电磁场课件--第四章微波网络
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第四章微波网络基础PPT课件
E yE 1s 0 ia n xejze1(0 x)U (z)
H xZ E T1 E 0 10sinaxejzh10(x)I(z)
ZTE10 1(0//2a0)2
2020/9/29
U(Z)A1ejz
I (z) A1 e jz Z Microwave Technology and Antenna
模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗
由电磁场理论可知, 各模式的波阻抗为:
ZH Ett e hkk((xx,,yy))U Ikk((zz))h ek kZek
2020/9/29
Zek为该模式等效特性阻抗。
Microwave Technology and Antenna
copyright@Duguohong
参考面移动, 网络参量就会改变
微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
copyright@Duguohong
4
4-1等效传输线
为什么将波导传输线等效为双线传输线？
微波元件均需外接传输线
网络
双线传输线
所有微波系统都可以应用微波网络理论来解决
13
4―2 微波元件等效为微波网络的原理
网络参考面的选择
单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续性区域 参考面必须与传输方向相垂直
参考面上的电压和电流有明确的意义
网络参考面选定 网络参数唯一确定 单模传输，外接传输线的路数等于参考面数目
第四章 微波网络基础
杜国宏
电子工程系 2008-7
Microwave Technology and Antenna
2020/9/29
H xZ E T1 E 0 10sinaxejzh10(x)I(z)
ZTE10 1(0//2a0)2
2020/9/29
U(Z)A1ejz
I (z) A1 e jz Z Microwave Technology and Antenna
模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗
由电磁场理论可知, 各模式的波阻抗为:
ZH Ett e hkk((xx,,yy))U Ikk((zz))h ek kZek
2020/9/29
Zek为该模式等效特性阻抗。
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参考面移动, 网络参量就会改变
微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段
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2020/9/29
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4
4-1等效传输线
为什么将波导传输线等效为双线传输线？
微波元件均需外接传输线
网络
双线传输线
所有微波系统都可以应用微波网络理论来解决
13
4―2 微波元件等效为微波网络的原理
网络参考面的选择
单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续性区域 参考面必须与传输方向相垂直
参考面上的电压和电流有明确的意义
网络参考面选定 网络参数唯一确定 单模传输，外接传输线的路数等于参考面数目
第四章 微波网络基础
杜国宏
电子工程系 2008-7
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2020/9/29
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
电磁场课件--第四章微波元件及微波网络理论概要
功率分配元器件
• 在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比 例分成几路, 这就是功率分配问题。
• 实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各 种微波分支器件。
微波谐振器件
• 微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传 输线谐振器两大类,
• 传输线型谐振器是一段由两端短路或开路 的微波导行系统构成的, 如金属空腔谐振器、 同轴线谐振器和微带谐振器等, 在实际应用 中大部分采用此类谐振器。
• 一般采用等效为微波网络的方法，微波元 件特性用微波网络的外特性参量描述，而 这些网络外特性参量可以用网络参量描述， 网络参量可以由实验测定。
5 微波元件分类
根据微波元件功能可以将微波元件分类： 1）连接元件 • 功能：不同类型微波传输线连接，实质上
是完成导行电磁波不同模式的转换。 • 技术要求：完成模式转换的同时，引入衰
• 终端负载元件是连接在传输系统终端实现 终端短路、匹配或标准失配等功能的元件;
• 微波连接元件用以将作用不同的两个微波 系统按一定要求连接起来,主要包括波导接 头、衰减器、相移器及转换接头等;
• 阻抗匹配元器件是用于调整传输系统与终 端之间阻抗匹配的器件, 主要包括螺钉调配 器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。
耗和反射波尽可能小。 • 波导之间转换、同轴线和波导、同轴线和
微带线、波导和微带线和矩形波导和圆波 导。
2）分支元件
功能：元件接入，对应普通电路并联和串联。
E-T分支（串联），H-T分支（并联），双T 功率分配器。
3）RLC元件
• 功能：电阻性元件吸收电磁场能量，电感、 电容性元件储存电磁场能量。
• 微波元件一般是由微波传输线结构（形状、 尺寸及填充介质）突变而构成。
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
第4章微波网络基础ppt课件
I(z)= A 1 ［1-Γ(z)］
Ze
式中, Ze为等效传输线的等效特性阻抗。 传输线上任意一 点输入阻抗为
1 (z)
Zin(z)=Ze 1 ( z )
任意点的传输功率为
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
由电磁场理论可知, 各模式的传输功率可由下式给出:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第4章 微波网络基础
P k1 2R e E K (x,y,z)H K (x,y,z)ds 1 2R e[U k(z)I (z) ] e K (x ,y) h K (x ,y)ds
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第4章 微波网络基础
Et(x, y,z) ek(x, y)Uk(z)
Ht(x, y,z) hk(x, y)Ik(z)
式中ek(x, y)、hk(x, y)是二维实函数, 代表了横向场的模式横 向分布函数, Uk(z)、Ik(z)都是一维标量函数, 它们反映了横向电 磁场各模式沿传播方向的变化规律, 故称为模式等效电压和模 式等效电流。值得指出的是这里定义的等效电压、等效电流是 形式上的, 它具有不确定性, 上面的约束只是为讨论方便, 下面 给出在上面约束条件下模式分布函数应满足的条件。
单口 网络
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
Ze
式中, Ze为等效传输线的等效特性阻抗。 传输线上任意一 点输入阻抗为
1 (z)
Zin(z)=Ze 1 ( z )
任意点的传输功率为
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
由电磁场理论可知, 各模式的传输功率可由下式给出:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第4章 微波网络基础
P k1 2R e E K (x,y,z)H K (x,y,z)ds 1 2R e[U k(z)I (z) ] e K (x ,y) h K (x ,y)ds
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第4章 微波网络基础
Et(x, y,z) ek(x, y)Uk(z)
Ht(x, y,z) hk(x, y)Ik(z)
式中ek(x, y)、hk(x, y)是二维实函数, 代表了横向场的模式横 向分布函数, Uk(z)、Ik(z)都是一维标量函数, 它们反映了横向电 磁场各模式沿传播方向的变化规律, 故称为模式等效电压和模 式等效电流。值得指出的是这里定义的等效电压、等效电流是 形式上的, 它具有不确定性, 上面的约束只是为讨论方便, 下面 给出在上面约束条件下模式分布函数应满足的条件。
单口 网络
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
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。
《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
微波技术基础-微波网络分析(1)
T1，T2，……，Tn为各个端口的参考面 作一个封闭面Ω将微波节包围在内，在端口 处曲面与参考面重合
1 2
Et
H
t
dd j2 Wm We Pl
流入封闭曲面内的功率
——复功率定理
Wm——储存的磁场能量的平均值 Pl ——媒质损耗功率的平均值
We——储存的电场能量的平均值
d 的方向为由内向外.
j Ht
2
j
Et
ZTE
Et Ht
——波阻抗
双线传输线
在行波状态下
dU
ZI
dz dI YU
U Z0 I
——特性阻抗
dz
可见，Et、Ht与U、I有一一对应关系
§4.2 波导等效为双线、不均匀结构等效为网络 ——模式电压和模式电流
在广义正交坐标系中
Et u, v, z U (z)et u, v Ht u, v, z I (z)ht u, v
j2 Wm We Pl
当满足归一化条件时：
1
2
i
U
i
(
z
)
I
i
(
z
)
j2 Wm
We Pl
通过第i个端口的复功率
微波结中损耗的功率
——可将微波结中所储存的和损耗的电磁能量
的作用，用一个集总电路来等效
§4.2 波导等效为双线、不均匀结构等效为网络
——不均匀性等效为网络
21
§4.3 归一化参量——阻抗的归一化
§4.2 波导等效为双线、不均匀结构等效为网络
——不均匀性等效为网络
1 2
Et Ht
dd 1
2
i
Si
Eti
H ti
ddSSii
1 2
Et
H
t
dd j2 Wm We Pl
流入封闭曲面内的功率
——复功率定理
Wm——储存的磁场能量的平均值 Pl ——媒质损耗功率的平均值
We——储存的电场能量的平均值
d 的方向为由内向外.
j Ht
2
j
Et
ZTE
Et Ht
——波阻抗
双线传输线
在行波状态下
dU
ZI
dz dI YU
U Z0 I
——特性阻抗
dz
可见，Et、Ht与U、I有一一对应关系
§4.2 波导等效为双线、不均匀结构等效为网络 ——模式电压和模式电流
在广义正交坐标系中
Et u, v, z U (z)et u, v Ht u, v, z I (z)ht u, v
j2 Wm We Pl
当满足归一化条件时：
1
2
i
U
i
(
z
)
I
i
(
z
)
j2 Wm
We Pl
通过第i个端口的复功率
微波结中损耗的功率
——可将微波结中所储存的和损耗的电磁能量
的作用，用一个集总电路来等效
§4.2 波导等效为双线、不均匀结构等效为网络
——不均匀性等效为网络
21
§4.3 归一化参量——阻抗的归一化
§4.2 波导等效为双线、不均匀结构等效为网络
——不均匀性等效为网络
1 2
Et Ht
dd 1
2
i
Si
Eti
H ti
ddSSii
电磁场课件--第四章微波网络
§4.8 微波网络
一 微波元件的分析方法
二 微波元件等效为微波网络 三 描述微波网络的参量 四 二端口微波网络 五 微波网络参量的测定 六 微波网络的外特性参量
一 微波元件的分析方法
• 微波元件要具有各自的功能，作为电路元 件，更注重微波元件的外部特征，如衰减、 相移、反射等等。 • 微波元件的外特性应决定于其内部电磁场 的形态，但是微波元件因其复杂和不规则 的边界，使得严格地求其内部场解十分困 难，甚至是不可能。
Z I U Z1nI 1 11 1 Z 12I2 n Z I U2 Z21I Z2nI 1 22 2 n Z I U ZnnI n n1 1 Zn2I2 n
Z U 1 11 U2 Z21 Z Un n1
参量意义
U 1 A 11 U2
，即为T2参考面开路时由T2到T1参考面的 反向电压传输系数（或称电压转移系数）。
0 I 2
U 1 A 12 I 2
表示T2参考面短路时，T1参考面对T2 参考面的转移阻抗。
0 U 2
表示T2参考面开路时，T1参考面对T2参 考面的转移导纳。
可逆和不可逆网络
• 网络内只含有各向同性媒质 ,则网络参考面 上的场量呈可逆状态 ,这种网络称为可逆网 络,反之称为不可逆网络。 • 一般非铁氧体的无源微波元件都可等效为 可逆微波网络,而铁氧体微波元件和有源微 波电路,则可等效为不可逆的微波网络。 • 可逆与不可逆网络又可称为互易网络和非 互易网络。
图 4―3―1
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:
• 单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续 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;
一 微波元件的分析方法
二 微波元件等效为微波网络 三 描述微波网络的参量 四 二端口微波网络 五 微波网络参量的测定 六 微波网络的外特性参量
一 微波元件的分析方法
• 微波元件要具有各自的功能，作为电路元 件，更注重微波元件的外部特征，如衰减、 相移、反射等等。 • 微波元件的外特性应决定于其内部电磁场 的形态，但是微波元件因其复杂和不规则 的边界，使得严格地求其内部场解十分困 难，甚至是不可能。
Z I U Z1nI 1 11 1 Z 12I2 n Z I U2 Z21I Z2nI 1 22 2 n Z I U ZnnI n n1 1 Zn2I2 n
Z U 1 11 U2 Z21 Z Un n1
参量意义
U 1 A 11 U2
，即为T2参考面开路时由T2到T1参考面的 反向电压传输系数（或称电压转移系数）。
0 I 2
U 1 A 12 I 2
表示T2参考面短路时，T1参考面对T2 参考面的转移阻抗。
0 U 2
表示T2参考面开路时，T1参考面对T2参 考面的转移导纳。
可逆和不可逆网络
• 网络内只含有各向同性媒质 ,则网络参考面 上的场量呈可逆状态 ,这种网络称为可逆网 络,反之称为不可逆网络。 • 一般非铁氧体的无源微波元件都可等效为 可逆微波网络,而铁氧体微波元件和有源微 波电路,则可等效为不可逆的微波网络。 • 可逆与不可逆网络又可称为互易网络和非 互易网络。
图 4―3―1
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:
• 单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续 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;
微波工程微波网络分析PPT课件
第20页/共53页
50Ω
V V
2
2
例4.4 求3dB衰减器的S参数，匹配负载为50Ω。
计算分压
141.8(58.56) /(141.8 58.56) 41.44
V V V ( 41.44 )( 50 ) 0.707V
2 2 1 41.44 8.56 50 8.56
1
S S 0.707
([Z] [U])[V ] ([Z] [U])[V ]
其中[U]为单位矩阵
1 0 0
[U]
0
1
0
1
[S ] ([Z ] [U ])1([Z ] [U ])
[Z ] ([U ] [S ]) 1([U ] [S ])
第22页/共53页
互易网络与无耗网络
对于互易网络
[S] [S]t 对称矩阵
S11
S12 S 21 1 S22
(0.1) ( j0.8)( j0.8) 1 0.2
0.633
RL 20log 3.97dB
第26页/共53页
参考平面的移动
S参数与入射到网络和反射自网络的行波的振幅和相位有关， 因此网络的每一端口的相位参考平面必须加以确定。
当参考面从它们的原始位置移动时，S参数需要进行转换。
免反射的出现。
Sii:当所有端口接匹配负载时，向i端口看去的反射系数。 Sij:当所有端口接匹配负载时，从j端口到i端口的传输系数。
第19页/共53页
例4.4 求3dB衰减器的S参数，匹配负载为50Ω。-自学！
V
S 1
11
V
1
Z(1) Z
in
0
Z Z (1)
V2 0
in
0
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 在外接传输线上选择参考面，参考面和微波 元件边界条件（一般为理想导体），把微波 元件分割为一个“封闭”的系统，等效为网 络。
• 参考面上传输线等效为网络的端口。参考面 的个数就是微波网络的端口数。
图 4―3―1
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: • 单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续 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; • 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。
4 微波网络的特点
• 画出的等效电路及其参量是对一个工作模式而言 的,对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。
• 电路中不均匀点附近将会激起高次模,因此不均匀 区段的网络端面(即参考面)需取得稍远离不均匀 区,使不均匀区激励起的高次模衰减到足够小,此时 高次模对工作模式的影响仅增加一个电抗值,可计 入网络参量之内。
Z12 I2 Z22 I2
Z1n In Z 2n In
Un Zn1I1 Zn2 I2 Znn In
UU12
Z11
Z
21
Un
Z n1
Z12 Z 22
Zn2
Z1n Z 2n
II12
Z
nn
In
I1 Y11U1 Y12U2 L Y1nUn
• 由于均匀传输线是微波网络的一部分,它的网络参 量与线的长度有关,因此整个网络参考面也要严格 规定,一旦参考面移动,则网络参量就会改变。
• 微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段, 当频率范围大幅度变化时,对于同一个网络结构的 阻抗和导纳不仅有量的变化,而且性质也会发生变 化,致使等效电路及其参量也发生改变,而且频率特 性会重复出现。
2 电磁场唯一性定理与微波网络等效原理
• 电磁场唯一性定理指出,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。
• 微波网络的边界是由理想导体和网络参考面所组 成,而理想导体的边界条件为切向电场均等于零,因 此只要给定参考面上切向电场(或切向磁场),或者 一部分参考面上给定切向电场,另一部分参考面上 给定切向磁场,则区域内的电磁场也被唯一确定。
• 描述微波网络参量：阻抗、导纳、转移、散射和 传输。其中散射和传输参量是微波网络独有的。
二 微波元件等效为微波网络
• 微波元件等效为微波网络 • 电磁场唯一性定理与微波网络等效原理 • 微波网络的分类 • 微波网络的特性
1 微波元件等效为微波网络
• 微波元件作为电路元件总是通过传输线和外 电路联系起来的。
• 这种微波网络称为线性网络。否则称为非 线性网络。
可逆和不可逆网络
• 网络内只含有各向同性媒质,则网络参考面 上的场量呈可逆状态,这种网络称为可逆网 络,反之称为不可逆网络。
• 一般非铁氧体的无源微波元件都可等效为 可逆微波网络,而铁氧体微波元件和有源微 波电路,则可等效为不可逆的微波网络。
• 可逆与不可逆网络又可称为互易网络和非 互易网络。
切向电场和端口电压
• 端口电压一定意义上决定于参考面上电场 的切向分量。
rr
UT ET dl
切向磁场和端口电流
• 端口电流一定意义上决定于参考面上磁场的 切向分量。
rr
IT Ñ HT dl
网络方程
• 如果网络内部的媒质是线性媒质,则描写网络 内部电磁场的麦克韦斯方程为一组线性微分 方程。
• 同理,描写各个参考面上的模式电压和模式电 流之间的关系的方程也是线性方程。这个网 络称为线性网络。
• 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。
UU21
Z11I1 Z 21I1
无耗和有耗网络
• 若网络内部为无耗媒质,且导体是理想导体, 即网络的输入功率等于网络的输出功率。
定律定理概念方法等,可以移植过来使用。 • 由于微波电路均属于分布参数系统,和低频网络相
比微波网络具有其特点。
3 网络分析和网络综合
• 网络分析的任务是根据实际的电路结构求 出网络参量及其工作特性参量;
• 网络综合的任务是根据预定的工作特性参 量应用数学方法,求出物理上可实现的网络 结构以满足给定的工作特性要求。
§4.8 微波网络
一 微波元件的分析方法 二 微波元件等效为微波网络 三 描述微波网络的参量 四 二端口微波网络 五 微波网络参量的测定 六 微波网络的外特性参量
一 微波元件的分析方法
• 微波元件要具有各自的功能，作为电路元 件，更注重微波元件的外部特征，如衰减、 相移、反射等等。
• 微波元件的外特性应决定于其内部电磁场 的形态，但是微波元件因其复杂和不规则 的边界，使得严格地求其内部场解十分困 难，甚至是不可能。
1 低频网络理论
• 网络的外部特性可由网络参量来表示， • 网络的连接与组合变成为网络参量的运算， • 基本元件的网络参量可由规定条件下的实
验测定。
2 微波网络理论
• 任何一个复杂的微波系统都可以用电磁场理论和 低频网络理论相结合的方法来求解,这种理论称为 微波网络理论。
• 微波网络理论可分为网络分析和网络综合。 • 低频网络是微波网络的基础,因此低频网络的一些
LI2
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Y21U1 LLL
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网络参量
• 其中［Z］为阻抗矩阵, • ［Y］为导纳矩阵。 • 由此可见,任何一个微波系统的不均匀性问
题都可以用网络观点来解决,网络的特性可 以用网络参量来描写。
3 微波网络分类
微波网络的种类很多,可以按各种不同的角 度将网络进行分类。若按网络的特性进行 分类,则可分为下列几种。 • 线性与非线性网络 • 可逆和不可逆网络 • 无耗和有耗网络 • 对称和非对称网络
线性与非线性网络
• 若微波网络参考面上的模式电压与模式电 流呈线性关系,则描写网络特性的网络方程 为线性代数方程。
• 参考面上传输线等效为网络的端口。参考面 的个数就是微波网络的端口数。
图 4―3―1
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: • 单模传输时,参考面的位置尽量远离不连续 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; • 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。
4 微波网络的特点
• 画出的等效电路及其参量是对一个工作模式而言 的,对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。
• 电路中不均匀点附近将会激起高次模,因此不均匀 区段的网络端面(即参考面)需取得稍远离不均匀 区,使不均匀区激励起的高次模衰减到足够小,此时 高次模对工作模式的影响仅增加一个电抗值,可计 入网络参量之内。
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• 由于均匀传输线是微波网络的一部分,它的网络参 量与线的长度有关,因此整个网络参考面也要严格 规定,一旦参考面移动,则网络参量就会改变。
• 微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段, 当频率范围大幅度变化时,对于同一个网络结构的 阻抗和导纳不仅有量的变化,而且性质也会发生变 化,致使等效电路及其参量也发生改变,而且频率特 性会重复出现。
2 电磁场唯一性定理与微波网络等效原理
• 电磁场唯一性定理指出,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。
• 微波网络的边界是由理想导体和网络参考面所组 成,而理想导体的边界条件为切向电场均等于零,因 此只要给定参考面上切向电场(或切向磁场),或者 一部分参考面上给定切向电场,另一部分参考面上 给定切向磁场,则区域内的电磁场也被唯一确定。
• 描述微波网络参量：阻抗、导纳、转移、散射和 传输。其中散射和传输参量是微波网络独有的。
二 微波元件等效为微波网络
• 微波元件等效为微波网络 • 电磁场唯一性定理与微波网络等效原理 • 微波网络的分类 • 微波网络的特性
1 微波元件等效为微波网络
• 微波元件作为电路元件总是通过传输线和外 电路联系起来的。
• 这种微波网络称为线性网络。否则称为非 线性网络。
可逆和不可逆网络
• 网络内只含有各向同性媒质,则网络参考面 上的场量呈可逆状态,这种网络称为可逆网 络,反之称为不可逆网络。
• 一般非铁氧体的无源微波元件都可等效为 可逆微波网络,而铁氧体微波元件和有源微 波电路,则可等效为不可逆的微波网络。
• 可逆与不可逆网络又可称为互易网络和非 互易网络。
切向电场和端口电压
• 端口电压一定意义上决定于参考面上电场 的切向分量。
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切向磁场和端口电流
• 端口电流一定意义上决定于参考面上磁场的 切向分量。
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网络方程
• 如果网络内部的媒质是线性媒质,则描写网络 内部电磁场的麦克韦斯方程为一组线性微分 方程。
• 同理,描写各个参考面上的模式电压和模式电 流之间的关系的方程也是线性方程。这个网 络称为线性网络。
• 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。
UU21
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无耗和有耗网络
• 若网络内部为无耗媒质,且导体是理想导体, 即网络的输入功率等于网络的输出功率。
定律定理概念方法等,可以移植过来使用。 • 由于微波电路均属于分布参数系统,和低频网络相
比微波网络具有其特点。
3 网络分析和网络综合
• 网络分析的任务是根据实际的电路结构求 出网络参量及其工作特性参量;
• 网络综合的任务是根据预定的工作特性参 量应用数学方法,求出物理上可实现的网络 结构以满足给定的工作特性要求。
§4.8 微波网络
一 微波元件的分析方法 二 微波元件等效为微波网络 三 描述微波网络的参量 四 二端口微波网络 五 微波网络参量的测定 六 微波网络的外特性参量
一 微波元件的分析方法
• 微波元件要具有各自的功能，作为电路元 件，更注重微波元件的外部特征，如衰减、 相移、反射等等。
• 微波元件的外特性应决定于其内部电磁场 的形态，但是微波元件因其复杂和不规则 的边界，使得严格地求其内部场解十分困 难，甚至是不可能。
1 低频网络理论
• 网络的外部特性可由网络参量来表示， • 网络的连接与组合变成为网络参量的运算， • 基本元件的网络参量可由规定条件下的实
验测定。
2 微波网络理论
• 任何一个复杂的微波系统都可以用电磁场理论和 低频网络理论相结合的方法来求解,这种理论称为 微波网络理论。
• 微波网络理论可分为网络分析和网络综合。 • 低频网络是微波网络的基础,因此低频网络的一些
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网络参量
• 其中［Z］为阻抗矩阵, • ［Y］为导纳矩阵。 • 由此可见,任何一个微波系统的不均匀性问
题都可以用网络观点来解决,网络的特性可 以用网络参量来描写。
3 微波网络分类
微波网络的种类很多,可以按各种不同的角 度将网络进行分类。若按网络的特性进行 分类,则可分为下列几种。 • 线性与非线性网络 • 可逆和不可逆网络 • 无耗和有耗网络 • 对称和非对称网络
线性与非线性网络
• 若微波网络参考面上的模式电压与模式电 流呈线性关系,则描写网络特性的网络方程 为线性代数方程。