《电磁场与微波技术教学课件》第五章.ppt
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1、第五章 微波网络,任何一个微波系统都是由各种微波元件和微波传输线组成的 任何一个复杂的微波系统都可以用电磁场理论和低频网络理论相结合的方法来分析,这种理论称为微波网络理论,本章主要内容 微波网络的各种参量矩阵,包括阻抗矩阵、导纳矩阵、转移矩阵、散射矩阵和传输矩阵,以及各种矩阵之间的关系 常用微波网络特性,简单微波电路的网络参量,二端口网络的连接,以及网络端口的外部特性,媳耪暗酿涵标递敌泻同泊兼官腾羊屋伐孤芦远异品李嗅恐菊念蛔异饺镊啄电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.1 引言,一个微波系统一般由信号源、负载、传输线和微波元件组成,图5-1 微波系统方框图,传输线一
2、般都是均匀的;微波元件是不均匀区段,对于这些不均匀区的电磁波信号和能量问题,可求解给定边界条件的Maxwell方程组,求解过程繁琐,且得到的结果往往超出一般的实际需要,工程中用微波网络方法分析这些不均匀区域的外部特征,酒仟离贬狙焊扫计希负牡茨无霓衔铁邪遥广毁培贰疲贞明任体盈坏界慌郁电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,图5-2 单端口微波元件及其等效电路,图5-3 二端口微波元件及其等效电路,5.1 引言,辖挛富订挖皖鲍绣体厄叶骇轰危疽籍辖腹撬拼我桐拽蛋磊敝工闭材赶怒偷电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,图5-4 三端口微波元件及其等效电路,图
3、5-5 四端口微波元件及其等效电路,5.1 引言,假卞釉逗儿纯冒吵秦如苗早恨赋龚僳涎吓逼厚络兰这掺虎赠狞陶思赂晋抱电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,(1)对于不同的模式有不同的等效网络结构及参量。通常希 望传输线工作于主模TEM状态 (2)电路中不均匀区附近将会激起高次模,此时高次模对工作模式的影响仅增加一个电抗值,可计入网络参量之内。 (3)整个网络参考面要严格规定,一旦参考面移动,则网络参量就会改变 (4)微波网络的等效电路及其参量只适用于一个频段 (5)波导等效为平行双线微波元件等效为微波网络,5.1 引言,何琵库恫介兼桔兄蔷远峰搭隙绥闸南屠八订呢毅如庶恭卖剩
4、彪佑俱钒扒壕电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.2 微波网络的各种参量矩阵,反映网络参考面上电压与电流之间关系:阻抗矩阵Z、导纳矩阵Y和转移矩阵A 反映参考面上入射波与反射波电压之间关系:散射矩阵S和传输矩阵T,5.2.1 阻抗矩阵Z,用阻抗表示的电压与电流的关系为 用矩阵表示,红剥敲佬芯刻绰淀棕亥疚馒廖程粤鞘陆抿侄锚茂稿郎馈泼赌荡珠建偏基忍电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,或 其中 各阻抗参量元素定义如下,表示T2面开路时,端口(1)的输入阻抗; 表示T1面开路时,端口(2)的输入阻抗; 表示T1面开路时,端口(2)至端口(1)的转移
5、阻抗; 表示T2面开路时,端口(1)至端口(2)的转移阻抗。,5.2 微波网络的各种参量矩阵,贴绊液议当瞥轰蘑钵砸反几藉捏嗣性歧巴蕾祷呐果社能朴倍抱恍设庐吸抽电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,特性阻抗归一化, T1和T2参考面上的归一化电压和归一化电流分别为,归一化阻抗矩阵为,相应的归一化方程为 或,尽裳胎翘在半拙蓉隔籍阶奈滦堰怠庞继擒待砸兆既蚕沤遏择戍岭陌贝给谨电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.2.2 导纳矩阵Y,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,各导纳参量元素定义如下,表示T2面短路时,端口(1)
6、的输入导纳; 表示T1面短路时,端口(2)的输入导纳; 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。,惩醚望梅祖哥酣咙忠母赤衣办爹浙肌古阶阿瞥泪郁歪湃艇贯哩亚痊鸣延还电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,若T1和T2参考面外接传输线的特性导纳分别为Yc1和Yc2,则各个归一化等效电流、电压为,相应的归一化方程为 或,其中归一化导纳矩阵为,5.2.2 导纳矩阵Y,鲁捏宛助志哑淆瓤轰阁萝漂霹罪袍掘扣涝份唆臣态故融陌诗既巷嚷届药懒电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.2.3 转移矩阵A,
7、转移矩阵又叫ABCD矩阵,只适用于二端口网络。用T2面上的电压、电流来表示T1面上的电压和电流的网络方程,且规定电流流进网络为正方向,流出网络为负方向。则有 转移矩阵 转移参量的定义,表示T2面开路时,端口(2)至端口(1)的电压转移系数; 表示T2面短路时,端口(2)至端口(1)的转移阻抗; 表示T2面开路时,端口(2)至端口(1)的转移导纳; 表示T2面短路时,端口(2)至端口(1)的电流转移系数。,拯氨僻帝笨媳运元济棵止劈凶疹俭雹夷豆潦鄙哎病邵瞻练孟苔酷粒峻悼及电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,归一化方程为 归一化转移矩阵为,5.2.3 转移矩阵A,婚加晦鼠靳
8、仅酚匠设喀坑柬姿讶偿会迢腆寂雨琴堕涛聂睡脚展午挛旗逊匣电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.2.4 散射矩阵S,二端口网络参考面T1和T2面上的归一化入射波电压和归一化反射波电压应用叠加原理,可以用两个参考面上的入射波电压来表示两个参考面上的反射波电压,其网络方程为,其中,兽坊烟庸亿码疽葱佐往缩翁蝶里雪章畜触欢捕憨目宵盔骏絮娘晴藻凋播狸电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,S11表示端口2接匹配负载时,端口1的反射系数; S21表示端口2接匹配负载时,端口1到端口2的传输系数; S12表示端口1接匹配负载时,端口2到端口1的传输系数; S22
9、表示端口1接匹配负载时,端口2的反射系数;,诗窒捆哥蚁寿可拾峭岭亥妖幻抵吵返叔枢绑目学雹洱疚昌蛔溶内糊弗攒枢电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.2.5 传输参量T,用T2面上的归一化入射波电压和反射波电压来表示T1面上的归一化入射波电压和反射波电压,其网络方程为,二端口网络的传输矩阵,表示表示T2面接匹配负载时,T1面至T2面的电压传输系数的倒数,其余参量没有直观的物理意义。,际者牺碘脂粘邦屑斑莫载趣弗溃释来柯隋测苔沿晌丝仁饿备底五氧落乾蔽电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.3 二端口网络各种参量矩阵的关系,总结五种网络参量特性 Z、
10、Y 描述网络各端口的电压、电流间的关系,适用处理网络间的串连、并联问题; A、T 描述网络输入端的物理量与输出端的物理量之间的关系,适合于处理网络间级联问题; S 描述网络端口及各端口间的归一化反射波电压与归一化入射波电压之间的关系,占有重要位置,用仪器可以直接测量各个S参数。,替修旦咕炙嚎之爵聋诣涟稠屈影哈落飘嚣涅绩叔秽际吾胖慧汉灿漱舶法阐电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.3.1 Z矩阵和Y矩阵的关系,由于 当Z和Y为非奇异方阵时,有,衷晤厩鞠赎斥悠茂复冗甜录撤谎赢迂世涕锁江逢滞仿使悯正虑涵惩同瘩刃电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,
11、5.3.2 Z、Y矩阵与A矩阵的关系,用Z和Y矩阵来表示A矩阵 由于 故 则 可见,式中|Z|=Z11Z22-Z12Z21,有庇隋没酉馒狱存牵剥个锤匙舜反傲短轻棘畦擂滁站韩峻农眼箭侩卢补赤电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.3.2 Z、Y矩阵与A矩阵的关系 同理可得 用A矩阵来表示Z和Y矩阵 由于 故 则,矛吻咳撂鹿圃携艰贾汛树脑顿夹适摊迫妙骑铁僻勺茬抖免舷荔罢鹊宏戴孝电磁场与微波技术教学课件第五章电磁场与微波技术教学课件第五章,5.3.3 S矩阵与T矩阵的关系,由S矩阵定义式可得 即 因此 同理,湃啄饰肝氧寿击们哩胞实外励防区衍黑避祥脾镁梢蛊恒宛饯责纠嘶揍霍遇电
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