微波工程__微波網(wǎng)絡(luò)分析PPT課件

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1、微波網(wǎng)絡(luò)分類單口網(wǎng)絡(luò) 負(fù)載，振蕩器 雙口網(wǎng)絡(luò)濾波器、放大器、衰減器、隔離器 多口網(wǎng)絡(luò) 混頻器、功分器、環(huán)行器、合成器必須指定工作波型；（規(guī)定只有單一主模）必須規(guī)定端口的參考面。（參考面外只傳主模） 微波網(wǎng)絡(luò)特征量設(shè)媒質(zhì)為各向同性的線性媒質(zhì)（、為標(biāo)量）相位變化也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)參量來(lái)體現(xiàn)。第一類 阻抗或?qū)Ъ{ （測(cè)量不方便）第二類 入射波和反射波 （S參量，測(cè)量方便） 互易定理與互易網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí) 互 易 定 理 是 一 個(gè) 較 有 普 遍 意 義 的 定 理 。 具 有 互 易 性 質(zhì) 的 網(wǎng) 絡(luò) 稱 為 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 。 互 易 性 質(zhì) 表 現(xiàn) 為 ： 將 網(wǎng) 絡(luò) 的 輸 入 和 特 定 輸 出 互 換

2、 位 置 后 ， 輸 出 不 因 這 種 換 位 而 有所 改 變 。 互 易 性 不 僅 一 些 電 網(wǎng) 絡(luò) 有 ， 某 些 聲 學(xué) 系 統(tǒng) 、 力 學(xué) 系 統(tǒng) 等 也 有 。 一 般 地 說(shuō) ， 由 線 性 時(shí) 不 變 的 二 端 電 阻 元 件 、 電 感 元 件 、 電 容 元 件 、 耦 合 電 感 器 和理 想 變 壓 器 連 接 而 成 的 網(wǎng) 絡(luò) 均 有 此 性 質(zhì) 。 含 有 受 控 電 源 、 非 線 性 元 件 、 時(shí) 變 元 件 、 回 轉(zhuǎn) 器 的 網(wǎng) 絡(luò) 都 不 一 定 具 有 這 種 性 質(zhì) 。 4.1 阻 抗 和 等 效 電 壓 與 電 流4.1.1 等 效 電

3、壓 與 電 流+導(dǎo) 線 相 對(duì) -導(dǎo) 線 的 電 壓 V為 ：導(dǎo) 線 間 橫 向 場(chǎng) 具 有 靜 態(tài) 電 場(chǎng) 性 質(zhì) ， 電 壓 惟 一 。+導(dǎo) 線 上 的 電 流 為 ：行 波 的 特 征 阻 抗 Z 0為 ：明 確 了 電 壓 電 流 和 特 征 阻 抗 后 ， 認(rèn) 為 線 的 傳 播 常 數(shù) 已 知 ， 即 可 應(yīng) 用 第 2章 中 的 傳 輸 線 電 路 理論 ， 用 電 路 單 元 表 征 該 TEM傳 輸 線 。 任 意 雙 導(dǎo) 線 TEM傳 輸 線 TE10模 波 導(dǎo) 橫 向 場(chǎng) :寬 壁 （ 上 下 板 ） 之 間 的 電 壓 ：n x=0和 x=a/2時(shí) 積 分 完 全 不

4、同 ！n 不 存 在 “ 正 確 的 ” 電 壓 。 n 也 不 存 在 “ 正 確 的 ” 電 流 和 阻 抗 。如 何 定 義 出 能 用 于 非 TEM線 的 電 壓 、 電 流和 阻 抗 ？ 通 常 的 做 法n 對(duì) 一 個(gè) 特 定 的 波 導(dǎo) 模 式 來(lái) 定 義 電 壓 和 電 流 ， 并 且 如 此 定 義 的 電 壓 正 比 于 橫 向 電 場(chǎng) ，而 電 流 正 比 于 橫 向 磁 場(chǎng) 。n 為 了 按 類 似 于 電 路 理 論 中 的 電 壓 和 電 流 的 方 式 來(lái) 使 用 ， 等 效 電 壓 和 電 流 的 乘 積 應(yīng) 被確 定 為 該 模 式 的 功 率 流 。n 單

5、 一 行 波 的 電 壓 與 電 流 之 比 應(yīng) 等 于 該 傳 輸 線 的 特 征 阻 抗 。n 該 阻 抗 在 選 擇 上 有 任 意 性 ， 但 通 常 將 其 選 定 為 等 于 傳 輸 線 的 波 阻 抗 ， 或 把 它 歸 一 化為 1。 既 有 正 向 又 有 反 向 行 波 的 任 意 波 導(dǎo) 模 式 ， 其 橫 向 場(chǎng) 可 寫(xiě) 為 ：又 和 與 波 阻 抗 有 關(guān) ， 故 ：定 義 等 效 的 電 壓 波 和 電 流 波 ： 其 中等 效 電 壓 和 等 效 電 流 分 別 正 比 于 橫 向 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) ， 比 例 常 數(shù) C1、 C2為 ： 由 功 率 和 阻 抗

6、 條 件 確定 。 入 射 波 的 復(fù) 功 率 流 ：與 電 路 對(duì) 應(yīng)則特 征 阻 抗 為 給 定 的 波 導(dǎo) 模 式 ， 在 確 定 常 量 C1、 C2以 及 等 效 電 壓 和 電 流 后 ， 就 可 以 求 解 出 （ 4.10） 和 （ 4.12）為 方 便 計(jì) ， 令 考 慮 高 次 模 時(shí) 波 導(dǎo) 中 的 通 解其 中 ， 和 是 第 n個(gè) 模 式 的 等 效 電 壓 和 等 效 電 流 ， 而 和 是 每 一 模 式 的 比 例 常 數(shù) 。 例 題 4.1 矩 形 波 導(dǎo) 的 等 效 電 壓 和 電 流 P141自 學(xué) ！ 利用已知的電路分析方法取代解Maxwell方程式。)

7、Z,I,V( 0 )Z,H,E( 阻抗總結(jié) 本征阻抗（僅與媒質(zhì)材料參量有關(guān)） wttw YHEZ 1 波阻抗（特定波型的一種特性）CLYZ 00 1 特征阻抗（傳輸線上行波電壓與電流的比值） 4.1.2 阻抗概念 Ex: 矩形波導(dǎo)管z 0，介質(zhì)填充 工作頻率用等效傳輸線模型求反射系數(shù)。 guide) bandC( cm.b , cm.a 58014853 ).( r 562 G H z.f 54解: 1220 5027 m.)a(ka 1220 89120 m.)a(krd 10 2594 m.k 例題4.2 波導(dǎo)阻抗的應(yīng)用 22 )()( bnamk c 000 kk rrrr 000 k

8、模 式 分 析10TE cmac 970.62 20TE cmac 485.3波阻抗 反射系數(shù) 629.000 00 ad ad ZZ ZZ ,所以，對(duì) f =4.5GHz，只有TE10模！ 1.12925.27 )377)(25.94( 0000 kZ a 3.29389.120 )377)(25.94(000 ddd kkZ GHzscmf a 3.4970.6103 1010 GHzscmf d 6875.256.2970.6 103 1010 (空氣)(介質(zhì))GHzff a 8.62 1020 GHzff d 375.52 1020 (空氣) (介質(zhì)) 場(chǎng)解 (TE10mode)入射波

9、 zjiyi eaxEaE 1sin 0 zjTEixi eaxZEaH 11 sin 0 kZ TE 反射波 zj ryr eaxEaE 1sin 0 zjTErxr eaxZEaH 11 sin 0 透射波 zjtyt eaxEaE 2sin 0 zjTEtxt eaxZEaH 22 sin 0 000 tri EEE 211 000 TEtTErTEi ZEZEZE 12 12 TETE TETE ZZ ZZ 在z = 0時(shí)， 及 連續(xù)（JS=0)!yE xH 4.1.3 Z()和 ()的 奇 偶 性Z() = R() +jX() R()是 的偶函數(shù)，X()是 的奇函數(shù) ()的實(shí)部和虛部

10、分別是的偶函數(shù)和奇函數(shù) 4.2 阻抗和導(dǎo)納矩陣 在端面上 (z = 0) N-端口微波網(wǎng)絡(luò)端 口 Port： 以 某 種 形 式 傳 輸 線 或 單 一 波 導(dǎo) 傳 播 模 式 等 效 傳 輸 線 引 入 。端 面 tn： 為 電 壓 和 電 流 相 量 提 供 相 位 參 考 面 。 zjnzjnnnn eVeVVVV zjnzjnnnn eIeIIII NNNN NN IIIZZZ ZZZVVV 21121 1121121 IZV VYI 1 ZY 導(dǎo)納矩陣 jkIjiij kIVZ , 0第j個(gè)端口激勵(lì)電流Ij，其余端口都開(kāi)路時(shí)，測(cè)量第i個(gè)端口電壓Vi得到。,阻抗矩陣 jkVjiij k

11、VIY , 0第j個(gè)端口激勵(lì)電壓 Vj，其余端口都短路時(shí)，測(cè)量第i個(gè)端口電壓Vi得到。4.2 阻抗和導(dǎo)納矩陣 對(duì)于一個(gè)N端口網(wǎng)絡(luò)，Z及Y為NN矩陣，有N2個(gè)獨(dú)立變量（Zij ，Yij），在互易或無(wú)耗條件下，變量的數(shù)目可以減少。對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò) (無(wú)有源器件/鐵氧體或等離子體) 可以證明: jiij ZZ jiij YY 對(duì)稱 對(duì)稱矩陣 0ZRe ij 0YRe ij 純虛數(shù) 純虛數(shù)矩陣對(duì)于無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)可以證明: 4.2 阻抗和導(dǎo)納矩陣 01111 2 IIVZ Port2 開(kāi)路 )(11 CA ZZIV CA ZZZ 1102112 1 IIVZ C CBZ ZZVV 12CCB C ZZZ ZIVI

12、VZ 222112 )(22 CB ZZIV 可以證明 1221 ZZ 02222 1 IIVZ CBC CCA ZZZ ZZZZ , CBI ZZIVZ 02222 1 Port1 開(kāi)路Port1 開(kāi)路例題4.3 阻抗參量的計(jì)算自學(xué)！ 4.3 散射矩陣n 阻抗、導(dǎo)納矩陣將端口的總電壓和總電流聯(lián)系在一起。n 散射矩陣將端口的入射電壓波和反射電壓波聯(lián)系在一起。 NNNN NN VVVSSS SSSVVV 21121 1121121 jkVjiij kVVS , 0 ijS 入射電壓波Vj+在j端口激勵(lì)， i端口輸出的電壓波Vi-，除j端口外，所有入射波均為零，即所有端口均端接匹配負(fù)載，避免反射的

13、出現(xiàn)。n Sii:當(dāng)所有端口接匹配負(fù)載時(shí)，向i端口看去的反射系數(shù)。n Sij:當(dāng)所有端口接匹配負(fù)載時(shí)，從j端口到i端口的傳輸系數(shù)。 散射參量的物理意義 例4.4 求3dB衰減器的S參數(shù)，匹配負(fù)載為50。-自學(xué)！port2接 50 )./().(.Z )( in 5056881415056881415681 50011 S 022 S因?yàn)殡娐穼?duì)稱 VVVS 01221 2 50port2接 02 V011 S 01 V 11 VV 22 VVPort1的電壓 Port2的電壓 由 , 因此當(dāng)port2接 50 5002 V VVVS 01111 2 01 01 ZZ ZZ )(in )(in 計(jì)

14、算分壓 1122 707056850 505684441 4441 V.).)(. .(VVV 44.41)56.588.141/()56.58(8.141 70702112 .SS 輸入功率Pin 0212 ZV 輸出功率Pout 0210 2121022 422 ZVZVSZV dBPP inout 321 例4.4 求3dB衰減器的S參數(shù)，匹配負(fù)載為50。 ZS 假設(shè)每一端口的特征阻抗皆相同為 nZ 010 nZ令 VVVVZVZIZ V)UZ(V)UZ( 其中U為單位矩陣 10 10 001 U )()( 1 UZUZS )()( 1 SUSUZ nnn VVV nnnnn VVIII

15、 對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò) tSS 對(duì)稱矩陣USS t 1 SS t 幺正矩陣或 ji, , 1對(duì)于所有ijNk kjki SS 網(wǎng)絡(luò)S任何一列與該列的共軛點(diǎn)乘等于1，與其他列共軛的點(diǎn)乘等于0。jiij SS 二端口網(wǎng)絡(luò) 2112 SS 對(duì)于無(wú)耗網(wǎng)絡(luò) ij 01 ji ji , 11 Nk kjki SS 01 Nk kjki SS ji ji 當(dāng) 當(dāng) 互易網(wǎng)絡(luò)與無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)克羅內(nèi)克函數(shù) 對(duì)于二端口無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)若 ，為互易網(wǎng)絡(luò) 2112 SS 2 1k kiki SS 121211111 SSSS 122221212 SSSS 1i 2i, 22221111 SSSS 2211 SS , 互易網(wǎng)絡(luò)與無(wú)耗網(wǎng)絡(luò) 例

16、: 0209080 9080010 0 0. .S解 : S 對(duì)稱 互易 16508010 22221211 .).(.SS 有耗或 2211 SS 有耗 網(wǎng) 絡(luò) 是 互 易 的 還 是 無(wú) 耗 的 ？當(dāng) 端 口 2短 路 時(shí) ， 在 端 口 1看 去 的 回 波 損 耗 是 多 少 ？ 端口2短路，反射系數(shù)為-1 2121111 VSVSV 2221212 VSVSV 122 VV 2121111 VSVSV 2221212 VSVSV 1 2221121111 1 VSSSVSV 122212 1 VSSV 633.02.01 )8.0)(8.0()1.0(1 2221121111 jjS

17、SSSVV dBRL 97.3log20 參考平面的移動(dòng)n S參數(shù)與入射到網(wǎng)絡(luò)和反射自網(wǎng)絡(luò)的行波的振幅和相位有關(guān)，因此網(wǎng)絡(luò)的每一端口的相位參考平面必須加以確定。n 當(dāng)參考面從它們的原始位置移動(dòng)時(shí)，S參數(shù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 原始端平面 0nz新參考平面 nn lz VSV VSV 0nz nn lz 對(duì)于無(wú)損傳輸線而言 njnn eVV njnn eVV nnn l V eee SV eee jjjjjj NN 0 00 0 2121 , , 參考平面的移動(dòng) 參考平面 NN jjjjjj eee S eeeS 0 00 0 2121 nnjnn SeS N 2 n Nje 2 NN jjjjjj e

18、ee S eeeS 0 00 0 2121 11 211 1SeS j 21221 21 SeS )(j ; 相位 參考平面的移動(dòng) 廣 義 散 射 參 量 jkajjjkVjj jiij kk abZV ZVS , 0 , 000n nn nnn ZVb ZVa 00 22 2121 nnn baP aSb 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 微 波 矢 量 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 儀 傳輸（ABCD）矩陣n Z, Y, 相位 參考平面的移動(dòng) 微 波 矢 量 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 儀 轉(zhuǎn) 移 矩 陣 （ ABCD矩 陣 、 傳 遞 矩 陣 、 鏈 矩 陣 ）阻抗矩陣作變換 2222 IUAIUDC BA 22212221 1221 2211211111 1 IUZZZ ZZ ZZZZIU 導(dǎo)納量綱阻抗量綱無(wú)量綱、CB DA矩陣矩陣或稱ABCDAA )( 便于雙口復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單化。 （計(jì)算機(jī)對(duì)矩陣運(yùn)算快速方便?。?ABCD 矩陣 使用時(shí)，直接刪除本頁(yè)！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！