1、第四章第四章 微波网络基础微波网络基础 化化“场场”为为“路路”网络理论网络理论第四章第四章 微波网络基础微波网络基础4-1 4-1 引引 言言一、微波网络概念一、微波网络概念微波系统：由各种微波系统：由各种微波元件微波元件和和微波传输线微波传输线组成组成微波网络理论：把微波网络理论：把电磁场理论电磁场理论和和低频网络理论低频网络理论 相结合来分析复杂的相结合来分析复杂的微波系统微波系统二、网络分析、网络综合二、网络分析、网络综合电路结构电路结构网络参量、工作特性参量网络参量、工作特性参量网络分析网络分析网络综合网络综合第四章第四章 微波网络基础微波网络基础（1）不同的模式有不同的不同的模式有
2、不同的等效网络结构及参量等效网络结构及参量 通常希望传输线工作于通常希望传输线工作于主模主模状态状态（2 2）电路中电路中不均匀区不均匀区附近将会激起附近将会激起高次模高次模 参考面的选取应稍远离参考面的选取应稍远离不均匀区不均匀区（3 3）整个整个网络参考面网络参考面要严格规定要严格规定 一旦参考面移动，一旦参考面移动，网络参量网络参量随之改变随之改变（4 4）等效电路及其参量只适用于等效电路及其参量只适用于一个频段一个频段 三、微波电路特点三、微波电路特点第四章第四章 微波网络基础微波网络基础4-24-2 波导等效为平行双线波导等效为平行双线（一）人为规定：（一）人为规定：1、模式电压、模
3、式电压 U(z)正比于横向电场正比于横向电场 ET 4、模式电压与模式电流共轭的乘积等于波导传输的复功率、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、模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗微波元件微波元件网络网络外接传输线外接传输线双线双线一、色散波导与模式电压电流特性阻抗一、色散波导与模式电压电流特性阻抗2、模式电流、模式电流 I(z)正比于横向磁场正比于横向磁场 HT（二）等效双线中（二）等效双线中Ze 不确定，则不确定，则U(z)、I(z)也不确定不确定第四章第四章 微波网络基础微波网络基础（一）归一化阻抗（一）归一化阻抗 011ZZZ+
4、=-%（二）归一化电压电流（二）归一化电压电流()()()()00U zU zZI zI zZ=二、引入归一化阻抗电压电流二、引入归一化阻抗电压电流（三）归一化入射波反射波（三）归一化入射波反射波0()()/=%iiU zU zZ0()()/()=%iiiI zU zZU z0()()/=%rrU zU zZ0()()/()=-=-%rrrI zU zZU z第四章第四章 微波网络基础微波网络基础三、入射波功率反射波功率三、入射波功率反射波功率*22011Re()()(2212=%iiiiiPUU zzzZzIU*22r011Re()()(1P)2(22=%rrrrU z IUU zzzZ传输
5、的有功功率传输的有功功率22221 ()1(11P)r()()222-=-=%iiirPU zU zPU z z（唯一确定）（唯一确定）第四章第四章 微波网络基础微波网络基础4 3 4 3 微波元件等效为微波网络微波元件等效为微波网络一、网络参考面的选择一、网络参考面的选择（一）保证（一）保证单模传输单模传输时，参考面的位置应尽量时，参考面的位置应尽量远离远离 不连续性区域不连续性区域（二）选择参考面必须（二）选择参考面必须与传输方向相垂直与传输方向相垂直 使参考面上的电压和电流有明确的意义使参考面上的电压和电流有明确的意义（三）（三）Ti 面面选定选定，网络参量，网络参量也定也定 Ti 面面
6、改变改变，网络参量，网络参量改变改变（四）单模传输时，微波网络的（四）单模传输时，微波网络的 外接传输线的路数参考面的数目外接传输线的路数参考面的数目第四章第四章 微波网络基础微波网络基础微波元件及其等效网络微波元件及其等效网络第四章第四章 微波网络基础微波网络基础 二、等效思路二、等效思路（一）垂直于传输方向，（一）垂直于传输方向，Ti 的的切向场量给定切向场量给定模式电压电流确定模式电压电流确定（二）如果网络内（二）如果网络内媒质线性媒质线性，满足，满足叠加定理叠加定理Maxwell方程方程线性微分方程线性微分方程第四章第四章 微波网络基础微波网络基础n 端口线性网络端口线性网络 111
7、11221221 122221 122 nnnnnnnnnnUZ IZ IZ IUZ IZ IZ IUZ IZ IZ I=+=+=+LLLLLLLi=j 时：时：自阻抗自阻抗i j 时：转移阻抗时：转移阻抗三、阻抗参量矩阵、导纳参量矩阵三、阻抗参量矩阵、导纳参量矩阵、线性方程表示、线性方程表示Zi j：阻抗参量阻抗参量第四章第四章 微波网络基础微波网络基础11111221221122221122 =+=+=+LLLLLLLnnnnnnnnnnIY UY UY UIY UY UY UIY UY UY Un 端口线性网络端口线性网络 i=j 时：时：自导纳自导纳i j 时：转移导纳时：转移导纳Zi
8、 j：导纳参量导纳参量第四章第四章 微波网络基础微波网络基础1111211221222212轾轾轾犏犏犏犏犏犏犏犏犏=犏犏犏犏犏犏犏犏犏臌臌臌LLMLLLLMLnnnnnnnnUZZZIUZZZIUZZZI =UZ I1111211221222212轾轾轾犏犏犏犏犏犏犏犏犏=犏犏犏犏犏犏犏犏犏臌臌臌LLMLLLLMLnnnnnnnnIYYYUIYYYUIYYYU =IY U2 2、矩阵表示、矩阵表示微波网络不均匀性由网络参量描述微波网络不均匀性由网络参量描述 第四章第四章 微波网络基础微波网络基础四、四、微波网络特性微波网络特性按网络特性分类按网络特性分类 1.线性与非线性网络线性与非线性网络
9、2.可逆与不可逆网络可逆与不可逆网络3.无耗与有耗网络无耗与有耗网络4.对称与非对称网络对称与非对称网络按微波元件功能分类按微波元件功能分类 1.1.阻抗匹配网络阻抗匹配网络2.2.功率分配网络功率分配网络3.3.滤波网络滤波网络4.4.波型变换网络波型变换网络（一）（一）微波网络分类微波网络分类第四章第四章 微波网络基础微波网络基础（二）（二）微波网络性质微波网络性质 1、对于无耗网络、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网络的全部阻抗参量和导纳参量均为纯虚数 (),1,2,=LijijijijZjXYjBi jn(),1,2,=LijjiijjiZZYYij i jn(),
10、1,2,=LiijjiijjZZYYij i jn2、对于可逆网络，有互易性、对于可逆网络，有互易性3、对于对称网络，有对称性对于对称网络，有对称性 第四章第四章 微波网络基础微波网络基础 4-4 4-4 二端口微波网络二端口微波网络二端口微波网络二端口微波网络是最基本的微波网络是最基本的微波网络（一）反映网络参考面上（一）反映网络参考面上电压与电流电压与电流之间关系的参量之间关系的参量 一、一、二端口微波网络的网络参量二端口微波网络的网络参量 参考面参考面1、T2 远离不连续区域远离不连续区域第四章第四章 微波网络基础微波网络基础（1）实际）实际 UI（人为）（人为）111121221222
11、轾轾轾犏犏犏=犏犏犏臌臌臌UZZIUZZI1、阻抗参量阻抗参量 =UZ I（2）归一化）归一化 UI（唯一）（唯一）1111010122220202 =%UUIIZZUUIIZZ111 1122221 1222 =+=+%UZ IZ IUZ IZ I第四章第四章 微波网络基础微波网络基础各阻抗参量元素物理意义各阻抗参量元素物理意义211110=IUZI122220=IUZI111220=IUZI222110=IUZIT2面开路时，端口面开路时，端口(1)至端口至端口(2)的转移阻抗的转移阻抗T2面开路时，端口面开路时，端口(1)的输入阻抗的输入阻抗T1面开路时，端口面开路时，端口(2)的输入阻
12、抗的输入阻抗T1面开路时，端口面开路时，端口(2)至端口至端口(1)的转移阻抗的转移阻抗111121221222轾轾轾犏犏犏=犏犏犏臌臌臌%UZZIUZZI轾轾 轾=犏犏 犏臌臌 臌%UZ I（3）归一化矩阵）归一化矩阵第四章第四章 微波网络基础微波网络基础2.导纳参量导纳参量111121221222轾轾轾犏犏犏=犏犏犏臌臌臌IYYUIYYU各导纳参量元素物理意义各导纳参量元素物理意义轾轾 轾=犏犏 犏臌臌 臌%IY U211110=UIYU122220=UIYU111220=UIYU222110=UIYUT2面短路时，端口面短路时，端口(1)至端口至端口(2)的转移导纳的转移导纳T2面短路时
13、，端口面短路时，端口(1)的输入导纳的输入导纳T1面短路时，端口面短路时，端口(2)的输入导纳的输入导纳T1面短路时，端口面短路时，端口(2)至端口至端口(1)的转移导纳的转移导纳第四章第四章 微波网络基础微波网络基础3、转移参量、转移参量用用T2面上的电压、电流来表示面上的电压、电流来表示T1面上的电压和电流面上的电压和电流111122121222轾轾轾犏犏犏=犏犏犏-臌臌臌UAAUIAAI电流流进网络为正方向电流流进网络为正方向（1）实际）实际 UI（人为）（人为）（2）归一化）归一化 UI（唯一）（唯一）11121221212222=-=-UA UA IIA UA I1112122121
14、2222=-=-%Ua Ua IIa Ua I1111=%Aa第四章第四章 微波网络基础微波网络基础各转移参量元素物理意义各转移参量元素物理意义211102=UAUI122220=-IAIU211220=-UAIU212120=IAUIT2面开路时，端口面开路时，端口(2)至端口至端口(1)的转移导纳的转移导纳T2面开路时，端口面开路时，端口(2)至端口至端口(1)的电压转移系数的电压转移系数T2面短路时，端口面短路时，端口(2)至端口至端口(1)的电流转移系数的电流转移系数T2面短路时，端口面短路时，端口(2)至端口至端口(1)的转移阻抗的转移阻抗第四章第四章 微波网络基础微波网络基础（3）
15、A参量在级联中的应用参量在级联中的应用2111212122112轾轾轾犏犏犏=犏犏犏-臌臌臌%aaUUaaII2311123212222轾轾轾犏犏犏=犏犏犏-臌臌臌%aaUUaaII1311121111232122212221轾轾轾轾犏犏犏犏=犏犏犏犏-臌臌臌臌%aaaaUUaaaaII推广到推广到n级二端口网络级联：级二端口网络级联：N1N2T2 公共面公共面 12.=nAAAA第四章第四章 微波网络基础微波网络基础信号源信号源输出功率输出功率可以设法保持不变可以设法保持不变（二）反映参考面上（二）反映参考面上入射波电压与反射波电压入射波电压与反射波电压之间关系的参量之间关系的参量 易测易测
16、散射参量、传输参量散射参量、传输参量没有恒定的微波电压源和电流源没有恒定的微波电压源和电流源不容易得到理想的短路或开路终端不容易得到理想的短路或开路终端入射：进入网络方向入射：进入网络方向反射：离开网络方向反射：离开网络方向第四章第四章 微波网络基础微波网络基础1、散射参量、散射参量用两个参考面上的用两个参考面上的入射波电压入射波电压来表示来表示 两个参考面上的两个参考面上的反射波电压反射波电压11111222211222=+=+%riiriiUS US UUS US U111211212222轾轾轾犏犏犏=犏犏犏臌臌臌%irirSSUUSSUU（1）线性方程）线性方程（2）矩阵形式）矩阵形式
17、 轾轾=犏犏臌臌%riUS U第四章第四章 微波网络基础微波网络基础211110=%iriUUSU111220=%iriUUSU222110=%iriUUSU122220=%iriUUSUT2面接匹配负载时，面接匹配负载时，T1面上的电压反射系数面上的电压反射系数 T1面接匹配负载时，面接匹配负载时，T2面至面至T1面的电压传输系数面的电压传输系数T2面接匹配负载时，面接匹配负载时，T1面至面至T2面的电压传输系数面的电压传输系数T1面接匹配负载时，面接匹配负载时，T2面上的电压反射系数面上的电压反射系数（3）散射参量元素物理意义散射参量元素物理意义第四章第四章 微波网络基础微波网络基础2、传
18、输参量、传输参量 用用T2面上的电压入射波和反射波面上的电压入射波和反射波来表示来表示 T1面上的电压入射波和反射波面上的电压入射波和反射波111221212221轾轾轾犏犏犏=犏犏犏臌臌臌%riirttUUttUU11121221212222=+=+%irirriUT UT UUT UT U211122101=%iirUUtUST2面接匹配负载时，面接匹配负载时，T1面至面至T2面的面的 电压传输系数的倒数电压传输系数的倒数（1）线性方程）线性方程（2）矩阵形式）矩阵形式（3）传输参量元素物理意义传输参量元素物理意义其余参量没有直观物理意义其余参量没有直观物理意义 第四章第四章 微波网络基础
19、微波网络基础（3）T参量在级联中的应用参量在级联中的应用可证可证 12.=ntttt二、二、二端口微波网络参量的相互转换二端口微波网络参量的相互转换P116117 表表 4三、三、二端口微波网络参量的性质二端口微波网络参量的性质（1）可逆网络）可逆网络互易性互易性12211=、ZZ12212=、yy1122122113=-=、aa aaa12214=、SS11 22122115=-=、tt ttt第四章第四章 微波网络基础微波网络基础(二二)对称网络对称网络对称性对称性SS112211221=、ZZ11222=、yy11223=、aa11224=、SS12215=-、tt(三三)无耗网络无耗网
20、络1=、ijijZjX2=、ijijyjb1122 12213aaaa、11221221*4,*tttt、=*51=、TSS为实数为实数纯虚数纯虚数散射矩阵满足散射矩阵满足“么正性么正性”第四章第四章 微波网络基础微波网络基础四、参考面移动对网络参量的影响四、参考面移动对网络参量的影响无耗传输线无耗传输线：参考面的移动使：参考面的移动使入射波和反射波的相位超前或滞后入射波和反射波的相位超前或滞后1112=pll112211112222,-=jjiirrjjiirrUU eUU eUU eUU e2211111()22212111211111111-+-=jj rrjrijj rrjriUU e
21、SS eUU eUU eSS eUU e122222-=j SS e1221=SS第四章第四章 微波网络基础微波网络基础 轾=臌SP S P新的散射矩阵新的散射矩阵 1200-骣=桫jjePe对角线矩阵对角线矩阵若参考面向若参考面向N方向移动方向移动 1200骣=桫jjePe推广：多端口网络，参考面向外移动推广：多端口网络，参考面向外移动 100000-骣=桫njjePe 轾=臌SP S P第四章第四章 微波网络基础微波网络基础4-54-5 基本电路单元的参量矩阵基本电路单元的参量矩阵常用基本电路单元常用基本电路单元串联阻抗、并联导纳、均匀传输线和理想变压器串联阻抗、并联导纳、均匀传输线和理想
22、变压器 一个较复杂的微波网络由几个简单网络组成一个较复杂的微波网络由几个简单网络组成P120 表表 45补充：补充：不同不同Z0传输线直接传输线直接连接连接 0201010200骣=桫ZZaZZ第四章第四章 微波网络基础微波网络基础4-64-6 二端口微波网络的工作特性参量二端口微波网络的工作特性参量微波元件作用微波元件作用：控制微波信号的振幅、相位等物理量的变化控制微波信号的振幅、相位等物理量的变化电压传输系数电压传输系数 T电路结构电路结构网络参量网络参量网络分析网络分析网络综合网络综合工作特性参量工作特性参量网络分析网络分析网络综合网络综合插入衰减插入衰减 A插入相移插入相移输入驻波比输
23、入驻波比第四章第四章 微波网络基础微波网络基础2210iriUUTU=（一）定义（一）定义（二）对于可逆二端口网络（二）对于可逆二端口网络 2112111112212212TSStaaaa+=一一 、电压传输系数、电压传输系数 T 网络网络输出端接匹配负载输出端接匹配负载时，时，输出端输出端参考面上的参考面上的反射波电压反射波电压与与输入端输入端参考面上的参考面上的入射波电压入射波电压之比之比衰减器、相移器、隔离器衰减器、相移器、隔离器第四章第四章 微波网络基础微波网络基础二、插入衰减二、插入衰减 A 网络网络输出端输出端接接匹配匹配负载时，网络输入端的负载时，网络输入端的入射波功率入射波功率
24、Pi与与负载吸收功率负载吸收功率PL之比之比20iiLUPAP=221110lg10lg()LAdBS=212222122121112121irUATSUS=（一）定义（一）定义（二）（二）（仅可逆网络）（仅可逆网络）（三）用分贝表示（三）用分贝表示第四章第四章 微波网络基础微波网络基础（四）改写（四）改写 A22112111211211sAsASA-=-2211122211111 ,1sAASS-=-122110lg10lgLLAALA=+=221112221111110lg ,10lg1sLLSS-=-无耗网络无耗网络110lg10()LdB=输入端匹配输入端匹配210lg10()LdB=
25、阻抗变换器阻抗变换器相移器相移器衰减器衰减器滤波器滤波器第四章第四章 微波网络基础微波网络基础三、插入相移三、插入相移 网络网络输出端输出端接接匹配匹配负载时，负载时，输出端的反射波输出端的反射波对对输入端的入射波输入端的入射波的相移的相移2210ijriUUTT eU=（二）根据定义，有（二）根据定义，有21argargTS=对于可逆网络对于可逆网络1221=（一）定义（一）定义滤波器滤波器1221SST=第四章第四章 微波网络基础微波网络基础四、四、输入驻波比输入驻波比网络网络输出端输出端接接匹配匹配负载时，负载时，输入端输入端的驻波比的驻波比11111111SS+=-（一）定义（一）定义1111S-=+2(0)iU=（三）若输入端匹配（三）若输入端匹配110 ,1 ,=0 S=（二）（二）（四）（四）与插入衰减与插入衰减 A 关系关系122(1)10lg10lg4LALL+=+2221221(1)114ASS+=不同用途微波网络不同用途微波网络四个工作特性参量主次地位不同四个工作特性参量主次地位不同
