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? ? 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 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 归一化阻抗 故归一化电压和电流的定义为 复功率 等效双线上的电压和电流可写成入射波和反射波之和，即 电压、电流进行归一化 即 归一化入射波电压模的平方正比于入射波功率，即 归一化反射波电压模的平方正比于反射波功率，即 双线上传输的有功功率PL等于 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。 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 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， 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。 如果n端口网络的各个参考面上同时有电压作用时 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。 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 (二) 微波网络的性质 ?? 对于无耗网络，网络的全部阻抗参量和导纳参量均为纯虚数，即有 对于可逆网络，则有下列互易特性 对于对称网络，则有 (1) (2) (3) 4-4 二端口微波网络 一、 二端口微波网络的网络参量 在各种微波网络中，二端口微波网络是最基本的。例如：衰减器、移相器、阻抗变换器和滤波器等均属于二端口微波网络。 表征二端口微波网络特性的参量可以分为两大类： 一、反映网络参考面上电压与电流之间关系的参量 二、反映网络参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的参量。如图所示。 (一) 阻抗参量、导纳参量和转移参量 1? 阻抗参量 用T1和T2两个参考面上的电流表示两个参考面上的电压，其网络方程为 各阻抗参量元素定义如下 表示T2面开路时，端口(1)的输入阻抗； 表示T1面开路时，端口(2)的输入阻抗； 表示T1面开路时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗； 表示T2面开路时，端口(1)至端口(2)的转移阻抗。 特性阻抗归一化 T1和T2参考面上的归一化电压和归一化电流分别为 归一化 归一化阻抗参量为 2. 导纳参量 用T1和T2两个参考面上的电压表示两个参考面上的电流，其网络方程为 各导纳参量元素定义如下 表示T2面短路时，端口(1)的输入导纳； 表示T1面短路时，端口(2)的输入导纳 表示T1面短路时，端口(2)至端口(1)的转移导纳； 表示T2面短路时，端口(1)至端口(2)的转移导纳。 如果T1和T2参考面所接传输线的特性导纳分别为Y01和Y02，则归一化表示式为 3.转移参量 用T2面上的电压、电流来表示T1面上的电压和电流的网络方程，且规定电流流进网络为正方向，流出网络为负方向。则有 转移参量的定义为 表示T2面开路时，端口(2)至端口(1)的电压转移系数； 表示T2面短路时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗；