第九章 微波网络基础
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微波网络分析
根据网络规模和业务需求，选择合适的微波设备，如收发信机、调 制解调器等，并合理配置设备参数。
信道配置与优化
根据传输需求和链路质量，合理配置信道带宽、调制解调方式等参 数，以提高传输性能。
微波网络的性能优化
信号质量监测
定期对微波信号质量进行监测，及时发现和解决信号干扰、失真 等问题。
链路性能优化
根据链路质量实时调整设备参数，如功率、频率等，以提高链路 传输性能。
未来微波网络的发展方向主要包括高频率、高速传输、小 型化和集成化等。这些技术的发展将进一步提高微波网络 的传输速度和容量，满足不断增长的信息传输需求。
要点二
详细描述
随着通信技术的发展，微波网络的传输频率和速度不断提 升。未来，高频率、高速传输技术将成为微波网络的重要 发展方向。同时，随着集成电路技术和微电子机械系统的 发展，微波网络将向着小型化和集成化的方向发展。这将 有助于减小微波器件的体积和重量，降低成本和功耗，提 高微波网络的可靠性和稳定性。
详细描述
新型微波材料在微波网络中的应用，可以改善传统材料的局限性，提高微波器件的性能。例如，碳纳 米管和石墨烯等新型材料具有高导电性和轻质特性，能够减小微波器件的体积和重量，同时提高其稳 定性和可靠性。
微波网络与人工智能的结合
总结词
随着人工智能技术的不断发展，微波网 络与人工智能的结合成为一种新的发展 趋势。这种结合可以实现微波网络的智 能化和自适应化，提高网络的传输效率 和可靠性。
01
03 02
常用微波网络分析软件介绍
提供多种接口和附件，方便与其他设备连接。
可进行多端口测量和分析。
微波网络分析软件的应用案例
案例一
某通信设备制造商使用微波网络分析软件对新型微波通信设备进行测试，以确 保其性能符合规格要求。通过软件的高精度测量和自动化测试功能，大大提高 了测试效率和准确性。
信道配置与优化
根据传输需求和链路质量，合理配置信道带宽、调制解调方式等参 数，以提高传输性能。
微波网络的性能优化
信号质量监测
定期对微波信号质量进行监测，及时发现和解决信号干扰、失真 等问题。
链路性能优化
根据链路质量实时调整设备参数，如功率、频率等，以提高链路 传输性能。
未来微波网络的发展方向主要包括高频率、高速传输、小 型化和集成化等。这些技术的发展将进一步提高微波网络 的传输速度和容量，满足不断增长的信息传输需求。
要点二
详细描述
随着通信技术的发展，微波网络的传输频率和速度不断提 升。未来，高频率、高速传输技术将成为微波网络的重要 发展方向。同时，随着集成电路技术和微电子机械系统的 发展，微波网络将向着小型化和集成化的方向发展。这将 有助于减小微波器件的体积和重量，降低成本和功耗，提 高微波网络的可靠性和稳定性。
详细描述
新型微波材料在微波网络中的应用，可以改善传统材料的局限性，提高微波器件的性能。例如，碳纳 米管和石墨烯等新型材料具有高导电性和轻质特性，能够减小微波器件的体积和重量，同时提高其稳 定性和可靠性。
微波网络与人工智能的结合
总结词
随着人工智能技术的不断发展，微波网 络与人工智能的结合成为一种新的发展 趋势。这种结合可以实现微波网络的智 能化和自适应化，提高网络的传输效率 和可靠性。
01
03 02
常用微波网络分析软件介绍
提供多种接口和附件，方便与其他设备连接。
可进行多端口测量和分析。
微波网络分析软件的应用案例
案例一
某通信设备制造商使用微波网络分析软件对新型微波通信设备进行测试，以确 保其性能符合规格要求。通过软件的高精度测量和自动化测试功能，大大提高 了测试效率和准确性。
微波网络_9_单端口网络综合
X (ω ) 为 ω 的单调增函数； X (ω ) 是 ω 的奇数，即 X (− ω ) = − X (ω ) ；
X 的零、极点交替出现；
X (ω ) 的零极点必定关于原点对称出现。
从物理上看，电抗函数或者是电感性或者是电容性，这样 X (ω ) 的分子或分母中必然有个因子 ω ，
它由 ω = 0 是 X (ω ) 的零点还是极点来决定。 当 ω = 0 ， X = 0 时 ω 位于分子上， 当 ω = 0 ，X = ∞ 时
)( )(
) ( ) (
)
)
(9-16)
当 ω = 0 ， X = −∞ ； ω = ∞ ， X = 0
从(9-11)可以解得电流为
1 sC ij
(9-12)
I i (s ) = ∑ (∆ ji (s ) ∆(s ))V j (s )
N j =1
(9-13)
式中，∆ (s ) 为(9-11)的系数行列式，∆ ji (s ) 是元素 Z ji (s ) 的代数余子式。∆ (s ) ，∆ ji (s ) 均为 s 的多项式， 且为实系数多项式。它们之比为一实系数的 s 有理函数。 对于单端口网络，工作特性参量主要是其输入阻抗，在(9-11)中由于只有一个端口， i = j = 1 ，所 以，输入阻抗为
2 ) s (s − j 2ω 0 )(s + j 2ω 0 ) s (s 2 + 4ω 0 = 2 2 (s − jω 0 )(s + jω 0 ) s + ω0
Z in (s ) =
验证 Z in (s ) 是否为正实函数。当 s 为实数时， Z in (s ) 显然为实数；当 Re(s ) ≥ 0 时 Re[Z in (s )] ≥ 0 ， 因此 Z in (s ) 是可以用物理结构实现的。其次，用一定的数学方法综合出具体的电路结构来。综合的方法 很多。最常用的是连分式法，即用碾转相除法，把 Z in (s ) 化为连分式，从而画出梯形电路图。
微波网络基础(1)
tgδ = G0 ωC 0
反射系数与输入阻抗
传输线某一点的输入阻抗 Z in (z ) 和该点的反射系数ρ ( z ) 之间的关 系
1 + ρ (z ) V (z ) Z in (z ) = = Zc ⋅ 1 − ρ (z ) I (z )
−
Z = Rc 无耗时， 纯电阻） 无耗时，传输线阻抗 c （纯电阻）
引
传输线的基本理论 史密斯圆图 微波网络
言
传输线基本理论
均匀长线及其等效电路
R
L
G
C
传输线方程
dz段的等效电路 段的等效电路
R0 dz L0 dz G0 dz C0 dz
传输线方程
dU ( z ) = − ZI ( z ) dz dI ( z ) = −YU ( z ) dz
其中： 其中： Z = R0 + jωL0
+ X (B)
0(0.5λ )
导纳圆图: 导纳圆图 1.短路点 短路点C(-1,0) 短路点 2.开路点 开路点A(1,0) 开路点 3.匹配点 匹配点B(0,0) 匹配点
A
B
C
0.25λ
传向负载 的波长
− X (B)
史密斯圆图的简单用法(1) 史密斯圆图的简单用法(1)
反射系数 ρ ( z ) 的计算
Y = G0 + jωC0
传输线方程的解
传输线方程的解： 传输线方程的解：
U ( z ) = A1e −γz + A2 eγz I (z ) = 1 A1e −γz − A2 eγz Z0
(
)
(特征阻抗) (传播常数)
式中： 式中：
Z0 = R0 + jωL0 G0 + jωC0 γ = (R0 + jωL0 ) ⋅ (G0 + jωC0 )
反射系数与输入阻抗
传输线某一点的输入阻抗 Z in (z ) 和该点的反射系数ρ ( z ) 之间的关 系
1 + ρ (z ) V (z ) Z in (z ) = = Zc ⋅ 1 − ρ (z ) I (z )
−
Z = Rc 无耗时， 纯电阻） 无耗时，传输线阻抗 c （纯电阻）
引
传输线的基本理论 史密斯圆图 微波网络
言
传输线基本理论
均匀长线及其等效电路
R
L
G
C
传输线方程
dz段的等效电路 段的等效电路
R0 dz L0 dz G0 dz C0 dz
传输线方程
dU ( z ) = − ZI ( z ) dz dI ( z ) = −YU ( z ) dz
其中： 其中： Z = R0 + jωL0
+ X (B)
0(0.5λ )
导纳圆图: 导纳圆图 1.短路点 短路点C(-1,0) 短路点 2.开路点 开路点A(1,0) 开路点 3.匹配点 匹配点B(0,0) 匹配点
A
B
C
0.25λ
传向负载 的波长
− X (B)
史密斯圆图的简单用法(1) 史密斯圆图的简单用法(1)
反射系数 ρ ( z ) 的计算
Y = G0 + jωC0
传输线方程的解
传输线方程的解： 传输线方程的解：
U ( z ) = A1e −γz + A2 eγz I (z ) = 1 A1e −γz − A2 eγz Z0
(
)
(特征阻抗) (传播常数)
式中： 式中：
Z0 = R0 + jωL0 G0 + jωC0 γ = (R0 + jωL0 ) ⋅ (G0 + jωC0 )
微波网络理论
02
月球探测与火星探 测
微波网络用于月球和火星探测中 的信号传输，确保科学数据和图 像的准确获取和传输。
03
天文观测与射电望 远镜
微波网络用于射电望远镜的数据 传输，实现天文观测数据的快速 处理和分析。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
差错控制技术
通过采用差错控制编码、自 动重传等技术降低数据传输 过程中的误码率，提高数据
传输的可靠性。
动态路由选择
根据网络状态动态选择最佳 路由，避免因某一条线路故 障导致整个通信链路中断的 情况发生。
05
微波网络的发展趋势与 挑战
微波网络的发展趋势
5G及未来通信技术
随着5G和未来通信技术的快速发展，微波网络将面临更高的频谱 需求和更复杂的环境挑战。
云计算和大数据应用
云计算和大数据技术的广泛应用将推动微波网络在数据传输和处理 方面的性能提升。
智能化和自动化
微波网络的智能化和自动化技术将进一步提高网络的运行效率和可 靠性。
微波网络面临的挑战
高频谱资源紧张
随着通信技术的发展，微波频谱资源变得越来越紧张，如 何高效利用频谱资源是微波网络面临的重要挑战。
网状组网
节点之间相互连接，形成网状拓扑结构。这种组网方式具有较高的灵活性和可扩展性，适 用于节点数量较多、通信需求量较大的场景。
环型组网
节点按照一定的方向连接成环型拓扑结构。这种组网方式具有较高的可靠性和稳定性，适 用于对通信可靠性要求较高的场景。
微波网络的调制解调技术
调频（FM）调制
通过改变载波的频率来传递信息。调频调制具有抗干扰能力强、能够传输数字信号等优 点，但带宽利用率较低。
气象观测与预报
2.1微波网络基础
传输线上的功率为
1 Ui 1 Ur PL = Pi − Pr = − 2 Z0 2 Z0
2 2
1 ɶ 2 1 ɶ 2 1 2 1 2 = Ui − U r = a − b 2 2 2 2
即
1 ɶ 2 Pi = Ui = 2 1 ɶ 2 Pr = Ur = 2
1 2 a 2 1 2 b 2
1 2
归一化电压、电流的量纲为(W ) 归一化电压、
ɶ ɶ ɶ U ( z ) = Ui ( z ) + Ur ( z ) = a + b ɶ ɶ ɶ I ( z ) = U ( z ) −U ( z ) = a − b
i r
即传输线上任一点的归一化电压、 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（ 表示） 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。 波电压（ 表示）确定。
例如：对矩形波导中TE10模式: 例如：对矩形波导中TE10模式: TE10模式
放置电容模片
等效电路
放置电感模片
等效电路
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 由上述分析可知 ， 来等效。这样， 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、 其端口波导数等效为一端口、二端口、或多端口微 波网络。 波网络。
（ 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 相似 ， 功率流。 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。 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。 此微波传输线的波阻抗，或归一化为1
微波网络基础
微波网络基础低频电路中，线路的尺寸与工作波长相比很小，从麦克斯韦方程组可推出在两根或多根导线周围存在的电磁场所满足的准静态解，进而引入电路理论中的基尔霍夫电压和电流定律，以及阻抗的概念等等。
低频电路技术一般来说不能直接应用于微波电路。
为了用电路这种简单而直观的概念来分析微波问题，需要把电路理论中电路和网络的概念加以推广，构建出微波电路和系统的等效电路模型和分析方法，即微波网络方法。
微波网络分析的基本过程：首先用场分析和麦克斯韦方程组处理一些基础性的标准问题，包括各种规则导行系统的等效电路，以及导行系统接头过渡的不连续性的等效电路，从而建立起等效微波网络。
定义描述微波网络工作特性的各种微波网络参数，并用于微波网络的分析。
对于TEM 导行系统（如同轴线、带状线），有明确的电压和电流的概念。
正导体相对于负导体的电压为:⎰-+⋅=l d E U，积分路径从正导体到负导体，由于两根导体之间的横向场具有静电场的性质，上式定义的电压是唯一的，且与积分路径的形状无关。
由安培定律可得在正导体上的总电流为：⎰+⋅=C l d H I，其中+C 积分回路为包围正导体的任意闭合路径。
对于非TEM 导行系统（如波导），可定义等效电压、等效电流和等效阻抗的概念，通常考虑如下思路：● 电压和电流仅对特定的波导模式定义，且定义电压与横向电场成正比，电流与横向磁场成正比。
● 为了按类似于电路理论中的电压和电流的方式使用，等效电压和等效电流的乘积应当等于该模式的功率流。
● 单一行波的电压和电流之比应等于该传输线的特性阻抗。
例题：求矩形波导TE 10模的等效电压和电流。
矩形波导TE 10模的横向场分量和功率流，以及TE 10模的等效传输线模型分别列在下表中由入射功率相等可得：*+++--++--++*++++==⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫======21210221102214214C C A Z A ab P A I A I C AU A U C I U Z Aab P TE TE ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫===*21221021100212110abZ C ab C Z Z C C C C Z ab TE TE TE 所以等效电压和电流为：zj z j e A ab e A ab U ββ--++=22 zj TE z j TE e A ab Z e A ab Z I ββ--+-=21211010 电压和电流写成入射波和反射波之和：)()()(z U z U z U r i +=)]()([1)()()(0z U z U Z z I z I z I r i r i -=+= 归一化电压：0)()(~Z z U z U i i =（归一化入射波电压），0)()(~Z z U z U r r =（归一化反射波电压） 所以：)](~)(~[)(0z U z U Z z U r i +=， )](~)(~[1)(0z U z U Z z I r i -=)]()([21)()(~000z I Z Z z U Z z U z U i i +==，)]()([21)()(~000z I Z Z z U Z z U z U r r -== 反射系数：)()()()]()([21)]()([21)()()()()(~)(~00000z Z z Z Z z Z z I Z Z z U z I Z Z z U z U z U Z z U Z z U z U z U i i i i r i r i r Γ=+-=+-=== 传输的平均功率：[]⎪⎭⎫ ⎝⎛-==*22)(~)(~21)()(Re 21z U z U z I z U P r i L研究微波网络需先确定网络的参考面，随参考面选取不同，网络参数也随之改变。
《微波网络基础》课件
移动通信中的微波网络需要解 决信号干扰和多径衰落等问题 ，以保证通信质量和稳定性。
物联网中的微波网络
1
物联网中的微波网络主要用于实现物体之间的信 息交换和远程控制，具有广泛的应用前景。
2
物联网中的微波网络通常采用低功耗、低成本的 微波模块，以实现无线数据传输和控制。
3
物联网中的微波网络需要解决信号传输过程中的 能量效率和可靠性等问题，以保证物体之间的有 效通信。
高效性原则
优化微波网络系统的性能参数，提高数据传 输效率。
扩展性原则
设计时应考虑未来发展需求，方便系统升级 和扩容。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，尽可能降低建设 和运营成本。
微波网络的系统组成
发射机
负责将信号从微波网络发送出去。
馈线
连接发射机和接收机的传输线。
接收机
负责接收微波网络传送的信号。
3
集成工艺
将多个微波元件集成在一个芯片上，实现微波系 统的微型化。
微波网络的测试技术
测试设备
包括信号源、频谱分析仪、功率计、网络分析仪等，用于测试微波元件的性能 参数。
测试方法
根据不同的元件和性能参数，选择合适的测试方法，如电压驻波比测试、插入 损耗测试等。
05
微波网络的应用实 例
卫星通信中的微波网络
微波网络的应用领域
广播电视传输
微波网络广泛应用于广播电视节目的传输，如卫 星电视、地面无线电视等。
电信通信
微波网络在电信通信领域中用于构建移动通信网 络、宽带接入网络等。
军事通信
由于微波网络具有较好的抗干扰能力和保密性， 因此在军事通信领域中也有广泛应用。
微波网络的发展趋势
第九章微波网络基础
S11S22
• 理解：由于任意端口看进去的网络结构相同，所以
每个端口的反射系数都相同。
• 举例：几何结构、媒质参数都对称的网络。
第九章微波网络基础
3、无耗网络： • 定义：网络内部无耗能媒质，如吸波材料、高阻 衰减材料等。
• 性质： SS I S (ST)* I为单位矩阵
S112S212 1 S222S122 1
归一化转移矩阵第九章微波网络基础
1A 2
2、级联双端口网络的转移矩阵：
I1
I2
I3
U1
网络1
A1
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
b2
（u1、u2）、电流（i1、i2） 的关系入手来求解S参数。
• 求出u、i的相互关系，再根据u、i与a、b的下列关系式 来推导a、b 之间的关系，也就是S参数。
u1a1b1 i1a1b1
u2a2b2 i2a2b2
• 注意，应在求S参数的条件下求u、i的关系，即：
求端口2匹配时的u、i关系，再推出S11、S21； 求端口1匹配时的u、i第关九系章微，波网再络基推础 出S22、S12；
• 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。
第九章微波网络基础
二、微波网络的分析模型：
• 理解：由于任意端口看进去的网络结构相同，所以
每个端口的反射系数都相同。
• 举例：几何结构、媒质参数都对称的网络。
第九章微波网络基础
3、无耗网络： • 定义：网络内部无耗能媒质，如吸波材料、高阻 衰减材料等。
• 性质： SS I S (ST)* I为单位矩阵
S112S212 1 S222S122 1
归一化转移矩阵第九章微波网络基础
1A 2
2、级联双端口网络的转移矩阵：
I1
I2
I3
U1
网络1
A1
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
b2
（u1、u2）、电流（i1、i2） 的关系入手来求解S参数。
• 求出u、i的相互关系，再根据u、i与a、b的下列关系式 来推导a、b 之间的关系，也就是S参数。
u1a1b1 i1a1b1
u2a2b2 i2a2b2
• 注意，应在求S参数的条件下求u、i的关系，即：
求端口2匹配时的u、i关系，再推出S11、S21； 求端口1匹配时的u、i第关九系章微，波网再络基推础 出S22、S12；
• 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。
第九章微波网络基础
二、微波网络的分析模型：
微波网络讲义（第九章西电褚庆昕）
第9讲传输线谐振器及其等效电路传输线谐振器将一段传输线一端短路、开路、接电容或电感所构成的谐振电路由于传输线谐振器可以看成两端加载的一段传输线，所以用网络方法分析其谐振特性更为方便。
实际应用的谐振器不可能是孤立的，一定具有输入、输出装置与外电路耦合。
我们可以应用网络的方法将耦合谐振器分解成耦合结构和谐振器本身两部分，分别进行研究，并用分布电路或集中电路等效之，然后用电路方法分析，使问题大大简化。
9.1集中谐振电路为了能够得到传输线谐振器的集中等效电路，我们首先讨论图9-1所示的串联和并联谐振电路的特性。
(a) 串联谐振电路 (b) 并联谐振电路图9-1串联与并联谐振电路Cin Yin Z对于图9-1(a)所示的串联谐振电路，输入阻抗为1)1(000⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-+=+=ωωωωωωjQ R C L j R jX R Z in (9-1)式中，LC10＝ω，CR RL Q 0001ωω=＝。
输入功率为)(221212*e m loss in in W W j P I Z VI P -+===ω(9-2)式中，CIW L I W R I P e m loss 22221414121ω===，，分别称为谐振电路中的损耗功率、储存在电感中的平均磁场能量和储存在电容中的平均电场能量。
于是，输入阻抗可以表示为2/)(22I W W j P Z e m loss in -+=ω (9-3)上式与用Poynting 定理导出的单端口网络的输入阻抗公式一样。
当e m W W =时电路谐振，0ωω=，可见0ω为谐振角频率。
谐振电路的品质因数（Q 值）为00021Q P W W Q loss e m ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=+=ωωωωω(9-4) 因此，0Q 为谐振电路谐振时的Q 值。
Q 值与谐振电路储能成正比，与耗能成反比关系。
在谐振频率附近，因为ωωωωωωωωωωω∆≈∆∆-=-+=-2)2())((00202式中，0ωωω-∆＝为角频率增量。
《微波网络基础》PPT课件
S
• (3)电压与电流之比等于选定的等效阻抗值。 假设所选定等效阻抗为Ze, 则有
精选PPT
13
h e
Ze
Ht Et
• 当模式横向场Et、 Ht已知时，可以求出e, h, 从而也就定出V、I。
精选PPT
14
• 以矩形波导H10波为例
•令
Et
ayEy
ay
a H0
sin
a
xejz
Ht
axHx
ax
– 电压与电流； Ze(V)IV/I2b aZWH
– 电流与功率； Ze(IP )P/I24b aZWH
– 电压与功率；
Ze(V)PV2/Pb aZWH
精选PPT
18
• 由上述可见，在三种等效阻抗定义下， 算出的等效阻抗绝对值各不相同，但只 差一个常数。在微波技术中，通常只用 阻抗相对值，因此在三种等效阻抗表示 式中，可只留下与截面尺寸有关的部分， 作为公认的等效阻抗表达式，即
– 对无耗网络， S具有么正性(酉正性)，即
ST I
– 当网络对称时，有
Sii S（ij 全对称）
Sik
S
（部分对称）
jk
精选PPT
52
传输矩阵(T矩阵)
• 当网络输出端口的场量a2和b2已知，欲 求输入端口的场量a1、 b1时，用T作变 换矩阵最为方便，即
a1 b1
TT1211
T12b2 T22a2
精选PPT
24
•但
E teV H thI
• 代入 Ht /z 和 Et /z 得
V z
j
Ze ZWH
I
Z1I
I
z j Ze V Y1V
电报 方程
• (3)电压与电流之比等于选定的等效阻抗值。 假设所选定等效阻抗为Ze, 则有
精选PPT
13
h e
Ze
Ht Et
• 当模式横向场Et、 Ht已知时，可以求出e, h, 从而也就定出V、I。
精选PPT
14
• 以矩形波导H10波为例
•令
Et
ayEy
ay
a H0
sin
a
xejz
Ht
axHx
ax
– 电压与电流； Ze(V)IV/I2b aZWH
– 电流与功率； Ze(IP )P/I24b aZWH
– 电压与功率；
Ze(V)PV2/Pb aZWH
精选PPT
18
• 由上述可见，在三种等效阻抗定义下， 算出的等效阻抗绝对值各不相同，但只 差一个常数。在微波技术中，通常只用 阻抗相对值，因此在三种等效阻抗表示 式中，可只留下与截面尺寸有关的部分， 作为公认的等效阻抗表达式，即
– 对无耗网络， S具有么正性(酉正性)，即
ST I
– 当网络对称时，有
Sii S（ij 全对称）
Sik
S
（部分对称）
jk
精选PPT
52
传输矩阵(T矩阵)
• 当网络输出端口的场量a2和b2已知，欲 求输入端口的场量a1、 b1时，用T作变 换矩阵最为方便，即
a1 b1
TT1211
T12b2 T22a2
精选PPT
24
•但
E teV H thI
• 代入 Ht /z 和 Et /z 得
V z
j
Ze ZWH
I
Z1I
I
z j Ze V Y1V
电报 方程
微波技术微波网络基础
[S ]=
犏 犏S21 犏 犏M
S22
O
M M
犏 犏 臌SN 1 L L SNN
或用矩阵的形式来表示 b [S][a]
N
å 式中 bi = Sijaj = Si1a1 + Si2a2 + L + Sija j + L + SiNaN
j= 1
N
å bi = Sija j = Si1a1 + Si2a2 + L + Sija j + L + SiNaN
j= 1
ak
散射矩阵元素的定义为：i≠j
Sij =
bi aj
ak = 0,k? j
对于 ak=0, 指对于端 口的入射波为零，则 要求k端口： 1)无源； 2)无反射；
Zk=Z0k
b1
Z01 Z01
b2
Z02
Z02
bi Z0i
Z0i
Z0k
bk
1 Z0k
bN Z0N
Z0N
N端 口 网 络
aj
Z0j
Sij
导纳矩阵亦为虚数矩阵。
§5.1 微波网络的散射矩阵
由于在微波频段： （1）电压和电流已失去明确的物理意义，难以直
接测量； （2）由于开路条件和短路条件在高频的情况下难
以实现，故Z参数和Y参数也难以测量。
引入散射参数，简称 S 参数。
普通散射参数 广义散射参数
行波散射参数：物理 内涵是以特性阻抗Z0 匹配为核心，它在测 量技术上的外在表现 形态是电压驻波比
Pi+
=
1 2
ai
2=
1 2
V+ 2 Z0i
Pi-
微波网络基础
1 2
U~i z 2
Pr
1 2
Re[U~r zI~rz]
1 2
U~r z 2
传输的有功功率为
P
Pi
Pr
1 2
U~i
z
2
1
2
10
6.2 微波元件的等效网络
6.2.1 微波网络参考面的选择
1.参考面的位置尽量远离不连续性区域 2.参考面必须与传输方向相垂直
对于单模 传输情况 来说,微波 网络的外 接传输线 的路数与 参考面的 数目相等
5
6.1.1 导波系统等效为双线传输线
P
1
Re
E H * dS
2
S
E Et ez Ez
H
Ht
ez H z
P
1
Re
2
S
Et Ht*
dS
1
Et (u,v, z) et (u,v) U (z)
Ht (u,v, z) ht (u, v) I (z)
P
11
6.2.2 微波元件等效为微波网络的原理 唯一性定理：
如果一个封闭曲面上的切向电场(或切向磁场)给定,或者一部 分封闭面上给定切向电场,另一部分封闭面上给定切向磁场, 那么这个封闭面内的电磁场就被唯一确定 如果参考面上的电压给定，则参考面上的模式电流也被确定
12
叠加原理：
对于n端口线性网络,如果各个参考面上都有电流作用时, 应用叠加原理,则任意参考面上的电压为各个参考面上的 电流单独作用时在该参考面上引起的电压响应之和
在微波传输的过程中，需要应用许多微波元器件 分析微波元器件的方法
电磁场分析法
利用麦克斯韦方程组 和边界条件求出元件 中场分布，在求其传 输特性，由于边界条 件复杂，因此一般求 解非常困难
《微波网络分析》课件
在设计微波网络时，需要综合考虑增益和功率容量，以确保网络的性能和 稳定性。
04
微波网络的测量技术
微波信号发生器
信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备，主要用于微波网络的测 量和调试。
微波信号发生器的主要性能指标包括频率范围、输出功率、频率稳定度、输出波形失真度等 。
常见的微波信号发生器有晶体管信号发生器和合成信号发生器，其中合成信号发生器具有频 率范围宽、频率稳定度高、输出波形失真度小等优点，广泛应用于微波网络的测量和调试。
人工智能技术在微波网络中的应用包括深度学习、神经网络、模式识别等技术， 可以实现对微波信号的智能识别、分类和预测，提高微波网络的智能化水平。同 时，人工智能技术还可以用于微波网络的优化设计，提高网络性能和传输效率。
THANKS
《微波网络分析》PPT课件
$number {01}
目录
• 微波网络概述 • 微波网络的基本元件 • 微波网络的性能参数 • 微波网络的测量技术 • 微波网络的实际应用 • 微波网络的发展前景
01
微波网络概述
微波网络的定义与特点
总结词
微波网络是指利用微波频段的电磁波进行信息传输和处理的 一种网络技术，具有高速、宽带、灵活和抗干扰等特点。
微波信号分析仪
微波信号分析仪是一种用于测量和分析微波信号的仪器，具有测量精度高、测量速 度快、操作简便等优点。
微波信号分析仪的主要性能指标包括频率范围、动态范围、测量精度、测量速度等 。
常见的微波信号分析仪有频谱分析仪和矢量网络分析仪，其中矢量网络分析仪具有 测量精度高、测量速度快等优点，广泛应用于微波网络的测量和调试。
01
移动通信网络是微波网络的重要应用领域之一 。
04
微波网络的测量技术
微波信号发生器
信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备，主要用于微波网络的测 量和调试。
微波信号发生器的主要性能指标包括频率范围、输出功率、频率稳定度、输出波形失真度等 。
常见的微波信号发生器有晶体管信号发生器和合成信号发生器，其中合成信号发生器具有频 率范围宽、频率稳定度高、输出波形失真度小等优点，广泛应用于微波网络的测量和调试。
人工智能技术在微波网络中的应用包括深度学习、神经网络、模式识别等技术， 可以实现对微波信号的智能识别、分类和预测，提高微波网络的智能化水平。同 时，人工智能技术还可以用于微波网络的优化设计，提高网络性能和传输效率。
THANKS
《微波网络分析》PPT课件
$number {01}
目录
• 微波网络概述 • 微波网络的基本元件 • 微波网络的性能参数 • 微波网络的测量技术 • 微波网络的实际应用 • 微波网络的发展前景
01
微波网络概述
微波网络的定义与特点
总结词
微波网络是指利用微波频段的电磁波进行信息传输和处理的 一种网络技术，具有高速、宽带、灵活和抗干扰等特点。
微波信号分析仪
微波信号分析仪是一种用于测量和分析微波信号的仪器，具有测量精度高、测量速 度快、操作简便等优点。
微波信号分析仪的主要性能指标包括频率范围、动态范围、测量精度、测量速度等 。
常见的微波信号分析仪有频谱分析仪和矢量网络分析仪，其中矢量网络分析仪具有 测量精度高、测量速度快等优点，广泛应用于微波网络的测量和调试。
01
移动通信网络是微波网络的重要应用领域之一 。
微波技术与天线-微波网络的基本概念;微波元件等效为网络
微波系统：传输线 + 微波元件 微波网络：闭合曲面形成的一个确定空间，通过微波端口与
外界相连，构成微波网络。
N
疑问：为何引入网络，“场”不适用吗？
主模
入射波 反射波
主模
高次模
主模
透射波
(a)
入射波
N
反射波
(b)
透射波
说明：
1、参考面 2、U，I
3、N
入射波
N
反射波
透射波
分类方法
类型
按端口数量分 一口网络、二口网络、多口网络
横向场矢量=模式矢量函数 •模式电压（流）
P 1 2
S
Et Ht*
dS 1 U z I * z
2
s e h azds
P 1U zI*z
2
归一化条件
等效双线的特性阻抗
Z0
U z I z
ZTM ZTE
TM 波 TE波
归一化电压与电流 U I
U、I、e、h 不唯一？？
Et u1,u2,zU zeu1,kuU2zU z eu1,u2 =eu1,u2 k
1 2
PL U1
2
j
2 Wm We
1 2
U1
2
G
j
C
1
L
G
jB
若网络有耗， PL 0 ，则R＞0，G＞0 若网络无耗， PL 0 则R=G=0
若Wm We，则X=B=0 ，网络内部谐振 若Wm We，则X>0 ，网络参考面等效阻抗呈感性 若Wm We ，则X<0 ，网络参考面等效阻抗呈容性
Z Y 1 Y Z 1
各端口参考面上的U、I与网络内部电磁场能量间的关系：
P
外界相连，构成微波网络。
N
疑问：为何引入网络，“场”不适用吗？
主模
入射波 反射波
主模
高次模
主模
透射波
(a)
入射波
N
反射波
(b)
透射波
说明：
1、参考面 2、U，I
3、N
入射波
N
反射波
透射波
分类方法
类型
按端口数量分 一口网络、二口网络、多口网络
横向场矢量=模式矢量函数 •模式电压（流）
P 1 2
S
Et Ht*
dS 1 U z I * z
2
s e h azds
P 1U zI*z
2
归一化条件
等效双线的特性阻抗
Z0
U z I z
ZTM ZTE
TM 波 TE波
归一化电压与电流 U I
U、I、e、h 不唯一？？
Et u1,u2,zU zeu1,kuU2zU z eu1,u2 =eu1,u2 k
1 2
PL U1
2
j
2 Wm We
1 2
U1
2
G
j
C
1
L
G
jB
若网络有耗， PL 0 ，则R＞0，G＞0 若网络无耗， PL 0 则R=G=0
若Wm We，则X=B=0 ，网络内部谐振 若Wm We，则X>0 ，网络参考面等效阻抗呈感性 若Wm We ，则X<0 ，网络参考面等效阻抗呈容性
Z Y 1 Y Z 1
各端口参考面上的U、I与网络内部电磁场能量间的关系：
P
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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：
• 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
• 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”。
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
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
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
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。
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
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。
• 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
U2 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）
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。
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 )
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
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：
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
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：
• 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
• 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”。
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
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
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
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。
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
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。
• 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
U2 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）
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。
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 )
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
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：
网络2
U2 A2
U3
级联网络 A
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