Chp4s123 - 第4章 微波网络基础 本章内容:...

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Unformatted text preview: 第4章 微波网络基础 本章内容: 本章内容 本章内容: • 引言 • 波导传输线与双线传输线的等效 • 微波元件等效为微波网络的原理 • 二端口微波网络 • 基本电路单元的参量矩阵 • 微波网络的工作特性参量 4.1 4.1 引言 微波网络理论 一. 微波网络理论 1. 定义 • • 任何一个微波系统, 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。 线组成。 微波传输线的特性可以用广义传输线方程来描写; 微波传输线的特性可以用广义传输线方程来描写;微 波元件的特性可以用类似于低频网络的等效电路来描 述。 任何一个复杂的微波系统都可以用电磁场理论和低频 网络理论相结合的方法来求解 理论相结合的方法来求解, 网络理论相结合的方法来求解,这种理论称为微波网 络理论。 络理论。 • 2. 分类 微波网络理论可分为网络分析和网络综合。 微波网络理论可分为网络分析和网络综合 微波网络理论可分为网络分析和网络综合。 (1)网络分析 网络分析的任务是根据实际的电路结构求出网络参 量及其工作特性参量。 量及其工作特性参量。 (2)网络综合 网络综合的任务是根据预定的工作特性参量应用数 学方法,求出物理上可实现的网络结构以满足给定的 工作特性要求。 工作特性要求。 3. 微波网络特点 微波网络特点 • • 对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。 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。 常希望传输线工作于主模状态。 电路中不均匀区附近将会激起高次模, 电路中不均匀区附近将会激起高次模,此时高次模 对工作模式的影响仅增加一个电抗值, 对工作模式的影响仅增加一个电抗值,可计入网络 参量之内。 参量之内。 整个网络参考面要严格规定,一旦参考面移动, 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。 网络参量就会改变。 微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段 • • 4.2 波导传输线与双线传输线的等效 4.2 波导传输线与双线传输线的等效 模式电压与模式电流 一. 模式电压与模式电流 为了定义任意截面沿z方向单模传输的均匀波导参考 面上的模式电压与模式电流, 面上的模式电压与模式电流,一般作如下规定: • • 使模式电压 U(z) 正比于横向电场 ET ; 模式电流 I(z) 正 比于横向磁场HT 模式电压与模式电流的共轭乘积的实部等于平均传 输功率, 输功率,即 ∗ 1 P = Re[U ( z ) I ( z )] 2 • 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。 归一化参数 二. 归一化参数 1. 归一化阻抗 归一化阻抗 % = Z = 1+ Γ Z Z0 1 − Γ 2. 归一化电压与归一化电流 归一化电压与归一化电流 U ( z) U ( z) % Z U ( z) I ( z) z % Z= = = = % Z0 Z0 I ( z) Z0 I ( z) U ( z) % U ( z ) = Z 0 I ( z) = I ( z) Z % 0 3. 归一化入射波和归一化反射波 归一化入射波和归一化反射波 Ui % % ( z) = U r ( z) Ur U i ( z ) = Z Z0 0 % % % ( z ) = − U r ( z ) = −U ( z ) % Ii ( z) = U r ( z) = Ui ( z) Ir r Z0 Z0 入射波功率和反射波功率可表示为 ∗ 1 % I i ( z )] = 1 U ( z ) 2 % Pi = Re[U i i 2 2 ∗ 1 % % Pr = Re[U r I i ( z )] = 1 U r ( z ) 2 2 2 则传输的有功功率为 2 2 1% 1% P = Pi − Pr = U i ( z ) − U r ( z ) 2 2 2 1% 2 = U i ( z ) (1 − Γ ) 2 4.3 4.3 微波元件等效为微波网络的原理 网络参考面的选择 一. 网络参考面的选择 研究微波网络首先必须确定微波网络的参考面。 研究微波网络首先必须确定微波网络的参考面。参考面的 位置可以任意选. 位置可以任选. • 单模传输时 , 参考面的位置尽量远离不连续性区 这样参考面上的高次模场强可以忽略, 域 , 这样参考面上的高次模场强可以忽略 , 只考虑 主模的场强; 主模的场强; 选择参考面必须与传输方向相垂直, 选择参考面必须与传输方向相垂直 , 这样使参考面 上的电压和电流有明确的意义。 上的电压和电流有明确的意义。 网络参考面一旦选定, 网络参考面一旦选定,所定义的微波网络的参数也唯一被 确定了。如果参考面位置改变,则网络参数也随之改变。 确定了。如果参考面位置改变,则网络参数也随之改变。 对于单模传输情况来说, 对于单模传输情况来说,微波网络的外接传输线的路数与 参考面的数目相等。 参考面的数目相等。 • 图(a)为同轴线低 通滤波器, 通滤波器,它是 二端口网络。 二端口网络。 图(b)为单T接 头,它是三端口 网络。 网络。 图(c)为微带定向 耦合器,它是四 耦合器, 端口网络。 端口网络。 微波元件等效为微波网络的原理 二. 微波元件等效为微波网络的原理 微波元件对电磁波的控制作用是通过微波元件内部的 和填充媒质的特性来实现的。 不均匀区(不连续性边界)和填充媒质的特性来实现的。 将不均匀区等效为微波网络, 将不均匀区等效为微波网络,需要用到电磁场的唯一 性原理和线性叠加原理。 和线性叠加原理。 U1 = Z11 I1 + Z12 I 2 + L + Z1n I n U = Z I + Z I + L + Z I 21 1 22 2 2n n 端口线性网络: 对于n端口线性网络: 2 LLLLL U n = Z n1 I1 + Z n 2 I 2 + L + Z nn I n 线性叠加原理 为阻抗参量, 称它为自阻抗, 式中Zmn为阻抗参量,若m=n称它为自阻抗, 称它为转移阻抗。 若m≠n称它为转移阻抗。 如果 如果n端口网络的各个参考面上同时有电压作用时 : I 1 = Y11U 1 + Y12U 2 +L+Y1nU n I 2 = Y21U 1 + Y22U 2 +L+Y2 nU n LLLL I n = Yn1U 1 + Yn 2U 2 +L+YnnU n Ymn为导纳参量,若m=n称它为自导纳,若m≠n称它为转移导纳。 称它为自导纳, 称它为转移导纳。 为导纳参量, U 1 Z11 U Z 2 = 21 M L U n Z n1 Z12 Z 22 L Zn2 L Z1n I 1 L Z2n I 2 L L M L Z nn I n I 1 Y11 Y12 I Y Y22 2 = 21 M L L I n Yn1 Yn 2 L L L L Y1n U 1 Y2 n U 2 L M Ynn U n [U ] = [ Z ][ I ] [ I ] = [Y ][U ] 为导纳矩阵。 [Z]为阻抗矩阵,[Y]为导纳矩阵。 三 微波网络的特性 (一) 网络的分类 网络的分类 按网络的特性进行分类: 按网络的特性进行分类: 1. 线性与非线性网络 2. 可逆(互易)与不可逆网 可逆(互易) 3. 无耗与有耗网络 4. 对称与非对称网络 按微波元件的功能来分 1. 阻抗匹配网络 2. 功率分配网络 3. 滤波网络 4. 波型变换网络 (二) 微波网络的性质 微波网络的性质 1. 对于无耗网络,网络的全部阻抗参量和导纳参量 对于无耗网络, 均为纯虚数, 均为纯虚数,即有 Z ij = jX ij,ij = jBij Y (i , j = 1,2,L , n ) j , i , j = 1,2,L , n ) 2. 对于可逆网络,则有下列互易特性 对于可逆网络, 对于可逆网络 Z ij = Z ji,ij = Y ji Y 3. 对于对称网络,则有 对于对称网络, 对于对称网络 (i ≠ Z ii = Z jj,ii = Y jj Y (i ≠ j ) ...
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This note was uploaded on 04/11/2010 for the course EECS 530 taught by Professor Sarabandi during the Fall '08 term at University of Michigan.

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