第5.1章微波接头的等效网络.ppt

5 1微波接头的等效网络 5 2微波网络的阻抗和导纳矩阵 5 3微波网络的散射矩阵 5 4传输散射矩阵 第五章微波网络基础 微波系统的构成 在微波传输的过程中 需要应用许多微波元器件 分析微波元器件的方法 电磁场分析法 网络分析法 利用麦克斯韦方程组加边界条件求出元件中场分布 再求其传输特性 由于边界条件复杂 因此一般求解很困难 在微波系统中 通常关心元器件的外部传输参量 而不关心其内部场分布 因此可采用网络法 微波网络方法 是以微波元件及组合系统为对象 利用等效电路的方法研究它们的传输特性及其设计和实现的方法 网络分析法 注意 这种方法不能得到元件内部的场分布 工程上关心的是元件的传输特性和反射特性 相对于端口 此方法为微波电路和系统的等效电路分析方法 微波元件 用网络等效 应用电路和传输线理论 求取网络各端口间信号的相互关系 集总参数网络则由微波电路或系统中的不连续性等效而组成 微波网络由分布参数电路和集总参数电路网络组合而成 分布参数电路由规则导行系统等效而成 但要注意 对于某一网络 首先要建立等效电路的数学模型 而建立数学模型的方法可用场的方法或测量方法 常用 外部特性 等效电压 等效电流与阻抗的概念因为电压和电流的测量需要定义有效的端对 而波导不存在此端对 5 1微波接头的等效网络 建立任意波导接头 规则导行系统的等效网络 1 等效电压 电流和阻抗的概念 TEM传输线 正导体相对于负导体的电压 积分是从正导体到负导体 与积分路径无关 行波时 波导 矩形波导的主模TE10模的横向场可以写成 代入 电压取决于位置x与沿y方向的积分等高线长度 即不存在唯一的或对所有应用都适用的正确电压 等效电压 电流和阻抗需重新定义 E 有许多种定义等效电压 等效电流和等效阻抗的方法 电压和电流仅对特定波导模式定义 定义电压与其横向电场成正比 电流与横向磁场成正比 为了和电路理论中的电压和电流应用方式相似 等效电压和电流的乘积应等于该模式的功率流 单一行波的电压和电流之比应等于此线的特性阻抗 此阻抗可任意选择 一般选择等于此线的波阻抗或归一化为1 对于等效电压 等效电流的定义 一般应满足 对于任一导波系统 其横向电磁场可表示为 式中为两维实函数代表横向场模式横向分布 为一维标量函数 表示横向电磁场各模式沿传播方向的变化规律 模式等效电压和模式等效电流 式中Zek为该模式等效特性阻抗 各模式的传输功率为 由定义条件2 2 模式等效传输线 由于波导中可能存在多模传输 由于每个模式的独立性 其特性阻抗 传播常数不同 传输功率互不影响 传输N个模式的导波系统 N个独立的模式等效传输线 每个传输线只传输一个模式 等效为 等效为 式中为沿导行方向传输的分布 为沿横向分布 1 TM等效模式传输线方程 以矩形波导为例 传输模式TMmn 因为Hz 0 上式表明电场在xy平面内无旋度 则在此平面内E可以表示成该模式的模式电压的负梯度 另将代入 代入 同理 再由展开并将等效电流和等效电压代入 消去项可得 则可得TM模的等效电路 其单位长度串联阻抗和并联导纳分别为 综合起来则上两式变为TM波的等效传输方程 波导具有高通滤波器特性 当f fc时 串联支路呈容性 TM模等效电路 当f fc时 并联支路呈感性 TE模等效电路 矩形波导 同理 其单位长度串联阻抗和并联导纳分别为 2 TE模等效模式传输线方程 图a的传输线的截止频率出现在串联阻抗等于零时 图b的传输线的截止频率出现在并联导纳等于零时 TEM传输线 均要求 传输线方程的解 传播常数 截面形状或材料性能在波导某处突然改变 截面形状或材料性能在一定距离内连续改变 均匀波导系统中的障碍物或孔缝 波导分支 3 不均匀性的等效电路 不均匀性附近将激励起高次模 由截止模的特性可知 这些高次模在波导接头内产生储能 可用电抗元件L和C来等效 可引起不均匀性的 三种最简单的不均匀性例子及等效电路 见图 用集总元件网络来等效 注意 与低频网络不同 微波网络的形式与传输模式有关 若传输单一模式 则等效为一个N端口网络