21微波网络基础解析课件

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第2章微波网络2.1网络的基本概念2.3双端口微波网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。2.1网络的基本概念任何一个复杂的微波系统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微波传输线微波等效平等效集总微波元件电磁场理论低频电微波网络特点:(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。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，(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。(3)由于均匀传输线是微波网络的一部分,它的网络(4)微波网

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。将微波元件等效为微波网络，必须解决1、确定微波微波网络分类：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Z0是确定的！一、归一化电压和电流与阻抗的概念1、归一化电压和电流：任意对于非TEM传输线，以TE10模为例非TEM模的电压、电流和和阻抗不是唯一的。对于非TEM传输线，以TE10模为例非TEM模的电压、电流和

（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：（1）电压和电流仅对特定波导模式定义，且定义电

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，即任何一段均匀传输线均可以看成等效双线，并可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：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Z0，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。传输线上的电压、电流都是入射波与反射波的传输线上的功率为即归一化电压、电流的量纲为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。三种阻抗形式：a媒质的固有阻抗它仅决二、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Z1、Y1分别为串联分布阻抗和并联分布导纳。1、若特性阻抗Z0选取为波阻抗，则有：对TE模：二、均匀波导等效为平行双线可以证明，等效电压、电流同样对TM模：

这样即可分别画出TE和TM模波导的等效电路：传输TEmn模波导的等效电路对TM模：这样即可分别画出TE和TM模波导的等效电传输TMmn模波导的等效电路特性阻抗和传播常数分别为：传输TMmn模波导的等效电路特性阻抗和传播常数分别为：21微波网络基础解析课件三、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。三、不连续（均匀）性等效为集总参数网络微波元件和例如：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。波导阶梯等效电路由上述分析可知，不均匀性可用集定义：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定义的正向指向网络。2.3双端口微波网络的阻一、阻抗[Z]和导纳[Y]矩阵若以为激励量，为响应量，则有：一、阻抗[Z]和导纳[Y]矩阵若以为激励量，为响或者写成：称为阻抗矩阵，称为阻抗参数。写成矩阵形式：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。同理，若以为激励量，为响应量，则有：或者写成二端口网络:阻抗矩阵:导纳矩阵:网络Z01Z02V1V2I1I2二端口网络:阻抗矩阵:导纳矩阵:Z01Z02V1V2I1I2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Z01Z02V1V2I1I2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Z01Z02V1V2I1