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1、微波网络 Microwave Network,褚 庆 昕 西安电子科技大学电子工程学院,课程内容 Content,微波网络 第一讲 褚庆昕,2,Xidian University,课程要求 Requirement,学 时：22讲，2学时/每讲，2学时/考试。 作 业：1次/每周，全班人数*1/3。 成 绩：作业+考试。 目 标：掌握网络分析与设计的基本概念和方法； 掌握基本元件的特性与定性分析； 掌握无源器件的工作原理与分析方法； 了解无源器件的综合设计过程。,微波网络 第一讲 褚庆昕,3,Xidian University,参考书 References,1 吴万春、梁昌洪，“微波网络及其应用
2、”，国防工业 出版社，1980年。 2 顾瑞龙、沈民谊，“微波技术与天线”，国防工业出 版社，1980 年。 3 廖承恩，“微波技术基础”，西安电子科技大学出版 社，1994年。 3 R.E.Collin、(吕继尧译)，“微波工程基础”，人民邮 电出版社，1981年。,微波网络 第一讲 褚庆昕,4,Xidian University,第 1 讲 引 言 Introduction,1.1 微波系统与网络 1.2 传输线的处理 1.3 不连续性的处理 1.4 网络应用,微波网络 第一讲 褚庆昕,5,Xidian University,1.1 微波系统与网络（1）,系统组成：微波传输线+微波元器件
3、系统作用：产生、转换和传输微波 信号和功率。 传输线：无反射地传输电磁波的装置。 元器件：完成某种微波功能的装置。,微波网络 第一讲 褚庆昕,6,Xidian University,微波雷达系统 Radar System,1-发射机； 2-隔离器； 3-天线转换开关； 4-馈线波导； 5-旋转关节； 6-辐射器； 7-天线反射器； 8-混频器； 9-可变衰减器； 10-本地振荡器； 11-前中放大器。,微波网络 第一讲 褚庆昕,7,Xidian University,微波通信系统 Communication System,微波网络 第一讲 褚庆昕,8,Xidian University,微波测
4、试系统 Test System,1,1,1,1-小功率振荡器； 2-固定衰减器； 3-定向耦合器； 4-波长计； 5-可变衰减器； 6-定向耦合器； 7-功率指示器； 8-测量线； 9-被测元件。,1,2,3,5,6,8,9,4,7,微波网络 第一讲 褚庆昕,9,Xidian University,1.1 微波系统与网络（2）,1,微波系统的组成部分： 无反射地传输微波信号和功率的装置，称为微波传输 线；（微波技术基础课程） 完成微波信号和功率的分配、控制和滤波等功能的装置，没有进行微波能量与其他能量（如直流）的转换，常称为微波元件，或微波无源器件；（本课程） 产生、放大、变换微波信号和功率的
5、装置，一般要将微波能量与其他能量进行转换，常称为微波有源器件。（微波器件与电路或微波电子线路课程）,微波网络 第一讲 褚庆昕,10,Xidian University,1.1 微波系统与网络（3）,微波元件的分析与设计就其本质而言是电磁场问题，所以最基本的方法就是求解电磁场方程。但是，在整体元件范围内求解电磁场方程是非常复杂的，难以工程应用。为此，发展了微波网络方法。,微波网络 第一讲 褚庆昕,11,Xidian University,微波元件框图,任何微波元件都可以看作是由若干传输线和不连续性区域构成的.,微波网络 第一讲 褚庆昕,12,Xidian University,1.1 微波系统与
6、网络（4）,网络方法将微波元件分解成由传输线和不连续性组成的微波电路。 传输线可以用特征参数表征。不连续性可以用网络参量关系表征。 微波元件等效为由传输线和不连续性网络构成的电路，用电路理论分析和设计。 网络方法 “化繁为简”、“各个击破”。把复杂的三维电磁场问题变为一维电路问题,微波网络 第一讲 褚庆昕,13,Xidian University,1.2 传输线的处理（1）,各种各样的传输线尽管横截面的构成各不相同，传输的模式也不一样，但有一个特点是共同的，即横截面沿纵向分布是不变的； 传输线问题可以分解为横向问题和纵向问题。,z,x,y,微波网络 第一讲 褚庆昕,14,Xidian Univ
7、ersity,1.2 传输线的处理（2）,设 为电场或磁场的某一分量，在频域满足 令 则,微波网络 第一讲 褚庆昕,15,Xidian University,1.2 传输线的处理（3）,于是 横向问题 纵向问题 横向问题为二维波动方程，纵向问题解为,微波网络 第一讲 褚庆昕,16,Xidian University,1.2 传输线的处理（4）,不同的传输线横向问题是不一样的（边界条件不同），因而求解方法也不尽相同。但纵向问题的解的形式却是一样的。横截面构成以及传输模式的不同，仅仅造成纵向问题参数（如传播常数、特性阻抗等）的不同。 纵向实际上是微波信号和功率的传输方向，所以，当研究传输问题时，各
8、种传输线可以等效为一种统一的电路形式双线。,微波网络 第一讲 褚庆昕,17,Xidian University,传输线等效电路,微波网络 第一讲 褚庆昕,18,Xidian University,1.3 不连续性的处理（1）,当波从一传输线入射到一不连续性区域时，一部分反射回传输线，其余部分通过不连续性区域传输到其他传输线，同时在不连续性区域激发出高次模，这些高次模在传输线中为截止波，所以很快衰减掉。这样在不连续性附近就形成了一个能量存储区，相当于电抗元件。 以网络的观点，不连续性区域可以看作连接传输线的网络。在传输线上适当的选取参考面T，不连续性区域可以等效为一多端口网络。,微波网络 第一讲
9、 褚庆昕,19,Xidian University,不连续性区域等效网络,微波网络 第一讲 褚庆昕,20,Xidian University,1.3 不连续性的处理（2）,参考面的选取有一定的任意性，但选定之后便不能再随意改变。因为不同的参考面对应的等效网络是不一样的。这是由于传输线中波的波动性造成的。选取参考面的原则是： （1）参考面应离不连续性足够远，以使不连续性引起的高次截止模在参考面上消失掉； （2）参考面必须与参考方向垂直，以使场的横向分量落在参考面上。,微波网络 第一讲 褚庆昕,21,Xidian University,1.3 不连续性的处理（4）,网络的思想 “黑箱思想”。 不管
10、不连续性区域内部的构成怎样，统一的看成一个“黑箱”。通过“黑箱”各端口上激励与响应之间的关系表征“黑箱”的特性，对于线性网络，这种关系可以用参量矩阵表示。 确定网络参量的方法： （1）场方法 （2）测量方法,微波网络 第一讲 褚庆昕,22,Xidian University,1.4 网络应用（1）,利用网络思想可以方便地研究微波元件。 参考面一定要选在传输线中高次截止模完全消失的地方。否则，不仅网络参量关系描述不正确，还可能会遗漏不连续性间的耦合。,N1,N2,微波网络 第一讲 褚庆昕,23,Xidian University,1.4 网络应用（2）,微波网络研究的问题包括两个方面： 网络分析
11、 给定电路的结构，分析其网络参量及各种工作特性； 网络综合 根据所给的工作特性要求，以最佳条件设计出合乎要求的电路结构。 网络分析问题是“单值”的，即给定电路后，“特性”也就唯一确定了。而综合问题往往是“多值”的，在同一最佳条件下可以设计出许多满足要求的电路结构。,微波网络 第一讲 褚庆昕,24,Xidian University,1.4 网络应用（3）,微波网络又分为 线性网络、非线性网络、 无源网络、有源网络。 本课程只讨论线性无源网络。,微波网络 第一讲 褚庆昕,25,Xidian University,习 题 1,1.1 证明当频率因子为 时 和 分 别代表沿+z 方向和-z方向传输的波。 1.2 试说明微波网络与低频网络的不同之处。,微波网络 第一讲 褚庆昕,26,Xidian University,
