微波接头的等效网络

§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根底1精选课件微波系统的构成2精选课件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。3精选课件微波网络方法：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4精选课件集总参数网络那么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。分布参数电路由规那么导行系统等效而成；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5精选课件等效电压、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、规那么导行系统的等效网络。1.等效电压、电流和阻抗的概念。6精选课件

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：由安培定律，正导体上总的电流为：式中的积分回路是包围正导体的任意闭合路径。+-7精选课件

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。E8精选课件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：9精选课件对于任一导波系统，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10精选课件各模式的传输功率为：由定义条件2：11精选课件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N个模式Ze1，be1Ze2，be2Ze3，be3ZeN，beNN个传输线12精选课件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上式说明电场在xy平面内无旋度。那么在此平面内E可以表示成该模式的模式电压的负梯度13精选课件另将代入：可得：令（式中I(z)为横向场沿轴向分布）14精选课件代入∴同理，再由展开并将等效电流和等效电压代入，消去项可得TM波的传输线方程15精选课件那么可得TM模的等效电路，其单位长度串联阻抗和并联导纳分别为：TM波的等效电路（波导传输线）TE波的等效电路综合起来那么上两式变为TM波的等效传输方程：16精选课件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：TM波的等效电路（波导传输线）TE波的等效电路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；

17精选课件*TEM传输线：均要求：传输线方程的解：传播常数：18精选课件①截面形状或材料性能在波导某处突然改变；②截面形状或材料性能在一定距离内连续改变；③均匀波导系统中的障碍物或孔缝；④波导分支。3．不均匀性的等效电路不均匀性附近将鼓励起高次模。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：19精选课件三种最简单的不均匀性例子及等效电路，见图。20精选课件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，假设