1、2022-6-21第七章第七章 微波网络基础微波网络基础 本章主要利用本章主要利用网络理论网络理论来分析来分析微波系统，并介绍几组常用的微波系统，并介绍几组常用的网络网络参量参量及及工作特性参量工作特性参量.12信信号号源源负负载载传输线传输线2022-6-22传输线传输线理论理论 任何一种任何一种微波系统微波系统都是由均匀传输线系统和各种不连都是由均匀传输线系统和各种不连续性系统组成的，若把续性系统组成的，若把均匀传输线系统等效为均匀传输线系统等效为双线双线，不不均匀系统等效为均匀系统等效为微波网络微波网络，则对微波系统的分析就可以，则对微波系统的分析就可以应用应用长线理论长线理论和和网络理
2、论网络理论来处理，从而使问题大为简化。来处理，从而使问题大为简化。不连续性系统不连续性系统透射波透射波入射波入射波反射波反射波双端口双端口微波网络微波网络存在存在电压与电流电压与电流同轴同轴线谐线谐振腔振腔2022-6-237.1 导波系统的等效传输线导波系统的等效传输线 微波系统的组成微波系统的组成: 由微波信号源、微波传输线与微波元、由微波信号源、微波传输线与微波元、器件组成。器件组成。 微波元、器件的引入意味着微波系统包微波元、器件的引入意味着微波系统包含不均匀区含不均匀区含微波传输线相接处及含微波传输线相接处及微波元、器件内部。如图微波元、器件内部。如图不连续性系统不连续性系统透射波透
3、射波入射波入射波反射波反射波57.1 .1 导波系统等效为双线传输线导波系统等效为双线传输线2022-6-24微波元件的分析方法：微波元件的分析方法： 1、场解法：、场解法： 用麦克斯韦电磁场理论由给定的边界用麦克斯韦电磁场理论由给定的边界条件求解，但求解过程相当复杂，且有时候难以求得完条件求解，但求解过程相当复杂，且有时候难以求得完整的解。整的解。 2、“路路”的方法：的方法： 将将微波传输线（单、双导体）微波传输线（单、双导体）等等效为效为双双（导体传输）（导体传输）线线，将微波元件等效为微波网络，将微波元件等效为微波网络，用长线理论和网络理论来分析。用长线理论和网络理论来分析。 双端口双
4、端口微波网络微波网络1122谐振器谐振器参考面参考面2022-6-25 等效基础：等效基础：1 1、传输线理论的基本参量、传输线理论的基本参量., I U导出参量导出参量.,YZP2、波导传输线传输的电磁波是波导传输线传输的电磁波是TE、TM波波，电压、电流不再有意义。为使长线理论能应电压、电流不再有意义。为使长线理论能应用于微波（波导）传输线，引入用于微波（波导）传输线，引入等效参量等效参量： 模式电压、模式电流、模式特性阻抗。模式电压、模式电流、模式特性阻抗。zztzztHeHHEeEE而而E z和和Hz不不一定存在一定存在2022-6-262）波导中的传输功率为）波导中的传输功率为即即)
5、(),(),()(),(),(zIyxhzyxHzUyxezyxEttttsttsttSdhezIzUSdHEP)()(Re21Re21（7-1-1）（7-1-2）1） 模式电压模式电压 正比于横向电场正比于横向电场 ；模式模式电流电流 正比于横向磁场正比于横向磁场 。)(zUtEtH)(zI3） 双线上传输的功率：双线上传输的功率：.)()(Re21zIzUP（7-1-3）根据（根据（7-1-2）与（）与（7-1-3）式）式 ，则，则 上式称为上式称为归一化条件归一化条件 。即波导等效为双线的。即波导等效为双线的等效基础（等效基础（前提前提）。（7-1-4）1sttSdhe2022-6-27
6、4) 模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗 。0Z然而然而 具有不确定性。具有不确定性。.;,02ZkZ P.P Ik1I kUU 00Z可选波阻抗；可选波阻抗；宜选等效阻抗。宜选等效阻抗。010ZZZabeTE0Z 不确定肯定是不行的啦。不确定肯定是不行的啦。下面我们就要想办法寻下面我们就要想办法寻求一个具有确定数值的参数。求一个具有确定数值的参数。 等效电压与等效电流的不确定进一步说明了模式电压等效电压与等效电流的不确定进一步说明了模式电压模式电流是为了研究问题方便起见而人为引入的参数。模式电流是为了研究问题方便起见而人为引入的参数。2022-6-2
7、87.1 .2 归一化参量归一化参量1、归一化阻抗：、归一化阻抗：.110ZZZ可以唯一确定。且是确定的。可以测量Z ,（7-1-5）2、归一化电压与归一化电流：、归一化电压与归一化电流：1) .)()()()()()(0000zIzUZzIZzUZzIzUZZZ .11110ZIUIIUUZ2022-6-2900).()()()(ZzIzI ZzUzU 即（7-1-6）2) 归一化入射波与归一化反射波：归一化入射波与归一化反射波：)()()()()()(0000zUZzUZZzUzI ZzUzU iiiiii（7-1-7）归一化入射波电压与归归一化入射波电压与归一化入射波电流相等一化入射波电
8、流相等IIUUii282022-6-210)()()()()()(0000zUZzUZZzUzI ZzUzU rrrrrr（7-1-8）3) 入射波功率与反射波功率：入射波功率与反射波功率：22)(21)()(Re21)(21)()(Re21zUzIzUPzUzIzUPrrrriiii（7-1-9）归一化反射波电压与归归一化反射波电压与归一化反射波电流大小相一化反射波电流大小相等，相位相反等，相位相反IIUUrr2022-6-2114) 有功功率：有功功率：.1)(21)()(1 )(2122222zU zUzUzUPPPiiiri（7-1-10）2022-6-212上式说明：归一化参量的引入
9、，传输功率不变，且上式说明：归一化参量的引入，传输功率不变，且计算公式与双线传输线在计算公式与双线传输线在形式上完全相同形式上完全相同。归一化参量是唯一确定的。归一化参量是唯一确定的。 传输功率：传输功率：讨论：讨论：归一化电路中，只需引入一个量，即归一化电路中，只需引入一个量，即“归一化电压归一化电压”。Re21Re21Re2100UIZIZUIUP 故微波网络都是使用归一化故微波网络都是使用归一化参量来讨论问题的。参量来讨论问题的。2022-6-2137.2 微波元件的等效网络微波元件的等效网络7.2.1 微波网络参考面的选择微波网络参考面的选择参考面参考面双端口双端口微波网络微波网络11
10、22一、一、 选择参考面的原则选择参考面的原则: 1) 参考面的位置应尽量参考面的位置应尽量远离远离不连不连续区域。即参考面以外的传输续区域。即参考面以外的传输线只有主模信号线只有主模信号. .2)2) 参考面必须与传输方向垂直。参考面必须与传输方向垂直。 参考面所包围的区域就称为微波网络。参考面所包围的区域就称为微波网络。网网络参数与参考面的位置和工作模式有关络参数与参考面的位置和工作模式有关。2022-6-214 微波网络可分为单端口、双端口、微波网络可分为单端口、双端口、n端口网络。如图所示：端口网络。如图所示：1cZ2cZ4cZ5cZ1T2T1T2T1I1U2U2I1T2T3T3T4T
11、双端口双端口三端口三端口四端口四端口1T2T253cZE-T分支定向耦合器分支定向耦合器2022-6-215二、微波网络的主要特点二、微波网络的主要特点v 必须指定工作模式必须指定工作模式（波型）（波型） 微波传输线可传输无限多个模式，每一种模微波传输线可传输无限多个模式，每一种模式对应一对等效双线，其横向电场与横向磁场对应式对应一对等效双线，其横向电场与横向磁场对应于一组电压与电流。于一组电压与电流。 如不规定工作模式，其如不规定工作模式，其网络参量就无法确定。网络参量就无法确定。 对微波网络，一般认为传对微波网络，一般认为传输线工作于单一的输线工作于单一的主模主模状态下。状态下。v 必须规
12、定网络端口的参考面必须规定网络端口的参考面 微波传输线属于分布参数系统，它实际上是微波传输线属于分布参数系统，它实际上是构成微波电路的一部分。构成微波电路的一部分。 选取不同的参考面选取不同的参考面就有不同的网络参量。就有不同的网络参量。 选择参考面的选择参考面的原则原则是在该参考面以外的传输是在该参考面以外的传输线只传输主模。线只传输主模。212022-6-216一、微波元件等效为微波网络的原理：一、微波元件等效为微波网络的原理：1、原理：、原理：1) 1) 若一个封闭曲面上切向电场（磁场）给定，若一个封闭曲面上切向电场（磁场）给定，或封闭面的一部分给定或封闭面的一部分给定切向电场切向电场，
13、另一部，另一部分给定分给定切向磁场切向磁场，由电磁场唯一性定理知，由电磁场唯一性定理知，封闭面内的电磁场就被封闭面内的电磁场就被唯一确定唯一确定。2) 微波网络的边界由理想导体和网络参考面微波网络的边界由理想导体和网络参考面所组成，而理想导体的边界条件为切向电所组成，而理想导体的边界条件为切向电场等于零。因此只要给定参考面上切向电场等于零。因此只要给定参考面上切向电（磁）场，或一部分参考面上给定切向电（磁）场，或一部分参考面上给定切向电场，另一部分参考面上给定切向磁场，则场，另一部分参考面上给定切向磁场，则区域内的电磁场唯一确定。区域内的电磁场唯一确定。7.2.2 微波元件等效为微波网络微波元
14、件等效为微波网络2022-6-2173) 参考面上的切向电场和切向磁场分别和参考面上的参考面上的切向电场和切向磁场分别和参考面上的模式电压和模式电流相对应，因此如果各参考面上归模式电压和模式电流相对应，因此如果各参考面上归 一化模式电压一化模式电压 都给定，则各参都给定，则各参考面上的归一化模式电流就被唯一确定；反之亦然。考面上的归一化模式电流就被唯一确定；反之亦然。nUUUU,3212、 端口端口线性线性网络：网络：n满足叠加原理。满足叠加原理。nnnnnnnnnnIZIZIZU IZIZIZUIZIZIZU22112222121212121111（7-2-1）1) 各参考面上同时有电流作用
15、时，各参考面上的电压为：各参考面上同时有电流作用时，各参考面上的电压为：2022-6-218nnnnnnnnIIIZZZZZZZZZUUU2121222211121121即即亦即亦即 IZU .n m ;n m ;转移阻抗自阻抗为阻抗参量为阻抗矩阵 ZZmn2022-6-2192) 各参考面上同时有电压作用时，则各参考面上的电流为：各参考面上同时有电压作用时，则各参考面上的电流为：nnnnnnnnnnUYUYUYI UYUYUYIUYUYUYI22112222121212121111（7-2-2）nnnnnnnnUUUYYYYYYYYYIII2121222211121121即即2022-6-2
16、20亦即亦即 UYI .n m ;n m ;转移导纳自导纳为导纳参量为导纳矩阵 YYmn2022-6-221换句话说，就是端口可换句话说，就是端口可以倒过来用的网络以倒过来用的网络7.2.3 微波网络的分类：微波网络的分类：1) 线性与非线性网络：线性与非线性网络：一般说来一般说来无源无源有源有源线性线性非线性非线性不含非线性介质不含非线性介质含非线性介质含非线性介质2) 可逆和不可逆网络（互易和非互易）：可逆和不可逆网络（互易和非互易）：非铁氧体的无源微波元件非铁氧体的无源微波元件 可逆；可逆；铁氧体微波元件和有源元件铁氧体微波元件和有源元件 不可逆。不可逆。 的值与外加的值与外加场强大小无
17、关；场强大小无关；, 的值与波的值与波的传输方向无关；的传输方向无关；,各向同各向同性介质性介质2022-6-2223) 无耗和有耗网络：无耗和有耗网络：出入出入P PPP 4) 对称和非对称：对称和非对称：结构上具有结构上具有对称面或对称轴对称面或对称轴。大多数微。大多数微波元件都设计成某种对称结构。波元件都设计成某种对称结构。无耗无耗有耗有耗有否电阻（电导）元件有否电阻（电导）元件2022-6-2232、特性：、特性：1) 无耗：无耗：2) 可逆：可逆：3) 对称：对称：对阻抗或导纳参量而言对阻抗或导纳参量而言n)1,2j(i Y Y ZZn)1,2j(i YY Z Zn)1,2j(i,
18、BjY XjZjjiijjiijiijjiijijijijij;双端口双端口微波网络微波网络11222022-6-2247.2.4 微波网络的分析与综合微波网络的分析与综合 网络分析网络分析 ：微波元件微波元件微波网络的等效参量微波网络的等效参量微波网络的外特性微波网络的外特性 网络综合网络综合 ：微波网络的工作特性指标微波网络的工作特性指标微波网络的等效电路微波网络的等效电路微波元件微波元件 网络分析是网络综合的基础。网络分析是网络综合的基础。 网络综合才是我们的最终目的。网络综合才是我们的最终目的。2022-6-225网络参量有两大类：网络参量有两大类：第一类是反映参考面上第一类是反映参考
19、面上归一化电压与归一化电流归一化电压与归一化电流之间之间关系的参量（关系的参量（电路特性参量电路特性参量）；）；第二类是反映参考面第二类是反映参考面上归一化入射波电压与归一化反射波电压之间关系的上归一化入射波电压与归一化反射波电压之间关系的参量（参量（波特性参量波特性参量）。147.3 二端口微波网络二端口微波网络微波网络，二端口网络是最常见的、最基本的。对于线性二端微波网络，二端口网络是最常见的、最基本的。对于线性二端口微波网络，可以应用唯一性定理和叠加原理得到表征网络特口微波网络，可以应用唯一性定理和叠加原理得到表征网络特性的线性方程组，线性方程组中的性的线性方程组，线性方程组中的比例系数
20、比例系数对应网络参量。对应网络参量。2022-6-2267.3.1 二端口微波网络参量二端口微波网络参量改写成矩阵形式为改写成矩阵形式为简写为简写为1I2I二端口二端口网络网络1T2T1U2U10Z20Z 网络端口的电特性选用网络端口的电特性选用电压与电流电压与电流. 已知两已知两端口的电流端口的电流,求电压求电压=？22212122121111IZIZUIZIZU（7-3-1）212221121121IIZZZZUUIZU （7-3-2）（7-3-3） 对低频网络有对低频网络有28291 、阻抗参量、阻抗参量 2022-6-227 其中其中,Z11、Z12、Z21、Z22称为称为Z网络的网络
21、的Z参量。参量。各参量的定义式为：各参量的定义式为： 端口端口2开路时，端口开路时，端口1的输入阻抗。的输入阻抗。 端口端口1开路时，端口开路时，端口2至端口至端口1的转移阻抗。的转移阻抗。端口端口1开路时，端口开路时，端口2的输入阻抗。的输入阻抗。 端口端口2开路时，端口开路时，端口1至端口至端口2的转移阻抗。的转移阻抗。011112IIUZ021121IIUZ022221IIUZ012212IIUZ2022-6-228 微波网络，对等效传输线的等效阻抗进行规一化，微波网络，对等效传输线的等效阻抗进行规一化，或写成或写成其中其中则（则（7-3-1） 可写成：可写成：0220222011020
22、1210220220201120110111011ZIZZZIZZZZUZIZZZZIZZZU22212122121111IZIZUIZIZU0201212102222202011212011111ZZZZ ,ZZZZZZZ ,ZZZ（7-3-4）（7-3-5）（7-3-6）26IZU 92022-6-229 讨论：讨论： 由式（由式（7-3-1）与（）与（7-3-5），对阻抗参量网络，微），对阻抗参量网络，微波网络参量当用归一化参量时，其计算公式与低频网波网络参量当用归一化参量时，其计算公式与低频网络的计算公式完全相同。络的计算公式完全相同。 若若 ，则对，则对 可逆（互易）网络可逆（互易）
23、网络： 对称网络：对称网络： 无耗网络无耗网络：0201ZZj)(i ZZjiij;jjiiZZ ).(纯虚数ijijXjZ二端口二端口网络网络1T2T1I2I1U2U262022-6-2302 导纳参量导纳参量Y已知已知两端口的两端口的电压电压,求电流求电流=？ 对低频网络有对低频网络有: 对对微波网络微波网络,只要用归一化参量代替原来的参量只要用归一化参量代替原来的参量,则则或或二端口二端口网络网络1T2T1U2U01Z02Z1I2I22212122121111UYUYIUYUYI22212122121111UYUYIUYUYIUYI （7-3-7）（7-3-8）422022-6-231其
24、中0210222011011102202220110111YUZUUYUZUUYIZIIYIZII0222222202012121020112120111111111YYZYYYYYYYYYYYZY2022-6-232对互易网络: 对对称网络: 对无耗网络:则若 YY,0201j)(i YYjiij;jjiiYY ).(纯虚数ijijBjY2022-6-2333 转移参量转移参量A已知端口已知端口2的电压与电流的电压与电流求端口求端口1的电压与电流的电压与电流其中其中-I2表示电流由端口表示电流由端口2流出流出 对低频网络对低频网络,有线性方程有线性方程1I2I1U2U222221121221
25、11IAUAIIAUAU（7-3-9）2022-6-234 对微波网络对微波网络,用归一化参量代替原来的参量用归一化参量代替原来的参量,即即其中其中22222112122111IAUAIIAUAU02012121020122220201121201021111ZZAA ,ZZAAZZAA ,ZZAA2211IUAIU30（7-3-10）2022-6-235 各各A参数的物理意义参数的物理意义:端口端口2开路时开路时,归一化电压传输系数之倒数归一化电压传输系数之倒数.端口端口2短路时的转移阻抗短路时的转移阻抗. 端口端口2开路时的转移导纳开路时的转移导纳.端口端口2短路时短路时,归一化电流传输系
26、数之倒数归一化电流传输系数之倒数.021112IUUA021122UIUA021212IUIA021222UIIA2022-6-236 讨论讨论:各转移参量无统一量纲各转移参量无统一量纲.网络互易，则网络互易，则网络对称，则网络对称，则网络无耗，则网络无耗，则总结总结: 阻抗、导纳、转移参量均阻抗、导纳、转移参量均是以端口的（归一化）是以端口的（归一化）电压与电流电压与电流来定义的，在微波频段来定义的，在微波频段很难测量很难测量。; 122122211AAAAA;2211AA .,21122211为虚数和为实数和AAAA2022-6-237 n个二端口网络的级联：个二端口网络的级联： 如图如图
27、1I2I1U2UnI1nInU1nU2I3I3U2U1A2AnA,IU AIU 22111,IU AIU 33222.11nnnnnIU AIU .21nAAAA 27故转移参量主要是在网络的级联方面应用较方便。故转移参量主要是在网络的级联方面应用较方便。nAAAA21（7-3-11）2022-6-2384 散射参量散射参量S：设网络是线性的，限于讨论双端口网络。设网络是线性的，限于讨论双端口网络。已知已知 、 ,求求 、则则即即其中其中为为散射矩阵散射矩阵.i2iU U1? U Ur2r122212122121111iiriirUSUSUUSUSUirUSU22211211SSSSS（7-3
28、-12）（7-3-13）391iU2iUS1rU2rU流进网络流进网络为入射波为入射波2022-6-239 散射矩阵各参量的散射矩阵各参量的物理意义物理意义：v 讨论讨论端口端口2匹配时，端口匹配时，端口1的反射系数；的反射系数；端口端口1匹配时，端口匹配时，端口2的反射系数；的反射系数；端口端口1匹配时，端口匹配时，端口2到端口到端口1的电压传输系数；的电压传输系数；端口端口2匹配时，端口匹配时，端口1到端口到端口2的电压传输系数。的电压传输系数。011112iUirUUS1a022221iUirUUS021121iUirUUS012212iUirUUS1iU2iUS1rU2rU2022-6
29、-240v 散射矩阵的性质：散射矩阵的性质：可逆网络，可逆网络，S具有对称性，即具有对称性，即无耗网络，无耗网络，S具有具有么正性么正性，即，即网络对称，即网络对称，即网络无耗且可逆，有网络无耗且可逆，有 ，则么正性变为，则么正性变为jiijTS S SS或 1 *SSTSST 1 *SS)( SS)( SSjkijjjii部分对称全对称可逆可逆单位矩阵单位矩阵2022-6-241 1 *SS网络无耗且可逆网络无耗且可逆，有，有 ，则么正性变为，则么正性变为SST若令：若令：11|1111jeSS21|2121jeSS22|2222jeSS12|1212jeSS 1 *SS21|2121jeS
30、S1001|222212*221211*1222*1212*11212211SSSSSSSSSSSS|2211SS21112|1|SS由等于由等于1的两项得到：的两项得到：由等于由等于0的任何一项得到：的任何一项得到：)(2122111277702022-6-2425 传输参量传输参量T已知已知 、 ，求，求 、线性方程为线性方程为改写成矩阵式改写成矩阵式即即 传输矩阵传输矩阵Tr2iU U2? U Uri1122222112122111irririUTUTUUTUTU222221121111irriUUTTTTUU2211irriUUTUU书写顺序书写顺序（7-3-14）（7-3-15）（7
31、-3-16）1iU2iUT1rU2rU2022-6-243具有明确的具有明确的物理意义物理意义 互易网络的互易网络的S与与T之间的换算关系：之间的换算关系：将（将（7-3-12）写成）写成对照（对照（7-3-14）与（）与（7-3-17） 则则221221112221111221222211)(1irririUSSSSUSSUUSSUSU21221112211121212221111SSSST ,SSTSST ,ST2212同理：同理：.11112112111211222112111TTS ,TS ,TTTTS ,TTS221234（7-3-17）（7-3-18）（7-3-19）2022-6-
32、244 传输矩阵的性质：传输矩阵的性质：互易网络：互易网络：对称网络：对称网络：无耗网络：无耗网络： 双端口网络的级联：双端口网络的级联：; 121122211TTTT;2112TT.,21122211TT TT2iU1rU2rU1iU2iU1rU 2rU1iU1T2T2022-6-245推论：对推论：对n个二端口网络的级联，个二端口网络的级联，有有 T总总=T1T2即即11rii2r2UUUU 22222211211122211211irr1i1UUTTTTTTTTUU .21nTTTT总（7-3-20）（7-3-21）2222221121111irriUUTTTTUU2iU1rU2rU1i
33、U2iU1rU 2rU1iU1T2T2022-6-2467.3.2 各种网络参量的互相转换各种网络参量的互相转换 同一个网络可以用不同的网络参量来描述它同一个网络可以用不同的网络参量来描述它的特性的特性,那么那么,这些参量之间应该存在某种关系这些参量之间应该存在某种关系,可可相互换算相互换算. 与与 之间的换算前面已经推导出之间的换算前面已经推导出,下面以下面以双端口网络为例双端口网络为例,推导推导 与与 的换算关系的换算关系.ASST 的定义式的定义式25A22222112122111IAUAIIAUAU2022-6-247因为因为则则联立上式解得联立上式解得: UUI ,UUU UUI ,
34、UUUriririri222222111111)()()()(22222221112212221111ririririririUUAUUAUUUUAUUAUU)()(21)()(2122221121122221121112222112112222112111rirriiUAAAAUAAAAUUAAAAUAAAAU（7-3-22）1rU2iU2rU1iUs2022-6-248根据根据S参量的定义式参量的定义式, 则则 由由 S A2221121121122211011112AAAAAAAAUUSiUir（7-3-23）22212122121111iiriirUSUSUUSUSU222112112
35、1121122022221AAAAAAAAUUSiUir222112110121222AAAAUUSiUir222112112112221102121-21AAAAAAAAUUSiUir）（762022-6-249由由(7-3-23)式式,也可求得由也可求得由其中其中其余参量之间的互换关系其余参量之间的互换关系,见书见书220面表面表7.1A S212211112)1(SSSSA212211122)1(SSSSA212211222)1(SSSSA212211212)1(SSSSA21122211SSSSS（7-3-24）2022-6-2507.4 多端口微波网络的散射距阵多端口微波网络的散射距
36、阵S 如图如图 是第是第n个端口的个端口的归一化入射波电压归一化入射波电压， 是第是第n个端口的个端口的归一化反射波电压归一化反射波电压。 则则 它们与同端口的电压的关系为它们与同端口的电压的关系为 是第是第n个端口的个端口的等效（参考）阻抗等效（参考）阻抗。1iU2iUS1rU2rUinUrnUnrnrnnininZUUZUU00nZ0（7-4-1）2022-6-251innnininrninniirinniirUSUSUSU USUSUSUUSUSUSU22112222121212121111则：则：iniinnnnnnrnrrUUUSSSSSSSSSUUU2121222211121121
37、写成矩阵形式为：写成矩阵形式为：irUSU简写成：简写成：（7-4-2）（7-4-3）2022-6-252物意：物意： 表示表示 只有只有 端口有归一化入射端口有归一化入射波波 输入，其余（输入，其余（n-1）个端口均接匹配负载时，）个端口均接匹配负载时，第第 端口到第端口到第 端口上的电压传输系数。端口上的电压传输系数。 n端口网络散射矩阵各参量的物理意义：端口网络散射矩阵各参量的物理意义：矩阵元素矩阵元素物意：物意： 表示表示 只有只有 端口有归一化入射波端口有归一化入射波 输入，其余（输入，其余（n-1）个端口均接匹配负载时第）个端口均接匹配负载时第 个端口上的电压反射系数。个端口上的电
38、压反射系数。矩阵元素矩阵元素n)1,2,j(i, UUSjiUiiriiiij)(0n)1,2,j(i, UUSjiUijriijii)(0iiSiiiUiijSjijUji1iU2iUS1rU2rU2022-6-253参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：1、 微波网络是一个分布参数系统，故当参微波网络是一个分布参数系统，故当参考面的位置移动时，其参考面上的电压、电流是考面的位置移动时，其参考面上的电压、电流是变化的，因而其变化的，因而其网络参量随参考面的移动而变网络参量随参考面的移动而变。2、 参考面移动对参考面移动对 S 参量的影响：参量的影响：1T1T 2T2T 12
39、1) 参考面为参考面为 、 时，时，其归一化入射波电压与其归一化入射波电压与归一化反射波电压分别归一化反射波电压分别为为 。1T2T U U U Urrii2121、2022-6-2542) 参考面为参考面为 、 时，时，其归一化入射波电压与归其归一化入射波电压与归一化反射波电压分别一化反射波电压分别为为 。 U U U Urrii21211T 2T 3) 两组参考面上的归一化入射波电压与归一化反两组参考面上的归一化入射波电压与归一化反射波电压的关系为：射波电压的关系为：212122112211jrrjrrjiijiieUU eUUeUU eUU4) :的关系与SS)(210120122112
40、2122jUjijrUireSeUeUUUSii1T1T 2T2T 1222212122121111iiriirUSUSUUSUSU散射参量的定义式为散射参量的定义式为2022-6-2551211221101101111jUjijrUireSeUeUUUSii2122122201202222jUjijrUireSeUeUUUSii可逆网络：可逆网络：2112SS则则 .PSPS其中其中 2100jjeeP2022-6-2563、 若两参考面移动移动方向为由原参考若两参考面移动移动方向为由原参考面向网络方向移动：面向网络方向移动：则则 2100jjeeP4、 多端口网络参考面向外移动时的多端口网
41、络参考面向外移动时的P 矩阵：矩阵： njjjeeeP00000021 .PSPS1T1T 2T2T 122022-6-25722212122121111IZIZUIZIZU22212122121111IZIZUIZIZU22212122121111UYUYIUYUYI22212122121111UYUYIUYUYI22222112122111IAUAIIAUAU22222112122111IAUAIIAUAU22212122121111iiriirUSUSUUSUSU22222112122111irririUTUTUUTUTU2022-6-258补充：基本电路单元网络参量补充：基本电路单元网
42、络参量 基本电路单元：基本电路单元： 一个复杂的微波网络可以分解成若干个一个复杂的微波网络可以分解成若干个简单的网络，这些简单网络就称为简单的网络，这些简单网络就称为基本电路基本电路单元单元。 复杂微波网络的参量可由基本电路单复杂微波网络的参量可由基本电路单元的网络参量通过矩阵运算而得到。元的网络参量通过矩阵运算而得到。 常见基本电路单元常见基本电路单元： 串联阻抗、并联导纳、均匀传输线段、理串联阻抗、并联导纳、均匀传输线段、理想变压器。想变压器。 2022-6-259 求一段相移为求一段相移为 的均匀传输线的散射参量：的均匀传输线的散射参量：解：解：1、分析网络性质：、分析网络性质： 2、根
43、据定义：、根据定义：1iU1rU2iU2rU1T2T对称对称且为且为互易互易网络网络001122112iUirUUSSjUijiUireUeUUUSSii011012122122故故S矩阵为矩阵为00jjeeS22212122121111iiriirUSUSUUSUSU2022-6-260 求并联导纳求并联导纳 的的 参量：参量：解：解：1、分析网络性质：、分析网络性质： 2、根据定义：、根据定义： 对称对称 、互易。互易。YAY101Z102Z1I2I1U2U1021112IUUAYUIUIAI11021212对称对称12211AA互易互易121122211AAAA012A0021122UI
44、UA 或101YA 22222112122111IAUAIIAUAU752022-6-261解：根据定义：解：根据定义：1：n1I2I1U2UnUUAI10211120021122UIUA0021212IUIAnIIAU021222nnA 001 求理想变压器的求理想变压器的 参量：参量：A22222112122111IAUAIIAUAU101Z102Z2022-6-262 求串联阻抗求串联阻抗 的的 参量：参量：解：解：1、分析网络性质：、分析网络性质： 2、根据定义：、根据定义：1021112IUUAZIUIUAUU0110211222对称对称互易互易121122211AAAA021A00
45、220212122IIUIUIA 或101ZA ZA 对称对称 、互易。互易。1I2I1U2UZ22222112122111IAUAIIAUAU12211AA752022-6-263四种基本电路单元的网络参量见表：四种基本电路单元的网络参量见表：2022-6-264例：例： 如图所示的等效电路：求如图所示的等效电路：求（1） 相对于相对于 、 之间的总网络之之间的总网络之A 参量的归一化值；参量的归一化值；（2） 在什么条件下插入此双口网络不引起附加反射？在什么条件下插入此双口网络不引起附加反射？1T2T解：（解：（1） 如图所示，如图所示，将将 总电路划分为总电路划分为三个三个基本电路单元。
46、基本电路单元。查基本电路单元查基本电路单元的的 A 参量，得：参量，得：jBjBl1A2A3A1T2T0Z0Z0Z101cossinsincos101BjjjBjA 即2022-6-265 sincoscos2sin)1(sinsincos2BBBjjBA 其中：其中：l BZB0jBjBl1A2A3A1T2T0Z0Z0Z（2） S 矩阵的对角元矩阵的对角元 是第是第 j 口的反射口的反射系数，因此在现在的系数，因此在现在的情况下，插入双口情况下，插入双口jjS而不引起附加反射的充要条件是其而不引起附加反射的充要条件是其 S 参量参量之对角元为零。即之对角元为零。即网络网络.02211 SS2
47、022-6-2660222112112112112222AAAAAAAAS02221121121122211AAAAAAAA S 1136jBjBl1A2A3A1T2T0Z0Z0Z 网络对称，网络对称， 2211AA382112AA 故则则0cos2sin2BB2022-6-267故得到：故得到：v 0cos2sin2BBv .21)20BZl2ctg( ctgB说明：若无并联电纳说明：若无并联电纳 ，就不存在反射。，就不存在反射。)0(B说明：说明： 只要适当选择中间那段传输线的长只要适当选择中间那段传输线的长度度 ,使之满足第二个解所要求的条件，使之满足第二个解所要求的条件，也可以做到不引
48、起附加反射。也可以做到不引起附加反射。l0B2022-6-2687.5 微波网络的工作特性参量微波网络的工作特性参量 双端口网络的主要双端口网络的主要工作特性参量工作特性参量有有插入反射插入反射系数系数和和插入驻波比插入驻波比、衰减、衰减、电压传输系数电压传输系数、插入相移插入相移。 工作特性参量与网络参量有关；工作特性参工作特性参量与网络参量有关；工作特性参量均在量均在网络输出端接匹配负载网络输出端接匹配负载、输入端接匹输入端接匹配信号源配信号源的情况下定义的，否则工作特性参的情况下定义的，否则工作特性参量的值将量的值将不确定不确定。2022-6-2697.5.1 插入反射系数和插入驻波比插
49、入反射系数和插入驻波比1T2TlZ一、输入反射系数一、输入反射系数 inl22211211SSSSin1iU1rU2rU2iU22rilUU如图，终接任意负载时，设终端如图，终接任意负载时，设终端反射系数为反射系数为 ，则，则l散射参量的定义式为：散射参量的定义式为：22212122121111iiriirUSUSUUSUSU根据以上三式得：根据以上三式得：llinSSSS222112111(7.5.1)如图，如图，终接匹配负载终接匹配负载时，终端反射系数为时，终端反射系数为 ，则，则0l二、插入反射系数二、插入反射系数11Si插入驻波比插入驻波比|1|1|1|11111SSii注意插入与输入
50、反射系数的区别。注意插入与输入反射系数的区别。71772022-6-2707.5.2 电压传输系数：电压传输系数：条件：网络输出端接匹配负载时条件：网络输出端接匹配负载时（7.5.2）即即210122SUUTiUir1T2T0Z22211211SSSS1iU1rU2rU2iU22212122121111iiriirUSUSUUSUSU7.5.3 插入衰减：插入衰减：a) 定义：网络输出端接匹配负载时，网络输入端的入定义：网络输出端接匹配负载时，网络输入端的入射波功率射波功率 负载吸收功率负载吸收功率 之比。之比。iPlP02iUliPPA即即2221|21,|21rliiUP UP 22210
