5_微波技术基础_微波网络基础技术分析.pptx

微波技术基础 微波网络基础 内容：了解波导传输线与双线传输线的等效，了解微波元件等效为微波网络的原理；掌握二端口微波网络的阻抗和导纳矩阵、散射矩阵、传输矩阵；掌握基本电路单元的参量矩阵；掌握微波网络的工作特性参量；理解波导激励。 重点：阻抗和导纳矩阵，散射矩阵，传输矩阵，基本电路单元的参量矩阵。 难点：微波网络的工作特性参量；波导激励。 教学学时：4学时 教学大纲 引言 波导传输线与双线传输线等效 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 内容提要 引言 波导传输线与双线传输线等效 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 内容提要 任何一个复杂的微波系统都可以用电磁场理论（场）（在确定的边界条件下解麦克斯韦方程）来求解，但该方法非常复杂，不适合工程应用。 将属于电磁场的问题，在一定条件下，转化为与之等效的电路问题求解，即采用电磁场理论与低频网络理论（路）相结合的方法来分析，这种理论称为微波网络理论。 微波工程中，不总是需要详细求出系统内部的场结构，只需要知道电信号通过系统后幅度和相位等量的变化(外部特性)。 在一定条件下，可以将均匀波导等效为双导线传输线，微波元件(即不均匀波导)等效为网络。用“路”的方法分析微波系统的特性。 “场”的方法是基础。 微波系统由若干段传输线和微波元件组成，微波元件可视为不连续性的微波传输线段。 各种微波元件，不论其特性、构造如何，都破坏了传输线的均匀性，可统称为“不均匀区”。它们在微波系统中起着重要的作用：吸收或分配微波功率、控制变换微波信号、实现阻抗变换作用。微波元件对电磁波的控制是通过特有的边界条件和填充的媒质来实现的。 微波网络分析模型 微波系统课抽象化为一个“黑箱”N及其与外部(通过均匀双线)相连接的若干端口(端对)所构成的物理模型(网络)。 “黑箱”表示不均匀性。 电信号由端口输入或输出，一个端口由两个端子构成，流入一个端子的瞬时电流必须与另一个端子流出的电流相等。 可以利用电路的和传输线的理论求各端口信号量之间的关系，即信号通过网络后幅度，相位和衰减等量的变化情况(外部特性)。避免对于不均匀性结构内部场分布的复杂计算。 微波网络的特点 微波网络与低频网络相似，都是用网络参数表征其外特性。但由于微波电路属于分布参数系统，和低频网络相比，微波网络具有以下特点： 1. 单模传输特性 微波网络的参量是在微波传输线中只存在单一工作模式下确定的，对于不同的模式有不同的等效网络结构和参量。通常希望传输线工作于主模，即同轴线与微带线的工作模式为TEM模，矩形波导为TE10模。 2.有特定的参考面 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（分布参数效应）。参考面必须选在均匀传输线段上，距离不均匀处足够远，使不均匀处激起的高次模衰减到足够小，此时高次模对工作模式的影响仅相当于引入一个电抗值，可计入网络参量之内。 微波网络的特点 3.频率适用性 微波网络的等效电路及其参量只适用于特定窄带频段（色散特性）。频率范围大幅度变化时，网络结构的阻抗导纳会发生量变甚至质变，致使等效电路及其参量发生变化 微波网络的特点 4. 等效电压、等效电流的不确定性 波导中的电压和电流仅是一个等效概念，而不是单值的，需要与低频传输线加以区分。 在微波网络中，通过网络端口的能量由端口横截面上的横向电场和横向磁场唯一确定。然而，该处的等效电压、等效电流都存在着不确定性，这是由于选取传输线的等效特性阻抗不同的缘故。故而，在端口参考面处，其传输线一定要有相应的等效特性阻抗并加以注明。 微波网络的特点 引言 波导传输线与双线传输线等效 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 内容提要 任何一个微波元件均需外接传输线，将微波元件等效为网络，而将外接传输线等效为双线传输线。 波导传输线与双线传输线的等效 由于波导的边界是闭合的导体，因此无法测量边界上哪两点的电压和哪条线路上的电流，波导中不存在像TEM传输线上的单值电压波和电流波，而且即使对于TEM传输线，在微波频率下电压和电流也难以测量，因此需要建立模式电压、模式电流、模式特性阻抗及传输参量的概念。 一、模式电压与模式电流 行波状态下，波导中某一模式电场的横向分量与磁场的横向分量之比：(|Et|/ |Ht|)为一常数，称为波形阻抗，与双线传输线的特性阻抗是相对应的。 Et和Ht与双线传输线中的U和I，具有一一对应的规律。因此在一定条件下，可以将Et等效为电压， Ht等效为电流。 为了定义任意横截面沿z方向单模传输的均匀波导参考面上的模式电压和模式电流，一般作如下规定： 1. 模式电