微波工程 微波网络分析
微波工程师岗位职责
微波工程师岗位职责微波工程师是专门从事微波技术研究和开发的技术人员。
他们负责设计、开发和维护各种微波设备和系统，以满足不同领域的需求，如通信、雷达、无线电频谱、卫星通信等。
微波工程师的岗位职责包括但不限于以下方面：1. 设计微波组件和电路：微波工程师需要根据需求设计微波传输和放大系统的组件和电路。
他们使用模拟和数字电路设计工具，如ADS（Advanced Design System）软件，进行建模、仿真和优化。
2. 开发微波系统：微波工程师负责开发微波系统，包括天线、滤波器、放大器、混频器等。
他们需要了解微波器件的特性，选择合适的材料和技术，并进行性能测试和优化。
3. 进行系统集成和测试：微波工程师负责将微波组件和电路集成到系统中，并进行功能测试和性能评估。
他们需要使用测试仪器，如频谱分析仪、网络分析仪等，进行信号分析和测量。
4. 解决技术问题：微波工程师需要与团队合作，解决微波技术方面的问题。
他们可能会遇到电磁兼容性、干扰抑制、信号损耗等方面的挑战，需要通过分析和优化来解决。
5. 进行设计文档和报告：微波工程师需要编写设计文档和报告，记录系统设计的细节和性能评估结果。
这些文档通常包括设计原理、仿真结果、测试数据等。
6. 跟踪技术发展：微波工程师需要密切关注微波技术领域的最新进展，包括新材料、新器件、新设计方法等。
他们需要不断学习和研究，以保持自己的技术竞争力。
7. 参与项目管理：微波工程师可能需要参与项目管理，负责制定项目计划、监督进度和成本控制。
他们需要与其他团队成员进行有效的沟通和协调，确保项目的顺利进行。
8. 参与团队培训和指导：微波工程师可能需要培训新员工，并提供技术指导和支持。
他们需要分享自己的经验和知识，提高整个团队的技术水平。
9. 遵守安全和质量规定：微波工程师需要遵守安全和质量规定，确保系统设计和测试过程的可靠性和稳定性。
他们需要提供技术支持，确保产品符合标准和规范要求。
10. 进行市场调研和产品推广：微波工程师可以进行市场调研，了解用户需求和竞争对手情况。
微波工程简介(上)
微波的范围（两种）f=c=3108 m/sec
300MHz 300GHz 1m-1mm
分米波 厘米波 毫米波
300MHz 3000GHz 1m-0.1mm
分米波 厘米波 毫米波
微波的波段代号
亚毫米波
3
《微波工程》
微波的特点（1）
似光性和似声性——
微波的波长很短，比地球上的一般物体的尺寸要小得多， 或在同一量级。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓似 光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减少；使系统 更加紧凑；可以设计制成体积小、波束很窄、方向性很强、 增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间各种物体反 射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离，分析目标 的特征。
频带宽，高频损耗大，且 在其中制作微波器件困难
➢ 金属波导（TE、TM）——
高功率容量，低损耗， 但体积大，价格高
➢
平面传输线（准TEM、TE、TM、表面波）——
形式多，紧凑，低价格， 易于与有源器件集成
传输线的发展
* 由双导线演变成波导
➢ 1893年，亥维赛考虑过利用波导传输电磁波的可能性
➢ 1897年，瑞利爵士在数学上证明了波在波导中是可以传播的
12
《微波工程》
2.1 传输线的集总元件电路模型
传输线的分布参数
v z, t
i z, t
➢ 分布电阻 R Ω m—电流流过导体时，导体发热产生损耗
➢ 分布电导 G S m—介质有损耗，因而存在漏电流带来的损耗
➢ 分布电感 L H m—电流流过导体在周围将产生磁场，表明导体具有电感
➢ 分布电容 C F m—导体之间的电压在周围产生电场，表明导体之间存在电容 一些常用传输线的分布参数（表2.1）
微波工程-第4章微波网络分析
电阻与耗散功率有关
4 Wm We I
2
电抗与储能有关
* 端口阻抗和反射系数的奇偶性
Z R jX Z 0 1 1
j
T=
波导模式的波阻抗——与传输线的形状、材料、频率和模式有关
Et 1 120 Zw H t Yw e Z TE or Z TM TEM quasi-TEM TE or TM
U , H
需满足条件三：人为指定特征阻抗（三种定义原则） 1. 特征阻抗等于波阻抗 （特定模式的波阻抗） 2. 特征阻抗等于1
特性之间的关系时，可以采用类似于低频时的网络理论对微 波传输线或元器件进行分析。
取定参考面 ti ，参考面以内是不均匀的，参考面以外是均匀传输线； 将参考面以内的不均匀性等效成 N 端口网络； 将参考面以外的均匀传输线等效成双导线。
微波工程基础 第四章 微波网络分析
微波工程基础 第四章 微波网络分析 非TEM模的等效电压和电流（没有唯一解!!!）
I1 0
Z12
V1 I2
I1 0
V2 ZC ZC Z21 I2 ZB Z C
V1 S11 V2 S 21 SN1 VN
S12 S 22 SN 2
S1N V1 S2 N V2 S NN VN
Y0 iY0 j
P
n 1
N
n
0
单位矩阵——只有对角线上元素为1， 其余元素均为0 * 广义散射矩阵与归一化阻抗矩阵的关系
S Z U
微波通信概述
压。 a e=4a/3称为标准等效地球半径。 在赤道，标准等效地球半径a e=（4/3～3/2）a；
微波知识简介
全室外型微波是所有单元都在室外，其优点是易于安装、节省机房 空间，但是设备在室外，容易损坏。
微波知识简介
分体式微波由天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成， 天线和ODU之间一般用波导管连接，IDU和ODU之间通过中频电 缆连接。中频电缆用于IDU和ODU之间的中频业务信号和 IDU/ODU通讯控制信号的传输，并向ODU供电。容量相对较小， 安装维护方便，便于快速建网，是目前应用最广泛的微波设备。在 后续章节，如无特殊说明，都是指分体式微波的。
图中球面上的点P到(T,R)点距离之和满足：TP+PR=TR + n /2（n
=1,2,3,…)，则由P点构成的轨迹就是菲涅尔区。
T
O
F1
P
d1
d2
R
我们把菲涅尔区上一点P到TR的连线的
垂直距离PO称为菲涅尔半径。第一菲
涅尔半径用F1(n＝1)表示。
自由空间的电波传播
微波知识简介
第一菲涅尔区半径计算公式： F1 17.32
频
率
平
选
衰
择
落
性
衰
落
自由空间传播损耗
GTX
Power Level
PTX A0
接收门限(Receiver Threshold)
微波知识简介
网络分析仪基本原理
一般而言，网络分析仪在射频及微波组件方面的量测上，是最基本、应用层次也最广的仪器，它可以提供线性及非线性特性组件的量测参数，因此，举凡所有射频主被动组件的仿真、制程及测试上，几乎都会使用到。
在量测参数上，它不但可以提供反射系数，并从反射系数换算出阻抗的大小，且可以量测穿透系数，以及推演出重要的S参数及其它重要的参数，如相位、群速度延迟(Group Delay)、插入损失(Insertion Loss)、增益(Gain)甚至放大器的1dB 压缩点(Compression point)等。
基本原理电子电路组件在高频下工作时，许多特性与低频的行为有所不同，在高频时，其波长与实际电路组件的物理尺度相比会相对变小，举例来说，在真空下的电磁波其速度即为光速，则 c=XXf，其中c为光速3X108m/sec，若操作在2.4GHz的频率下，若不考虑空气的介电系数，则波长入=12.5cm，亦即在短短的数公分内，电压大小就会因相位的偏移而有极大的变化。
因此在高频下，我们会使用能量及阻抗的观念来取代低频的电压及电流的表示法，此时我们就会引入前述文章所提「波」的概念。
光波属于电磁波的一种，当我们用光分析一个组件时，会使用一个已知的入射光源测量未知的待测物，如图1所示，当光波由空气到达另一个介质时，会因折射率的不同产生部分反射及部分穿透的特性，例如化学成分分析上使用的穿透及反射光谱。
对于同样是属电磁波的射频来说，道理是相通的，光之于折射率就好比微波之于阻抗的概念，当一个电磁波到达另一个不连续的阻抗接口时，同样也会有穿透及反射的行为，从这些反射及穿透行为的大小及相位变化中，就可以分析出该组件的特性。
用来描述组件的参数有许多种，其中某些只包含振幅的讯息，如回返损耗(R.L. Return Loss)、驻波比(SWR Standing Wave Ratio)或插入损失(I.L. Insertion Loss)等，我们称为纯量，而能得到如反射系数(r Reflection coefficient)及穿透系数(T Transmission coefficient)等，我们称之为向量，其中向量可以推导出纯量行为，但纯量却因无相位信息而无法推导出向量特性。
PNA微波网络分析仪
PNA微波网络分析仪PNA (Network Analyzer) 是一种用于微波信号分析的仪器。
它主要用于测量微波电路的传输性能、振荡特性、散射参数等，并用于设计和测试微波和射频电路。
测试表面是一个微波测试系统，由一根或多根微波导线组成。
这些微波导线被称为测试端口，用于与待测设备连接。
测试端口上的信号会进入待测设备，并测量其传输性能。
控制单元是一个计算机或内置处理器，用于控制测试表面和处理测量数据。
它可以通过用户界面（如键盘、显示器和鼠标）或远程控制（如网络）与用户进行交互。
控制单元还包括信号源和接收器，用于生成和接收微波信号。
1.散射参数测量：PNA可以测量微波电路的散射参数，如S参数和Y参数。
这些参数描述了微波信号在电路中的传输情况，包括反射损耗、传输损耗和幅度/相位响应等。
2.频率扫描：PNA可以对待测设备进行频率扫描，以确定其频率响应。
通过这种方式，可以获得待测设备在频率范围内的传输情况。
3.时间域分析：PNA可以通过时域分析功能，测量微波信号的脉冲响应和时延。
这对于测量微波设备的瞬态响应非常有用。
4.射频功率测量：PNA可以对微波信号的功率进行测量，以确定它们的输入功率和输出功率。
5.效果分析：PNA可以对待测设备的效果进行分析，以确定其工作情况和性能特点。
6.校准和校正：PNA支持多种校准和校正方法，以提高测量的准确性。
通过校准和校正，可以消除传输线和接头等器件对测量的影响。
总之，PNA微波网络分析仪是一种非常重要的工具，用于测量和分析微波和射频电路的性能。
它可以帮助工程师设计和优化微波电路，并确保其性能符合要求。
微波网络讲义(第一章 西电 褚庆昕)
1.4 网络应用（1）
• 利用网络思想可以方 便地研究微波元件。 • 参考面一定要选在传 输线中高次截止模完全 消失的地方。否则，不 仅网络参量关系描述不 正确，还可能会遗漏不 连续性间的耦合。
微波网络 第一讲 褚 庆昕 Xidian University
N1
N2
23
1.4 网络应用（2）
微波网络研究的问题包括两个方面： • 网络分析 — 给定电路的结构，分析其网络参 量及各种工作特性； • 网络综合 — 根据所给的工作特性要求，以最 佳条件设计出合乎要求的电路结构。 网络分析问题是“单值”的，即给定电路 后，“特性”也就唯一确定了。而综合问题往 往是“多值”的，在同一最佳条件下可以设计 出许多满足要求的电路结构。
Xidian University
11
微波元件框图
• 任何微波元件都可以看作是由若干传输线和不 连续性区域构成的.
传输线 T 传输线 不连续性 T 传输线
微波网络 第一讲 褚 庆昕
T
12
Xidian University
1.1 微波系统与网络（4）
• 网络方法将微波元件分解成由传输线和不连 续性组成的微波电路。 • 传输线可以用特征参数表征。不连续性可以 用网络参量关系表征。 • 微波元件等效为由传输线和不连续性网络构 成的电路，用电路理论分析和设计。 • 网络方法 — “化繁为简”、“各个击破”。 把复杂的三维电磁场问题变为一维电路问题
微波网络 第一讲 褚 庆昕 Xidian University 21
1.3 不连续性的处理（4）
网络的思想 — “黑箱思想”。 不管不连续性区域内部的构成怎样，统一的 看成一个“黑箱”。通过“黑箱”各端口上激 励与响应之间的关系表征“黑箱”的特性，对 于线性网络，这种关系可以用参量矩阵表示。 确定网络参量的方法： （1）场方法 （2）测量方法
第5讲：微波网络散射参数测量方法
现代微波与天线测量技术第5 讲：微波网络散射参数测量方法彭宏利博士2008.11微波与射频研究中心上海交通大学－电信学院－电子工程系第7节微波网络散射参数测量方法主要内容• 7. 1网络分析的基本概念• 7. 2网络分析系统• 7. 3反射参数测量• 7. 4传输参数测量• 7. 5S参数的全面测量及误差修正7.2. 现代网络分析系统设备：网络分析仪网络分析仪是通过测定线性网络的反射参数和传输参数，获得该网络参数频域、时域特性等几乎所有网络特性的测量仪器，S 参数是其中最基本的特性参数。
网络分析仪分为2 类：(1)标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息；(2)矢量网络分析仪：可同时进行幅度传输特性和相位特性测量。
系统组成原理基本的网络分析仪：主要由信号源、S 参量测量装置及矢量电压表组成。
图7.2-1信号源：向被测网络提供入射信号或激励；S 参量测量装置：是反射测量电路与传输测量电路的组合，首先将入射、反射及传输信号分离开，然后通过转换开关分别进行测量；矢量电压表：测量入射、反射和传输信号的幅值及它们之间的相位差，也可以通过幅相接收机实现此功能。
标量网络分析仪组成图图7.2-2a1 为入射波、b1 为反射波、b2 为传输波，它们的测量通道分别为R（参考）、A、B。
通过这些信号可确定正向S 参数|S11|、|S21|。
将被测网络的激励端与测试端反接，同理可测得|S22|、|S12|。
外差式矢量网络分析仪组成图上图中PFD 为相频检波器，H(s)为环形滤波器，BPF 为带通滤波器。
基本结构与外差式接收机类似：扫频源一方面为DUT 提供激励，一方面可以作为单独的扫频源输出通道S。
参考信号即入射波，通过R 通道进行测量。
反射波、传输波所在的测试通道分别为A、B。
为获得复S 参数而进行的复数除法可用硬件完成，现在多采用对混频所得的中频信号采样和数字化，然后通过数字处理的方法来实现。
网络分析仪与频谱分析仪比较在电路结构方面，矢量网络分析仪与外差式频谱分析仪相似：在预定频率范围内自动测量电路幅度增益与相位，使用内部扫频源或可程控的外部信号源作激励，测量被激励电路的幅度增益与相位。
第二章 传输线理论
b
b
d
a
b h( z ) ln (2.27a) a
I ( z ) H ( , z)d 2g ( z)(2.27b)
0
2
从式（2.27)消去式(2.26)中的h(z)和g(z)，并代入同轴线的L、 C和G，则得到同轴线电报方程：
V ( z ) jLI ( z ) (2.28a) z I ( z ) (G jC )V ( z ) (2.28b) z
注意: 在传输线上提到的波长，往往是指的是传输线的波
导波长，它与自由空间的波长不一定相同，因此对应的相
速也不相同。
2.1.2 无耗传输线
无耗传输线，有
0
即
j j LC (2.12a)
由此可知传输线的特征阻抗有
L v Z0 Lv (2.13) C C
上式说明，只要求出传输线的单位长度电感、电容和相 速三者中的两个，就可以求出传输线的特征阻抗。
2.2.3 无耗同轴线的传播常数、特征阻抗和 功率流
由无耗传输线的条件
R0 G0
则电场和磁场的波动方程:
2 E z 2 H
2
E 0
2
z 2
2 H 0
传播常数、波阻抗和特征阻抗和功率流
LC ZW
V0 1 Z0 I 0 2
由： 可知：
V ( 0) ZL I ( 0)
负载阻抗的特性直接关系到传输线上反射波和入射波的
变化，从而影响到传输线参考面上总电压和总电流。 当端接负载等于传输线特征阻抗时，传输线上无反射。
微波技术基础
(2007版) 教材 《微波工程》第三版 (DAVID M.POZAR)
Ku-Ka双频段微波网络设计方案
Ku/Ka双频段微波网络设计-电气论文Ku/Ka双频段微波网络设计张博（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081）摘要：双频共用和多频共用技术是目前卫星通信地球站天线的一个重要发展方向，其可以扩大通信容量，实现一站多用，大大降低成本。
基于微波网络理论，提出一种Ku/Ka双频段微波网络的设计方案。
通过分波器实现双频共用，在Ka波段工作于圆极化，Ku波段工作于线极化。
Ku/Ka双频共用微波网络的核心器件有：分波器、低通滤波器等。
该网络具有良好的驻波特性、较高的端口隔离度、旋转对称和良好的轴比特性的辐射方向图。
最后给出了微波网络的实测结果，测试结果与技术要求吻合很好。
关键词：微波网络；分波器；低通滤波器；双频段中图分类号：TN820?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）16?0023?03收稿日期：2015?02?250 引言目前卫星通信发展的瓶颈在于有限的频谱资源，为了进一步扩大通信容量一般需要展宽现有的通信频段或者开发新的通信频段。
当前常用的通信频段有C（收发各800 MHz），Ku（收发各500 MHz），Ka 频段等。
随着通信业务的发展C，Ku的频道资源趋于饱和。
而更高频率的Ka频段具有可用频带宽、干扰少等优点，在国内外得到了广泛的应用[1?3]。
为了实现一站多用降低成本，频率复用技术成为卫星通信地球站天线发展的一个重要的方向。
馈源网络是地球站天线系统的核心，发展具有优良性能的多频带、宽频带馈源网络技术是地球站天线系统发展的重中之重。
Ku/Ka双频段馈源网络的设计，可以给卫通系统提供更宽的频段，更高的传输速率，用以支撑无人机、船载站等各种移动载体的卫通系统链路更快的传输信息，既能保证常用Ku卫通通信体制的要求，又可扩展到Ka频段高速率信息的传输。
本文介绍的就是一种Ku频带经过展宽的Ku/Ka 双频段微波网络，原有的Ku 频率为收发500 MHz，现扩展为接收1.3 GHz发射750 MHz，Ka频段保持不变。
(高等微波网络)第5章双匹配网络的综合
增强系统稳定性
双匹配网络有助于提高系 统的稳定性，减少噪声和 干扰。
双匹配网络的历史与发展
起源
双匹配网络的概念起源于20世 纪初的电子工程领域。
早期应用
在雷达、通信和电子战系统中 得到了广泛应用。
现代发展
随着微波技术的不断发展，双 匹配网络在卫星通信、移动通 信、雷达探测等领域的应用越 来越广泛。
(高等微波网络)第5 章双匹配网络的综 合
目录
• 双匹配网络概述 • 双匹配网络的基本原理 • 双匹配网络的设计方法 • 双匹配网络的实现与应用 • 双匹配网络的性能优化与改进
01
CATALOGUE
双匹配网络概述
双匹配网ห้องสมุดไป่ตู้定义
01
双匹配网络是一种微波网络，其 输入和输出阻抗都与参考阻抗匹 配。
减小双匹配网络的体积与重量
采用紧凑型设计
优化网络布局和元件排布，减小 网络体积和重量。
选用轻量化材料
选用轻质材料制作网络中的结构件 和元件，降低整体重量。
集成化设计
将多个功能模块集成在一个较小的 空间内，实现紧凑型设计，同时降 低重量。
THANKS
感谢观看
网络的对称性
• 对称性：如果一个网络在某个对称操作下保持不 变或对称，则称该网络具有对称性。
网络的稳定性
• 稳定性：描述网络对外部激励的响应能力，如果网络在受到外部激励后能够恢复到稳定状态，则称该网络是稳定的。
03
CATALOGUE
双匹配网络的设计方法
传输线法
总结词
传输线法是一种基于传输线理论的设计方法，适用于双匹配网络的设计。
未来展望
随着5G、6G等新一代通信技术 的发展，双匹配网络将在未来 通信系统中发挥更加重要的作 用。
微波测量实验报告
微波工程基础实验报告实验一微波同轴测量系统的熟悉一、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的组成，熟悉各部分构件的工作原理，熟悉其操作和特性。
2、熟悉矢量网络分析仪的操作以及测量方法。
二、实验内容1、常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。
微波测量系统常用的有同轴和波导两种系统。
同轴系统频带宽,一般用在较低的微波频段。
波导系统损耗低，功率大，一般用在较高频段。
一个完整的微波测量系统通常有信号源，测量装置和指示器三部分组成。
（1）微波信号源部份：它包括微波信号发生器，隔离器和功率、频率监视单元，信号发生器提供测量所需的微波信号，它具有一定频率和足够功率。
功率、频率监视单元是由定向耦合器取出一部分微波能量，经过检测指示来观察信号的稳定情况，以便及时调整，为了减少负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。
（2）测量装置（即测量电路）：包括测量线，调配元件，待测元件和辅助元件（如短路器，匹配负载），以及电磁能量检测器（如晶体检波器，功率计探头等）。
（3）指示部分（即测量接收器）：指示器是显示测量信号与特性的仪表，如直流电流表，测量放大器，功率计，示波器，数字功率计等。
在本学期的实验中我们使用的是AV36580A矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer）作为测量仪器。
2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。
a)矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能①提供入射信号的信号源:信号源为激励被测器件，信号源必须在整个感兴趣的频率范围内提供入射波。
被测器件通过传输和反射对激励波做出响应。
被测器件的频率响应通过信号源扫频确定。
测量结果受到多种信号源参数的影响，包括频率范围、功率范围、频率稳定度和信号纯度等。
在矢量网络分析仪中广泛采用合成扫频信号源。
②信号分离器分离入射、反射和传输:信号分离网络分析仪的下一项任务是分离入射、反射和传输信号，从而测量它们各自的幅度和相位。
矢量网络分析仪均采用定向耦合器方法分离信号。
微波网络第五章
第五章 微波网络的结构实现
_
2π 2 ) − β2 b 3ab
3
(5.2.2-8b）
对（c ） ：
B = − 8βγ梯 矩形波导的高度 b 的阶跃变化（图 5.2-9）就形成对称的和非对称的 E 面阶梯。
图 5.2-9 矩形波导的 E 面阶梯及等效电路 在设计时， 值往往由有关曲线查出。应特别注意曲线是对称 E 面阶梯的。如讨论非 对称情况，仍用该曲线。只要图中 λg 用 λg/2 代替：即纵坐标改为 Bλg/2Y0 b，参数 b/λg 改为 2b/λg 。 II、串、并联谐振电路的微波结构 （1） 传输线谐振器。谐振器参数示于表 5.2-1. a 半波长短路线 结构 b 半波长开路线
Y b = −Y12 Y c = Y 22 + Y12
当然，也可用 T 形网络或其它型式的网络作为二端口网络的等值网络，也就是说一个网 络的等值网络不唯一。 图 5.1-2 所示的是一个波导不连续性的等值网络，若设波导不连续性的散射矩阵为：
[S ] = 1 ⎡ ⎢
3。
1+ j2 j2 ⎤ 3 ⎣ j 2 1 − j 2⎥ ⎦
5.2.2 一些常用的微波元件
为了理论分析和设计原则的需要，列示部分常用微波元件的结构和有关公式于下。 I．模拟串、并联电容和电感的微波元件 (1)高、低阻抗传输线
图 5.2-1 TEM 短截线的等效电路 微波 TEM 传输线段是分布参数电路，当长度 l<λ/8 (即θ<π/4)时可视为集参数元件。不难 证明：图 5.2-1 示短线的 T 形或π型电路元件值为：
电磁场、微波技术与天线图文 (6)
第6章 微波网络基础
2. 微波网络参数是在微波传输线中只存在单一传输模式下 确定的。例如，对矩形波导，是指TE10模；对微带线，是指 准TEM模；对同轴线与带状线，是指TEM模。当微波传输 线中存在多模传输时，一般按其模式等效为一个多端口网络， 如一个有n个传输模的单端口元件将等效成一个n端口网络， 一个有n个传输模的二端口元件应等效为2n端口网络，其网 络参数仍按各个传输模式分别确定。
如图6-4-1所示为双端口网络，端口参考面T1、T2上的 电压和电流的方向如图中所示。由网络理论有
U1 Z11I1 Z12 I2 U2 Z21I1 Z22 I2
(6-4-1)
第6章 微波网络基础
图6-4-1 ［Z］和［Y］参量网络
第6章 微波网络基础
或简写成
U1 U 2
Z11
Z21
件还不足以将U、I唯一确定。因为，U′=kU，I′=I/k，即e′(x， y)=e(x，y)/k，h′(x，y)=kh(x，y)将同样满足式(6-2-1)的定义 和式(6-2-4)的归一化条件。因此，按上述定义的电压、电流 都只能确定到相差一个常数因子，这种不确定性实际上是反 映了传输线中阻抗的不确定性。为了消除这种不确定性，需 进一步确定基准矢量e(x，y)和h(x，y)，也就是确定等效特 性阻抗的选用条件。由式(6-2-1)写出(以入射场为例)
Ui
I
* i
1 2
Ui
(6-2-11a) (6-2-11b)
由式(6-2-11)解得
Ui
ab 2 Em ,
Ii
ab Em
2
(6-2-12)
第6章 微波网络基础
将其代入式(6-2-10)解出
e ey
2 ab
微波技术基础-概述(1)
微波器件——谐振器、功分器、 耦合器等 微波基础理论 传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配 波导理论(矩形波导、圆波导、同轴线) 器件原理(谐振腔、功分器、耦合器等)
北京邮电大学——《微波技术基础》
31
学习内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端 接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹 配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；(第2、5章) 微波传输线、波导理论，矩形、圆柱形波导中的传输特 性和模式理论，单模传输条件，为“光纤通信”类课程 做基础理论准备； (第3章) 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； (第4章) 微波基本元器件（微波谐振器、微波无源器件和微波滤 波器）的分析及其基本工作原理，以及在通信设备中的 应用，为“无线通信”类课程作准备。 (第6、7章)
合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料
发展方向 工作频段向高频段发展 小型化、宽带化 自动化、智能化
从频谱认识微波
我国移动通信所用频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
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学习本课程的作用与意义
北京邮电大学——《微波技术基础》
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学习什么内容？
围绕信号、功率的传输，学习微波 在器件中传输的基本分析方法，学 习微波器件的基本原理 微波传输——传输线、波导
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现出 来吗?未必。它的表现与观察者及环境有关。地球是一 个圆球(严格地说是似椭圆球)。但直至麦哲伦发现新 大陆才算最后解决，因为人与地球上的尺寸比太微小 了。现在，宇航员在太空中能够清晰地看到地球是圆 形。 同样，波动性是客观存在的。但是，观察波动性却 与主观性、仪器、尺寸、时间等有关。
北京邮电大学——《微波技术基础》
第1章-射频微波工程基础介绍
第1章 射频/微波工程介绍 表1-1
第1章 射频/微波工程介绍
以上这些波段的划分并不是惟一的,还有其他许多 不同的划分方法,它们分别由不同的学术组织和政府机 构提出,甚至还在相同的名称代号下有不同的范围,因 此波段代号只是大致的频谱范围。其次,以上这些波段 的分界也并不严格,工作于分界线两边临近频率的系统 并没有质和量上的跃变,这些划分完全是人为的,仅是 一种助记符号。
电路,取得一个比较好的折中方案。
第1章 射频/微波工程介绍
1.3 射频/
1.3.1 由于频率、 阻抗和功率是贯穿射频/微波工程的
三大核心指标,故将其称为射频铁三角。它能够形象地 反映射频/微波工程的基本内容。这三方面既有独立特 性,又相互影响。三者的关系可以用图1-2表示。
第1章 射频/微波工程介绍
第1章 射频/微波工程介绍
1.2.2 射频/ 由上述基本特性可归纳出射频/微波与普通无线电相
比有以下优点: (1) 频带宽。可传输的信息量大。 (2) 分辨率高。连续波多普勒雷达的频偏大,成像更
清晰,反应更灵敏。 (3) 尺寸小。电路元件和天线体积小。 (4) 干扰小。不同设备相互干扰小。 (5) 速度快。数字系统的数据传输和信号处理速度
第1章 射频/微波工程介绍
(3) 导航系统： 微波着陆系统（MLS）,GPS,无线信标,防撞系统, 航空、 航海自动驾驶等。 (4) 遥感： 地球监测,污染监测,森林、 农田、 鱼汛监测,矿 藏、 沙漠、 海洋、 水资源监测,风、 雪、 冰、 凌监 测,城市发展和规划等。
第1章 射频/微波工程介绍
4. 射频/微波频带比普通的中波、 短波和超短波的 频带要宽几千倍以上,这就意味着射频/微波可以携带 的信息量要比普通无线电波可能携带的信息量大的多。 因此,现代生活中的移动通信、 多路通信、 图像传输、 卫星通信等设备全都使用射频/微波作为传送手段。 射频/微波信号还可提供相位信息、 极化信息、 多普勒频移信息等。这些特性可以被广泛应用于目标 探测、 目标特征分析、 遥测遥控、 遥感等领域。
微波工程基础(李宗谦)-绪论
0.1 什么是微波
对于微波频段的划分和命名，国内外有多种方法，下列表格给 出了在雷达和制导技术领域划分微波频段的方法及其频段代号：
不同工作频率的微波系统具有不同的技术特性、生产成本和用 途。一般说来，微波系统的工作频率越高，其结构尺寸就越小、生 产成本也越高；微波通信系统的工作频率越高，其信息容量越大； 微波雷达系统的工作频率越高，微波大气传输的方向性和系统分辨 力就可能提高。另外，微波的频率越高，其大气传输和传输线传输 的损耗就越大。
0.1 什么是微波
根据电磁波频率、波长与速度的关系：f 3108 米/秒可知， 微波的波长范围在 1 米至 0.1 毫米之间。可以采用如下的等式进行 微波波长和频率之间的换算： 波长 (米) 频率 (MHz) = 300 (106米/秒)
波长 (毫米) 频率 (GHz) =300 (106米/秒)
学时安排48总计8实验2第六章天线及微波工程子系统简介8第五章无源微波电路8第四章微波网络理论10第三章导波与波导10第二章传输线理论2第一章电磁场理论概述学时数内容0
微波技术基础
课程概况
课程目的
本课程是电子信息科学与技术类专业的专业基 础课。微波技术广泛应用于当前的通信与广播电视 等方面，如微波通信、微波遥感、雷达、电子对抗、 微波电磁兼容等。课程主要研究微波的产生、变换、 放大、传输、辐射、传播、散射、供 最基本的入门知识。
0.1 什么是微波
为了充分利用微波频谱资源，避免相互干扰，国际上对各微波频段 的用途都有一些规定。例如： 微波炉中磁控管的工作频率为 2.45 GHz； C 波段通讯卫星的工作频率：下行频率为 3.700 ~ 4.200 GHz，上 行频率为 5.925 ~ 6.425 GHz。 Ku 波段通讯卫星的工作频率：下行频率为 11.7 ~ 12.2 GHz，上行 频率为 14.0 ~ 14.5 GHz。
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第一类 阻抗或导纳 第二类 入射波和反射波
（测量不方便） （S参量，测量方便）
相位变化也可通过网络参量来体现。
Microwave Technique
互易定理与互易网络复习
互易定理是一个较有普遍意义的定理。 具有互易性质的网络称为互易网络。 互易性质表现为：将网络的输入和特定输出互换位置后，输出不
又 和 与波阻抗 有关，故： 定义等效的电压波和电流波：
其中
等效电压和等效电流分别正比于横向电场和磁场，比例常数C1、C2为：
由功率和阻抗 条件确定。
Microwave Technique
入射波的复功率流：
与电路对应 则
特征阻抗为
为方便计，令 给定的波导模式，在确定常量C1、C2以及等效电压和电流后，就可以 求解出（4.10）和（4.12）
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模式分析
TE 10
,
c 2a 6.970 cm
TE , 20
c a 3.485 cm
所以，对 f =4.5GHz，只有TE10模！
波阻抗
反射系数
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f10a
31010 cm s 6.970
4.3GHz
(空气)
f10d
4.1.3 Z(ω)和Γ(ω)的奇偶性
Z(ω) = R(ω) +jX(ω) R(ω)是 ω 的偶函数，X(ω)是 ω的奇函数 Γ(ω)的实部和虚部分别是ω的偶函数和奇函数
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4.2 阻抗和导纳矩阵
端口Port：以某种形式传输线或单一波导传播模式等效传输线引入。 端面tn：为电压和电流相量提供相位参考面。
为了按类似于电路理论中的电压和电流的方式来使用，等效 电压和电流的乘积应被确定为该模式的功率流。
单一行波的电压与电流之比应等于该传输线的特征阻抗。 该阻抗在选择上有任意性，但通常将其选定为等于传输线的
波阻抗，或把它归一化为1。
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既有正向又有反向行波的任意波导模式，其横向场可写为：
因这种换位而有所改变。 互易性不仅一些电网络有，某些声学系统、力学系统等也有。 一般地说，由线性时不变的二端电阻元件、电感元件、电容元件、
耦合电感器和理想变压器连接而成的网络均有此性质。 含有受控电源、非线性元件、时变元件、回转器的网络都不一定
具有这种性质。
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在端面上 (z = 0)
Vn Vn Vn Vne jz Vne jz
In
I
n
I
n
I
n
e
jz
I
n
e
jz
V1 Z11
z < 0，空气填充，z > 0，介质填充 ( 2工.5作6)频率 r
用等效传输线模型求反射系数。
f 4.5GHz
解: k 2 ( )2 27.50m1
a
0
a
k 2 ( )2 120.89m1
d
r0
a
k 94.25m1 0
kc
( m )2 ( n )2
a
b
k r 0r0 rr k0 k0 00
31010 cm s 6.970 2.56
2.6875GHz(介质)
f20a 2 f10 6.8GHz (空气) f20d 2 f10 5.375GHz (介质)
Z0a
k00 0
(94.25)(377 ) 27.5
1292 .1
Z0d
k d
k00 d
(94.25)(377 ) 120 .89
a
透射波
Et
aˆ y Et 0
sin
x
a
e
j2 z
Ht
aˆx
Et 0 ZTE2
sin x e j2z
a
在z = 0时，E y及 H连x 续（JS=0)!
Ei0 Er0 Et0
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Ei0 Er0 Et0 ZTE1 ZTE1 ZTE2
ZTE2 ZTE1 ZTE2 ZTE1
293 .3
Z0d Z0a 0.629 Z0d Z0a
入射波
场解 (TE10mode)
Ei
aˆ y Ei0
sin
x
a
e
j1z
Hi
aˆx
Ei 0 ZTE1
sin x
a
e j1z
ZTE
k
反射波
Er
aˆ y Er0
sin
x
a
e j1z
Hr
aˆx
Er 0 ZTE1
sin x e j1z
(V,I, Z ) 0
(E, H, Z)
阻抗总结
－本征阻抗（仅与媒质材料参量有关）
Z w
E t
H
1 Y
－波阻抗（特定波型的一种特性）
t
w
Z 0
1 Y
L C
－特征阻抗（传输线上行波电压与电流的比值）
0
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例题4.2 波导阻抗的应用
Ex: 矩形波导管 a 3.485cm , b 1.580cm (C band guide)
4.1 阻抗和等效电压与电流
4.1.1 等效电压与电流 +导线相对-导线的电压V为：
导线间横向场具有静态电场性质，电压惟一。
+导线上的电流为：
行波的特征阻抗Z0为：
任意双导线TEM传输线
明确了电压电流和特征阻抗后，认为线的传播常数已知，即可应用 第2章中的传输线电路理论，用电路单元表征该TEM传输线。
Microwave Technique
考虑高次模时波导中的通解
其中， 和 是第n个模式的等效电压和等效电流，而 和 是每一模 式的比例常数。
例题4.1 矩形波导的等效电压和电流 － P141自学！
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4.1.2 阻抗概念
利用已知的电路分析方法取代解Maxwell方程式。
微波网络分类
单口网络 双口网络 多口网络
负载，振荡器… 滤波器、放大器、衰减器、隔离器… 混频器、功分器、环行器、合成器…
微波网络主要特点
必须指定工作波型；（规定只有单一主模） 必须规定端口的参考面。（参考面外只传主模）
Microwave Technique
微波网络特征量
设媒质为各向同性的线性媒质（ε、μ、σ为标量）
Microwave Technique
TE10模波hnique
宽壁（上下板）之间的电压：
x=0和x=a/2时积分完全不同！
？
不存在“正确的”电压。
也不存在“正确的”电流和阻抗。
如何定义出能用于非TEM线的 电压、电流和阻抗？
通常的做法
对一个特定的波导模式来定义电压和电流，并且如此定义的 电压正比于横向电场，而电流正比于横向磁场。