微波网络基础解析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 微波网络,2.1,网络的基本概念,2.3,双端口微波网络的,Z,、,Y,、,A,参数及其归一化参数,2.4,散射矩阵,S,4.5,双端口网络的传输散射矩阵,2.6,双端口网络的功率增益与工作特性参数,2.2,微波元件等效为网络,2.1,网络的基本概念,任何一个复杂的微波系统都可以用电磁场理论,和低频网络理论相结合的方法来求解，这种理论称,为微波网络理论。,微波系统的研究方法：微波网络理论,任何一个微波系统,都是由各种微波元件和,微波传输线组成。,微波,电路,或系统,微波传输线,微波,等效,网络,等效平,行双线,等效集总,参数电路,微波元件,（或不连续性）,电磁场理论,低频电路理论,微波网络理论,微波网络特点,:,(1),等效电路及其参量是对一个工作模式而言的，对,于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。,(2),电路中不均匀点附近将会激起高次模，因此不均,匀区段的网络端面（即参考面）需取得稍远离不均,匀区，使不均匀区激励起的高次模衰减到足够小,此,时高次模对工作模式的影响仅增加一个电抗值，可,计入网络参量之内。,(3),由于均匀传输线是微波网络的一部分,它的网络,参量与线的长度有关，因此整个网络参考面也要严,格规定，一旦参考面移动，则网络参量就会改变。,(4),微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频,段，当频率范围大幅度变化时，对于同一个网络结,构的阻抗和导纳不仅有量的变化，而且性质也会发,生变化，致使等效电路及其参量也发生改变，而且,频率特性会重复出现。,将微波元件等效为微波网络，必须解决,如下三个问题：,1,、确定微波元件的参考面；,2,、由横向电磁场定义等效（模式）电压、等效,（模式）电流和等效（模式）阻抗，以便将均匀,传输线等效为双线传输线；,3,、确定一组网络参数、建立网络方程，以便将,不均匀区等效为网络。,微波网络分类：,对称与非对称微波网络,线性与非线性微波网络,互易与非互易微波网络,有耗与无耗微波网络,微波网络理论包括网络分析和网络综合。,网络分析：对微波元件进行分析，求其特性,网络综合：根据工作特性要求，设计并实现,波导传输线,2.2,微波元件等效为网络,平行双线,不均匀区域,集总参数网络,一、归一化电压和电流与阻抗的概念,1,、归一化电压和电流：,任意一双导体,TEM,传输线的正导体相对于负导体的电压为：,其积分路径是从正导体到负导体。,正导体上总的电流为：,积分回路是包围正导体的任意闭合路径。,特性阻抗为：,TEM,传输线等,效电压,V,、电流,I,和特性阻抗,Z,0,是确定的！,对于非,TEM,传输线，以,TE,10,模为例,非,TEM,模的电压、电流和和阻抗不是唯一的。,（,1,）电压和电流仅对特定波导模式定义，且定义电压与其横向电场成正比，电流与其横向磁场成正比。,（,2,）,为了和电路理论中的电压和电流应用方式相似，等效电压和电流的乘积应当等于该模式的功率流。,（,3,）,单一行波的电压和电流之比应等于此线的特性阻抗。此阻抗可任意选择。但通常选择等于此微波传输线的波阻抗，或归一化为,1,。,三点规定：,任何一段均匀传输线均可以看成等效双线，并可,应用传输线理论来进行分析。但必须指出：双线中电,压和电流是唯一可以确定的，而等效双线中模式电压,和模式电流不能唯一确定，这主要是由于阻抗的不确,定性引起的，为了消除这种不确定性，必须引进归一,化阻抗的概念，即,引入归一化电压 和归一化电流,归一化阻抗为,功率为,由此可得：,传输线上的电压、电流都是入射波与反射波的,叠加，即,若传输线的特性阻抗为,Z,0,，则任一点的归一化,电压、电流为,即传输线上任一点的归一化电压、电流仅由该点的归一化入射波电压（用,a,表示）和归一化反射波电压,（用,b,表示）确定。,传输线上的功率为,即,归一化电压、电流的量纲为,三种阻抗形式：,a,媒质的固有阻抗 它仅决定于媒质的材料参数，且等于平面波的波阻抗。,b,波阻抗 。是特定导行波的特性参数，,TEM,、,TM,和,TE,导行波具有不同的波阻抗（ 、 和 ）。它们与导行系统（传输线或波导）的类型、材料和工作频率有关。,2,、阻抗的概念,c,特性阻抗 。 是行波的电压与电流之比。,TEM,导波的特性阻抗是唯一确定的；但,TE,和,TM,导波无唯一定义的电压和电流，所以这种导波的特性阻抗可用不同方法定义。,二、均匀波导等效为平行双线,可以证明，等效电压、电流同样满足传输线方程，即：,式中,Z,1,、,Y,1,分别为串联分布阻抗和并联分布导纳。,1,、若特性阻抗,Z,0,选取为波阻抗，则有：,对,TE,模：,对,TM,模：,这样即可分别画出,TE,和,TM,模波导的等效电路：,传输,TEmn,模波导的等效电路,传输,TMmn,模波导的等效电路,特性阻抗和传播常数分别为：,三、 不连续（均匀）性等效为集总参数网络,微波元件和系统都含有各种各样的不均匀性（亦称不连续性），包括：,1,截面形状或材料性能在波导某处突然改变；,2,截面形状或材料性能在一定距离内连续改变；,3,均匀波导系统中的障碍物或孔缝；,4,波导分支。,例如：对矩形波导中,TE10,模式,:,放置电容模片,等效电路,放置电感模片,等效电路,波导阶梯,等效电路,由上述分析可知，不均匀性可用集总元件网络来等效。这样，任一含不均匀性的波导元件便可按其端口波导数等效为一端口、二端口、或多端口微波网络。,定义：第,i,端口参考面处的等效入射波电压和电流为 、 ，,反射波电压和电流为 、 ，,第,i,端的总电压和总电流为,:,定义 的正向指向网络。,2.3,双端口微波网络的阻抗,Z,、,Y,、,A,参数,及其归一化参数,一、阻抗,Z,和导纳,Y,矩阵,若以 为激励量， 为响应量，则有：,或者写成：,称为阻抗矩阵，,称为阻抗参数。,写成矩阵形式：,同理，若以 为激励量， 为响应量，则有：,或者写成,和 互为逆矩阵。,称为导纳矩阵，,称为导纳参数。,二端口网络,:,阻抗矩阵,:,导纳矩阵,:,网络,Z,01,Z,02,V,1,V,2,I,1,I,2,端口,1,开路时，端口,2,的输入阻抗。,端口,2,开路时，端口,1,到端口,2,的互阻抗。,端口,2,开路时，端口,1,的输入阻抗。,端口,1,开路时，端口,2,到端口,1,的互阻抗。,网络,Z,01,Z,02,V,1,V,2,I,1,I,2,端口,1,短路时，端口,2,的输入导纳。,端口,2,短路时，端口,1,到端口,2,的互导纳。,端口,2,短路时，端口,1,的输入导纳,端口,1,短路时，端口,2,到端口,1,的互导纳。,网络,Z,01,Z,02,V,1,V,2,I,1,I,2,例：求二端口,T,型网络的,Z,参数。,解：端口,2,开路,端口,1,开路,端口,2,开路,端口,1,开路,故,2,、互易网络性质,互易网络的阻抗矩阵和导纳矩阵均为对称矩阵,。,对于二端口网络：,