电磁波第四章微波元件及微波网络理论概要

微波仿真理论基础

Basic BJT Circuit Figure 1 below shows the simplied ‘Pi’ model of a BJT. c Vin Vout Zin Vout B C Β.ib ib Figure 1 Transistor symbol and simplified ‘Pi’ model We can see that output consists of a current source –gm.Vbe to get the output voltage we multiply by the load resistance Rce ie Vout = -gm.Vbe.Rce (the negative sign denotes signal inversion). The input resistance of the circuit is given by: e temperatur room at (23.5mV)0.0235V ely approximat is and voltage thermal the as known is V (mS) ctance Transcondu gm Kelvin in e Temperatur T 1.6022x10 charge Electron q 1.3807x10 constant Boltzmans k where q k.T V ; V I gm where gm β R T 19-123-T T CQ IN =========?C JK The output resistance is given by: ge(V)EarlyVolta V Where I V rce R A CQ A OUT === The voltage gain (Av) is given by: T A CQ A T CQ be be IN OUT V V V I V .V I rce . V rce .V . V V A ==?=?== gm gm The current gain (Ai) is given by: β- i β.i - I I A b b IN OUT i ===

微波网络规划及设计基本知识

2007-1-23
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微波网络规划及设计基 本知识
光网络产品服务部
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网络规划及设计基本知识
1. 规划前需要了解的部分 2. 传输性能指标建立 3. 频率规划 4. 设备选型 5. 微波电路设计基本知识
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规划前需要了解的部分：
在网络规划设计之前，我们需要了解的是： －传输需求,系统容量 －传输数据速率 －性能指标—可用性和可靠性 －安装地点– 资金可回收能力 －建设规模 －网络及系统管理情况 －内部运转
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网络规划及设计基本知识
1. 规划前需要了解的部分 2. 传输性能指标建立 3. 频率规划 4. 设备选型 5. 微波电路设计基本知识
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ITU-T G.826 参考电路
Termi nat ing Count ry Intermediate Countries (4 count ries assumed) InterCount ry Termi nat ing Count ry
PEP
IG
IG
IG
IG
IG
IG
PEP
Nat ional Porti on
International Porti on
Nat ional Porti on
Hypothetical Reference Path: 27,500km
IG: Int ernat ional Gateway PEP: Path end point PC : Prim ary Center SC : Secondary Center TC: Tertiary C ent er PEP Local Exchange PC , SC or TC IG
Access
Short haul
Long haul
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网络分析仪的使用

一般而言，网络分析仪在射频及微波组件方面的量测上，是最基本、应用层次也最广的仪器，它可以提供线性及非线性特性组件的量测参数，因此，举凡所有射频主被动组件的仿真、制程及测试上，几乎都会使用到。在量测参数上，它不但可以提供反射系数，并从反射系数换算出阻抗的大小，且可以量测穿透系数，以及推演出重要的S参数及其它重要的参数，如相位、群速度延迟(Group Delay)、插入损失(Insertion Loss)、增益(Gain)甚至放大器的1dB压缩点(Compression point)等。 基本原理 电子电路组件在高频下工作时，许多特性与低频的行为有所不同，在高频时，其波长与实际电路组件的物理尺度相比会相对变小，举例来说，在真空下的电磁波其速度即为光速，则c=λ×f，其中c为光速3×108m/sec，若操作在2.4GHz的频率下，若不考虑空气的介电系数，则波长λ=12.5cm，亦即在短短的数公分内，电压大小就会因相位的偏移而有极大的变化。因此在高频下，我们会使用能量及阻抗的观念来取代低频的电压及电流的表示法，此时我们就会引入前述文章所提「波」的概念。 光波属于电磁波的一种，当我们用光分析一个组件时，会使用一个已知的入射光源测量未知的待测物，当光波由空气到达另一个介质时，会因折射率的不同产生部分反射及部分穿透的特性，例如化学成分分析上使用的穿透及反射光谱。对于同样是属电磁波的射频来说，道理是相通的，光之于折射率就好比微波之于阻抗的概念，当一个电磁波到达另一个不连续的阻抗接口时，同样也会有穿透及反射的行为，从这些反射及穿透行为的大小及相位变化中，就可以分析出该组件的特性。 用来描述组件的参数有许多种，其中某些只包含振幅的讯息，如回返损耗(R.L. Return Loss)、驻波比(SWR Standing Wave Ratio)或插入损失(I.L. Insertion Loss)等，我们称为纯量，而能得到如反射系数(Γ Reflection coefficient)及穿透系数(Τ Transmission coefficient)等，我们称之为向量，其中向量可以推导出纯量行为，但纯量却因无相位信息而无法推导出向量特性。 重要的向量系数 反射特性 在此，我们重点介绍几个重要的向量系数︰首先，我们从反射系数来定义，其中Vrefect为反射波、Vinc为入射波，两者皆为向量，亦即包含振幅及相位的信息，而反射系数代表入射与反射能量的比值，经过理论的演算，可以从传输线的特性阻抗ZO(Characteristic Impedance)得到待测组件的负载阻抗ZL，亦即，在网络分析中，一般使用史密斯图(Smith Chart)来标示不同频率下的阻抗值。另外，反射系数也可以使用极坐标表示：，其中为反射系数的大小，φ则表示入射与反射波的相位差值。

微波技术和天线(第四版)刘学观 第4章

第四章 微波网络基础之?引言
第四章 微波网络基础
前面我们介绍了多种规则传输系统，通过用场的分析法得到其传输
特性。然而在实际的微波应用系统中，除了有规则传输系统外，还包含
具有独立功能的各种微波元件如谐振元件、阻抗匹配元件、耦合元件等。
这些元件的边界形状与规则传输线不同，从而在传输系统中引入了不均
匀性。例如：
4
7
1
2
3
5
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微波测量线系统示意图 《微波技术与天线》

第四章 微波网络基础之?引言
这些不均匀性在传输系统中除产生主模的反射与透射外，还
会引起高次模，严格分析必须用场的分析法，但由于实际的微波 元件的边界条件一般都比较复杂，因此用场的分析法往往十分繁 杂，有时甚至不太可能，同时，在实际分析中往往不需要了解元 件的内部场结构，而只关心它对传输系统工作状态的影响。
入射
入射
反射 微波元件 反射
《微波技术与天线》
会产生 高次模

第四章 微波网络基础之?引言
微波网络是在分析场分布的基础上，用路的分析方法将微波 元件等效为电抗或电阻元件，将实际的导波传输系统等效为传输 线，从而将实际的微波系统简化为微波网络。尽管用“路”的分 析法只能得到元件的外部特性，但它却可给出系统的一般传输特 性，如功率传递，阻抗匹配等，而且这些结果可以通过实际测量 的方法来验证。另一方面还可以根据微波元件的工作特性综合出 要求的微波网络，从而用一定的微波结构实现它，这就是微波网 络的综合。微波网络的分析与综合是分析和设计微波系统的有力 工具。
衰减器
电阻
任意导波系统
传输线
《微波技术与天线》

知识题选解第4章微波网络基本

第4章微波网络基础 4.5 习题 【1】为什么说微波网络方法是研究微波电路的重要手段？微波网络与低频网络相比较有哪些异同点？ 【2】表征微波网络的参量有哪几种？分别说明它们的意义、特征及其相互间的关系。【3】二端口微波网络的主要工作特性参量有哪些？它们与网络参量有何关系？【4】求图4-17 所示电路的归一化转移矩阵。 图4-17 习题4图 Z θ (a) 其【解】同[例4-9］见教材PP95 求图4-9长度为θ的均匀传输线段的A和S。 图4-9 长度为θ的均匀传输线段 【解】： 从定义出发求参数，定义为： 此文档最近的更新时间为：2020-8-3 18:27:00

1112122 1212222 U A U A I I A U A I =-?? =-? 先确定A 矩阵。当端口(2)开路（即20I =）时，2T 面为电压波腹点，令2m U U =，则 ()1cos 2 j j m m U U e e U θθ θ-= +=，且此时端口(1)的输入阻抗为10cot in Z jZ θ=-。 由A 矩阵的定义得： 21112 cos I U A U θ== = ，2111212 200 /cos sin cot in m m I U Z U I A j U U jZ U Z θθ θ== = ==- 当端口(2)短路（即20U =）时，2T 面为电压波节点，令22,22 m m U U U U + -= =- ，则()1sin 2 j j m m U U e e jU θθ θ-= -=，且此时端口(1)的输入阻抗为10tan in Z jZ θ=。 由A 矩阵的定义得： 2 1120200sin sin m m U jU U A jZ I U Z θθ== ==- ，2 12220cos cos m m U I I A I I θθ====- 也可以利用网络性质求1222,A A 。 由网络的对称性得：2211cos A A θ== 再由网络可逆性得：21122120210 1cos 1sin sin /A A A jZ A j Z θθθ--=== 于是长度为θ的均匀传输线段的A 矩阵为 00cos sin sin /cos jZ j Z θ θθθ?? =? ??? A 如果两端口所接传输线的特性阻抗分别为01Z 和02Z ，则归一化A 矩阵为 0j θθ?? ? ?=? ?? ??? ? A 当01020Z Z Z ==时

习题选解_第4章 微波网络基础概要

第4章 微波网络基础 4.5 习题 【1】 为什么说微波网络方法是研究微波电路的重要手段？微波网络与低频网络相比较 有哪些异同点？ 【2】 表征微波网络的参量有哪几种？分别说明它们的意义、特征及其相互间的关系。 【3】 二端口微波网络的主要工作特性参量有哪些？它们与网络参量有何关系？ 【4】 求图4-17 所示电路的归一化转移矩阵。 图4-17 习题4图 其【解】同[例4-9］见教材PP95 求图4-9长度为θ的均匀传输线段的A 和S 。 图4-9 长度为θ的均匀传输线段 【解】： 从定义出发求参数，定义为： 1112122 1212222 U A U A I I A U A I =-?? =-? 先确定A 矩阵。当端口(2)开路（即20I =）时，2T 面为电压波腹点，令2m U U =，则 ()1cos 2 j j m m U U e e U θθ θ-= +=，且此时端口(1)的输入阻抗为10cot in Z jZ θ=-。 由A 矩阵的定义得： 21112 cos I U A U θ== = ，2111212 200 /cos sin cot in m m I U Z U I A j U U jZ U Z θθ θ== = ==- 此文档最近的更新时间为：2019-6-30 23:29:00

当端口(2)短路（即20U =）时，2T 面为电压波节点，令22,22 m m U U U U + -= =- ，则()1sin 2 j j m m U U e e jU θθ θ-= -=，且此时端口(1)的输入阻抗为10tan in Z jZ θ=。 由A 矩阵的定义得： 2 1120200sin sin m m U jU U A jZ I U Z θθ== ==- ，2 12220cos cos m m U I I A I I θθ====- 也可以利用网络性质求1222,A A 。 由网络的对称性得：2211cos A A θ== 再由网络可逆性得：21122120210 1cos 1sin sin /A A A jZ A j Z θθθ--=== 于是长度为θ的均匀传输线段的A 矩阵为 00cos sin sin /cos jZ j Z θ θθθ?? =? ??? A 如果两端口所接传输线的特性阻抗分别为01Z 和02Z ，则归一化A 矩阵为 0j θθ?? ? ?=? ?? ??? ? A 当01020Z Z Z ==时 cos sin sin cos j j θθθθ?? =? ??? A 【6】（返回）求图4-19所示π型网络的转移矩阵。 2 2 1 I V 图4-19 习题6图 【解】（返回） 计算的方法有两种： 方法一：根据定义式计算； 方法二：如下，分解的思想。 思路：分解成如图所示的单元件单元电路，之后利用级联网络转移矩阵。

5-微波矢量网络分析仪原理详解

第五章矢量网络分析仪的原理 5.1 引言 微波矢量网络分析仪是对微波网络参数进行全面测量的一种装置。其早期产品是阻抗图示仪，随着扫频信号源和取样混频器技术上的突破，微波网络分析仪得到了迅速发展。但其出现初期一段相当长的时间内一直处于手动状态。直到20世纪60年代，将计算机应用于测量技术，才出现了全自动的网络分析仪---自动网络分析仪。 自动矢量网络分析仪是一种多功能的测量装置，它既能测量反射参数和传输参数，也能自动转换为其他需要的参数；既能测量无源网络，也能测量有源网络；既能点频测量，也能扫频测量；既能手动也能自动；既能荧光屏显示也能保存数据或打印输出。它是当前较为成熟而全面的一种微波网络参数测量仪器。 微波元器件性能的描述，一般采用散射参数，如双口网络有S11、S21、S12和S22四个参数，它们通常都是复量。而网络分析仪正是直接测量这些参数的一种仪器，又能方便地转换为其它多种形式的特性参数。因此网络分析仪大大扩展了微波测量的功能和提高了工作效率。 由于自动网络分析仪采用点频步进式“扫频”测量，因而能逐点修正误差，使扫频测量精确度达到甚至超过手动测量的水平。因此，自动网络分析仪既能实现高速、宽频带测量，又能达到一般标准计量设备的精确度。 5.2 微波矢量网络分析仪组成与测量原理 将微波标量网络分析仪的检波器和比值计改为幅相接收机便组成微波网络分析仪。其测量原理如下。 5.2-1 幅相接收机框图 幅相接收机的方案很多，有外差混频式，取样变频式，单边带式和调制副载波式等。这里介绍取样变频式幅相接收机的基本原理。 幅相接收机的方框图示于图5.2-1。由定向耦合器取样的入射波和反射波，分别送入幅相接收机的参考通道和测试通道。经取样变频器向下变换到恒定不变的中频f IF(20.278MHz)，再经过第二混频器，变换到低频(278kHz)，得到待显示信号。要求频率变换过程是线性的，即不能改变原来微波信号的相位信息和振幅信息。

《微波技术与天线》傅文斌_习题答案_第4章

38 第4章 无源微波器件 4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的 2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的 1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。 4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为 () () ?? ?-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为 ?? ?+=+=2 2212122 121111I Z I Z U I Z I Z U ?? ?? ??????-=???? ??=c d c c bc ad c a Z Z Z Z 1 2221 1211 Z 4.3从I S S =* T 出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。 解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为 ???? ? ?????=1123 13 231112 131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =* T ，即

. 专业.专注 . ?????? ????=????????????????????100010001*11*23 * 13 *23 *11* 12 * 13 * 12* 11 1123 13 2311121312 11 S S S S S S S S S S S S S S S S S S 得 12 13 212211=++S S S 0* 2313*1112*1211=++S S S S S S 0*1113*2312*1311=++S S S S S S 0*1123*2311*1312=++S S S S S S 4.4二口网络的级联如图所示。写出参考面T 1、T 2之间的组合网络的A 参量。（参考面T 1处即组合网络的端口1，参考面T 2处即组合网络的端口2） 解 []? ? ? ? ??=1j 011B A []? ?? ? ????=θθθθcos sin 1 j sin j cos 0 02 Z Z A Z []?? ? ???=1j 013B A [][][][]321A A A A = ?? ???? ??? ??? ? ? +-+=1j 0 1cos sin sin 1j j sin j cos 000B BZ Z B Z θθθ θ θ ???? ? ?????-???? ?? +-+-=θθθθθθθθsin cos cos sin sin 11j sin j sin cos 00000BZ BZ B Z B Z BZ （l βθ=） 4.5微波电路如图所示。已知四口网络

《微波技术与天线》傅文斌-习题标准答案-第4章

《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第4章

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38 第4章 无源微波器件 4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。 4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为 () ()?? ?-+=-+=221 221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为 ?? ?+=+=2 2212122 121111I Z I Z U I Z I Z U ?? ?? ??????-=???? ??=c d c c bc ad c a Z Z Z Z 1 2221 1211 Z 4.3从I S S =* T 出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。 解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为 ???? ? ?????=1123 13 231112 131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =* T ，即 ???? ??????=????????? ???????????100010001*11*23 * 13*23*11* 12 * 13 * 12* 11 1123 13 2311121312 11 S S S S S S S S S S S S S S S S S S

微波网络教案—李恩

绪论 授课时数：1学时 一、教学内容及要求 分析微波网络的研究方法； 介绍微波网络概述、应用及发展前景； 讲解本课程重点及学习方法。 二、教学重点与难点 本课程要求掌握的先修课程中涉及的相关知识点，本课程涉及的主要重点内容，学习本课程的要求，及微波网络的工程应用。 三、作业 无 四、本章参考资料 《电磁场与电磁波》、《微波技术基础》、《微波网络》。 五、教学后记 上课后，待补充。 第一章微波网络基础 授课时数：6学时 一、教学内容及要求 回顾交变电磁场与导波理论，介绍导波系统的电路概念，讲解场路转换的等效基础和方法（2学时），要求了解； 回顾传输线理论及应用，讲解几种典型的三端口网络（接头）的性质及特性的分析过程和方法（2学时），要求掌握。 讲解微波网络中的几个基本定理：坡印亭能量定理、互易定理、福斯特电抗定理及对偶电路定理（2学时），要求掌握； 二、教学重点与难点 场路转换的等效基础和方法；等效电压和等效电流，模式电压和模式电流；网络的复数功率，互易网络的性质和条件，无耗网络导抗函数的性质，对偶网路满足的条件和转换关系。 三、作业

教材P32：1-2； 课堂讨论：利用等效电流和等效电压及传输功率，讨论波导的阻抗。 四、本章参考资料 《电磁场与电磁波》、《微波技术基础》，《Microwave Engineering》。 五、教学后记 上课后，待补充。 第二章微波网络特性参量 授课时数：6学时 一、教学内容及要求 讲解微波网络固有特性参量［Z］,［Y］,［A］,［S］,［T］的定义、性质、相互间关系及求解方法（3学时），要求掌握； 讲解微波网络的工作特性参量的［A］和［S］表示法（3学时），要求熟练掌握。 二、教学重点与难点 微波网络固有特性电路参量：［Z］、［Y］、［A］和波参量：［S］、［T］，区分［A］和［T］及其在二端口网络级联中的应用；固有特性电路参量间的相互关系和转换；网络参量［S］的性质。工作特性参量主要包含对象，及相应的［A］和［S］表示法。 三、作业 教材P61：2-4、2-6。 四、本章参考资料 《微波技术基础》，《Microwave Engineering》，《微波网络》。 五、教学后记 上课后，待补充。 第三章微波网络解析分析法 授课时数：10学时 一、教学内容及要求 讲解二端口和四端口网络的矩阵代数分析法（4学时），要求熟练掌握； 讲解对称网络的本征矢量分析法（2学时），要求了解； 讲解面对称网络的奇偶模分析法（4学时），要求掌握。

西电微波网络-课后题答案

第2讲习题 本作业针对微波网络的参量矩阵，介绍了Z 矩阵，Y 矩阵，A 矩阵，S 矩阵和T 矩阵的定义以及各矩阵间的相互转换。 2.1 证明Z 矩阵与A 矩阵的关系式 二端口Z 矩阵电压-电流关系为 （1） 2221212I Z I Z V += （2） 由（2）得 221 2222111I Z Z V Z I -= （3） 将（3）带入（1）得 221 221111I Z V Z Z V ?-= 证毕 2.2 求图2-13所示网络的Z 矩阵 c b a b c a I Z Z Z Z Z Z I V Z +++== =)(|011 112 c b a c b a I Z Z Z Z Z Z I V Z +++== =)(|022 221 c b a c b I Z Z Z Z Z I V Z ++= = =012 212| 2.3 求图2-14所示网络的A 矩阵 ?? ? ?? ???? ???+ +++=?? ????????????????????? ?βθθβθθβ θθ βθθβ θθθθ βsin cos sin sin cos 2sin sin cos 1101cos sin 1sin cos 110102000000Z j Z Z j j jZ Z j Z j jZ j 2.4 已知图2-11所示网络的[]?? ? ??? =22211211 A A A A A ，端口2接阻抗l Z ，求端口1的输入阻抗。 2121111I Z I Z V +=c b a c b I Z Z Z Z Z I V Z ++== =021 121|

?? ?-=-=2222211 2 122111I A V A I I A V A V 则 22 2112112222212 1221111A Z A A Z A I A V A I A V A I V Z l l in ++=--== 2.5 ?? ?+=+=2222212 2 122111i a u a i i a u a u 利用 111b a u += 222b a u += 111b a i -= 222b a i -= 得 ?? ?--+=---+=+)()()()()()(22222221112212221111b a a b a a b a b a a b a a b a 两式相加2222112112222112111)()(2b a a a a a a a a a a ++++-+-= 22221121122 21121112221121122a a a a a a a a a a a a a a b ++++-+-++++= 即 22211211212 a a a a s +++= 2221121122 21121122a a a a a a a a s ++++-+-= 22 21121122 21121111--a a a a a a a a s ++++= []22 21121112det 2a a a a a s +++= 2.6 （a ） []?? ? ? ??=101z A 根据电路理论，得 ?? ?-=-=221 2 1ZI V V I I 利用 01111)(Z b a I -= 02222)(Z b a I -= 01111) (Z b a V += 02222) (Z b a V += 得 01220211)()(Z b a Z b a --=- Z b a Z b a Z Z b a )()()(220222020111--+=+

习题选解_第4章微波网络基础

An U 1 U 2 COS S/Z im I 2 0 U 2 I 2 U 2 U m cos . sin jZ °COt U m J Z 0 第4章微波网络基础 4.5习题 【1】 为什么说微波网络方法是研究微波电路的重要手段？微波网络与低频网络相比较 有哪些异同点？ 【2】 表征微波网络的参量有哪几种？分别说明它们的意义、特征及其相互间的关系。 【3】 二端口微波网络的主要工作特性参量有哪些？它们与网络参量有何关系？ 【4】 求图4-17所示电路的归一化转移矩阵。 【解】： 从定义出发求参数，定义为: 先确定A 矩阵。当端口 （2）开路（即I 2 0 ）时，T 2面为电压波腹点，令 U 2 U U 1 寸e e J U m COS ，且此时端口（1）的输入阻抗为Z n1 jZ o COt 由A 矩阵的定义得： 此文档最近的更新时间为：2020-6-1 01:23:00 (d) 其【解】同［例4-9 ］见教材 的均匀传输线段的A 和S 。 U i A 11U 2 A 121 A 21U 2 A 221 U m ，则 PP95求图4-9长度为 图4-9长度为的均匀传输线段

当端口⑵短路（即U 2 0）时，T 2面为电压波节点，令U 2 -m ,U 2 -m ，贝U 2 2 U U , 寸e e J jU m sin ，且此时端口 ⑴的输入阻抗为Z in1 jZ 0tan 。 由A 矩阵的定义得： 也可以利用网络性质求 A 2, A2。 由网络的对称性得： A2 A 11 COS 再由网络可逆性得： A 2 AA 乞」-COS 一1 jZ o sin Ai jsin /Z o 于是长度为 的均匀传输线段的 A 矩阵为 cos jZ 0 sin jsin /乙 cos 如果两端口所接传输线的特性阻抗分别为 Z 01和Z 02，则归一化A 矩阵为 图4-19习题6图 【解】（返回） 计算的方法有两种： 方法一：根据定义式计算； 方法二：如下，分解的思想。 思路：分解成如图所示的单元件单元电路，之后利用级联网络转移矩阵。 U 2 0 jU m Sin U m Z o jZ o Sin ,A 22 11 12 U 2 0 I m COS I m COS Z02 cos cos Z 0时 ° cos j sin A J j sin cos 【6】（返回）求图 4-19所示n 型网络的转移矩阵。 CV2 Z 01Z 02 j 令 当Z 01

习题选解_第4章微波网络基础

第4章微波网络基础 此文档最近的更新时间为：2019-6-3019:49:00 第4章微波网络基础 4.5习题 【1】为什么说微波网络方法是研究微波电路的重要手段？微波网络与低频网络相比较有哪些异同点？ 【2】表征微波网络的参量有哪几种？分别说明它们的意义、特征及其相互间的关系。 【3】二端口微波网络的主要工作特性参量有哪些？它们与网络参量有何关系？ 【4】求图4-17所示电路的归一化转移矩阵。 图4-17习题4图 Z (a) 其【解】同[例4-9］见教材PP95求图4-9长度为的均匀传输线段的A和S。 图4-9长度为的均匀传输线段 【解】： 从定义出发求参数，定义为： UAUAI 1112122 IAUAI 1212222 先确定A矩阵。当端口(2)开路（即I 20）时，T2面为电压波腹点，令U2U m，则 U mjj U1eeUcos，且此时端口(1)的输入阻抗为Z in1jZ0cot。 m 2 由A矩阵的定义得： A 11 U 1 U cos ， IU/ZUcossin 11in1m Aj 21

20 I 2 UUjZcotUZ 20200 m I 2 1

第4章微波网络基础 UU mm 当端口(2)短路（即U20）时，T2面为电压波节点，令2,2 UU，则 22 U mjj U1eejUsin，且此时端口(1)的输入阻抗为Z in1jZ0tan。 m 2 由A矩阵的定义得： UjUsin 1m AjZ 120 IUZ 200 m U 2 sin ，A 22 I I cos m m 1 II 20 U 2 cos 也可以利用网络性质求A 12,A22。 由网络的对称性得：A 22A11cos 再由网络可逆性得： 2 AA1cos1 1122 AjZ 120 Ajsin/Z 210 s in 于是长度为的均匀传输线段的A矩阵为 A cosjZsin 0 jsin/Z cos 如果两端口所接传输线的特性阻抗分别为Z和Z 02，则归一化A矩阵为 01 A j ZZsin 020 cosj ZZZ 01 0102 ZZsinZ 010201 ZZ 002 cos 当Z ZZ时 01020 A c osjsin jsincos 【6】（返回）求图4-19所示π型网络的转移矩阵。

微波技术基础复习重点

第一章引论 微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波，相应的波长从1m到0.1mm。包括分米波（300MHz到3000MHz）、厘米波（3G到30G）、毫米波（30G 到300G）和亚毫米波（300G到3000G）。 微波这段电磁谱具有以下重要特点：似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。 微波的传统应用是雷达和通信。这是作为信息载体的应用。 微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。 强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量 导行系统：用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构 导行系统的种类可以按传输的导行波划分为： (1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线 (2)封闭金属波导(矩形或圆形，甚至椭圆或加脊波导) (3)表面波波导(或称开波导) 导行波：沿导行系统定向传输的电磁波，简称导波 微带、带状线，同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。 开波导将电磁能量约束在波导结构的周围(波导内和波导表面附近)沿轴向传播，其导波为表面波。 导模(guided mode ):即导波的模式，又称为传输模或正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。特点： (1)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的，与频率以 及导行系统上横截面的位置无关。 (2)模是离散的，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数。 (3)导模之间相互正交，互不耦合。 (4)具有截止频率，截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。 无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量)，称为横磁(TM)波或E波。 无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量)，称为横电(TE)波或H波。 TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。 第二章传输线理论 传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统，其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。 集总参数电路和分布参数电路的分界线：几何尺寸L/工作波长>1/20。 这些量沿传输线分布，其影响在传输线的每一点，因此称为分布参数。 传播常熟是描述导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数。 传输线上的电压和电流是由从源到负载的入射波和反射波的电压以及电流叠加，在传输线上呈行驻波混合分布。 特性阻抗：传输线上入射波的电压和入射波电流之比，或反射波电压和反射波电流之比的负值，定义为传输线的特性阻抗。 传输线上的电压和电流决定的传输线阻抗是分布参数阻抗。

微波标量网络分析仪原理

第四章 微波标量网络分析仪原理 对单口网络反射系数Γ和双口网络S 参数的幅值进行测量，称为标量网络参数测量。这种测量方式使用广泛，其原因是，(1) 在许多情况下，某些微波元、器件的性能指标只用幅值参数表征，已满足工程设计要求；(2) 幅值参数测量所需的仪器设备成本低，如标量网络分析仪的成本约是矢量网络分析仪的四分之一。本章将标量参数分为两部分讨论，即标量反射参数(Γ、11S 、22S )和标量传输参数 (12S 、21S )。 4.1 反射计工作原理 反射计是构成微波网络分析仪的核心。微波反射参数的点频和扫频测量装置，常用的有定向耦合器和电桥反射计两种，本节讨论它们的工作原理，以定向耦合器反射计为重点。 4.1-1定向耦合器反射计工作原理 一、理想反射计与测量标量反射参数的原理 1. 理想反射计：反射计的基本测量线路如图4.1-1(a)所示。它由微波信号源、反射计和待测负载三部分组成。基本反射计由两只反接定向耦合器组成。设图4.1-1(a)为理想电路，即源驻波比g ρ=1，且输出幅度不变；定向耦合器的方向性为无穷大且无反射，并与晶体检波器D 4和D 3为理想匹配连接。主线上的入射波经入射耦合器(D i )取样，从端口T 4送入检波器，设T 4的出射波为b 4；反射波经反射耦合器(D r )取样，从T 3送入检波器，设T 3的出射波为b 3。绘出信流图如图4.1-1(b)所示。设待测负载反射系数模值为L Γ，由信流图求出 ()L ΓS S S b S S a S a S a S b b 41 32212214123214123243=== (4.1-1a) 由两只检波器测出的信号幅度之比为 L ΓK b b =4 3 (4.1-1b) 式中K =413221S S S 为比例常数。由 L Γ可转换为驻波比)1()1(L L L ΓΓ-+=ρ或回波损失)1lg(20L L ΓR =。 2. 校准与测量：利用反射计测量 Γ之前，需先进行校准(求K )。通常采用短路器(质 量好的短路板，或在精密测量中采用λ/4的标准短路器)作为标准，来确定常数K 。其方法

微波网络期末

现代微波网络理论与应用期末考查

交卷时间:2015年1月12日前,打印后上交。 1.阅读论文1，回答以下问题。 a.说明该论文中所涉及的六端口接收机的原理。 由六端口接收机原理框图可得，该接收机为零中频接收机，其原理如下：首先由天线接收正交调制信号，然后分为四路信号。其本振采用与接收信号相同的载波频率。然后，经过相应的移相，与相应的调制信号进行相加，本振信号每一路的移相分别为 0， 90， 180，0270。本振信号与正交调制信号相加之后，利用某些器件的电流电压呈非线性的关系，对混合的信号进行下变频，并通过低通滤波器，得到低频直流基带信号，由于得到一路基带信号，如y 1(t)存在直流叠加，会掩盖基带信号的直流成分，则需要对其混频之后产生的直流成分，进行自动抵消，得到纯的接收信号的解调部分。因而，需要引入另一下变频支路，并通过低通滤波器得到y 2(t)，最后通过一个减法器，将两路信号混频之后产生的直流成分抵消，得到需要的正交调制信号的同相信号。同理，用上述的过程，得到正交调制信号的正交信号，这样便得到了调制信号的完整的信息。 b.相比于传统的超外式接收机，该六端口接收机有哪些优缺点? 优点： 1.由于六端口为无源网络，其功率检波器（平方律器件）是无源器件，其中网络中的本振的振幅i G ，和每一支路的移相量i 不需要为固定值等特点，使得六端口接收机的实现变的比较容易，其中由乘积造成很多参数的失配也在可接受的范围内，主要是采用的正交解调重构处理，可以避免较大的误差。 2.六端口的性能一方面要受硬件性能的影响，也与数字信号处理有着密切的关系，其中信号处理使得六端口在软件定义的无线电中成为首选。其中软件定义的无线接收机必须为宽带接收机，以此来支持尽可能多的载波频率及其服务。由于六端口接收机的无源特性，表现出宽带特性。因此，六端口技术能够很好的满足宽带软件定义的无线通信指标。 3.六端口其中一个应用就是能够适用于极高频，整个六端口网络可以使用由传输线元件构成的一小片微波电路来实现，因而使得六端口接收机有更高的集成度。 缺点： 1.由于六段口接收机接收的信号为正交调制信号，为恢复其完整的信号，就必须使用正交解调，并为了消除检波器产生的直流成分，需要额外增加检波支路，无疑消耗了较多的硬件资源，因此六端口接收机所耗费的成本高和电路所占的面积大。 c.给出一种六端口接收机的具体实现电路。 其中图中将混频器1,2,3,4分别与低通滤波器分别相连可得四路检波信号。

二端口网络理论

1 二端口网络理论 网络理论是一种非常普遍的处理问题的方法，它把系统用一个由若干端口对外的未知网络表示。微波网络理论是微波工程强有力的工具，主要研究微波网络各端口的物理量之间的关系，实际的微波/射频滤波器也是用网络分析仪进行测量。微波网络分为线性与非线性，有源与无源，有耗与无耗，互易与非互易。 双口元件[18][19][20]是在微波工程中应用最多的一种元件，主要有滤波器、移相器、衰减器等。与单口元件相似，双口元件一般采用网络理论进行分析，但是，值得指出的是元件的网络参数本身还是需要用场论方法求得，或者实际测量得到，从这个意义上讲，场论是问题的内部本质，而网络则是问题的外部特性。 几乎所有的微波元件都可以由一个网络来代替，并且可以用网络端口参考面上的变量来描述其特性（在传输线上端口所在的位置，与能流方向垂直的横截面通常称为“参考面”）。选择参考面的原则是在该参考面以外的传输线上只传输主模。 微波网络有不同的网络参量：阻抗参量Z 、导纳参量Y 和A 参量反映的是参考面上电压与电流的关系；散射参量S 、传输参量T 反映的是参考面上归一化入射波电压和归一化反射波电压之间的关系。在微波频率下，阻抗参量Z 、导纳参量Y 和A 参量不能直接测量，所以引入散射参量S 和传输参量T 。利用S 参数，射频电路设计者可以在避开不现实的终端条件以及避免造成待测器件损坏的前提下，用两端口网络的分析方法来确定几乎所有射频器件的特征，故S 参量是微波网络中应用最多的一种主要参量。 图2.5 二端口网络示意图 S 参量是根据某端口上接匹配负载的情况下所得到的归一化波来定义的。设a n 表示第n 个端口的归一化入射波电压，b n 表示第n 个端口的反射波归一化电压。 U 1 U 2

单端口微波网络S参数测量Word版

单端口网络S 参数测量系统 摘 要：在一个网络或系统中，描述其特性的参数有很多，[Z]、[Y]、[A]参量是以端口归一化电压和电流来定义的，这些参量在微波频段很难准确测量。而[S]参量由归一化入射波电压和归一化反射波电压来定义，容易测量，且具有直观的物理意义，故在微波网络中的应用较多。首先我们分析n 端口网络S 参数，然后特殊化为单端口，考虑实际测量单端口网络[S]参量的方法，分析测量误差来源，并采用了一定的测试技术进行误差修正，得到了器件性能指标的精确测试结果。最终结合资料，分析近代微波测试技术的主要特点。 关键词：S 参数；扫频反射计；不确定度；定向耦合器；检波器 一.散射参数 首先以二端口网络为例，明确散射参数具体含义，如图，设n a 代表网络第n 端口的归一化入射波电压，n b 代表n 端口的归一化反射波电压，它们与同端口的电压关系为 n a = n b = （其中，0n Z 为第n 若为线性网络，a 与b 有线性关系，二端口网络可以写出 1111122 b S a S a =+ 即：[][][]b S a =其中：111221 22 [][ ]S S S S S = 2211222b S a S a =+ （具体参数求解与定义可参见参考文献[1]宋铮、张建华、唐伟《电磁场微波技术与天线》中微波基础部分）

二.系统基本原理 网络分析仪是通过测定线性网络的反射参数和传输参数，获得该网络参 数频域、时域特性等几乎所有网络特性的测量仪器， S 参数是其中最基本的 特性参数。网络分析仪分为 2 类： (1)标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息； (2)矢量网络分析仪：可同时进行幅度传输特性和相位特性测量。 网络分析仪测量S参数的精度是衡量其性能的重要标准。网络的S参数只有在完全匹配的系统中测量时,测量结果才是精确的。而在网络分析仪中,既使用了无源器件,又使用了有源器件,同时其内部的微带线并不是完全和其它连接点匹配,因此,其性能并不是完全理想的,这就要求必须对网络分析仪在测量过程中的误差进行分析,通过数学分析的方法把误差从实际测量中去掉,从而提高测量的精度。 此外，驻波参量的测量需要不同的数据，经过运算后得出结论，而且不同频率的参量要经过逐点测量，这样不仅工作效率低，而且妨碍了测量工作的自动化。工业生产上大量的测量任务要求有一个简便的，最好是在整个频带内自动进行的快速测量方法，这就促进了“扫频技术”的发展；而宽频带高方向性的定向耦合器的研制成功，为直接测量反射系数提供了可能。 扫频反射计测量反射系数在本质上与调配反射计没有区别，但由于工作在扫频条件下，不能进行调配，故要求整个测量系统的原件都具有宽带特性。对于定向耦合器，为了得到尽量好的频率响应，要求其方向性尽可能的高。 下面，我们先了解一种系统S参数测量的实现方法，再接着对其进行误差分析，尝试通过改进减小系统的误差，提高测量精度。 三.系统S参数测量实现方法 （一）扫频反射系数短路负载调试 现阶段的驻波扫频测量调试大多采用网络分析仪, 但是对器件进行驻波扫 频调试时, 特别是调试时间较长的情况下, 可以用扫频反射计, 所用设备为一 台高方向性定向耦合器、一台精密衰减器和一个标准失配负载或全反射短路负载; 在信号源的输出定标很准确的情况下, 可以不用精密衰减器调节衰减量, 改为 直接调节信号源的输出电平, 设定出所需反射系数进行器件的反射系数调试,