微波网络.ppt

概念引入：射频电路的组成 射频电路是由传输线与基本元器件组成。 集总元器件：贴片电阻、电容、电感，半导体器件，如二极管和晶体管等。 分布元件：由传输线组成的元件。 相对于传输线，基本元器件就是不连续性。 所以任何射频电路都可以看作是由若干传输 线和不连续性区域构成的。 射频电路的建模本质上就是电磁场问题，所 以最基本的方法就是求解电磁场方程。 但是，在整个电路范围内求解电磁场方程非常复杂，难以工程应用。 为此，发展了微波网络方法：将射频电路分解为传输线和不连续性的组合，然后对传输线和不连续性分别建模。 传输线建模：把传输线等效为双线。用特性参数参数----特性阻抗和传播常数表征。单模传输线等效为一条双线，m模传输线等效为m条传输线。 不连续性建模：可以采用集总等效电路模型，也可以采用网络矩阵表征。 ?? 于是，通过建模，射频电路等效为由传输线和不连续性网络构成的电路。射频电路就可以采用电路理论分析和设计，“场方法”转化为“路方法”。 ?? 网络方法的思想：化繁为简、化整为零、各个击破、整体连接。把复杂的三维电磁场问题转变为一维电路问题。 不连续性区域建模：以网络的观点，不连续性区域可以 看作连接传输线的网络。在传输线上适当位置，选取参 考面，不连续性区域就可以等效为一多端口网络。 端口与参考面 参考面的选取有一定的任意性，但选定之后便不能再 随意改变。因为不同的参考面对应的等效网络是不一样 的。这是由于传输线中波的波动性造成的。 ?? 选取参考面的原则 ?? （1）参考面应离不连续性足够远，以使不连 续性引起的高次模在参考面上消失掉； ?? （2）参考面必须与传播方向垂直，以使场的 横向分量落在参考面上。 把微波元件等效为微波网络，需解决： 1、确定微波元件的参考面 2、由横向电磁场定义等效（即模式）电压、等效电流和等效（模式）阻抗，以便将均匀传输线等效为双线传输线 3、确定一组网络参数，建立网络方程，以便将不均匀区等效为网络。 3、微波网络的分析与综合 网络分析：已知网络结构分析其外部特性； 网络综合：预定对网络工作特性的要求，进行 网络的结构设计。 4、微波网络的分类 （1）线性与非线性微波网络 （2）互易与非互易微波网络 （3）有耗与无耗微波网络 （4）对称与非对称微波网络 2.2 微波元件等效为网络 2.2.1 微波传输线等效为双线 1、波导传输线等效为双线 只要双线上的电压、电流用波导的模式电压、电流代替，就可以将波导传输线等效为双线。 2.2.2 不均匀区域等效为网络 电磁场唯一性定理 ?? 如果给定一个封闭面上的切向电场或切向磁场，则内部区域中的电磁场唯一确定。 ?? 只需给定参考面上的切向电场或切向磁场，则不连续性区域中的场唯一给定。 ?? 给定每个端口上电压（对应端口的切向电场）或电流（对应端口的切向磁场） （激励），共n个量，则端口上其余的n个电流或电压（响应）就唯一确定了。 2.2.2 不均匀区域等效为网络 电磁场叠加原理 ?? 对于线性媒质，Maxwell方程是线性的， 场量满足叠加原理，即总的场可以由各个 部分的场叠加而成。 ?? 对应到各个端口，某一端口的响应是由各 个端口的激励所产生的响应线性叠加而 成，依照这一原理，根据激励量选择的不 同，可以定义各种各样的网络参量矩阵。 3. Z与Y的关系 I=YU=YZI 即 YZ=1 * * §2.1 网络的基本概念 §2.2 微波元件等效为网络 §2.3 微波网络的散射矩阵 §2.4 传输散射矩阵 第2章 微波网络 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 2.1 网络的基本概念 U1i ? U1r ? ? U2r ? U2i 1 1 2 2 双端口 网 络 反射波 ? ? 透射波 入射波 ? H10 ? V T1 T2 2 1 1 2 　　在平行双线传输线中，基本参量是电压和电流，它们具有明确的物理意义，而且可进行直接测量。 在微波传输线中，分布参数效应显著，传输线横截面上的电压和电流已无明确的物理意义，不能测量。 　　欲将微波传输线与平行双线传输线