电磁场课件--第四章微波网络

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。
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
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。
§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。
• 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。
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。
LI2
L
Y21U1 LLL
Y22U2
L
Y2nUn
In Yn1U1 Yn2U2 L YnnUn
I1
I
2
M
I
n
Y11 M Yn1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
L L
I Y U
Y1n M Ynn
U1 U2
M Un
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
• 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。
• 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
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。
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
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。
• 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。
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。
• 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。