为H-T接头（图11）,②和③端为等幅同相输出。同样，根据互易原理，当②和③端中输入同相信号时，两者在①端有同相叠加输出。当信号从②端输入，③和①端有同相输出。当信号由②和③端反相输入，则两者在①端中反相叠加而抵消，①端无输出。因此，H-T接头的等效电路近似于并联分支的双线。T形接头在微波功率分配器中得到广泛应用。

图8 圆弧弯头

图9 扭转波导

图10 E-T接头

图11 H-T接头

双T接头由一个E-T 和一个H-T接头合并而成（图12）。双T接头存在一个中心对称面，两边结构对此中心面对称。由双T接头加匹配元件则构成匹配双T（图13）。匹配双T的①端口称为E 臂，④端口称为H 臂，而④和③端口称为对称臂。由E-T和H-T特性可知，从①臂输入的波，只能在②和③臂中等分，却没有功率耦合到④臂中去。有一部分功率还要从①臂反射回去。在接头中放入匹配元件，只要这些元件的几何形状和位置并不破坏接头原来的对称性，就能将反射功率消除，从而使①臂得到匹配。从④臂输入的波，将在②和③臂中等分。这时没有功率耦合到①臂中去。为了消除④臂中的反射波，同样可在接头中再引入另一个匹配元件。由于匹配双T有上述奇妙特性，因此也称为魔T。匹配双T 常用作阻抗电桥、双工器和分路系统等。

图12 双T接头

图13 匹配双T

定向耦合器 一种具有方向性的分功率器。最简单的波导定向耦合器是由两段矩形波导构成。接入信号源的波导为主波导，另一波导为副波导，主、副波导的一个公共窄壁上开有耦合孔，两小孔之间的距离为λ/4（图14）当电磁能量从主波导①端口传到②端口时，通过窄壁上的小孔将产生磁耦合，使一小部分能量通过小孔耦合至副波导，在小孔1 和2处产生分别往两个方向传输的波。由于往③端口传输的两个波的行程差为λ/2，即相位相反而抵消，故③端口无输出，称为隔离口。在副波导另一端口④上，两波同相相加有输出，故该口称为耦合口。定向耦合器广泛应用于功率分配和微波测量中。

图14 定向耦合器

P1—正向输入功率；P２—正向输出功率；

　 P３—反向耦合功率；P４—正向耦合功率。