简明微波复习PPT

1、西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 复习课什么是“微波”？微波是电磁波，是一段特殊频率的电磁波！微波是电磁波，是一段特殊频率的电磁波！把把300MHz3000GHz，(对应空气中波长对应空气中波长是是1m0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。这一频段的电磁波称之为微波。波遇到了障碍可以不反射，波在空旷处有可波遇到了障碍可以不反射，波在空旷处有可能反射！核心概念能反射！核心概念: 波阻抗波阻抗.西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE

2、微波传输线为什么不采用50周市电明线呢? 当频率升高出现的当频率升高出现的第一个问题第一个问题是导体的集肤是导体的集肤效应效应(Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中。导体的电流、电荷和场都集中在导体表面。在导体表面。 直径为直径为d=6.06 m的微波传输的微波传输“柱柱” ，其粗度，其粗度超过人民大会堂的主柱。超过人民大会堂的主柱。2米高的实心微波传输铜米高的实心微波传输铜柱约柱约514吨重吨重(铜比重是铜比重是8.9T/m3)，集肤效应带来，集肤效应带来的的第二个直接效果第二个直接效果是：柱内部几乎物，并无能量是：柱内部几乎物，并无能量传输无。传输无。 最简单而实用的微波传

3、输线是最简单而实用的微波传输线是双导线双导线：功率：功率是通过双导线之间的空间传输的。是通过双导线之间的空间传输的。西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEDdJJSEH 传 输 空 间 导线只是起到引导的作导线只是起到引导的作用，而实际上传输的是周用，而实际上传输的是周围空间围空间(Space)(但是，没有但是，没有Guide Line又不行又不行)。 传输线方程也称传输线方程也称电报方程电报方程。在沟通大西洋电。在沟通大西洋电缆缆(海底电缆海底电缆)时，时，开尔芬开尔芬首先发现了长线效应首先发现了长线效应dudz

4、Rj L IZIdIdzGj C UYU()()西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEd UdzUd IdzI22222200d Edzk Ed Hdzk H22222200kLC ,U zAeA eI zzAeA ej zj zj zj z( )( )()120121E zAeA eH zAeA ej zj zj zj z( )( )()12121 把通解转化为具体解，必须应用边界条件。把通解转化为具体解，必须应用边界条件。所讨论的边界条件有：终端条件、源端条件和电所讨论的边界条件有：终端条件、源端条件和电源、阻

5、抗条件。源、阻抗条件。U zU lzjZ I lzI zjU lZzI lz( )( )cos( )sin( )( )sin( )cos00西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 反映传输线任以何一点特性的参量是反射系数反映传输线任以何一点特性的参量是反射系数和阻抗和阻抗Z。) () ()(21)(21)(21)() () ()(21)(21)(101010102110110121zIzIeIZUZeIZUZeAeAzIzUzUeIZUeIZUeAeAzUzjzjzjzjzjzjzjzj2) ( )0()0() (

6、/ ) () (zjlzjzjezezUezUzUzUzz系负载反射与输入反射关的电压反射系数任意出西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUElllIUZ/负载阻抗) (/ ) () (zIzUzZZ出输入阻抗任意llllIzUzjIzjZUzzIzUcossin21sincos) () (0tantan) (000zjZZzjZZZzZll 输入阻抗与负载阻抗关系 反射系数性质反射系数性质：不变量，周期性不变量，周期性阻抗阻抗变换器，周期性变换器，周期性00000011) () () () (1) (1) (ZZZZ

7、ZZZzZZzZzzzZzZzllllll负载处情况情况任意西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE传输状态传输状态行波状态zjzjzjzjeIeZIUZzIeUeZIUzU000000000)(21)()(21)(0)(ZzZ全驻波状态【定理】【定理】 传输线全反射的条件是负载接纯电抗传输线全反射的条件是负载接纯电抗短路状态短路状态10llZ， 开路状态开路状态1llZ，tan)(tan) (tan) (000zjZzZzcjZzZzjZzZ西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICRO

8、WAVE RESEARCH INSTITUElllljlljXRZel1|，其中电压驻波比电压驻波比 VSWR( (Voltage Standing Wave Ratio) )|1|1llz00UII,Z =R +XlllUUUmaxmin )(21tan)(21tan1) (llzjzjzZ西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MIC

9、ROWAVE RESEARCH INSTITUE矩阵解矩阵解有限长度的传输线段有限长度的传输线段 L强调强调：传输线仅仅是一种变化：传输线仅仅是一种变化(Transform)11,IU22,IU传输线传输线Z0cossinsincosjZjZ001西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEU1I1I2U2NetworkUIAAAAUI1111122122221. 级联性质 2. 对称性质3. 无耗性质 4. 互易性质 UIAUIiNNiN111AA1122AAA112221,RealAImagenary12det A

10、15.阻抗变换性质 ZA ZAA ZAinll11122122用于传输线用于传输线西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 1. 1. 特征参数归一思想特征参数归一思想 （Normalized)Normalized) 2. 2. 以系统不变量以系统不变量|作为作为SmithSmith圆图的基底在无耗圆图的基底在无耗传输线中，传输线中， |是系统的不变量，周期是二分之一是系统的不变量，周期是二分之一波长波长ljine2103. 3. 把阻抗把阻抗( (或导纳或导纳) )，驻波比关系套覆在，驻波比关系套覆在|圆上。圆上。

11、jxrZ西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 222222121111iriiriririrjjjjxr 222111 rrrir 相应的圆心坐标是相应的圆心坐标是 ，而半径是，而半径是 。 0 ,1rrr 1122211)1( xxir表示等电抗圆方程，其圆心是表示等电抗圆方程，其圆心是(1(1， ）, ,半径是半径是 1x1x西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEz 1. 1. 反射系数反射系数图为基底图为基底 00.3 0.6向

12、负载向电源1.0ir反射系数图最重要的概念是反射系数图最重要的概念是相角走向相角走向。 2 2) (jlzjleezZ0、开路、开路、短路短路最大值最大值（无源）（无源）负载到电源负载到电源2西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE波长数波长数（短路始，向电源）（短路始，向电源）波长数波长数（短路始，向负载）（短路始，向负载）反射系数相位反射系数相位（与（与x轴夹角，度数）轴夹角，度数）电阻值电阻值电抗值电抗值驻波比驻波比西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEAR

13、CH INSTITUElZ已知负载lY反演成导纳匹配圆向电源圆等 |等电导到Yjin10YYYYYYinin1221采用外圆求出lldYBin=1+jYin=1YBin=-jYBll= +Glir0向 电 源dYlY2ZlYin ZZinl*EZinZgZlZin匹配网络mathing Net西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEllljxrZrcYZll反演成导纳1 /沿等电导圆转到辅助圆YaYYYYYYaa12213|Y匹配图向电源圆沿等沿等电导匹配圆到YYYYYYYinin3443YbY3YaY1YlY2Y4

14、l2l1d=81lir向 电 源YlYaY3Yin西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUETEdV zdzj LI zdI zdzj CI z( )( )( )( ) Lh h dsCeeeekedsttsttttts22TMdV zdzj LI zdI zdzj CI z( )( )( )( ) Lh hhhkdsCe e dstttttstts22归一化约束条件归一化约束条件sttdszhe1TEMLh h dsCee dsttsttsdV zdzj LI zdI zdzj CI z( )( )( )( ) 西安

15、电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 结论结论 任何导波系统在任何导波系统在z z方向都有矛盾共性方向都有矛盾共性 在横向在横向, ,具体波导截面具体波导截面S S和场和场 决定决定L,CL,C，也即，也即矛盾个性。矛盾个性。 模式概念模式概念( (三大类三大类) TEM,TE,TM) TEM,TE,TM 不同模式具有不同的不同模式具有不同的L,CL,C 截止概念，高通截止概念，高通tethdV zdzj LI zdI zdzj CI z( )( )( )( ) Lh h dsCeeeekedsttsttttts22

16、附加条件附加条件ehtt1客观上，导波系统不存在客观上，导波系统不存在唯一的电压和电流！唯一的电压和电流！西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE支配方程222200Ek EHk H纵向分量方程222200Ek EHk HzzzzzzyzzxzzyzzxzzHEfHHEfHHEfEHEfEHE,4321表示其它分量用方程无源区中出发点MaxwellyHxHyExEjjjjkHHEEzzzzcyxyx0000000012三三 步步 走走西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE

17、RESEARCH INSTITUE矩形波导矩形波导TEmn模模xzya0be mX(x)Y(y)y)Hz(x,2222222222222222222 1 111),(),(),(cyxyxczczzkkkkyYYkxXXkyYYxXXyxHkyyxHxyxH边界条件0Ex ; by, 0y0Ey; ax, 0 xzcyzcxzzcyzcxzzeybnxamHbnkHeybnxamHamkHEeybnxamHamkjEeybnxamHbnkjEebnamHHsincoscossin0cossinsincoscoscos020202020西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究

18、所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE矩形波导矩形波导TE10模模kkkmanbcxy22222 m m 表示表示x x方向变化的半周期数方向变化的半周期数 n n 表示表示y y方向变化的半周期数方向变化的半周期数zjcxzjcyzjzexaHakjHexaHakjEexaHHsinsincos02020TE10模模,m=1,n=0截止特性截止特性 2aakkakkkkkkCCCC2 )/( 022222222西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 波导波长波导波长 g g ga122)/2(

19、 )/2( )/()/2(22222gcCCkakkkk222222gc 相速相速 p p，群速，群速 g g221/2/2ConstantaCcCdtdzztggp2222222221ckddkkkddpcccg gpC2西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUETE10波主要特性波主要特性场结构场结构 HHax eEjkaHax eHjkaHax ezj zycj zxcj z 02020cossinsinEEax eyj z0sinEEax eHEax eHjaEax eyj zxj zzj z 0001sins

20、incos西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUETE10波的功率容量 PE abar022480120509.cTE10波内壁电流西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUETE10波衰减 22212a21120aabbRrsstmCtmsLdsHdlHRPP220220fab=0.1ab=0.5a西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE简正模理论1. 完备性完备性

21、 0sincossin 0sincossin00pndyybpybnlmdxxa lxamba传输模cmn雕落模cmnej zc2120zE2-12ccze西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUETE10波单模存在条件10ccmn8.1a a22ab结论 材料铜铝 镀银壁厚 (1)0.555 (3)() (4)1.0mm2.0mmaba( ) /21 2西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE波导中不能传播TEM波。0zxag1222E0a

22、zzzg21120max22max412148041PaabEPr0max1EEEE0222214maxPPmaxmax14220 11/西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUECase1:Case1: 周期性边界条件周期性边界条件 )2(1in ;2cos2asa/2a与斜入射角相关Case2:Case2:曲折形传播曲折形传播x x显然显然, ,它要比直线传播它要比直线传播(TEM)(TEM)慢慢. .但波导但波导不能传播不能传播TEMTEM模模. . 越越小小, ,传播越慢传播越慢. .Case3:Case3:相

23、速相速可视等相位可视等相位CaCvp2)2(12CvvspCase4:Case4:波导波长波导波长2)2(1sinagCase5:截止概念截止概念 0)2(1in 0 2as时西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUExzRYr0支配方程222200Ek EHk H纵向分量方程222200Ek EHk HzzzzzzvzzuzzvzzuzzHEfHHEfHHEfEHEfEHE,4321表示其它分量用方程无源区中出发点Maxwell西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RES

24、EARCH INSTITUE矩形波导圆波导边界条件匹配x，y方向r，方向与分量吻合Ex,Ey,EzHx,Hy,HzEr, E,EzHr, H,Hz与算子吻合分离变量吻合Az=X(x)Y(y)Z(z)Az=R(r)()Z(z)222222 11zrrrrr2222222 zyx西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEZ(z)分量讨论分量讨论Z方向方向特殊方向特殊方向-传输方向传输方向所有横向分量可以用所有横向分量可以用Z方向表示方向表示 固定单位矢量，它与微分，积分无关，可以取出。固定单位矢量，它与微分，积分无关，可以

25、取出。 z共性与个性共性与个性矩形波导圆波导共性：传输Z方向个性：横截面方向，T222)()(1zzZzZ022ctkTT西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE矩形波导圆波导022222TkyTxTc 0T112222CkTrrTrrr222 kkC00)()(222222YkyYXkxXyYxXTyx00)m-r(k )()(222222C22mrRrrRrrRTzjyyxxeykykxkxkTT)sin()cos()sin()cos(0zjcmcmemmrkNrkJTTsincos)()(0西安电子科技大学西安

26、电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE波导包含三种边界条件波导包含三种边界条件 有限条件有限条件 f(r=0) 周期条件周期条件f( )=f( ) 理想导体条件地理想导体条件地ft(r=R)=0其中其中t t表示切向分量表示切向分量 0 2 有限条件导致圆波导体不出现有限条件导致圆波导体不出现Neumann函数。函数。 周期边界条件要求周期边界条件要求m为整数阶。为整数阶。 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEzcezZ)()()()(sincos)(r

27、kNrkJrRmmcmcmzzzzcrrHrrHErrEjjjjkHHEE110000000012圆柱坐标系下圆柱坐标系下分量变量法分量变量法圆柱坐标系下横纵变化矩阵圆柱坐标系下横纵变化矩阵西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE波型指数波型指数m，n的含义的含义 mnr代表沿圆周 分布的整驻波数代表沿半径 分布场的最大值个数。; 圆波导中圆波导中TE波截止波长取决于波截止波长取决于m阶阶Bessel函数函数导数导数第第n个根个根 TM波截止波长取决于波截止波长取决于m阶阶Bessel函数第函数第n个根个根CTER2

28、mnCTMR2mn传输主模传输主模TE11模模损耗最小的损耗最小的TE01模模轴对称波型轴对称波型TM01模模西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE同轴线的主模TEM模 20brar=0不在工作区0, 0ccfkTEM波特点波特点无截止无截止2.-jkze k3.4.gCvp西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE同轴线常单位矢和变单位矢量常单位矢和变单位矢量EEareHE arerj zj z00波阻抗 ZUIbar060lnaRbba

29、baca868621120.ln dB/ mPEabarmaxmaxln12022 222StmlSmSCdsHdlHR西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE同轴线高次模 同轴线一般解完全与圆波导相同，所不同的只是同轴线一般解完全与圆波导相同，所不同的只是r=0的条件约束不复存在。所以的条件约束不复存在。所以Neumann、Bessel函数都存在函数都存在.TE modes:r=a，b处处0/rHZTM modes:r=a，b处处0ZE非均匀填充平板波导不要求非均匀填充平板波导不要求西安电子科技大学西安电子科技大学

30、 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUExyoabuvo2alnblnjvujrzwlnlnjrez vrulnababdSCln2lnln12单位电容z1 ababCZrln60ln2/0衰减要求 77功率要求 30常用Z0 50西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE特性阻抗ZLC0ZLCC0ZvCvL01窄带高阻窄带高阻(b(b一定一定) )宽带低阻宽带低阻(b(b一定一定) )0 Z介质微带原问题eZ和有效空气微带转化问题01ZZe001西安电子科技大学西安电子科

31、技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 220EHkEHiiiiiar arari,2 , 1西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE边界条件旋转周期条件点有限条件场连续条件00011raEEz边界条件旋转周期条件点有限条件点有限条件正常传输条件场连续条件000121222222212121212kkkkraEEHHEEHHcczzzz,TETM TE11模式是主模TE , TMEH HE010nmnmn,混合模式是主模HE11内外区域结合实虚结合电磁结合西安电子

32、科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 几乎所有滤波器都是由耦合结构与传输线构成，几乎所有滤波器都是由耦合结构与传输线构成，两边有耦合的结构反应为电抗。两边有耦合的结构反应为电抗。 传输线长短决定带通滤波器中心频率，耦合节传输线长短决定带通滤波器中心频率，耦合节决定决定Q Q值，带宽。值，带宽。耦合耦合与与传输线传输线构成了重要的概念。构成了重要的概念。电容矩阵CQC VCVVCCVC VQCVVC VC VCCVaabaabababbabbab111212221212 ()()()从数量关系，转化为耦合关系西安电子科技大

33、学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 写成矩阵形式，注意上面电容都是单位长度电容写成矩阵形式，注意上面电容都是单位长度电容21221212112121VVCCCCVVCCCCCCQQabbabababa特性导纳特性导纳 ，也写成矩阵式，也写成矩阵式 vCZY001 YYYYYv C11121222 YvCv CCYvCv CCYYvCaabbabab111122221221 ()()注意注意abvCYY2112为负数为负数西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH IN

34、STITUE 研究耦合传输线最头疼的是研究耦合传输线最头疼的是“耦合耦合”，因为它，因为它有两条线，中间存在两个有两条线，中间存在两个难点。难点。 难点难点1 1：激励研究激励研究 第一根线加一个电压第一根线加一个电压V1V1；第二根线加另一个电；第二根线加另一个电压压V2; V1V2; V1，V2V2任意不同。任意不同。(0.3-0.5)(0.3-0.5)、(-0.7-0.8)(-0.7-0.8)，这时候怎么研究？这时候怎么研究？ 归一化思想归一化思想 难点难点2 2：去耦去耦 Decoupling Decoupling 矩阵对角化矩阵对角化 对称线的对称线的“奇偶模方法奇偶模方法”的核心是

35、的核心是解偶解偶，它自，它自来来 矩阵中的矩阵中的 “对称和反对称对称和反对称”思想。思想。 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE)(21)(21)(21)(212121002121VVVVVVVVVVVVee分别为偶模激励和奇模激励。分别为偶模激励和奇模激励。 偶模偶模( (even mode)even mode)激励激励是一种对称激励；是一种对称激励； 奇模奇模( (odd mode) odd mode) 激励激励是一种反对称激励。是一种反对称激励。002121212121)(21)(21)(21)(21VV

36、VVVVVVVVVVVVee西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE21021021021111121 1111211111 1111 IIIIVVVVIIIIVVVVeeoee0121112110221212112122121211210001111111121111121111121 VVYYYYVVYYYYVVYYYYIIIIeeeIIYYVVeoeooe0000 12111211YYYYYYoooe西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTI

37、TUEoooooeoeYZYZ1 ;1问题：偶模阻抗问题：偶模阻抗 奇模阻抗谁大谁小？奇模阻抗谁大谁小？ 12111211YYYYYYoooeabvCYY2112为负数为负数oooeoooeZZYY 偶模激励是偶模激励是磁壁磁壁偶对称轴。偶对称轴。 奇模激励是奇模激励是电壁电壁奇对称轴。奇对称轴。西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE磁壁磁壁(偶对称轴偶对称轴) 电壁电壁(奇对称轴奇对称轴) Cf/2Cf/2Cf/22Cf2Cf2Cf2CfCp/2Cp/2Cp/2Cp/2Cf/2Cf/2Cf/2Cf/2CgCp/2

38、Cp/2Cp/2Cp/2Cf/2(a) even mode (b) odd modeoefgCCCC oooeZZ gfpoCCCCffpoCCCC磁壁：磁场没有切向分量；电壁：PEC，电场没有切向分量。西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 前面我们把前面我们把对称对称线利用线利用奇偶模思想奇偶模思想(对称、反对对称、反对称称)进行去耦线，其实只是凑巧。矩阵对角化的正途进行去耦线，其实只是凑巧。矩阵对角化的正途是求线性代数中的是求线性代数中的本征方程，本征值本征方程，本征值。)45cos( )45sin( )45

39、sin( )45cos( 02010201VVVVVVeo不对称传输线同样旋转，只是角度不为45o1V2VOVeVo45o45西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE完成特殊功能的网络称为完成特殊功能的网络称为元件元件(Element)。在习惯上，。在习惯上，我们常常采用网络理论来分析元件。我们常常采用网络理论来分析元件。a1b1a2b2aibianbn12inNetworkbbbSSSSSSSSSaaannnnnnnn1211121212221212 Sbaa111102Sbaa121201西安电子科技大学西安电子

40、科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE定义出定义出入射波入射波和和散射波散射波( (a a和和b b) )0000002121ZIZUZeUbZIZUZeUazzUUIZeUUIZezz121200()()uUZiIZ00 uabiab归一化电压归一化电压归一化电流归一化电流功率关系不变功率关系不变 入射反射关系更加清晰入射反射关系更加清晰更反映其波动性本质。更反映其波动性本质。)Re(21)Re(21)Re(2100uiZIZUUIp反入ppbbaap)(21*西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROW

41、AVE RESEARCH INSTITUE SAAAAAAAAAAAAA122111221221112122222122111det inLLSS SS111221221inLbaab1122, 22212122121111aSaSbaSaSb)( 222111222111baibaibaubaui1i2Networku1u2西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE单口元件讨论三种：匹配负载单口元件讨论三种：匹配负载 短路负载短路负载 失配负载失配负载 这三种单口元件所要解决的这三种单口元件所要解决的主要矛盾主要矛盾

42、各不相同。各不相同。 匹配负载匹配负载解决波反射和吸收两者之间的矛盾；解决波反射和吸收两者之间的矛盾； 短路负载短路负载解决理想短路和活动间隙的矛盾；解决理想短路和活动间隙的矛盾； 失配负载失配负载解决宽带和反射系数变化的矛盾。解决宽带和反射系数变化的矛盾。 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE双口网络的S参数)(| |2211211221122211SSSS特征相位为特征相位为无耗双口网络的行列式 )(2211detjeSS22=S11Z01Z02无耗网络匹配定理无耗网络匹配定理SL22*inLLSS SS11

43、1221221西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUETTTTjXjXjB直角拐角的网络分析直角拐角的网络分析据分析，直角拐角的反射系数据分析，直角拐角的反射系数 ，对应驻波，对应驻波比比 =2.618=2.618。1504472 .膜片可分成感性膜片、容性膜片和谐振窗。膜片可分成感性膜片、容性膜片和谐振窗。西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE相移器和衰减器相移器和衰减器00|1log2021lleeSdBSL衰减器相移器 ArgSSe

44、ejj2100 铁氧体隔离器铁氧体隔离器 S 001021221log20)1log(10SSa)1log(10212Sa 201210aS正向衰减正向衰减反向隔离反向隔离西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEaa ,112211SS已知已知，求输入端最大的驻波比，求输入端最大的驻波比maxinLLSS SS11122122122211211222112111 1maxSSSSSSSSLLin1L202110aS201210aS5 . 14837. 1max1max1maxinin西安电子科技大学西安电子科技大学

45、微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE三口网络的一般性质三口网络的一般性质 证明证明 采用反证法采用反证法 定理定理无耗互易三端口网络不可能同时匹配，即无耗互易三端口网络不可能同时匹配，即S11=S22=S33=0无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。0011000102S0101011001S西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 例例1 1 理想环行器端口接匹配负载理想环行器端口接匹配负载 ，即可构，即可构成二端口隔离器

46、。成二端口隔离器。Lobababa132132而而 ，计及这一条件即可导得，计及这一条件即可导得写出双口网络的写出双口网络的S S矩阵矩阵33/baLbbabaLL13221bbaaL1212010只要只要 L L 很小，即可得到典型的隔离器。很小，即可得到典型的隔离器。321321321010001100bbbaaa西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE E E面面T T和和H H面面T T分路元件分路元件E E面面T T（串接元件）（串接元件）H H面面T T（并接元件）（并接元件）端输入，和端功率平分，端输入

47、，和端功率平分，相位相反。相位相反。用于和差：和同相等幅输入，用于和差：和同相等幅输入，端无输出；和反相等幅输端无输出；和反相等幅输入，端输出最大。入，端输出最大。端输入，和端功率平分相位端输入，和端功率平分相位相同。相同。用于和差：和端同相等幅输入，用于和差：和端同相等幅输入，端输出最大；和端反相等幅端输出最大；和端反相等幅输入，端无输出。输入，端无输出。西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE耦合网络耦合网络|S33|=|S44|=0 | |23142413SSSSS13=S24= jS14若选择若选择适当适当的

48、参考面的参考面使使00000000jjjjS 理想的定向耦合器，主路理想的定向耦合器，主路S41和副路和副路S31相位差相位差90，也，也称为称为90定向耦合器。越接近定向耦合器。越接近90度度，隔离越好。，隔离越好。西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE3490从对称定向耦合器中我们可以得到十分重要的性质：从对称定向耦合器中我们可以得到十分重要的性质： 定向耦合器的端对定向耦合器的端对隔离隔离和端口固有和端口固有反射反射密切相关；密切相关； 定向耦合器的定向耦合器的主副路相差主副路相差也和端对隔离密切相关；也和端

49、对隔离密切相关； 因此，在工程中常常采用考察输入反射和路间相因此，在工程中常常采用考察输入反射和路间相差来别断这类定向耦合的质量优劣。差来别断这类定向耦合的质量优劣。指标相关指标相关3 dB3 dB桥网络桥网络 我们把主副路我们把主副路功率相等功率相等的称之为的称之为3dB3dB网络网络. .| |SS1314122西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE443322211波导定向耦合器波导定向耦合器(1)(1)耦合度耦合度 (2)(2)定向性定向性 一般耦合度一般耦合度 20 dB, 10 dB, 6 dB, 3

50、dB20 dB, 10 dB, 6 dB, 3 dB一般定向性一般定向性 303040 dB 40 dB 愈大愈好。愈大愈好。 dB |log2031SCdB log202131SSD 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 魔魔特性可以看作是特性可以看作是E-TE-T和和H-TH-T的结合，也可能看的结合，也可能看作是特殊的作是特殊的3 dB3 dB桥。桥。 S 120011001111001100魔魔T T 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH I

51、NSTITUEbbbb123412001100111100110011000002，端反相输入时，端反相输入时bbbb123412001100111100110011000020例例2 2，端同相输入时，端同相输入时西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 1. 1. 开路端开路端 带线的开路端由于有电容带线的开路端由于有电容耦合并不相当于耦合并不相当于Y YL L=0=0 在设计理想开路端时必须在设计理想开路端时必须在原长度上考虑加上在原长度上考虑加上 l l ClrZoc1030 pf开路带线和端电容开路带线和端

52、电容西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 2121121121112112111011111011011101BBBBjBjBBjBBBjBBjjBBjjBAB2. 2. 间隔间隔( (Gap)Gap) 很容易知道很容易知道形网络的形网络的A A矩阵矩阵间隔和等效电路间隔和等效电路西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE最后得到驻波比最后得到驻波比11| | |若后接匹配负载若后接匹配负载Z Z0 0=1=1，则则 ZAAAAZZAAA

53、AAAAAininin11122122111221221112212211 21211211211BBBBjBjBBAB西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE3.3.宽度突变宽度突变若若Z ZL L=Z=Z2 2，则则Z ZL1L1=Z=Z2 2+jx +jx 图图 28-5 28-5 宽度突变和等效电路宽度突变和等效电路 二、带线不均匀性 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE4.4.拐角拐角ZZZZZZjxZZjxLL| | |11

54、11212111拐角和等效电路拐角和等效电路 二、带线不均匀性 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE上述五个简单网络级联而成，先考虑中间三个网络上述五个简单网络级联而成，先考虑中间三个网络 cossinsincos1011101001cossinsincosjjjxxjjxjjAaba若考虑到若考虑到 = =/2/2, ,则有则有 aajajaajxjxjxxxjxxxjxxxabaabaabbab1112211110110111011211二、带线不均匀性 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技

55、术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE是一无耗对称网络，然而把左右两段是一无耗对称网络，然而把左右两段 /2/2传输线考虑传输线考虑进去，构成总网络进去，构成总网络 二、带线不均匀性 Ajjajajaajjaaajaaaaacossinsincoscossinsincoscossin()sin()cos1121211111122112211112212122122122sin212coscos)(212sin)(212112112112112112aaaaaaaaj西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH I

56、NSTITUE要使拐角匹配，必须要使拐角匹配，必须A A1212=A=A2121, ,也即也即a a1212=a=a2121很容易得很容易得且式右边绝对值大于且式右边绝对值大于1 1。xxxbaa ()122二、带线不均匀性 cos)(212sin)(21211211211221aaaaajAcos)(212sin)(21211211211212aaaaajA网络网络对称对称(A(A1111=A=A2222) )ZA ZAA ZAinll11122122西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE5. 5. T T形接头

57、形接头 T T形接头是三端口网络，不同的资料中参考面不形接头是三端口网络，不同的资料中参考面不尽相同。作为例子设尽相同。作为例子设T T型接头由直行带线与一并联开型接头由直行带线与一并联开路枝节路枝节( (与直行线距离为与直行线距离为L) )构成。构成。 二、带线不均匀性 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE作为例子，若有一并联开路枝节与中心线距作为例子，若有一并联开路枝节与中心线距l l。其中其中 且且 l l公式见开路线。公式见开路线。 WlljZZin21ctg1二、带线不均匀性 西安电子科技大学西安电子科

58、技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE 矩形谐振腔 Rectangular Resonator西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUECGoLCGGoLCGoL理想腔耦合腔非理想腔G-介质QG0西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE一、谐振频率0 微波谐振腔与低频LC谐振回路相比：（1）不能把电储能和磁储能截然分开；（2）谐振频率有多个，多个模式谐振。西安电子科技大学西安电子科技大学

59、微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE一、谐振频率0 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE2220)L()()(2Pbnamk一、谐振频率0 022222c21mnP1pabL2L 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE二、品质因数Q0 LTPWWWQ002西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE11011QPW

60、QLiiinin二、品质因数Q0 PPLLiin1西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUEWWWH dvemv122|PJR dsRHdsLssSsS121222|QRH dvHdsH dvHdssVSVS0022222 |RHs 02, 二、品质因数Q0 02西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH INSTITUE三、矩形腔TE101101模的场和0 西安电子科技大学西安电子科技大学 微波技术研究所微波技术研究所 MICROWAVE RESEARCH I