微波网络第6章-1

第6章 微波网络基础
微波网络的分类 （1）线性网络和非线性网络 构成网络的内部介质是否为线性介质。 （2）可逆网络与非可逆网络 构成网络的内部介质是否为各向同性介质。 （3）无耗网络与有耗网络 构成网络的内部介质是否为有耗介质。
（4）对称网络与非对称网络 构成网络的内部介质、元件是具有对称性（类型、个数、型 号均对称）
微波系统组成 负载2
接收机
微波滤 波器
微波分配 器、分
支、接头
负载1
监控中心
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微波系统组成 （1）均匀部分 ----微波传输线： 双导体传输线/金属波波导传输线 （2）非均匀部分 ----微波元件：微波的分支、接头、谐振器、滤波器等
低频电路网络理论：
对于复杂电路的外特性（U、I ）的研究，可将该复杂电
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。
但正如我们在第5章知道，微波网络端口的等效模式电 压、电流却存在着不确定性（与具体模式m、n有关），这 是由于选取传输线等效特性阻抗不同的缘故。故此，在端口 处的传输线一定要有相应的等效特性阻抗，并加以注明。
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6.3 微波元件等效为微波网络的原理
等效依据：把微波系统中的不均匀性(称为微波结)等效 为网络是交变电磁场中的能量守恒定律。
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(2)求UMS(z)、 IMS (z)
UMS (z)
b
Ey (x, y, z) dy
0
0
-
b
jEym
sin(
π a
x)e j
z
dy
jbEym
e j（z x= a ） 2
a
IMS (z)= Hx (x, y, z) dx 0
a 0
jH xm
sin(
π a
x)e j
z
dx=j 2a π
H xm
e j z
(3)验证原则二、原则三 UMS (z) == b
IMS (z) 2 a
1(
)2
ZTE10 e
2a
1 2 U MS
I
* MS
=
4
abEy2m
480
1 ( )2 P(z)
2a
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4、归一化模式电压、模式电流
UMS UMS Z0 IMS =IMS Z0
3. 波导的模式电压、模式电流
(2)求UMS(z)、 IMS (z)
由 TE10模式：
Hx (x, y, z)
π jH x0 sin( a
x)e j z
H
z
(x,
y,
z)
Hz0
cos(
π a
x)e j
z
Ey
(x,
y,
z)
-
jEy0
sin( π a
x)e j z
Hy (x, y, z) Ex (x, y, z) Ez (x, y, z) 0
路等效为一个网络进行研究，不影响电路系统的整体功 能。
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微波网络理论的关键：
（1）波导等效为双线（U、I），
（2）微波元件(不均匀区)等效为微波网络， 网络的外特性可用一组网络参量来表示，如图6-1-1所示， 这就如同低频网络那样。
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图6-1-1 不连续性等效为网络
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6.2 波导传输线与双线传输线的等效
1. 波导与长线
波导
长线
相位常数： =
特性阻抗：Z0
传输功率：P(z)= 1 U I* 2
相位常数： =
特性阻抗：ZTE10
e
=
b a
传输功率：
1 ( )2
2a
P(z)= abEy2m 1 ( )2
480
2a
沿线电流、电压：U(z)、I(z) 沿线电流、电压：？？？
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2. 处理方法：求同存异
长线
波导
相位常数：
相位常数： =
=
特性阻抗：Z0
特性阻抗：ZTE10
e
=
b a
1 ( )2
传输功率：P(z)= 1 U I* 2
传输功率：
2a
P(z)= abEy2m 1 ( )2
沿线电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电压：U(z)、I(z)
480
2a
沿线电流、电压：？？？
假定有一个如图6-3-1所示，由良导体围成具有n个端口 的微波结，T1，T2，…， Tn为各个端口的参考面，作一个 封闭的曲面S包围此微波结，曲面在端口处与参考面重合。 在参考面处只存在主模场，不存在高次模场。
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图6-3-1 n端口微波结
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参考面的选取原则： （1）参考面垂直传输线的纵向（即电磁波的传播方向） （2）参考面尽可能原理非均匀局域（不均匀区域的反射、 叠加会产生高次模） 微波元件即可等效为微波网络。
第6章 微波网络基础
第6章 微波网络基础
6.1 引言 6.2 波导传输线与双线传输线的等效 6.3 微波元件等效为微波网络的原理 6.4 二端口微波网络参量 6.5 基本电路单元的参量矩阵 6.6 微波网络的工作特性参量
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6.1 引 言
微波网络理论：将电磁场理论与低频电路理论相结合，用 于分析微波系统的方法。
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3. 波导的模式电压、模式电流
(1)建模原则 原则一：UMS(z)正比于横向电场 IMS (z)正比于横向磁场
原则二：UMS (z) IMS (z)
=ZTE10
e
=
b a
原则三：
1 ( )2
2a
1 2
U
MS
I
* MS
P(z)= abEy2m
480
1 ( )2
2a
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重要关系式：
U Ui +Ur I =Ii +Ir
Ui Ui Z0 Ii =Ii Z0
，
Ur Ur
Z0
Ir =Ir Z0
Ui =Ii ， Ur = - Ir
Zin
Zin Z0
U I
=
1+(z) 1 (z)
= Ur = Ur Ui Ui
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5. 微波网络各端口传输线为单模传输线
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导波系统
Z e1
e1
Z e2
e2
. . .
Z eN
eN
图2 多模传输时等效为一个多端口网络
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6. 各端口传输线有相应的等效特性阻抗
为了用网络理论分析微波系统，应将系统中的不均匀区 域等效为网络，均匀传输线等效为平行双线。
在微波网络中，通过网络端口的能量是由端口横截面 上的横向电场和横向磁场唯一确定的。