微波工程_微波网络分析.ppt

互易定理与互易网络复习 互易定理是一个较有普遍意义的定理。 具有互易性质的网络称为互易网络。 互易性质表现为：将网络的输入和特定输出互换位置后，输出不因这种换位而有所改变。 互易性不仅一些电网络有，某些声学系统、力学系统等也有。 一般地说，由线性时不变的二端电阻元件、电感元件、电容元件、耦合电感器和理想变压器连接而成的网络均有此性质。 含有受控电源、非线性元件、时变元件、回转器的网络都不一定具有这种性质。 广义散射参量 微波矢量网络分析仪 矢量网络分析仪 传输（ABCD）矩阵 Z, Y, S 参数: 任意数目端口微波网络。 二端口网络: ABCD 矩阵。 优点：二端口网络级联时 ABCD 矩阵相乘很方便。 转移矩阵 （ ABCD矩阵、传递矩阵、链矩阵） 阻抗矩阵作变换 便于双口复杂网络的简单化。 （计算机对矩阵运算快速方便！） 其中 级联时，有： 转移矩阵 （ ABCD矩阵、传递矩阵、链矩阵） 传输矩阵（T矩阵） 用出波和入波作特征量更方便，则级联时合成网络的T矩阵为各T矩阵之积： 其中 注意：只有 N=2的双口网络才有A矩阵和 T矩阵的概念，对于N＞2的多口网络不存在A矩阵和 T矩阵的概念。 Microwave Technique § 4 微波网络分析 本章目的 电路和网络 麦克斯韦方程组 易于求解 复杂，多数时候没有解析解 解是完全的 只是某个端口上的电压电流值 易于处理多个元件组合问题 难于处理多个元件组合问题 微波工程师－－判断采用哪种方法合理！ 如何将电路和网络概念推广，以便处理实际工作中感兴趣的微波问题的分析和设计。 微波网络分类 单口网络 负载，振荡器… 双口网络 滤波器、放大器、衰减器、隔离器… 多口网络 混频器、功分器、环行器、合成器… 微波网络主要特点 必须指定工作波型；（规定只有单一主模） 必须规定端口的参考面。（参考面外只传主模） 微波网络特征量 设媒质为各向同性的线性媒质（ε、μ、σ为标量） 相位变化也可通过网络参量来体现。 第一类 阻抗或导纳 （测量不方便） 第二类 入射波和反射波 （S参量，测量方便） 4.1 阻抗和等效电压与电流 4.1.1 等效电压与电流 +导线相对-导线的电压V为： 导线间横向场具有静态电场性质，电压惟一。 +导线上的电流为： 行波的特征阻抗Z0为： 明确了电压电流和特征阻抗后，认为线的传播常数已知，即可应用第2章中的传输线电路理论，用电路单元表征该TEM传输线。 任意双导线TEM传输线 TE10模波导 横向场: 宽壁（上下板）之间的电压： x=0和x=a/2时积分完全不同！ 不存在“正确的”电压。 也不存在“正确的”电流和阻抗。 如何定义出能用于非TEM线的电压、电流和阻抗？ ？ 通常的做法 对一个特定的波导模式来定义电压和电流，并且如此定义的电压正比于横向电场，而电流正比于横向磁场。 为了按类似于电路理论中的电压和电流的方式来使用，等效电压和电流的乘积应被确定为该模式的功率流。 单一行波的电压与电流之比应等于该传输线的特征阻抗。 该阻抗在选择上有任意性，但通常将其选定为等于传输线的波阻抗，或把它归一化为1。 既有正向又有反向行波的任意波导模式，其横向场可写为： 又 和 与波阻抗 有关，故： 定义等效的电压波和电流波： 其中 等效电压和等效电流分别正比于横向电场和磁场，比例常数C1、C2为： 由功率和阻抗条件确定。 入射波的复功率流： 与电路对应 则 特征阻抗为 给定的波导模式，在确定常量C1、C2以及等效电压和电流后，就可以求解出（4.10）和（4.12） 为方便计，令 考虑高次模时波导中的通解 其中， 和 是第n个模式的等效电压和等效电流，而 和 是每一模式的比例常数。 例题4.1 矩形波导的等效电压和电流 － P141自学！ 利用已知的电路分析方法取代解Maxwell方程式。 阻抗总结 －本征阻抗（仅与媒质材料参量有关） －波阻抗（特定波型的一种特性） －特征阻抗（传输线上行波电压与电流的比值） 4.1.2 阻抗概念 Ex: 矩形波导管 z 0，空气填充，z 0，介质填充 工作频率 用等效传输线模型求反射系数。 解: 例题4.2 波导阻抗的应用 模式分析 波阻抗 反射系数 所以，对 f =4.5GHz，只有TE10模！ (空气) (介质) (空气) (介质) 场解 (TE10mode) 入射波 反射波 透射波 在z = 0时， 及 连续（JS=0)! 4.1.3 Z(ω)和Γ(ω)的奇偶性 Z(ω) = R(ω) +jX(ω) R(ω)是 ω 的偶函数，X(ω)是 ω的奇函数 Γ(