中国科学技术大学：《微波技术基础》课程教学资源（课件讲稿）第六章 微波网络基础 Fundamentals of Microwave Network

第六章微波网络基础Fundamentals of Microwave Network

第六章 微波网络基础 Fundamentals of Microwave Network 1

1958本章内容S 6.1 概述S6.2N端口网络的阻抗和导纳矩阵S6.3N端口微波网络的散射矩阵S6.4二端口网络的转移矩阵和传输矩阵

本 章 内 容 §6.1 概述 §6.2 N端口网络的阻抗和导纳矩阵 §6.3 N端口微波网络的散射矩阵 §6.4 二端口网络的转移矩阵和传输矩阵 2

1958概述$6.1$ 6.1.1微波网络的定义$ 6.1.2微波网络的特点和作用$ 6.1.3微波网络的物理含义3

§6.1 概述 3 §6.1.1 微波网络的定义 §6.1.2 微波网络的特点和作用 §6.1.3 微波网络的物理含义

1958$6.1.1概述微波网络定义微波网络定义：由任意形状良导体所包围的具有若于微波传输线作为输入和输出端口的介质空间。直观解释：微波网络方法是研究微波电路与系统的等效电路分析方法微波网络是由分布参数电路和集总参数网络组合而成，其中分布参数电路是由组成微波电路或系统的规则导行系统等效而成集总参数网络则由微波电路或系统中的不连续性或非线性等效而成

§6.1.1 概述——微波网络定义 微波网络定义：由任意形状良导体所包围的具有若干 微波传输线作为输入和输出端口的介质空间。 直观解释：微波网络方法是研究微波电路与系统的等 效电路分析方法。微波网络是由分布参数电路和集总参数 网络组合而成，其中分布参数电路是由组成微波电路或系 统的规则导行系统等效而成，集总参数网络则由微波电路 或系统中的不连续性或非线性等效而成。 4

19$6.1.1概述微波网络定义螺钉TiT2EtEEU2如图所示，若矩形波导以H10模工作，对左端远区来说，螺钉的作用是产生H10波的反射波，而对右端远区来说，螺钉决定了H10波的通过波。因为螺钉周围储存了较多的电能（有E分量），所以其作用相当于在波导系统中并联了一个容性负载。确定这个电容大小，它与网络参考面（T，和T2）上电压、电流的关系，以及对波导的影响是微波网络方法的基本任务。5

T1 螺钉 T2 E y1  E y2  E y1  E y2  T1 T2 U1  U1  U2  U2  如图所示，若矩形波导以H10模工作，对左端远区来说，螺钉的 作用是产生H10波的反射波，而对右端远区来说，螺钉决定了H10波 的通过波。因为螺钉周围储存了较多的电能（有Ez分量），所以其 作用相当于在波导系统中并联了一个容性负载。确定这个电容大小， 它与网络参考面（T1和T2）上电压、电流的关系，以及对波导的影 响是微波网络方法的基本任务。 5 §6.1.1 概述——微波网络定义

1958$6.1.1概述微波网络定义（续）由端口参考面和理想导体边界面围成的媒质空间。无源微波网络：媒质空间区域没有任何场源存在；线性微波网络：填充的媒质是与场强无关的线性媒质。Zc?NZc2TT26

 由端口参考面和理想导体边界面围成的媒质空间。  无源微波网络：媒质空间区域没有任何场源存在；  线性微波网络：填充的媒质是与场强无关的线性媒质。 T3 T1 T2 ZC3 ZC1 N ZC2 6 §6.1.1 概述——微波网络定义（续）

1958$6.1.2微波网络的特点和作用1.参考面的位置明确确定，并遵循以下原则参考面必须同均匀传输线的纵方向垂直：一在参考面处只考虑传输模式场的存在，不考虑其?它模式场的存在。主（如弯角、转接参考面通常应选择在远离不均勺性点、特性阻抗变化点）的地方

1. 参考面的位置明确确定，并遵循以下原则：  参考面必须同均匀传输线的纵方向垂直；  在参考面处只考虑传输模式场的存在，不考虑其 它模式场的存在。  参考面通常应选择在远离不均匀性（如弯角、转接 点、特性阻抗变化点）的地方。 7 §6.1.2 微波网络的特点和作用

1958$6.1.2微波网络的特点和作用（续1）2.微波网络参量是在微波传输线中只存在单一传输模式下确定的通常考虑主模传输金属矩形波导：通常指TE1主模；同轴线、带状线：TEM模。存在多模传输时，不同模式考虑为一个多端口网中络，网络参量按各个传输模式分别确定。TT二个传输模o

2. 微波网络参量是在微波传输线中只存在单一 传输模式下确定的  通常考虑主模传输：  金属矩形波导：通常指TE10主模；  同轴线、带状线：TEM模。  存在多模传输时，不同模式考虑为一个多端口网 络，网络参量按各个传输模式分别确定。 T1 T2 二个传输模 T1 T2 8 §6.1.2 微波网络的特点和作用（续1）

1958$6.1.2微波网络的特点和作用（续2）3.(纳）、等效电路元件常常直接用感抗容抗（纳）和电阻（导）表示元件值通常与频率成复杂的函数关系，是频率的中函数。通常采用归一化参量4通过微波网络端口的电磁波能量唯一确定：等效网络的端口参量，如电压波和电流波等，不存在单值性

3. 等效电路元件常常直接用感抗（纳）、 容抗（纳）和电阻（导）表示  元件值通常与频率成复杂的函数关系，是频率的 函数。 4. 通常采用归一化参量  通过微波网络端口的电磁波能量唯一确定 ；  等效网络的端口参量，如电压波和电流波等，不 存在单值性。 9 §6.1.2 微波网络的特点和作用（续2）

95$6.1.2微波网络的特点和作用（续3）1、整体看待微波元件，仅研究元件的外部特性（端口特性）。通过对网络参考面上的外部电路量的研究来分析微波元件在微波系统中的作用和各种特性是微波网络方法的基本特点。2、尽管网络参数和元件内部电磁场分布有关，但一般总可以用测量的方法获得，从而绕过求解繁复电磁场边值问题，3、可以直接应用微波网络理论判断网络的一般性质。例如，由能量守恒（无损耗网络）有S矩阵的么正性，即；几何对称性有；介质各向同性有；等等..4、可以用化整为零的方法分析和综合微波元件或系统。例如用单元网络级联求出总的传输矩阵来分析滤波器、过渡器和阻抗变换器等10

1、整体看待微波元件，仅研究元件的外部特性（端口特性）。通过对网 络参考面上的外部电路量的研究来分析微波元件在微波系统中的作 用和各种特性是微波网络方法的基本特点。 2、尽管网络参数和元件内部电磁场分布有关，但一般总可以用测量的方 法获得，从而绕过求解繁复电磁场边值问题。 3、可以直接应用微波网络理论判断网络的一般性质。例如，由能量守恒 （无损耗网络）有[S]矩阵的么正性，即 ；几何对称性有 ；介质各向 同性有 ；等等.。 4、可以用化整为零的方法分析和综合微波元件或系统。例如用单元网络 级联求出总的传输矩阵来分析滤波器、过渡器和阻抗变换器等。 10 §6.1.2 微波网络的特点和作用（续3）