微波技术基础2013-第四章-微波网络分析.ppt

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1、第四章微波网络分析研究微波网络理论的主要目的分析微波器件、部件和系统的工作特性微波电路和元器件的综合设计微波网络理论建立的基础电路理论传输线理论电磁场理论第四章微波网络分析微波电路分析的两种方法及其比较“场”的方法（直接求解电磁边界问题）优点：结果精确是“路”分析方法的基础缺点计算过程复杂计算工作量大无法对复杂的电路进行分析，无法得出系统特性“路”的方法直接从微波元器件的电路特性出发，分析和设计微波部件、子系统优点方法简单，可借鉴低频电路的一些分析方法电路和系统的特性清晰缺点结果近似微波电路与系统的完整实现是两种方法结合的结果第四章微波网络分析本章内容及其重难点等效电压与电流的概念描述微波网络

2、的主要的网络矩阵参数及其定义网络参数的意义与计算网络的信号流图及其应用波导的激励与耦合第四章微波网络分析微波网络的分类按网络性质分类线性网络（无源网络）非线性网络（有源网络）互易网络非互易网络按网络的端口分类单端口网络双端口网络三端口网络N端口网络4.1阻抗和等效电压与电流传输线的等效电压和电流概念在微波频率下,电压和电流的直接测量困难。非TEM传输线的电压、电流定义不唯一，导致由此定义的传输线特征阻抗定义不唯一，需要引入等效电压和电流的概念。特征阻抗常常采用归一值。不同传播模式的等效特征阻抗不同。在微波传输线上，真正可测量的量是传输功率、反射系数和相位移，因此只要采取合理的电压和电流等效关系

3、，归一阻抗关系是唯一的.等效电压、电流和阻抗TEM模的电压和电流等效电压、电流和阻抗非TEM模式的等效电压与电流特点定义不唯一与传播模式有关特征阻抗的绝对值无意义，常常采用归一值要点归一后的电压和电流保持功率不变。等效电压、电流和阻抗非TEM模式等效电压和电流定义的基本思路电压正比于横向电场电流正比于横向磁场等效电压和电流的乘积必须等于该模式的功率流入射波电压和入射波电流的比值为传输线特征阻抗，一般归一为1归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射系数的关系为等效电压、电流和阻抗横向电场和磁场与等效电压和电流的关系等效原则——保持功率不变例如，设正向行波为其中et和ht分别表示横向电场和磁场

4、在传输线横截面上的分布由功率不变的原则，必须有显然需要求这是等效电压和电流满足的基本条件，这样定义的电压和电流又称为模式矢量电压和电流。等效电压、电流和阻抗矩形波导TE10模的(模式矢量)等效电压和电流设令(模式矢量)等效电压和电流显然有等效电压、电流和阻抗电压、电流和阻抗的归一化为什么要归一化——等效电压和电流的比值是波阻抗而不能完全替代传输线的特征阻抗，因此不能正确反映传输线的工作状况，非TEM模传输线的阻抗特性只能通过测得在某种模式下的反射系数，再计算出归一化阻抗。等效电压、电流和阻抗例：矩形波导TE10模的波阻抗为例：两个宽度相同，高度不同的波导波阻抗是相同的，但它们相连接时，连接处显

5、然会出现反射，而用波阻抗来代替特征阻抗得不出正确结果。等效电压、电流和阻抗——矩形波导TE10模的等效阻抗矩形波导的横向电场和磁场传输功率等效电压、电流和阻抗——矩形波导TE10模的等效阻抗等效电压假设在波导a/2处的电场由b到0的积分定义为波导的等效电压等效电流z向电流在波导顶面的积分等效电压、电流和阻抗——矩形波导TE10模的等效阻抗在这种假设下得到的等效电压和等效电流不能满足功率不变的要求，说明假设的不确定性，Z0无实际意义。等效电压、电流和阻抗归一电压，归一电流和归一阻抗的引入归一电压和电流和归一阻抗的定义由于反射系数是唯一并可测的，因此归一阻抗可唯一确定，并满足功率不变原则。等效电压

6、、电流和阻抗归一入射电压、电流和归一反射电压、电流归一特征阻抗显然，上面的归一定义是满足功率不变原则的。4.2阻抗和导纳矩阵阻抗矩阵和导纳矩阵的定义如图,Vi和Ii分别代表第i个端口的输入电压和电流，则该网络的[Z]矩阵和[Y]矩阵定义如下：阻抗矩阵写成矩阵形式有4.2阻抗和导纳矩阵导纳矩阵写成矩阵形式有阻抗矩阵和导纳矩阵分别可简写为:阻抗矩阵和导纳矩阵的关系或4.2阻抗和导纳矩阵[Z]矩阵和[Y]矩阵参数的意义Z矩阵Zii是除第i个端口外,其余端口都开路时,i端口的自阻抗Zij是除第j个端口外,其余端口都开路时,端口i和端口j之间的转移阻抗,又称为互阻抗。4.2阻抗和导纳矩阵导纳矩阵Yii是

7、除第i个端口外,其余端口都短路时,i端口的自导纳Yij是除第j个端口外,其余端口都短路时,端口i和端口j之间的转移导纳（互导纳）。4.2.1互易网络定义设网络的两个端口分别为1和2，如果它们之间满足如下关系，则这个网络的端口1和2是互易的。其中下标a和b表示网络中某处的两个独立源在1、2端口产生的等效电压和电流。再利用：可以得到：如果网络任意两个端口之间都满足上面的关系，即则这个网络为互易网络。4