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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，各种传输线可以等效 为一种统一的电路形式——双线。
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不连续性区域等效网络
传输线 T 不连续性 传输线 T 传输线 T T T 网络 T
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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 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
网络基础 网络综合
基本元件 无源器件
滤波器 定向耦合器 阻抗匹配网络 功率分配器
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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；
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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.
传输线 T 传输线 不连续性 T 传输线
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T
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1.1 微波系统与网络（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
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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； z • 传输线问题可以分解为 横向问题和纵向问题。
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N1
N2
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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 — 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。
10
7
9
6
11
8 5
1
2
3 4
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微波通信系统 Communication System
中频 信号 混频器 本 中频 信号 振 滤波器 功 放 双 工 器 低噪放 滤波器 天线
混频器 本 振
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8
微波测试系统 Test System
y
x
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1.2 传输线的处理（2）
设
r L
2
为电场或磁场的某一分量，在频域满足
2
令
v v ∂ 2 2 2 ∇ L + k L = 0 ∇ = ∇t + 2 ∂z v v L = Lt ( x, y )Z ( z ) 则
r r d 2Z r 2 2 (∇ t Lt ) Z + Lt + k Lt Z = 0 2 dz
jω t
−γ z
γ z
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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。
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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
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。
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参考书 References
[1] 吴万春、梁昌洪，“微波网络及其应用”，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 Xidian University 4 微波网络 第一讲 褚 庆昕 电出版社，1981年。
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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。
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习 题 1
1.1 证明当频率因子为 e 时e 和e 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。
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传输线等效电路
Z0
单模传输
Z01 Z02
M
Z0m
m模传输
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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。
第1讲
1.1 1.2 1.3 1.4
引 言 Introduction
微波系统与网络 传输线的处理 不连续性的处理 网络应用
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1.1 微波系统与网络（1）
• 系统组成：微波传输线+微波元器件 • 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。
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； 1 1 1 6-定向耦合器； 7-功率指示器； 8-测量线； 9-被测元件。
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4
2
3
5
6
8
9
7
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1.1 微波系统与网络（2）
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装置，一般要 1 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）
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1.3 不连续性的处理（4）
网络的思想 — “黑箱思想”。 不管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
பைடு நூலகம்
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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。
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1.2 传输线的处理（3）
于是
r r 2 ∇ t Lt + k c Lt = 0 — 横向问题
2
d Z 2 =γ Z 2 dz