第九章 微波网络基础

1
u2
T1
i1 i2
Y Y1211
Y Y1222uu12
T2
[i] [Y][u]
归一化YY21Y11ZZ0011Z02
导纳矩阵
Y12 Z01Z02 Y22Z02
六、双端口网络的转移参数：
1、转移参数和转移矩阵
一个端口的电压、电流
与另一个端口的电压、电流 具有线性关系。
U1
I1
Z01
(注意方向!) I2
• 单端口网络的
i
归一化阻抗参数： Z in u
1
T
网络
u Zini
Z in
Z in Z0
三、单端口网络的导纳参数：
I
Y in
U
Z0
网络
等效
I Y in U
T
I YinU
T 导纳参数
i
Y in
u
1
网络
i Yinu
Y in
Y in Y0
归一化导纳参数
四、双端口网络的阻抗参数：
1、阻抗参数和阻抗矩阵
第九章 微波网络
9.1 微波网络的基本概念
一、微波网络的定义：
• 低频电路网络：
由元器件（如电容、电感、电阻、晶体管...） 组成的电路系统。最简单的电路网络可能只包含 一个元器件。
• 微波网络：
由微波元器件（膜片、销钉、衰减器、E－T分 支、微波二极管、微波三极管…）组成的微波电 路系统。
最简单的微波网络可能只包含一个微波元器件。 即，任何一个微波元器件，或若干个微波元器件 组成的电路系统，都可以称为一个微波网络。
u1
i1
1
ik Ik Z0k
T1
网络
i2
2
u2
T2
u1Z1i11Z1i22
u2Z2i11Z2i22
u1 u2
Z11 Z21
Z Z1222ii12
[u] [Z] [i]
Z
归一化
阻抗矩阵
Z11 Z 01
Z 21 Z 01Z 02
Z12
Z 01Z 02
Z 22 Z 02
五、双端口网络的导纳参数：
• 微波网络对外部输送进来的信号所表现出来的功能， 或者说特性，称为网络的外特性。比如某网络对输入的 信号（即传输线中的导行电磁波）是衰减还是放大？是 使其相位延迟90度还是180度？哪个频带是通带、哪个 频带是阻带？等等。 • 微波网络的使用者只需要关心微波网络的外特性， 而不必知道网络内部的细节，把网络当作“黑箱”。
Z 0k
注意：任意端口的归一化参量都是对本端口的特性阻抗
进行归一化。
• 归一化的好处：
1、运算时数据比较简练；
2、归一化电压、归一化电流具有相同的量纲， 便于比较和运算；
3、由归一化值求原来的绝对数值只需进行相应
的反归一化运算；
Uk uk Z0k
Ik
ik Z 0k
Z0k1Z0kZ0k Z Z Zc0
每个端口的电压与所有
I1
I2
端口的电流都有关系，且为 线性关系。
U1
Z01 网络 Z02
U2
U 1Z 1I1 1Z 1I22
T1
T2
U 2Z 2I1 1Z 2I22
U U12Z Z1211
Z12I1 Z22I2
U Z I
阻抗矩阵（Z 矩阵）
2、归一化阻抗参数和阻抗矩阵
uk
Uk Z 0k
( k =1, 2 )
均为线性媒质，网络中无源），因此各端口的电压、电流之 间为线性关系。
二、单端口网络的阻抗参数：
Z in
U
I
Z0
网络
等效
Z in
U I
T UZinI
T
• 单端口网络的阻抗参数就是其端口处的输入阻抗。
• 终端元件（匹配负载、短路器、辐射终端）都是单 端口网络。匹配负载的阻抗参数应等于所接传输线的
特性阻抗，短路器的阻抗参数为纯电抗。
• 微波网络的外特性实际上体现为：网络各传输线端 口处的导行电磁波的相互关系。
• 若将传输线等效为平行双线，导行电磁波等效为电 压波和电流波，则“各传输线端口的导行电磁波的相 互关系”就等效为“各传输线端口的电压波、电流波 的相互关系”。
以双端口网络为例： 在两个端口都定义电压、电流。
I1
① U1
Z01 网络
I2
Z02
wk.baidu.comU2 ②
T1
T2
该网络的外特性由U1、U2、I1、I2的相互关系 来体现。
四、归一化参量：
• 第 k 个端口的归一化参量：
归一化电压： u k
Uk Z 0k
归一化电流： ik Ik Z0k
归一化特性阻抗：Z
归一化阻抗： Z
0
k
Z
Z0 Z0
（Z
k k
1
是传输线上出现的其他阻抗）
网络2
U2 A2
U3
级联网络 A
U1
I1
A1UI22
U2
I2
A2U I33
U I 1 1 A 1 A 2 U I 3 3 A 1 A 2 U I 3 3 A U I 3 3
二、微波网络的分析模型：
左图为任意微波元件。外表面S是
③
T3
任意曲面。体积V中是任意结构，填
充任意介质。
该微波元件以若干条均匀无耗传
S 元件
输线与外界连接，其类型可能相同
或不同。（左图中有波导、微带、
V ② T2 同轴线三种传输线）
T1
T1
① Z01
① 等效
③
Z03
T3
网络 Z02
在稍稍远离元件的位置，作传 输线的横截面，称为参考面，记为 Tk。在参考面处传输线中只有主模， 没有高次模。
1、导纳参数和导纳矩阵
每个端口的电流与所有
端口的电压都有关系，且为
线性关系。
U1
I1
Z01
I1Y 1U 11Y 1U 22
T1
I2Y 2U 11U 2U 22
网络
I2
Z02
U2
T2
II12Y Y1211
Y12U1 Y22U2
导纳矩阵（Y矩阵）
IYU
2、归一化的导纳参数和导纳矩阵 i1
u1
1
网络
i2
9.2 微波网络的阻抗参数、导纳参数和转移参数
一、定义：
• 阻抗参数（Z 参数） 任意网络端口的电压与所有端口的电流的关系系数。
• 导纳参数（Y参数） 任意网络端口的电流与所有端口的电压的关系系数。
• 转移参数（A参数） 一个端口的电压、电流与其他端口的电压、电流的
关系系数。
• 注意：本课只考虑线性、无源网络（即网络中所有媒质
网络 Z02
U2
U 1A 1U 12A 1I2 2 I1A 2U 12A 2I2 2
T1
U I11A A1211
A12U2
A22I2
转移矩阵（ A 矩阵 ）
T2
1A 2
iu11A A1211 A A1222iu22
归一化转移矩阵
1A 2
2、级联双端口网络的转移矩阵：
I1
I2
I3
U1
网络1
A1
T2 参考面确定之后，不再移动。
传输线上参考面所在的位置
② 称为该元件的端口，给以编号1、
2、3、4、…、k、…、n。
②
①
波导感性膜片
等效
T1
① Z0
T2
Z0 ②
网络
①
等效 T1
②
① Z01
网络
T2
Z02 ②
微带高、低阻抗线滤波器
①
等效
① T1
Z01
网络
②③
Z02
T2 ②
Z03
③ T3
三、微波网络的外特性及其体现方式：