《微波技术基础》课程PPT教学课件（讲稿）第四章 微波网络基础

第四章微波网络基础 4-1引言 任何一个微波系统都是由各种微波元件和微波传输线组成的。 任何一个复杂的徼波系统都可以用电磁场理论和低频网络理论 相结合的方法来分析,这种理论称为微波网络理论。 微波网络具有如下特点 (1)对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。通常希望传输 线工作于主模状态 (②)电路中不均匀区附近将会激起高次模,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 (3)整个网络参考面要严格规定,一旦参考面移动,则网络参量就 会改变 (4)微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段

第四章 微波网络基础 4-1 引 言 任何一个微波系统都是由各种微波元件和微波传输线组成的。 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 相结合的方法来分析，这种理论称为微波网络理论。 微波网络具有如下特点： (1)对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。通常希望传输 线工作于主模状态。 (2)电路中不均匀区附近将会激起高次模，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。 (3)整个网络参考面要严格规定，一旦参考面移动，则网络参量就 会改变。 (4)微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段

第四章微波网络基础 42波导等效为平行双线 为了定乂任意截面沿z方向单模传输的均匀波导参考面上的模 式电压和模式电流,一般作如下规定: (1)冷令模式电压U()正比于横向电场E7;模式电流/()正比于 横向磁场Hr (2)模式电压与模式电流共轭的乘积等于波导传输的复功率 (3)模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗

第四章 微波网络基础 4-2 波导等效为平行双线 为了定义任意截面沿z方向单模传输的均匀波导参考面上的模 式电压和模式电流，一般作如下规定： (1)令模式电压U (z)正比于横向电场ET ；模式电流I(z)正比于 横向磁场HT ； (2)模式电压与模式电流共轭的乘积等于波导传输的复功率 (3)模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗

第四章微波网络基础 归一化阻抗z z 1+ Z 1-T 故归一化电压和电流的定义为 U/( ()=(4)zo 复功率 P=20)()=2(()y)(2)=2

第四章 微波网络基础 归一化阻抗 ~ Z Z Z = = + 0 − 1 1   故归一化电压和电流的定义为 ( ) ( ) ( ) ( ) ~ ~ U z U z Z I z I z Z = =      0 0 复功率 P = U(z)I (z) = (U(z) Z )(I (z) Z ) = U(z)I (z) 1    2 1 2 1 2 0 0 ~ ~

第四章微波网络基础 等效双线上的电压和电流可写成入射波和反射波之和,即 U()=U()+U1() l()=1(2)+1()=7[U ∠0 ()-(2 电压、电流进行归一化 U()U( U/() U()=U(=)+U,( ()=U(2)-U(2)

第四章 微波网络基础 等效双线上的电压和电流可写成入射波和反射波之和，即 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )  ( ) ( ) U z U z U z I z I z I z Z U z U z i r i r i r = + = + = − 1 0 电压、电流进行归一化 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) U z Z U z Z U z Z I z Z U z Z U z Z i r i r 0 0 0 0 0 0 = + = − ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ~ ~ ~ ~ ~ ~ U z U z U z I z U z U z i r i r = + = − 即

第四章微波网络基础 归一化入射波电压模的平方正比于入射波功率, =3(2=1(- 归一化反射波电压模的平方正比于反射波功率 M=< 2Z 双线上传输的有功功率P等于 P=2Re()]=2R(()+)厂 U()(=r)=( P-P

第四章 微波网络基础 归一化入射波电压模的平方正比于入射波功率， 即 ( ) ( ) ( ) ( ) P U z I z ( ) U z Z U z Z U z i i i i i = = = = i 1 2 2 1 2 1 2 2 0 0 2 ~ 2 归一化反射波电压模的平方正比于反射波功率， 即 ( ) ( ) ( ) ( ) P U z I z ( ) U z Z U z Z U z r r r r r = = = = r 1 2 2 1 2 1 2 2 0 0 2 ~ 2 双线上传输的有功功率PL等于 P U( ) ( )  ( ) ( )( )( ) z I z U z I z L = = i i + − 1    2 1 2 Re Re 1  1  = ( ) ( )( − ) = ( − ) = − 1 2 1 1 2 2 Ui z I i z  Pi  Pi Pr

第四章微波网络基础 4-3微波元件等效为微波网络 网络参考面的选择 参考面的位置可以任意选,但必须考虑以下两点: 1)单模传输时,参考面的位置应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; (2)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 如果参考面位置改变,则网络参数也随之改变

第四章 微波网络基础 4-3微波元件等效为微波网络 一、 网络参考面的选择 参考面的位置可以任意选，但必须考虑以下两点： （1）单模传输时，参考面的位置应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； （2）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 如果参考面位置改变，则网络参数也随之改变

第四章微波网络基础 对于单模 传输情况来说, 微波网络的外 接传输线的路 三端口 微波网门 数与参考面的 数目相等。如 图所示 微波元件及甚等效网辅1 四端 微波网

第四章 微波网络基础 对于单模 传输情况来说， 微波网络的外 接传输线的路 数与参考面的 数目相等。如 图所示 微波元件及其等效网络

第四章微波网络基础 二、不均匀区等效为微波网络 微波元件对电磁波的控制作用是通过微波元件内部的不均匀区 不连续性边界)和填充媒质的特性来实现的。将不均匀区等效为 微波网络,需要用到电磁场的唯一性原理和线性叠加原理。 线性叠加原理 对于n端口线性网络, +D12 In n U2=2211+2212+…+2n m1+2 2+…+2 nn n 式中Z为阻抗参量,若m=n称它为自阻抗,若m≠n称它为转 移阻抗

第四章 微波网络基础 二、不均匀区等效为微波网络 微波元件对电磁波的控制作用是通过微波元件内部的不均匀区 (不连续性边界)和填充媒质的特性来实现的。将不均匀区等效为 微波网络，需要用到电磁场的唯一性原理和线性叠加原理。 线性叠加原理 对于n端口线性网络， U Z I Z I Z I U Z I Z I Z I U Z I Z I Z I n n n n n n n nn n 1 11 1 12 2 1 2 21 1 22 2 2 1 1 2 2 = + + + = + + + = + + +               式中Zmn为阻抗参量，若m=n称它为自阻抗，若mn称它为转 移阻抗

第四章微波网络基础 如果n端口网络的各个参考面上同时有电压作用时 1=Y1U1+Y12U2 12=2U1+2U2+…+2 1n=nU1+n2U2+…+YmVn 式中Ym为导纳参量,若m=n称它为自导纳,若mn称它为转移导纳。 Y,‖U =[z小 []=[yI

第四章 微波网络基础 如果n端口网络的各个参考面上同时有电压作用时 I Y U Y U Y U I Y U Y U Y U I Y U Y U Y U n n n n n n n nn n 1 11 1 12 2 1 2 21 1 22 2 2 1 1 2 2 = + + + = + + + = + + +               式中Ymn为导纳参量，若m=n称它为自导纳，若mn称它为转移导纳。 U U U Z Z Z Z Z Z Z Z Z I I I n n n n n nn n 1 2 11 12 1 21 22 2 1 2 1 2                      =                         U = ZI I I I Y Y Y Y Y Y Y Y Y U U n U n n n n nn n 1 2 11 12 1 21 22 2 1 2 1 2                      =                         I = YU

第四章微波网络基础 三、微波网络的特性 (一)微波网络的分类 按网络的特性进行分类 按微波元件的功能来分 1.线性与非线性网络 1.阻抗匹配网络 2.可逆与不可逆网络 2.功率分配网络 3.无耗与有耗网络 3.滤波网络 4.对称与非对称网络 4.波型变换网络

第四章 微波网络基础 三、 微波网络的特性 (一) 微波网络的分类 按网络的特性进行分类 1. 线性与非线性网络 2. 可逆与不可逆网络 3. 无耗与有耗网络 4. 对称与非对称网络 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