[理学]四川理工学院微波技术与天线-第5章 微波网络.ppt

第 5 章 微波网络基础 微波系统等效为网络的方法 1、将均匀系统转换为等效的TEM波均匀传输线 2、将微波系统中的非均匀区（微波元件）等效为集总参数网络 微波系统等效为网络需要注意的问题 1、等效是针对特定的频率范围来进行 2、等效是对确定的参考面来进行 3、等效是对单一确定的模式来说的，如果一个微波系统工作在多个模式，则它的等效网络就该有多个。 均匀波导等效 为均匀传输线 5.2 单口网络 4.3 双端口网络的阻抗与转移矩阵 4.4 散射矩阵与传输矩阵 4.5 多端口网络的散射矩阵 若将网络各端口电压、 电流对自身特性阻抗归一化后, 得 = = 对于互易网络: AD-BC=ad-bc=1 对于对称网络: a=d 对于如图 4 -6 所示的两个网络的级联, 有 ［ψ1］=［A1］［ψ2］ (4. 3. 17a) 而 ［ψ2］=［A2］［ψ3］ (4 3 17b) 故有 ［ψ1］=［A1］［A2］［ψ3］ 图 4- 6 双端口网络的级联 级联后总的［A］矩阵为 ［A］=［A1］［A2］ (4 . 3 . 19) 推而广之, 对n个双端口网络级联, 则有  ［A］=［A1］［A2］…［An］ (4 3 20) 显然，用［A］矩阵来研究级联网络特别方便。  当双端口网络输出端口参考面上接任意负载时, 用转移参量求输入端口参考面上的输入阻抗和反射系数也较为方便, 如图 4 - 7 所示。  参考面T2处的电压U2和电流-I2之间关系为 , 而参考面T1处的输入阻抗为 图 4- 7 双端口网络终端接负载时的情形 而输入反射系数为 前述的三种网络矩阵各有用处, 并且由于归一化阻抗、导纳及转移矩阵均是描述网络各端口参考面上的归一化电压、电流之间的关系, 因此存在着转换关系, 具体转换方式如表4.1所示。 前面讨论的三种网络矩阵及其所描述的微波网络, 都是建立在电压和电流概念基础上的, 因为在微波系统中无法实现真正的恒压源和恒流源, 所以电压和电流在微波频率下已失去明确的物理意义。 另外这三种网络参数的测量不是要求端口开路就是要求端口短路, 这在微波频率下也是难以实现的。 但在信源匹配的条件下, 总可以对驻波系数、 反射系数及功率等进行测量, 也即在与网络相连的各分支传输系统的端口参考面上入射波和反射波的相对大小和相对相位是可以测量的；而散射矩阵和传输矩阵就是建立在入射波、 反射波的关系基础上的网络参数矩阵。 图 4- 8 双端口网络的入射波与反射波 1. 散射矩阵 考虑双端口网络如图 4 - 8 所示。定义ai为入射波电压的归一化值u+i, 其有效值的平方等于入射波功率;定义bi为反射波电压的归一化值u-i, 其有效值的平方等于反射波功率。 即: ai=u+i ai=u-i (i=1, 2, …, n) (4 .4. 1) 这样端口1的归一化电压和归一化电流可表示为 u1=a1+b1 i1=a1-b1 (4. 4. 2) 于是 同理可得 于线性网络, 归一化入射波和归一化反射波之间是线性关系, 故有线性方程 b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2 (4. 4. 5) 写成矩阵形式为 或简写为 ［b］=［S］ 式中, 称为双端口网络的散射矩阵, 简称为［S］ 矩阵, 它的各参数的意义如下 表示端口2匹配时, 端口1的反射系数 表示端口1匹配时, 端口2的反射系数 表示端口1匹配时, 端口2到端口1的反向传输系数 表示端口2匹配时, 端口1到端口2的正向传输系数 可见, ［S］矩阵的各参数是建立在端口接匹配负载基础上的反射系数或传输系数。 这样利用网络输入输出端口的参考面上接匹配负载即可测得散射矩阵的各个参量。  对于互易网络: S12=S21 对于对称网络: S11=S22 对于无耗网络: ［S］+［S］=［I］ 其中,［S］+是［S］的转置共轭矩阵,［I］为单位矩阵。  2. 传输矩阵 当用a1