最新微波课件512345PPT课件

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1、微波课件微波课件5-123455-12345第第 5 章微波网络基础章微波网络基础5.1概论概论按照网络的特性是否有耗划分按照网络的特性是否有耗划分有耗有耗网络网络无耗无耗网络网络按照网络的特性是否对称划分按照网络的特性是否对称划分对称对称网络网络非对称非对称网络网络按照网络的特性是否可逆划分按照网络的特性是否可逆划分可逆（互易）可逆（互易）网络网络不可逆（非互易）不可逆（非互易）网络网络第第 5 章微波网络基础章微波网络基础5.2 微波传输线和平行双线的等效微波传输线和平行双线的等效 1、微波传输线中的等效电压和等效电流、微波传输线中的等效电压和等效电流在在平平行行双双线线传传输输线线中中，

2、基基本本参参量量是是电电压压和和电电流流，它它们具有明确的物理意义，而且可进行直接测量。们具有明确的物理意义，而且可进行直接测量。 在在微微波波传传输输线线中中，分分布布参参数数效效应应显显著著，传传输输线线横横截截面面上的电压和电流已无明确的物理意义，不能测量上的电压和电流已无明确的物理意义，不能测量。欲欲将将微微波波传传输输线线与与平平行行双双线线传传输输线线进进行行等等效效，必必须须在在微波传输线中引入微波传输线中引入等效电压等效电压和和等效电流等效电流的概念。的概念。 在微波系统中，功率是可以直接测量的基本参量之一。在微波系统中，功率是可以直接测量的基本参量之一。 可可以以根根据据微微

3、波波传传输输线线与与等等效效平平行行双双线线传传输输线线传传输输功功率相等的原则来引入等效电压和等效电流。率相等的原则来引入等效电压和等效电流。 由波印亭定理可知，通过微波传输线的复功率为由波印亭定理可知，通过微波传输线的复功率为 微微波波传传输输线线中中的的纵纵向向传传输输功功率率仅仅与与电电场场和和磁磁场场的的横横向分矢量有关，而与它们的纵向分矢量无关。向分矢量有关，而与它们的纵向分矢量无关。在平行双线传输线中，通过传输线的复功率为在平行双线传输线中，通过传输线的复功率为 ET = iEx + jEy，HT = iHx + jHy ET = e E + e E ，HT = e H + e

4、H ET = iEx + jEy，HT = iHx + jHy ET = e E + e E ，HT = e H + e H 微微波波传传输输线线中中横横向向电电、磁磁场场与与等等效效电电压压 V(z) 和和等等效效电流电流 I(z) 的等效关系为的等效关系为 ET (u, v, z) = e(u, v) V(z)HT (u, v, z) = h(u, v) I(z)电电压压波波型型函函数数e(u, v) 和和电电流流波波型型函函数数h(u, v)： 是是二二维维矢矢量量实实函函数数，它它们们表表示示工工作作模模式式的的场场在在传传输输线线横横截截面面上上的的分布。分布。等效电压等效电压V(z

5、)、等效电流等效电流I(z) ：是一维标量复函数。：是一维标量复函数。ET (u, v, z) = e(u, v) V(z)HT = (u, v, z) = h(u, v) I(z) 在在直直角角坐坐标标系系中中，波波型型函函数数中中的的 (u, v) 代代表表 (x, y)，在圆柱坐标系中，在圆柱坐标系中，(u, v) 代表代表 ( , ) 。 微波传输线的功率表达式可以改写为微波传输线的功率表达式可以改写为 得波型函数满足的关系式为得波型函数满足的关系式为 令微波传输线和平行双线传输功率相等，即令微波传输线和平行双线传输功率相等，即ET (u, v, z) = e(u, v) V(z)HT

6、 (u, v, z) = h(u, v) I(z) 为为了了惟惟一一确确定定等等效效电电压压和和等等效效电电流流，还还需需运运用用阻阻抗抗关系关系。令令传传输输线线上上等等效效电电压压与与等等效效电电流流之之比比等等于于它它所所在在横横截面处的输入阻抗，即截面处的输入阻抗，即 是是该该横横截截面面处处的的电电压压反反射射系系数数，可可以以直直接接测测量量，Z0 是是传输线的特性阻抗。传输线的特性阻抗。由由以以上上四四个个方方程程便便可可以以惟惟一一地地确确定定等等效效电电压压V(z) 和和 等效电流等效电流I(z) 了。了。 2、等效电压、等效电流和阻抗的归一化、等效电压、等效电流和阻抗的归一

7、化实实际际中中，微微波波系系统统的的许许多多特特性性取取决决于于输输入入阻阻抗抗和和特特性阻抗的比值。性阻抗的比值。与与归归一一化化阻阻抗抗对对应应的的等等效效电电压压 v 和和等等效效电电流流 i 分分别别称称为为归归一一化化等等效效电电压压和和归归一一化化等等效效电电流流。它它们们与与非非归归一一化化等等效效电电压压 V、等等效效电电流流 I 的的关关系系应应满满足足功功率率相相等等条条件件及及阻阻抗抗关系，即关系，即 归归一一化化阻阻抗抗：输输入入（等等效效）阻阻抗抗与与所所接接传传输输线线特特性性阻阻抗抗的比值。即的比值。即注注意意：归归一一化化参参量量 v 和和 i 不不具具有有电电

8、压压和和电电流流的的量量纲纲, ,已已经经不不再再具具有有电电路路中中原原来来的的电电压压和和电电流流的的意意义义。归归一一化化电电压压和归一化电流的引入只是为了处理问题的方便。和归一化电流的引入只是为了处理问题的方便。求解上式得求解上式得第第 5 章微波网络基础章微波网络基础5.3微波网络参量微波网络参量微微波波电电路路中中的的不不均均匀匀性性可可等等效效为为微微波波网网络络，并并用用网网络理论来进行分析和设计。络理论来进行分析和设计。 531 网络参考面网络参考面为为了了研研究究微微波波网网络络，首首先先必必须须确确定定微微波波网网络络与与其其相相连连的的等等效效平平行行双双线线传传输输线

9、线的的分分界界面面，即即网网络络参参考考面面，如如图中的图中的 T1 和和 T2 。图图 5.1-1微波系统及其等效电路微波系统及其等效电路 网络参考面位置的选择原则：网络参考面位置的选择原则：(1)(1)参参考考面面必必须须是是微微波波传传输输线线的的横横截截面面，因因为为这这样样参参考考面面上上的的场场为为横横向向场场，从从而而参参考考面面上上的的等等效效电电压压、等等效效电电流流才有确切意义。才有确切意义。(2)(2)对对于于单单模模传传输输线线，参参考考面面通通常常应应选选择择在在高高次次模模可可忽忽略的远离不均匀性的远区略的远离不均匀性的远区。 (3)(3)除除了了上上述述限限制制外

10、外，参参考考面面位位置置的的选选择择是是任任意意的的，可可根据解决问题的方便而定根据解决问题的方便而定。 注注意意：网网络络参参考考面面一一经经选选定定，网网络络的的所所有有参参量量都都是是对对于于这这种种选选定定的的参参考考面面而而定定的的，如如果果改改变变参参考考面面，则则网网络络的的各各参参量也必定跟着一起改变，网络将变成另外一个网络量也必定跟着一起改变，网络将变成另外一个网络。 注注意意：网网络络参参考考面面一一经经选选定定，网网络络的的所所有有参参量量都都是是对对于于这这种种选选定定的的参参考考面面而而定定的的，如如果果改改变变参参考考面面，则则网网络络的的各各参参量也必定跟着一起改

11、变，网络将变成另外一个网络量也必定跟着一起改变，网络将变成另外一个网络。 532 微波网络参量的定义微波网络参量的定义任任何何复复杂杂的的微微波波元元件件都都可可以以用用一一个个网网络络来来代代替替，并并可可用用网网络络端端口口参参考考面面上上两两个个选选定定的的变变量量及及其其相相互互关关系系来来描述特性描述特性。 对于对于 n 端口网络，可用端口网络，可用 n 个方程来描述其特性个方程来描述其特性。 如如果果网网络络是是线线性性的的，则则这这些些方方程程就就是是线线性性方方程程，方方程中的程中的系数系数完全由网络本身确定，称为完全由网络本身确定，称为网络参量网络参量。若若选选定定端端口口参

12、参考考面面上上的的变变量量为为电电压压和和电电流流，就就得得到到 Z 参参量量、Y 参参量量和和 A 参参量量；若若选选定定端端口口参参考考面面上上的的变变量量为入射波电压和反射波电压就得到为入射波电压和反射波电压就得到 s 参量参量和和 t 参量参量。 下面以二端口网络为例逐一介绍下面以二端口网络为例逐一介绍。 1阻抗参量阻抗参量 Z (Z Parameter)图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2( (1) )端口参考面端口参考面 T1 处的电压为处的电压为 V1，电流为，电流为 I1； ( (2) )端口参考面端口参考面 T2 处的电压为处的电

13、压为 V2，电流为，电流为 I2 。阻抗参量是用两个端口电流表示两个端口电压的参量阻抗参量是用两个端口电流表示两个端口电压的参量图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2 V = Z I Z 参量将两端口的电压和电流联系起来。参量将两端口的电压和电流联系起来。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2 T2 面面开路开路( (I2 = 0) )时时T1 面的输入阻抗。面的输入阻抗。 T1 面面开路开路( (I1 = 0) )时时 T2 面的输入阻抗。面的输入阻抗。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网

14、络电压、电流的示意图 V1V2 T1 面面开路开路( (I1 = 0) )时端口时端口( (2) )至端口至端口( (1) )的转移阻抗。的转移阻抗。 T2 面面开路开路( (I2 = 0) )时端口时端口( (1) )至端口至端口( (2) )的转移阻抗。的转移阻抗。若若 T1 和和 T2 面面外外接接传传输输线线的的特特性性阻阻抗抗分分别别为为 Z01、Z02，则可得归一化阻抗方程，则可得归一化阻抗方程 。 图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2注注意意：4 个个阻阻抗抗参参量量都都是是在在对对方方端端口口开开路路、电电流流为为 0 的的前提下定

15、义的。前提下定义的。2导纳参量导纳参量 Y (Y Parameter)图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2导纳参量：导纳参量：用两个端口电压表示两个端口电流的参量。用两个端口电压表示两个端口电流的参量。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2T2 面面短路短路( (V2 = 0) )时时T1 面的输入导纳。面的输入导纳。 T1 面面短路短路( (V1 = 0) )时时T2 面的输入导纳。面的输入导纳。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2 T1 面面短路短路( (

16、V1 = 0) )时端口时端口( (2) )至端口至端口( (1) )的转移导纳。的转移导纳。 T2 面面短路短路( (V2 = 0) )时端口时端口( (1) )至端口至端口( (2) )的转移导纳。的转移导纳。 图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2 比较比较 Z 参量和参量和 Y 参量参量注注意意：虽虽然然两两种种参参量量都都是是反反映映两两个个端端口口电电压压和和电电流流关关系系之间的关系，但是对应的元素却不是互为倒数关系。之间的关系，但是对应的元素却不是互为倒数关系。因因为为阻阻抗抗参参量量是是在在两两个个端端口口分分别别开开路路的的前前提

17、提下下定定义义的；导纳参量是在两个端口分别的；导纳参量是在两个端口分别短路短路的前提下定义的。的前提下定义的。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2v1v2i1i2若若 T1 面面和和 T2 面面外外接接传传输输线线的的特特性性导导纳纳分分别别为为 Y01 和和 Y02，则对导纳方程式中的电压、电流归一化便得，则对导纳方程式中的电压、电流归一化便得图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2v1v2i1i23转移参量转移参量 A (A Parameter)图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压

18、、电流的示意图 V1V2转转移移参参量量：用用端端口口( (2) )的的电电压压和和电电流流表表示示端端口口( (1) )电电压压和和电流的参量。电流的参量。注注：-I-I2 2表表示示电电流流方方向向与与图图中中相相反反，目目的的是是为为了了使使转转移移参参量便于用于级联网络。量便于用于级联网络。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2端口端口( (2) )开路开路( (I2 = 0) )时的电压转移系数。时的电压转移系数。端口端口( (2) )短路短路( (V2 = 0) )时的电流转移系数。时的电流转移系数。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的

19、示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2端口端口( (2) )短路短路( (V2 = 0) )时的转移阻抗时的转移阻抗。端口端口( (2) )短路短路( (V2 = 0) )时的转移导纳。时的转移导纳。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2用用 Z01、Z02 对对 A 参量方程式归一化得参量方程式归一化得归一化转移参量都是无量纲的参数。归一化转移参量都是无量纲的参数。图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2图图 5.3-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 V1V2在在微微波波电电

20、路路的的分分析析和和综综合合中中，常常用用 A 参参量量来来表表示示电电路的各种性能指标。路的各种性能指标。 若在网络输出端若在网络输出端口口( (2) ) 连接的负载阻抗为连接的负载阻抗为则其输入端则其输入端( (1) )端口端口的输入阻抗为的输入阻抗为4散射散射参量参量 s (s Parameter)Z参参量量 、Y参参量量 及及A参参量量 都都是是表表示示端端口口间间电电压压、电电流流关关系的参量系的参量。但但是是，在在微微波波网网络络中中，测测量量各各端端口口上上的的电电压压和和电流是困难的，因此这些参量难以测量。电流是困难的，因此这些参量难以测量。在微波网络中，应用最广泛的是便于测量

21、的散射参量。在微波网络中，应用最广泛的是便于测量的散射参量。散散射射参参量量有有归归一一化化和和非非归归一一化化之之分分，通通常常所所说说的的散散射射参参量量是是指指归归一一化化散散射射参参量量，用用 s 表表示示，它它给给出出的的是是各各端端口口归一化入、反射波电压之间的关系；归一化入、反射波电压之间的关系；而而非非归归一一化化散散射射参参量量则则称称为为电电压压散散射射参参量量，用用 S 表表示示，它它给给出出的的是是各各端端口口非非归归一一化的入、反射波电压之间的关系。化的入、反射波电压之间的关系。实际工作中最常用的散射参量是归一化散射参量。实际工作中最常用的散射参量是归一化散射参量。上

22、标上标“+”表示入射波，即表示入射波，即进入网络的波进入网络的波；“- -”表示反射波，即表示反射波，即离开网络的波离开网络的波。注注意意： “+ +”， “- -”是是相相对对的的。如如 对对（2 2）端端口口是是入射波，而对负载就是反射波了入射波，而对负载就是反射波了。图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 归归一一化化散散射射参参量量：用用各各端端口口入入射射波波电电压压表表示示反反射射波波电电压压的参量的参量。v = s v 图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波

23、示意图 归一化散射参量各参量的物理含义：归一化散射参量各参量的物理含义： 端口端口( (2) )接匹配负载时端口接匹配负载时端口( (1) )的电压反射系数。的电压反射系数。端口端口( (1) )接匹配负载时端口接匹配负载时端口( (2) )的电压反射系数。的电压反射系数。图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 端端口口( (1) )接接匹匹配配负负载载时时端端口口( (2) )到到端端口口( (1) )的的归归一一化化电电压传输系数。压传输系数。 端端口口( (2) )接接匹匹配配负负载载时时端端口口( (1) )到到端端口口( (2) )的的归归一一化化电电压

24、传输系数。压传输系数。图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 结论：结论：各归一化散射参量都是无量纲的。各归一化散射参量都是无量纲的。 电电压压散散射射参参量量S描描述述各各端端口口非非归归一一化化入入、反反射射波波电电压压 V 、V 之间的关系。之间的关系。图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 电压散射参量的方程式电压散射参量的方程式归一化电压与非归一化电压的关系归一化电压与非归一化电压的关系图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 比较得比较得两两种散射参量对应元素种散射参量对应元素 Sij 与与 s

25、ij 之间的关系之间的关系图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 1、当当各各端端口口所所接接传传输输线线的的特特性性阻阻抗抗相相同同时时，采采用用散散射射参参量量 s 较为方便；较为方便；2、当当各各端端口口所所接接传传输输线线的的特特性性阻阻抗抗不不同同时时，则则采采用用电电压压散射参量散射参量 S 较为方便。较为方便。传输线特性阻抗定义为传输线特性阻抗定义为第第 i 个端口的归一化入、反射波电压和电流分别为个端口的归一化入、反射波电压和电流分别为1、归一化入射波电压与归一化入射波电流相等；、归一化入射波电压与归一化入射波电流相等；2、归一化反射波电压与归一化

26、反射波电流大小相等、归一化反射波电压与归一化反射波电流大小相等、符号相反。符号相反。图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 结结论论：用用入入、反反射射波波电电压压就就可可以以完完全全确确定定出出端端口口的的电电压压和电流，它们之间的关系为和电流，它们之间的关系为注注意意：每每一一端端口口的的散散射射参参量量都都是是在在其其他他端端口口接接匹匹配配负负载载的的状态下定义的。状态下定义的。 当当二二端端口口网网络络的的端端口口( (2) )所所接接负负载载 ZL Z02 时时，端端口口( (1) )的的反反射射系系数数不不再再等等于于 s11，端端口口（2）到到端端

27、口口（1）的的电电压传输系数也不再是压传输系数也不再是s s2121 。 端口端口( (2) )不接匹配负载时，不接匹配负载时，端口端口( (1) )的反射的反射系数系数代入代入( (2) )式得式得（1）（2） 结论：结论：只有只有 ZL = Z02，即，即 L = 0时，才有时，才有 1 = s11。 同同理理，当当 ZL Z02 时时，由由端端口口( (1) )到到端端口口( (2) )的的归归一一化化电电压传输系数也不等于压传输系数也不等于 s21。 5传输参量传输参量 t (t Parameter)图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 传传输输参参量量

28、 t ：用用端端口口( (2) )的的归归一一化化入入、反反射射波波电电压压表表示示端口端口( (1) )归一化入、反射波电压的参量归一化入、反射波电压的参量。图图 5.3-2二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 t 参参量量的的元元素素中中，除除 t11 表表示示端端口口( (2) )接接匹匹配配负负载载时时端端口口( (1) )到到端端口口( (2) )的的归归一一化化电电压压传传输输系系数数 s21 的的倒倒数数外外，其其余余各各参量元素并无明显的物理意义。参量元素并无明显的物理意义。t 参量对级联网络十分有用，将在下一节中介绍。参量对级联网络十分有用，将在下一节中介绍。

29、以以上上所所述述都都是是针针对对二二端端口口网网络络而而言言的的，对对于于多多端端口口网网络也有类似的定义。络也有类似的定义。例如，对四端口网络例如，对四端口网络533 网络参量间的相互关系网络参量间的相互关系上上述述五五种种网网络络参参量量可可用用来来表表征征同同一一个个微微波波网网络络，因因此它们之间必定能够相互转换。此它们之间必定能够相互转换。 Z Z、Y Y、A A参量与参量与s s、t t参量间的转换则需要用到下式参量间的转换则需要用到下式Z Z、Y Y、A A三三个个参参量量均均表表示示网网络络各各端端口口间间电电压压、电电流流关关系系的的参参量量，所所以以根根据据定定义义式式适适

30、当当调调整整即即可可得得各各参参量量之之间间的的转换关系。转换关系。 各参量之间的转换关系请见书中第各参量之间的转换关系请见书中第 143 页的表页的表 。同同样样，s s、t t两两个个参参量量均均表表示示网网络络端端口口间间归归一一化化入入、反射波电压的关系，二者的转换关系也很容易得出。反射波电压的关系，二者的转换关系也很容易得出。 534 网络参量的性质网络参量的性质一般情况下，二端口网络的独立参量数目是四个。一般情况下，二端口网络的独立参量数目是四个。当当网网络络具具有有某某种种特特性性( (如如对对称称性性或或可可逆逆性性等等) )时时，网网络络的独立参量数将减少。的独立参量数将减少

31、。 1可逆网络可逆网络可逆网络的可逆性用网络参量表示为可逆网络的可逆性用网络参量表示为z12 = = z21 y12 = = y21a11a22 a12a21 = = 1s12 = = s21t11t22 t12t21 = = 1可逆网络可逆网络z12 = = z21y12 = = y21 s12 = = s21a11a22 a12a21 = = 1t11t22 t12t21 = = 1 2对称网络对称网络对称二端口网络的网络参量有如下关系对称二端口网络的网络参量有如下关系z11 = = z22 y11 = = y22a11 = a22s11 = = s22t12 = = t21对称网络对称网

32、络z11 = = z22y11 = = y22a11 = a22s11 = = s22t12 = = t21可逆网络可逆网络z12 = = z21y12 = = y21 s12 = = s21a11a22 a12a21 = = 1t11t22 t12t21 = = 1 3无耗网络无耗网络对对于于无无耗耗二二端端口口网网络络，其其 Z 矩矩阵阵和和 Y 矩矩阵阵中中各各参参量元素均为虚数；量元素均为虚数； s 矩阵满足幺正性，即矩阵满足幺正性，即 s s = = 1 s ：艾米特矩阵，艾米特矩阵， s = = s *T。 “*”表示共轭，表示共轭，“T”表示转置，表示转置， 1 表示单位矩阵。表

33、示单位矩阵。 a 矩矩阵阵中中的的 a11 和和 a22 为为实实数数，a12 和和 a21 为虚数；为虚数； 对称网络对称网络z11 = = z22y11 = = y22a11 = a22s11 = = s22t12 = = t21可逆网络可逆网络z12 = = z21y12 = = y21 s12 = = s21a11a22 a12a21 = = 1t11t22 t12t21 = = 1 s s = = 1 将幺正性关系式展开得将幺正性关系式展开得无耗网络的无耗网络的 t 参量满足关系参量满足关系 535 常用基本电路单元的网络参量常用基本电路单元的网络参量一一个个复复杂杂的的微微波波网网

34、络络往往往往可可以以分分解解成成一一些些简简单单的的网网络，称为络，称为基本电路单元基本电路单元。若若基基本本电电路路单单元元的的网网络络参参量量已已知知，则则复复杂杂网网络络的的参参量便可通过矩阵运算来得到。量便可通过矩阵运算来得到。经经常常遇遇到到的的二二端端口口基基本本电电路路单单元元：串串联联阻阻抗抗、并并联联导纳导纳、一段传输线一段传输线和和理想变压器理想变压器等。等。例例 5.3-1求串联阻抗求串联阻抗 z 的转移参量矩阵的转移参量矩阵 a 。图图 5.3-3串联阻抗示意图串联阻抗示意图解：解：由网络的对称性可知由网络的对称性可知 a22 = a11 = 1 由网络的可逆性可知由网

35、络的可逆性可知 a11 a22 a a12 a21 = 1转移参量矩阵为转移参量矩阵为 例例 5.3-2 5.3-2 求变比为求变比为 1 : n 的理想变压器的散射矩阵的理想变压器的散射矩阵 s 。图图 5.3-4理想变压器示意图理想变压器示意图解解：同理可得同理可得由理想变压器的性质得由理想变压器的性质得图图 5.3-4理想变压器示意图理想变压器示意图当端口当端口( (2) )接匹配负载，接匹配负载，即即 v2+ = 0 时时，有，有由可逆性得由可逆性得图图 5.3-4理想变压器示意图理想变压器示意图变比为变比为 1 : : n 的理想变压器的散射参量矩阵为的理想变压器的散射参量矩阵为 类

36、似可得其他电路单元的网络参量，见类似可得其他电路单元的网络参量，见P P 147 页表页表 。 536 参考面移动时网络参量的变化参考面移动时网络参量的变化 网网络络参参考考面面移移动动后后就就变变成成另另外外一一个个网网络络了了，网网络络参参量量将发生变化将发生变化。由由于于总总电电压压、总总电电流流在在当当参参考考面面移移动动时时将将发发生生复复杂杂的变化，从而使网络的的变化，从而使网络的 Z、Y、a 参量发生复杂变化；参量发生复杂变化；参参考考面面移移动动时时归归一一化化入入、反反射射波波电电压压仅仅仅仅是是相相角角发发生变化，大小不变化生变化，大小不变化，故，故s参数参数 、t参数参数

37、只发生简单变化。只发生简单变化。 因此参考面移动时采用因此参考面移动时采用 s 参量和参量和 t 参量分析较方便参量分析较方便。图图 5.3-5 所所示示网网络络参参考考面面由由原原来来的的 T1T2 分分别别往往外外移动移动 1、 2 的电长度，变成了的电长度，变成了 T1 T2 。图图 5.3-5网络的参考面移动网络的参考面移动 设设网网络络原原来来的的参参考考面面 T1T2对对应应的的散散射射参参量量矩矩阵阵 为为 s ，新新的的参参考考面面 T1 T2 对对应应的的散散射射参参量量矩矩阵阵为为 s ，则，则 图图 5.3-5网络的参考面移动网络的参考面移动 由于入、反射波均为行波，于是

38、由于入、反射波均为行波，于是因此有因此有因此有因此有整理得整理得比较得比较得于是得于是得(1) 当当参参考考面面移移动动时时，各各s s参参量量的的模模不不变变，只只是是相相角角做做简简单单的变化。的变化。(2) 若若参参考考面面不不是是向向外外移移动动而而是是向向内内移移动动，则则相相应应的的 i 应应为负值。为负值。其其他他参参量量的的变变化化情情况况，可可以以根根据据书书第第 143 页页表表 5.3-1 中中的的换换算算关关系系进行推导。进行推导。图图 5.3-5网络的参考面移动网络的参考面移动 第第 5 章微波网络基础章微波网络基础5.4二端口网络的组合二端口网络的组合1、级联、级联

39、2、并联并联、并联并联3、串联串联、串联串联二二端端口口微微波波网网络络的的基基本组合方式有本组合方式有1 1、级联、级联2 2、并联并联、并联并联3 3、串联串联、串联串联不不论论哪哪种种组组合合方方式式，最最终终都都可可等等效效为为一一个个组组合合的的二二端端口口网网络络，而而且且该该组组合合网网络络的的参参量量可可由由各各子子网网络的参量导出。络的参量导出。1、级联、级联若网络若网络 N1、N2 的转移参量矩阵方程为的转移参量矩阵方程为则则级联组合的二端口网络的转移参量矩阵为级联组合的二端口网络的转移参量矩阵为或简写成或简写成 A 1 A 2 = = A 以以此此类类推推，若若转转移移参

40、参量量矩矩阵阵分分别别为为 A 1、 A 2、 、 A n的的 n 个二端口网络级联，则对于组合二端口网络有个二端口网络级联，则对于组合二端口网络有 A = = A 1 A 2 A n 分析级联网络除用分析级联网络除用 A 矩阵外，还可用矩阵外，还可用 t 矩阵。矩阵。传传输输参参量量矩矩阵阵分分别别为为 t 1、 t 2、 t n 的的 n 个个二二端端口口网网络络级级联联时时，其其组组合合二二端端口口网网络络的的 t 矩矩阵阵为为t = = t 1t 2 t n2、并联并联、并联并联若若网网络络 N1、N2 的的导导纳矩阵方程为纳矩阵方程为因因为为 I1 = I1 + I1 ， I2 =

41、I2 + I2 ，故故组组合合二二端端口口网网络的导纳矩阵方程为络的导纳矩阵方程为 也可简写成也可简写成 I = = (Y 1 Y 2)V 故组合网络的导纳矩阵为故组合网络的导纳矩阵为 Y = = Y 1 1 Y 2 2同同样样，导导纳纳参参量量矩矩阵阵分分别别为为 Y 1、 Y 2、 Y n的的 n 个个二二端端口口网网络络并并联联并并联联连连接接时时，组组合合二二端端口口网络的导纳参量矩阵为网络的导纳参量矩阵为 Y = = Y 1 Y 2 Y n3、串联串联、串联串联设设网网络络 N1、N2 的阻抗矩阵方程为的阻抗矩阵方程为因因为为 V1 = V1 + V1 ， V2 = V2 + V2

42、，故故组组合合二二端端口口网网络络的的阻抗矩阵方程为阻抗矩阵方程为或简写成或简写成 V = = (Z 1 Z 2)I 故组合网络的阻抗参量矩阵为故组合网络的阻抗参量矩阵为 Z = = Z 1 Z 2同同样样，阻阻抗抗参参量量矩矩阵阵分分别别为为Z1、Z2、 、Zn 的的 n 个二端口网络串联串联连接时，对于组合二端口网络有个二端口网络串联串联连接时，对于组合二端口网络有 Z = = Z 1 Z 2 Z n第第 5 章微波网络基础章微波网络基础5.5微波网络的工作特性参量微波网络的工作特性参量1、电压传输系数、电压传输系数(Voltage Transmission coefficient)2、插

43、入衰减、插入衰减(Insertion Attenuation)3、插入相移、插入相移(Insertion Phase Shife)4、插入驻波比、插入驻波比(Insertion Standing Wave Ratio)网网络络的的工工作作特特性性参参量量是是在在输输出出端端口口接接匹匹配配负负载载条条件件下下定义的。定义的。二二端端口口网网络络的的主主要要工工作作特特性性参参量量有有电电压压传传输输系系数数、插插入衰减入衰减、插入相移插入相移、插入驻波比插入驻波比。1、电压传输系数、电压传输系数(Voltage Transmission coefficient)图图 5.5-1二端口网络二端口

44、网络电电压压传传输输系系数数T : 输输出出端端口口接接匹匹配配负负载载时时，输输出出端端口口输输出出波波的的归归一一化化电电压压 v2 与与输输入入端端口口入入射射波波归归一一化化电电压压 v1 1+ + 之比，即之比，即图图 5.5-1二端口网络二端口网络T = = s21由表由表 5.3-1 可知，传输系数可知，传输系数 T 也可用也可用 a 参量表示为参量表示为 注意：注意：定义电压传输系数定义电压传输系数 T 时，时，输出端口接匹配负载输出端口接匹配负载。如如果果没没有有这这一一限限制制条条件件，那那么么传传输输系系数数就就不不是是一一个个确确定定的的量量，它它将将随随终终端端负负载

45、载的的变变化化而而变变化化，而而不不可可能能再再表表征网络本身的工作特性。征网络本身的工作特性。图图 5.5-1二端口网络二端口网络2、插入衰减、插入衰减(Insertion Attenuation)插插入入衰衰减减: :网网络络输输出出端端接接匹匹配配负负载载时时，输输入入端端口口的的入入射射波波功率与负载吸收的功率之比，即功率与负载吸收的功率之比，即 由归一化条件可知，输入、输出端口的功率分别为由归一化条件可知，输入、输出端口的功率分别为因此有因此有图图 5.5-1二端口网络二端口网络为了看清产生网络插入衰减的原因，将上式改写成为了看清产生网络插入衰减的原因，将上式改写成上式表明，插入衰减

46、是由两部分组成的。上式表明，插入衰减是由两部分组成的。第第 2 项项: :由由于于输输入入端端口口不不匹匹配所引起的反射衰减。配所引起的反射衰减。 当当输输入入端端口口匹匹配配时时，L2( (dB) )= = 0。 第第1项项: :由网络损耗引起的吸收衰减。由网络损耗引起的吸收衰减。 若若网网络络无无耗耗，由由散散射射参量的幺正性可知参量的幺正性可知| |s21| |2= =1 | |s11| |2，第，第1项项 L1 1( (dB) )= = 0；图图 5.5-1二端口网络二端口网络网络的插入衰减与网络的插入衰减与 a 参量的关系为参量的关系为图图 5.5-1二端口网络二端口网络3、插入相移

47、、插入相移(Insertion Phase shift)插插入入相相移移 ：当当网网络络输输出出端端口口接接匹匹配配负负载载时时，输输出出端端口口输出波输出波 v2- -对输入端口入射波对输入端口入射波 v1+ + 的相移。的相移。 = = arg T = = arg s21符号符号 arg 的意义是取其后面的复数的意义是取其后面的复数 T( (s21) )的相角。的相角。插入相移插入相移 也就是电压传输系数也就是电压传输系数 T 的相角，即的相角，即 图图 5.5-1二端口网络二端口网络 4、插入驻波比、插入驻波比(Insertion VSWR)插插入入驻驻波波比比 ：网网络络的的输输出出端

48、端接接匹匹配配负负载载时时输输入入端端的的驻驻波比波比。 当输出端口接匹配负载时，当输出端口接匹配负载时， 1 = = s11对于对于无耗网络无耗网络， | |s21| |2 = = 1 | |s11| |2图图 5.5-1二端口网络二端口网络结结论论：无无耗耗二二端端口口网网络络的的插插入入衰衰减减 L是是由由网网络络的的反反射射损损耗引起的耗引起的。二二端端口口微微波波网网络络的的四四个个工工作作特特性性参参量量 T、L、 、 均均与网络散射参量与网络散射参量 s 有关。有关。在不同的微波网络中，用途不同，上述四个工作特性在不同的微波网络中，用途不同，上述四个工作特性参量的主次地位也不相同

49、，而且各工作特性参量之间有一参量的主次地位也不相同，而且各工作特性参量之间有一定矛盾，实际中往往需要折衷。定矛盾，实际中往往需要折衷。本章小结本章小结一、阻抗参量与导纳参量的关系一、阻抗参量与导纳参量的关系 由由 Z 参量表示的两端口间电压、电流关系为参量表示的两端口间电压、电流关系为 由由 Y 参量表示的两端口间电压、电流关系为参量表示的两端口间电压、电流关系为虽虽然然都都是是反反映映两两个个端端口口电电压压和和电电流流关关系系之之间间的的关关系系，但但是是对应的元素却不是互为倒数关系。对应的元素却不是互为倒数关系。想一想，为什么？想一想，为什么？提示：根据定义，或从表达式上来看。提示：根据

50、定义，或从表达式上来看。这这是是因因为为，阻阻抗抗参参量量是是在在两两个个端端口口分分别别开开路路的的前前提提下下定定义义的的；而而导导纳纳参参量量则则是是在在两两个个端端口口分分别别短短路路的的前前提提下下定定义的。义的。与上面对应的归一化参量分别为与上面对应的归一化参量分别为归一化阻抗参量和归一化导纳参量都是无量纲的参量。归一化阻抗参量和归一化导纳参量都是无量纲的参量。二、转移参量二、转移参量 在在二二端端口口网网络络中中，转转移移参参量量是是用用端端口口( (2) )的的电电压压和和电电流流表示端口表示端口( (1) )电压和电流的参量电压和电流的参量相应的归一化转移参量为相应的归一化转

51、移参量为归一化转移参量的各元素都没有量纲。归一化转移参量的各元素都没有量纲。三、散射参量三、散射参量 归一化散射参量归一化散射参量 s 是用各端口入射波表示反射波的参量是用各端口入射波表示反射波的参量各各端端口口传传输输线线的的特特性性阻阻抗抗不不相相同同时时，直直接接描描述述各各端端口口非非归归一一化化入入、反反射射波波电电压压 V 、V 之之间间的的关关系系，就就要要用用非非归归一化的电压散射参量一化的电压散射参量 S两种散射参量都没有量纲两种散射参量都没有量纲。四、传输参量四、传输参量 传传输输参参量量 t 是是用用端端口口( (2) )的的归归一一化化入入、反反射射波波电电压压表表示示端口端口( (1) )归一化入、反射波电压的参量归一化入、反射波电压的参量 t 参参量量的的元元素素中中，除除 t11 表表示示端端口口( (2) )接接匹匹配配负负载载时时端端口口( (1) )到到端端口口( (2) )的的归归一一化化电电压压传传输输系系数数 s21 的的倒倒数数外外，其其余余各各参参量量元素并无明显的物理意义。元素并无明显的物理意义。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！97