《微波技术与天线》第四章微波网络基础.ppt

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1、第四章第四章 微波网络基础微波网络基础2023/1/221引言引言实际的微波传输系统实际的微波传输系统 一个复杂的边界系统，由两部分组成：一个复杂的边界系统，由两部分组成：一个复杂的边界系统，由两部分组成：一个复杂的边界系统，由两部分组成：均匀的导波系统均匀的导波系统均匀的导波系统均匀的导波系统不均匀的微波元件（无源元件）不均匀的微波元件（无源元件）不均匀的微波元件（无源元件）不均匀的微波元件（无源元件）uu微波元件的边界形状与规则传输线不同，从而在传输系统中微波元件的边界形状与规则传输线不同，从而在传输系统中微波元件的边界形状与规则传输线不同，从而在传输系统中微波元件的边界形状与规则传输线不

2、同，从而在传输系统中引入了不均匀性。引入了不均匀性。引入了不均匀性。引入了不均匀性。uu不均匀性在传输系统中除产生主模的反射与透射外，还会引不均匀性在传输系统中除产生主模的反射与透射外，还会引不均匀性在传输系统中除产生主模的反射与透射外，还会引不均匀性在传输系统中除产生主模的反射与透射外，还会引起高次模，严格分析必须用场的分析法。起高次模，严格分析必须用场的分析法。起高次模，严格分析必须用场的分析法。起高次模，严格分析必须用场的分析法。实际的微波传输系统可等效为一个微波网络。实际的微波传输系统可等效为一个微波网络。实际的微波传输系统可等效为一个微波网络。实际的微波传输系统可等效为一个微波网络。

3、2023/1/222引言引言微波网络理论的基本思路微波网络理论的基本思路在实际分析中往往不需要了解微波元件的内部结构，在实际分析中往往不需要了解微波元件的内部结构，在实际分析中往往不需要了解微波元件的内部结构，在实际分析中往往不需要了解微波元件的内部结构，而只关心它对传输系统工作状态的影响。而只关心它对传输系统工作状态的影响。而只关心它对传输系统工作状态的影响。而只关心它对传输系统工作状态的影响。只要知道了由于插入非均匀区后所引起的反射波和透只要知道了由于插入非均匀区后所引起的反射波和透只要知道了由于插入非均匀区后所引起的反射波和透只要知道了由于插入非均匀区后所引起的反射波和透射波相对于入射波

4、的振幅和相位，不均匀区的微波网射波相对于入射波的振幅和相位，不均匀区的微波网射波相对于入射波的振幅和相位，不均匀区的微波网射波相对于入射波的振幅和相位，不均匀区的微波网络特性就唯一地确定了。络特性就唯一地确定了。络特性就唯一地确定了。络特性就唯一地确定了。微波网络理论的研究目的微波网络理论的研究目的网络分析网络分析网络分析网络分析 根据实际的电路结构求出网络参量及其工作特性参量，分析根据实际的电路结构求出网络参量及其工作特性参量，分析根据实际的电路结构求出网络参量及其工作特性参量，分析根据实际的电路结构求出网络参量及其工作特性参量，分析微波器件、部件和系统的工作特性。微波器件、部件和系统的工作

5、特性。微波器件、部件和系统的工作特性。微波器件、部件和系统的工作特性。网络综合网络综合网络综合网络综合 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，进行微波电路和元器件的综合设计。的网络结构，进行微波电路和元器件的综合设计。的网络结构，进行微波电路和元器件的综合设计。的网络结构，进行微波电路和元器件的综合设计。2023/1/223引言引言微波电路的两种分析方法微波电路的两种分析方法“场场场场”的方法的方法的方法的方法 采

6、用求解电磁场边界条件的方法。采用求解电磁场边界条件的方法。采用求解电磁场边界条件的方法。采用求解电磁场边界条件的方法。uu优点：结果精确；是路分析方法的基础。优点：结果精确；是路分析方法的基础。优点：结果精确；是路分析方法的基础。优点：结果精确；是路分析方法的基础。uu缺点：计算过程复杂，计算工作量大，无法对复杂的电路进缺点：计算过程复杂，计算工作量大，无法对复杂的电路进缺点：计算过程复杂，计算工作量大，无法对复杂的电路进缺点：计算过程复杂，计算工作量大，无法对复杂的电路进行分析；无法得出系统特性。行分析；无法得出系统特性。行分析；无法得出系统特性。行分析；无法得出系统特性。“路路路路”的方法

7、的方法的方法的方法 直接从微波元器件的电路特性出发，分析和设计微波部件、直接从微波元器件的电路特性出发，分析和设计微波部件、直接从微波元器件的电路特性出发，分析和设计微波部件、直接从微波元器件的电路特性出发，分析和设计微波部件、子系统。子系统。子系统。子系统。uu优点：方法简单，可借鉴低频电路的一些分析方法；电路和优点：方法简单，可借鉴低频电路的一些分析方法；电路和优点：方法简单，可借鉴低频电路的一些分析方法；电路和优点：方法简单，可借鉴低频电路的一些分析方法；电路和系统的特性清晰。系统的特性清晰。系统的特性清晰。系统的特性清晰。uu缺点：结果近似。缺点：结果近似。缺点：结果近似。缺点：结果近

8、似。2023/1/224引言引言微波等效电路法（微波等效电路法（化化“场场”为为“路路”）均匀的导波系统均匀的导波系统均匀的导波系统均匀的导波系统uu作用：引导电磁波传播。作用：引导电磁波传播。作用：引导电磁波传播。作用：引导电磁波传播。uu等效为等效为等效为等效为具有分布参数效应的长线具有分布参数效应的长线具有分布参数效应的长线具有分布参数效应的长线。pp工作在单模的导波系统等效为一对均匀传输线。工作在单模的导波系统等效为一对均匀传输线。工作在单模的导波系统等效为一对均匀传输线。工作在单模的导波系统等效为一对均匀传输线。pp工作在多模的导波系统等效为多对均匀传输线。工作在多模的导波系统等效为

9、多对均匀传输线。工作在多模的导波系统等效为多对均匀传输线。工作在多模的导波系统等效为多对均匀传输线。不均匀的微波元件不均匀的微波元件不均匀的微波元件不均匀的微波元件uu作用：贮能或耗能。作用：贮能或耗能。作用：贮能或耗能。作用：贮能或耗能。uu等效为等效为等效为等效为集总参数网络集总参数网络集总参数网络集总参数网络。不同结构的不均匀性等效为不同结构和不同性质的网络。不同结构的不均匀性等效为不同结构和不同性质的网络。不同结构的不均匀性等效为不同结构和不同性质的网络。不同结构的不均匀性等效为不同结构和不同性质的网络。参考面参考面参考面参考面 确定均匀导波系统与不均匀区的界面。确定均匀导波系统与不均

10、匀区的界面。确定均匀导波系统与不均匀区的界面。确定均匀导波系统与不均匀区的界面。2023/1/225引言引言微波网络理论的基础微波网络理论的基础电路理论（集总参数）电路理论（集总参数）电路理论（集总参数）电路理论（集总参数）长线理论（分布参数）长线理论（分布参数）长线理论（分布参数）长线理论（分布参数）电磁场理论电磁场理论电磁场理论电磁场理论微波网络不同于低频网络之处微波网络不同于低频网络之处等效电路及其参量只针对一个工作模式。等效电路及其参量只针对一个工作模式。等效电路及其参量只针对一个工作模式。等效电路及其参量只针对一个工作模式。网络端面（即网络端面（即网络端面（即网络端面（即参考面参考面

11、参考面参考面）需取得稍远离不均匀区需取得稍远离不均匀区需取得稍远离不均匀区需取得稍远离不均匀区。当参考面移动，网络参量就会改变当参考面移动，网络参量就会改变当参考面移动，网络参量就会改变当参考面移动，网络参量就会改变。网络元件与频率有关，网络元件与频率有关，网络元件与频率有关，网络元件与频率有关，微波网络的等效电路及其微波网络的等效电路及其微波网络的等效电路及其微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段。参量只适用于一个频段。参量只适用于一个频段。参量只适用于一个频段。常用入射波和反射波来描述网络状态常用入射波和反射波来描述网络状态常用入射波和反射波来描述网络状态常用入射波和反射波来描述网络状

12、态SS参数是参数是参数是参数是微波网络中最常有的矩阵参数。微波网络中最常有的矩阵参数。微波网络中最常有的矩阵参数。微波网络中最常有的矩阵参数。2023/1/226主要内容主要内容均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线不均匀性等效为集总参数网络不均匀性等效为集总参数网络不均匀性等效为集总参数网络不均匀性等效为集总参数网络微波网络按端口数量的分类微波网络按端口数量的分类微波网络按端口数量的分类微波网络按端口数量的分类单口网络单口网络单口网络单口网络双口网络双口网络双口网络双口网络uu阻抗矩阵阻抗矩阵阻抗矩阵阻抗矩阵uu导纳矩阵导纳矩阵导纳矩阵导纳矩

13、阵uu散射矩阵和传输矩阵散射矩阵和传输矩阵散射矩阵和传输矩阵散射矩阵和传输矩阵微波网络按特性的分类微波网络按特性的分类微波网络按特性的分类微波网络按特性的分类参考面移动对网络参量的影响参考面移动对网络参量的影响参考面移动对网络参量的影响参考面移动对网络参量的影响微波网络的工作特性参量微波网络的工作特性参量微波网络的工作特性参量微波网络的工作特性参量2023/1/227均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线TEM波传输线波传输线Vs.非非TEM波传输线波传输线 双线（双线（双线（双线（TEMTEM波传输线波传输线波传输线波传输线）长线（均匀传输线）长线（均匀传输线）长线（均匀传输线）长线（

14、均匀传输线）uu 传输传输传输传输TEMTEM波，无色散，无低频截止现象（波，无色散，无低频截止现象（波，无色散，无低频截止现象（波，无色散，无低频截止现象（k kc c=0=0）。）。）。）。uu 电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流有有有有明明明明确确确确的的的的物物物物理理理理意意意意义义义义（导导导导体体体体间间间间有有有有确确确确定定定定的的的的电电电电压压压压、导导导导体体体体上有确定的电流）。上有确定的电流）。上有确定的电流）。上有确定的电流）。uu电压和电流只与纵向坐标电压和电流只与纵向坐标电压和电流只与纵向坐标电压和电流只与纵向坐标z z有关、与横截面无关。有关、与横截面

15、无关。有关、与横截面无关。有关、与横截面无关。uu 电压和电流可直接测量，可以导电压和电流可直接测量，可以导电压和电流可直接测量，可以导电压和电流可直接测量，可以导出一系列的其它参量。出一系列的其它参量。出一系列的其它参量。出一系列的其它参量。波导（波导（波导（波导（非非非非TEMTEM波传输线波传输线波传输线波传输线）等效传输线等效传输线等效传输线等效传输线uuTE/TMTE/TM波波波波（不不不不一一一一定定定定是是是是单单单单模模模模传传传传输输输输），有有有有色色色色散散散散，有有有有低低低低频频频频截截截截止止止止现现现现象象象象（k kc c00）；）；）；）；与传播模式有关。与传

16、播模式有关。与传播模式有关。与传播模式有关。uu不不不不存存存存在在在在单单单单值值值值电电电电压压压压波波波波/电电电电流流流流波波波波。电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流的的的的定定定定义义义义不不不不唯唯唯唯一一一一，导导导导致致致致由由由由此此此此定定定定义义义义的的的的传传传传输输输输线线线线特特特特征征征征阻阻阻阻抗抗抗抗绝绝绝绝对对对对值值值值不不不不唯唯唯唯一一一一（需需需需引引引引入入入入等等等等效效效效特特特特性性性性阻抗阻抗阻抗阻抗）。）。）。）。uu电磁场与电磁场与电磁场与电磁场与x x、y y、z z有关。有关。有关。有关。uu微波频率下难于测量电压和电流，不存

17、在有效的端对微波频率下难于测量电压和电流，不存在有效的端对微波频率下难于测量电压和电流，不存在有效的端对微波频率下难于测量电压和电流，不存在有效的端对。2023/1/228均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线等效依据等效依据长长长长线线线线理理理理论论论论是是是是建建建建立立立立在在在在TEMTEM波波波波传传传传输输输输线线线线基基基基础础础础上上上上的的的的，基基基基本本本本物物物物理量是电压和电流。理量是电压和电流。理量是电压和电流。理量是电压和电流。非非非非TEMTEM波波波波传传传传输输输输线线线线的的的的电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流只只只只能能能能在在在在一一一

18、一定定定定条条条条件件件件下下下下等等等等效效效效而而而而得得得得，而而而而且且且且只只只只有有有有形形形形式式式式上上上上的的的的意意意意义义义义，不不不不像像像像低低低低频频频频电电电电路路路路的的的的电电电电压和电流那样可以用电压表和电流表直接测量出来。压和电流那样可以用电压表和电流表直接测量出来。压和电流那样可以用电压表和电流表直接测量出来。压和电流那样可以用电压表和电流表直接测量出来。uu要要要要使使使使场场场场描描描描述述述述的的的的非非非非TEMTEM波波波波传传传传输输输输线线线线等等等等效效效效为为为为电电电电压压压压、电电电电流流流流描描描描述的长线，也就是要将电场、磁场等

19、效为电压和电流。述的长线，也就是要将电场、磁场等效为电压和电流。述的长线，也就是要将电场、磁场等效为电压和电流。述的长线，也就是要将电场、磁场等效为电压和电流。uu有有有有必必必必要要要要引引引引入入入入等等等等效效效效电电电电压压压压和和和和等等等等效效效效电电电电流流流流的的的的概概概概念念念念，从从从从而而而而将将将将长长长长线理论应用于任意导波系统线理论应用于任意导波系统线理论应用于任意导波系统线理论应用于任意导波系统。2023/1/229均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线等效传输线理论等效传输线理论等效传输线等效传输线等效传输线等效传输线 建立在等效电压、建立在等效电压、建

20、立在等效电压、建立在等效电压、等效电流和等效特性阻抗基等效电流和等效特性阻抗基等效电流和等效特性阻抗基等效电流和等效特性阻抗基础上的传输线称为等效传输线。础上的传输线称为等效传输线。础上的传输线称为等效传输线。础上的传输线称为等效传输线。再将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变再将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变再将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变再将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变化归结为等效微波网络，这样长线中的许多分化归结为等效微波网络，这样长线中的许多分化归结为等效微波网络，这样长线中的许多分化归结为等效微波网络，这样长线中的许多分析方法均可用于等效传输线的分析。析方法均可

21、用于等效传输线的分析。析方法均可用于等效传输线的分析。析方法均可用于等效传输线的分析。等效原则等效原则 保持传输功率不变，并且保持传输功率不变，并且保持传输功率不变，并且保持传输功率不变，并且归一后的电压和电流也归一后的电压和电流也归一后的电压和电流也归一后的电压和电流也保持功率不变。保持功率不变。保持功率不变。保持功率不变。2023/1/2210均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线等效条件等效条件为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流,作以作以作以作以下规

22、定下规定下规定下规定:等等等等效效效效电电电电压压压压U Uk k(z(z)正正正正比比比比于于于于横横横横向向向向电电电电场场场场E Et t；等等等等效效效效电电电电流流流流I Ik k(z(z)正正正正比于横向磁场比于横向磁场比于横向磁场比于横向磁场HHt t 。等等等等效效效效电电电电压压压压和和和和等等等等效效效效电电电电流流流流共共共共轭轭轭轭乘乘乘乘积积积积的的的的实实实实部部部部应应应应等等等等于于于于平平平平均均均均传传传传输输输输功率。功率。功率。功率。等等等等效效效效电电电电压压压压和和和和等等等等效效效效电电电电流流流流之之之之比比比比应应应应等等等等于于于于对对对对应

23、应应应的的的的等等等等效效效效特特特特性性性性阻阻阻阻抗抗抗抗值。值。值。值。入入入入射射射射波波波波电电电电压压压压和和和和入入入入射射射射波波波波电电电电流流流流的的的的比比比比值值值值为为为为传传传传输输输输线线线线特特特特征征征征阻阻阻阻抗抗抗抗，一般归一为一般归一为一般归一为一般归一为1 1。2023/1/2211均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线无耗单模导波系统中无耗单模导波系统中无耗单模导波系统中无耗单模导波系统中传播模传播模传播模传播模TETE1010的场的场的场的场无耗、长线上行波电压无耗、长线上行波电压无耗、长线上行波电压无耗、长线上行波电压/电流电流电流电流（取

24、（取（取（取z z从波源端算起的解）从波源端算起的解）从波源端算起的解）从波源端算起的解）e ek k(x(x,y),y)、h hk k(x(x,y),y)：二维实函数：二维实函数：二维实函数：二维实函数,代表了代表了代表了代表了横向场的模式矢量函横向场的模式矢量函横向场的模式矢量函横向场的模式矢量函数数数数。Uk(z)、Ik(z)：一维标量函数：一维标量函数,反映了横向电磁场各模式沿传反映了横向电磁场各模式沿传播方向的变化规律，称为播方向的变化规律，称为模式等效电压模式等效电压和和模式等效电流模式等效电流。这里定义的等效电压、等效电流是形式上的这里定义的等效电压、等效电流是形式上的,它具有不

25、确定它具有不确定性性,上面的约束只是为讨论方便。上面的约束只是为讨论方便。2023/1/2212均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线等效方法等效方法 由电磁场理论可知由电磁场理论可知由电磁场理论可知由电磁场理论可知,各模式的传输功率可由下式给出各模式的传输功率可由下式给出各模式的传输功率可由下式给出各模式的传输功率可由下式给出:由等效条件由等效条件由等效条件由等效条件2 2可知：可知：可知：可知：各模式的波阻抗为各模式的波阻抗为各模式的波阻抗为各模式的波阻抗为:为唯一地确定等效电压和电流为唯一地确定等效电压和电流为唯一地确定等效电压和电流为唯一地确定等效电压和电流,在选定模式特性阻抗在

26、选定模式特性阻抗在选定模式特性阻抗在选定模式特性阻抗条件下各模式横向分布函数还应满足：条件下各模式横向分布函数还应满足：条件下各模式横向分布函数还应满足：条件下各模式横向分布函数还应满足：2023/1/2213均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线例例4.1求出矩形波导求出矩形波导求出矩形波导求出矩形波导TETE1010模的等效电压、等效电流和等效特性阻抗。模的等效电压、等效电流和等效特性阻抗。模的等效电压、等效电流和等效特性阻抗。模的等效电压、等效电流和等效特性阻抗。【解解解解】模式等效电压、等效电流为：模式等效电压、等效电流为：模式等效电压、等效电流为：模式等效电压、等效电流为：确定

27、确定确定确定A A1 1：模式横向分布函数满足：模式横向分布函数满足：模式横向分布函数满足：模式横向分布函数满足：唯一确定了唯一确定了唯一确定了唯一确定了TETE1010模的等效电压和等效电流：模的等效电压和等效电流：模的等效电压和等效电流：模的等效电压和等效电流：此时此时波导任意点处的传输功率为：波导任意点处的传输功率为：2023/1/2214均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线电压、电流和阻抗的归一化电压、电流和阻抗的归一化为什么要归一化？为什么要归一化？为什么要归一化？为什么要归一化？uu归一化模式电压和电流不能完全代表传输线上的电压和电流。归一化模式电压和电流不能完全代表传输线

28、上的电压和电流。归一化模式电压和电流不能完全代表传输线上的电压和电流。归一化模式电压和电流不能完全代表传输线上的电压和电流。uu等效电压和等效电流的比值是波阻抗。等效电压和等效电流的比值是波阻抗。等效电压和等效电流的比值是波阻抗。等效电压和等效电流的比值是波阻抗。uu波阻抗不同于特性阻抗，所以只凭波阻抗不能正确反映传输波阻抗不同于特性阻抗，所以只凭波阻抗不能正确反映传输波阻抗不同于特性阻抗，所以只凭波阻抗不能正确反映传输波阻抗不同于特性阻抗，所以只凭波阻抗不能正确反映传输线的工作状况。线的工作状况。线的工作状况。线的工作状况。【例如例如例如例如】矩形波导矩形波导矩形波导矩形波导TETE1010

29、模的波阻抗为：模的波阻抗为：模的波阻抗为：模的波阻抗为：两个长边相同、宽边不同的波导的波阻抗是相同的，但它们相两个长边相同、宽边不同的波导的波阻抗是相同的，但它们相两个长边相同、宽边不同的波导的波阻抗是相同的，但它们相两个长边相同、宽边不同的波导的波阻抗是相同的，但它们相连接时连接处会出现反射，倘若用波阻抗来代替特性阻抗则计连接时连接处会出现反射，倘若用波阻抗来代替特性阻抗则计连接时连接处会出现反射，倘若用波阻抗来代替特性阻抗则计连接时连接处会出现反射，倘若用波阻抗来代替特性阻抗则计算出来的反射系数算出来的反射系数算出来的反射系数算出来的反射系数=0 =0 波阻抗不能等效于特性阻抗波阻抗不能等

30、效于特性阻抗波阻抗不能等效于特性阻抗波阻抗不能等效于特性阻抗。需要需要需要需要定义新的行波电压和电流定义新的行波电压和电流定义新的行波电压和电流定义新的行波电压和电流，使其比值为传输线的，使其比值为传输线的，使其比值为传输线的，使其比值为传输线的特性阻抗，而定义的总电压和总电流之比则为传输线特性阻抗，而定义的总电压和总电流之比则为传输线特性阻抗，而定义的总电压和总电流之比则为传输线特性阻抗，而定义的总电压和总电流之比则为传输线的输入阻抗。的输入阻抗。的输入阻抗。的输入阻抗。2023/1/2215均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线电压、电流和阻抗的归一化电压、电流和阻抗的归一化归一电压

31、，归一电流和归一阻抗的引入归一电压，归一电流和归一阻抗的引入归一电压，归一电流和归一阻抗的引入归一电压，归一电流和归一阻抗的引入uu归一电压和电流的定义：归一电压和电流的定义：归一电压和电流的定义：归一电压和电流的定义：uu归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射系数的关系为：系数的关系为：系数的关系为：系数的关系为：uu归一入射电压归一入射电压归一入射电压归一入射电压/电流和归一反射电压电流和归一反射电压电流和归一反射电压电流和归一反射电压/电流：电流：电流

32、：电流：uu归一特性阻抗归一特性阻抗归一特性阻抗归一特性阻抗:2023/1/2216均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线模式等效传输线模式等效传输线不均匀性的存在使传输系统中出现不均匀性的存在使传输系统中出现不均匀性的存在使传输系统中出现不均匀性的存在使传输系统中出现多模传输多模传输多模传输多模传输。uu由于每个模式的功率不受其它模式的影响、而且各由于每个模式的功率不受其它模式的影响、而且各由于每个模式的功率不受其它模式的影响、而且各由于每个模式的功率不受其它模式的影响、而且各模式的传播常数也各不相同，因此每一个模式可用一模式的传播常数也各不相同，因此每一个模式可用一模式的传播常数也各

33、不相同，因此每一个模式可用一模式的传播常数也各不相同，因此每一个模式可用一独立的等效传输线来表示。独立的等效传输线来表示。独立的等效传输线来表示。独立的等效传输线来表示。可把可把可把可把传输传输传输传输NN个模式的导波系统个模式的导波系统个模式的导波系统个模式的导波系统等效为等效为等效为等效为NN个独立的模式个独立的模式个独立的模式个独立的模式等效传输线。等效传输线。等效传输线。等效传输线。uu每根传输线只传输一个模式，其特性阻抗及传播常每根传输线只传输一个模式，其特性阻抗及传播常每根传输线只传输一个模式，其特性阻抗及传播常每根传输线只传输一个模式，其特性阻抗及传播常数各不相同。数各不相同。数

34、各不相同。数各不相同。由不均匀性引起的高次模通常不能在传输系统中传播，由不均匀性引起的高次模通常不能在传输系统中传播，由不均匀性引起的高次模通常不能在传输系统中传播，由不均匀性引起的高次模通常不能在传输系统中传播，其振幅按指数规律衰减。因此其振幅按指数规律衰减。因此其振幅按指数规律衰减。因此其振幅按指数规律衰减。因此高次模的场高次模的场高次模的场高次模的场只存在于不只存在于不只存在于不只存在于不均匀区域附近、均匀区域附近、均匀区域附近、均匀区域附近、是局部场是局部场是局部场是局部场。2023/1/2217均匀导波系统等效为长线均匀导波系统等效为长线模式等效传输线模式等效传输线在离开不均匀处远一

35、些的地方高次模式的场就衰减到在离开不均匀处远一些的地方高次模式的场就衰减到在离开不均匀处远一些的地方高次模式的场就衰减到在离开不均匀处远一些的地方高次模式的场就衰减到可以忽略的地步可以忽略的地步可以忽略的地步可以忽略的地步在那里只有工作模式的入射波和反在那里只有工作模式的入射波和反在那里只有工作模式的入射波和反在那里只有工作模式的入射波和反射波。射波。射波。射波。uu通常把参考面选在这些地方，从而将不均匀性问题通常把参考面选在这些地方，从而将不均匀性问题通常把参考面选在这些地方，从而将不均匀性问题通常把参考面选在这些地方，从而将不均匀性问题化为等效网络来处理。化为等效网络来处理。化为等效网络来

36、处理。化为等效网络来处理。将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变化归结为将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变化归结为将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变化归结为将传输系统中不均匀性引起的传输特性的变化归结为等效集总参数网络等效集总参数网络等效集总参数网络等效集总参数网络,这样长线中的许多分析方法均可这样长线中的许多分析方法均可这样长线中的许多分析方法均可这样长线中的许多分析方法均可用于等效传输线的分析。用于等效传输线的分析。用于等效传输线的分析。用于等效传输线的分析。2023/1/2218不均匀性等效为微波网络不均匀性等效为微波网络2023/1/2219不均匀性等效为微波网络不均匀性等效为

37、微波网络网络参考面的选择网络参考面的选择单模传输时，参考面的位置尽量远离不连续性区单模传输时，参考面的位置尽量远离不连续性区单模传输时，参考面的位置尽量远离不连续性区单模传输时，参考面的位置尽量远离不连续性区域。域。域。域。参考面必须与传输方向相垂直。参考面必须与传输方向相垂直。参考面必须与传输方向相垂直。参考面必须与传输方向相垂直。uu参考面上的电压和电流有明确的意义参考面上的电压和电流有明确的意义参考面上的电压和电流有明确的意义参考面上的电压和电流有明确的意义网络参考面选定后网络参考面选定后网络参考面选定后网络参考面选定后 网络参数唯一确定网络参数唯一确定网络参数唯一确定网络参数唯一确定单

38、模传输，外接传输线的路数单模传输，外接传输线的路数单模传输，外接传输线的路数单模传输，外接传输线的路数等于等于等于等于参考面数目。参考面数目。参考面数目。参考面数目。2023/1/2220不均匀性等效为微波网络不均匀性等效为微波网络电磁场唯一性定理电磁场唯一性定理如果一个封闭曲面上的切向电场或切向磁场给如果一个封闭曲面上的切向电场或切向磁场给如果一个封闭曲面上的切向电场或切向磁场给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、另一定，或者一部分封闭面上给定切向电场、另一定，或者一部分封闭面上给定切向电场、另一定，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

39、切向磁场，那么这个封闭面部分封闭面上给定切向磁场，那么这个封闭面部分封闭面上给定切向磁场，那么这个封闭面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。内的电磁场就被唯一确定。内的电磁场就被唯一确定。内的电磁场就被唯一确定。微波网络的边界：理想导体和网络参考面。微波网络的边界：理想导体和网络参考面。微波网络的边界：理想导体和网络参考面。微波网络的边界：理想导体和网络参考面。参考面上的切向电场和切向磁场分别与参考面参考面上的切向电场和切向磁场分别与参考面参考面上的切向电场和切向磁场分别与参考面参考面上的切向电场和切向磁场分别与参考面上的模式电压和模式电流相对应，因此网络各上的模式

40、电压和模式电流相对应，因此网络各上的模式电压和模式电流相对应，因此网络各上的模式电压和模式电流相对应，因此网络各参考面上的模式电压参考面上的模式电压参考面上的模式电压参考面上的模式电压U U1 1,U,Un n都给定，则各参都给定，则各参都给定，则各参都给定，则各参考面上的模式电流考面上的模式电流考面上的模式电流考面上的模式电流I I1 1,I,In n就被确定；反之亦然。就被确定；反之亦然。就被确定；反之亦然。就被确定；反之亦然。说明网络的电压和电流关系被确定。说明网络的电压和电流关系被确定。说明网络的电压和电流关系被确定。说明网络的电压和电流关系被确定。2023/1/2221不均匀性等效为

41、微波网络不均匀性等效为微波网络用微波等效电路分析不均匀区用微波等效电路分析不均匀区从不均匀区对传输系统的影响从不均匀区对传输系统的影响从不均匀区对传输系统的影响从不均匀区对传输系统的影响这一角度来分析。这一角度来分析。这一角度来分析。这一角度来分析。微波结的不均匀区对微波传输系统的影响是引起微波结的不均匀区对微波传输系统的影响是引起微波结的不均匀区对微波传输系统的影响是引起微波结的不均匀区对微波传输系统的影响是引起输入输入输入输入端口导波系统内的反射波端口导波系统内的反射波端口导波系统内的反射波端口导波系统内的反射波和和和和输出端口导波系统中的出输出端口导波系统中的出输出端口导波系统中的出输出

42、端口导波系统中的出射波射波射波射波。只要知道微波结接入微波传输系统中所引起各端口的只要知道微波结接入微波传输系统中所引起各端口的只要知道微波结接入微波传输系统中所引起各端口的只要知道微波结接入微波传输系统中所引起各端口的出射波大小，微波结的特性就唯一确定出射波大小，微波结的特性就唯一确定出射波大小，微波结的特性就唯一确定出射波大小，微波结的特性就唯一确定 化场为路化场为路化场为路化场为路：uu将微波结不均匀性等效为集总参数网络，称为微波网络。将微波结不均匀性等效为集总参数网络，称为微波网络。将微波结不均匀性等效为集总参数网络，称为微波网络。将微波结不均匀性等效为集总参数网络，称为微波网络。uu

43、端口的导波系统等效为长线。端口的导波系统等效为长线。端口的导波系统等效为长线。端口的导波系统等效为长线。uu使等效网络在与之相连接的长线中所确定的出射波与入射波使等效网络在与之相连接的长线中所确定的出射波与入射波使等效网络在与之相连接的长线中所确定的出射波与入射波使等效网络在与之相连接的长线中所确定的出射波与入射波的关系的关系的关系的关系=实际的微波结不均匀区在与之相连接的单模导波系统实际的微波结不均匀区在与之相连接的单模导波系统实际的微波结不均匀区在与之相连接的单模导波系统实际的微波结不均匀区在与之相连接的单模导波系统中所产生的出射波与入射波关系。中所产生的出射波与入射波关系。中所产生的出射

44、波与入射波关系。中所产生的出射波与入射波关系。2023/1/2222不均匀性等效为微波网络不均匀性等效为微波网络化场为路时需注意化场为路时需注意用微波等效网络代替微波结，用微波等效网络代替微波结，用微波等效网络代替微波结，用微波等效网络代替微波结，只能给出微波结只能给出微波结只能给出微波结只能给出微波结的外特性的外特性的外特性的外特性（各参考面外的出射波与入射波的关（各参考面外的出射波与入射波的关（各参考面外的出射波与入射波的关（各参考面外的出射波与入射波的关系），不能直接反映不均匀区内部和近区的场系），不能直接反映不均匀区内部和近区的场系），不能直接反映不均匀区内部和近区的场系），不能直接反

45、映不均匀区内部和近区的场分布情况。分布情况。分布情况。分布情况。微波结的外特性是由其内部的场分布决定的。微波结的外特性是由其内部的场分布决定的。微波结的外特性是由其内部的场分布决定的。微波结的外特性是由其内部的场分布决定的。根据网络端口上连接的导波系统其等效传输线根据网络端口上连接的导波系统其等效传输线根据网络端口上连接的导波系统其等效传输线根据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值两种取法，对应的网络分为：的等效特性阻抗值两种取法，对应的网络分为：的等效特性阻抗值两种取法，对应的网络分为：的等效特性阻抗值两种取法，对应的网络分为：uu未归一化网络：未归一化网络：未归一化网络：未

46、归一化网络：Z Ze e=Z Zw w，各端口上的电压、电流为未归，各端口上的电压、电流为未归，各端口上的电压、电流为未归，各端口上的电压、电流为未归一化量。一化量。一化量。一化量。uu归一化网络：归一化网络：归一化网络：归一化网络：Z Ze e=1=1，各端口上的电压、电流为归一化，各端口上的电压、电流为归一化，各端口上的电压、电流为归一化，各端口上的电压、电流为归一化量。量。量。量。2023/1/2223单口网络单口网络单口网络的构成单口网络的构成当一段规则传输线端接其它微波元件时，在连接端面当一段规则传输线端接其它微波元件时，在连接端面当一段规则传输线端接其它微波元件时，在连接端面当一段

47、规则传输线端接其它微波元件时，在连接端面引起不连续、产生反射。引起不连续、产生反射。引起不连续、产生反射。引起不连续、产生反射。若将参考面若将参考面若将参考面若将参考面T T选在离不连续面较远的地方，选在离不连续面较远的地方，选在离不连续面较远的地方，选在离不连续面较远的地方，则在则在则在则在T T左左左左侧的传输线上只存在主模的入射波和反射波，可用等侧的传输线上只存在主模的入射波和反射波，可用等侧的传输线上只存在主模的入射波和反射波，可用等侧的传输线上只存在主模的入射波和反射波，可用等效传输线来表示。效传输线来表示。效传输线来表示。效传输线来表示。把参考面把参考面把参考面把参考面T T以右部

48、分作为一个微波网络，把传输线作以右部分作为一个微波网络，把传输线作以右部分作为一个微波网络，把传输线作以右部分作为一个微波网络，把传输线作为该网络的输入端面，这样就构成了单口网络。为该网络的输入端面，这样就构成了单口网络。为该网络的输入端面，这样就构成了单口网络。为该网络的输入端面，这样就构成了单口网络。2023/1/2224单口网络单口网络单口网络的传输特性单口网络的传输特性令参考面令参考面T处的电压反射系数为处的电压反射系数为l，等效传输线上任等效传输线上任意点的反射系数为意点的反射系数为：等效传输线上任意点等效电压、等效传输线上任意点等效电压、电流分别为电流分别为：传输线上任意一点输入阻

49、抗为传输线上任意一点输入阻抗为：任意点的输入功率为：任意点的输入功率为：任意点的输入功率为：任意点的输入功率为：2023/1/2225单口网络单口网络归一化电压和归一化电流归一化电压和归一化电流2023/1/2226双口网络双口网络线性网络线性网络网络内部的媒质是线性媒质（网络内部的媒质是线性媒质（网络内部的媒质是线性媒质（网络内部的媒质是线性媒质（、均与场强无关均与场强无关均与场强无关均与场强无关）。）。）。）。各个参考面上的模式电压和模式电流之间的关系的方程是线各个参考面上的模式电压和模式电流之间的关系的方程是线各个参考面上的模式电压和模式电流之间的关系的方程是线各个参考面上的模式电压和模

50、式电流之间的关系的方程是线性方程组。性方程组。性方程组。性方程组。对施加在各端口的电压或电流引起的网络响应满足叠加原理。对施加在各端口的电压或电流引起的网络响应满足叠加原理。对施加在各端口的电压或电流引起的网络响应满足叠加原理。对施加在各端口的电压或电流引起的网络响应满足叠加原理。二端口微波网络的特性参量二端口微波网络的特性参量反映参考面上电压与电流之间关系的参量反映参考面上电压与电流之间关系的参量反映参考面上电压与电流之间关系的参量反映参考面上电压与电流之间关系的参量 Z YZ Y反映参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的参量反映参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的参量反映参考面上入射