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1、Chap.7微波网络基础§7－1引言¾微波系统的研究方法•场分析为基础，用路的分析方法将复杂微波系统等效为微波网络o将均匀波导（传输线）等效为双导线传输线o微波元件等效为网络¾微波网络的分析与综合•网络分析：已知网络结构，分析网络的外特性•网络综合：根据系统预定的工作特性指标，进行网络结构的设计§7－1引言¾端口与参考面∑微波元件通常由不均匀区域（微波结）和n条均匀波导构成，这些传输线将元件与系统沟通，又为电磁波进出不均匀区提供接口通路，称之为端口；每个端口由两个端子构成。o单模：微波元件的电气端口与几何端口数n相等，no多模：电气端口数为各端口传输波型的总和,n×m∑参考面（端
2、口面）的选择：o应远离不均匀区，参考面上只需考虑主模的入射波和反射波o各参考面T、T、…，T将复杂的微波元件分成两部分：12n°各参考面所包围的不均匀区域°参考面外的均匀传输线；§7－1引言¾微波网络的特点∑微波网络形式与传输模式有关o微波等效电路及其参量是对于单一工作模式而言的；o多模传输时，等效为一个N×m的多端口网络，各端口传输线为单模传输线；∑微波网络形式与参考面的选取有关o∑微波网络的等效电路及其参量只适用于一个窄频带∑端口参考面上的等效电压和电流是不唯一的。§7－1引言¾为了将微波元件等效为微波网络，需解决如下三个问题：∑确定微波元件的参考面∑由横向电磁场定义等效电压
3、（即模式电压）、等效电流和等效阻抗，以便将均匀传输线等效为双线传输线∑确定一组网络参数，建立网络方程，以便将不均匀区域等效为网络§7-2波导等效为双线、不均匀性等效为网络一、模式电压和模式电流∑一定条件下,可将波导中电场的横向分量等效为模式电压，磁场的横向分量等效为模式电流。∑在广义正交（柱）坐标系（u,v,z)中：vvvvE()u,v,z=U(z)e(u,v)(),Hu,v,z=I(z)h(u,v)tttt°U(z)和I(z)仅与z有关，表示波沿波导轴向的传输规律−jβz⎧⎪U(z)=Ume→模式电压⎨()−jβz⎪Iz=Ie→模式电流⎩m°e和h称为模式矢量函数，tt仅与横向
4、坐标(u,v)有关，表示电磁场在波导横截面上分布规律°模式电压和电流不唯一,不能直接作为与波导相等效的双线传输线的电压和电流；vvvvE(u,v,z)=∑U(z)e(u,v)H(u,v,z)=∑I(z)h(u,v)∑多模波导tntntntnnn§7-2波导等效为双线、不均匀性等效为网络二、波导等效为双线传输线∑假设:1）模式电压和模式电流分别与横向电场和横向磁场成正比2）波导的传输功率与等效双线的传输功率相等3）波导的波型阻抗与等效双线的特性阻抗相等，∑则由此导出的模式电压和模式电流的值是确定的，满足传输线方程，可以作为等效双线的等效电压和等效电流。Ue=U(z),Ie=I(z)
5、∑等效双线的特性阻抗Zc为波导的波型阻抗Zw§7-2波导等效为双线、不均匀性等效为网络——二、波导等效为双线传输线(一）功率相等条件:波导的传输功率Pw与等效双线的传输功率Pe相等1(*)1∫(vv*)v使P=P,则P=ReUI=P=ReE×H⋅adseweeewttz22s*∫(vv*)v即：UI=E×H⋅adseesttzvv⎧⎪Et(u,v,z)=U(z)et(u,v)⎨vv()*()∫[v()v()]v⎪⎩Ht()(u,v,z=Iz)ht()u,v=UzIzeu,v×hu,v⋅adsttzs若模式电压和模式电流就是等效双线传输线的等效电压和等效电流即：U=U(z),I=I
6、(z)ee模式矢量函数应满足：vvv模式矢量函数的归一化条件∫[]et()u,v×ht(u,v)⋅azds＝1（或称为功率归一化条件)s§7-2波导等效为双线、不均匀性等效为网络——二、波导等效为双线传输线(二）阻抗相等条件：波导的波型阻抗Zw与等效双线的等效特性阻抗Zc相等vvUeEtU(z)et(u,v)•使Z=Z,则Z==Z=v=vewewIeHtI()zht(u,v)•当模式矢量函数满足功率归一化条件时，有U=U(z),I=I(z)eevve(u,v)=h(u,v)tt§7-2波导等效为双线、不均匀性等效为网络——二、波导等效为双线传输线根据上述等效条件(Pe＝Pw,Ze
7、＝Zw)，当已知波导中某模式场的横向分量Et和Ht时，即可求出等效双线的等效电压和电流。°行波状态下，等效双线的传输功率为：21*Ue12P=UI==ZIeeeee22Z2ev⎧Evv*vt⎪U=2PZ=2PZ=[]()E×H⋅adSveeeww∫ttz⎪sH⎪t⎨v⎪H[]()vv*vt⎪Ie=2Pe/Ze=2Pw/Zw=∫Et×Ht⋅azdSvsE⎪⎩t§7-2波导等效为双线、不均匀性等效为网络——二、波导等效为双线传输线例：求出矩形波导TE模的等效电压、等效电流与等效特性阻
