第七章 微波网络基础

3) 入射波功率与反射波功率：
Pi
1 2
Re
U~i
(
z
)
I~i
(
z)
1 2
U~i
(z)
2
（7-1-9）
Pr
1 2
Re
U~r
(
z
)
I~r
(
z
)
1 2
U~r (z) 2
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4)
P
有功功率：
Pi Pr
1 2
U~i
(z)
2
[1
U~ (z) 2 U~i (z) 2
]
1 2
1)
Z~ Z Z0
I (z) Z0
Z0
I(z) Z0
U~ ( z ) I~(z)
.
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即 U~(z) U (z) Z0
IБайду номын сангаас(z) I (z). Z0
（7-1-6）
2) 归一化入射波与归一化反射波：
U~i
(
z)
U
i(z Z0
)
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I~i
(
z)
Ui (z) Z0
•
Ui U
⑶归一化参量是唯一确定的。
故微波网络都是使用归一化 参量来讨论问题的。
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7.2 微波元件的等效网络
7.2.1 微波网络参考面的选择
一、 选择参考面的原则:
参考面
1) 参考面的位置应尽量远离不连 1
续区域。即参考面以外的传输
线只有主模信号.
1
2) 参考面必须与传输方向垂直。
2 双端口
不确定肯定是不行的啦。下面我们就要想办法寻 求一个具有确定数值的参数。
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7
7.1 .2 归一化参量
1、归一化阻抗：
Z
U I
U I
U I
1 1
1 Z0 1 .
Z~ Z 1 .
Z0 1
（7-1-5）
可以测量,且是确定的。
Z~可以唯一确定。
2、归一化电压与归一化电流：
U(z) U(z)
第七章 微波网络基础
本章主要利用网络理论来分析 微波系统，并介绍几组常用的网络 参量及工作特性参量.
1
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2
信
负
号 传输线 源
载
1
任何一种微波系统都是由均匀传输线系统和各种不连
续性系统组成的，若把均匀传输线系统等效为双线，不 均匀系统等效为微波网络，则对微波系统的分析就可以 应用长线理论和网络理论来处理，从而使问题大为简化。
入射波 反射波
不连续性系统
透射波
同轴 线谐 振腔
传输线 理论
双端口
存在电压与电流
微波网络
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2
7.1 导波系统的等效传输线
7.1 .1 导波系统等效为双线传输线
• 微波系统的组成:
由微波信号源、微波传输线与微波元、 器件组成。
• 微波元、器件的引入意味着微波系统包 含不均匀区——含微波传输线相接处及 微波元、器件内部。如图
❖ 必须规定网络端口的参考面
∵ 微波传输线属于分布参数系统，它实际上是 构成微波电路的一部分。 ∴ 选取不同的参考面 就有不同的网络参量。
选择参考面的原则是在该参考面以外的传输
线只传输主模。
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7.2.2 微波元件等效为微波网络 一、微波元件等效为微波网络的原理：
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4) 模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗 Z 0 。 然而 Z 0 具有不确定性。
U kU, I 1 I; k
Z0
可选波阻抗； 宜选等效阻抗。
P P. Z0 k 2Z0.
b a ZTE10 Ze Z0
等效电压与等效电流的不确定进一步说明了模式电压
模式电流是为了研究问题方便起见而人为引入的参数。
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1） 模式电压U (z) 正比于横向电场 Et ；模式
电流 I (z)
正比于横向磁场
Ht 。
即 Et (x, y, z) et (x, y) U (z)
（7-1-1）
Ht (x, y, z) ht (x, y) I (z)
2）波导中的传输功率为
P
1 Re 2
[
s
Et
分支定向耦合器 2020/4/5
T4
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二、微波网络的主要特点
❖ 必须指定工作模式（波型）
∵ 微波传输线可传输无限多个模式，每一种模 式对应一对等效双线，其横向电场与横向磁场对应 于一组电压与电流。 ∴ 如不规定工作模式，其 网络参量就无法确定。 对微波网络，一般认为传 输线工作于单一的主模状态下。
1
2
双端口
参考面
微波网络
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1
2
4
➢ 等效基础：
1、传输线理论的基本参量—— U , I.
导出参量—— P, Z,Y, , .
2、波导传输线传输的电磁波是TE、TM波， 电压、电流不再有意义。为使长线理论能应 用于微波（波导）传输线，引入等效参量：
模而 式HE电压、EH模t 式t电ee流z Ez、Hz模z 式特E一性z定阻和抗存H。z在不
U~i (z)
2
1
2
.
（7-1-10）
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讨论：
⑴归一化电路中，只需引入一个量，即“归一化电压”。
⑵传输功率：
P 1 Re[U~I~ ] 1 Re[ U I
2
2
Z0
Z0
]
1 2
Re[UI ]
上式说明：归一化参量的引入，传输功率不变，且
计算公式与双线传输线在形式上完全相同。
入射波 反射波
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不连续性系统
透射波
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3
▪微波元件的分析方法： 谐振器
1、场解法： 用麦克斯韦电磁场理论由给定的边界 条件求解，但求解过程相当复杂，且有时候难以求得完 整的解。
2、“路”的方法： 将微波传输线（单、双导体）等 效为双（导体传输）线，将微波元件等效为微波网络， 用长线理论和网络理论来分析。
微波网络
2
➢ 参考面所包围的区域就称为微波网络。网 络参数与参考面的位置和工作模式有关。
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➢ 微波网络可分为单端口、双端口、n端口网络。如图所示：
T1
T2
I1 T1
T2 I2
Z Z c1
c3 Zc4 Zc5 Zc2 ②U1
双端口
U2
E-T
T1
T3 T2
三端口
T3
T1
T2
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四端口
Ht] dS
1 Re[U (z) I (z)] 2
s[et
ht] dS
（7-1-2）
3） 双线上传输的功率：P 1 Re U (z) I (z) .
2 根据（7-1-2）与（7-1-3）式 ，则
（7-1-3）
s[et
ht
]
dS
1
（7-1-4）
上式称为归一化条件 。即波导等效为双线的等效基础（前提）。
Ii I
归一化入射波电压与归 一化入射波电流相等
Z0
Ui(z) Z0
（U~7i (-1z-)7）
28
9
U~r
(
z
)
U
r (z) Z0
归一化反射波电压与归 U r U
一化反射波电流大小相 等，相位相反
Ir I
（7-1-8）
I~r
(
z
)
Ur (z) Z0
•
Z0
Ur (z) Z0
U~r (z)