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微波技术原理 第4章 微波网络基础
若已知归一化阻抗矩阵，就可求出散射矩阵。 反之，若知道散射矩阵，也可求出归一化阻抗矩阵。
7. 互易网络和无损网络的散射矩阵的性质
根据广义散射矩阵的定义得到：
(1) 互易网络的 [z]为对称矩阵，即 [z ]=[z ]T 。 可见，互易网络的散射矩阵是对称矩阵 [S]=[S]T 。
(2) 无损网络各端口的总输入能量等于总输出能量。
第4章 微波网络基础
微波系统中除了传输线外，还有各种各样的微波 元件或接头等非均匀区域。因为这些非均匀区域的形 状不规则，在其中的微波传输规律很复杂。因此，要 想通过求解麦克斯韦方程组得出其中的传输规律是不 可能的。
实际上，我们并不需要知道微波在其中的传输规 律，而只需知道这些非均匀区与外电路连接的端口特 性。所以通常将其等效为一个网络，称为微波网络。
微波网络的端口及其参考面举例
对于单模传输系统，微波网络的端口数 = 被等效区 域与外电路的接口数目 = 参考面的数目。
§4.3 微波网络的端口特性参量
1. 阻抗矩阵和导纳矩阵
V
2
I-2
V+2 I+2
I-3 V-3 I+3 V+3
I+1
V+1
I-1
V-1
I-N
I+N
V-N
V+N
2. 微波网络的互易性
从无耗网络的各个端口输入的总能量为 0。
互易网络的阻抗矩阵是对称的，因此，既互易又
无耗的网络满足：
（实部为0）
这说明，互易无耗网络的阻抗矩阵元为纯电抗。
例1 求下图的两端口网络的Z参量
ZA
ZB
端口1，V1
ZC
V2，端口2
根据定义：
7. 互易网络和无损网络的散射矩阵的性质
根据广义散射矩阵的定义得到：
(1) 互易网络的 [z]为对称矩阵，即 [z ]=[z ]T 。 可见，互易网络的散射矩阵是对称矩阵 [S]=[S]T 。
(2) 无损网络各端口的总输入能量等于总输出能量。
第4章 微波网络基础
微波系统中除了传输线外，还有各种各样的微波 元件或接头等非均匀区域。因为这些非均匀区域的形 状不规则，在其中的微波传输规律很复杂。因此，要 想通过求解麦克斯韦方程组得出其中的传输规律是不 可能的。
实际上，我们并不需要知道微波在其中的传输规 律，而只需知道这些非均匀区与外电路连接的端口特 性。所以通常将其等效为一个网络，称为微波网络。
微波网络的端口及其参考面举例
对于单模传输系统，微波网络的端口数 = 被等效区 域与外电路的接口数目 = 参考面的数目。
§4.3 微波网络的端口特性参量
1. 阻抗矩阵和导纳矩阵
V
2
I-2
V+2 I+2
I-3 V-3 I+3 V+3
I+1
V+1
I-1
V-1
I-N
I+N
V-N
V+N
2. 微波网络的互易性
从无耗网络的各个端口输入的总能量为 0。
互易网络的阻抗矩阵是对称的，因此，既互易又
无耗的网络满足：
（实部为0）
这说明，互易无耗网络的阻抗矩阵元为纯电抗。
例1 求下图的两端口网络的Z参量
ZA
ZB
端口1，V1
ZC
V2，端口2
根据定义：
射频与微波基础知识
¾ 回波损耗(Return Loss) ：传输线上任一点入射功率和反射功率之比
RL( dB
)
= 10 lg⎜⎜⎝⎛
Pi Po
⎟⎟⎠⎞
=
10
lg
⎜⎛ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ⎜
⎝
1 Γ2
⎟⎞ ⎟ ⎠
=
−20 lg
Γ
第二章
Z. Q. LI
16
传输线阻抗变换
¾ 基本原理－传输线对阻抗的改变
第二章
Z. Q. LI
17
传输线阻抗变换
= − d V(x) dx
) = − d I( x ) dx
⎧ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩
jωLI( x ) jωCV ( x
= +
− V ( x + Δx ) −V ( x ) Δx
Δx ) = − I( x + Δx ) − Δx
I(
x
)
⎧ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩
d2 dx2 d2 dx2
V (x) + I(x) +
传输线无损耗 γ = α + jβ = jβ
(( )) (( )) Z(d) =
Zin (− d ) =
Z0
1 + ΓLe−2γd 1 − ΓLe−2γd
= Z0
1 + ΓLe−2 jβd 1 − ΓLe−2 jβd
=
Z0
(Z L (Z0
+ +
jZ 0 jZ L
tan tan
βd βd
) )
¾ (电压)驻波比
I ( x)
R1
L1
I (x + Δx)
V (x) R2
x
微波网络理论
02
月球探测与火星探 测
微波网络用于月球和火星探测中 的信号传输，确保科学数据和图 像的准确获取和传输。
03
天文观测与射电望 远镜
微波网络用于射电望远镜的数据 传输，实现天文观测数据的快速 处理和分析。
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差错控制技术
通过采用差错控制编码、自 动重传等技术降低数据传输 过程中的误码率，提高数据
传输的可靠性。
动态路由选择
根据网络状态动态选择最佳 路由，避免因某一条线路故 障导致整个通信链路中断的 情况发生。
05
微波网络的发展趋势与 挑战
微波网络的发展趋势
5G及未来通信技术
随着5G和未来通信技术的快速发展，微波网络将面临更高的频谱 需求和更复杂的环境挑战。
云计算和大数据应用
云计算和大数据技术的广泛应用将推动微波网络在数据传输和处理 方面的性能提升。
智能化和自动化
微波网络的智能化和自动化技术将进一步提高网络的运行效率和可 靠性。
微波网络面临的挑战
高频谱资源紧张
随着通信技术的发展，微波频谱资源变得越来越紧张，如 何高效利用频谱资源是微波网络面临的重要挑战。
网状组网
节点之间相互连接，形成网状拓扑结构。这种组网方式具有较高的灵活性和可扩展性，适 用于节点数量较多、通信需求量较大的场景。
环型组网
节点按照一定的方向连接成环型拓扑结构。这种组网方式具有较高的可靠性和稳定性，适 用于对通信可靠性要求较高的场景。
微波网络的调制解调技术
调频（FM）调制
通过改变载波的频率来传递信息。调频调制具有抗干扰能力强、能够传输数字信号等优 点，但带宽利用率较低。
气象观测与预报
第四章-微波网络基础
其它几种网络参量的互易特性为
A11 A22 A12 A21 1
~~ ~~ A11 A22 A12 A21 1
S12 S21
T11T22 T12T21 1
S1，1 ，S22
第四章 微波网络基础
(二) 对称网络 一个对称网络具有下列特性
Z11 Z22 Y11 Y22
，
其它几种网络参量的对称性为
T12 T21
A11 A22
Z01 Z02
由此可见，一个对称二端口网络的两个参考面上的输 入阻抗、输入导纳以及电压反射系数等参量一一对应 相等
第四章 微波网络基础
(三) 无耗网络
利用复功率定理和矩阵运算可以证明，一个无耗网络的散射矩 阵一定满足“么正性”，即
[S]T [S * ] [1]
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
第四章 微波网络基础
(二) 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均为纯虚数，
即有
Zij jX ij
Yij jBij i, j 1,2,,n
(2) 对于可逆网络，则有下列互易特性
Zij Z ji
Z 01 Z 02
第四章 微波网络基础
2. 导纳参量
用T1和T2两个参考面上的电压表示两个参考面上的电流，其网 络方程为
I1
I
2
Y11 Y21
各导纳参量元素定义如下
Y12 U1
Y22
U
2
Y11
I1 U1
U2 0
Y22
I2 U2
U1 0
Y12
I1 U2
U1 0
Y21
微波知识简介
Microwave Solution
微波传输基本知识 微波知识简介
数字微波信道机介绍
1、数字微波信道机的功能模块
信号处理单元
射频处理单元 网管监控系统 勤务单元
2、数字微波信道机的结构
Microwave Solution
微波传输基本知识 微波知识简介
2、数字微波信道机的结构
全室内单元型数字微波信道机 室内室外型数字微波信道机
Microwave Solution
微波知识简介 室外单元 （Outdoor Units）
Antenna Unit
Microwave Solution
微波知识简介
0.3m antenna Integrated or Separate mounting
0.6m antenna Integrated or Separate mounting
紧凑的无线模块与天线 Compact Radio and Antenna
Microwave Solution
微波知识简介 无线单元（Radio Unit）
RAU1
Radio Alarm (LED)
Power (LED)
Radio Cable Connection
Earthing AGC connection Connection (0.5-2.5V)
耗就称为自由空间损耗。
Microwave Solution
微波知识简介 自由空间传输损耗 (Free Space Basic Transmission Loss )
GTX
Power Level
GRX
P = 发射功率(TX Power)
G = 天线增益(Antenna Gain) A0 = 自由空间损耗(Free Space Loss) M = 衰落储备(Fading Margin)
第4章微波网络基础
A1 a
h10(x)E A110ZZTe1e0sin ax
由式（4- 1- 5）可推得
E120 A12
Ze ZTE1 0
ab 2
1
A1
b 2
E10
于是唯一确定了矩形波导TE10模的等效电压和等效电流,
即
U(Z) b2E10ejz
I(Z) a E10 ejz 2 ZTE10
此时波导任意点处的传输功率为
路法测量, 故也称为开路阻抗参数, 而且由于参考面选择不同,
相应的阻抗参数也不同。
对于互易网络有
Z12=Z21
(4 -3 - 3)
对于对称网络则有Z11=Z22 若将各端口的电压和电流分别对自身特性阻抗归一化, 则有
u1
U1 Ze1
,i1
I1
Ze1
u2
U2 Ze2
,i2 I2
Ze2
代入式(4 3 2)后整理可得
I 1
Y 11 Y 12
I2
Y 21 Y 22
U1 U2
简写为
［Z］=［Y］［I］
(4 -3 -9b)
其中, ［Y］是双端口网络的导纳矩阵, 各参数的物理意
Y11
I1 U1
|U2 0
Y12
I1 U2
|U1 0
Y21
I2 U1
|U2 0
表示T2面短路时, 端口“1” 表示T1面短路时, 端口“2”至端口“1”的转移导 纳 表示T2面短路时, 端口“1”至端口“2”的转移导纳
1. 等效电压和等效电流
为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流, 作以下规 定:
① 电压U(z)和电流I(z)分别与Et和Ht成正比; ② 电压U(z)和电流I(z)共轭乘积的实部应等于平均传输功率; ③ 电压和电流之比应等于对应的等效特性阻抗值。
h10(x)E A110ZZTe1e0sin ax
由式（4- 1- 5）可推得
E120 A12
Ze ZTE1 0
ab 2
1
A1
b 2
E10
于是唯一确定了矩形波导TE10模的等效电压和等效电流,
即
U(Z) b2E10ejz
I(Z) a E10 ejz 2 ZTE10
此时波导任意点处的传输功率为
路法测量, 故也称为开路阻抗参数, 而且由于参考面选择不同,
相应的阻抗参数也不同。
对于互易网络有
Z12=Z21
(4 -3 - 3)
对于对称网络则有Z11=Z22 若将各端口的电压和电流分别对自身特性阻抗归一化, 则有
u1
U1 Ze1
,i1
I1
Ze1
u2
U2 Ze2
,i2 I2
Ze2
代入式(4 3 2)后整理可得
I 1
Y 11 Y 12
I2
Y 21 Y 22
U1 U2
简写为
［Z］=［Y］［I］
(4 -3 -9b)
其中, ［Y］是双端口网络的导纳矩阵, 各参数的物理意
Y11
I1 U1
|U2 0
Y12
I1 U2
|U1 0
Y21
I2 U1
|U2 0
表示T2面短路时, 端口“1” 表示T1面短路时, 端口“2”至端口“1”的转移导 纳 表示T2面短路时, 端口“1”至端口“2”的转移导纳
1. 等效电压和等效电流
为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流, 作以下规 定:
① 电压U(z)和电流I(z)分别与Et和Ht成正比; ② 电压U(z)和电流I(z)共轭乘积的实部应等于平均传输功率; ③ 电压和电流之比应等于对应的等效特性阻抗值。
《微波网络基础》课件
移动通信中的微波网络需要解 决信号干扰和多径衰落等问题 ，以保证通信质量和稳定性。
物联网中的微波网络
1
物联网中的微波网络主要用于实现物体之间的信 息交换和远程控制，具有广泛的应用前景。
2
物联网中的微波网络通常采用低功耗、低成本的 微波模块，以实现无线数据传输和控制。
3
物联网中的微波网络需要解决信号传输过程中的 能量效率和可靠性等问题，以保证物体之间的有 效通信。
高效性原则
优化微波网络系统的性能参数，提高数据传 输效率。
扩展性原则
设计时应考虑未来发展需求，方便系统升级 和扩容。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，尽可能降低建设 和运营成本。
微波网络的系统组成
发射机
负责将信号从微波网络发送出去。
馈线
连接发射机和接收机的传输线。
接收机
负责接收微波网络传送的信号。
3
集成工艺
将多个微波元件集成在一个芯片上，实现微波系 统的微型化。
微波网络的测试技术
测试设备
包括信号源、频谱分析仪、功率计、网络分析仪等，用于测试微波元件的性能 参数。
测试方法
根据不同的元件和性能参数，选择合适的测试方法，如电压驻波比测试、插入 损耗测试等。
05
微波网络的应用实 例
卫星通信中的微波网络
微波网络的应用领域
广播电视传输
微波网络广泛应用于广播电视节目的传输，如卫 星电视、地面无线电视等。
电信通信
微波网络在电信通信领域中用于构建移动通信网 络、宽带接入网络等。
军事通信
由于微波网络具有较好的抗干扰能力和保密性， 因此在军事通信领域中也有广泛应用。
微波网络的发展趋势
射频微波(知识点)
一、射频/微波技术及其基础1、射频/微波技术的基础 ✓ 什么是微波技术研究微波的产生、放大、传输、辐射、接收和测量的科学。
射频/微波技术是研究射频/微波信号的产生、调制、混频、驱动放大、功率放大、发射、空间传输、接收、低噪声放大、中频放大、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个电路及器件模块的设计和生产的技术，利用不同的电路和器件可以组合成相应的射频/微波设备。
微波技术主要是指通信设备和系统的研究、设计、生产和应用。
✓ 微波技术的基本理论是以麦克斯韦方程为核心的场与波的理论2、射频/微波的基本特性✓ 频率高、穿透性、量子性、分析方法的独特性射频频段为30 ～ 300MHz ，微波频段为300MHz ～ 3000GHz ，相对应波长为1m ～0.1mm ，照射于介质物体时能深入到该物质的内部。
根据量子理论，电磁辐射能量不是连续的，而是由一个个的“光量子”组成，单个量子的能量与其频率的关系为e = h ·f式中,h = 4×10-15电子伏·秒 (eV ·S) 成为普朗克常数3、射频/微波技术在工程里的应用✓ 无线通信的工作方式1、单向通信方式通信双方中的一方只能接收信号，另一方只能发送信号，不能互逆，收信方不能对发信方直接进行信息反馈2、双向单工通信方式3、双向半双工通信方式通信双方中的一方使用双频双工方式，可同时收发；另一方则使用双频单工方式，发信时要按下“送话”开关。
4、双向全双工通信方式通信双方可以通信进行发信和收信，这时收信与发信一般采用不同的工作频率，通-讲 开关按-讲 按-讲 受话器受话器二、电磁波频谱12、射频/✓GSM900系统的频道配置GSM-900系统采用等间隔方式，频道间隔为200KHz，同一信道的收发频率间隔为45MHz, 频道序号和频道标称中心频率的关系为F上行（n）= 890.2 +（n-1）×0.2 MHzF下行（n）= F上行（n）+ 45 MHz式中：频道序号 n = 1 ～ 124在我国的GSM900网络中，1～94号载频分配给中国移动使用，96～124号载频分配给中国联通使用，95号载频作为保护隔离，不用于业务。