1、回顧：第二章第二章 傳輸線理論傳輸線理論第五章第五章 匹配理論匹配理論第三章第三章 傳輸線和波導傳輸線和波導u并聯短截線并聯短截線u串連短截線串連短截線u四分之一波長變換器四分之一波長變換器u波的傳輸模式波的傳輸模式u波的傳播媒質波的傳播媒質長度、傳播常數和特性阻抗表征的分布元長度、傳播常數和特性阻抗表征的分布元件件基于電磁理論基于電磁理論回顧：o低頻電路低頻電路： 線路尺度工作波長線路尺度工作波長 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 阻抗阻抗基于電路理論基于電路理論o 在微波傳輸的過程中，需要應用許多微波元器件。 發送發送/ /接收單元示意圖接收單元示意圖微波

2、網絡概念微波網絡概念第四章第四章 微波網絡分析微波網絡分析l研究微波網絡理論的主要目的研究微波網絡理論的主要目的 (1)分析微波器件、部件和系統的工作分析微波器件、部件和系統的工作特性特性 (2)微波電路和元器件的綜合設計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微波網絡理論建立的基礎(1)電路理論電路理論(2)傳輸線理論傳輸線理論(3)電磁場理論電磁場理論低頻電路和微波電路的主要區別？低頻電路和微波電路的主要區別？l電磁場分析法：利用電磁場分析法：利用麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組加加邊界條件邊界條件求出元件中場分布，再求其傳輸求出元件中場分布，再求其傳輸特性。特性。 由于元件的邊界條

3、件復雜，因此一般求解很困難。優點：優點： 結果精確結果精確 是是“路路”分析方法的基分析方法的基礎礎缺點缺點計算過程復雜計算過程復雜 計算工作量大計算工作量大 無法對復雜的電路進行分析，無無法對復雜的電路進行分析，無法得出系統特性法得出系統特性l 網絡分析法：在微波系統中，通常關心網絡分析法：在微波系統中，通常關心元器件的外部傳輸參量，而不關心其內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。部場分布。因此可采用網絡法。優點優點方法簡單，可借鑒低方法簡單，可借鑒低頻電路的一些分析方法頻電路的一些分析方法電路和系統的特性清電路和系統的特性清晰晰缺點缺點 結果近似結果近似 o 微波

4、電路與系統的完整實現是兩種方法結合的微波電路與系統的完整實現是兩種方法結合的結果結果微波網絡分析的基本過程？場微波網絡分析的基本過程？場 路路微波網絡方法微波網絡方法 微波網絡方法：微波網絡方法：以微波元件及組合系統為對象，利用以微波元件及組合系統為對象，利用等等效電路的方法效電路的方法研究它們的研究它們的傳輸特性傳輸特性及其設計和實現的方及其設計和實現的方法。法。 o 此方法為微波電路和系統的此方法為微波電路和系統的等效電路分析方法等效電路分析方法。把微波。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。網絡各

5、端口間信號的相互關系。 o 這種方法這種方法不能得到元件內部的場分布不能得到元件內部的場分布，工程上關心的是，工程上關心的是元件的傳輸特性和反射特性（相對于端口）。元件的傳輸特性和反射特性（相對于端口）。第四章第四章 微波網絡分析微波網絡分析l 本章內容及其重難點本章內容及其重難點 等效電壓與電流等效電壓與電流 描述微波網絡的主要的網絡矩陣參數及其定義描述微波網絡的主要的網絡矩陣參數及其定義 網絡參數的意義與計算網絡參數的意義與計算 網絡的信號流圖網絡的信號流圖 波導的激勵與耦合波導的激勵與耦合 第四章第四章 微波網絡分析微波網絡分析l 微波網絡的分類微波網絡的分類 按網絡性質分類按網絡性質分

6、類 線性網絡（無源網絡）線性網絡（無源網絡） 非線性網絡（有源網絡）非線性網絡（有源網絡） 互易網絡互易網絡 非互易網絡非互易網絡o 有源網絡有源網絡 包含微波有源器件的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，號進行放大。常見的有源器件有：振蕩器，放大器，微波管等等。放大器，微波管等等。 p 無源網絡無源網絡 只包含線性互易元件的網絡只包含線性互易元件的網絡o 互易網絡互易網絡 一般說來，內部含有磁化鐵氧體、磁化等離子體、晶體、有源器件的微波網一般說來，內部含有磁化鐵氧體、磁化等離子體、晶體、

7、有源器件的微波網絡才是非互易網絡。絡才是非互易網絡。 例如，一根常規的微波波導，無論從那個端口輸入例如，一根常規的微波波導，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。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，是非互易導，就是所謂隔離器。隔離器只能單向傳輸微波

8、功率，是非互易網絡。網絡。 按網絡的端口分類按網絡的端口分類 單端口網絡單端口網絡 雙端口網絡雙端口網絡 三端口網絡三端口網絡 N N端口網絡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阻抗和導納矩陣阻抗和導納矩陣p散射矩陣散射矩陣p傳輸矩陣傳輸矩陣u 4.1 4.1 等效電壓與電流和阻抗等效電壓與電流和阻抗l 傳輸線的等效電壓和電流概念傳輸線的等效電壓和電流概念 在微波頻率下在微波頻率下, ,電壓和電流的直接測量困電壓和電流的直接測量困難。難。 TEMTEM傳輸線存在著唯一的電壓和電流定義，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由此定義的傳

9、輸線特征阻抗等參量也是唯一的。一的。l TEMTEM模的電壓和電流模的電壓和電流) 1 . 4(l dEVCl dHI)2 . 4()3 . 4(0IVZ 2*VIP 以平行雙導線為例以平行雙導線為例以帶狀線為例以帶狀線為例l 非非TEMTEM模式的等效電壓與電流模式的等效電壓與電流o 特點特點 定義不唯一定義不唯一 與傳播模式有關與傳播模式有關 特征阻抗的絕對值無意義，常常采用歸一特征阻抗的絕對值無意義，常常采用歸一值值p 非非TEMTEM傳輸線的電壓與電流定義不唯一，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導致由此定義的傳輸線特征阻抗定義不唯一一以矩形波以矩形波導

10、為例導為例引入引入“路路”的方法的方法引入引入“等效電壓等效電壓”與與“等效電流等效電流”的的概念概念u 等效電壓、電流和阻抗等效電壓、電流和阻抗l非非TEMTEM模式等效電壓和電流定義的基本思路模式等效電壓和電流定義的基本思路1.1.電壓正比于橫向電場，電流正比于橫向磁場電壓正比于橫向電場，電流正比于橫向磁場2.2.等效電壓和電流的乘積必須等于該模式的功率流等效電壓和電流的乘積必須等于該模式的功率流3. 3. 入射波電壓和入射波電流的比值為傳輸線特征阻抗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一般歸一為1 1u 等效電壓、電流和阻抗等效電壓、電流和阻抗l 橫向電場和磁場與等效電

11、壓和電流的關系橫向電場和磁場與等效電壓和電流的關系 等效原則等效原則保持功率不變保持功率不變 例如，設正向行波為例如，設正向行波為 其中其中et和和ht分別表示橫向電場和磁場在傳輸線分別表示橫向電場和磁場在傳輸線橫截面上的分布橫截面上的分布o 由功率不變的原則，必須有由功率不變的原則，必須有o 顯然有顯然有o 這是等效電壓和電流滿足的基本條件，這樣定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。義的電壓和電流又稱為模式矢量電壓和電流。sttVIsdHE*Re21Re21u 等效電壓、電流和阻抗等效電壓、電流和阻抗l 矩形波導矩形波導TE10模的等效電壓和電流模

12、的等效電壓和電流 設設令令以矩形波導的以矩形波導的TE10模為例模為例o 顯然有顯然有o 等效電壓和電流等效電壓和電流o 等效電壓等效電壓o 等效電流等效電流o 波阻抗波阻抗等效電壓和電流的比值是波阻抗而不能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等效電壓、等效電流和阻抗的歸一化例：矩形波導例：矩形波導TE10TE10模的波阻抗為模的波阻抗為即，兩個寬度相同，高度不同的波導波阻抗是即，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

13、會出現相同的，但它們相連接時，連接處顯然會出現反射，而用波阻抗來代替特征阻抗得不出結果反射，而用波阻抗來代替特征阻抗得不出結果21021aZTE 歸一電壓和電流的定義歸一電壓和電流的定義 由于反射系數是唯一并可測的因此由于反射系數是唯一并可測的因此，歸一，歸一阻抗可唯一確定，并阻抗可唯一確定，并滿足功率不變原則滿足功率不變原則。 o 歸一入射電壓、電流和歸一反射電壓、電流歸一入射電壓、電流和歸一反射電壓、電流o 歸一特征阻抗歸一特征阻抗o 顯然，上面的歸一定義是顯然，上面的歸一定義是滿足功率不變原則滿足功率不變原則的。的。000ZVv000ZIi100000ivivzu 4.2 4.2 阻抗和

14、導納矩陣阻抗和導納矩陣l阻抗矩陣和導納矩陣的定義阻抗矩陣和導納矩陣的定義 如圖所示的網絡如圖所示的網絡,V,Vi i和和I Ii i分別代表第分別代表第i i個端口的個端口的輸入電壓和電流，則該網絡的輸入電壓和電流，則該網絡的ZZ矩陣和矩陣和YY矩矩陣定義如下：陣定義如下： l 阻抗矩陣阻抗矩陣寫成矩陣形式有寫成矩陣形式有u 4.2 4.2 阻抗和導納矩陣阻抗和導納矩陣l 導納矩陣導納矩陣l 寫成矩陣形式有寫成矩陣形式有nnnnnnnnnnVYVYVYIVYVYVYIVYVYVYI22112222121212121111nnnnnnnnVVVYYYYYYYYYIII21212222111211

15、21l 阻抗矩陣和導納矩陣分別可簡寫為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阻抗矩陣和導納矩陣的關系l 或或IZV VYI1YZ UYZu 4.2 4.2 阻抗和導納矩陣阻抗和導納矩陣l ZZ矩陣和矩陣和YY矩陣參數的意義矩陣參數的意義 Z Z矩陣矩陣 Z Ziiii是除第是除第i i個端口外個端口外, ,其余端口都開路其余端口都開路時時,i,i端口的自阻抗端口的自阻抗ijIiiiijIVZ0 Z Zijij是除第是除第j j個端口外個端口外, ,其余端口都開路時其余端口都開路時, ,端口端口i i和端口和端口j j之間的轉移阻抗之間的轉移阻抗, ,又稱為互阻抗。又稱為互

16、阻抗。 由上面的定義可計算出網絡的由上面的定義可計算出網絡的Z Z矩陣參數矩陣參數jkIjiijkIVZ0以以T型網絡為例型網絡為例計算計算型網絡的阻抗矩陣型網絡的阻抗矩陣u 4.2 4.2 阻抗和導納矩陣阻抗和導納矩陣 導納矩陣導納矩陣 Y Yiiii是除第是除第i i個端口外個端口外, ,其余端口都短路其余端口都短路時時,i,i端口的自導納端口的自導納)(0ijViiiijVIY Y Yijij是除第是除第i i個端口外個端口外, ,其余端口都短路時其余端口都短路時, ,端口端口j j和端口和端口i i之間的轉移導納（互導納）。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同樣

17、由上面的定義可計算出網絡的Y Y參數參數ikVijjikVIY0u 4.2.1 互易網絡互易網絡l 定義定義 設網絡的兩個端口分別為設網絡的兩個端口分別為a a和和b b，如果它們之間滿，如果它們之間滿足如下關系，則這個網絡的端口足如下關系，則這個網絡的端口a a和和b b是互易的。是互易的。 如果網絡所有端口之間都滿足上面的關系，則這如果網絡所有端口之間都滿足上面的關系，則這個網絡稱為互易網絡。其中下標個網絡稱為互易網絡。其中下標a和和b表示網絡表示網絡中某處的兩個獨立源產生的等效電壓和電流。中某處的兩個獨立源產生的等效電壓和電流。)34. 4(022221111abbaabbaIVIVIV

18、IVl 由此可以導出，互易網絡的由此可以導出，互易網絡的Z和和Y矩陣參數矩陣參數的關系的關系l 如果網絡是對稱的，則有如果網絡是對稱的，則有jiijjiijYYZZjjiijiijjjiijiijYYYYZZZZu 4.2.2 無耗網絡 網絡只有功率的交換沒有功率的損耗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，有展開，由阻抗和導納矩陣的定義，有0Re211*niiiIV 可以證明可以證明 l 由于端口電壓是任意的，由此得到，必由于端口電壓是任意的，由此得到，必有有ReZ=0ReZ=0l 同樣的過程，有同樣的過程，有ReY=0ReY=04.3 散射矩陣o 在微波頻段，電壓和

19、電流已失去明確的物理意義，且難以在微波頻段，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，故下難以實現，故Z參數和參數和Y參數也難以測量。參數也難以測量。 o 為了研究微波電路和系統的特性，設計微波電路的結構，為了研究微波電路和系統的特性，設計微波電路的結構，需要引入一種在微波頻段能用直接測量方法確定的網絡矩需要引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，這樣的參數就是陣參數，這樣的參數就是散射參數散射參數，簡稱，簡稱S參數。（參數。（可直可直接測量接測量）u 4

20、.3 散射矩陣l 歸一入射波與歸一反射波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電流、歸一反射電壓和電流00ZIiZVviiiiu 4.3 散射矩陣 且有且有l 歸一入射電壓、電流和歸一反射電壓、電流與歸一入射電壓、電流和歸一反射電壓、電流與歸一端口電壓、電流的關系歸一端口電壓、電流的關系 222*0020*IVvivPiii10ziviviiiiiiiiiiiivviiivvvu 4.3 散射矩陣l 歸一入射波和歸一反射波歸一入射波和歸一反射波 在在S參數的定義中，歸一入射波和歸一反射波參數的定義中，歸一

21、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與入射電壓、電流、反射電壓和電流的關系定義為定義為l 因而有因而有iiiivbvaiiiiiibaibavu 4.3 散射矩陣l S S矩陣的定義矩陣的定義 一個網絡的散射參量定義為該網絡歸一一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，即反射波與歸一入射波的線性關系，即nnnnnnnnnnvsvsvsvvsvsvsvvsvsvsv22112222121212121111u 4.3 散射矩陣 寫成矩陣形式，有寫成矩陣形式，有 簡寫為簡寫為nnnnnnnnvvvsssssssssvvv2121222211121121 vs

22、vu 4.3 散射矩陣l 或或l 簡寫為簡寫為nnnnnnnnaaasssssssssbbb2121222211121121 asb u 4.3 散射矩陣l 散射參量的意義散射參量的意義 或或即即 S Siiii是除端口是除端口i i之外之外, ,其余端口都匹配時其余端口都匹配時, ,端口端口i i的反射系數。的反射系數。 ijviiiijvvs0ijaiiiijabs0u 4.3 散射矩陣或或 即即 S Sjiji是除端口是除端口i i之外，其余端口都匹配時，之外，其余端口都匹配時，由端口由端口i i到端口到端口j j的傳輸系數的傳輸系數ikvijjikvvs0ikaijjikabs0u 4

23、.3 散射矩陣l 散射矩陣與阻抗和導納矩陣的關系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阻抗和導納矩陣的歸一化 電壓和電流的歸一化電壓和電流的歸一化 且且 其中其中Zi0i0為端口為端口i i的端接的傳輸線特征阻抗。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。歸一后的電壓和電流仍然保持了功率不變性。0iiiZVv 0iiiZIi 1000iiiZZzu 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矩陣的關系l 其中其中 vyiizvu 4.3 散射矩陣l 散射矩陣與歸一阻抗矩陣的關系散射矩陣與

24、歸一阻抗矩陣的關系l 其中其中U為單位矩陣，即為單位矩陣，即 )44. 4(1UzUzs )45. 4(1SUsUz 100010001Uu 4.3.1 4.3.1 互易網絡與無耗網絡互易網絡與無耗網絡l 互易網絡互易網絡 互易網絡的互易網絡的S參數性質可由阻抗矩陣的特參數性質可由阻抗矩陣的特性導出性導出, 由由(4.44)式，有式，有又可以證明又可以證明對于互易網絡，有對于互易網絡，有 )44.4(1UzUzs 1UzUzs zzTu 4.3.1 4.3.1 互易網絡與無耗網絡互易網絡與無耗網絡l 對稱網絡對稱網絡 如果網絡對稱，則將對稱的口互換，其如果網絡對稱，則將對稱的口互換，其s參數應

25、該不變，因此必有參數應該不變，因此必有 由此可知由此可知 對稱網絡必定是互易網絡對稱網絡必定是互易網絡jjiijiijssss4.3.1 4.3.1 互易網絡與無耗網絡互易網絡與無耗網絡l 無耗網絡無耗網絡 無耗網絡散射參量的性質可由網絡的功率特性無耗網絡散射參量的性質可由網絡的功率特性導出導出 網絡無耗，有網絡無耗，有 由歸一電壓和電流與歸一入射電壓和電流的關由歸一電壓和電流與歸一入射電壓和電流的關系，有系，有 vsUvvivsUvvv4.3.1 4.3.1 互易網絡與無耗網絡互易網絡與無耗網絡 則則 由于由于 必有（么正性）必有（么正性） EHWWjvssvvssUvvsUsUvvi4 實

26、數vssUv *tssUu 4.3.1 4.3.1 互易網絡與無耗網絡互易網絡與無耗網絡l 幺正性的意義幺正性的意義 幺正性的實際上是一個網絡能量守恒的幺正性的實際上是一個網絡能量守恒的結果。即：結果。即： 如果一個網絡是無耗的，則網絡的輸入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功率必然等于輸出功率和反射功率之和u 4.3.2 4.3.2 參考平面的移動參考平面的移動l 網絡參考面移動對入射和反射波的影響網絡參考面移動對入射和反射波的影響 設在端口設在端口n參考面參考面1上的入射波和反射波電壓為上的入射波和反射波電壓為 設參考面設參考面2與參考面與參考面1相比，遠

27、離網絡端口電長相比，遠離網絡端口電長度度n n，則參考面，則參考面2 2上有上有nnjnnjnnevvevvnnvv 、o 對于互易網絡，對于互易網絡， S12 =S21，只要求測量，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：阻抗法：對于互易網絡用三次獨立測量確定參數：在在T2參考面上選特定負載：參考面上選特定負載： n 匹配：匹配： n 短路：短路： n 開路：開路：4.3 雙端口網絡的一些討論u 4.3.2 4.3.2 參考平面的移動參考平面的移動 寫成矩陣形式，有寫成矩陣形式，有 由此得到參考面由此得到參考面2上入射和反射波電壓和電流上入射和反射波

28、電壓和電流的關系的關系 即即 vesvsvevnnjj vesevjj nnjjjjjjeeeseees0000000000002121o 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（又稱為矩陣（又稱為A矩陣）反映了雙端口網絡矩陣）反映了雙端口網絡的輸出和輸入的關系，因此當需要處理網絡的級的輸出和輸入的關系，因此當需要處理網絡的級聯問題時，采用聯問題時，采用ABCD矩陣比較方面矩陣比較方面u 4.4 傳輸(ABCD)矩陣 矩陣的基本定義l 傳輸矩陣的定義傳輸矩陣的定義寫成矩陣形式，有寫成

29、矩陣形式，有221221DICVIBIAVV)63. 4(2211IVDCBAIVu 4.4 傳輸(ABCD)矩陣 矩陣參數的意義與計算端口端口2 2開路時的端口開路時的端口1 1到端口到端口2 2的電壓轉的電壓轉移系數移系數 端口端口2 2短路時端口短路時端口1 1與端口與端口2 2的轉移阻抗的轉移阻抗 端口端口2 2開路時的端口開路時的端口1 1與端口與端口2 2的轉移導的轉移導納納 端口端口2 2短路時的端口短路時的端口1 1到端口到端口2 2的電流轉的電流轉移系數移系數0212IVVA0212VIVB0212VVIC0212VIIDu 4.4 傳輸(ABCD)矩陣 網絡級聯的應用l 由

30、網絡由網絡1 1和網絡和網絡2 2、網絡、網絡2 2和網絡和網絡3 3的關系，有的關系，有 3322222111IVAIVIVAIVu 4.4 傳輸(ABCD)矩陣 網絡級聯的應用l 由此得到由此得到l 即級聯網絡的傳輸矩陣為各網絡傳輸矩陣即級聯網絡的傳輸矩陣為各網絡傳輸矩陣的乘積。的乘積。 33332122111IVAIVAAIVAIVTT nttAAAA21u 4.4 傳輸(ABCD)矩陣 歸一化傳輸矩陣設設有有u 4.4 傳輸(ABCD)矩陣 歸一化傳輸矩陣于是于是由此由此展開后有展開后vZZDCBAZZiv 10202011010000ZZDCB

31、AZZdcbaa 0201020102010102ZZDZZCZZBZZAdcbaau 4.4.1 與阻抗矩陣的關系l 與阻抗矩陣的關系與阻抗矩陣的關系)67. 4()67. 4(1)67. 4()67. 4(21222121211222112111dZZDcZCbZZZZZBaZZAu 4.4.1 與阻抗矩陣的關系l 傳輸矩陣的性質傳輸矩陣的性質 互易網絡互易網絡 對稱網絡對稱網絡l 無耗網絡無耗網絡l A、D：實數：實數l B、C： 虛數虛數1 BCAD1BCADDA u 歸一傳輸矩陣與歸一傳輸矩陣與s s矩陣的關系矩陣的關系)1)(1(21)1)(1(21)1)(1(21)1)(1(21

32、21221112212211122122111221221112SSSSdSSSScSSSSbSSSSau 歸一傳輸矩陣與歸一傳輸矩陣與s s矩陣的關系矩陣的關系dcbabcadSdcbaSdcbadcbaSdcbadcbaS)(2221122211S參量與參量與A參量參量o S 參量的物理量是歸一化入波參量的物理量是歸一化入波 a 和歸一化出波和歸一化出波 b，并，并以微波網絡為參考方向。以微波網絡為參考方向。A 參量的物理量是總電壓波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。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

33、的特征參量是歸一化量，其值與輸入、輸出傳輸線的特征阻抗有關。阻抗有關。A 參量既可以是歸一化量也可以是非歸一參量既可以是歸一化量也可以是非歸一化量，當其為歸一化量時與輸入、輸出傳輸線的特征阻化量，當其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。征阻抗無關。u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖l 在微波網絡中，用散射參量方程求解，常常會在微波網絡中，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流

34、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。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，變量間流圖中的變量為歸一入射波和反射波，變量間的關系常數都是散射參數和反射系數。的關系常數都是散射參數和反射系數。 u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖 網絡訊號流圖的建立法則網絡訊號流圖的建立法則 每個變量（訊號）每個變量（訊號）a a1 1、a a2 2、a a3 3、.和和b b1 1、b b2 2、.都用一個結點（小圓圈）表示。都用一個結點（小圓圈）表示。 每個每個s s參數和反射系數都用一條支線（線段）表示。支參數和反射系數都用一條支線（線段）表示。

35、支線上的箭頭方向表示訊號流圖的方向，支線旁的系數表線上的箭頭方向表示訊號流圖的方向，支線旁的系數表示訊號流圖的系數。示訊號流圖的系數。 節點上訊號流的大小，等于該流圖訊號乘以它所經支線節點上訊號流的大小，等于該流圖訊號乘以它所經支線旁的系數，而與其他支線的訊號流通無關。旁的系數，而與其他支線的訊號流通無關。 節點上流入訊號的總和等于該結點的訊號，而與流出的節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。訊號無關。 u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖 散射方程的訊號流圖表示散射方程的訊號流圖表示 例例1 1 例例2 2 例例3 3 例例4 4u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖 常用

36、簡單微波網絡的訊號流圖常用簡單微波網絡的訊號流圖 短截線短截線 信號源信號源 負載負載 串聯阻抗串聯阻抗 u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖 訊號流圖拓撲變換的基本法則訊號流圖拓撲變換的基本法則 相乘法則相乘法則 兩個串聯支路可合并在兩個串聯支路可合并在一起，合并后支路的系一起，合并后支路的系數為原兩個串聯支路系數為原兩個串聯支路系數的積。數的積。 相加法則相加法則 兩個并聯支路可合并在一起，兩個并聯支路可合并在一起，合并后支路的系數為原兩個合并后支路的系數為原兩個并聯支路系數之和。并聯支路系數之和。 u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖 訊號流圖拓撲變換的基本法則訊號流圖拓撲變換的基本法則

37、單環消除法則單環消除法則 將所有進入單環（自閉環）將所有進入單環（自閉環）的支路系數除以的支路系數除以1- Q1- Q，即可，即可把單環消去。其中把單環消去。其中Q Q是單環的是單環的環路值。環路值。 u 4.5 4.5 信號流圖信號流圖 訊號流圖拓撲變換的基本法則訊號流圖拓撲變換的基本法則結點分裂法則結點分裂法則 一個結點可以分裂成幾個結一個結點可以分裂成幾個結點，分裂后的圖形仍保持原點，分裂后的圖形仍保持原來結點上的輸入，輸出的結來結點上的輸入，輸出的結合合 。單結點上如有單環，則。單結點上如有單環，則分裂后的每一個結點上都有分裂后的每一個結點上都有一個單環。一個單環。 u 4.5 4.5

38、 信號流圖信號流圖 應用應用l例：如圖所示的微波網絡，例：如圖所示的微波網絡，試用訊號流圖求出其輸入反試用訊號流圖求出其輸入反射系數射系數 l 信號流圖拓撲變換的圖解信號流圖拓撲變換的圖解過程過程u 4.6 4.6 不連續性和模式分析不連續性和模式分析 常見傳輸線的不連續性及其等效電路常見傳輸線的不連續性及其等效電路u 4.6 4.6 不連續性和模式分析不連續性和模式分析 常見傳輸線的不連續性及其等效電路常見傳輸線的不連續性及其等效電路u 4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流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。激勵和耦合是將微波能量饋入到波導和傳輸線的主

39、要方式。波導的激勵與耦合滿足如下的規律波導的激勵與耦合滿足如下的規律 功率正交性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，與所有可能出現的中，每一種能夠傳播的模傳送能量時，與所有可能出現的其他模式無關。這個結論稱為功率的正交性。其他模式無關。這個結論稱為功率的正交性。 奇耦禁戒奇耦禁戒 對于偶對稱的激勵，只能激勵出偶對稱的的模式，對于奇對于偶對稱的激勵，只能激勵出偶對稱的的模式，對于奇對稱（反對稱）的激勵，只能激勵出奇對稱的模式對稱（反對稱）的激勵，只能激勵出奇對稱的模式。 u 4.7 4.7

40、 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流 常見的激勵和耦合方式常見的激勵和耦合方式l 激勵方式的分類激勵方式的分類 按物理方式分類按物理方式分類電場激勵電場激勵磁場激勵磁場激勵電流激勵電流激勵l 波導中主要的激勵裝置波導中主要的激勵裝置 探針激勵探針激勵 環激勵環激勵 孔激勵孔激勵 電子流激勵電子流激勵 波形轉換波形轉換u 4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流 常見的激勵和耦合方式常見的激勵和耦合方式u 4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流 波導中的面電流片波導中的面電流片u 4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流l 4.7.1 4.

41、7.1 只激勵一個波導模式的電流片只激勵一個波導模式的電流片 激勵單個激勵單個TETEmnmn模式的電流源模式的電流源 激勵單個激勵單個TMTMmnmn模式的電流源模式的電流源)105. 4(cossin2sincos2ybnxamamAyybnxambnAxJmnmnTEs)110. 4(cossin2sincos2ybnxambnByybnxamamBxJmnmnTMsu 4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流 激勵單個激勵單個TETEmnmn模式的磁流源模式的磁流源 激勵單個激勵單個TMTMmnmn模式的磁流源模式的磁流源)113. 4(sincos2cossin2yb

42、nxambnAZyybnxamamAZxMmnTEmnTETEmn)114. 4(sincos2cossin2ybnxamamByybnxambnBxMmnmnTMmnu 4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流 證明舉例證明舉例l TETEmnmn模式的電流激勵模式的電流激勵 正向和反向傳播正向和反向傳播TEmnTEmn模的橫向場為模的橫向場為)106. 4(sincos)106. 4(cossin)106. 4(cossin)106. 4(sincosdeybnxamAbnEceybnxamAamHbeybnxamAamZEaeybnxamAbnZEzjmnxzjmnxzj

43、mnTEyzjmnTEx4.7 4.7 波導的激勵波導的激勵電流和磁流電流和磁流 證明舉例（證明舉例（TETEmnmn模式的電流激勵）模式的電流激勵） 設電流片位于設電流片位于z=0z=0的參考面，則在的參考面，則在z=0z=0處有處有由（由（4.107a)4.107a)式得到式得到又由又由(4.107b)(4.107b)得到得到l 即即)107. 4()107. 4(bJHHzaEEstt)108. 4(mnmnAAyyxxsHHxHHyJybnxamamAyybnxambnAxJmnmnTEscossin2sincos2u 4.7.2 4.7.2 任意電流源或磁流源的模式激任意電流源或磁流源的