微波網絡分析

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1、回 顧 ：第 二 章 傳 輸 線 理 論第 五 章 匹 配 理 論第 三 章 傳 輸 線 和 波 導u并 聯(lián) 短 截 線u串 連 短 截 線u四 分 之 一 波 長 變 換 器u波 的 傳 輸 模 式u波 的 傳 播 媒 質長 度 、 傳 播 常 數(shù) 和 特 性 阻 抗 表 征 的 分 布 元件基 于 電 磁 理 論 回 顧 ：o低 頻 電 路 ： 線 路 尺 度 工 作 波 長 基 爾 霍 夫 電 壓 定 律 基 爾 霍 夫 電 流 定 律 阻 抗基 于 電 路 理 論 o 在 微 波 傳 輸 的 過 程 中 ， 需 要 應 用 許 多 微 波 元器 件 。 發(fā) 送 /接 收 單 元 示 意

2、 圖微 波 網 絡 概 念 第 四 章 微 波 網 絡 分 析l研 究 微 波 網 絡 理 論 的 主 要 目 的 (1)分 析 微 波 器 件 、 部 件 和 系 統(tǒng) 的 工 作特 性 (2)微 波 電 路 和 元 器 件 的 綜 合 設 計 l微 波 網 絡 理 論 建 立 的 基 礎(1)電 路 理 論(2)傳 輸 線 理 論(3)電 磁 場 理 論低 頻 電 路 和 微 波 電 路 的 主 要 區(qū) 別 ？ l電 磁 場 分 析 法 ： 利 用 麥 克 斯 韋 方 程 組 加邊 界 條 件 求 出 元 件 中 場 分 布 ， 再 求 其 傳 輸特 性 。 由 于 元 件 的 邊 界 條

3、件 復 雜 ， 因 此 一 般 求 解 很 困 難 。優(yōu) 點 ： 結 果 精 確 是 “ 路 ” 分 析 方 法 的 基礎 缺 點計 算 過 程 復 雜 計 算 工 作 量 大 無 法 對 復 雜 的 電 路 進 行 分 析 ， 無法 得 出 系 統(tǒng) 特 性 l 網 絡 分 析 法 ： 在 微 波 系 統(tǒng) 中 ， 通 常 關 心元 器 件 的 外 部 傳 輸 參 量 ， 而 不 關 心 其 內部 場 分 布 。 因 此 可 采 用 網 絡 法 。優(yōu) 點方 法 簡 單 ， 可 借 鑒 低頻 電 路 的 一 些 分 析 方 法電 路 和 系 統(tǒng) 的 特 性 清晰 缺 點 結 果 近 似 o 微 波

4、 電 路 與 系 統(tǒng) 的 完 整 實 現(xiàn) 是 兩 種 方 法 結 合 的結 果微 波 網 絡 分 析 的 基 本 過 程 ？ 場 路 微 波 網 絡 方 法 微 波 網 絡 方 法 ： 以 微 波 元 件 及 組 合 系 統(tǒng) 為 對 象 ， 利 用 等效 電 路 的 方 法 研 究 它 們 的 傳 輸 特 性 及 其 設 計 和 實 現(xiàn) 的 方法 。 o 此 方 法 為 微 波 電 路 和 系 統(tǒng) 的 等 效 電 路 分 析 方 法 。 把 微 波元 件 用 一 個 網 絡 來 等 效 ， 應 用 電 路 和 傳 輸 線 理 論 ， 求 取網 絡 各 端 口 間 信 號 的 相 互 關 系 。

5、 o 這 種 方 法 不 能 得 到 元 件 內 部 的 場 分 布 ， 工 程 上 關 心 的 是元 件 的 傳 輸 特 性 和 反 射 特 性 （ 相 對 于 端 口 ） 。 第 四 章 微 波 網 絡 分 析l 本 章 內 容 及 其 重 難 點 等 效 電 壓 與 電 流 描 述 微 波 網 絡 的 主 要 的 網 絡 矩 陣 參 數(shù) 及 其 定 義 網 絡 參 數(shù) 的 意 義 與 計 算 網 絡 的 信 號 流 圖 波 導 的 激 勵 與 耦 合 第 四 章 微 波 網 絡 分 析l微 波 網 絡 的 分 類按 網 絡 性 質 分 類 線 性 網 絡 （ 無 源 網 絡 ） 非 線

6、性 網 絡 （ 有 源 網 絡 ） 互 易 網 絡 非 互 易 網 絡 o 有 源 網 絡 包 含 微 波 有 源 器 件 的 網 絡 微 波 有 源 器 件 可 以 產 生 微 波 能 量 或 對 微 波 信號 進 行 放 大 。 常 見 的 有 源 器 件 有 ： 振 蕩 器 ，放 大 器 ， 微 波 管 等 等 。 p 無 源 網 絡 只 包 含 線 性 互 易 元 件 的 網 絡 o 互 易 網 絡 一 般 說 來 ， 內 部 含 有 磁 化 鐵 氧 體 、 磁 化 等 離 子 體 、 晶 體 、 有 源 器 件 的 微 波 網絡 才 是 非 互 易 網 絡 。 例 如 ， 一 根 常

7、 規(guī) 的 微 波 波 導 ， 無 論 從 那 個 端 口 輸 入微 波 能 量 ， 其 傳 輸 特 性 都 是 相 同 的 ， 因 此 ， 它 是 互 易 網 絡 。 p 非 互 易 網 絡 如 果 在 波 導 中 放 置 一 條 磁 化 鐵 氧 體 ， 則 當 微 波 能 量 從 不 同 的 端 口 輸入 時 ， 其 傳 輸 特 性 就 完 全 不 同 。 這 種 內 部 放 置 了 磁 化 鐵 氧 體 的 波導 ， 就 是 所 謂 隔 離 器 。 隔 離 器 只 能 單 向 傳 輸 微 波 功 率 ， 是 非 互 易網 絡 。 按 網 絡 的 端 口 分 類 單 端 口 網 絡 雙 端 口

8、 網 絡 三 端 口 網 絡 N端 口 網 絡 本 章 主 要 內 容o 等 效 電 壓 和 電 流 的 概 念 ；o 阻 抗 的 概 念 ；p阻 抗 和 導 納 矩 陣p散 射 矩 陣p傳 輸 矩 陣 u 4.1 等 效 電 壓 與 電 流 和 阻 抗l 傳 輸 線 的 等 效 電 壓 和 電 流 概 念 在 微 波 頻 率 下 ,電 壓 和 電 流 的 直 接 測 量 困難 。 TEM傳 輸 線 存 在 著 唯 一 的 電 壓 和 電 流 定 義 ，由 此 定 義 的 傳 輸 線 特 征 阻 抗 等 參 量 也 是 唯一 的 。 lTEM模 的 電 壓 和 電 流 )1.4( ldEV C

9、 ldHI )2.4( )3.4(0 IVZ 2*VIP 以 平 行 雙 導 線 為 例以 帶 狀 線 為 例 l 非 TEM模 式 的 等 效 電 壓 與 電 流o特 點 定 義 不 唯 一 與 傳 播 模 式 有 關 特 征 阻 抗 的 絕 對 值 無 意 義 ， 常 常 采 用 歸 一值p非 TEM傳 輸 線 的 電 壓 與 電 流 定 義 不 唯 一 ，導 致 由 此 定 義 的 傳 輸 線 特 征 阻 抗 定 義 不 唯一 以 矩 形 波導 為 例 引 入 “ 路 ” 的 方 法引 入 “ 等 效 電 壓 ”與 “ 等 效 電 流 ” 的概 念 u 等 效 電 壓 、 電 流 和 阻

10、 抗l 非 TEM模 式 等 效 電 壓 和 電 流 定 義 的 基 本 思 路1.電 壓 正 比 于 橫 向 電 場 ， 電 流 正 比 于 橫 向 磁 場2.等 效 電 壓 和 電 流 的 乘 積 必 須 等 于 該 模 式 的 功 率 流3. 入 射 波 電 壓 和 入 射 波 電 流 的 比 值 為 傳 輸 線 特 征 阻 抗一 般 歸 一 為 1 u 等 效 電 壓 、 電 流 和 阻 抗l 橫 向 電 場 和 磁 場 與 等 效 電 壓 和 電 流 的 關 系 等 效 原 則 保 持 功 率 不 變 例 如 ， 設 正 向 行 波 為 其 中 et和 ht分 別 表 示 橫 向 電

11、 場 和 磁 場 在 傳 輸 線橫 截 面 上 的 分 布 o 由 功 率 不 變 的 原 則 ， 必 須 有o 顯 然 有o 這 是 等 效 電 壓 和 電 流 滿 足 的 基 本 條 件 ， 這 樣 定義 的 電 壓 和 電 流 又 稱 為 模 式 矢 量 電 壓 和 電 流 。 s tt VIsdHE * Re21Re21 u 等 效 電 壓 、 電 流 和 阻 抗l 矩 形 波 導 TE10模 的 等 效 電 壓 和 電 流 設令 以 矩 形 波 導 的 TE10模 為 例 o 顯 然 有o 等 效 電 壓 和 電 流 o 等 效 電 壓o 等 效 電 流o 波 阻 抗 等 效 電 壓

12、 和 電 流 的 比 值 是 波 阻 抗 而 不 能完 全 替 代 傳 輸 線 的 特 征 阻 抗 ， 因 此 不 能正 確 反 映 傳 輸 線 的 工 作 狀 況等 效 電 壓 、 等 效 電 流 和 阻 抗 的 歸 一 化 例 ： 矩 形 波 導 TE10模 的 波 阻 抗 為即 ， 兩 個 寬 度 相 同 ， 高 度 不 同 的 波 導 波 阻 抗 是相 同 的 ， 但 它 們 相 連 接 時 ， 連 接 處 顯 然 會 出 現(xiàn)反 射 ， 而 用 波 阻 抗 來 代 替 特 征 阻 抗 得 不 出 結 果210 21 aZ TE 歸 一 電 壓 和 電 流 的 定 義 由 于 反 射 系

13、 數(shù) 是 唯 一 并 可 測 的 因 此 ， 歸 一阻 抗 可 唯 一 確 定 ， 并 滿 足 功 率 不 變 原 則 。 o 歸 一 入 射 電 壓 、 電 流 和 歸 一 反 射 電 壓 、 電 流o 歸 一 特 征 阻 抗o 顯 然 ， 上 面 的 歸 一 定 義 是 滿 足 功 率 不 變 原 則 的 。000 ZVv 000 ZIi 1 00000 ivivz u 4.2 阻 抗 和 導 納 矩 陣l阻 抗 矩 陣 和 導 納 矩 陣 的 定 義 如 圖 所 示 的 網 絡 ,Vi和 Ii分 別 代 表 第 i個 端 口 的輸 入 電 壓 和 電 流 ， 則 該 網 絡 的 Z矩 陣

14、 和 Y矩陣 定 義 如 下 ： l 阻 抗 矩 陣寫 成 矩 陣 形 式 有 u 4.2 阻 抗 和 導 納 矩 陣l 導 納 矩 陣l 寫 成 矩 陣 形 式 有 nnnnnn nn nnVYVYVYI VYVYVYI VYVYVYI 2211 22221212 12121111 nnnnn nnn VVVYYY YYY YYYIII 2121 22221 1121121 l 阻 抗 矩 陣 和 導 納 矩 陣 分 別 可 簡 寫 為 :l 阻 抗 矩 陣 和 導 納 矩 陣 的 關 系l 或 IZV VYI 1 YZ UYZ u 4.2 阻 抗 和 導 納 矩 陣l Z矩 陣 和 Y矩

15、陣 參 數(shù) 的 意 義 Z矩 陣 Zii是 除 第 i個 端 口 外 ,其 余 端 口 都 開 路時 ,i端 口 的 自 阻 抗 ijIiiii jIVZ 0 Zij是 除 第 j個 端 口 外 ,其 余 端 口 都 開 路 時 ,端 口 i和 端 口 j之 間 的 轉 移 阻 抗 ,又 稱 為 互 阻 抗 。 由 上 面 的 定 義 可 計 算 出 網 絡 的 Z矩 陣 參 數(shù)jkIjiij kIVZ 0以 T型 網 絡 為 例計 算 型 網 絡 的 阻 抗 矩 陣 u 4.2 阻 抗 和 導 納 矩 陣 導 納 矩 陣 Yii是 除 第 i個 端 口 外 ,其 余 端 口 都 短 路時 ,

16、i端 口 的 自 導 納 )(0 ijViiii jVIY Yij是 除 第 i個 端 口 外 ,其 余 端 口 都 短 路 時 ,端 口 j和 端 口 i之 間 的 轉 移 導 納 （ 互 導 納 ） 。 同 樣 由 上 面 的 定 義 可 計 算 出 網 絡 的 Y參 數(shù)ikVijji kVIY 0 u 4.2.1 互 易 網 絡l 定 義 設 網 絡 的 兩 個 端 口 分 別 為 a和 b， 如 果 它 們 之 間 滿足 如 下 關 系 ， 則 這 個 網 絡 的 端 口 a和 b是 互 易 的 。 如 果 網 絡 所 有 端 口 之 間 都 滿 足 上 面 的 關 系 ， 則 這個

17、網 絡 稱 為 互 易 網 絡 。 其 中 下 標 a和 b表 示 網 絡中 某 處 的 兩 個 獨 立 源 產 生 的 等 效 電 壓 和 電 流 。 )34.4(0 22221111 abbaabba IVIVIVIV l 由 此 可 以 導 出 ， 互 易 網 絡 的 Z和 Y矩 陣 參 數(shù)的 關 系l 如 果 網 絡 是 對 稱 的 ， 則 有 jiijjiij YYZZ jjiijiijjjiijiij YYYYZZZZ u 4.2.2 無 耗 網 絡 網 絡 只 有 功 率 的 交 換 沒 有 功 率 的 損 耗 展 開 ， 由 阻 抗 和 導 納 矩 陣 的 定 義 ， 有0Re

18、21 1 * ni iiIV 可 以 證 明 l 由 于 端 口 電 壓 是 任 意 的 ， 由 此 得 到 ， 必有 ReZ=0l 同 樣 的 過 程 ， 有 ReY=0 4.3 散 射 矩 陣o 在 微 波 頻 段 ， 電 壓 和 電 流 已 失 去 明 確 的 物 理 意 義 ， 且 難 以直 接 測 量 o 由 于 測 量 所 需 參 考 面 的 開 路 條 件 和 短 路 條 件 在 高 頻 情 況下 難 以 實 現(xiàn) ， 故 Z參 數(shù) 和 Y參 數(shù) 也 難 以 測 量 。 o 為 了 研 究 微 波 電 路 和 系 統(tǒng) 的 特 性 ， 設 計 微 波 電 路 的 結 構 ，需 要 引

19、 入 一 種 在 微 波 頻 段 能 用 直 接 測 量 方 法 確 定 的 網 絡 矩陣 參 數(shù) ， 這 樣 的 參 數(shù) 就 是 散 射 參 數(shù) ， 簡 稱 S參 數(shù) 。 （ 可 直接 測 量 ） u 4.3 散 射 矩 陣l 歸 一 入 射 波 與 歸 一 反 射 波 如 圖 所 示 的 網 絡 ， 各 端 口 定 義 歸 一 入 射 電 壓 和電 流 、 歸 一 反 射 電 壓 和 電 流 00 ZIiZVv iiii u 4.3 散 射 矩 陣 且 有l(wèi) 歸 一 入 射 電 壓 、 電 流 和 歸 一 反 射 電 壓 、 電 流 與歸 一 端 口 電 壓 、 電 流 的 關 系 222

20、 *0020* IVvivP iii 10 ziviv iiii iiiii iii vviii vvv u 4.3 散 射 矩 陣l 歸 一 入 射 波 和 歸 一 反 射 波 在 S參 數(shù) 的 定 義 中 ， 歸 一 入 射 波 和 歸 一 反 射 波與 入 射 電 壓 、 電 流 、 反 射 電 壓 和 電 流 的 關 系定 義 為l 因 而 有 iiii vbva iii iii bai bav u 4.3 散 射 矩 陣l S矩 陣 的 定 義 一 個 網 絡 的 散 射 參 量 定 義 為 該 網 絡 歸 一反 射 波 與 歸 一 入 射 波 的 線 性 關 系 ， 即 nnnnn

21、n nn nn vsvsvsv vsvsvsv vsvsvsv 2211 22221212 12121111 u 4.3 散 射 矩 陣 寫 成 矩 陣 形 式 ， 有 簡 寫 為 nnnnn nnn vvvsss sss sssvvv 2121 22221 1121121 vsv u 4.3 散 射 矩 陣l 或l 簡 寫 為 nnnnn nnn aaasss sss sssbbb 2121 22221 1121121 asb u 4.3 散 射 矩 陣l 散 射 參 量 的 意 義 或即 Sii是 除 端 口 i之 外 ,其 余 端 口 都 匹 配 時 ,端 口 i的 反 射 系 數(shù) 。

22、ijviiii jvvs 0 ijaiiii jabs 0 u 4.3 散 射 矩 陣或 即 Sji是 除 端 口 i之 外 ， 其 余 端 口 都 匹 配 時 ，由 端 口 i到 端 口 j的 傳 輸 系 數(shù)ikvijji kvvs 0 ika ijji kabs 0 u 4.3 散 射 矩 陣l 散 射 矩 陣 與 阻 抗 和 導 納 矩 陣 的 關 系 阻 抗 和 導 納 矩 陣 的 歸 一 化 電 壓 和 電 流 的 歸 一 化 且 其 中 Zi0為 端 口 i的 端 接 的 傳 輸 線 特 征 阻 抗 。 歸 一 后 的 電 壓 和 電 流 仍 然 保 持 了 功 率 不 變 性 。

23、0iii ZVv 0iii ZIi 1 000 iii ZZz u 4.3 散 射 矩 陣l 歸 一 阻 抗 矩 陣 和 導 納 矩 陣 和 未 歸 一 阻 抗 和 導 納矩 陣 的 關 系l 其 中 vyiizv u 4.3 散 射 矩 陣l 散 射 矩 陣 與 歸 一 阻 抗 矩 陣 的 關 系l 其 中 U為 單 位 矩 陣 ， 即 )44.4(1 UzUzs )45.4(1 SUsUz 100 010 001 U u 4.3.1 互 易 網 絡 與 無 耗 網 絡l 互 易 網 絡 互 易 網 絡 的 S參 數(shù) 性 質 可 由 阻 抗 矩 陣 的 特性 導 出 , 由 (4.44)式

24、， 有又 可 以 證 明對 于 互 易 網 絡 ， 有 )44.4(1 UzUzs 1 UzUzs zz T u 4.3.1 互 易 網 絡 與 無 耗 網 絡l 對 稱 網 絡 如 果 網 絡 對 稱 ， 則 將 對 稱 的 口 互 換 ， 其 s參 數(shù) 應 該 不 變 ， 因 此 必 有 由 此 可 知 對 稱 網 絡 必 定 是 互 易 網 絡 jjiijiij ssss 4.3.1 互 易 網 絡 與 無 耗 網 絡l 無 耗 網 絡 無 耗 網 絡 散 射 參 量 的 性 質 可 由 網 絡 的 功 率 特 性導 出 網 絡 無 耗 ， 有 由 歸 一 電 壓 和 電 流 與 歸 一

25、 入 射 電 壓 和 電 流 的 關系 ， 有 vsUvvi vsUvvv 4.3.1 互 易 網 絡 與 無 耗 網 絡 則 由 于 必 有 （ 么 正 性 ） EH WWj vssvvssUv vsUsUvvi 4 實 數(shù) vssUv *ts s U u 4.3.1 互 易 網 絡 與 無 耗 網 絡l 幺 正 性 的 意 義 幺 正 性 的 實 際 上 是 一 個 網 絡 能 量 守 恒 的結 果 。 即 ： 如 果 一 個 網 絡 是 無 耗 的 ， 則 網 絡 的 輸 入功 率 必 然 等 于 輸 出 功 率 和 反 射 功 率 之 和 u 4.3.2 參 考 平 面 的 移 動l

26、網 絡 參 考 面 移 動 對 入 射 和 反 射 波 的 影 響 設 在 端 口 n參 考 面 1上 的 入 射 波 和 反 射 波 電 壓 為 設 參 考 面 2與 參 考 面 1相 比 ， 遠 離 網 絡 端 口 電 長度 n， 則 參 考 面 2上 有 nn jnnjnn evvevv nn vv 、 o 對 于 互 易 網 絡 ， S12 =S21， 只 要 求 測 量S11， S12 ， S22 阻 抗 法 ： 對 于 互 易 網 絡 用 三 次 獨 立 測 量 確 定 參 數(shù) ：在 T2參 考 面 上 選 特 定 負 載 ： n 匹 配 ： n 短 路 ： n 開 路 ：4.3

27、雙 端 口 網 絡 的 一 些 討 論 u 4.3.2 參 考 平 面 的 移 動 寫 成 矩 陣 形 式 ， 有 由 此 得 到 參 考 面 2上 入 射 和 反 射 波 電 壓 和 電 流的 關 系 即 vesvsvev nn jj vesev jj nn jjjjjj eeeseees 00 00 0000 00 00 2121 o 例 ： 求 特 性 阻 抗 為 Zc1 和 特 性 阻 抗 為 Zc2 的 兩 段 傳 輸 線 對 接 處 的 S 參 量 。 u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 矩 陣 的 基 本 定 義l ABCD矩 陣 （ 又 稱 為 A矩 陣 ） 反 映 了 雙

28、 端 口 網 絡的 輸 出 和 輸 入 的 關 系 ， 因 此 當 需 要 處 理 網 絡 的 級聯(lián) 問 題 時 ， 采 用 ABCD矩 陣 比 較 方 面 u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 矩 陣 的 基 本 定 義l 傳 輸 矩 陣 的 定 義寫 成 矩 陣 形 式 ， 有 221 221 DICVI BIAVV )63.4(2211 IVDC BAIV u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 矩 陣 參 數(shù) 的 意 義 與 計 算端 口 2開 路 時 的 端 口 1到 端 口 2的 電 壓 轉移 系 數(shù) 端 口 2短 路 時 端 口 1與 端 口 2的 轉 移 阻 抗 端 口 2開

29、 路 時 的 端 口 1與 端 口 2的 轉 移 導納 端 口 2短 路 時 的 端 口 1到 端 口 2的 電 流 轉移 系 數(shù)021 2 IVVA 0 21 2 VIVB 021 2 VVIC 021 2 VIID u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 網 絡 級 聯(lián) 的 應 用l 由 網 絡 1和 網 絡 2、 網 絡 2和 網 絡 3的 關 系 ， 有 3322222111 IVAIVIVAIV u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 網 絡 級 聯(lián) 的 應 用l 由 此 得 到l 即 級 聯(lián) 網 絡 的 傳 輸 矩 陣 為 各 網 絡 傳 輸 矩 陣的 乘 積 。 33332122

30、111 IVAIVAAIVAIV TT ntt AAAA 21 u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 歸 一 化 傳 輸 矩 陣設有 u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 歸 一 化 傳 輸 矩 陣于 是由 此展 開 后 有 22102020110111 0 00 0 ivZZDC BAZZiv 1020201101 0 00 0 ZZDC BAZZdc baa 02010201 02010102 ZZDZZC ZZBZZAdc baa u 4.4.1 與 阻 抗 矩 陣 的 關 系l 與 阻 抗 矩 陣 的 關 系 )67.4( )67.4(1 )67.4( )67.4( 2122 21

31、21 21122211 2111 dZZD cZC bZ ZZZZB aZZA u 4.4.1 與 阻 抗 矩 陣 的 關 系l 傳 輸 矩 陣 的 性 質 互 易 網 絡 對 稱 網 絡l 無 耗 網 絡l A、 D： 實 數(shù)l B、 C： 虛 數(shù) 1BCAD 1BCAD DA u 歸 一 傳 輸 矩 陣 與 s矩 陣 的 關 系 )1)(1(21 )1)(1(21 )1)(1(21 )1)(1(21 21 221112 21 221112 21 221112 21 221112 S SSSd S SSSc S SSSb S SSSa u 歸 一 傳 輸 矩 陣 與 s矩 陣 的 關 系 d

32、cba bcadS dcbaS dcba dcbaS dcba dcbaS )(2 221122211 S參 量 與 A參 量o S 參 量 的 物 理 量 是 歸 一 化 入 波 a 和 歸 一 化 出 波 b， 并以 微 波 網 絡 為 參 考 方 向 。 A 參 量 的 物 理 量 是 總 電 壓 波和 總 電 流 波 ， 并 以 波 源 到 負 載 的 方 向 為 參 考 方 向 。 o S 參 量 是 歸 一 化 量 ， 其 值 與 輸 入 、 輸 出 傳 輸 線 的 特 征阻 抗 有 關 。 A 參 量 既 可 以 是 歸 一 化 量 也 可 以 是 非 歸 一化 量 ， 當 其

33、為 歸 一 化 量 時 與 輸 入 、 輸 出 傳 輸 線 的 特 征 阻抗 有 關 ； 當 其 為 非 歸 一 化 量 時 與 輸 入 、 輸 出 傳 輸 線 的 特征 阻 抗 無 關 。 u 4.5 信 號 流 圖l 在 微 波 網 絡 中 ， 用 散 射 參 量 方 程 求 解 ， 常 常 會遇 到 復 雜 的 運 算 ， 難 以 得 到 簡 明 的 結 果 。 訊 號流 圖 概 念 的 引 入 ， 將 有 助 于 免 去 對 散 射 方 程 的復 雜 運 算 ， 容 易 得 到 所 需 的 結 果 。l 流 圖 中 的 變 量 為 歸 一 入 射 波 和 反 射 波 ， 變 量 間的

34、關 系 常 數(shù) 都 是 散 射 參 數(shù) 和 反 射 系 數(shù) 。 u 4.5 信 號 流 圖 網 絡 訊 號 流 圖 的 建 立 法 則 每 個 變 量 （ 訊 號 ） a1、 a2、 a3、 .和 b1、 b2、 .都 用 一 個 結 點 （ 小 圓 圈 ） 表 示 。 每 個 s參 數(shù) 和 反 射 系 數(shù) 都 用 一 條 支 線 （ 線 段 ） 表 示 。 支線 上 的 箭 頭 方 向 表 示 訊 號 流 圖 的 方 向 ， 支 線 旁 的 系 數(shù) 表示 訊 號 流 圖 的 系 數(shù) 。 節(jié) 點 上 訊 號 流 的 大 小 ， 等 于 該 流 圖 訊 號 乘 以 它 所 經 支 線旁 的 系

35、數(shù) ， 而 與 其 他 支 線 的 訊 號 流 通 無 關 。 節(jié) 點 上 流 入 訊 號 的 總 和 等 于 該 結 點 的 訊 號 ， 而 與 流 出 的訊 號 無 關 。 u 4.5 信 號 流 圖 散 射 方 程 的 訊 號 流 圖 表 示 例 1 例 2 例 3 例 4 u 4.5 信 號 流 圖 常 用 簡 單 微 波 網 絡 的 訊 號 流 圖 短 截 線 信 號 源 負 載 串 聯(lián) 阻 抗 u 4.5 信 號 流 圖 訊 號 流 圖 拓 撲 變 換 的 基 本 法 則 相 乘 法 則 兩 個 串 聯(lián) 支 路 可 合 并 在一 起 ， 合 并 后 支 路 的 系數(shù) 為 原 兩 個

36、 串 聯(lián) 支 路 系數(shù) 的 積 。 相 加 法 則 兩 個 并 聯(lián) 支 路 可 合 并 在 一 起 ，合 并 后 支 路 的 系 數(shù) 為 原 兩 個并 聯(lián) 支 路 系 數(shù) 之 和 。 u 4.5 信 號 流 圖 訊 號 流 圖 拓 撲 變 換 的 基 本 法 則 單 環(huán) 消 除 法 則 將 所 有 進 入 單 環(huán) （ 自 閉 環(huán) ）的 支 路 系 數(shù) 除 以 1- Q， 即 可把 單 環(huán) 消 去 。 其 中 Q是 單 環(huán) 的環(huán) 路 值 。 u 4.5 信 號 流 圖 訊 號 流 圖 拓 撲 變 換 的 基 本 法 則 結 點 分 裂 法 則 一 個 結 點 可 以 分 裂 成 幾 個 結點 ，

37、 分 裂 后 的 圖 形 仍 保 持 原來 結 點 上 的 輸 入 ， 輸 出 的 結合 。 單 結 點 上 如 有 單 環(huán) ， 則分 裂 后 的 每 一 個 結 點 上 都 有一 個 單 環(huán) 。 u 4.5 信 號 流 圖 應 用l 例 ： 如 圖 所 示 的 微 波 網 絡 ，試 用 訊 號 流 圖 求 出 其 輸 入 反射 系 數(shù) l 信 號 流 圖 拓 撲 變 換 的 圖 解過 程 u 4.6 不 連 續(xù) 性 和 模 式 分 析 常 見 傳 輸 線 的 不 連 續(xù) 性 及 其 等 效 電 路 u 4.6 不 連 續(xù) 性 和 模 式 分 析 常 見 傳 輸 線 的 不 連 續(xù) 性 及 其

38、 等 效 電 路 u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流l 激 勵 和 耦 合 是 將 微 波 能 量 饋 入 到 波 導 和 傳 輸 線 的 主 要 方 式 。波 導 的 激 勵 與 耦 合 滿 足 如 下 的 規(guī) 律 功 率 正 交 性 在 一 個 沒 有 任 何 損 耗 （ 理 想 導 電 壁 ） 的 金 屬 空 心 柱 形 波 導中 ， 每 一 種 能 夠 傳 播 的 模 傳 送 能 量 時 ， 與 所 有 可 能 出 現(xiàn) 的其 他 模 式 無 關 。 這 個 結 論 稱 為 功 率 的 正 交 性 。 奇 耦 禁 戒 對 于 偶 對 稱 的 激 勵 ， 只 能 激 勵 出

39、 偶 對 稱 的 的 模 式 ， 對 于 奇對 稱 （ 反 對 稱 ） 的 激 勵 ， 只 能 激 勵 出 奇 對 稱 的 模 式 。 u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流 常 見 的 激 勵 和 耦 合 方 式l 激 勵 方 式 的 分 類 按 物 理 方 式 分 類 電 場 激 勵 磁 場 激 勵 電 流 激 勵 l 波 導 中 主 要 的 激 勵 裝 置 探 針 激 勵 環(huán) 激 勵 孔 激 勵 電 子 流 激 勵 波 形 轉 換 u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流 常 見 的 激 勵 和 耦 合 方 式 u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流 波

40、 導 中 的 面 電 流 片 u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流l 4.7.1 只 激 勵 一 個 波 導 模 式 的 電 流 片 激 勵 單 個 TEmn模 式 的 電 流 源 激 勵 單 個 TMmn模 式 的 電 流 源 )105.4(cossin2sincos2 ybnxamamAyybnxambnAxJ mnmnTEs )110.4(cossin2sincos2 ybnxambnByybnxamamBxJ mnmnTMs u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流 激 勵 單 個 TEmn模 式 的 磁 流 源 激 勵 單 個 TMmn模 式 的 磁 流 源

41、)113.4(sincos2cossin2 ybnxamb nAZyybnxama mAZxM mnTEmnTETEmn )114.4(sincos2cossin2 ybnxamamByybnxambnBxM mnmnTMmn u 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流 證 明 舉 例l TEmn模 式 的 電 流 激 勵 正 向 和 反 向 傳 播 TEmn模 的 橫 向 場 為 )106.4(sincos )106.4(cossin )106.4(cossin )106.4(sincos deybnxamAbnE ceybnxamAamH beybnxamAamZE aeybnxa

42、mAbnZE zjmnx zjmnx zjmnTEy zjmnTEx 4.7 波 導 的 激 勵 電 流 和 磁 流 證 明 舉 例 （ TEmn模 式 的 電 流 激 勵 ） 設 電 流 片 位 于 z=0的 參 考 面 ， 則 在 z=0處 有 由 （ 4.107a)式 得 到 又 由 (4.107b)得 到l 即 )107.4( )107.4( bJHHz aEE stt )108.4( mnmn AA yyxxs HHxHHyJ ybnxamamAyybnxambnAxJ mnmnTEs cossin2sincos2 u 4.7.2 任 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵

43、l 無 限 長 波 導 中 的 任 意 電 流 源或 磁 流 源l 任 意 電 流 源 J產 生 場 與 源 的 關系 l 未 知 振 幅 的 確 定 由 洛 倫 茲 互 易 定 理 ， （ 只 有電 流 源 ） 則 體 積 v是 由 波 導 壁 和 在 z1和 z2處 的 橫 向 平 面 所 圍 成 的 區(qū) 域 n n zjznnnnnn n zjznnnnn zzehzhAHAH zzeezeAEAE nn 22 n n zjznnnnnn n zjznnnnn zzehzhAHAH zzeezeAEAE nn 11 s v dvJEJEsdHEHE 21121221 u 4.7.2 任

44、意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵 令 代 入 互 易 定 理 ， 并 令l 有 又 由 于 在 波 導 壁 上 的 面 積 分為 0， 則 利 用 模 式 的 正 交 性 利 用 式 （ 4.115） 和（ 4.117） ， 則 式 （ 4。116） 簡 化 為 ：),( 1211 zzzzHH EE zjznnn zjznnn nnehzhHH eezeEE 22 021 JJJ )117.4()(00 0 s nm s znnznms nm nmdszhe dszhzhezesdHE s v nnn dvJEsdHEHE )116.4( 12z v nnnnnn z nnn

45、nn dvJEsdHEHEA sdHEHEA u 4.7.2 任 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵 由 于 上 式 第 二 個 積 分 為 零 ， 則 或 其 中 反 向 行 波 振 幅 則 有 222 z v nnnnz znnznnznnznnn dvJEdszheA dszhzhezehzhezeA v v zjznnnnnn dveJezePdvJEPA n )118.4(11 0 )119.4(2 s nnn dzzheP v v zjznnnnnn dveJezePdvJEPA n )120.4(11 u 4.7.2 任 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式

46、激勵 例 ： 探 針 饋 電 的 矩 形 波 導 對 如 圖 所 示 的 探 針 饋 電 的 矩形 波 導 ， 確 定 其 前 向 和 反 向行 進 TE 10模 的 振 幅 ， 以 及 由 探針 看 去 的 輸 入 電 阻 ， 假 定 TE10模 是 唯 一 的 傳 播 模 式 l 解 ： 探 針 直 徑 為 無 限 小 時 ， 源 的體 電 流 密 度 TE10模 的 場 分 布 函 數(shù) )0()(2, 0 byyzaxIzyxJ xaZxh xaye sin1sin 11 1 11 Z u 4.7.2 任 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵 探 針 饋 電 的 矩 形 波 導 振 幅 的 計 算 ： 由 式 (4.119)， 有 由 式 （ 4.118） 和 （ 4.120） ， 有 ax by ZabdxdyxaZP 0 0 1211 sin2 v zjn aIZdxdydzzaxIexaPA 0101 )(2sin1 1 aIZA 011 u4.7.2 任 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵 探 針 饋 電 的 矩 形 波 導 輸 入 電 阻 計 算 即 20/2 IPRin 1 21 * *2 21210 0 0ZAab sdHE sdHEsdHEP s s s abZRin 1