微波网络

在微波系统中，功率是可以直接测量的基本参量之一。 可以根据微波传输线与等效平行双线传输线传输功 率相等的原则来引入等效电压和等效电流。
由坡印亭定理可知，通过微波传输线的复功率为
P 1 1 E H d s ( E H t t ) ds S S 2 2


Et = iEx + jEy，

S
(e h ) ds 1
Et (u, v, z) = e(u, v) U(z) Ht (u, v, z) = h(u, v) I(z)

S
(e h ) ds 1
为了惟一确定等效电压和等效电流，还需运用阻抗 关系。 令传输线上等效电压与等效电流之比等于它所在横 截面处的输入阻抗，即
U z Z TM Z0 I z Z TE
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进行等效，必须在 微波传输线中引入等效电压和等效电流的概念。
ET = erEr + eE ， HT = erHr + eH


微波传输线中横向电、磁场与等效电压 U(z) 和等效 电流 I(z) 的等效关系为 Et (u, v, z) = e(u, v) U(z)
Ht (u, v, z) = h(u, v) I(z)
e(u, v) 和 h(u, v) 是二维矢量实函数，它们表示工作模式 的场在传输线横截面上的分布，分别称为电压波型函数 和电流波型函数。 U(z) 、 I(z) 是一维标量复函数，分别 称为等效电压和等效电流。
第2章 微波网络
§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
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。
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。
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。
Et = erEr + eE ，
Ht = iHx + jHy
Ht = erHr + eH
微波传输线中的纵向传输功率仅与电场和磁场的横 向分量有关，而与它们的纵向分量无关。 在平行双线传输线中，通过传输线的复功率为
1 * P (Et H t ) ds S S 2 2 ET = iEx + jEy， HT = iHx + jHy
在直角坐标系中，波型函数中的 (u, v) 代表 (x, y)， 在圆柱坐标系中，(u, v) 代表 (r, ) 。 于是，微波传输线的功率表达式可以改写为
1 P UI * (e h ) ds S 2

1 P UI * 2
令微波传输线和平行双线传输功率相等，即 于是得波型函数满足的关系式为
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。
2.1 网络的基本概念
网络分析法
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。
此方法为微波电路和系统的等效电路分析方法。 应用电路和传输线理论 微波元件 用网络等效 求取网络各端口间 信号的相互关系
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）。
端口与参考面 T1
H10
反射波
1
2 T2 V
透射波
入射波
1
1
U1i U1r
2 2
双端口 网 络
U2i U2r
1
2
• 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。
• 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。