如何建立微波網(wǎng)絡(luò)

1、II. 微波網(wǎng)絡(luò)建模微波網(wǎng)絡(luò)建模西安電子科技大學(xué)，電子工程學(xué)院西安電子科技大學(xué)，電子工程學(xué)院蘇蘇 濤濤 建立微波網(wǎng)絡(luò)：建立微波網(wǎng)絡(luò)： 小網(wǎng)絡(luò)連接；小網(wǎng)絡(luò)連接； 最小的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不能使用網(wǎng)絡(luò)理論求解；最小的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不能使用網(wǎng)絡(luò)理論求解； 實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)； 場(chǎng)分析；場(chǎng)分析； 建立微波網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)問題有清楚地認(rèn)識(shí)建立微波網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)問題有清楚地認(rèn)識(shí)，需要注意波網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。，需要注意波網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。II. 微波網(wǎng)絡(luò)建模微波網(wǎng)絡(luò)建模一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（A參數(shù)和參數(shù)和S參數(shù)）參數(shù)）二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)四、微波網(wǎng)絡(luò)建模四、微波網(wǎng)絡(luò)建模II. 微波網(wǎng)絡(luò)建模微

2、波網(wǎng)絡(luò)建模一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（A參數(shù)和參數(shù)和S參數(shù)）參數(shù)）二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)四、微波網(wǎng)絡(luò)建模四、微波網(wǎng)絡(luò)建模定義定義AAi1i2u1u2222221121111iuAAAAiu u,i 參量；參量； 方向非對(duì)稱定義；方向非對(duì)稱定義； 按端口組合按端口組合參數(shù)參數(shù)含義含義021112iuuA開口開路時(shí)的電壓比，轉(zhuǎn)移電壓比開口開路時(shí)的電壓比，轉(zhuǎn)移電壓比無(wú)量綱無(wú)量綱021122iuiA開口開路時(shí)的導(dǎo)納，轉(zhuǎn)移導(dǎo)納開口開路時(shí)的導(dǎo)納，轉(zhuǎn)移導(dǎo)納導(dǎo)納量綱導(dǎo)納量綱021212uiuA開口短路時(shí)的阻抗，轉(zhuǎn)移阻抗開口短路時(shí)的阻抗，轉(zhuǎn)移阻抗阻抗量綱阻抗量綱

3、021222uiiA開口短路時(shí)的電流比，轉(zhuǎn)移電流比開口短路時(shí)的電流比，轉(zhuǎn)移電流比無(wú)量綱無(wú)量綱性質(zhì)性質(zhì)對(duì)稱對(duì)稱2211AA 互易互易 1detA無(wú)耗無(wú)耗2211,AA實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)2112,AA純虛數(shù)純虛數(shù)定理定理AALZinZ22211211AZAAZAZLLin阻抗變換阻抗變換AA1 1 AA2 2 AAn n AA niiAA1級(jí)聯(lián)定理級(jí)聯(lián)定理常用常用傳輸傳輸矩陣矩陣Z Z101Z串聯(lián)電感串聯(lián)電感并聯(lián)電容并聯(lián)電容Y Y101YZ Z0 0cossin1sincos00ZjjZ傳輸線傳輸線定義定義AAi1i2u1u2222221121111iuAAAAiu u,i 參量；參量； 方向非對(duì)稱定義；方

4、向非對(duì)稱定義； 按端口組合按端口組合1 12 2i in n SnnnnnnnnaaaSSSSSSSSSbbb2121222211121121 a,b 波參量；波參量； 方向?qū)ΨQ定義；方向?qū)ΨQ定義； 按參量性質(zhì)組合按參量性質(zhì)組合參數(shù)含義參數(shù)含義021112iuuA開路轉(zhuǎn)移電壓比開路轉(zhuǎn)移電壓比021122iuiA開路轉(zhuǎn)移導(dǎo)納開路轉(zhuǎn)移導(dǎo)納021212uiuA短路轉(zhuǎn)移阻抗短路轉(zhuǎn)移阻抗021222uiiA短路轉(zhuǎn)移電流比短路轉(zhuǎn)移電流比011112aabS端口匹配時(shí)，端口匹配時(shí)，端口自反射系數(shù)端口自反射系數(shù)021121aabS端口匹配時(shí)，端口匹配時(shí)，傳輸傳輸012212aabS端口匹配時(shí)，端口匹配時(shí)，傳輸

5、傳輸022221aabS端口匹配時(shí)，端口匹配時(shí)，端口自反射系數(shù)端口自反射系數(shù)性質(zhì)性質(zhì)對(duì)稱對(duì)稱互易互易 1detA無(wú)耗無(wú)耗實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)2112,AA純虛數(shù)純虛數(shù)2211AA 2211,AA2211SS 2112SS ISS定理定理AALZinZ22211211AZAAZAZLLin阻抗變換阻抗變換反射系數(shù)變換反射系數(shù)變換SSLinLLLinSSS2221121定理定理AA1 1 AA2 2 AAn n AA niiAA1級(jí)聯(lián)定理級(jí)聯(lián)定理無(wú)耗雙端口網(wǎng)絡(luò)無(wú)耗雙端口網(wǎng)絡(luò) 2211211221122211SSSS無(wú)耗雙端口無(wú)耗雙端口SS定理定理二端口無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)匹配定理二端口無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)匹配定理三端口無(wú)耗互易網(wǎng)絡(luò)，

6、三端口不能同時(shí)匹配；三端口無(wú)耗互易網(wǎng)絡(luò)，三端口不能同時(shí)匹配；四端口網(wǎng)絡(luò)，耦合隔離匹配的關(guān)系；四端口網(wǎng)絡(luò)，耦合隔離匹配的關(guān)系；*22LS注：參數(shù)是波參數(shù)，直指波的傳輸和反射。注：參數(shù)是波參數(shù)，直指波的傳輸和反射。II. 微波網(wǎng)絡(luò)建模微波網(wǎng)絡(luò)建模一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（A參數(shù)和參數(shù)和S參數(shù)）參數(shù)）二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)四、微波網(wǎng)絡(luò)建模四、微波網(wǎng)絡(luò)建模 例例1 一同軸傳輸線，其在頻率一同軸傳輸線，其在頻率 f0 下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為：為： 00jjees求其工作于求其工作于 2f0 時(shí)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。時(shí)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。解：同軸線工作模式解：同軸線工作模

7、式TEM（沒有特別說明，應(yīng)該（沒有特別說明，應(yīng)該是該模式），理想傳輸線對(duì)相位延遲是該模式），理想傳輸線對(duì)相位延遲TEM模，波導(dǎo)波長(zhǎng)等于自由空間的波長(zhǎng)，波速等模，波導(dǎo)波長(zhǎng)等于自由空間的波長(zhǎng)，波速等于自由空間的波速；于自由空間的波速；頻率頻率 2f0 時(shí)，波導(dǎo)波長(zhǎng)僅為原來(lái)的時(shí)，波導(dǎo)波長(zhǎng)僅為原來(lái)的1/2，相移是原，相移是原來(lái)的來(lái)的2倍，則網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為倍，則網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為 0022jjees討論：討論： 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)基于物理本質(zhì)；網(wǎng)絡(luò)參數(shù)基于物理本質(zhì)； 波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)頻率相關(guān)性；波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)頻率相關(guān)性； 例例2 矩形波導(dǎo)傳輸線，其在頻率矩形波導(dǎo)傳輸線，其在頻率 f0 下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為：為： 00jjees求其工

8、作于求其工作于 2f0 時(shí)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。時(shí)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。例例1和例和例2有何區(qū)別？有何區(qū)別？解：矩形波導(dǎo)默認(rèn)傳輸模式解：矩形波導(dǎo)默認(rèn)傳輸模式TE10，其波導(dǎo)波長(zhǎng)和，其波導(dǎo)波長(zhǎng)和自由空間的波長(zhǎng)是不同的，自由空間的波長(zhǎng)是不同的，21cg自由空間波長(zhǎng)自由空間波長(zhǎng)TE10截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng)頻率頻率 f0 下：下：21cglklg2頻率頻率 2f0 下：自由空間的波長(zhǎng)為過去的一半下：自由空間的波長(zhǎng)為過去的一半2212cglg2gg221122ccgg注：時(shí)延并不是過去的注：時(shí)延并不是過去的2倍。倍。討論：討論： 波參數(shù)模式特性相關(guān)；波參數(shù)模式特性相關(guān)； 不同的模式有不同的物理特性，要明確不同的模式有不同的物理

9、特性，要明確“發(fā)生發(fā)生了什么了什么”； 傳輸線特性由場(chǎng)分析得到的；傳輸線特性由場(chǎng)分析得到的； 矩形波導(dǎo)是色散傳輸線，不同頻率的波速度不矩形波導(dǎo)是色散傳輸線，不同頻率的波速度不同；同；ba 00jjeesTE10 模的散射矩陣如下，寫出其傳輸模的散射矩陣如下，寫出其傳輸TE20 模時(shí)的模時(shí)的散射矩陣。散射矩陣。 例例3 一段矩形波導(dǎo)，尺寸一段矩形波導(dǎo)，尺寸解：矩形波導(dǎo)中，不同模式波導(dǎo)波長(zhǎng)不同，解：矩形波導(dǎo)中，不同模式波導(dǎo)波長(zhǎng)不同，21021agTE2201agTE222222201042121aaaagTEgTElklg2討論：討論： 波網(wǎng)絡(luò)是模型相關(guān)的；波網(wǎng)絡(luò)是模型相關(guān)的； 例例4 寫出下面網(wǎng)

10、絡(luò)的寫出下面網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)，參數(shù)，22211211ssss注：參考面移動(dòng)注：參考面移動(dòng)解解1：上標(biāo)表示網(wǎng)絡(luò)，：上標(biāo)表示網(wǎng)絡(luò)，1211121100aaeebbjj2221222112112221aassssbb3231323100aaeebbjj連接條件：連接條件：2112ba 2112ab 3122ba 3122ab 32113211,aabb求：求： 的關(guān)系的關(guān)系32112222212122113211aaesesesesbbjjjj解解2：根據(jù)：根據(jù)S參數(shù)定義參數(shù)定義 22211211ssssS11是是2端口匹配，端口匹配，1端口的自反射系數(shù)；端口的自反射系數(shù)；S21是是2端口匹配，端口匹配

11、，1端口到端口到2端口的傳輸系數(shù)；端口的傳輸系數(shù)；網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱，互易；網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱，互易；011S211jeS討論：討論： 微波網(wǎng)絡(luò)是參考面相關(guān)的；微波網(wǎng)絡(luò)是參考面相關(guān)的； 傳輸線是網(wǎng)絡(luò)；傳輸線是網(wǎng)絡(luò)； 網(wǎng)絡(luò)連接，即參量約束關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)連接，即參量約束關(guān)系；II. 微波網(wǎng)絡(luò)建模微波網(wǎng)絡(luò)建模一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（A參數(shù)和參數(shù)和S參數(shù)）參數(shù)）二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)四、微波網(wǎng)絡(luò)建模四、微波網(wǎng)絡(luò)建模波導(dǎo)中，膜片、拐角或者其它不連續(xù)性，等效網(wǎng)絡(luò)參數(shù)波導(dǎo)中，膜片、拐角或者其它不連續(xù)性，等效網(wǎng)絡(luò)參數(shù)首先，要明確發(fā)生了什么，知道物理本質(zhì)。首先，要明確發(fā)生了什么，知

12、道物理本質(zhì)。前提：前提： 此時(shí)求解的是傳輸模式網(wǎng)絡(luò)，即此時(shí)求解的是傳輸模式網(wǎng)絡(luò)，即TE10模式；模式； 高次模是截止模式，凋落模式；高次模是截止模式，凋落模式； 問題說明不連續(xù)性對(duì)傳輸模式的影響；問題說明不連續(xù)性對(duì)傳輸模式的影響；1、此處的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是、此處的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是TE10模式的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即模式的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即TE10模式工作，不連續(xù)性處對(duì)模式工作，不連續(xù)性處對(duì)TE10波傳輸有影響；波傳輸有影響；2、在不連續(xù)性處場(chǎng)分布發(fā)生了變化，形成了能量渦、在不連續(xù)性處場(chǎng)分布發(fā)生了變化，形成了能量渦流；流；該復(fù)雜的場(chǎng)分布可以使用波導(dǎo)模式展開表示，該復(fù)雜的場(chǎng)分布可以使用波導(dǎo)模式展開表示，即產(chǎn)生了高次模；即產(chǎn)生

13、了高次模；3、高次模是凋落模式，是局部的，無(wú)耗情況下其對(duì)、高次模是凋落模式，是局部的，無(wú)耗情況下其對(duì)傳輸模式的影響僅僅是相位延遲，相當(dāng)于傳輸模式的影響僅僅是相位延遲，相當(dāng)于純電抗作純電抗作用用；jB不均性中高次模對(duì)于主模相當(dāng)于不均性中高次模對(duì)于主模相當(dāng)于jB討論：討論： 不連續(xù)性處的場(chǎng)為什么可以用波導(dǎo)本征模展開？不連續(xù)性處的場(chǎng)為什么可以用波導(dǎo)本征模展開？ 波導(dǎo)本征模是正交的，沒有能量交換；傳輸模激波導(dǎo)本征模是正交的，沒有能量交換；傳輸模激勵(lì)，為什么在不連續(xù)性處出現(xiàn)了高次模？勵(lì)，為什么在不連續(xù)性處出現(xiàn)了高次模？ 不連續(xù)性表示成網(wǎng)絡(luò)，微波系統(tǒng)就是傳輸線網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)性表示成網(wǎng)絡(luò)，微波系統(tǒng)就是傳輸線網(wǎng)絡(luò)

14、和不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)的連接；和不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)的連接； 高次模作用是局部的，實(shí)測(cè)不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)參數(shù)高次模作用是局部的，實(shí)測(cè)不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，顯然要離開不連續(xù)性處時(shí)，顯然要離開不連續(xù)性處“足夠遠(yuǎn)足夠遠(yuǎn)”，測(cè)試輸入，測(cè)試輸入和輸出端口和輸出端口TE10模式的場(chǎng)，得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；模式的場(chǎng)，得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；那么建模時(shí)，兩側(cè)的距離多少合適呢？怎樣統(tǒng)一？那么建模時(shí)，兩側(cè)的距離多少合適呢？怎樣統(tǒng)一？ 認(rèn)為不連續(xù)性處的電抗作用，就發(fā)生在不連續(xù)認(rèn)為不連續(xù)性處的電抗作用，就發(fā)生在不連續(xù)面上，就可以避免兩側(cè)傳輸線長(zhǎng)度的問題，也是參面上，就可以避免兩側(cè)傳輸線長(zhǎng)度的問題，也是參考面移動(dòng)，選擇了最合適的網(wǎng)絡(luò)參考面；考面移動(dòng)，選擇了最合

15、適的網(wǎng)絡(luò)參考面；jB22211211ssssII. 微波網(wǎng)絡(luò)建模微波網(wǎng)絡(luò)建模一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（一、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（A參數(shù)和參數(shù)和S參數(shù)）參數(shù)）二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)二、傳輸線網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)三、傳輸線不連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)四、微波網(wǎng)絡(luò)建模四、微波網(wǎng)絡(luò)建模波導(dǎo)濾波器的網(wǎng)絡(luò)分析：波導(dǎo)濾波器的網(wǎng)絡(luò)分析： 波導(dǎo)濾波器可以由一系列波導(dǎo)段和膜片組成，波導(dǎo)濾波器可以由一系列波導(dǎo)段和膜片組成，如下圖：如下圖：膜片網(wǎng)絡(luò)；膜片網(wǎng)絡(luò)；傳輸線網(wǎng)絡(luò)；傳輸線網(wǎng)絡(luò)；濾波器的網(wǎng)絡(luò)就是兩者的級(jí)聯(lián)；濾波器的網(wǎng)絡(luò)就是兩者的級(jí)聯(lián)；每個(gè)膜片都是獨(dú)立的，是一致的網(wǎng)絡(luò)模型；每個(gè)膜片都是獨(dú)立的，是一致的網(wǎng)絡(luò)模型；極化器網(wǎng)絡(luò)模型：極化器網(wǎng)絡(luò)模型：此時(shí)，不能把極化器看作模片網(wǎng)絡(luò)和傳輸線網(wǎng)絡(luò)的級(jí)此時(shí)，不能把極化器看作模片網(wǎng)絡(luò)和傳輸線網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)；聯(lián)； 波導(dǎo)濾波器中，各個(gè)膜片間隔約二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)波導(dǎo)濾波器中，各個(gè)膜片間隔約二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)，每個(gè)膜片的電抗作用模型相同；，每個(gè)膜片的電抗作用模型相同；TE10輸入輸出，高輸入輸出，高次模凋落；次模凋落； 極化器中，各個(gè)膜片間隔較近，高次模沒有消失；極化器中，各個(gè)膜片間隔較近，高次模沒有消失；下一個(gè)膜片可以看作在多個(gè)模式的激勵(lì)之下；下一個(gè)膜片可以看作在多個(gè)模式的激勵(lì)之下； 或者說，波導(dǎo)濾波器中，膜片網(wǎng)絡(luò)參數(shù)在濾波器或者說，波導(dǎo)濾波器中，膜片