无源微波器件——微波技术与天线.pptx

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1、会计学1无源微波器件无源微波器件微波技术与天线微波技术与天线4.1 微波网络基础微波网络基础微波网络什么是微波网络什么是微波网络？当仅需要知道微波传输线或者微波元器件的当仅需要知道微波传输线或者微波元器件的外部特性之间的关系时，可以采用类似于低频时的网外部特性之间的关系时，可以采用类似于低频时的网络理论，把微波传输线或者微波元器件等效成为相应络理论，把微波传输线或者微波元器件等效成为相应的网络进行分析。的网络进行分析。第1页/共31页4.1 微波网络基础微波网络基础分类方法类 型按端口数量分一口网络、二口网络、多口网络按几何对称性分对称网络、非对称网络按物理对称性分互易网络、非互易网络按功率损

2、耗分无耗网络、有耗网络按变换类型分线性网络、非线性网络微波网络的分微波网络的分类类第2页/共31页4.1.1 概述概述微波网络的特微波网络的特点点1、必须针对确定的模式。2、必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应的网络参量才能确定如：第三章中，将矩形波导TE10模式的等效电压定义为电场沿ABC线的积分。可以看出在用电压、电流这种路的分析方法分析微波传输线时，必须指明针对与传输线的什么模式。二端口器件二端口器件第3页/共31页4.1.1 概述概述3、端口的电压、电流常用其归一化值表示归一化进波归一化进波归一化出波归一化出波第4页/共31页4.1.1 概述概述序号非归一化形式归一化形式1234

3、56表4-1-2 分析微波网络时的一些基本关系式第5页/共31页阻抗参量（阻抗参量（Z参量）参量）对于线性网络，各端口的电压与电流之间的关系可以写为如下形式：第6页/共31页写为矩阵形式、分别称为电压、电流矩阵称为阻抗矩阵第7页/共31页各阻抗参量的物理意义：为T2面开路时,端口1的输入阻抗为T1面开路时,端口2至端口1的转移阻抗 为T2面开路时,端口1至端口2的转移阻抗为T1面开路时,端口2的输入阻抗 第8页/共31页若将各端口的电压和电流分别对自身特性阻抗归一化,则有代入可得，归一化电压与电流之间的关系矩阵归一化阻抗矩阵第9页/共31页导纳参量（参量）导纳参量（参量）对于线性网络，各端口的

4、电流与电压之间的关系可以写为如下形式：导纳矩阵对于同一双端口网络阻抗矩阵Z和导纳矩阵Y有以下关系:II为单位矩阵 第10页/共31页求如图所示双端口网络的Z矩阵和Y矩阵。解：由Z矩阵的定义:第11页/共31页于是第12页/共31页转移参量（转移参量（A参量）参量）为了便于研究网络级联特性，定义转移矩阵也称为A矩阵端口1的电压、电流和端口2电压、电流之间的关系可以写为如下形式：转移矩阵转移矩阵第13页/共31页表示T2开路时电压的转移参数表示T2短路时转移阻抗表示T2开路时转移导纳 表示T2短路时电流的转移参数A矩阵中各参数的物理意义为：第14页/共31页对应的归一化转移参量，可以表示为：归一化

5、转移矩阵为：第15页/共31页4.1.2 4.1.2 二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量 例例例例4-1-14-1-1：串联阻抗单元电串联阻抗单元电路如图所示，推导该单元电路如图所示，推导该单元电路的路的A A矩阵。矩阵。端口2开路时端口2短路时解：图4-1-2 串联阻抗单元电路 第16页/共31页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。如图所示，求1端口处的输入阻抗和反射系数。参考面T2处的电压U2和电流-I2之间关系为 而参考面T1处的输入阻抗为第17页/共31页4.1.2 4.1.2 二口

6、网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量转移参量的传递性对于n个2端口网络级联，其转移矩阵为：第18页/共31页4.1.3 4.1.3 二口网络参量的应用二口网络参量的应用二口网络参量的应用二口网络参量的应用1.基本单元电路的A参量名称等效电路串联阻抗并联导纳理想变压器传输线段第19页/共31页散射参量（散射参量（S参量）参量）Z、Y、A网络参量,都是建立在电压和电流概念上的，而在某些微波传输线中，电压和电流已经失去了明确的意义，其测量十分困难。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,在微波频率下宽频实现难度较大。相比之下测量微波电路的入射及反射波

7、的大小则要容易的多。而在微波频率下实现宽频端口全匹配则要容易的多。第20页/共31页4.1.2 4.1.2 二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量散射参量就是建立在入射波与反射波基础之上的端口i处的入射波端口i处的出射波第21页/共31页4.1.2 4.1.2 二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量表示端口2接匹配负载时，端口1处的反射系数。表示端口1接匹配负载时，端口2处的反射系数。表示端口1接匹配负载时，端口2至端口1的 电压传输系数。表示端口2接匹配负载时，端口1至端口2的 电压传输系数。S参量的物理意义：第22页/共3

8、1页4.1.2 4.1.2 二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量S参量的性质：若网络对称：若网络互易：若网络无耗：第23页/共31页4.1.2 4.1.2 二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量二口网络的网络参量网络参量之间的变换网络参量之间的变换Z Z参量与A A参量的关系Y Y参量与A A参量的关系S S参量与归一化A A参量的关系第24页/共31页4.1.3 4.1.3 二口网络参量的应用二口网络参量的应用二口网络参量的应用二口网络参量的应用（1）电压传输系数T：网络输出端接匹配负载时，输出端归一化出波与输入端归一化进波之比。（2）插入

9、相移：电压传输系数的幅角二端口网络的工作特性参量二端口网络的工作特性参量（3）插入衰减：网络输出端接匹配负载时，输入端进波功率与输出端出波功率之比，单位为dB。第25页/共31页4.1.3 4.1.3 二口网络参量的应用二口网络参量的应用二口网络参量的应用二口网络参量的应用（4 4）插入驻波比：网络输出端接匹配负载时，输入端）插入驻波比：网络输出端接匹配负载时，输入端的驻波比的驻波比第26页/共31页4.1.4 4.1.4 多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简1.三口网络的S参量2.四口网络的S参量网络对称网络互易网络无耗第27页/共31页4.1.4 4.1.4 多

10、口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简3.微波网络的一些化简条件端口状态用归一化进波、出波表示用电压、电流表示内部状态端口匹配参考面外移外部状态接开路负载 ()接短路负载 ()接短路活塞接匹配负载 ()接任意负载第28页/共31页4.1.4 4.1.4 多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简 例例例例4-1-24-1-2 E-T E-T接头的端口接头的端口3 3接匹配负载，端口接匹配负载，端口2 2接短路接短路活塞（长为活塞（长为l l的等效短路线），如图所示。求的等效短路线），如图所示。求l l?时输出到匹配负载的功率最大。已知时输出到匹配负载的功率最大。已知E-TE-T接头的散接头的散射矩阵是射矩阵是解：记图4-1-4 四口网络微波电路第29页/共31页4.1.4 4.1.4 多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简多口网络及其化简图4-1-4 四口网络微波电路第30页/共31页