微波技術(shù) 重點復(fù)習(xí) 劉學(xué)觀

緒論微波頻段：300MHz－3000GHz

微波波長：0.1mm—1m（分米波，厘米波，毫米波，亞毫米波）微波的特點：似光性，穿透性，寬頻帶特性，熱效應(yīng)特性，散射特性，抗低頻干擾特性，視距傳播特性，分布參數(shù)的不確定性，電磁兼容和電磁環(huán)境污染。分析方法：場的分析方法，路的分析方法。（微波網(wǎng)絡(luò)）第1章均勻傳輸線理論傳輸線的分類：雙導(dǎo)體傳輸線，金屬波導(dǎo)管，介質(zhì)傳輸線。分析方法:場分析法，等效電路法。均勻傳輸線方程：（單位長分布電阻、漏電導(dǎo)、電感和電容）傳播常數(shù)

zz+zzz0

傳輸線的邊界條件通常有以下三種

已知始端電壓和始端電流Ui、Ii

已知終端電壓和終端電流Ul、Il

已知信號源電動勢Eg和內(nèi)阻Zg以及負(fù)載阻抗Zl。

傳輸線上任意點上的電壓和電流都由二部分組成，在任一點處電壓或電流均由沿-z方向傳播的入射波和沿+z方向傳播的反射波疊加而成。傳輸線的工作特性參數(shù)特性阻抗—傳輸線上行波的電壓與電流的比值

對于均勻無耗傳輸線

傳播常數(shù)對于無耗傳輸線，

，此時（）

相速—傳輸線上行波等相位面沿傳輸方向的傳播速度。

傳輸線上的波長均勻無耗傳輸線三個重要的物理量輸入阻抗—傳輸線上任意一點處的輸入電壓和輸入電流之比值。

電壓駐波比—傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比。

反射系數(shù)—傳輸線上任意一點處的反射波電壓（或電流）與入射波電壓（或電流）之比。對無耗傳輸線

三個參量之間的關(guān)系終端反射系數(shù)

而當(dāng)終端負(fù)載為任意復(fù)數(shù)時，一部分入射波被負(fù)載吸收，一部分被反射回去—行駐波狀態(tài)。

當(dāng)時，，它表明傳輸線上沒有反射波，只存在由電源向負(fù)載方向傳播的行波—行波狀態(tài)。。當(dāng)終端開路或短路或接純電抗負(fù)載時，終端反射系數(shù)，此時表明入射到終端的電磁波全部被反射回去—純駐波狀態(tài)。。行波狀態(tài)沿線電壓和電流振幅不變，駐波比等于1；電壓和電流在任意點上都同相；傳輸線上各點阻抗均等于傳輸線特性阻抗。傳輸線的三種工作狀態(tài)Z0Z0

U

I

z0純駐波狀態(tài)終端短路

U

I

U

z終端短路并聯(lián)諧振串聯(lián)諧振終端開路

U

U

I

z終端短路相當(dāng)于此處開路串聯(lián)諧振并聯(lián)諧振終端接純電抗Zin=±jX

終端短路行駐波狀態(tài)無耗傳輸線兩個重要的特性

/4阻抗變換性—無耗傳輸線上距離為

/4的任意兩點處輸入阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方。

/2重復(fù)性—無耗傳輸線上距離為

/2的任意兩點處，電壓、電流的大?。ń^對值）；輸入阻抗；反射系數(shù)的值相等，具有

/2的周期性。傳輸線的傳輸功率、效率和損耗傳輸線上任一點處的傳輸功率為傳輸線總長為l，則始端傳輸功率和負(fù)載吸收功率分別為傳輸效率—傳輸線終端負(fù)載吸收到的功率PL與始端的傳輸功率Pt(l)之比，即傳輸功率

當(dāng)終端負(fù)載與傳輸線匹配時，此時傳輸效率最高，其值為。當(dāng)終端短路或者開路時，此時傳輸效率為0?；夭〒p耗和反射損耗回波損耗—入射波功率與反射波功率之比

對于無耗線

若負(fù)載匹配，則Lr-，表示無反射波功率。反射損耗—信源匹配條件下，表征由負(fù)載不匹配引起的負(fù)載功率減少程度?；夭〒p耗取決于反射信號本身的損耗，|

l|越大，則|Lr|越??；反射損耗LR則表示反射信號引起的負(fù)載功率的減小，|

l|越大，則|LR|也越大。阻抗匹配：負(fù)載阻抗匹配Zl=Z0

信號源阻抗匹配Zg=Z0

共軛阻抗匹配Zin=Zg*負(fù)載阻抗匹配—負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。此時傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波，而無反射波。源阻抗匹配—電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。對匹配源來說，它給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的，負(fù)載有反射時，反射回來的反射波被電源吸收。共軛阻抗匹配—對于不匹配電源，當(dāng)負(fù)載阻抗折合到電源參考面上的輸入阻抗等于電源內(nèi)阻的共軛值時，負(fù)載得到最大功率值：阻抗匹配的方法：

/4阻抗變換器法；支節(jié)調(diào)配器法

/4阻抗變換器法—已知終端負(fù)載，在傳輸線的某個位置l1（？）處插入一個長度為

/4、阻抗為Z01（？）的無耗傳輸線。支節(jié)調(diào)配器法—由距離負(fù)載的某固定位置上（？）的串聯(lián)或并聯(lián)終端短路或開路的傳輸線（Z0Y0同原傳輸線，長度？）構(gòu)成。(a)串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器

Z0ZlZ0Z0已知負(fù)載可求得反射系數(shù)

l和駐波比

此處為第一波腹點此處輸入阻抗應(yīng)等于特性阻抗(b)并聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器

Y0Y0Y0此處輸入導(dǎo)納應(yīng)等于特性導(dǎo)納此處為第一波節(jié)點阻抗圓圖將反射系數(shù)圓圖、歸一化電阻圓圖和歸一化電抗圓圖畫在一起，為完整的阻抗圓圖，也稱為史密斯圓圖。向負(fù)載向電源實軸左半邊為電壓波節(jié)點又代表行波系數(shù)K實軸右半邊為電壓波腹點又代表駐波比

史密斯圓圖及其應(yīng)用結(jié)論：阻抗圓圖上的重要點、線、面

r=1的電阻圓開路點短路點匹配點純電阻線純電抗圓x=-1電抗圓弧x=+1電抗圓弧上半圓電感性下半圓電容性圖中任一點都可讀出四個量：，已知其中兩個量，就可以根據(jù)圓圖求另外兩個量。阻抗圓圖→導(dǎo)納圓圖上的重要點、線、面

g=1的電導(dǎo)圓短路點開路點匹配點純電導(dǎo)線b=-1電納圓弧b=+1電納圓弧上半圓電容性下半圓電感性同軸線的特性阻抗特性阻抗

耐壓最大時的特性阻抗為60

傳輸功率最大時的特性阻抗為30

衰減最小時的特性阻抗為76.7

實際使用的同軸線特性阻抗一般有50

和75

兩種。

50

的同軸線兼顧了耐壓、功率容量和衰減的要求，是一種通用型同軸傳輸線；75

的同軸線是衰減最小的同軸線，它主要用于遠(yuǎn)距離傳輸。

習(xí)題

1.11.61.81.10

給定傳輸線系統(tǒng)，分析傳輸線的工作狀態(tài)，計算沿線電壓、電流、反射系數(shù)、駐波比、輸入阻抗。進(jìn)行阻抗匹配的計算。史密斯圓圖的重要的點、線、面、圓，利用其進(jìn)行分析計算。第2章規(guī)則金屬波導(dǎo)場分析方法：先由矢量齊次亥姆霍茲方程結(jié)合邊界條件分離變量求解縱向場分量，然后由麥克斯韋方程組求解橫向場分量。每一個解對應(yīng)一個波型也稱之為模式，不同的模式具有不同的傳輸特性。

kc2=k2

2，kc為截止波數(shù)。導(dǎo)波理論波的傳輸特性—描述波導(dǎo)傳輸特性的主要參數(shù)有：相移常數(shù)、截止波數(shù)、相速、波導(dǎo)波長、群速、波阻抗及傳輸功率。相移常數(shù)和截止波數(shù)

相速度與波導(dǎo)波長對導(dǎo)行波來說k>kc，故即在規(guī)則波導(dǎo)中波的傳播的速度要比在無界空間媒質(zhì)中傳播的速度要快。

群速波阻抗—橫向電場和橫向磁場之比傳輸功率導(dǎo)行波分類為什么規(guī)則金屬波導(dǎo)內(nèi)不能傳輸TEM波？TEM波

kc=0

則齊次波動方程變?yōu)椋?/p>

這正是拉普拉斯方程。這表明，導(dǎo)波系統(tǒng)中TEM波在橫截面上的場分量滿足拉普拉斯方程。因此其分布應(yīng)該與靜態(tài)場中相同邊界條件下的場分布相同。正是由于這一點，我們斷定凡能維持二維靜態(tài)場的導(dǎo)波系統(tǒng)，都能傳輸TEM波。例如二線傳輸線、同軸線等。也即為了傳輸TEM波必須要有二個以上的多導(dǎo)體系統(tǒng)。

空心金屬波導(dǎo)管為單導(dǎo)體金屬管，由于其內(nèi)部不能維持二維靜態(tài)場，故不能傳輸TEM波。這是波導(dǎo)管中電磁波顯著的特點之一。矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)中的場矩形波導(dǎo)的傳輸特性TEmn和TMmn互為簡并模標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)BJ-32各模式截止波長圖

單模傳輸區(qū)域截止區(qū)判斷b和a/2的大小，決定單模工作區(qū)。矩形波導(dǎo)主?！猅E10(a)TE10模場分布

矩形波導(dǎo)TE10模的場分布圖(b)TE10模的傳輸特性1)截止波長與相移常數(shù)

相移常數(shù)為

截止波長為

2)波導(dǎo)波長與波阻抗

3)相速與群速

4)傳輸功率

矩形波導(dǎo)尺寸選擇原則波導(dǎo)帶寬問題：保證在給定頻率范圍內(nèi)的電磁波在波導(dǎo)中都能以單一的模傳播，其它高次模都應(yīng)截止。波導(dǎo)功率容量問題：在傳播所要求的功率時，波導(dǎo)不致于發(fā)生擊穿。適當(dāng)增加b可增加功率容量，故b應(yīng)盡可能大一些。波導(dǎo)的衰減問題：通過波導(dǎo)后的信號功率不要損失太大。增大b也可使衰減變小，故b應(yīng)盡可能大一些。綜合上述因素，矩形波導(dǎo)的尺寸一般選為：

圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)中的場—場分析法，圓柱坐標(biāo)下求解圓波導(dǎo)的傳輸特性—TE模TM模三種典型模式的截止波長分別為:TE11,TM01,TE01.

圓波導(dǎo)具有軸對稱結(jié)構(gòu)。對于m0的任意非圓對稱模式,由于場沿

方向存在sinm

和cosm

兩種場分布，兩者的截止波數(shù)相同傳播特性相同，但極化面互相垂直，稱之為極化簡并。簡并模

(b)極化簡并在圓波導(dǎo)中除TE0n和TM0n

外的所有模式均存在極化簡并。

由于貝塞爾函數(shù)具有的性質(zhì)，所以一階貝塞爾函數(shù)的根和零階貝塞爾函數(shù)導(dǎo)數(shù)的根相等，故，從而形成了TE0n模和TM1n模的簡并。(a)E-H簡并)()(10xJxJ-=￠波導(dǎo)的激勵和耦合的方法—電激勵，磁激勵，電流激勵習(xí)題

2.12.32.82.102.12分析矩形波導(dǎo)主模的場分布特點。給定矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)尺寸、工作頻率（波長），分析傳輸?shù)哪Ｊ剑嬎銈鬏斕匦詤⒘?。?章微波集成傳輸線微波集成傳輸線微帶傳輸線—帶狀線，微帶線，耦合微帶線帶狀線同軸線

帶狀線，傳輸TEM模特性阻抗常用等效電容法和保角變換法求解分布電容。工程應(yīng)用上，給出了一組比較實用的公式，這組公式分為導(dǎo)帶厚度為零(S.B.Cohn科恩)和導(dǎo)帶厚度不為零(H.A.Wheeler惠勒)兩種情況。衰減常數(shù)—帶狀線的衰減主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起。導(dǎo)體衰減可由增量電感法求解，可給出近似公式。相速和波導(dǎo)波長微帶線hw平行雙導(dǎo)體傳輸線

微帶線，當(dāng)頻率不很高時,傳輸準(zhǔn)TEM模特性阻抗有效介電常數(shù)的取值就在1與之間引入有效介電常數(shù)

工程上，用填充因子q來定義有效介電常數(shù)只要求得空氣微帶線的特性阻抗Z0a及有效介電常數(shù)

e，就可求得介質(zhì)微帶線的特性阻抗。（經(jīng)驗近似公式）傳輸線類型主模截止波長

c單模傳輸條件矩形波導(dǎo)TE10模2aa<

<2a，

>2b圓波導(dǎo)TE11模3.41R2.62R<

<3.41R同軸線TEM模

>

/2(D+d)帶狀線TEM模

，微帶線準(zhǔn)TEM模

各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條件列表如下：對應(yīng)于尺寸選擇原則耦合微帶線一般采用準(zhǔn)TEM模的奇偶模法進(jìn)行分析對于對稱耦合微帶線，我們可以將激勵分為奇模激勵和偶模激勵偶模激勵U1=U2=Ue

奇模激勵U1=–U2=Uo偶模激勵：將振幅相等、相位相同的電壓Ue加在耦合線上，以形成偶對稱的激勵狀態(tài)。奇模激勵：將振幅相等、相位相反的電壓Uo和-Uo加在耦合線上，以形成奇對稱的激勵狀態(tài)。偶模激勵奇模激勵偶模電容C0e=C(1–KC)=Ca。

偶模激勵時電力線磁壁奇模電容C0o=C(1+KC)=Ca+2Cab。

奇模激勵時電力線電壁奇偶模有效介電常數(shù)與耦合系數(shù)qo、qe分別為奇、偶模的填充因子。

和分別為空氣耦合微帶的奇偶模特性阻抗。當(dāng)介質(zhì)為空氣時，KL=KC=KK稱為耦合系數(shù)

是考慮到另一根耦合線存在條件下空氣填充時單根微帶線的特性阻抗。是空氣填充時孤立單線的特性阻抗。介質(zhì)波導(dǎo)波導(dǎo)專指各種形狀的空心金屬波導(dǎo)管和表面波波導(dǎo)(介質(zhì)波導(dǎo)），前者將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導(dǎo)；后者將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導(dǎo)。場特征：介質(zhì)波導(dǎo)邊界內(nèi)外都有電磁場存在，需要全空間求解，能量主要約束在介質(zhì)波導(dǎo)的周圍。表面波特點：電磁場沿兩個媒質(zhì)分界面法線方向按指數(shù)衰減，一般來說，它是一種慢波，它沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳播的速度小于光速。介質(zhì)波導(dǎo)(dielectricwaveguide)分為兩大類:一類是開放式介質(zhì)波導(dǎo)主要包括圓形介質(zhì)波導(dǎo)和介質(zhì)鏡像線等，另一類是半開放介質(zhì)波導(dǎo)主要包括H形波導(dǎo)、G形波導(dǎo)等。圓形介質(zhì)波導(dǎo)圓形介質(zhì)波導(dǎo)不存在純TEmn和TMmn模，但存在TE0n和TM0n模，一般情況下為混合模HEmn和EHmn模?？梢妶A形介質(zhì)波導(dǎo)的TE0n和TM0n模在截止時是簡并的，它們的截止頻率均為：

0n是零階貝塞爾函數(shù)J0(x)的第n個根。

1）m=02）m=1

1n是一階貝塞爾函數(shù)J1(x)的第n個根HE11模是圓形介質(zhì)波導(dǎo)傳輸?shù)闹髂?，而第一個高次模為TE01或TM01模。單模光纖大多也工作在HE11模。

光纖分類

按組成材料可分為石英玻璃光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層玻璃芯光纖和全塑料光纖。其中，石英玻璃光纖損耗最小，最適合長距離、大容量通信。按折射率分布形狀可分為階躍型光纖和漸變型光纖。按傳輸模式可分為多模光纖和單模光纖。為避免高次模的出現(xiàn)(

cTM01)，單模光纖的直徑D必須滿足以下條件：單模光纖在1.3μm和1.55μm波長附近損耗較低，且?guī)捿^寬，適合用于遠(yuǎn)距離光纖通信。（1300nm和1550nm）習(xí)題：3.63.83.12實際工程應(yīng)用中，分析設(shè)計微帶線、帶狀線、耦合微帶線。第4章微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

微波網(wǎng)絡(luò):是在分析場分布的基礎(chǔ)上，用路的分析方法將微波元件等效為電抗或電阻等集中元件網(wǎng)絡(luò)，將實際的導(dǎo)波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實際的微波系統(tǒng)簡化為微波網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)分析:借助于“路”的分析法,通過分析網(wǎng)絡(luò)(微波元件)的外部特性，給出系統(tǒng)的一般傳輸特性。如功率傳遞，阻抗匹配等，而且網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果可以通過實際測量的方法來驗證。網(wǎng)絡(luò)綜合：根據(jù)微波元件的工作特性綜合出要求的微波網(wǎng)絡(luò)，從而用一定的微波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)它。等效傳輸線引入等效電壓和電流的概念，將均勻傳輸線理論應(yīng)用于任意導(dǎo)波系統(tǒng)。規(guī)定(1):

電壓U(z)和電流I(z)分別與Et和Ht成正比；規(guī)定(2):電壓U(z)和電流I(z)共軛乘積的實部應(yīng)等于平均傳輸功率；

規(guī)定(3):

電壓和電流之比應(yīng)等于對應(yīng)的等效特性阻抗值；

、是二維實函數(shù)，代表了橫向場的模式橫向分布函數(shù)；Uk(z)、Ik(z)都是一維標(biāo)量函數(shù)，模式等效電壓和模式等效電流。

Zek為該模式等效特性阻抗，Zw為波阻抗。矩形波導(dǎo)TE10模的等效電壓、等效電流

每一個模式可用一獨(dú)立的等效傳輸線來表示。這樣可把傳輸n個模式的導(dǎo)波系統(tǒng)等效為n個獨(dú)立的模式等效傳輸線，每根傳輸線只傳輸一個模式，其特性阻抗及傳播常數(shù)各不相同。

由不均勻性引起的高次模，通常不能在傳輸系統(tǒng)中傳播，而是其振幅按指數(shù)規(guī)律衰減。因此高次模的場只存在于不均勻區(qū)域附近，它們是局部場。通常把參考面選在離不均勻較遠(yuǎn)的地方，從而將不均勻性問題化為等效網(wǎng)絡(luò)來處理。ZeZe微波網(wǎng)絡(luò)不均勻性T1T2微波技術(shù)：麥克斯韋方程法微波網(wǎng)絡(luò)方法低頻電路：基爾霍夫方程法低頻網(wǎng)絡(luò)方法

微波網(wǎng)絡(luò)理論低頻網(wǎng)絡(luò)理論的區(qū)別：（1）不同模式有不同的等效網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參量。（2）對于波導(dǎo)，電壓和電流是一個等效概念，不是單值。（3）需要確定網(wǎng)絡(luò)的參考面。（4）微波中的網(wǎng)絡(luò)及其參量只對一定頻段適用。單口網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)一段規(guī)則傳輸線端接其它微波元件時，則在連接的端面引起不連續(xù)性，產(chǎn)生反射。若將參考面T選在離不連續(xù)面較遠(yuǎn)的地方，則在參考面T左側(cè)的傳輸線上只存在主模的入射波和反射波，可用等效傳輸線來表示，而把參考面T以右部分作為一個微波網(wǎng)絡(luò)，把傳輸線作為該網(wǎng)絡(luò)的輸入端面，這樣構(gòu)成了單口網(wǎng)絡(luò)。

歸一化雙口網(wǎng)絡(luò)任意具有兩個端口的微波元件均可視之為雙口網(wǎng)絡(luò)。不均勻性T1T2雙口網(wǎng)絡(luò)I1I2U1U2Ze1Ze2T1T2描述雙口網(wǎng)絡(luò)的五個矩陣：

描述端口面電壓、電流（U1I1，U2I2）關(guān)系的阻抗矩陣，導(dǎo)納矩陣，轉(zhuǎn)移矩陣。(歸一化后u1i1，u2i2）描述端口入射波和反射波歸一化的電壓、電流（a1b1,a2b2)關(guān)系的散射矩陣，傳輸矩陣。阻抗矩陣Z取I1、I2為自變量，U1、U2為因變量，對線性網(wǎng)絡(luò)有：[Z]矩陣中的各個阻抗參數(shù)必須使用開路法測量，故也稱為開路阻抗參數(shù)。互易網(wǎng)絡(luò)

對稱網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)適合于微波網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)導(dǎo)納矩陣Y取U1、U2

為自變量，I1、I2為因變量，對線性網(wǎng)絡(luò)有：[Y]矩陣中的各個導(dǎo)納參數(shù)必須使用短路法測量，故也稱為短路參數(shù)?；ヒ拙W(wǎng)絡(luò)對稱網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)適合于微波網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)轉(zhuǎn)移矩陣A

用端口2的電壓U2電流–I2作為自變量，而端口1的電壓U1和電流I1作為因變量，則可得如下線性方程組：適合于微波網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)互易網(wǎng)絡(luò)

對稱網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)已知終端負(fù)載阻抗Zl與[A]矩陣，求Zin？參考面T2處電壓U2和電流–I2之間關(guān)系為

而參考面T1處的輸入阻抗為：散射矩陣S對于線性網(wǎng)絡(luò)，歸一化入射波和歸一化反射波之間是線性關(guān)系，故有線性方程：

表示端口2接匹配負(fù)載時，端口1的反射系數(shù)表示端口1接匹配負(fù)載時，端口2的反射系數(shù)表示端口1接匹配負(fù)載時，端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)表示端口2接匹配負(fù)載時，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)結(jié)論：[S]矩陣的各參數(shù)是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的反射系數(shù)或傳輸系數(shù)。已知a1a2,求b1b2.散射參數(shù)與損耗的關(guān)系？S11=

1S22=

2插入損耗？回波損耗？互易網(wǎng)絡(luò)

對稱網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)[S]矩陣的性質(zhì)傳輸矩陣T當(dāng)用a1、b1作為輸入量，a2、b2作為輸出量，此時有以下線性方程：

互易網(wǎng)絡(luò)

對稱網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)T11其中表示參考面T2接匹配負(fù)載時，端口1至端口2的電壓傳輸系數(shù)的倒數(shù)，其余三個參數(shù)沒有明確的物理意義.適合于微波網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)匹配端口接負(fù)載匹配：

網(wǎng)絡(luò)某端口外接均勻傳輸線是匹配狀態(tài)的，對于該端口必有

散射矩陣[S]的各參數(shù)是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的反射系數(shù)或傳輸系數(shù)。端口匹配：

網(wǎng)絡(luò)端口參考面上無反射波，對于該端口必有

網(wǎng)絡(luò)第i口匹配，指的是其他各口均接匹配負(fù)載時，該口的反射系數(shù)為零，即Sii=0。網(wǎng)絡(luò)完全匹配，是指所有端口都達(dá)到匹配，即

Sjj=0（j=1，2，3…N)存在完全匹配的線性無耗互易二口網(wǎng)絡(luò)，四口網(wǎng)絡(luò)；不存在完全匹配的線性無耗互易三口網(wǎng)絡(luò)。名稱電路圖[A]矩陣[S]矩陣備注串聯(lián)阻抗并聯(lián)導(dǎo)納理想變壓器短截線lZ0Z0Z0Y0Y0lZ0Z0Z0Y0Y0lZ0Z0Z0Y0Y0lZ0Z0Z0Y0Y0基本電路單元的參量矩陣（常用的雙端口網(wǎng)絡(luò)）（書上有錯誤?。S]與[a]的轉(zhuǎn)換

要求輸入端無反射，[a][s],S11=0，可求解ZY的關(guān)系？

元件級聯(lián)時，先考慮AT矩陣，然后轉(zhuǎn)換！于是輸入端參考面T1處的反射系數(shù)為：

已知終端反射系數(shù)和S矩陣，求輸入端參考面的反射系數(shù)？a2=b2

l

，代入散射矩陣表達(dá)式，有現(xiàn)在a2不等于0.習(xí)題：4.24.54.64.74.8推導(dǎo)基本微波雙口網(wǎng)絡(luò)的ZYAST矩陣！給定級聯(lián)電路，通過矩陣求解匹配條件？第5章微波元器件

在微波系統(tǒng)中，實現(xiàn)對微波信號的產(chǎn)生、放大、變頻、匹配、分配、濾波等功能的部件，統(tǒng)稱為微波元器件。微波元器件按其變換性質(zhì)可分為三大類:線性互易元器件：只對微波信號進(jìn)行線性變換而不改變頻率特性并滿足互易定理，主要包括：各種微波連接匹配元件、功率分配元器件、微波濾波器件及微波諧振器件等；線性非互易元器件：主要是指鐵氧體器件，它的散射矩陣不對稱，但仍工作在線性區(qū)域，主要包括：隔離器、環(huán)行器等；非線性器件：能引起頻率的改變，從而實現(xiàn)放大、調(diào)制、變頻等，主要包括微波電子管、微波晶體管、微波固態(tài)諧振器、微波場效應(yīng)管及微波電真空器件等。連接匹配元件微波連接匹配元件包括三大類:終端負(fù)載元件是連接在傳輸系統(tǒng)終端實現(xiàn)終端短路、匹配或標(biāo)準(zhǔn)失配等功能的元件；微波連接元件是將作用不同的兩個微波系統(tǒng)按一定要求連接起來，主要包括：波導(dǎo)接頭、衰減器、相移器及轉(zhuǎn)換接頭等；阻抗匹配元器件是用于調(diào)整傳輸系統(tǒng)與終端之間阻抗匹配的器件，主要包括螺釘調(diào)配器、多階梯阻抗變換器及漸變型變換器等。終端負(fù)載元件：短路負(fù)載（短路活塞），匹配負(fù)載(吸收片），失配負(fù)載。微波連接元件：波導(dǎo)接頭（法蘭盤），衰減和相移元件，轉(zhuǎn)換接頭。阻抗匹配元件：螺釘調(diào)配器，多階梯阻抗變換器，漸變型阻抗變換器。功率分配元件在微波系統(tǒng)中，往往需將一路微波功率按比例分成幾路，這就是功率分配問題。實現(xiàn)上述功能的元件稱為功率分配元器件，主要包括：定向耦合器、功率分配器以及各種微波分支器件。這些元器件一般都是線性多端口互易器件，因此可用微波網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行分析。定向耦合器輸入端1423P1P2P3P4耦合裝置直通端耦合端隔離端①②是一條傳輸系統(tǒng)，稱為主線③④為一條傳輸系統(tǒng)，稱為副線定向耦合器的性能指標(biāo)：耦合度，隔離度，定向度，輸入駐波比，工作帶寬。1)耦合度C—輸入端①的輸入功率P1與耦合端③的輸出功率

P3之比。2)隔離度I—輸入端①的輸入功率P1和隔離端④的輸出功率

P4之比4)輸入駐波比—端口②③④都外接匹配負(fù)載時的輸入端口①的駐波比

5)工作帶寬—指定向耦合器的上述等參數(shù)C、I、D、

均滿足要求時的工作頻率范圍。3)定向度D—將耦合端③的輸出功率P3與隔離端④的輸出功率

P4之比波導(dǎo)雙孔定向耦合器

主、副波導(dǎo)通過其公共窄壁上兩個相距d=(2n+1)

g0/4的小孔實現(xiàn)耦合d一般取n=0。23d14端口③端口④耦合度定向度d=/2,此時D

。雙分支定向耦合器波行程為3

g/4

，故兩條路徑到達(dá)的波行程差為

g/2，相應(yīng)的相位差為

，即相位相反，因此若選擇合適的特性阻抗，使到達(dá)的兩路信號的振幅相等，則端口④處的兩路信號相互抵消，從而實現(xiàn)隔離。

同樣由AC的兩路信號為同相信號，故在端口③有耦合輸出信號，即端口③為耦合端。耦合端輸出信號的大小同樣取決于各線的特性阻抗。假設(shè)輸入電壓信號從端口①經(jīng)A點輸入，則到達(dá)D點的信號有二路，一路是由分支線直達(dá)，其波行程為

g/4，另一路由ABCD，波程理論，分析端口輸出特性平行耦合微帶定向耦合器端口①為輸入口，端口②為直通口，端口③為耦合口，端口④為隔離口。耦合輸出端與主輸入端在同一側(cè)面反向定向耦合器

設(shè)各端口均接阻抗為Z0的負(fù)載，根據(jù)奇偶模分析，可等效為下圖。功率分配器大功率往往采用同軸線而中小功率常采用微帶線。

1)兩路微帶功率分配器

Z012+U2+U3R2R33

g/4Z02Z03功率分配器的基本要求如下

:a)

端口①無反射；b)端口②③輸出電壓相等且同相；c)端口②③輸出功率比值為任意指定值，設(shè)為1/k2

設(shè)R2=kZ0，于是由上兩式可得其他參數(shù)：

g/4R2=kZ02）微帶環(huán)形電橋微帶環(huán)形電橋是由全長為3

g/2的環(huán)及與它相連的四個分支組成，分支與環(huán)的關(guān)系為并聯(lián)關(guān)系。輸入端隔離端無輸出等幅同相輸出利用波程理論分析端口234的輸出特性？波導(dǎo)分支器：E面T型分支，H面T型分支，匹配雙T或魔T。

將微波能量從主波導(dǎo)中分路接出的元件稱為波導(dǎo)分支器。1)E面T型分支結(jié)構(gòu)

等效電路

E―T分支相當(dāng)于分支波導(dǎo)與主波導(dǎo)串聯(lián)

當(dāng)微波信號從端口③輸入時，平均地分給端口①②，但兩端口是等幅反相的；當(dāng)信號從端口①②反相激勵時，則在端口③合成輸出最大；而當(dāng)同相激勵端口①②時，端口③將無輸出。由傳輸特性，分析推導(dǎo)波導(dǎo)分支器的散射矩陣！2)H面T型分支

當(dāng)微波信號從端口③輸入時，平均地分給端口①②，這兩端口得到是等幅同相的波；當(dāng)在端口①②同相激勵時，則在端口③合成輸出最大，而當(dāng)反相激勵時端口③將無輸出。H―T分支的散射矩陣為：

H―T分支相當(dāng)于分支波導(dǎo)與主波導(dǎo)并聯(lián)

3)匹配雙T或魔T

(1)

四個端口完全匹配；

(2)

端口①②對稱，即有S11=S22；

(3)當(dāng)端口③輸入，端口①②有等幅同相波輸出，端口④隔離；

(4)當(dāng)端口④輸入，端口①②有等幅反相波輸出，端口③隔離；

(5)當(dāng)端口①或②輸入時，端口③④等分輸出而對應(yīng)端口②或①隔離；

(6)當(dāng)端口①②同時加入信號，端口③輸出兩信號相量和的1/2倍，端口④輸出兩信號差的1/2倍。

將E―T分支和H―T分支合并，并在接頭內(nèi)加匹配以消除各路的反射，則構(gòu)成匹配雙T，也稱為魔T。它有以下特征：H臂或和臂E臂或差臂根據(jù)以上分析，魔T各散射參數(shù)有以下關(guān)系：網(wǎng)絡(luò)是無耗的，則有：

經(jīng)推導(dǎo)可得魔T的S矩陣為

魔T具有對口隔離，鄰口3dB耦合及完全匹配的關(guān)系，因此它在微波領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，尤其用在雷達(dá)收發(fā)開關(guān)、混頻器及移相器等場合。

微波諧振器件微波諧振器一般有傳輸線型諧振器和非傳輸線諧振器兩大類。傳輸線型諧振器是由一段兩端短路或開路的微波導(dǎo)行系統(tǒng)構(gòu)成的。作用：振蕩器中作為振蕩回路用以控制振蕩器的頻率；在放大器中用作諧振回路；在帶通或帶阻濾波器中作為選頻元件。諧振腔

，減小L和C，諧振頻率增大微波諧振器件的基本參量(1)諧振頻率f0諧振頻率由振蕩模式、腔體尺寸以及腔中填充介質(zhì)(

,

)所確定，而且在諧振器尺寸一定的情況下，與振蕩模式相對應(yīng)有無窮多個諧振頻率。

(2)品質(zhì)因數(shù)式中，為導(dǎo)體內(nèi)壁趨膚深度。因此只要求得諧振器內(nèi)場分布，即可求得品質(zhì)因數(shù)。W為諧振器中的儲能，WT為一個周期內(nèi)諧振器損耗的能量，Pl為諧振器的損耗功率。未考慮外接激勵與耦合的情況，因此稱之為無載品質(zhì)因數(shù)或固有品質(zhì)因數(shù)Q0

0/

，由于

僅為幾微米，對厘米波段,Q0值將在量級。(3)等效電導(dǎo)等效電導(dǎo)G0是表征諧振器功率損耗特性的參量。等效電導(dǎo)具有多值性，與所選擇的點c,d有關(guān)。

矩形空腔諧振器對TE101模，(1)諧振頻