[工学]射频电路理论与技术-Lectrue 4.ppt

微波网络基础 先看几个典型的微波系统 典型的雷达中的微波系统； 微波参量测试系统； 微波收发信系统 一般的微波系统 对一微波系统主要研究的是信号和能量两大问题。 信号问题主要是研究幅频和相频特性； 能量问题主要是研究能量如何有效地传输问题。 不均匀区将引入主模和高次模。 用数值方法可以严格求解，但比较复杂，因此在工程上采用微波网络方法。 微波网络法就是等效电路法。就是说，当用微波网络法研究传输系统时，可以把每个不均匀区(微波元件)看成一个网络，其对外特性可用一组网络参量表示：把均匀传输线也看成一个网络(波导等效为长线)，其网络参量由传输参量和长度决定。 微波网络理论与低频网络理论有许多共同之处: 都属于等效电路法; 描述的都是电路(系统)的外部特征; 都是用网络参量建立起系统各端口的电压、电流之间的关系; 这些描写电路端口的场量或电路量之间关系的网络参量都可以通过实验方法测试出来。 微波网络理论与低频网络理论的区别： 等效网络及其参量是对某一工作模式而言的； 用电压、电流表示网络端口物理量时，需要明确它们的定义； 需要确定网络的参考面； 微波中的网络及其参量只对一定频段才是适用的，超出这一范围将要失效。 均匀波导系统与长线的等效 等效参数的引入 利用网络理论来解决微波问题，必须运用电压、电流等概念。 为使波导等效为长线，需要首先建立等效电压、电流、阻抗等概念。 设有一个任意横截面的均匀波导，假定其中仅传输单一模式。令其横向电磁场分别为Ht和Et。为定义参考面上的电压和电流，特作如下规定： (1)使电压V(z)和电流I(z)分别与Et、 Ht成正比； (2)电压与电流之共轭乘积的实部等于平均传输功率(有功功率)； 于是 因此 (3)电压与电流之比等于选定的等效阻抗值。假设所选定等效阻抗为Ze, 则有 当模式横向场Et、 Ht已知时，可以求出e, h, 从而也就定出V、I。 以矩形波导H10(TE10)波为例 令 则 其中ZWH=wm/b是H型波的波阻抗。于是，得 矩形波导中的等效电压和等效电流一般按下式定义 平均传输功率为 三种定义来计算等效阻抗 电压与电流； 电流与功率； 电压与功率； 由上述可见，在三种等效阻抗定义下，算出的等效阻抗绝对值各不相同，但只差一个常数。在微波技术中，通常只用阻抗相对值，因此在三种等效阻抗表示式中，可只留下与截面尺寸有关的部分，作为公认的等效阻抗表达式，即 可得 于是 由 可求得待定常数C 则 于是 等效电压、电流的运动规律 根据规则波导纵、横场分量的关系可知，对于H波 横向电场可表示为 则 代入Ex, Ey 并考虑到 由于 于是得 类似地 但 代入 和 得 Z1和Y1是等效串联分布阻抗和并联分布导纳。 其等效电路 该等效电路的特性阻抗和传输常数为 均匀波导的等效电压、电流也像长线上的电压、电流那样服从波动方程。 微波网络的种类 单口网络 就是功率能进去或者能出来的单段波导或传输线的电路。 二口网络 多数微波元件属于二口元件，因此微波二口网络是大量的。 三口网络 属于三口元件的有E型或H型波导分支、同轴线T型接头、单刀双掷微波开关等等。 四口网络 属于四口元件的也有多种 多口网络 属于多口元件的有如单刀多掷微波开关、多路功分器(功率合成器)等等，如图所示。 微波网络的各种参量矩阵 微波网络参量是关于端口电压、电流(或输入波、输出波)之间关系的比例系数。这组比例系数完全描绘了网络的对外特性。 常用到的微波网络参量有Z、Y、A、T和S参量。 以下的讨论假定网络均是线性、无源和互易的。 阻抗矩阵(Z矩阵） 若已知各口的电流，欲求各口电压时，用阻抗(Z)矩阵变换最为方便，即 各阻抗参量均有明确的物理意义， 因此，根据Z参量的物理意义，可以在相应的端口条件下对各矩阵元进行计算或测量。 在微波网络中，为理论分析具有普遍意义，常把各口电压、电流与各自对应的传输线的特性阻抗加以归一化．并用相应的小写字母v、i和z表示，即 其中各矩阵元应满足下列关系式 在归一化参量中，若Z0i＝Z0j，则网络互易性、对称性及无耗特性可以表示为 互易网络： 对称网络： 无耗网络： 当遇到串联复合网络时，应用z参量进行计算最为方便。 导纳矩阵（Y矩阵) 当已知网络各端口的电压，欲求各端口电流时，用导纳(Y)矩阵作变换是最方便的。 各导纳参量均有明确的物理意义， 因此，根据Y参量的物理意义，可以在相应的端口条件下对各矩阵元进行计算或测量。 归一化形式 阻抗矩阵与导纳矩阵之间的关系 在归一化参量中，若Y0i＝Y0j，则网络互易性、对称性及无耗特性可以表示为 互易网络