微波技术课件第四章
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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：
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：
第4章 微波收发技术--噪声和接收机灵敏度(本)
有耗二端口网络的噪声系数
• 我们将有耗二端口网络视为无源有耗器件，如衰减 器、有耗传输线等 • 用损耗因子L来表示，GA=1/L
T FL T0
• 室温下 F=L
级联系统中的噪声系数(1)
G1,F1,Bn G2,F2,Bn
• (F1，G1)为第一级放大器的噪声系数和增益 • (F2，G2)为第二级放大器的噪声系数和增益 • F0为级联后的系统噪声系数
3. 根据调制方式和传输速率确定等效噪声带宽
fb B fb (1 ) log 2 M
4. 根据灵敏度的计算公式即可确定在某噪声系数下 的收信门限电平
计算收信门限电平的例题(1)
• 某通信系统的调制方式为64QAM调制，经相 干解调，BER与归一化信噪比的关系为
BER64 QAM 1Eb 7 erfc 24 7 N0
F0 3.94dB(2.48)
F0 2.04dB(1.67)
• 应合理地分配各级电路的噪声系数和增益 • 在一定条件下,系统的噪声系数只取决于系 统的第1级电路的噪声系数
计算接收机的总噪声系数
IL=2dB
G=20dB NF=2dB
CL=7dB
G=30dB NF=6dB
主要内容
基本知识：微波工程常用单位 和表示方法 无线系统体系构架 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和噪声系数 系统的灵敏度和动态范围 微波收发系统的实现 微波收发系统中的频率源技术 设计实例
• 意义： 信号通过二端口网络(放大器)后，由于器件本 身产生噪声，使信噪比变坏，使信噪比下降的 倍数就是该器件的噪声系数。
噪声系数的定义2
• 输出端的噪声可分为两部分 – 由进入系统的外部噪声造成的 NinGa – 系统的内部附加噪声 Na – Pn=Na+NinGa
电磁场与微波技术第4章1-2传输线理论.ppt
z
A2e z
I
I
z
§1.1 传输线方程
c)电压、电流的定解
始端
终端
上面两个解中的两项分别代表向+z方向和-z方向传播的电 磁波，+z方向的为入射波，-z方向的为反射波。
式中的积分常数由传输线的边界条件确定。
三种边界条件： • 已知终端电压VL和电流IL； • 已知始端的电压V0和电流I0； • 已知电源电动势EG、电源阻抗ZG 与负载阻抗ZL。
EG I0ZG V (z)
ILZL
I (z)
A1e z
1 Z0
A1e
联立求解，可得：
A2e z z A2e z
A1
EG Z0 Z G Z 0 1 G L e 2l
A2
EG Z 0L e 2l Z G Z 0 1 G L e 2l
§1.1 传输线方程
代入式中，并令d = l - z，则解为：
l
而传输线的长度一般都在几米甚至是几十米之长。 因此在传输线上的等效电压和等效电流是沿线变化的。 ——→与低频状态完全不同。
§1.1 传输线方程
传输线理论 长线理论
传输线是以TEM导模方式传 输电磁波能量。
其截面尺寸远小于线的长度， 而其轴向尺寸远比工作波长大 时，此时线上电压只沿传输线 方向变化。
Gl v(z,t) Cl
v( z, t ) t
代入传输线方程，消 去时间因子，可得：
dV z dz
dI z dz
Rl I z j Ll I z GlV z j ClV z
§1.1 传输线方程
整理，可得复有效值的均匀传输线方程：
dV z dz
dI z dz
即
(Rl j Ll )I z Zl I z
微波技术基础 第四章 单端口、两端口波导元件
微波技术基础第四章单端口、两端口波导元件U n R e g i s t e r e d微波的理论与技术应用到实际的问题中微波系统和微波工程的设计各种元件的特性、功能UnRegistered本章从常用的最简单的微波元件—单端口，两端口波导元件入手，开始介绍各种常用微波元件，包括其基本结构、工作原理和特点，以建立起微波元件的概念和常识，为微波系统和微波工程的设计和应用奠定基础。
主要内容：l 微波元件的功能、几种简单不均匀性场的电抗性质；l 重点讲解了阻抗匹配器的设计特别对二项式及切比雪夫阻抗变换器的特性进行了重点介绍；l 简单介绍了匹配负载、短路活塞及波型变换器相关内容。
U n R e g i s t e r e d1、微波系统的特点微波系统微波元件和器件对于波导传输系统而言，组成波导系统的微波元件则称为波导元件.波导元件,同轴元件，微带元件，鳍线元件U n R e g i s t e r e d(1)微波元件的功能：对微波信号或微波功率进行传输和各种变换。
(2)微波元件分类：ü按传输线类型可以分为波导型、同轴型、微带线型等；ü按功能可分为连接元件、终端元件、匹配元件、衰减与移相元件、阻抗变换元件、波形变换元件、功率分配元件、环行元件、滤波元件等等；ü按变换性质可分为线性互易元件、线性非互易元件、非线性元件；ü按元件端口多少又可分为一端口元件、二端口元件、三端口元件、四端口元件等等2、微波元件的功能与分类U n R e g i s t e r e d（a ）线性互易元件，满足线性变换和互易原理，元件的入口与出口端可以互换而不会产生性能的改变。
常用的线性互易元件比如各种连接波导、衰减器、移相器、功率分配器、定向耦合器、阻抗变换器等（b ）线性非互易元件，当元件中引入有各向异性媒质如铁氧体时，元件虽然仍工作在线性变换范围，但已不具有互易性。
常见的如隔离器，铁氧体环行器等就属于这类元件。
第4章--微波谐振腔
QL1 Q01 Qe1
QL
Q0 Qe Q0 Qe
Q0
1 Q0
Qe
第四章 微波谐振腔
二、谐振腔的电磁能量关系及功耗
微波谐振腔中电磁能量关系和集总参数LC 谐振回路中能
量关系有许多相似之处，如图。
第四章 微波谐振腔
但微波谐振器和LC谐振回路也有许多不同之处。 1.LC谐振回路的电场能量集中在电容器中，磁场能量集
3.讨论
1）多模性。m、n、q的不同组合导致多种不同场分布的
谐振模式，记为TE mnq和TM mnq，其中下标m、n和q分
别表示场分量沿波导宽壁、窄壁和腔长度方向上分布的驻 波数。
2）单模谐振。矩形波导中可单模传输TE10,故矩形腔只可 能单模谐振TE10q中之一种。
第四章 微波谐振腔
单模传输TE10条件
(f0D)2的坐标系内，则可得到一系列的
直线，这些直线构成了右图所示的模
式图。即使同一个腔长，对于不同的
模式都会同时谐振于同一个频率上，
这就是圆柱腔存在的干扰模问题。
精品课件！
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第四章 微波谐振腔
为了使谐振腔正常工作，就必须合理选择工作方框，使工 作方框内不出现或少出现不需要的干扰模式。工作方框是以
1、 TM010模
圆波导TM01模的截止波长c = 2.62R和p = 0
圆柱腔TM010模的谐振波长0的计算公式为0 TM010 2.62R
2、TE111模
圆柱腔TE111模的谐振波长0的计算公式
为3、TE011模
0 TE111
1
1 3.41R
2
1 2l
2
圆柱腔TE011模的谐
振波长0的计算公式
2）谐振具有多模性
电磁场课件-第四章微波谐振器
选择合适的材料
根据设计目标，选择合适的介 质材料和导电材料。
确定几何参数
根据理论计算和仿真优化，确 定微波谐振器的几何参数，如
长度、宽度、高度等。
仿真优化
利用电磁仿真软件进行性能仿 真和优化，确保设计满足要求
。
设计实例分析
矩形谐振腔设计
分析矩形谐振腔的频率特 性、品质因数等性能参数， 以及影响因素。
01
采用适当的表面处理技术提高附着力。
尺寸精度问题
02
采用高精度的加工设备提高尺寸精度。
电磁泄露问题
03
采用适当的电磁屏蔽措施减小电磁泄露。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
微波谐振器在测量仪器和设备中也有广泛应用，如微 波频谱分析仪、网络分析仪等。
微波谐振器在这些仪器和设备中起到关键作用，提供 高精度和高稳定性的测量结果，为电子设备和系统的 研发、生产和维护提供支持。
05
微波谐振器的设计
设计方法与步骤
01
02
03
04
确定设计目标
明确微波谐振器的性能要求， 如频质因数和较宽的带宽，适用于 宽带通信和信号处理等应用。
金属谐振器的主要缺点是体积 较大，不易集成，且容易受到 温度和环境的影响。
介质覆盖金属谐振器
介质覆盖金属谐振器是利用金属 材料作为导磁体，电介质材料作 为覆盖层，在高频磁场和电场共 同作用下产生谐振的微波器件。
介质覆盖金属谐振器通常具有较 高的品质因数和较稳定的谐振频 率，适用于窄带通信和频率合成
02
在微波系统中，微波谐振器能够 提供稳定的振荡频率，实现信号 的传输、处理和放大等功能。
微波谐振器的基本概念
微波谐振器是一种能够存储微波能量的器件，通常由电感和电容组成的回路构成。
第4章 微波收发技术--噪声和接收机灵敏度(本)
– 系统的内部附加噪声
Na
– Pn=Na+NinGa
NF N a N inG a N inGa
N a kT 0 BnG a kT 0 B nG a
Noise (in)
Na
Noise (in) x Gain [N in G]
Gain 20dB NF 10dB
To= 290K
Nin at 290K
而
Po,min No
SNRo,min是所要求的最低输出信噪比，因
此灵敏度为Pin,min=kB[Ta+(F-1) T0](SNR)o,min
灵敏度的定量表达式(3)
灵敏度用dB表示
P i,n m(d in ) B 1 m l0 o k T g a F 1 T 0 ( d B /H ) m 1 z l0 o B )g(
级联系统中的噪声系数(2)
G1,F1,Bn
G2,F2,Bn
kT0Bn
N a2(F 21)k0T B nG 2
Na2
总附加功率
Na1
Na1G2
总噪声功率
kT0Bn
kT0BnG1
kT0BnG1G2
Nou t k0T BnF1G2 N a1(F 11)k0T B nG 1
级联系统中的噪声系数(3)
Nou t k0T BnF1G2 N ou N ta 2 N a 1 G 2 k0 B T n G 1 G 2 N a2(F 21)k0T B nG 2
F
F1
F2 1 G1
N a1(F 11)k0T B nG 1
对N级级联系统 FF 1F G 2 11G F 3 1 G 2 1 ...G .1 G F .2 N .. G .1 N . 1
微波技术微波技术第四章2课件
I1
I2
即
[V ] [Z][I ]
Z01 V1
[Z]
V2
Z02
式中,
[V
]
V1 V2
、
[
I
]
I1 I 2
T1
T2
分 别 为 电 压、电 流 单 列 矩 阵；
[Z
]
Z11 Z 21
Z12 Z 22
为阻抗矩阵,
其元素Z11、Z12
、Z21、Z22称为Z
参量,
表征网络的特性，仅由网络所确定，而与所加的电压和电流无关。
二、导纳参量
1. 归一化导纳参量
I1 I2
YY1211
Y12 Y22
VV12
I1
I2
V1
Y
V2
T1
T2
简记为
[I ] [Y ][V ]
(4 55)
式中
[Y ] YY1211
Y12 Y22
称为双口网络的归一化导纳矩阵。
归一化与非归一化导纳参量之间的关系为
(4 58)
Yi j Yi j Y0iY0 j Yi j Z0iZ0 j (i , j 1, 2) 式中，Y0i、 Y0j分别为i、j 口的特性导纳。
[Y ] 与[Z ] 互为逆矩阵： [Y ]1 [Z ] , 或 [Z ]1 [Y ]
(4 60) (4 48)
2. [Y ] 与 [S]的换算关系 (适用于n 端口网络)
[Y ] [I] [S] [I] [S ] 1
[Y ] [Z ]1 [I][S][I][S ] 1 1 [I][S][I][S ] 1
在网络分析中，为使理论分析具有普遍性，常在归一化情况下
讨论各参量。
各端口上的等效电压、等效电流与归一化的等效电压、等效
I2
即
[V ] [Z][I ]
Z01 V1
[Z]
V2
Z02
式中,
[V
]
V1 V2
、
[
I
]
I1 I 2
T1
T2
分 别 为 电 压、电 流 单 列 矩 阵；
[Z
]
Z11 Z 21
Z12 Z 22
为阻抗矩阵,
其元素Z11、Z12
、Z21、Z22称为Z
参量,
表征网络的特性，仅由网络所确定，而与所加的电压和电流无关。
二、导纳参量
1. 归一化导纳参量
I1 I2
YY1211
Y12 Y22
VV12
I1
I2
V1
Y
V2
T1
T2
简记为
[I ] [Y ][V ]
(4 55)
式中
[Y ] YY1211
Y12 Y22
称为双口网络的归一化导纳矩阵。
归一化与非归一化导纳参量之间的关系为
(4 58)
Yi j Yi j Y0iY0 j Yi j Z0iZ0 j (i , j 1, 2) 式中，Y0i、 Y0j分别为i、j 口的特性导纳。
[Y ] 与[Z ] 互为逆矩阵： [Y ]1 [Z ] , 或 [Z ]1 [Y ]
(4 60) (4 48)
2. [Y ] 与 [S]的换算关系 (适用于n 端口网络)
[Y ] [I] [S] [I] [S ] 1
[Y ] [Z ]1 [I][S][I][S ] 1 1 [I][S][I][S ] 1
在网络分析中，为使理论分析具有普遍性，常在归一化情况下
讨论各参量。
各端口上的等效电压、等效电流与归一化的等效电压、等效
《微波技术基础》课件
通信、电子对抗等领域有着广泛的应用。
微波网络基础
总结词
介绍微波网络的基本概念、分类和性能参数。
详细描述
微波网络是指由微波元件和微波传输线组成的网络系统，用于实现信号的传输、变换和 处理。根据不同的应用需求，微波网络可分为模拟微波网络和数字微波网络。微波网络 的主要性能参数包括插入损耗、回波损耗、隔离度等，这些参数对微波网络的性能和稳
太赫兹波技术在通信、雷达、安全检测 等领域有广泛的应用前景，例如高速无 线通信、高精度雷达测距、生物医学成
像等。
目前，太赫兹波技术的研究重点包括提 高信号传输质量、减小传输损耗、开发
小型化太赫兹源等方面。
微波量子电子学
微波量子电子学是量子电子学和微波工程相结 合的交叉学科，主要研究利用微波频段的电磁 波对量子态进行控制和操作。
定性有着重要的影响。微波网络在通信、雷达、导航等领域有着广泛的应用。
Байду номын сангаас
03
微波器件与系统
微波振荡器
微波振荡器是产生微波信号的电 子器件，其工作原理基于电磁振 荡，通过在电路上形成正反馈以
维持振荡。
常见的微波振荡器有晶体振荡器 和陶瓷振荡器，它们分别基于晶 体和陶瓷的压电效应产生振荡。
微波振荡器的性能指标包括频率 稳定度、相位噪声、调频范围等 ，这些指标直接影响微波系统的
微波频段划分
总结词
详细描述微波频段的划分标准和各频段的应用。
详细描述
微波频段通常是指频率在100MHz至300GHz之间的电磁波。根据不同的应用需求，微波频段被划分 为多个频段，如L波段（1-2GHz）、S波段（2-4GHz）、C波段（4-8GHz）、X波段（8-12GHz）等 。不同频段的微波具有不同的传播特性和应用领域，如通信、雷达、导航、加热等。
微波网络基础
总结词
介绍微波网络的基本概念、分类和性能参数。
详细描述
微波网络是指由微波元件和微波传输线组成的网络系统，用于实现信号的传输、变换和 处理。根据不同的应用需求，微波网络可分为模拟微波网络和数字微波网络。微波网络 的主要性能参数包括插入损耗、回波损耗、隔离度等，这些参数对微波网络的性能和稳
太赫兹波技术在通信、雷达、安全检测 等领域有广泛的应用前景，例如高速无 线通信、高精度雷达测距、生物医学成
像等。
目前，太赫兹波技术的研究重点包括提 高信号传输质量、减小传输损耗、开发
小型化太赫兹源等方面。
微波量子电子学
微波量子电子学是量子电子学和微波工程相结 合的交叉学科，主要研究利用微波频段的电磁 波对量子态进行控制和操作。
定性有着重要的影响。微波网络在通信、雷达、导航等领域有着广泛的应用。
Байду номын сангаас
03
微波器件与系统
微波振荡器
微波振荡器是产生微波信号的电 子器件，其工作原理基于电磁振 荡，通过在电路上形成正反馈以
维持振荡。
常见的微波振荡器有晶体振荡器 和陶瓷振荡器，它们分别基于晶 体和陶瓷的压电效应产生振荡。
微波振荡器的性能指标包括频率 稳定度、相位噪声、调频范围等 ，这些指标直接影响微波系统的
微波频段划分
总结词
详细描述微波频段的划分标准和各频段的应用。
详细描述
微波频段通常是指频率在100MHz至300GHz之间的电磁波。根据不同的应用需求，微波频段被划分 为多个频段，如L波段（1-2GHz）、S波段（2-4GHz）、C波段（4-8GHz）、X波段（8-12GHz）等 。不同频段的微波具有不同的传播特性和应用领域，如通信、雷达、导航、加热等。
微波技术 第四章 规则波导理论
第四章规则波导理论前面介绍了几种无色散的TEM波传输线，它们在结构上都属于双导体系统。
其中平行双线是用在米波波段和分米波低频端的一种传输线；同轴线是用在分米波~厘米波段的一种传输线；带状线和微带是最近20多年来发展起来的新型平面传输线，它们在微波集成电路（MIC）中做传输线或元器件之用，是属于厘米波高频端的一种传输线。
当频率再升高时，上述几种传输线出现了一系列缺点，致使它们失去了实用价值。
比如，随着频率的增高，趋肤效应显著，因而导体热损耗增加；介质损耗和辐射损耗也随之增加；横向尺寸减小，功率容量明显下降，加工工艺也愈加困难。
上述缺点促使人们寻找一种新的，适用于更高频率，具有大功率容量的传输手段，于是产生了波导管。
实际上早在第二次世界大战前的1933年就已在实验室内被证明，采用波导管是行之有效的微波功率的传输手段。
现代雷达几乎无一例外地采用波导作为其高频传输系统。
波导管的使用频带范围很宽，从915MHz（微波加热）到94GHz（F波段）都可使用波导传输线。
本章所讲的“波导”是指横截面为任意形状的空心金属管。
所谓“规则波导”是指截面形状、尺寸及内部介质分布状况沿轴向均不变化的无限长直波导。
最常用的波导，其横截面形关是矩形和圆形的。
波导具有结构简单、牢固、损耗小、功率容量大等优点，但其使用频带较窄，这一点就不如同轴线和微带线了。
导行波理论不仅用于分析各类波导传输线本身，还是下面分析谐振腔、各种微波元件等的理论基础。
§4-1 电磁场基础同前面讨论同轴线、双线传输线所用的“路”的方法不同，本章所讨论的规则波导采用的是“场”的方法，即从麦克斯韦方程出发，利用边界条件导出波导传输线中电、磁场所服从的规律，从而了解波导中的模式及其场结构（即所谓横向问题）以及这些模式沿波导轴向的基本传输特性（即所谓纵向问题）。
一、麦克斯韦方程麦克斯韦总结了一系列电磁实验定律，得出一组反映宏观电磁现象所服从的普遍规律的方程式，这就是著名的麦克斯韦方程组。
微波技术课件第四章
S 21
b2 a1
a2 0
——表示端口2接匹配负载时，端口1至端口2的 电压传输系数 。
4.1.2 二口网络的网络参量
– 性质
若网络对称，有 S11S22 若网络互易，有 S12S21 若网络无耗，有 STS* I
S 11 2 S 21 2
S
11
S
* 12
S
21
S
* 22
S 12
S
* 11
S
22
Y22
4.1.2 二口网络的网络参量
4. 网络参量之间的变换
（1）Z参量与A参量的关系
Z ZZ1211
a
Z12 Z22
1c
c
adbc
c d
c
（2）Y参量与A参量的关系
d adbc
Y YY1211 YY1222b1
b a
b
b
（3）S参量与归一化A参量的关系
S 11 S 12 S 21 S 22
法处理，称之为微波网络方法 。
• 分类：
分类方法
类型
按端口数量分 一口网络、二口网络、多口网络
按几何对称性分
对称网络、非对称网络
按物理对称性分
互易网络、非互易网络
按功率损耗分 按变换类型分
无耗网络、有耗网络 线性网络、非线性网络
4.1.1 概述
2. 微波网络的特点
（1）必须针对确定的模式。
（2）必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应 的网络参量才能确定。
T1
T2
图4-1-2 串联阻抗单元电路
a U1 1 U 2 I20
c I1
0
U 2 I2 0
端口2短路时 U1 ZI1 I1 I2
清华大学《微波技术》（陈怀璧老师主讲）讲义-第4章I
（4.1.3）
Ez和Hz的表达式在形式上完全相同， 但却满足不同的边界条件。
P.9
§4.2 矩形波导
复习第二章
一、矩形波导电磁场量一般表达式
在具体的边界条件下，表达式中的各系
数不同，所以电场和磁场的分布实际上 是不同的，只是两者沿x，y，z三个方向 的相移常数没有区别。
波导壁的B.C.（边界条件）： nv × Ev = 0 即在壁上电场切向分量为零；
y)avx + k y y y)avx − k
cos(kx x) sin(k y x sin(kx x) cos(k
y )av y y y)av
]e− jβz y ]e− jβz
对于TE10波，m=1,n=0，kc=kx=pi/a，ky=0
⎧ ⎪⎪
(4.1.2)
∴ ⇒ 纵向分量为：
⎧E ⎨ ⎩H
z (x, z (x,
y, y,
z) z)
= =
( A1e − jkx x ( A3e − jk x x
+ +
A2 e jkx x ) ⋅ ( B1e − jk y y A4 e jkx x ) ⋅ ( B3e − jk y y
+ +
B2 e jk y y ) ⋅ e − jβz B4 e jk y y ) ⋅ e − jβz
P.13
§4.2 矩形波导
矩形波导中TM波（E波）
1. 矩形波导中TM波（E波） 注意：
Hz=0，Ez≠0
TMmn波中m和n都不能为零，否则Ez=0， 因而横向场也都为零，（见（4.1.4） 式中Ez≠0），最低模式为TM11；
每一个kc对应一种模式：
kc =
k
微波技术课件第四章
利用金属板传输。
3
阵列天线
由多个单元组成的天线，可实现波束 控制和相控阵技术，用于无线通信和 雷达系统。
微波通信系统
微波链路
用于通过大气传输微波信号进 行远距离通信，如电话和互联 网。
卫星通信
利用卫星传输微波信号实现全 球范围内的通信覆盖，如卫星 电视和导航系统。
微波器件和电路
二极管
常用于微波混频、调制和检测 等电路中，具有快速响应和低 损耗。
晶体管
广泛用于微波功率放大和开关 等关键应用，具有高增益和稳 定性。
滤波器
用于在特定频带内传递或屏蔽 微波信号，用于频率选择和干 扰消除。
微波天线
1
微带天线
基于印刷电路板技术，适用于小型和
反射式天线
2
轻量化的应用，如通信设备和航空航 天。
微波技术简介
微波技术是一种在高频段工作的电子技术，用于传输、处理和控制微波信号。 它在通信、遥感和加热烹饪等领域发挥着重要作用。
微波传输线
同轴电缆
一种常用的微波传输线， 具有较低的损耗和良好的 屏蔽性能。
微带线
一种基于印刷电路板的传 输线，适用于集成电路和 微波天线设计。
波导
一种用于高功率和高频率 应用的传输线，具有较低 的损耗和较高的带宽。
微波加热与烹饪技术
微波加热原理
通过微波的频率和振幅变 化，激发食物内部分子的 热运动，实现快速加热。
微波烹饪设备
如微波炉和微波蒸煮器， 能够快速、均匀地加热食 物，保留营养和口感。
微波烹饪技巧
调整功率和时间，使用适 当的容器和盖子，避免热 点和食物过熟。
5G网络
下一代移动通信技术，利用微 波频段实现更高速度和更低延 迟的数据传输。
2第四章 微波收发技术(上下变频技术)
解决措施：镜像抑制混频器
RF1 3dB 功率 分配器 90° 3dB 电桥 RF2 IF上 LO 90° 3dB 电桥 IF下
Z0
下变频的原则
• 要使接收系统具有尽可能高的频率选择性 • 为保证接收系统的增益，一般采用多次下变频
作业：
工作频率： 接收 2.55～2.625GHz 发射 2.9～2.975GHz 信道间隔： 15MHz 信道数目： 预置5个频点 发射中频： 70MHz 接收中频： 70MHz 请给出一个上/下变频的大致实现框图。
类型 LC滤波器 介质滤波器 工作频率 2-3000Mhz 300-3900Mhz 3dB相对带宽 3~100% 1~7%
介质腔体滤波器
梳状腔体滤波器 同轴腔体滤波器
1500-14000Mhz
400-10000Mhz 400-6000Mhz
0.1~0.6%
1~30% 0.6~5%
交指结构腔体滤波器
矩形波导腔体滤波器 微带滤波器
600-16000Mhz
5000-18000MHz ~40GHz或更高
1~80%
0.3~4% 3%以上
多次变频的方案
宽带信号的产生（1）
宽带信号的产生（2）
上变频的原则
• 保证变频之后的高次频率组合分量落在BPF的带外 • 根据中频合理地选择一次或二次方案 • 根据实际滤波器的技术水平
上变频方案的比较
RF2
Q
中频信号的进一步上变频
• 问题
中频信号一般频率较低，如70MHz，如何将低频 率的中频信号经上变频得到一个更高频率的信号 呢？
假设中频为70Mhz，要求的射频工作频率为 28GHz，由70Mhz的中频信号与一个27.93GHz的 本振信号直接产生28GHz的信号可行吗？
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法处理，称之为微波网络方法 。
• 分类：
分类方法
类型
按端口数量分 一口网络、二口网络、多口网络
按几何对称性分 按物理对称性分 按功率损耗分 按变换类型分
对称网络、非对称网络 互易网络、非互易网络
无耗网络、有耗网络 线性网络、非线性网络
可编辑ppt
2
4.1.1 概述
2. 微波网络的特点
（1）必须针对确定的模式。
2. 微波网络的特点 表4-1-2 分析微波网络时的一些基本关系式
序号 1 2
非归一化形式
Ui UiUi
Ii Ii Ii
归一化形式
Ui UiUiU Zi0i
Ui Z0i
IiIiIiIi Z 0 iIi Z 0 i
3
Z0i Ui Ii
Ui Ii ai
4
Z0i Ui Ii
5
Pi 12Ui Ii *
6
2 AD BC
ABC D 2
AB
D A
C
B
D
C
A B C D
可编辑ppt
12
4.1.3 二口网络参量的应用
1. 基本单元电路的A参量
名称 串联 阻抗
并联 导纳
理想 变压器
传输 线段
等效电路
Z
Z01
Z02
T1
T2
Y01 Y
Y02
T1
T2
n:1
Z01
Z02
T1
T2
θ
Z01 Z0 Z02
[Z]
[Y]
[S]
I2 a2 b2 U2 Z02
A
a c
b
d
（1）归一化转移参量
T1
T2
图4-1-1 二口网络及端口的电压、电流
U1 AU2 BI2 I1 CU2 DI2
ACA
B D
a c
Z02 Z01
Z01Z02
b
Z01Z02
d
Z01
Z02
可编辑ppt
5
4.1.2 二口网络的网络参量
（2）转移参量的物理意义
a U 1 ——表示端口2开路时，端口2至端口1的
U 2 I20
电压转移系数
b U 1 ——表示端口2短路时，端口2至端口1的转移阻抗。
I 2 U20
c I1
——表示端口2开路时，端口2至端口1的转移导纳。
U 2 I20
d I1
——表示端口2短路时，端口2至端口1的
S
S11 S21
S12
S22
S11
b1 a1
a2 0
——表示端口2接匹配负载时，端口1处的反射系数。
S 22
b2 a2
a1 0
——表示端口1接匹配负载时，端口2处的反射系数。
S12
b1 a2
a1 0
——表示端口1接匹配负载时，端口2至端口1的 电压传输系数。
S 21
b2 a1
a2 0
——表示端口2接匹配负载时，端口1至端口2的 电压传输系数 。
10
4.1.2 二口网络的网络参量
3. 阻抗参量（Z参量）和导纳参量（Y参量）
UU12
Z11I1 Z12I2 Z21I1 Z22I2
Z
Z11 Z21
Z12
Z22
II12
Y11U1 Y12U2 Y21U1 Y22U2
Y
Y11 Y21
Y12
Y22
可编辑ppt
11
4.1.2 二口网络的网络参量
b U1
Z
I2 U2 0
d I1
1
I 2 U2 0
可编辑ppt
7
4.1.2 二口网络的网络参量
（3）转移参量的性质
若网络对称，有 a=d。 若网络互易，由ad-bc=1。 若网络无耗，有a、d为实数，b、c为纯虚数。
（4）转移参量的传递性
U1
I1
A1
U2 I2
U2 I2
I2 U20
电流转移系数。
可编辑ppt
6
4.1.2 二口网络的网络参量
例4-1-1：串联阻抗单元电 I1
Z
I2
路如图所示，推导该单元电 路的A矩阵。
U1
U2
解：端口2开路时 U1 U2 I2 0
T1
T2
图4-1-2 串联阻抗单元电路
a U1 1 U 2 I20
c I1
0
U 2 I2 0
端口2短路时 U1 ZI1 I1 I2
T1
T2
A
1 Z
0
1
1 0
Y
1
n 0
0
1 n
cos jZ0 sin
j
1 Z0
sin
cos
可编辑ppt
A
Z 02 Z 01
0
Z
Z 01 Z 02
Z 01
Z 02
Y 01 Y 02
Y Y 01 Y 02
0
Y 02 Y 01
n
Z 02 Z 01
4. 网络参量之间的变换
（1）Z参量与A参量的关系
Z ZZ1211
a
Z12 Z22
1c
c
adbc
c d
c
（2）Y参量与A参量的关系
d adbc
Y YY1211 YY1222b1
b a
b
b
（3）S参量与归一化A参量的关系
S 11 S 12 S 21 S 22
A D B C
ABC D
（2）必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应 的网络参量才能确定。
（3）端口的电压、电流宜用归一化值。
Ui
Ui Z 0i
Ii Ii Z0i
进波：
U
i
I
i
归一化进波：U
i
I
i
Ui Ii
ai
出波：
U
i
I
i
归一化出波：U
i
I
i
可编辑ppt
Ui Ii 电压：b i
3
4.1.1 概述
可编辑ppt
9
4.1.2 二口网络的网络参量
– 性质
若网络对称，有 S11S22 若网络互易，有 S12S21 若网络无耗，有 STS* I
S 11 2 S 21 2
S
11
S
* 12
S
21
S
* 22
S 12
S
* 11
S
22
S
* 21
1
0 0
S 12 2 S 22 2 1
可编辑ppt
Pi 12Ui Ii *
Ui Ii bi
P i1 2U iU i*1 2IiIi1 2a ia i*
P i1 2U iU i*1 2IiIi*1 2b ib i*
可编辑ppt
4
4.1.2 二口网络的网络参量
1. 转移参量（A参量）
U I11caUU22dbII22
b1 a1 I1 Z01 U1
第4章 无源微波器件
4.1 微波网络基础 4.2 匹配元件和连接元件
4.3 分路元件 4.4 定向耦合器 4.5 三分贝电桥 4.6 微波衰减器和滤波器 4.7 微波铁氧体器件
可编辑ppt
1
4.1 微波网络基础
4.1.1 概述
1. 微波网络的概念与分类
• 概念：为避开微波器件的内部场结构，将其视为具 有几个端口的微波网络，再用类似于低频网络的方
A2
U3 I3
I1 U1
I2 -I2
I3
A1
U2
A2
U3
U I11AUI33A1A2UI33
T1
T2
T3
图4-1-3 二口网络的级联
AA1A2
AA1A2An
可编辑ppt
8
4.1.2 二口网络的网络参量
2. 散射参量（S参量）
–
定义：bb12
S11a1 S12a2 S21a1 S22a2
– 物理意义：
• 分类：
分类方法
类型
按端口数量分 一口网络、二口网络、多口网络
按几何对称性分 按物理对称性分 按功率损耗分 按变换类型分
对称网络、非对称网络 互易网络、非互易网络
无耗网络、有耗网络 线性网络、非线性网络
可编辑ppt
2
4.1.1 概述
2. 微波网络的特点
（1）必须针对确定的模式。
2. 微波网络的特点 表4-1-2 分析微波网络时的一些基本关系式
序号 1 2
非归一化形式
Ui UiUi
Ii Ii Ii
归一化形式
Ui UiUiU Zi0i
Ui Z0i
IiIiIiIi Z 0 iIi Z 0 i
3
Z0i Ui Ii
Ui Ii ai
4
Z0i Ui Ii
5
Pi 12Ui Ii *
6
2 AD BC
ABC D 2
AB
D A
C
B
D
C
A B C D
可编辑ppt
12
4.1.3 二口网络参量的应用
1. 基本单元电路的A参量
名称 串联 阻抗
并联 导纳
理想 变压器
传输 线段
等效电路
Z
Z01
Z02
T1
T2
Y01 Y
Y02
T1
T2
n:1
Z01
Z02
T1
T2
θ
Z01 Z0 Z02
[Z]
[Y]
[S]
I2 a2 b2 U2 Z02
A
a c
b
d
（1）归一化转移参量
T1
T2
图4-1-1 二口网络及端口的电压、电流
U1 AU2 BI2 I1 CU2 DI2
ACA
B D
a c
Z02 Z01
Z01Z02
b
Z01Z02
d
Z01
Z02
可编辑ppt
5
4.1.2 二口网络的网络参量
（2）转移参量的物理意义
a U 1 ——表示端口2开路时，端口2至端口1的
U 2 I20
电压转移系数
b U 1 ——表示端口2短路时，端口2至端口1的转移阻抗。
I 2 U20
c I1
——表示端口2开路时，端口2至端口1的转移导纳。
U 2 I20
d I1
——表示端口2短路时，端口2至端口1的
S
S11 S21
S12
S22
S11
b1 a1
a2 0
——表示端口2接匹配负载时，端口1处的反射系数。
S 22
b2 a2
a1 0
——表示端口1接匹配负载时，端口2处的反射系数。
S12
b1 a2
a1 0
——表示端口1接匹配负载时，端口2至端口1的 电压传输系数。
S 21
b2 a1
a2 0
——表示端口2接匹配负载时，端口1至端口2的 电压传输系数 。
10
4.1.2 二口网络的网络参量
3. 阻抗参量（Z参量）和导纳参量（Y参量）
UU12
Z11I1 Z12I2 Z21I1 Z22I2
Z
Z11 Z21
Z12
Z22
II12
Y11U1 Y12U2 Y21U1 Y22U2
Y
Y11 Y21
Y12
Y22
可编辑ppt
11
4.1.2 二口网络的网络参量
b U1
Z
I2 U2 0
d I1
1
I 2 U2 0
可编辑ppt
7
4.1.2 二口网络的网络参量
（3）转移参量的性质
若网络对称，有 a=d。 若网络互易，由ad-bc=1。 若网络无耗，有a、d为实数，b、c为纯虚数。
（4）转移参量的传递性
U1
I1
A1
U2 I2
U2 I2
I2 U20
电流转移系数。
可编辑ppt
6
4.1.2 二口网络的网络参量
例4-1-1：串联阻抗单元电 I1
Z
I2
路如图所示，推导该单元电 路的A矩阵。
U1
U2
解：端口2开路时 U1 U2 I2 0
T1
T2
图4-1-2 串联阻抗单元电路
a U1 1 U 2 I20
c I1
0
U 2 I2 0
端口2短路时 U1 ZI1 I1 I2
T1
T2
A
1 Z
0
1
1 0
Y
1
n 0
0
1 n
cos jZ0 sin
j
1 Z0
sin
cos
可编辑ppt
A
Z 02 Z 01
0
Z
Z 01 Z 02
Z 01
Z 02
Y 01 Y 02
Y Y 01 Y 02
0
Y 02 Y 01
n
Z 02 Z 01
4. 网络参量之间的变换
（1）Z参量与A参量的关系
Z ZZ1211
a
Z12 Z22
1c
c
adbc
c d
c
（2）Y参量与A参量的关系
d adbc
Y YY1211 YY1222b1
b a
b
b
（3）S参量与归一化A参量的关系
S 11 S 12 S 21 S 22
A D B C
ABC D
（2）必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应 的网络参量才能确定。
（3）端口的电压、电流宜用归一化值。
Ui
Ui Z 0i
Ii Ii Z0i
进波：
U
i
I
i
归一化进波：U
i
I
i
Ui Ii
ai
出波：
U
i
I
i
归一化出波：U
i
I
i
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Ui Ii 电压：b i
3
4.1.1 概述
可编辑ppt
9
4.1.2 二口网络的网络参量
– 性质
若网络对称，有 S11S22 若网络互易，有 S12S21 若网络无耗，有 STS* I
S 11 2 S 21 2
S
11
S
* 12
S
21
S
* 22
S 12
S
* 11
S
22
S
* 21
1
0 0
S 12 2 S 22 2 1
可编辑ppt
Pi 12Ui Ii *
Ui Ii bi
P i1 2U iU i*1 2IiIi1 2a ia i*
P i1 2U iU i*1 2IiIi*1 2b ib i*
可编辑ppt
4
4.1.2 二口网络的网络参量
1. 转移参量（A参量）
U I11caUU22dbII22
b1 a1 I1 Z01 U1
第4章 无源微波器件
4.1 微波网络基础 4.2 匹配元件和连接元件
4.3 分路元件 4.4 定向耦合器 4.5 三分贝电桥 4.6 微波衰减器和滤波器 4.7 微波铁氧体器件
可编辑ppt
1
4.1 微波网络基础
4.1.1 概述
1. 微波网络的概念与分类
• 概念：为避开微波器件的内部场结构，将其视为具 有几个端口的微波网络，再用类似于低频网络的方
A2
U3 I3
I1 U1
I2 -I2
I3
A1
U2
A2
U3
U I11AUI33A1A2UI33
T1
T2
T3
图4-1-3 二口网络的级联
AA1A2
AA1A2An
可编辑ppt
8
4.1.2 二口网络的网络参量
2. 散射参量（S参量）
–
定义：bb12
S11a1 S12a2 S21a1 S22a2
– 物理意义：