單向波導器件是指具有單向性的波導器件，包括定向耦合器、魔T、環行器、極化分離/耦合器等。
基本介紹
- 中文名：單向波導器件
- 外文名：unidirectional waveguide device
- 套用學科：通信
定義
單向波導器件是指具有單向性的波導器件。
定向耦合器
定向耦合器是指一種具有定向性的功率分配器。它由兩段波導構成。接入信號源的波導為主波導，另一波導為副波導。主、副波導之間有一耦合窗孔，將主波導中的一部分電磁波能量耦合到副波導的一個連線埠，而另一連線埠是無輸出的隔離口。最簡單的波導定向耦合器是矩形主、副波導間具有一公共窄壁，其上開有相距為四分之一波長的兩個小孔，如圖1（a）示，圖中λg為波導內波長。當電磁波沿主波導傳輸時，通過窄壁上的小孔將產生磁耦合，一小部分電磁波功率從每一小孔透入副波導，又各一分為二，即圖1（a）中的
、
和
、
其中與在主波導內傳播同向的分量
、
。為正向波；
、
為反向波。在副波導連線埠4上，因
、
的行程差為二分之一波長，即相位相反而相抵消，故該口無輸出，稱為隔離口；副波導的另一連線埠3上，因
、
。同相相加有輸出，故該口稱為耦合口。按此基本原理，可構成較為複雜、性能更多的定向耦合器。衡量定向耦合器的主要性能指標有：工作頻率範圍、耦合度（或稱過渡衰減）、方向性和輸入、輸出駐波比等。其中耦合度是指在各連線埠接有匹配負載條件下，主波導輸入功率與耦合口輸出功率之比的分貝數，方向性是指在各連線埠接有匹配負載條件下，耦合口輸出功率與隔離口輸出功率之比的分貝數。定向耦合器廣泛用於功率分配和微波測量中的信號抽樣等。
魔T
魔T是指一種由四分支波導構成的微波電橋，如圖1（b）所示。因有某些特殊特性而得“魔術T”之名，簡稱“魔T”。魔丁是一種匹配的雙T。由直波導與E臂組成E-T分支，又與H臂組成H-T分支。在此四波導分支的接頭處插入金屬膜片、細圓柱或其他裝置，使分支連線埠與相連的波導匹配。理想情況下，它是無耗、互易、具有高度對稱性的。圖1（b）中的T為幾何對稱面。在各連線埠接匹配負載的條件下，E、H臂連線埠3、4之間，主波導兩連線埠1、2之間是相互隔離的。當微波功率從連線埠1或2輸入時，則從連線埠3、4等分輸出；當微波功率從連線埠3或4輸入時，則從連線埠1、2等分輸出。故魔T實際上是一種耦合度為3dB的定向耦合器。波導環形電橋、裂縫電橋也是具有上述定向性的魔T。魔T在微波技術中的套用甚廣，如用作阻抗電橋、雙工器、分路系統等。
波導環行器
波導環行器是指具有單向環行傳輸特性的非互易器件。最簡單的是圖1（c）所示的Y形波導環行器。當電磁波從某一波導分支進入接頭時，由於鐵氧體左右兩邊的電波磁場分量按兩個相反方向旋轉，使直流磁化鐵氧體兩邊的導磁係數不同，從而電磁波能量將集中在導磁係數高的一側的波導分支輸出。例如，從分支1輸入的波偏到分支2輸出，分支3無輸出；余類推。從而形成單向循環流通。如直流磁場方向反轉，電磁波的環行方向亦隨之反轉。利用鐵氧體和波導還可構成四連線埠環行器。環行器可用作雙工器、隔離器或與微波半導體構成反射式放大器等。
極化分離/耦合器
極化分離/耦合器是指將同一波導中相互垂直的兩個線極化波分離後後分別輸出，或將此兩個線極化波耦合到一個圓波導中去的器件。如圖1（d）所示。電磁波的電場強度取向，稱為極化方向。極化方向不隨時間變化的電磁波稱為線極化波。在耦合輸出過程中若連線埠1輸入垂直線極化波，連線埠2輸入水平線極化波，（如圖中箭頭所示），則從連線埠3將輸出兩個互相垂直的線極化波，相互垂直的極化波之間無能量耦合，傳輸互不影響。根據圖中的結構，連線埠1、2是相互隔離的，故連線埠1的電磁波不會傳輸到連線埠2去，反之亦然。按照互易原理，若連線埠3輸入兩個互相垂直的線極化波，則它們將分別從連線埠1、2輸出，這種器件在微波設備中可用作雙工器、雙極化饋源等。
