电磁场与电磁波微波网络基础.pptx

微波系统的构成第4章 微波网络基础电磁场分析法等效电路法分析方法网络分析法典型的解边值问题，由内部场结构确定外特性不适用于所有的微波结构，仅在一定频率下是准确的元件等效为网络，用等效电路来描述它对外接电路的影响各参量之间的关系微波网络参量概念213§4.1 概念微波网络理论：利用网络参数的矩阵描述来研究微波结构的理论。 微波网络理论的应用网络分析：给定简单元件的外部特性，确定由这些元件组成的复杂元部件和系统的外部特性。网络综合：给定对某一微波系统的电器要求，确定用什么样的元件来组成它。微波网络的分类线性与非线性（线性即指网络中所含元件及参数不随外加电场或磁场强度的变化而改变）有源与无源（有源指系统外是否有能量注入或一个微波频率的能量转为另一个频率的能量）有耗与无耗（电路中是否包含有损耗的器件，元件）互易与非互易的无源网络（互易指不包含非互易媒质（如铁氧体，等离子材料））应用时注意与低频网络区别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需取得稍远离不均匀区；网络参量与线的长度有关，因此网络参考面要严格规定；微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段。应用微波等效电路分析场的问题需要注意：用微波网络方法只能分析端口的外特性，不能直接反映不均匀区内部和近区的场分布情况。要想知道微波结内部的场分布，只有解边值问题；微波结的外特性是由其内部的场分布决定的，因此要从理论上计算等效网络的参量还得借助于场解；由于网络端口上连接的导波系统其等效传输线的等效特性阻抗有两种取法，因此对应的网络也有两种，取Zc=Zw时的网络称为未归一化网络，未归一化网络各端口上的电压、电流为未归一化量；取Zc=1时的网络为归一化网络，归一化网络各端口的电压、电流为归一化量。§4.2 微波网络参量?共2n个独立的参量取n个任意线性组合为自变量，另外n个线性无关组合为因变量，写出n个线性方程的方程组。表示这两组量之间的关系的量，称为n端口网络的网络参量。 N端口网络的阻抗矩阵方程：阻抗矩阵和导纳矩阵根据每一端口参考面上的电压是所有n个端口电流引起相应的迭加。 参考面上的电压组成的列矩阵 参考面上的电流组成的列矩阵 Zii是除i外，所有其它端口都开路时端口i的输入阻抗，也称自阻抗。Zij 是除j外，所有其它端口都开路时端口j和端口i之间的转移阻抗，也称互阻抗。导纳矩阵与阻抗矩阵为逆矩阵： 矩阵形式为：导纳矩阵交换自变量和因变量：Yii是除i外，其它所有端口都短路时，端口i的输入导纳。Yij是除j外，其它所有端口都短路时，端口j和端口i之间的转移导纳。 N端口归一化网络 建立归一化电流和未归一化电流的关系归一化阻抗矩阵归一化导纳矩阵ZA ZB+ +U1 ZC U2- -例：求如图T形二端口网络的阻抗矩阵。解：Zc例4.2.2：求图所示的无耗二端口网络的矩阵。ZcZc传输矩阵A矩阵（电压、电流的传输矩阵）端口2开路时，输入端电压与输出端电压之比——电压转移系数。N端口归一化网络 两个二端口网络级联时：可以推出，N个二端口网络级联时：T矩阵（入射波、出射波的传输矩阵 ）输出端口匹配时，输出端口到输入端口的电压传输系数。 两个二端口网络级联时：级联网络的总传输矩阵[T]等于各级联网络传输矩阵乘积。aibi散射矩阵各端口参考面上的归一化入射波电压 各端口参考面上的归一化出射波电压 ——散射矩阵散射指入射波碰到不均匀性而向各端口发生反射。biaiSii是当除i外，所有其它端口接匹配负载时，端口i的反射系数Sij是当除j外，所有其它端口接匹配负载时从端口j至端口i的传输系数a1ZinZZZ0a1a2Z0Z0b1Z0Z0b1b2T1T1T2T2例：求如图的S参量矩阵。解：端口2接匹配负载a1ZZ0Z0Z0b1b2T1T2根据串联元件的电流是连续的?同理，当端口1接匹配负载?输出端口加负载ZL，若输出端口不匹配，设负载的反射系数为ΓL，即 ，互易二端口网络补：S参数的测量思路则输入端口的反射系数为：互易二端口网络输出端口短路 ?L=-1 、开路?L=1 和接匹配负载?L=0 时，则有：导纳矩阵与阻抗矩阵互为逆矩阵： §4.3 微波网络参量之间的关系[Z]、[Y]关系[Z]、[Y]与[A]关系[Z]、[Y]与[S]关系[S]与[Z]的关系为：同理：[S]与[Y]的关系为：[S]与[A]关系[S]与[T]关系12了解微波网络分析方法的思路掌握5个网络参量的定义方法小结