第二章 微波网络 ◆§2.1 微波网络的概念 ◆§2.2 二端口网络及其网络参量 2018年6月6日星期曰
2018年6月6日星期三 第二章 微波网络 §2.1 微波网络的概念 §2.2 二端口网络及其网络参量
§2.1微波网络的概念 一、网络的基本概念 1、微波系统的研究方法 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。微波传输线的特性可以用广义传输线方程 来描写，微波元件的特性可以用类似于低频网络的等效 电路来描述。因此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求解，这种 理论称为微波网络理论。 般的微波元件都可以用路的方法分析，但是有一些 元件只能用场的分析方法，本章主要讨论将微波元件 等效为路的分析方法
1、微波系统的研究方法 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。微波传输线的特性可以用广义传输线方程 来描写,微波元件的特性可以用类似于低频网络的等效 电路来描述。因此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求解,这种 理论称为微波网络理论。 §2.1 微波网络的概念 一、网络的基本概念 一般的微波元件都可以用路的方法分析，但是有一些 元件只能用场的分析方法，本章主要讨论将微波元件 等效为路的分析方法
§2.1 微波网络的概念 2、端口与网络参考面的选择 每个微波元件可能和若干个微波传输线相连接，如图所示。这些传 输线既将元件与系统沟通，又为电磁波进出不均匀区提供接口通路，称 这些连接口为端口。 若各均匀传输线是单模工作，则微波元件的电气端口数与几何端口 数相同，并按端口数目的多少将微波元件分为单端口、双端口、 n端口元件，相应的等效网络也分别称为单端口、双端口或n端口网络： 若传输线内是多模传输，则电气端口数为各传输波形的总和。本章只研 究单模传输的情况。 (a)n端口微波元件 (b)简化表示法 (c)网络示意图
2、端口与网络参考面的选择 每个微波元件可能和若干个微波传输线相连接，如图所示。这些传 输线既将元件与系统沟通，又为电磁波进出不均匀区提供接口通路，称 这些连接口为端口。 若各均匀传输线是单模工作，则微波元件的电气端口数与几何端口 数相同，并按端口数目的多少将微波元件分为单端口、双端口、 … … 、 n 端口元件，相应的等效网络也分别称为单端口、双端口或 n 端口网络； 若传输线内是多模传输，则电气端口数为各传输波形的总和。本章只研 究单模传输的情况。 §2.1 微波网络的概念
§2.1 微波网络的概念 在每根均匀传输线中，远离不均匀区处，一定有 这样的一个位置，其上截止波的场已衰减到非常小， 可以忽略不计，而只剩下传输波的场，该位置就取作 该端口的参考面，并用T1,T2,,T表示。 每个端口的参考面都选得离不均匀区较远，使得 参考面上只有主模的入射波和反射波。 参考面把复杂的微波元件分成两个部分：一部分 是各参考面所包围的不均匀或不连续性区域，；另一 部分是参考面外的均匀传输线
在每根均匀传输线中，远离不均匀区处，一定有 这样的一个位置，其上截止波的场已衰减到非常小， 可以忽略不计，而只剩下传输波的场，该位置就取作 该端口的参考面，并用T1，T2，...，Tn表示。 每个端口的参考面都选得离不均匀区较远，使得 参考面上只有主模的入射波和反射波。 参考面把复杂的微波元件分成两个部分：一部分 是各参考面所包围的不均匀或不连续性区域，；另一 部分是参考面外的均匀传输线。 §2.1 微波网络的概念
§2.1 微波网络的概念 根据电磁场边值解的惟一性定理：在一个封闭区域 内的边界上，切向电场（或磁场）如果是确定的，那么 封闭区域内的电磁场也就被惟一地确定。 由于不均匀区域的边界是理想导体和各端口的参考 面，而参考面上的模式电压和电流是与横向电磁场E、 H有关的，所以只要参考面的模式电压确定，则这些参 考面上的电流也就完全确定了，反之亦然。 利用参考面上的电压与电流就可将不均匀区域等效 为一网络，而均匀传输线则等效为微波双线。由于微波 网络的参数是由参考面上的电压与电流确定的，所以参 考面的选取始终是决定微波网络特性的关键因素之一
§2.1 微波网络的概念 根据电磁场边值解的惟一性定理：在一个封闭区域 内的边界上，切向电场（或磁场）如果是确定的，那么 封闭区域内的电磁场也就被惟一地确定。 由于不均匀区域的边界是理想导体和各端口的参考 面，而参考面上的模式电压和电流是与横向电磁场Et、 Ht有关的，所以只要参考面的模式电压确定，则这些参 考面上的电流也就完全确定了，反之亦然。 利用参考面上的电压与电流就可将不均匀区域等效 为一网络，而均匀传输线则等效为微波双线。由于微波 网络的参数是由参考面上的电压与电流确定的，所以参 考面的选取始终是决定微波网络特性的关键因素之一
§2.1微波网络的概念 综上所述，为了把微波元件等效为微波网络，要解决如下 三个问题： 1、确定微波元件的参考面； 2、由横向电磁场定义等效电压、等效电流和等效阻抗， 把均匀传输线等效为双线传输线： 3、确定网络参数、建立网络方程，将不均匀区域等效 为网络
§2.1 微波网络的概念 综上所述，为了把微波元件等效为微波网络，要解决如下 三个问题： 1、确定微波元件的参考面； 2、由横向电磁场定义等效电压、等效电流和等效阻抗， 把均匀传输线等效为双线传输线； 3、确定网络参数、建立网络方程，将不均匀区域等效 为网络
§2.1 微波网络的概念 如图所示：其中图(a)为同轴线低通滤波器，外接 传输线为两路，其参考面有两个，故称为两端口网络。 图(b)为微带定向耦合器，它是四端口网络。 二端口 02 微波网络 (a) 四端口 微波网络 T T
如图所示：其中图(a)为同轴线低通滤波器，外接 传输线为两路，其参考面有两个，故称为两端口网络。 图(b)为微带定向耦合器,它是四端口网络。 §2.1 微波网络的概念
§2.1微波网络的概念 3、网络分析和网络综合。 网络分析的是对已知的微波元件或微波结构，应 用网络或等效电路的方法进行分析，求得其特性，然 后用许多这样的基本结构组合起来，以实现所需要的 微波元件的设计；--该方法所应用的元件不是最少， 设计也不是最佳。 网络综合的任务是根据预定的工作特性要求，应 用数学最优化方法，求出物理上可实现的网络结构，并 用微波电路实现，从而得到所需设计的微波元件。- 该方法是最佳设计。 低频网络是微波网络的基础，因此低频网络的一些 定律定理概念方法等，可以移植过来使用，如克希霍夫定 律回路电流法节电位法叠加原理互易定理戴维宁定理 等都可以用来决微波电路问题
3、网络分析和网络综合。 网络分析的是对已知的微波元件或微波结构，应 用网络或等效电路的方法进行分析，求得其特性，然 后用许多这样的基本结构组合起来，以实现所需要的 微波元件的设计；----该方法所应用的元件不是最少， 设计也不是最佳。 网络综合的任务是根据预定的工作特性要求，应 用数学最优化方法,求出物理上可实现的网络结构，并 用微波电路实现，从而得到所需设计的微波元件。--- 该方法是最佳设计。 低频网络是微波网络的基础,因此低频网络的一些 定律定理概念方法等,可以移植过来使用,如克希霍夫定 律回路电流法节电位法叠加原理互易定理戴维宁定理 等都可以用来决微波电路问题。 §2.1 微波网络的概念
§2.1 微波网络的概念 4、网络的分类 微波网络的种类很多，可以按各种不同的角度将网络 进行分类。若按网络的特性进行分类，则可分为下列几种。 (1)线性与非线性网络 若微波网络参考面上的模式电压与模式电流呈线性 关系，则描写网络特性的网络方程为线性代数方程。这种 微波网络称为线性网络。 (2)可逆和不可逆网络 若网络内只含有各向同性媒质，则网络参考面上的场 量呈可逆状态，这种网络称为可逆网络，反之称为不可逆网 络。一般非铁氧体的无源微波元件都可等效为可逆微波 网络，而铁氧体微波元件和有源微波电路，则可等效为不可 逆的微波网络。可逆与不可逆网络又可称为互易网络和 非互易网络
4、网络的分类 微波网络的种类很多,可以按各种不同的角度将网络 进行分类。若按网络的特性进行分类,则可分为下列几种。 （1） 线性与非线性网络 若微波网络参考面上的模式电压与模式电流呈线性 关系,则描写网络特性的网络方程为线性代数方程。这种 微波网络称为线性网络。 （2） 可逆和不可逆网络 若网络内只含有各向同性媒质,则网络参考面上的场 量呈可逆状态,这种网络称为可逆网络,反之称为不可逆网 络。一般非铁氧体的无源微波元件都可等效为可逆微波 网络,而铁氧体微波元件和有源微波电路,则可等效为不可 逆的微波网络。可逆与不可逆网络又可称为互易网络和 非互易网络。 §2.1 微波网络的概念
§2.1 微波网络的概念 (3)无耗和有耗网络 若网络内部为无耗媒质，且导体是理想导体，即网络 的输入功率等于网络的输出功崐率。这种网络称为无 耗网络，反之称为有耗网络。 (4)对称和非对称网络 如果微波元件的结构具有对称性，则与它相对应的 微波网络称为对称网络。反之称为非对称网络
（3）无耗和有耗网络 若网络内部为无耗媒质,且导体是理想导体,即网络 的输入功率等于网络的输出功崐率。这种网络称为无 耗网络,反之称为有耗网络。 （4）对称和非对称网络 如果微波元件的结构具有对称性,则与它相对应的 微波网络称为对称网络。反之称为非对称网络。 §2.1 微波网络的概念