微波接頭的等效網(wǎng)絡(luò)

§5.1

微波接頭的等效網(wǎng)絡(luò)§5.2

微波網(wǎng)絡(luò)的阻抗和導(dǎo)納矩陣§5.3

微波網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣§5.4

傳輸散射矩陣第五章微波網(wǎng)絡(luò)根底1精選課件微波系統(tǒng)的構(gòu)成2精選課件在微波傳輸?shù)倪^(guò)程中，需要應(yīng)用許多微波元器件。分析微波元器件的方法電磁場(chǎng)分析法網(wǎng)絡(luò)分析法利用麥克斯韋方程組加邊界條件求出元件中場(chǎng)分布，再求其傳輸特性，由于邊界條件復(fù)雜，因此一般求解很困難。在微波系統(tǒng)中，通常關(guān)心元器件的外部傳輸參量，而不關(guān)心其內(nèi)部場(chǎng)分布。因此可采用網(wǎng)絡(luò)法。3精選課件微波網(wǎng)絡(luò)方法：是以微波元件及組合系統(tǒng)為對(duì)象，利用等效電路的方法研究它們的傳輸特性及其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的方法。網(wǎng)絡(luò)分析法注意：這種方法不能得到元件內(nèi)部的場(chǎng)分布,工程上關(guān)心的是元件的傳輸特性和反射特性〔相對(duì)于端口〕。此方法為微波電路和系統(tǒng)的等效電路分析方法。微波元件用網(wǎng)絡(luò)等效應(yīng)用電路和傳輸線理論求取網(wǎng)絡(luò)各端口間信號(hào)的相互關(guān)系4精選課件集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)那么由微波電路或系統(tǒng)中的不連續(xù)性等效而組成。微波網(wǎng)絡(luò)由分布參數(shù)電路和

集總參數(shù)電路網(wǎng)絡(luò)組合而成。分布參數(shù)電路由規(guī)那么導(dǎo)行系統(tǒng)等效而成；但要注意，對(duì)于某一網(wǎng)絡(luò)，首先要建立等效電路的數(shù)學(xué)模型；而建立數(shù)學(xué)模型的方法可用場(chǎng)的方法或測(cè)量方法〔常用〕。外部特性5精選課件等效電壓、等效電流與阻抗的概念因?yàn)殡妷汉碗娏鞯臏y(cè)量需要定義有效的端對(duì)，而波導(dǎo)不存在此端對(duì)。§5.1微波接頭的等效網(wǎng)絡(luò)建立任意波導(dǎo)接頭、規(guī)那么導(dǎo)行系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)。1.等效電壓、電流和阻抗的概念。6精選課件

TEM傳輸線，正導(dǎo)體相對(duì)于負(fù)導(dǎo)體的電壓：

積分是從正導(dǎo)體到負(fù)導(dǎo)體，與積分路徑無(wú)關(guān)。行波時(shí)：由安培定律，正導(dǎo)體上總的電流為：式中的積分回路是包圍正導(dǎo)體的任意閉合路徑。+-7精選課件

波導(dǎo)：矩形波導(dǎo)的主模TE10模的橫向場(chǎng)可以寫成代入電壓取決于位置x與沿y方向的積分等高線長(zhǎng)度。即不存在唯一的或?qū)λ袘?yīng)用都適用的正確電壓。---等效電壓、電流和阻抗需重新定義。E8精選課件有許多種定義等效電壓、等效電流和等效阻抗的方法；電壓和電流僅對(duì)特定波導(dǎo)模式定義，定義電壓與其橫向電場(chǎng)成正比，電流與橫向磁場(chǎng)成正比。為了和電路理論中的電壓和電流應(yīng)用方式相似，等效電壓和電流的乘積應(yīng)等于該模式的功率流。單一行波的電壓和電流之比應(yīng)等于此線的特性阻抗；此阻抗可任意選擇，一般選擇等于此線的波阻抗或歸一化為1。對(duì)于等效電壓、等效電流的定義，一般應(yīng)滿足：9精選課件對(duì)于任一導(dǎo)波系統(tǒng)，其橫向電磁場(chǎng)可表示為：

式中為兩維實(shí)函數(shù)代表橫向場(chǎng)模式橫向分布；為一維標(biāo)量函數(shù)，表示橫向電磁場(chǎng)各模式沿傳播方向的變化規(guī)律——模式等效電壓和模式等效電流；

式中Zek為該模式等效特性阻抗10精選課件各模式的傳輸功率為：由定義條件2：11精選課件2．模式等效傳輸線由于波導(dǎo)中可能存在多模傳輸，由于每個(gè)模式的獨(dú)立性。〔其特性阻抗、傳播常數(shù)不同，傳輸功率互不影響〕傳輸N個(gè)模式的導(dǎo)波系統(tǒng)N個(gè)獨(dú)立的模式等效傳輸線，每個(gè)傳輸線只傳輸一個(gè)模式等效為等效為N個(gè)模式Ze1，be1Ze2，be2Ze3，be3ZeN，beNN個(gè)傳輸線12精選課件式中為沿導(dǎo)行方向傳輸?shù)姆植肌檠貦M向分布。1〕TM等效模式傳輸線方程以矩形波導(dǎo)為例。*傳輸模式TMmn，因?yàn)镠z=0上式說(shuō)明電場(chǎng)在xy平面內(nèi)無(wú)旋度。那么在此平面內(nèi)E可以表示成該模式的模式電壓的負(fù)梯度13精選課件另將代入：可得：令（式中I(z)為橫向場(chǎng)沿軸向分布）14精選課件代入∴同理，再由展開并將等效電流和等效電壓代入，消去項(xiàng)可得TM波的傳輸線方程15精選課件那么可得TM模的等效電路，其單位長(zhǎng)度串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納分別為：TM波的等效電路（波導(dǎo)傳輸線）TE波的等效電路綜合起來(lái)那么上兩式變?yōu)門M波的等效傳輸方程：16精選課件波導(dǎo)具有高通濾波器特性：當(dāng)f<fc時(shí)，串聯(lián)支路呈容性；---TM模等效電路；當(dāng)f<fc時(shí)，并聯(lián)支路呈感性；---TE模等效電路；

矩形波導(dǎo)，同理，其單位長(zhǎng)度串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納分別為：TM波的等效電路（波導(dǎo)傳輸線）TE波的等效電路2〕TE模等效模式傳輸線方程圖a

的傳輸線的截止頻率出現(xiàn)在串聯(lián)阻抗等于零時(shí)；圖b

的傳輸線的截止頻率出現(xiàn)在并聯(lián)導(dǎo)納等于零時(shí)；

17精選課件*TEM傳輸線：均要求：傳輸線方程的解：傳播常數(shù)：18精選課件①截面形狀或材料性能在波導(dǎo)某處突然改變；②截面形狀或材料性能在一定距離內(nèi)連續(xù)改變；③均勻波導(dǎo)系統(tǒng)中的障礙物或孔縫；④波導(dǎo)分支。3．不均勻性的等效電路不均勻性附近將鼓勵(lì)起高次模。由截止模的特性可知，這些高次模在波導(dǎo)接頭內(nèi)產(chǎn)生儲(chǔ)能，可用電抗元件L和C來(lái)等效。可引起不均勻性的：19精選課件三種最簡(jiǎn)單的不均勻性例子及等效電路，見圖。20精選課件用集總元件網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效。注意：與低頻網(wǎng)絡(luò)不同微波網(wǎng)絡(luò)的形式與傳輸模式有關(guān)，假設(shè)