微波网络理论课件

1、微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论5-1 5-1 概述概述 任何一个微波系统都是由各种微波元件和微波传输线组成的。工程上常避开微波元件内部场结构，视其为具有几个端口的微波网络，用类似于低频电路理论的方法，计算或测量其对外表现的参量，用这些参量来描述其性能。这种方法称为微波网络理论。微波网络具有如下特点： (1)对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。通常希望传输线工作于主模状态。(2)由于分布参数效应，整个网络参考面要严格规定，一旦参考面移动，则网络参量就会改变。(3)网络端口电压、电流宜用归一化值微波网络理论归一化电压和电流的定义为 00 U zU zI zI zZZ功率

2、00111222PU z IzU zZIzZU z Iz第五章第五章 微波网络理论微波网络理论线上电压和电流可写成入射波和反射波之和，即 U zU zUzI zI zIzZU zUziririr10即电压、电流进行归一化 000000 irirU zUzUzUzUzI zZZZZZZ irirU zUzUzI zUzUz微波网络理论 5-2 5-2 二端口微波网络二端口微波网络一一. .二端口微波网络的网络参量二端口微波网络的网络参量 在各种微波网络中，二端口微波网络是最基本的。例如：衰减器、移相器、阻抗变换器和滤波器等均属于二端口微波网络。 表征二端口微波网络特性的参量可以分为两大类： 1.

3、反映网络参考面上电压与电流之间关系的参量 2.反映网络参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的参量。如图所示。第五章第五章 微波网络理论微波网络理论微波网络理论1 . 阻抗参量阻抗参量用T1和T2两个参考面上的电流表示两个参考面上的电压，其网络方程为UUZZZZII121112212212各阻抗参量元素定义如下 ZUII111102ZUII222201ZUII121201ZUII212102表示T2面开路时，端口(1)的输入阻抗；表示T1面开路时，端口(2)的输入阻抗；表示T1面开路时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗；表示T2面开路时，端口(1)至端口(2)的转移阻抗。 第五章第五章 微波网

4、络理论微波网络理论微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论特性阻抗归一化 T1和T2参考面上的归一化电压和归一化电流分别为UUZIIZUUZIIZ1101110122022202 = = UZ IZ IUZ IZ I11111222211222 归一化归一化阻抗参量为ZZZZZZ ZZZZZZZ Z1111011212010222220221210102 微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论2. 导纳参量导纳参量用T1和T2两个参考面上的电压表示两个参考面上的电流，其网络方程为 IIYYYYUU121112212212各导纳参量元素定义如下 YIUU111102YIUU

5、2 22201YIUU1 21201YIUU2 12102表示T2面短路时，端口(1)的输入导纳；表示T1面短路时，端口(2)的输入导纳表示T1面短路时，端口(2)至端口(1)的转移导纳； 表示T2面短路时，端口(1)至端口(2)的转移导纳。微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论如果T1和T2参考面所接传输线的特性导纳分别为Y01和Y02，则归一化表示式为 IY UY UIY UY U11111222211222 UUZ1101UUZ2202IIZ1101IIZ2202YYY111101YYY Y12120102YYY Y21210102YYY222202微波网络理论第五章第五章

6、微波网络理论微波网络理论3.转移参量转移参量A用T2面上的电压、电流来表示T1面上的电压和电流的网络方程，且规定电流流进网络为正方向，流出网络为负方向。则有1212UUabIIcd转移参量的定义为 2120IUaU2120UUbI2120IIcU2120UIdI表示T2面开路时，端口(2)至端口(1)的电压转移系数； 表示T2面短路时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗； 表示T2面开路时，端口(2)至端口(1)的转移导纳； 表示T2面短路时，端口(2)至端口(1)的电流转移系数。微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论归一化方程 122122 UAUBIICUDIUUZ1101UUZ

7、2202IIZ1101IIZ22020201ZA aZ0102bBZ Z0102Cc Z Z0102ZD dZ1212ABUUCDII微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论4.散射参量散射参量S二端口网络参考面T1和T2面上的归一化入射波电压和归一化反射波电压应用叠加原理，可以用两个参考面上的入射波电压来表示两个参考面上的反射波电压，其网络方程为US US UUS US Uriirii11111222211222 UUSSSSUUrrii121112212212散射参量的定义为 SUUriUi111102 表示T2面接匹配负载时，T1面上的电压反射系数；SUUriUi121201

8、表示T1面接匹配负载时，T2面至T1面的电压传输系数；微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论SUUriUi212102SUUriUi222201表示T2面接匹配负载时，T1面至T2面的电压传输系数；表示T1面接匹配负载时，T2面上的电压反射系数。5. S参量与参量与A参量的关系参量的关系11122122()()2() 2()() ADBCADBCSSABCDABCDDABCSSABCDABCD微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论二二. .二端口微波网络的级联组合二端口微波网络的级联组合 通常，一个复杂的微波系统是由若干个简单电路(或元件)按一定方式连接而成的。 有两个

9、二端口网络N1和N2，现按级联方式将其组合起来。设两个网络的转移矩阵分别为A1和A2，组合后所构成的新二端口网络N的转移矩阵为A。 对于网络N1，有 12211221UUUabAIIIcd 对于网络N2，有 33223322UUUabAIIIcd微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论 于是可得12abababcdcdcd 若有n个二端口网络相级联，则级联后新二端口网络的转移矩阵为 AAAAn12对于网络N，则有33133112UUUabababIIIcdcdcd 微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论三三. 二端口微波网络参量的性质二端口微波网络参量的性质一般情况下，二

10、端口网络的独立参量有四个，但当网络具有某种特性(如对称性或可逆性等)时，网络的独立参量个数将会减少。 (一一) 可逆网络可逆网络可逆网络具有互易特性 ZZZZYYYY1221122112211221 或或其它几种网络参量的互易特性为 1ad bc1ADBCSS1221微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论(二二) 对称网络对称网络一个对称网络具有下列特性 ， ZZ1122YY1122 ， ， 其它几种网络参量的对称性为ad1122SS由此可见，一个对称二端口网络的两个参考面上的输入阻抗、输入导纳以及电压反射系数等参量一一对应相等 微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论(

11、三三) 无耗网络无耗网络利用复功率定理和矩阵运算可以证明， *SST 1或写成 10012221121122122111SSSSSSSS12112212代入得(四四) 线性网络线性网络 网络参量与端口电压、电流无关微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论5-35-3 多端口微波网络多端口微波网络描述多端口微波网络的参量矩阵只有阻抗矩阵、导纳矩阵和散射矩阵三种。 n端口网络各端口参考面上电压和电流关系的矩阵方程为UUUZZZZZZZZZIIInnnnnnnn1211121212221212IIIYYYYYYYYYUUUnnnnnnnn1211121212221212或简写成 UZIIYU一一.网络参量网络参量微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论散射参量矩阵方程为 UUUSSSSSSSSSUUUrrrnnnnnnniiin1211121212221212或简写成 US Uri若n端口微波网络可逆，则网络参量矩阵具有下述性质ZZTYYT SST微波网络理论第五章第五章 微波网络理论微波网络理论若n端口微波网络的端口j与端口k 在结构上对称，则网络参量具有下述性质ZZjjkkYYjjkkSSjjkk若n端口微波网络无耗，则* TSSI二二.移动参考面对移动参考面对