电信传输原理及应用微波网络基础

第2章 传输线理论
三、 微波网络的特性 (一) 微波网络的分类
按网络的特性进行分类
1. 线性与非线性网络 2. 可逆与不可逆网络 3. 无耗与有耗网络 4. 对称与非对称网络
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2章 传输线理论
(二) 微波网络的性质
I n Yn1U1 Yn2U 2 YnnU n
式中Ymn为导纳参量，若m=n称它为自导纳，若mn称它为转移导纳。
U1 Z11
U 2
Z21
U
n
Zn1
Z12 Z22 Zn2
Z1n I1
Z
2n
I
2
Z nn
I
n
I1 Y11 Y12 Y1n U1
I
第2章 传输线理论
微波元件等效为微波网络 一、 网络参考面的选择
参考面的位置可以任意选，但必须考虑以下两点： （1）单模传输时，参考面的位置应尽量远离不连续性区域， 这样参考面上的高次模场强可以忽略，只考虑主模的场强； （2）选择参考面必须与传输方向相垂直，这样使参考面上 的电压和电流有明确的意义
如果参考面位置改变，则网络参数也随之改变。
第2章 传输线理论
3.转移参量
用T2面上的电压、电流来表示T1面上的电压和电流的网络方程， 且规定电流流进网络为正方向，流出网络为负方向。则有
转移参量的定义为
U1
I1
A11
A21
A12 U 2
A22
I
2
A11
U1 U2
I2 0
A12
U 1 I2
U2 0
A21
I1 U2
I2 0
A22
~ ~~ ~~ ~I1 Y~11U~1 Y~12U~2
I 2 Y21U1 Y22U 2
~ U1
U1 Z01
~ Y11
Y11 Y01
~ U2
U2 Z 02
~ Y12
Y12 Y01Y02
~ I1 I1 Z01
~ Y21
Y21 Y01Y02
~ I2 I2 Z02
~ Y22
Y22 Y02
第2章 传输线理论
(一) 阻抗参量、导纳参量和转移参量
1 阻抗参量
用T1和T2两个参考面上的电流表示两个参考面上的电压，其 网络方程为
U1 U 2
Z11 Z21
Z12 I1
Z
22
I
2
各阻抗参量元素定义如下
Z11
U1 I1
I2 0
表示T2面开路时，端口(1)的输入阻抗；
Z22
U2 I2
Z 01 Z 02 Z 21
Z 01 Z 02
第2章 传输线理论
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
~ U2
U2 Z02
~ I1 = I1 Z01 ~ I 2 = I 2 Z02
Baidu Nhomakorabea
归一化
~ ~~ ~~ U~1 Z~11 I~1 Z~12 I~2
U 2 Z21 I1 Z22 I 2
归一化阻抗参量为
~ Z11
Z11 Z 01
~ Z 22
Z 22 Z 02
~ Z12 ~ Z21
Z12
第2章 传输线理论
二端口微波网络
一、 二端口微波网络的网络参量 在各种微波网络中，二端口微波网络是最基本的。例如： 衰减器、移相器、阻抗变换器和滤波器等均属于二端口微 波网络。 表征二端口微波网络特性的参量可以分为两大类： 一、反映网络参考面上电压与电流之间关系的参量 二、反映网络参考面上入射波电压与反射波电压之间 关系的参量。如图所示。
第2章 传输线理论
二、不均匀区等效为微波网络
微波元件对电磁波的控制作用是通过微波元件内部的不均匀区 (不连续性边界)和填充媒质的特性来实现的。将不均匀区等效为 微波网络，需要用到电磁场的唯一性原理和线性叠加原理。
线性叠加原理
对于n端口线性网络， U1 Z11 I1 Z12 I 2 Z1n I n U 2 Z21 I1 Z22 I 2 Z2n I n
2
Y21
Y22
Y2n
U
2
I
n
Yn1 Yn2
Ynn
U
n
U ZI
I YU
第2章 传输线理论
唯一性原理
在一个封闭区域的边界上，切向电场或者切向磁场如果 是确定的，那么区域内的电磁场就被唯一确定
不连续性区域的边界是由导体及网络参考面构成的，参 考面上的模式电压和模式电流正比于横向电场和横向 磁场的幅度函数，如果网络参考面上的电压确定了， 则网络内的电磁场就唯一地确定
U n Zn1 I1 Zn2 I 2 Znn I n
式中Zmn为阻抗参量，若m=n称它为自阻抗，若mn称它为转 移阻抗。
第2章 传输线理论
如果n端口网络的各个参考面上同时有电压作用时
I1 Y11U1 Y12U 2 Y1nU n
I 2 Y21U1 Y22U 2 Y2nU n
I1 0
表示T1面开路时，端口(2)的输入阻抗；
Z12
U1 I2
I1 0
表示T1面开路时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗；
Z21
U2 I1
I2 0
表示T2面开路时，端口(1)至端口(2)的转移阻抗。
第2章 传输线理论
特性阻抗归一化
T1和T2参考面上的归一化电压和归一化电流分别为
~ U1
U1 Z01
I1 I2
U2 0
表示T2面开路时，端口(2)至端口(1)的电压转移 系数；
表示T2面短路时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗； 表示T2面开路时，端口(2)至端口(1)的转移
U1 0
Y21
I2 U1
U2 0
表示T2面短路时，端口(1)的输入导纳； 表示T1面短路时，端口(2)的输入导纳 表示T1面短路时，端口(2)至端口(1)的转移 导纳；
表示T2面短路时，端口(1)至端口(2)的转移 导纳。
第2章 传输线理论
如果T1和T2参考面所接传输线的特性导纳分别为Y01和Y02， 则归一化表示式为
(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
Yij Yji i j, i, j 1,2, ,n
(3) 对于对称网络，则有
Zii Z jj
Yii Yjj i j, i, j 1,2, ,n