电磁波第四章微波网络.pdf

§4.1 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。 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 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。 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。 • 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。 • 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。 • 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 参考面的位臵可以任意选,但必须考虑以下 两点: • 单模传输时,参考面的位臵尽量远离不连续 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。 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。 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。 U E dl T  T 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。 I H dl T  T 网络方程