电磁场与微波技术 ch6微波网络基础

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1、电磁场与微波技术Chapter6微波网络基础电磁场与微波技术按照与网络所连接的传输线的数目：单端口网络四端口网络三端口网络二端口网络电磁场与微波技术研究方法：（1）电磁场理论的方法Maxwell方程组＋边界条件特点：严格，普遍适用，仅对少数具有规则边界和均匀介质填充的问题才可严格求解，对于大量具有不均匀性存在的微波元件等实际系统，由于其边界条件或介质填充情况的复杂使之实际上不能解析求出其场解。利用计算机求数值解：FDTD、FEM、MOM、变分法、微扰法等。（2）电路理论的方法把微波系统等效为网络，电磁场问题化为电路问题，利用电路理论求解各端口间信号的相对关系特点：近似的，它采用网络参量

2、来描述网络的特性，仅能得出系统的外部特性，不能得出系统内部区域的电磁场分布。计算简便，易于测量。“场”和“路”的分析方法是两种相互联系、相辅相成的方法。电磁场与微波技术导波系统等效为双线传输线§6.1导波系统的等效传输线等效原则：微波传输线中的传输功率与等效双线中的传输功率相等的原则引入等效电压和等效电流通过微波传输线的功率：微波传输线中的传输功率仅与电磁场的横向分量有关。定义：微波均匀传输线中的等效电压V和等效电流I分别与它的横向电场和横向磁场成正比电磁场与微波技术et(u,v)和ht(u,v)表示工作模式的电磁场在传输线横截面上的分布，称为矢量模式函数。U(z),I(z)表示导行波

3、在轴向的传输情况，分别称为导波系统中的模式电压和模式电流。矢量模式函数的归一化条件任何导波系统都可以等效为双线传输线电磁场与微波技术不能唯一确定U和I特性阻抗--在同轴线等无色散的传输线中，唯一确定。--在波导这类色散波传输线中，特性阻抗不能单值定义。在处理相同截面波导的连接问题时，采用波导的波阻抗作为特性阻抗；在处理不同截面波导的连接问题时，则采用波导的等效阻抗作为特性阻抗。微波传输线中定义的等效电压和等效电流须满足以下三个条件：归一化阻抗唯一确定U，I归一化参量电磁场与微波技术归一化电压和归一化电流：归一化入射波：归一化反射波：归一化参量不再具有电路中原来的电压和电流的意义，也不再

4、具有电压和电流的量纲，它们量纲相同。电磁场与微波技术入射波功率和反射波功率：传输的有功功率：§6.2微波元件的等效网络微波网络参考面的选择参考面的位置尽量远离元件的不连续点，这样在参考面上可以忽略元件不连续点带来的电磁反射参考面必须与传输方向垂直，这样参考面上的电压和电流有明确的意义电磁场与微波技术除上述限制外，参考面位置的选择任意。参考面一经选定，网络参量确定，如果改变参考面，网络参量也跟着改变。单模传输时，微波网络的外接传输线的路数＝参考面的数目。电磁场与微波技术微波元件等效为微波网络唯一性定理和叠加原理唯一性原理：在一个封闭区域的边界上，切向电场或切向磁场如果是确定的，那么区域内

5、的电磁场也就被唯一地确定。由于不连续性区域的边界是由导体及网络参考面构成的，参考面上的模式电压和模式电流是正比于横向电场和横向磁场的幅度函数。如果网络参考面上的电压和电流确定了，则网络内的电磁场就唯一地确定。叠加原理对于线性微波网络，Maxwell方程是一组线性方程，各场强之间是线性关系。从而，各参考面上的模式电压和模式电流也是线性关系，可用一组线性方程来表示，其方程中的系数就是网络参量。电磁场与微波技术阻抗参量阻抗矩阵导纳参量导纳矩阵电磁场与微波技术微波网络的特性单端口网络，上述三式相等电磁场与微波技术如果网络有耗，PL>0，则R>0，G>0。如果网络无耗，PL=0，则R=0，G=0

6、，Z和Y是纯虚数。如果网络内部储存的平均磁能等于平均电能，即Wm=We，则X=0，B=0，表示网络内部发生谐振。如果网络内部储存的平均磁能大于平均电能，即Wm>We，则网络参考面上的阻抗呈感性；如果网络内部储存的平均磁能小于平均电能，即Wm

7、网络的分类线性与非线性网络：可逆与不可逆网络：（1）线性：当微波系统内部的媒质是线性的，即媒质的ε、μ、σ与所加的电磁场强度无关时，则该网络的特性参量就与场强无关，这种具有线性媒质的微波系统所构成的网络称为微波线性网络。（2）非线性：具有非线性媒质的微波系统所构成的网络。（1）可逆（互易）：当微波系统内部的媒质是可逆的，即媒质的ε、μ、σ与电磁波的传输方向无关时，则该网络的特性可逆，这种具有可逆媒质的微波系统所构成的网络称为可逆网络或互易网络（