《微波網(wǎng)絡(luò)理論》ppt課件

1、第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際5-1 5-1 概述概述 任何一個(gè)微波系統(tǒng)都是由各種微波元件和微波傳任何一個(gè)微波系統(tǒng)都是由各種微波元件和微波傳輸線組成的。工程上常避開微波元件內(nèi)部場(chǎng)構(gòu)造，視輸線組成的。工程上常避開微波元件內(nèi)部場(chǎng)構(gòu)造，視其為具有幾個(gè)端口的微波網(wǎng)絡(luò)，用類似于低頻電路實(shí)其為具有幾個(gè)端口的微波網(wǎng)絡(luò)，用類似于低頻電路實(shí)際的方法，計(jì)算或丈量其對(duì)外表現(xiàn)的參量，用這些參際的方法，計(jì)算或丈量其對(duì)外表現(xiàn)的參量，用這些參量來(lái)描畫其性能。這種方法稱為微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際。量來(lái)描畫其性能。這種方法稱為微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際。微波網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)： (1)對(duì)于不同的方式有不同的等效網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造及參量。通常希望傳輸線任務(wù)于

2、主模形狀。(2)由于分布參數(shù)效應(yīng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)參考面要嚴(yán)厲規(guī)定，一旦參考面挪動(dòng)，那么網(wǎng)絡(luò)參量就會(huì)改動(dòng)。(3)網(wǎng)絡(luò)端口電壓、電流宜用歸一化值歸一化電壓和電流的定義為 00 U zU zI zI zZZ功率 00111222PU z IzU zZIzZU z Iz第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際線上電壓和電流可寫成入射波和反射波之和，即 U zU zUzI zI zIzZU zUziririr10即電壓、電流進(jìn)展歸一化 000000 irirU zUzUzUzUzI zZZZZZZ irirU zUzUzI zUzUz 5-2 二端口微波網(wǎng)絡(luò)二端口微波網(wǎng)絡(luò)一一.二端口微波網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量二端口微波

3、網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量 在各種微波網(wǎng)絡(luò)中，二端口微波網(wǎng)絡(luò)是最根本的。例如：衰減器、移相器、阻抗變換器和濾波器等均屬于二端口微波網(wǎng)絡(luò)。 表征二端口微波網(wǎng)絡(luò)特性的參量可以分為兩大類： 1.反映網(wǎng)絡(luò)參考面上電壓與電流之間關(guān)系的參量 2.反映網(wǎng)絡(luò)參考面上入射波電壓與反射波電壓之間關(guān)系的參量。如下圖。第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際1 . 阻抗參量阻抗參量用用T1和和T2兩個(gè)參考面上的電流表示兩個(gè)參考面上的電壓，其兩個(gè)參考面上的電流表示兩個(gè)參考面上的電壓，其網(wǎng)絡(luò)方程為網(wǎng)絡(luò)方程為UUZZZZII121112212212各阻抗參量元素定義如下 ZUII111102ZUII222201ZUII121201ZUI

4、I212102表示T2面開路時(shí)，端口(1)的輸入阻抗；表示T1面開路時(shí)，端口(2)的輸入阻抗；表示T1面開路時(shí)，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移阻抗；表示T2面開路時(shí)，端口(1)至端口(2)的轉(zhuǎn)移阻抗。 第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際特性阻抗歸一化 T1和T2參考面上的歸一化電壓和歸一化電流分別為UUZIIZUUZIIZ1101110122022202 = = UZ IZ IUZ IZ I111 1122221 1222 歸一化歸一化阻抗參量為ZZZZZZ ZZZZZZZ Z1111011212010222220221210102 第五章第五章 微波網(wǎng)

5、絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際2. 導(dǎo)納參量導(dǎo)納參量用用T1和和T2兩個(gè)參考面上的電壓表示兩個(gè)參考面上的電流，其兩個(gè)參考面上的電壓表示兩個(gè)參考面上的電流，其網(wǎng)絡(luò)方程為網(wǎng)絡(luò)方程為 IIYYYYUU121112212212各導(dǎo)納參量元素定義如下 YIUU111102YIUU2 22201YIUU1 21201YIUU2 12102表示T2面短路時(shí)，端口(1)的輸入導(dǎo)納；表示T1面短路時(shí)，端口(2)的輸入導(dǎo)納表示T1面短路時(shí)，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納； 表示T2面短路時(shí)，端口(1)至端口(2)的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際假設(shè)T1和T2參考面所接傳輸線的特性導(dǎo)納分別為Y01和Y02，

6、那么歸一化表示式為 IY UY UIY UY U11111222211222 UUZ1101UUZ2202IIZ1101IIZ2202YYY111101YYY Y12120102YYY Y21210102YYY222202第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際3.轉(zhuǎn)移參量轉(zhuǎn)移參量A用T2面上的電壓、電流來(lái)表示T1面上的電壓和電流的網(wǎng)絡(luò)方程，且規(guī)定電流流進(jìn)網(wǎng)絡(luò)為正方向，流出網(wǎng)絡(luò)為負(fù)方向。那么有1212UUabIIcd轉(zhuǎn)移參量的定義為 2120IUaU2120UUbI2120IIcU2120UIdI表示T2面開路時(shí)，端口(2)至端口(1)的電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)； 表示T2面短路時(shí)，端口(2)至端口(1)的

7、轉(zhuǎn)移阻抗； 表示T2面開路時(shí)，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納； 表示T2面短路時(shí)，端口(2)至端口(1)的電流轉(zhuǎn)移系數(shù)。第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際歸一化方程 122122 UAUBIICUDIUUZ1101UUZ2202IIZ1101IIZ22020201ZA aZ0102bBZ Z0102Cc Z Z0102ZD dZ1212ABUUCDII第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際4.散射參量S二端口網(wǎng)絡(luò)參考面T1和T2面上的歸一化入射波電壓和歸一化反射波電壓運(yùn)用疊加原理，可以用兩個(gè)參考面上的入射波電壓來(lái)表示兩個(gè)參考面上的反射波電壓，其網(wǎng)絡(luò)方程為US US UUS US Urii

8、rii11111222211222 UUSSSSUUrrii121112212212散射參量的定義為 SUUriUi111102 表示T2面接匹配負(fù)載時(shí)，T1面上的電壓反射系數(shù)；SUUriUi121201 表示T1面接匹配負(fù)載時(shí)，T2面至T1面的電壓傳輸系數(shù)；第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際SUUriUi212102SUUriUi222201表示T2面接匹配負(fù)載時(shí)，T1面至T2面的電壓傳輸系數(shù)；表示T1面接匹配負(fù)載時(shí)，T2面上的電壓反射系數(shù)。5. S參量與參量與A參量的關(guān)系參量的關(guān)系11122122()()2() 2()() ADBCADBCSSABCDABCDDABCSSABCDABC

9、D第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際二二. .二端口微波網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)組合二端口微波網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)組合 通常，一個(gè)復(fù)雜的微波系統(tǒng)是由假設(shè)干個(gè)簡(jiǎn)單電路(或元件)按一定方式銜接而成的。 有兩個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)N1和N2，現(xiàn)按級(jí)聯(lián)方式將其組合起來(lái)。設(shè)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移矩陣分別為A1和A2，組合后所構(gòu)成的新二端口網(wǎng)絡(luò)N的轉(zhuǎn)移矩陣為A。 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)N1，有 12211221UUUabAIIIcd 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)N2，有 33223322UUUabAIIIcd第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際 于是可得12abababcdcdcd 假設(shè)有n個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)相級(jí)聯(lián)，那么級(jí)聯(lián)后新二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移矩陣為 AAAAn12對(duì)于網(wǎng)絡(luò)N，那

10、么有33133112UUUabababIIIcdcdcd 第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際三三. 二端口微波網(wǎng)絡(luò)參量的性質(zhì)二端口微波網(wǎng)絡(luò)參量的性質(zhì)普通情況下，二端口網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立參量有四個(gè)，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具有某普通情況下，二端口網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立參量有四個(gè)，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具有某種特性種特性(如對(duì)稱性或可逆性等如對(duì)稱性或可逆性等)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立參量個(gè)數(shù)將會(huì)減時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立參量個(gè)數(shù)將會(huì)減少。少。 (一一) 可逆網(wǎng)絡(luò)可逆網(wǎng)絡(luò)可逆網(wǎng)絡(luò)具有互易特性可逆網(wǎng)絡(luò)具有互易特性 ZZZZYYYY1221122112211221 或或其它幾種網(wǎng)絡(luò)參量的互易特性為 1ad bc1ADBCSS1221第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)

11、際(二二) 對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)一個(gè)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)具有以下特性一個(gè)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)具有以下特性 ， ZZ1122YY1122 ， ， 其它幾種網(wǎng)絡(luò)參量的對(duì)稱性為ad1122SS由此可見，一個(gè)對(duì)稱二端口網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)參考面上的輸入阻抗、輸入導(dǎo)納以及電壓反射系數(shù)等參量一一對(duì)應(yīng)相等 第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際(三三) 無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)利用復(fù)功率定理和矩陣運(yùn)算可以證明， *SST 1或?qū)懗?10012221121122122111SSSSSSSS12112212代入得(四四) 線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)參量與端口電壓、電流無(wú)關(guān)網(wǎng)絡(luò)參量與端口電壓、電流無(wú)關(guān)第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際5-3 5-3 多端口微

12、波網(wǎng)絡(luò)多端口微波網(wǎng)絡(luò)描畫多端口微波網(wǎng)絡(luò)的參量矩陣只需阻抗矩陣、導(dǎo)納矩陣和散射矩陣三種。 n端口網(wǎng)絡(luò)各端口參考面上電壓和電流關(guān)系的矩陣方程為UUUZZZZZZZZZIIInnnnnnnn1211121212221212IIIYYYYYYYYYUUUnnnnnnnn1211121212221212或簡(jiǎn)寫成 UZIIYU一一.網(wǎng)絡(luò)參量網(wǎng)絡(luò)參量第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際散射參量矩陣方程為 UUUSSSSSSSSSUUUrrrnnnnnnniiin1211121212221212或簡(jiǎn)寫成 US Uri假設(shè)n端口微波網(wǎng)絡(luò)可逆，那么網(wǎng)絡(luò)參量矩陣具有下述性質(zhì)ZZTYYT SST第五章第五章 微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際微波網(wǎng)絡(luò)實(shí)際假設(shè)n端口微波網(wǎng)絡(luò)的端口j與端口k 在構(gòu)造上對(duì)稱，那么網(wǎng)絡(luò)參量具有下述性質(zhì)ZZjjkkYYjjkkSSjjkk假設(shè)n端口微波網(wǎng)絡(luò)無(wú)耗，那么* TSSI二二.挪