波導元器件是指利用波導構成的對電磁波進行控制或處理的元器件。可分別用作定向傳輸、匹配、衰減或吸收、功率分配、模式(波型)變換、隔離、濾波、移相和放大、混頻、檢波、倍頻、振盪、開關等。
| 中文名稱 | 波導元器件 |
| 英文名稱 | waveguide component and device |
| 定 義 | 利用波導構成的對電磁波進行控制或處理的元器件。可分別用作定向傳輸、匹配、衰減或吸收、功率分配、模式(波型)變換、隔離、濾波、移相和放大、混頻、檢波、倍頻、振盪、開關等。 |
| 套用學科 | 通信科技（一級學科），無線傳輸與接入（二級學科） |
基本介紹
- 中文名：波導元器件
- 外文名：waveguide component and device
- 套用學科：通信科技，無線傳輸與接入
定義
波導元器件利用波導構成的對電磁波進行控制或處理的元器件。
原理
橫截面幾何形狀沿軸向不變的直波導，可引導電磁波定向傳輸，是最基本的波導器件。此外，如需完成上述某種、某幾種或其他特殊作用，則應在波導中引入適當的不連續（不均勻）性或有源元器件。典型的不連續性元器件有金屬膜片、金屬或介質圓柱、螺釘，終端開路或短路，在波導壁上開槽、開孔，波導中加入某種媒質（常用的有介質、鐵氧體）等等。其中，金屬膜片、諧振窗、金屬細圓柱、波導階梯等，所產生的不連續性發生在波導的一個橫截面上，稱為波導的平面不連續性。在這些不連續性面附近將引起電場或磁場能量的聚集和存儲。若電能多於磁能，不連續性則呈現為容性電抗；若磁能多於電能，不連續性呈現為感性電抗；若電能與磁能相等，不連續性相當於一個L—C諧振迴路。波導壁上的槽或孔可產生電磁耦合，等效為耦合電容、電感或互感等。在波導中插入塗覆吸收材料的膜片，可全部或部分吸收電磁能量，具有電阻性質。因而上述波導中的不連續性與低頻電路中的電抗、電阻具有相似的作用，可用以構成與低頻電路中電感、電容、電阻及其組合對應的器件，如圖1（a）～（c）所示。
此外，在微波領域廣泛採用的鐵氧體，是一種各向異性磁性材料，在恆定磁場偏置下，鐵氧體在各方向上的磁導率是不同的。其中的自旋電子與微波場產生所謂“回磁共振效應”，具有共振吸收、法拉第旋轉等非互易特性，可構成單向器、環行器等具有特殊功能的元、器件。圖1（d）是利用鐵氧體產生不可逆相移構成的四連線埠環行器的例子。當信號從①口輸入時，只從②口輸出，③、④口無輸出；信號從②口輸入時，只從③口輸出，④、①口無輸出，余類推。
將半導體檢波管、混頻管、振盪管、變容管、PIN管、三極體或場效應電晶體等分別加入波導內，可構成檢波器、混頻器、振盪器、倍頻器、開關及放大器等。其中幾種波導有源器件如圖2所示。
套用範圍
波導系統主要用於微波、毫米波、亞毫米波等電磁波的傳輸與處理。波導元器件的結構、幾何尺寸和所採用的媒質、材料等，與工作波長及傳輸功率容量密切相關。有的元器件的工作頻帶很寬，有的則只適用於某一窄頻帶；有的元器件適用於大功率，有的則只適用於中、小功率。此外，有的元器件對環境溫度適應性很強，有的則只適於常溫下工作。
分類
波導元器件分為無源和有源兩大類。無源波導元器件中不包含電子管、半導體管之類的成分。有源器件是指具有放大、調製、檢波、變頻和產生微波、毫米波和亞毫米波振盪等功能且必須供電的器件。有、無源波導元器件品種繁多，可從不同角度進行分類。綜合某一元器件從不同角度分類的歸屬，可較全面地了解該元器件的基本特性。
根據元器件的工作波段，可分為微波元器件，毫米波元器件和亞毫米波元器件。
根據元、器件可承受或產生的功率，可分為大功率元器件，中、小功率元器件。
根據元、器件在幾何結構方面的特點，按其分支數或連線埠數，可分為①單連線埠元器件，如匹配負載、短路活塞、二極體振盪器等；②二連線埠元器件，如衰減器、移相器、放大器、倍頻器、檢波器等多連線埠元器件，如E-T分支、H-T分支、Y形環行器和混頻器等三連線埠元器件，魔T、定向耦合器等四連線埠元器件以及更多連線埠的元器件。
根據元器件的用途，無源元器件可分為連線和匹配元器件，頻率選擇和功率分隔元器件，功率分配元器件，測量元器件。有源器件可分為振盪器、放大器、頻率變換器（包括混頻器、倍頻器和分頻器等）、檢波器、數據機等。
根據元器件的傳輸特性，可分為單向波導器件、雙向波導器件等。
根據元器件性質，可分為線性互易元器件、線性非互易元器件和非線性元器件。
此外，有源器件又分為電真空器件、半導體器件或量子器件等。
主要參數
衡量各種波導元器件的性能的主要參數有：工作頻率範圍、功率容量、電壓傳輸係數或增益、插入損耗、連線埠駐波比等。根據用途，對各種波導元器件還要規定其他參數。
