微波电路与系统(等效电路)

微波技术原理第4章微波网络基础

若已知归一化阻抗矩阵，就可求出散射矩阵。反之，若知道散射矩阵，也可求出归一化阻抗矩阵。
7. 互易网络和无损网络的散射矩阵的性质
根据广义散射矩阵的定义得到：
(1) 互易网络的 [z]为对称矩阵，即 [z ]=[z ]T 。可见，互易网络的散射矩阵是对称矩阵 [S]=[S]T 。
(2) 无损网络各端口的总输入能量等于总输出能量。
第4章微波网络基础
微波系统中除了传输线外，还有各种各样的微波元件或接头等非均匀区域。因为这些非均匀区域的形状不规则，在其中的微波传输规律很复杂。因此，要想通过求解麦克斯韦方程组得出其中的传输规律是不可能的。
实际上，我们并不需要知道微波在其中的传输规律，而只需知道这些非均匀区与外电路连接的端口特性。所以通常将其等效为一个网络，称为微波网络。
微波网络的端口及其参考面举例
对于单模传输系统，微波网络的端口数 = 被等效区域与外电路的接口数目 = 参考面的数目。
§4.3 微波网络的端口特性参量
1. 阻抗矩阵和导纳矩阵
V
2
I-2
V+2 I+2
I-3 V-3 I+3 V+3
I+1
V+1
I-1
V-1
I-N
I+N
V-N
V+N
2. 微波网络的互易性
从无耗网络的各个端口输入的总能量为 0。
互易网络的阻抗矩阵是对称的，因此，既互易又
无耗的网络满足：
（实部为0）
这说明，互易无耗网络的阻抗矩阵元为纯电抗。
例1 求下图的两端口网络的Z参量
ZA
ZB
端口1，V1
ZC
V2，端口2
根据定义：

微波电路及设计的基础知识

微波电路及设计的基础知识1. 微波电路的基本常识2. 微波网络及网络参数3. Smith圆图4. 简单的匹配电路设计5. 微波电路的电脑辅助设计技术及常用的CAD软件6. 常用的微波部件及其主要技术指标7. 微波信道分系统的设计、计算和指标分配8. 测试及测试仪器9. 应用电路举例微波电路及其设计1.概述所谓微波电路，通常是指工作频段的波长在10m～1cm(即30MHz～30GHz)之间的电路。

此外，还有毫米波〔30～300GHz〕及亚毫米波〔150GHz～3000GHz〕等。

实际上，对于工作频率较高的电路，人们也经常称为“高频电路”或“射频〔RF〕电路”等等。

由于微波电路的工作频率较高，因此在材料、结构、电路的形式、元器件以及设计方法等方面，与一般的低频电路和数字电路相比，有很多不同之处和许多独特的地方。

作为一个独立的专业领域，微波电路技术无论是在理论上，还是在材料、工艺、元器件、以及设计技术等方面，都已经发展得非常成熟，并且应用领域越来越广泛。

另外，随着大规模集成电路技术的飞速发展，目前芯片的工作速度已经超过了1GHz。

在这些高速电路的芯片、封装以及应用电路的设计中，一些微波电路的设计技术也已得到了充分的应用。

以往传统的低频电路和数字电路，与微波电路之间的界限将越来越模糊，相互间的借鉴和综合的技术应用也会越来越多。

2.微波电路的基本常识2.1 电路分类2.1.1 按照传输线分类微波电路可以按照传输线的性质分类，如：图1 微带线图2 带状线图3 同轴线图4 波导图5 共面波导2.1.2 按照工艺分类微波混合集成电路：采用别离组件及分布参数电路混合集成。

微波集成电路〔MIC〕：采用管芯及陶瓷基片。

微波单片集成电路〔MMIC〕：采用半导体工艺的微波集成电路。

图6微波混合集成电路例如图7 微波集成电路〔MIC〕例如图8微波单片集成电路〔MMIC〕例如2.1.3 微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类。

射频天线的等效电路

射频天线的等效电路
射频天线的等效电路是指将射频天线系统中的各个部分用一组等效的电路元件来表示，以便于分析、设计和优化天线性能。

射频天线的等效电路主要包括以下几个部分：
1. 辐射电阻（Rrad）：辐射电阻表示天线辐射能量的能力，它与天线的长度、形状和材质等因素有关。

2. 串联谐振电路（L和C）：天线系统中通常存在多个谐振电路，它们影响着天线的频率响应和匹配性能。

串联谐振电路由电感（L）和电容（C）组成，它们共同决定了谐振频率。

3. 并联谐振电路（L和C）：并联谐振电路同样由电感（L）和电容（C）组成，但它们的影响因素和串联谐振电路相反。

并联谐振电路主要影响天线的带宽和阻抗匹配。

4. 输入阻抗（Zin）：输入阻抗表示天线系统对输入信号的阻抗匹配程度。

它受到天线结构、馈线长度和材质等因素的影响。

5. 输出阻抗（Zout）：输出阻抗表示天线系统对外部负载的阻抗匹配程度。

一般情况下，天线系统希望输出阻抗越低，匹配性能越好。

6. 反射系数（S11和S21）：反射系数表示天线系统对输入信号的反射程度。

通过测量反射系数，可以了解天线系统的匹配性能和性能优劣。

在实际应用中，射频天线的等效电路可以通过计算机辅助设计（CAD）软件（如
Ansys HFSS、CST等）进行仿真和优化，以达到设计要求。

通过等效电路法，设计师可以更方便地分析和调整天线系统的性能，缩短设计周期，降低设计成本。

非线性微波电路与系统第三章..

Company name
非线性微波电路与系统
3.1 谐波平衡法
3.1.1 谐波平衡方程的建立
一般非线性二端口部件的等效电路
等效电路中的输入输出网络一般为匹配、偏置、滤波等电路。
Company name
非线性微波电路与系统
Ym,n diag Ym,n (kwp ) , k 0,1,2,......, K
即
Ym ,n
Ym ,n (0) Y ( w ) m ,n p ... ... ... Ym ,n (kwp )
Vb1 V s 0 0 Vn1 V ...... n 2 V b2 0 ...... 0
非线性微波电路与系统
电子工程学院电磁场与微波技术主讲人：徐锐敏
LOGO
（教授）
非线性微波电路与系统
3.1 谐波平衡法
谐波平衡法：
分析单一的频率信号激励强或弱的非线性电路。用于分析功放、倍频器、带本振激励的混频器等。变换矩阵法（大/小信号法）：分析两个频率信号激励的非线性电路，其中一个激励信号幅度很大而另一个幅度很小。用于混频器、调制器、参量放大器、参量上变频器等。
I
即
Is
YNN
V
I = Is + YNN V
Company name
非线性微波电路与系统
3.1.1 谐波平衡方程的建立
电路图中的N+1,N+2端口的激励源转换为端口1至N的电流源。到此，我们完成了求解流入线性子网络的电流向量。
即：流入线性子网络的电流＋流入非线性子网络的电流＝0
0

微波

该式代表为负旋圆极化或左旋圆极化波，该式代表为负旋圆极化或左旋圆极化波，即顺着外加恒磁场方向看去，Ht随时间以固定振幅反时针转的波随时间以固定振幅反时针转的波，磁场方向看去，Ht随时间以固定振幅反时针转的波，如图所示：图所示：
铁氧体元件
上述结果表明：上述结果表明： 1.在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波， 1.在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波，是圆极化 TEM波 TEM波； 2.对于圆极化波铁氧体的导磁率不在为张量而为标量，对于圆极化波， 2.对于圆极化波，铁氧体的导磁率不在为张量而为标量，这意味着磁化铁氧体媒质对圆极化波表现为各向同性，这意味着磁化铁氧体媒质对圆极化波表现为各向同性，但导磁率的大小与圆极化波的旋转方向有关。但导磁率的大小与圆极化波的旋转方向有关。旋磁效应、 8.6.2 旋磁效应、微波铁氧体元件旋磁效应 1.铁磁谐振效应 1.铁磁谐振效应
铁氧体元件
3. 场移效应定义：场移效应是对放入导波系统中的铁氧体，定义：场移效应是对放入导波系统中的铁氧体，外加横向横磁场(垂直于波的传播方向) 向横磁场(垂直于波的传播方向)时，使导波场的分布产生横向移动的效应。生横向移动的效应。微波铁氧体元件隔离器—常用于微波源与负载之间常用于微波源与负载之间，隔离器常用于微波源与负载之间，使全部功率传至负载而反射功率不到微波源。载而反射功率不到微波源。场移式隔离器
铁氧体元件
当 ω = ω0 时，由得知：得知：
µ+ = µ + k = µ 0(1 + ωm ω0 − ω
)
µ + → ∞, β + → ∞,
正旋圆极化波的相速为零，波不传播，正旋圆极化波的相速为零，波不传播，这种现象称为铁磁谐振。磁谐振。注意：左旋波的旋转方向与进动方向相反，在任何频率注意：左旋波的旋转方向与进动方向相反，上都无法同步，故不发生谐振。因此，上都无法同步，故不发生谐振。因此，铁磁谐振仅对右旋波而言。旋波而言。

微波电路与系统

仿真分析
通过CAD软件对设计进行仿真分析，可以预测电路性能并优化设计方案。
典型微波电路设计实例
放大器设计
根据性能指标选择合适的晶体管或场效应管，设计匹配网络和偏置电路，实现放大功能。
混频器设计
利用非线性元件实现频率转换，设计本振电路和滤波网络，实现混频功能。
振荡器设计
选择合适的振荡器件，设计反馈网络和输出匹配网络，实现振荡功能。
接收机系统组成及工作原理
低噪声放大器
对接收到的微弱信号进行放大，同时降低噪声干扰。
中频放大器
对中频信号进行放大，以便于后续处理。
天线
接收空间中的微波信号。
混频器
将接收到的微波信号与本振信号进行混频，产生中频信号。
解调器
从中频信号中解调出原始信息信号。
天线系统与馈线系统
天线类型
根据应用需求选择不同类型的天线，如抛物面天线、微带天线等。
功率放大器
是微波电路中的重要组成部分，用于将微弱的微波信号放大到足够的功率水平以驱动负载。常见的功率放大器有行波管放大器、速调管放大器等。在选择功率放大器时，需要考虑输出功率、效率、线性度等指标。
03
微波电路分析与设计
微波电路分析方法
等效电路法
数值分析法
将微波电路中的元件用集总参数元件等效，进而利用电路理论进行分析。这种方法适用于低频段和简单电路。
是一种具有放大、振荡等功能的三端器件。根据工作原理和结构不同，可分为双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）两大类。在微波电路中，常采用具有高电子迁移率和高频特性的FET，如GaAs FET、GaN FET等。
场效应管与功率放大器
场效应管（FET）

微波的技术习题

微波技术习题思考题1.1 什么是微波？微波有什么特点？1.2 试举出在日常生活中微波应用的例子。

1.3 微波波段是怎样划分的？1.4 简述微波技术未来的发展状况。

2.1何谓分布参数？何谓均匀无损耗传输线？2.2 传输线长度为10cm，当信号频率为9375MHz时，此传输线属长线还是短线？2.3传输线长度为10cm，当信号频率为150KHz时，此传输线属长线还是短线？2.4传输线特性阻抗的定义是什么？输入阻抗的定义是什么？2.5什么是反射系数、驻波系数和行波系数？2.6传输线有哪几种工作状态？相应的条件是什么？有什么特点？3.1何谓矩形波导？矩形波导传输哪些模式？3.2何谓圆波导？圆波导传输哪些模式？？3.3矩形波导单模传输的条件是什么？3.4何谓带状线？带状线传输哪些模式？3.5何谓微带线？微带线传输哪些模式？3.6 何谓截止波长？何谓简并模？工作波长大于或小于截止波长，电磁波的特性有何不同？3.7 矩形波导TE10模的场分布有何特点？3.8何谓同轴线？传输哪些模式？3.9为什么波导具有高通滤波器的特性？3.10 TE波、TM波的特点是什么？3.11何谓波的色散？3.12任何定义波导的波阻抗？分别写出TE波、TM波波阻抗与TEM波波阻抗之间的关系式。

4.1为什么微波网络方法是研究微波电路的重要手段？4.2微波网络与低频网络相比有哪些异同？4.3网络参考面选择的要求有什么？4.4表征微波网络的参量有哪几种？分别说明它们的意义、特性及其相互间的关系？4.5二端口微波网络的主要工作特性参量有哪些？4.6微波网络工作特性参量与网络参量有何关系？4.7常用的微波网络有哪些？对应的网络特性参量是什么？4.8微波网络的信号流图是什么？简要概述信号流图化简法则有哪些？5.1试述旋转式移相器的工作原理，并说明其特点。

5.2试分别叙述矩形波导中的接触式和抗流式接头的特点。

5.3试从物理概念上定性地说明：阶梯式阻抗变换器为何能使传输线得到较好的匹配。

《微波技术与天线》习题答案

第一章1-1解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> ，此传输线为长线。

1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===⨯<< ，此传输线为短线。

1-3答：当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其为分布参数。

用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。

1-4 解：特性阻抗050Z ====Ωf=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cmB 1=ωC 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r Uz U e U e ββ''-'=+()()2201j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'=- 将 2223320,2,42i r U V U V z πβλπλ'===⋅= 代入33223420220218j j z U eej j j Vππλ-'==+=-+=-()3412020.11200z I j j j A λ'==--=- ()()()34,18cos 2j te z uz t R U z e t V ωλπω'=⎛⎫''⎡⎤==- ⎪⎣⎦⎝⎭ ()()()34,0.11cos 2j te z i z t R I z e t A ωλπω'=⎛⎫''⎡⎤==- ⎪⎣⎦⎝⎭ 1-6 解： ∵Z L=Z 0∴()()220j z i r U z U e U β''==()()()212321100j j z z Uz e U z e πβ''-''==()()()()611100,100cos 6jU z e V u z t t V ππω'=⎛⎫=+ ⎪⎝⎭1-7 解： 210.20.2130j L e ccmfπρρλ-Γ=-=-==Γ+==由 011L L L Z Z +Γ=-Γ 得 0110.2100150110.2L LL Z Z -Γ+===Ω+Γ- 由 ()()()22max0.20.2j z j z L z e e z πββ-'-''Γ=Γ==Γ= 得 max1max120,7.54z z cm λπβ''-===1-8 解： (a) ()(),1inin Z z z ''=∞Γ=(b) ()()0100,0in in Z z Z z ''==ΩΓ=(c) ()()00012200,3in in in in Z Z Z z Z z Z Z -''==ΩΓ==+(d) ()()02200,1/3inin Z z Z z ''==ΩΓ=1-9 解： 1 1.21.510.8ρ+Γ===-Γmax 0min 75,33Z Z Z Z ρρ==Ω==Ω1-10 解： min2min124z z cm λ''=-=min1120.2,0.514L z ρππβρλ-'Γ===⨯=+ min1min120.2j z z L e β'-'Γ=-=Γ∴ 2420.20.2j jLeeππ⨯-Γ=-=1-11 解：短路线输入阻抗 0in Z jZ tg l β= 开路线输入阻抗 0in Z jZ ctg l β=-a) 00252063inZ jZ tgjZ tgj πλπλ=⨯=Ω b) 002252033in Z jZ tg jZ tg j πλπλ=⨯=-Ωc) 0173.23inZ jZ ctgj π=-=-Ωd) 02173.23in Z jZ ctg j π=-=Ω1-12 解： 29.7502050100740.6215010013oj L L L Z Z j j e Z Z j -++Γ=Γ====++1-13 解：表1-41-17 解： 1350.7j Le Γ=1-18 解： minmax0.6U K U == min143.2o z β'= 用公式求 min1min100min1min111L j tg z K jtg z Z Z Z jtg z jKtg z ρββρββ''--==''-- 0.643.25042.8522.810.643.2oojtg j j tg -==-Ω-⨯ 用圆图求 ()42.522.5LZ j =-Ω短路分支线的接入位置 d=0.016λ时()0.516B =-最短分支线长度为 l=0.174λ()0.516B =-1-19 解： 302.6 1.4,0.3,0.30.16100LL lZ j Y j λ=-===+由圆图求得 0.360.48in Z j =+ 1824in Z j =+Ω1.01 1.31in Y j =- ()0.020.026in Y j S =-1-20 解： 12LY j =+ 0.5jB j =()()()()0.150.6 1.460.150.60.960.20.320.380.2 1.311.54in in in in Y j Y jB j Y j Z j λλλλ=-+=-=+=-∴ 6577inZ j =-Ω 1-21 解： 11 2.5 2.50.20.2L L Y j j Z ===+- 并联支节输入导纳 min 2.5B ctg l β=-=- min 0.061l λ=此时 1/2.5LZ '= 500/2.5200LZ '==Ω（纯电阻）变换段特性阻抗 0316Z '==Ω 1-22 解： 1/0.851.34308.66o o Larctg ϕ=-=-= 由 max120L z ϕβ'=-= 得 max10.43z λ'= 由 min12Lz ϕβπ''=-=- 得 min10.1804L z ϕπλλπ+'== 1-23 解：原电路的等效电路为由 1inZ j '+= 得 1inZ j '=-向负载方向等效(沿等Γ图)0.25电长度得 1inin Z Z ''='则 ininY Z '''=由inin in Y Y j Z ''''''=+= 得 12in inY Z j j ''''=-=-由负载方向等效0.125电长度(沿等Γ图)得12LY j =+ 0.20.4L Z j =-1-24 答：对导行传输模式的求解还可采用横向分量的辅助标位函数法。

第四章-微波网络基础

其它几种网络参量的互易特性为
A11 A22 A12 A21 1
~~ ~~ A11 A22 A12 A21 1
S12 S21
T11T22 T12T21 1
S1，1 ，S22
第四章微波网络基础
(二) 对称网络一个对称网络具有下列特性
Z11 Z22 Y11 Y22
，
其它几种网络参量的对称性为
T12 T21
A11 A22
Z01 Z02
由此可见，一个对称二端口网络的两个参考面上的输入阻抗、输入导纳以及电压反射系数等参量一一对应相等
第四章微波网络基础
(三) 无耗网络
利用复功率定理和矩阵运算可以证明，一个无耗网络的散射矩阵一定满足“么正性”，即
[S]T [S * ] [1]
按微波元件的功能来分
1.阻抗匹配网络 2.功率分配网络 3.滤波网络 4.波型变换网络
第四章微波网络基础
(二) 微波网络的性质
(1) 对于无耗网络，网络的全部阻抗参量和导纳参量均为纯虚数，
即有
Zij jX ij
Yij jBij i, j 1,2,,n
(2) 对于可逆网络，则有下列互易特性
Zij Z ji
Z 01 Z 02
第四章微波网络基础
2. 导纳参量
用T1和T2两个参考面上的电压表示两个参考面上的电流，其网络方程为
I1
I
2
Y11 Y21
各导纳参量元素定义如下
Y12 U1
Y22
U
2
Y11
I1 U1
U2 0
Y22
I2 U2
U1 0
Y12
I1 U2
U1 0
Y21

微波控制电路

1
第2页/共47页
2. FET 价格高(但在MMIC中是同一种工艺，反而比PIN容易制造)、速度快(ns量
级)、频率略低(20GHz)、瓦级功率
混合集成电路用PIN管，MMIC则用FET 3. 机械开关
尺寸小、可控制的微波功率高，但通断速度慢(s量级)
2
第3页/共47页
§7.2 PIN二极管的基本特性
C j Rr ? RS
R f RS + R j
Cp
12
第13页/共47页
封装PIN二极管等效电路
• 实际使用的PIN二极管大多数是有封装的。PIN管封装的形式有很多种，主要包括螺纹管座型、同轴型、带状线型、微带型及梁式引线型，它们的结构形状不同，封装参数也不一样。图7．4给出了最常用的同轴型及梁式引线型封装的PIN管结构。封装PIN管等效电路如图7．5所示。
j1 0 y
0 1
L(dB)on
10 lg 1 +
C j Zc
4
4
24
第25页/共47页
当PIN管是低阻状态时，开关为“断”
L(dB)off
10 lg
1
+
1 4
Zc Rf
4
可见两管开关比单管开关隔离度大得多
y1
y2
Zc Rf
例：Zc=50，Rf=1
L(dB)off
10
lg 1
+
1 4
Q0
I 0
对微波只呈现I0工作点时的电阻。
0
I0
7
第8页/共47页
2. 反偏压工作点时
• 正半周注入载流子尚未复合构成电流，负半周电压反向又吸出，所以没有电流。
始终维持在反偏压所决定的高阻抗状态。

CH5-ADS仿真原理与使用方法解析

二、ADS S参数仿真原理
✓微波电路特性
S
S11 S12
S21
S22
S11,S22：当2(1)端口匹配时，1(2)口反射系数
→回波损耗RL，驻波比VSWR等
S21,S12：当2(1)端口匹配时，2->1(1->2)口传输系数 →插入损耗，插入相移等
三、ADS设计仿真过程
设计指标选定实现方案原理与设计公式 Matlab初步设计得到电路参数
三、构建原理图
1. 电路分解成基本元件：MSub，MLIN，MLOC，MSTEP 2. 选择元件库：TLines - Microstrip 3. 放置元件：MSub，设置参数（Double Click）
三、构建原理图
4.放置元件：MLIN，3个，设置参数Wi，Li
MLIN -> Double Click Subst=‘MSub1’ W=W1 mm L=L1 mm Help: 帮助
五、调谐与优化
4. 优化（Optimization）: ###_SP save as ###_Opt ✓将“L2”设置可优化参数
五、调谐与优化
✓设置优化目标GOAL：
五、调谐与优化
✓设置优化控制器：
五、调谐与优化
✓执行优化：
✓优化Cockpit：
五、调谐与优化
✓优化结果：
输出
Z0
l2
Z0
Rg
Rd
Cg VG (-)
Cd
VD (+)
介质谐振器
•(a)
由微带线、不连续性、有源器件构成
二、微波系统
微波系统 = 微波无源器件 + 微波有源器件 = 微波发射机 + 微波接收机

微波网络讲义(第一章西电褚庆昕)

微波网络第一讲褚庆昕 Xidian University 22
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

微波技术长线理论

பைடு நூலகம்
当接通电源后, 电流通过分布电感逐级向分布电容充电形成向负载方向传输的电压波和电流波，即，电压和电流是以波的形式在传输线上传播并将能量从电源传至负载。
思考题： 1. 什么叫传输线？微波传输线可分为哪几类？ 2. 何谓“长线”、“短线” ？举例说明。 3.什么叫分布参数电路？它与集中参数电路在概念和处理手法上有何不同？
线”。显然，微波传输线属于“长线”的范畴，
故本章称为 “ 长线理论 ” ，即微波传输线
2. 分布参数与分布参数电路
长线和短线的区别还在于：长线为分布参数电路, 短线为集中参数电路。低频电路中, 电路元件参数(R、L、C)基本上都集中在相应的元件(电阻、电感器、电容器)中，称为集中参数。电路中还存在着元件间连线的电阻、电感和导线间的电容等，称为分布参数。低频电路中, 分布参数的量值与集中参数相比，微乎其微, 可忽略不计。低频传输线为短线, 在电路中只起连接线作用。低频电路为集中参数电路。
高频信号通过传输线时会产生以下分布参数：
导体周围高频磁场→串联分布电感；两导体间高频电场→并联分布电容；导线有限，高频电流趋肤效应→分布电阻；导体间非理想绝缘→漏电→并联分布电导。
当双导线工作在微波波段时，分布参数的影响不容忽视。
例：设双导线的分布电感 L0=0.999nH/mm，分布电容 C0=0.0111pF/mm ;
3. 均匀传输线的等效电路
对于均匀传输线, 由于分布参数均匀分布，故可任取一小段线元 dz<< 来讨论，dz可作为“短线”，即集
中参数电路来处理, 并等效为一个集中参数的型网络。而整个传输线就可视为由许多相同线元dz的等效网络级联而成的电路，如图2-5所示。

什么是S参数

什么是s参数?s参数的含义?关键字：什么是s参数微波网络法广泛运用于微波系统的分析，是一种等效电路法，在分析场分布的基础上，用路的方法将微波元件等效为电抗或电阻器件，将实际的导波传输系统等效为传输线，从而将实际的微波系统简化为微波网络，把场的问题转化为路的问题来解决。

微波网络理论在低频网络理论的基础上发展起来，低频电路分析是微波电路分析的一个特殊情况。

微波系统主要研究信号和能量两大问题：信号问题主要是研究幅频和相频特性；能量问题主要是研究能量如何有效地传输。

微波系统是分布参数电路，必须采用场分析法，但场分析法过于复杂，因此需要一种简化的分析方法。

一般地，对于一个网络有Y、Z和S参数可用来测量和分析，Y称导纳参数，Z称为阻抗参数，S称为散射参数；前两个参数主要用于集总电路，Z和Y参数对于集中参数电路分析非常有效，各参数可以很方便的测试；但是在微波系统中，由于确定非TEM波电压、电流的困难性，而且在微波频率测量电压和电流也存在实际困难。

因此，在处理高频网络时，等效电压和电流以及有关的阻抗和导纳参数变得较抽象。

与直接测量入射、反射及传输波概念更加一致的表示是散射参数，即S参数矩阵，它更适合于分布参数电路。

S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。

同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。

阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。

散射参量可以直接用网络分析仪测量得到，可以用网络分析技术来计算。

只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。

下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如图所示。

二端口网络有四个S 参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值，各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：S11：端口2匹配时，端口1的反射系数；S22：端口1匹配时，端口2的反射系数；S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数；对于互易网络，有：S12＝S21；对于对称网络，有：S11＝S22 对于无耗网络，有：（S11）2＋（S12）2＝1 ；S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）了，这个值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，即－3dB。

波导缝隙等效电路

波导缝隙等效电路1. 简介波导是一种传输电磁波的结构，常用于微波和光纤通信领域。

在波导中，由于波导壁上存在缝隙或孔洞，会引入额外的电感和电容，影响波导的传输特性。

为了更好地理解和分析这种影响，我们需要将波导缝隙建模为等效电路。

2. 波导缝隙建模原理当电磁波通过波导中的缝隙时，会发生能量耦合和反射现象。

为了简化分析，我们可以将波导缝隙建模为一个等效电路。

在建模过程中，主要考虑以下两个因素：2.1 缝隙电感由于缝隙存在磁场不连续性，会形成一个环形感应电流。

这个环形感应电流产生的磁场可以用一个等效的电感表示。

根据麦克斯韦方程组和安培定律，可以推导出该等效电感与缝隙结构、材料特性以及工作频率之间的关系。

2.2 缝隙电容当电磁波通过缝隙时，在缝隙两侧会形成电场分布。

这个电场分布可以用一个等效的电容表示。

根据高斯定律和电容的定义，可以推导出该等效电容与缝隙结构、材料特性以及工作频率之间的关系。

3. 波导缝隙等效电路模型基于以上原理，我们可以将波导缝隙建模为一个等效电路。

常用的波导缝隙等效电路模型包括串联模型和并联模型。

3.1 串联模型串联模型将波导缝隙的电感和电容连接在一起，形成一个串联网络。

该网络可以方便地进行分析和计算。

3.2 并联模型并联模型将波导缝隙的电感和电容并联在一起，形成一个并联网络。

该网络也可以方便地进行分析和计算。

4. 波导缝隙等效电路参数提取为了建立准确的波导缝隙等效电路模型，需要提取相关参数。

常用的参数包括：4.1 缝隙宽度缝隙宽度是影响波导传输特性的重要参数。

可以通过光学显微镜或扫描电子显微镜等工具直接测量得到。

4.2 缝隙长度缝隙长度也是一个重要的参数，可以通过测量或者模拟仿真得到。

4.3 缝隙材料特性缝隙材料的电磁特性对波导传输特性有很大影响。

常用的材料包括金属、半导体等，其特性可以通过实验测量或者理论计算得到。

4.4 工作频率工作频率是波导缝隙等效电路模型中的关键参数，决定了波导在不同频段下的传输特性。

微波技术微波技术第五章(1)

当GA、GB 都远小于1 时，在A-A’处的总反射系数可近似为
令q = l，得
j 2l0
G = G = GA GBe 4 G = GA GBe j2q = GA (1+e j2q )
= GAe jq (e jq e jq ) = 2GAe jq cos q
(3-158)
以保证接头处 (如图示1、2之间) 有良好的电接触。扼流接头安装方
便、功率容量大；但频带较窄。
扼流接头
平接头
2. 拐角、弯曲与扭转元件
改变电磁波的传输方向用拐角、弯曲元件；改变电磁波的极化
方向而不改变其传输方向用扭转元件。要求r 小、频带宽、功率容量大。为使反射最小, 拐角和扭转段长度l =(2n+1)lg/4。E面弯波
Γ = Z Z0 Z Z0
1
r=
1
Γ Γ

=

Z
e
Z

=
b
a
b

Z0 b0
Z0 = b0 Zb
(Z Z0) (Z Z0)
(5 5) ( 5 – 6)
第二节二端口元件
无耗二端口网络的基本性质（已在课件第四章(1) 讲解）
一、连接元件连接元件的作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。要求接触损耗小, 驻波比小, 功率容量大, 工作频带宽。这里只介绍单纯起连接作用的接头、拐角、弯曲和扭转元件。
Rmax Z0 Rmax Z0
B-B’处的局部反射系数为
GB
=
Rmax Rmax
Z01 Z01
=
Rmax Rmax

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

微波技术练习题及答案

ZC1
Z
ZC2
Z0
T
l
T0
题 2-8 图
2-9 在如图所示的传输系统中，各阻抗为 Zc=300 Ω ，Z01=0，Z02=0。又知图中的有关
长度为 l= λ /8，l1+l2= λ /2，求 T2 面的输入阻抗。
T2
l
T1
Z 02
ZC
ZC
Z01
T02
l2
l1
T01
题 2-9 图 2-10 在图示的传输系统中，各段的传输线的特性阻抗均为 Zc=50 Ω 。又知图中的 l1=l2=
T 2
l T1
l T0
ZC
ZC 2
ZC1
Z0
题 2-14 图
2-15 如图所示的传输系统中，l= λ /4，Z0=600 Ω ，Zc2=300 Ω ，Zc1=100 Ω 。又知系统中的工作波长 λ =120cm，求 T 面的驻波参量。
T
l
T0
ZC1
ZC2
Z0
题 2-15 图
2-16 在下图所示的传输系统中，各段传输线的特性阻抗均为 Zc=300 Ω ，又知图中的
s
ZC
l
ZC
ZC
Z0
T
题 2-24 图
ห้องสมุดไป่ตู้
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习题
3-1 在均匀导波装置中可能存在的电磁波模式有哪些？ 3-2 在波导中为什么不能存在 TEM 波？ 3-3 在矩形波导中，Emn 波和 Hmn 波中的 m，n 的意义是什么？ 3-4 如何用截止频率或截止波长来判断波导中能否传播电磁波？ 3-5 H10 波有哪几个场分量？其数学表示式的含义是什么？ 3-6 怎样保证矩形波导中只传输 H10 波？ 3-7 如何理解工作波长，截止波长和波导波长？ 3-8 为什么一般矩形波导测量线探针开槽开在波导宽边中心线上？ 3-9 已知填充空气的矩形波导的横向尺寸为 a=40mm，b=12mm，又知道电磁场的工作频率为 f=12GHz，请判断此波导内可能存在的电磁波模式有哪些？