《微波網(wǎng)絡(luò)分析》PPT課件

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(dǎo)u并 聯(lián) 短 截 線u串 連 短 截 線u四 分 之 一 波 長(zhǎng) 變 換 器u波 的 傳 輸 模 式u波 的 傳 播 媒 質(zhì)長(zhǎng) 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(zhǎng) 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(yīng) 用 許 多 微 波 元器 件 。 發(fā) 送 /接 收 單 元 示 意 圖微 波 網(wǎng) 絡(luò) 概 念 第 四 章 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 分 析l研 究 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 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(shè) 計(jì) l微 波 網(wǎng) 絡(luò) 理 論 建 立 的 基 礎(chǔ)(1)電 路 理 論(2)傳 輸 線 理 論(3)電 磁 場(chǎng) 理 論低 頻 電 路 和 微 波 電 路 的 主 要 區(qū) 別 ？ l電 磁 場(chǎng) 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 元 件 的 邊 界 條 件 復(fù) 雜 ， 因 此 一 般 求 解 很 困 難 。優(yōu) 點(diǎn) ： 結(jié) 果 精 確 是 “ 路 ” 分 析 方 法 的 基礎(chǔ) 缺 點(diǎn)計(jì) 算 過 程 復(fù) 雜 計(jì) 算 工 作 量 大 無 法 對(duì) 復(fù) 雜 的 電 路 進(jìn) 行 分 析 ， 無法 得 出 系 統(tǒng) 特 性 l 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 法 ： 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 。優(yōu) 點(diǎn)方 法 簡(jiǎn) 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(diǎn) 結(jié) 果 近 似 o 微 波 電 路 與 系 統(tǒng) 的 完 整 實(shí) 現(xiàn) 是 兩 種 方 法 結(jié) 合 的結(jié) 果微 波 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 的 基 本 過 程 ？ 場(chǎng) 路 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 方 法 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 方 法 ： 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 。 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(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 來 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 。 o 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 ） 。 第 四 章 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 分 析l 本 章 內(nèi) 容 及 其 重 難 點(diǎn) 等 效 電 壓 與 電 流 描 述 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 的 主 要 的 網(wǎng) 絡(luò) 矩 陣 參 數(shù) 及 其 定 義 網(wǎng) 絡(luò) 參 數(shù) 的 意 義 與 計(jì) 算 網(wǎng) 絡(luò) 的 信 號(hào) 流 圖 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 與 耦 合 第 四 章 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 分 析l微 波 網(wǎng) 絡(luò) 的 分 類按 網(wǎng) 絡(luò) 性 質(zhì) 分 類 線 性 網(wǎng) 絡(luò) （ 無 源 網(wǎng) 絡(luò) ） 非 線 性 網(wǎng) 絡(luò) （ 有 源 網(wǎng) 絡(luò) ） 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 非 互 易 網(wǎng) 絡(luò) o 有 源 網(wǎng) 絡(luò) 包 含 微 波 有 源 器 件 的 網(wǎng) 絡(luò) 微 波 有 源 器 件 可 以 產(chǎn) 生 微 波 能 量 或 對(duì) 微 波 信號(hào) 進(jìn) 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(wǎng) 絡(luò) 只 包 含 線 性 互 易 元 件 的 網(wǎng) 絡(luò) o 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 一 般 說 來 ， 內(nèi) 部 含 有 磁 化 鐵 氧 體 、 磁 化 等 離 子 體 、 晶 體 、 有 源 器 件 的 微 波 網(wǎng)絡(luò) 才 是 非 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 。 例 如 ， 一 根 常 規(guī) 的 微 波 波 導(dǎo) ， 無 論 從 那 個(gè) 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(wǎng) 絡(luò) 。 p 非 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 如 果 在 波 導(dǎo) 中 放 置 一 條 磁 化 鐵 氧 體 ， 則 當(dāng) 微 波 能 量 從 不 同 的 端 口 輸入 時(shí) ， 其 傳 輸 特 性 就 完 全 不 同 。 這 種 內(nèi) 部 放 置 了 磁 化 鐵 氧 體 的 波導(dǎo) ， 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(wǎng) 絡(luò) 。 按 網(wǎng) 絡(luò) 的 端 口 分 類 單 端 口 網(wǎng) 絡(luò) 雙 端 口 網(wǎng) 絡(luò) 三 端 口 網(wǎng) 絡(luò) N端 口 網(wǎng) 絡(luò) 本 章 主 要 內(nèi) 容o 等 效 電 壓 和 電 流 的 概 念 ；o 阻 抗 的 概 念 ；p阻 抗 和 導(dǎo) 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(cè) 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 ldHI )2.4( )3.4(0 IVZ 2*VIP 以 平 行 雙 導(dǎo) 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(diǎn) 定 義 不 唯 一 與 傳 播 模 式 有 關(guān) 特 征 阻 抗 的 絕 對(duì) 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(dǎo) 致 由 此 定 義 的 傳 輸 線 特 征 阻 抗 定 義 不 唯一 以 矩 形 波導(dǎo) 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 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(chǎng) ， 電 流 正 比 于 橫 向 磁 場(chǎng)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(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 與 等 效 電 壓 和 電 流 的 關(guān) 系 等 效 原 則 保 持 功 率 不 變 例 如 ， 設(shè) 正 向 行 波 為 其 中 et和 ht分 別 表 示 橫 向 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 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(dǎo) TE10模 的 等 效 電 壓 和 電 流 設(shè)令 以 矩 形 波 導(dǎo) 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 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(dǎo) TE10模 的 波 阻 抗 為即 ， 兩 個(gè) 寬 度 相 同 ， 高 度 不 同 的 波 導(dǎo) 波 阻 抗 是相 同 的 ， 但 它 們 相 連 接 時(shí) ， 連 接 處 顯 然 會(huì) 出 現(xiàn)反 射 ， 而 用 波 阻 抗 來 代 替 特 征 阻 抗 得 不 出 結(jié) 果210 21 aZ TE 歸 一 電 壓 和 電 流 的 定 義 由 于 反 射 系 數(shù) 是 唯 一 并 可 測(cè) 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(dǎo) 納 矩 陣l阻 抗 矩 陣 和 導(dǎo) 納 矩 陣 的 定 義 如 圖 所 示 的 網(wǎng) 絡(luò) ,Vi和 Ii分 別 代 表 第 i個(gè) 端 口 的輸 入 電 壓 和 電 流 ， 則 該 網(wǎng) 絡(luò) 的 Z矩 陣 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(dǎo) 納 矩 陣l 導(dǎo) 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(dǎo) 納 矩 陣 分 別 可 簡(jiǎn) 寫 為 :l 阻 抗 矩 陣 和 導(dǎo) 納 矩 陣 的 關(guān) 系l 或 IZV VYI 1 YZ UYZ u 4.2 阻 抗 和 導(dǎo) 納 矩 陣l Z矩 陣 和 Y矩 陣 參 數(shù) 的 意 義 Z矩 陣 Zii是 除 第 i個(gè) 端 口 外 ,其 余 端 口 都 開 路時(shí) ,i端 口 的 自 阻 抗 ijIiiii jIVZ 0 Zij是 除 第 j個(gè) 端 口 外 ,其 余 端 口 都 開 路 時(shí) ,端 口 i和 端 口 j之 間 的 轉(zhuǎn) 移 阻 抗 ,又 稱 為 互 阻 抗 。 由 上 面 的 定 義 可 計(jì) 算 出 網(wǎng) 絡(luò) 的 Z矩 陣 參 數(shù)jkIjiij kIVZ 0以 T型 網(wǎng) 絡(luò) 為 例計(jì) 算 型 網(wǎng) 絡(luò) 的 阻 抗 矩 陣 u 4.2 阻 抗 和 導(dǎo) 納 矩 陣 導(dǎo) 納 矩 陣 Yii是 除 第 i個(gè) 端 口 外 ,其 余 端 口 都 短 路時(shí) ,i端 口 的 自 導(dǎo) 納 )(0 ijViiii jVIY Yij是 除 第 i個(gè) 端 口 外 ,其 余 端 口 都 短 路 時(shí) ,端 口 j和 端 口 i之 間 的 轉(zhuǎn) 移 導(dǎo) 納 （ 互 導(dǎo) 納 ） 。 同 樣 由 上 面 的 定 義 可 計(jì) 算 出 網(wǎng) 絡(luò) 的 Y參 數(shù)ikVijji kVIY 0 u 4.2.1 互 易 網(wǎng) 絡(luò)l 定 義 設(shè) 網(wǎng) 絡(luò) 的 兩 個(gè) 端 口 分 別 為 a和 b， 如 果 它 們 之 間 滿足 如 下 關(guān) 系 ， 則 這 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 的 端 口 a和 b是 互 易 的 。 如 果 網(wǎng) 絡(luò) 所 有 端 口 之 間 都 滿 足 上 面 的 關(guān) 系 ， 則 這個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 稱 為 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 。 其 中 下 標(biāo) a和 b表 示 網(wǎng) 絡(luò)中 某 處 的 兩 個(gè) 獨(dú) 立 源 產(chǎn) 生 的 等 效 電 壓 和 電 流 。 )34.4(0 22221111 abbaabba IVIVIVIV l 由 此 可 以 導(dǎo) 出 ， 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 的 Z和 Y矩 陣 參 數(shù)的 關(guān) 系l 如 果 網(wǎng) 絡(luò) 是 對(duì) 稱 的 ， 則 有 jiijjiij YYZZ jjiijiijjjiijiij YYYYZZZZ u 4.2.2 無 耗 網(wǎng) 絡(luò) 網(wǎng) 絡(luò) 只 有 功 率 的 交 換 沒 有 功 率 的 損 耗 展 開 ， 由 阻 抗 和 導(dǎo) 納 矩 陣 的 定 義 ， 有0Re21 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(cè) 量 o 由 于 測(cè) 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(shí) 現(xiàn) ， 故 Z參 數(shù) 和 Y參 數(shù) 也 難 以 測(cè) 量 。 o 為 了 研 究 微 波 電 路 和 系 統(tǒng) 的 特 性 ， 設(shè) 計(jì) 微 波 電 路 的 結(jié) 構(gòu) ，需 要 引 入 一 種 在 微 波 頻 段 能 用 直 接 測(cè) 量 方 法 確 定 的 網(wǎng) 絡(luò) 矩陣 參 數(shù) ， 這 樣 的 參 數(shù) 就 是 散 射 參 數(shù) ， 簡(jiǎn) 稱 S參 數(shù) 。 （ 可 直接 測(cè) 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(wǎng) 絡(luò) ， 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(guān) 系 222 *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(guān) 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(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 的 散 射 參 量 定 義 為 該 網(wǎng) 絡(luò) 歸 一反 射 波 與 歸 一 入 射 波 的 線 性 關(guān) 系 ， 即 nnnnnn nn nn vsvsvsv vsvsvsv vsvsvsv 2211 22221212 12121111 u 4.3 散 射 矩 陣 寫 成 矩 陣 形 式 ， 有 簡(jiǎn) 寫 為 nnnnn nnn vvvsss sss sssvvv 2121 22221 1121121 vsv u 4.3 散 射 矩 陣l 或l 簡(jiǎn) 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(shí) ,端 口 i的 反 射 系 數(shù) 。 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(shí) ，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(dǎo) 納 矩 陣 的 關(guān) 系 阻 抗 和 導(dǎo) 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 。0iii ZVv 0iii ZIi 1 000 iii ZZz u 4.3 散 射 矩 陣l 歸 一 阻 抗 矩 陣 和 導(dǎo) 納 矩 陣 和 未 歸 一 阻 抗 和 導(dǎo) 納矩 陣 的 關(guān) 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(guān) 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(wǎng) 絡(luò) 與 無 耗 網(wǎng) 絡(luò)l 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 的 S參 數(shù) 性 質(zhì) 可 由 阻 抗 矩 陣 的 特性 導(dǎo) 出 , 由 (4.44)式 ， 有又 可 以 證 明對(duì) 于 互 易 網(wǎng) 絡(luò) ， 有 )44.4(1 UzUzs 1 UzUzs zz T u 4.3.1 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 與 無 耗 網(wǎng) 絡(luò)l 對(duì) 稱 網(wǎng) 絡(luò) 如 果 網(wǎng) 絡(luò) 對(duì) 稱 ， 則 將 對(duì) 稱 的 口 互 換 ， 其 s參 數(shù) 應(yīng) 該 不 變 ， 因 此 必 有 由 此 可 知 對(duì) 稱 網(wǎng) 絡(luò) 必 定 是 互 易 網(wǎng) 絡(luò) jjiijiij ssss 4.3.1 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 與 無 耗 網(wǎng) 絡(luò)l 無 耗 網(wǎng) 絡(luò) 無 耗 網(wǎng) 絡(luò) 散 射 參 量 的 性 質(zhì) 可 由 網(wǎng) 絡(luò) 的 功 率 特 性導(dǎo) 出 網(wǎng) 絡(luò) 無 耗 ， 有 由 歸 一 電 壓 和 電 流 與 歸 一 入 射 電 壓 和 電 流 的 關(guān)系 ， 有 vsUvvi vsUvvv 4.3.1 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 與 無 耗 網(wǎng) 絡(luò) 則 由 于 必 有 （ 么 正 性 ） EH WWj vssvvssUv vsUsUvvi 4 實(shí) 數(shù) vssUv *ts s U u 4.3.1 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 與 無 耗 網(wǎng) 絡(luò)l 幺 正 性 的 意 義 幺 正 性 的 實(shí) 際 上 是 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 能 量 守 恒 的結(jié) 果 。 即 ： 如 果 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 是 無 耗 的 ， 則 網(wǎng) 絡(luò) 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(dòng)l 網(wǎng) 絡(luò) 參 考 面 移 動(dòng) 對(duì) 入 射 和 反 射 波 的 影 響 設(shè) 在 端 口 n參 考 面 1上 的 入 射 波 和 反 射 波 電 壓 為 設(shè) 參 考 面 2與 參 考 面 1相 比 ， 遠(yuǎn) 離 網(wǎng) 絡(luò) 端 口 電 長(zhǎng)度 n， 則 參 考 面 2上 有 nn jnnjnn evvevv nn vv 、 o 對(duì) 于 互 易 網(wǎng) 絡(luò) ， S12 =S21， 只 要 求 測(cè) 量S11， S12 ， S22 阻 抗 法 ： 對(duì) 于 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 用 三 次 獨(dú) 立 測(cè) 量 確 定 參 數(shù) ：在 T2參 考 面 上 選 特 定 負(fù) 載 ： n 匹 配 ： n 短 路 ： n 開 路 ：4.3 雙 端 口 網(wǎng) 絡(luò) 的 一 些 討 論 u 4.3.2 參 考 平 面 的 移 動(dòng) 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(guān) 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(duì) 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 端 口 網(wǎng) 絡(luò)的 輸 出 和 輸 入 的 關(guān) 系 ， 因 此 當(dāng) 需 要 處 理 網(wǎng) 絡(luò) 的 級(jí)聯(lián) 問 題 時(shí) ， 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(jì) 算端 口 2開 路 時(shí) 的 端 口 1到 端 口 2的 電 壓 轉(zhuǎn)移 系 數(shù) 端 口 2短 路 時(shí) 端 口 1與 端 口 2的 轉(zhuǎn) 移 阻 抗 端 口 2開 路 時(shí) 的 端 口 1與 端 口 2的 轉(zhuǎn) 移 導(dǎo)納 端 口 2短 路 時(shí) 的 端 口 1到 端 口 2的 電 流 轉(zhuǎn)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(wǎng) 絡(luò) 級(jí) 聯(lián) 的 應(yīng) 用l 由 網(wǎng) 絡(luò) 1和 網(wǎng) 絡(luò) 2、 網(wǎng) 絡(luò) 2和 網(wǎng) 絡(luò) 3的 關(guān) 系 ， 有 3322222111 IVAIVIVAIV u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 網(wǎng) 絡(luò) 級(jí) 聯(lián) 的 應(yīng) 用l 由 此 得 到l 即 級(jí) 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 的 傳 輸 矩 陣 為 各 網(wǎng) 絡(luò) 傳 輸 矩 陣的 乘 積 。 33332122111 IVAIVAAIVAIV TT ntt AAAA 21 u 4.4 傳 輸 (ABCD)矩 陣 歸 一 化 傳 輸 矩 陣設(shè)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(guān) 系l 與 阻 抗 矩 陣 的 關(guān) 系 )67.4( )67.4(1 )67.4( )67.4( 2122 2121 21122211 2111 dZZD cZC bZ ZZZZB aZZA u 4.4.1 與 阻 抗 矩 陣 的 關(guān) 系l 傳 輸 矩 陣 的 性 質(zhì) 互 易 網(wǎng) 絡(luò) 對(duì) 稱 網(wǎng) 絡(luò)l 無 耗 網(wǎng) 絡(luò)l A、 D： 實(shí) 數(shù)l B、 C： 虛 數(shù) 1BCAD 1BCAD DA u 歸 一 傳 輸 矩 陣 與 s矩 陣 的 關(guān) 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(guān) 系 dcba 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(wǎng) 絡(luò) 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(fù) 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(guān) 。 A 參 量 既 可 以 是 歸 一 化 量 也 可 以 是 非 歸 一化 量 ， 當(dāng) 其 為 歸 一 化 量 時(shí) 與 輸 入 、 輸 出 傳 輸 線 的 特 征 阻抗 有 關(guān) ； 當(dāng) 其 為 非 歸 一 化 量 時(shí) 與 輸 入 、 輸 出 傳 輸 線 的 特征 阻 抗 無 關(guān) 。 u 4.5 信 號(hào) 流 圖l 在 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 中 ， 用 散 射 參 量 方 程 求 解 ， 常 常 會(huì)遇 到 復(fù) 雜 的 運(yùn) 算 ， 難 以 得 到 簡(jiǎn) 明 的 結(jié) 果 。 訊 號(hào)流 圖 概 念 的 引 入 ， 將 有 助 于 免 去 對(duì) 散 射 方 程 的復(fù) 雜 運(yùn) 算 ， 容 易 得 到 所 需 的 結(jié) 果 。l 流 圖 中 的 變 量 為 歸 一 入 射 波 和 反 射 波 ， 變 量 間的 關(guān) 系 常 數(shù) 都 是 散 射 參 數(shù) 和 反 射 系 數(shù) 。 u 4.5 信 號(hào) 流 圖 網(wǎng) 絡(luò) 訊 號(hào) 流 圖 的 建 立 法 則 每 個(gè) 變 量 （ 訊 號(hào) ） a1、 a2、 a3、 .和 b1、 b2、 .都 用 一 個(gè) 結(jié) 點(diǎn) （ 小 圓 圈 ） 表 示 。 每 個(gè) 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(hào) 流 圖 的 方 向 ， 支 線 旁 的 系 數(shù) 表示 訊 號(hào) 流 圖 的 系 數(shù) 。 節(jié) 點(diǎn) 上 訊 號(hào) 流 的 大 小 ， 等 于 該 流 圖 訊 號(hào) 乘 以 它 所 經(jīng) 支 線旁 的 系 數(shù) ， 而 與 其 他 支 線 的 訊 號(hào) 流 通 無 關(guān) 。 節(jié) 點(diǎn) 上 流 入 訊 號(hào) 的 總 和 等 于 該 結(jié) 點(diǎn) 的 訊 號(hào) ， 而 與 流 出 的訊 號(hào) 無 關(guān) 。 u 4.5 信 號(hào) 流 圖 散 射 方 程 的 訊 號(hào) 流 圖 表 示 例 1 例 2 例 3 例 4 u 4.5 信 號(hào) 流 圖 常 用 簡(jiǎn) 單 微 波 網(wǎng) 絡(luò) 的 訊 號(hào) 流 圖 短 截 線 信 號(hào) 源 負(fù) 載 串 聯(lián) 阻 抗 u 4.5 信 號(hào) 流 圖 訊 號(hào) 流 圖 拓 撲 變 換 的 基 本 法 則 相 乘 法 則 兩 個(gè) 串 聯(lián) 支 路 可 合 并 在一 起 ， 合 并 后 支 路 的 系數(shù) 為 原 兩 個(gè) 串 聯(lián) 支 路 系數(shù) 的 積 。 相 加 法 則 兩 個(gè) 并 聯(lián) 支 路 可 合 并 在 一 起 ，合 并 后 支 路 的 系 數(shù) 為 原 兩 個(gè)并 聯(lián) 支 路 系 數(shù) 之 和 。 u 4.5 信 號(hào) 流 圖 訊 號(hào) 流 圖 拓 撲 變 換 的 基 本 法 則 單 環(huán) 消 除 法 則 將 所 有 進(jìn) 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(hào) 流 圖 訊 號(hào) 流 圖 拓 撲 變 換 的 基 本 法 則 結(jié) 點(diǎn) 分 裂 法 則 一 個(gè) 結(jié) 點(diǎn) 可 以 分 裂 成 幾 個(gè) 結(jié)點(diǎn) ， 分 裂 后 的 圖 形 仍 保 持 原來 結(jié) 點(diǎn) 上 的 輸 入 ， 輸 出 的 結(jié)合 。 單 結(jié) 點(diǎn) 上 如 有 單 環(huán) ， 則分 裂 后 的 每 一 個(gè) 結(jié) 點(diǎn) 上 都 有一 個(gè) 單 環(huán) 。 u 4.5 信 號(hào) 流 圖 應(yīng) 用l 例 ： 如 圖 所 示 的 微 波 網(wǎng) 絡(luò) ，試 用 訊 號(hào) 流 圖 求 出 其 輸 入 反射 系 數(shù) l 信 號(hào) 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 等 效 電 路 u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流l 激 勵(lì) 和 耦 合 是 將 微 波 能 量 饋 入 到 波 導(dǎo) 和 傳 輸 線 的 主 要 方 式 。波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 與 耦 合 滿 足 如 下 的 規(guī) 律 功 率 正 交 性 在 一 個(gè) 沒 有 任 何 損 耗 （ 理 想 導(dǎo) 電 壁 ） 的 金 屬 空 心 柱 形 波 導(dǎo)中 ， 每 一 種 能 夠 傳 播 的 模 傳 送 能 量 時(shí) ， 與 所 有 可 能 出 現(xiàn) 的其 他 模 式 無 關(guān) 。 這 個(gè) 結(jié) 論 稱 為 功 率 的 正 交 性 。 奇 耦 禁 戒 對(duì) 于 偶 對(duì) 稱 的 激 勵(lì) ， 只 能 激 勵(lì) 出 偶 對(duì) 稱 的 的 模 式 ， 對(duì) 于 奇對(duì) 稱 （ 反 對(duì) 稱 ） 的 激 勵(lì) ， 只 能 激 勵(lì) 出 奇 對(duì) 稱 的 模 式 。 u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流 常 見 的 激 勵(lì) 和 耦 合 方 式l 激 勵(lì) 方 式 的 分 類 按 物 理 方 式 分 類 電 場(chǎng) 激 勵(lì) 磁 場(chǎng) 激 勵(lì) 電 流 激 勵(lì) l 波 導(dǎo) 中 主 要 的 激 勵(lì) 裝 置 探 針 激 勵(lì) 環(huán) 激 勵(lì) 孔 激 勵(lì) 電 子 流 激 勵(lì) 波 形 轉(zhuǎn) 換 u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流 常 見 的 激 勵(lì) 和 耦 合 方 式 u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流 波 導(dǎo) 中 的 面 電 流 片 u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流l 4.7.1 只 激 勵(lì) 一 個(gè) 波 導(dǎo) 模 式 的 電 流 片 激 勵(lì) 單 個(gè) TEmn模 式 的 電 流 源 激 勵(lì) 單 個(gè) TMmn模 式 的 電 流 源 )105.4(cossin2sincos2 ybnxamamAyybnxambnAxJ mnmnTEs )110.4(cossin2sincos2 ybnxambnByybnxamamBxJ mnmnTMs u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流 激 勵(lì) 單 個(gè) TEmn模 式 的 磁 流 源 激 勵(lì) 單 個(gè) TMmn模 式 的 磁 流 源 )113.4(sincos2cossin2 ybnxamb nAZyybnxama mAZxM mnTEmnTETEmn )114.4(sincos2cossin2 ybnxamamByybnxambnBxM mnmnTMmn u 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流 證 明 舉 例l TEmn模 式 的 電 流 激 勵(lì) 正 向 和 反 向 傳 播 TEmn模 的 橫 向 場(chǎng) 為 )106.4(sincos )106.4(cossin )106.4(cossin )106.4(sincos deybnxamAbnE ceybnxamAamH beybnxamAamZE aeybnxamAbnZE zjmnx zjmnx zjmnTEy zjmnTEx 4.7 波 導(dǎo) 的 激 勵(lì) 電 流 和 磁 流 證 明 舉 例 （ TEmn模 式 的 電 流 激 勵(lì) ） 設(shè) 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(lì)l 無 限 長(zhǎng) 波 導(dǎo) 中 的 任 意 電 流 源或 磁 流 源l 任 意 電 流 源 J產(chǎn) 生 場(chǎng) 與 源 的 關(guān)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(dǎo) 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 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵(lì) 令 代 入 互 易 定 理 ， 并 令l 有 又 由 于 在 波 導(dǎo) 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(jiǎn) 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 nnnnn dvJEsdHEHEA sdHEHEA u 4.7.2 任 意 電 流 源 或 磁 流 源 的 模 式 激勵(lì) 由 于 上 式 第 二 個(gè) 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 激勵(lì) 例 ： 探 針 饋 電 的 矩 形 波 導(dǎo) 對(duì) 如 圖 所 示 的 探 針 饋 電 的 矩形 波 導(dǎo) ， 確 定 其 前 向 和 反 向行 進(jìn) 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(shí) ， 源 的體 電 流 密 度 TE10模 的 場(chǎng) 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(lì) 探 針 饋 電 的 矩 形 波 導(dǎo) 振 幅 的 計(jì) 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(lì) 探 針 饋 電 的 矩 形 波 導(dǎo) 輸 入 電 阻 計(jì) 算 即 20/2 IPRin 1 21 * *2 21210 0 0ZAab sdHE sdHEsdHEP s s s abZRin 1