3微波网络微波网络参量定义ppt课件

《3微波网络微波网络参量定义ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3微波网络微波网络参量定义ppt课件（33页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、5.3 微波网络参量的定义微波网络参量的定义任何复杂的微波元件都可以用一个网络来代替，并可任何复杂的微波元件都可以用一个网络来代替，并可用网络端口参考面上选定的变量及其相互关系来描述特性。用网络端口参考面上选定的变量及其相互关系来描述特性。如果网络是线性的，则这些方程就是线性方程，方程如果网络是线性的，则这些方程就是线性方程，方程中的系数完全由网络本身确定，在网络理论中将这些系数中的系数完全由网络本身确定，在网络理论中将这些系数称为网络参量。称为网络参量。若选定端口参考面上的变量为电压和电流，就得到若选定端口参考面上的变量为电压和电流，就得到 Z 参量、参量、Y 参量和参量和 A 参量；若选定

2、端口参考面上的变量为入参量；若选定端口参考面上的变量为入射波电压和反射波电压就得到射波电压和反射波电压就得到 s 参量和参量和 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 5.1 给出了二端口网络两个端口电压和电流的示意图。给出了二端口网络两个端口电压和电流的示意图。(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)端口端口参考面参考面 T2 处的电压为处的电压为 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

3、端口电压的参量 22212122121111IZIZVIZIZV二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 22212122121111IZIZVIZIZV上式也可以表示为矩阵形式上式也可以表示为矩阵形式 212221121121IIZZZZVV也可简单表示为也可简单表示为V =Z I V =Z I 可见，由可见，由 Z 参量可将两端口的电压和电流联系起来。参量可将两端口的电压和电流联系起来。Z 参参量是由电流来表示电压的参量。量是由电流来表示电压的参量。二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1

4、U2U1T2T图图 5-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 22212122121111IZIZVIZIZV 212221121121IIZZZZVV二端口网络共有二端口网络共有 4 个阻抗参量，分别定义如下：个阻抗参量，分别定义如下：T2 面开路面开路(I2=0)时，时，T1 面的输入阻抗定义为面的输入阻抗定义为 011112 IIVZ T1 面开路面开路(I1=0)时，时，T2 面的输入阻抗定义为面的输入阻抗定义为 022221 IIVZ二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意

5、图 22212122121111IZIZVIZIZV 212221121121IIZZZZVV011112 IIVZ022221 IIVZ T1 面开路面开路(I1=0)时，端口时，端口(2)至端口至端口(1)的转移阻抗为的转移阻抗为 021121 IIVZ T2 面开路面开路(I2=0)时，端口时，端口(1)至端口至端口(2)的转移阻抗为的转移阻抗为 012212 IIVZ二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 唯一性定理：唯一性定理：如果一个封闭区域的边界面上，切向电场或切向磁如果一个封闭区域的边

6、界面上，切向电场或切向磁场如果是确定的，则封闭区域内部的电磁场唯一确场如果是确定的，则封闭区域内部的电磁场唯一确定。定。对于不均匀区的边界就是网络参考面，对于不均匀区的边界就是网络参考面，根据上节根据上节关于模式电压和模式电流的定义，其与参考面上的关于模式电压和模式电流的定义，其与参考面上的电压、电流正比于切向电场和切向磁场幅度的函数，电压、电流正比于切向电场和切向磁场幅度的函数，故参考面上的电流故参考面上的电流I1I1，I2,I2,，.In.In确定了，则参确定了，则参考面上的电压考面上的电压U1U1，U2,.UnU2,.Un也就确定了，反之亦也就确定了，反之亦然。然。叠加定理：叠加定理：如

7、果不均匀区填充的是线性媒质，则不均匀区等效如果不均匀区填充的是线性媒质，则不均匀区等效为线性微波网络。不管不均匀区有多复杂，各参考为线性微波网络。不管不均匀区有多复杂，各参考面上的场量之间呈现线性关系，即场量满足叠加原面上的场量之间呈现线性关系，即场量满足叠加原理，与场量相对应的电路量也满足线性叠加关系。理，与场量相对应的电路量也满足线性叠加关系。唯一性定理和叠加定理唯一性定理和叠加定理只考虑只考虑I1I1单独作用，在单独作用，在1 1端口产生的电压端口产生的电压U1U11 1）=Z11I1=Z11I1只考虑只考虑I1I1单独作用，在单独作用，在1 1端口产生的电压端口产生的电压U1U11 1

8、）=Z11I1=Z11I1只考虑只考虑I1I1单独作用，在单独作用，在2 2端口产生的电压端口产生的电压U2U21 1）=Z21I1=Z21I1只考虑只考虑I1I1单独作用，在单独作用，在n n端口产生的电压端口产生的电压UnUn1 1）=Zn1I1=Zn1I1只考虑只考虑I2I2单独作用，在单独作用，在1 1端口产生的电压端口产生的电压U1U12 2）=Z12I2=Z12I2只考虑只考虑I2I2单独作用，在单独作用，在2 2端口产生的电压端口产生的电压U2U22 2）=Z22I2=Z22I2只考虑只考虑I2I2单独作用，在单独作用，在n n端口产生的电压端口产生的电压UnUn2 2）=Zn2

9、I2=Zn2I2二端口二端口网络网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 nnnnnnnnnnIZIZIZUIZIZIZUIZIZIZU22112222121212121111唯一性定理和叠加定理唯一性定理和叠加定理在微波网络中，为了理论分析的普遍性，常把各端口在微波网络中，为了理论分析的普遍性，常把各端口电压、电流对端口传输线的特性阻抗进行归一化。电压、电流对端口传输线的特性阻抗进行归一化。假设假设 T1 和和 T2 参考面外接传输线的特性阻抗分别为参考面外接传输线的特性阻抗分别为 Z01、Z02，则以，则以 Z01 作为参

10、考阻抗对作为参考阻抗对 V1 和和 I1 归一化，以归一化，以 Z02 作为参考阻抗对作为参考阻抗对 V2 和和 I2 归一化归一化。22212122121111IZIZVIZIZV 22212122121111izizvizizv2、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化二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-1二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 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化微波系统的许多特性取决于输入阻抗和特性阻抗的比微波系统的许多特性取决于输入阻抗和特性阻抗的比值

11、。将这一比值定义为归一化阻抗，即值。将这一比值定义为归一化阻抗，即 110ZZz与归一化阻抗对应的等效电压与归一化阻抗对应的等效电压 v 和等效电流和等效电流 i 分别称为分别称为归一化等效电压和归一化等效电流。它们与非归一化等效归一化等效电压和归一化等效电流。它们与非归一化等效电压电压 V、等效电流、等效电流 I 的关系应满足功率相等条件及阻抗关系，的关系应满足功率相等条件及阻抗关系，即即*11Re()Re()22V Iv i，0=z=vZiZ求解上式得求解上式得，0ZVv 0 ZIi 02222011210220221201111011ZZZZZZZiZiZvZiiv上式中，两个端口的归一

12、化电压和电流分别为上式中，两个端口的归一化电压和电流分别为，0111ZVv ；0111ZIi ，0222ZVv 0222ZIi ，0ZVv 0 ZIi 22212122121111IZIZVIZIZV20222102012122020112101111ZZZZZZZZZiZiviiv而网络的归一化阻抗参量分别为而网络的归一化阻抗参量分别为，011111ZZz，02011212ZZZz，02012121ZZZz 022222ZZz 20222102012122020112101111ZZZZZZZZZiZiviiv 22212122121111izizvizizvZ Z参数网络的性质参数网络的性

13、质对称网络：对称网络：Z11=Z22Z11=Z22互易网络：互易网络：Z12=Z21Z12=Z21无耗网络：无耗网络：ZijZij为纯虚数，为纯虚数，i i，j j可相等可相等212221121121IIZZZZVV2导纳参量导纳参量 Y(Y Parameter)导纳参量是用两个端口电压表示两个端口电流的参量导纳参量是用两个端口电压表示两个端口电流的参量22212122121111VYVYIVYVYI上式也可以用矩阵来表示上式也可以用矩阵来表示212221121121VVYYYYII 212221121121vvyyyyii归一化导纳参量也可以表示为矩阵形式，即归一化导纳参量也可以表示为矩阵形

14、式，即由上式可以为导纳参量做出定义。由上式可以为导纳参量做出定义。T2 面短路面短路(V2=0)时，时，T1 面的输入导纳定义为面的输入导纳定义为011112VVIY T1 面短路面短路(V1=0)时，时，T2 面的输入导纳定义为面的输入导纳定义为022221VVIY T1 面短路面短路(V1=0)，端口，端口(2)至端口至端口(1)的转移导纳为的转移导纳为 021121VVIY T2 面短路面短路(V2=0)，端口，端口(1)至端口至端口(2)的转移导纳为的转移导纳为 012212VVIY图图 5-3二端口网络电压、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

15、和 Y 参量参量 22212122121111IZIZVIZIZV 212221121121IIZZZZVV22212122121111VYVYIVYVYI212221121121VVYYYYII注意：虽然两种参量都是反映两个端口电压和电流关系之注意：虽然两种参量都是反映两个端口电压和电流关系之间的关系，但是对应的元素却不是互为倒数关系。间的关系，但是对应的元素却不是互为倒数关系。因为阻抗参量是在两个端口分别开路的前提下定义的；因为阻抗参量是在两个端口分别开路的前提下定义的；而导纳参量是在两个端口分别短路的前提下定义的。而导纳参量是在两个端口分别短路的前提下定义的。3转移参量转移参量 A(A

16、Parameter)在二端口网络中，转移参量是用端口在二端口网络中，转移参量是用端口(2)的电压和电流的电压和电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 )()(22222112122111IAVAIIAVAV或用矩阵表示为或用矩阵表示为 222212211111 IVAAAAIV二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-4二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 )()(22222112122111IAVAIIAVAV在端口在端口(2)开路开路(I2=0)时，定义电压转移系数为时，定义电压转移系数为021112 IVVA在端口在

17、端口(2)短路短路(V2=0)时，定义电流转移系数为时，定义电流转移系数为021222 VIIA二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-4二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 )()(22222112122111IAVAIIAVAV021112 IVVA021222 VIIA在端口在端口(2)短路短路(V2=0)时，可定义转移阻抗为时，可定义转移阻抗为021122 VIVA在端口在端口(2)短路短路(V2=0)时，可定义转移导纳为时，可定义转移导纳为021212 IVIA二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图

18、5-4二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 T2 面短路面短路(V2=0)时的转移阻抗时的转移阻抗021122 VIVA T1 面开路面开路(I1=0)时的转移阻抗时的转移阻抗021121 IIVZ T2 面开路面开路(I2=0)时的转移导纳时的转移导纳021212 IVIA T1 面短路面短路(V1=0)时的转移导纳时的转移导纳021121 VVIY两种转移阻抗不同；两种转移导纳也不同。两种转移阻抗不同；两种转移导纳也不同。)()(22222112122111IAVAIIAVAV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122122b()()va

19、viicvdi021101ZaAZ，012202ZdAZ；120102AbZ Z，210102cAZ Z02222022210110221202211011AAAAZZiZvZiZiZvv )()(22222112122111IAVAIIAVAV归一化归一化 a a 参量方程式也可以表示为矩阵形式，即参量方程式也可以表示为矩阵形式，即122122b()()vaviicvdi1212 vvabicdi二端口二端口微波网络微波网络01Z02Z1I2I1U2U1T2T图图 5-4二端口网络电压、电流的示意图二端口网络电压、电流的示意图 )()(22222112122111IAVAIIAVAV在微波电

20、路的分析和综合中，常用在微波电路的分析和综合中，常用 A A 参量来表示电路参量来表示电路的各种性能指标，如若在网络输出端的的各种性能指标，如若在网络输出端的(2)(2)端口连接负载阻端口连接负载阻抗为抗为22LIVZ 的负载的负载(I2(I2 前的负号表示与图前的负号表示与图 5-4 5-4 中的电流正方向相反中的电流正方向相反)，则其输入端则其输入端(1)(1)端口的输入阻抗为端口的输入阻抗为2221121122222112221122222121221111)()()()(AZAAZAAIVAAIVAIAVAIAVAIVZinLL122122b()()vaviicvdi A1V2V1I2

21、IZ ZL L在微波电路的分析中，常用到二端口网络，并经常遇到级联在微波电路的分析中，常用到二端口网络，并经常遇到级联的问题，求解级联问题，采用的问题，求解级联问题，采用S S、Z Z、Y Y参数都不方便。参数都不方便。A A 参量特参量特别适合处理级联的问题，上一级的输出电流和电压，恰好是下一别适合处理级联的问题，上一级的输出电流和电压，恰好是下一级的输入。级的输入。分析级联网络分析级联网络 1A1V2V1I2I2ANV3I NA3V1NVNI1NI22111IVAIV33222IVAIV11NNNNNIVAIV112111NNNIVAAAIV 注意：矩阵乘法不满足交换律，故在矩阵相乘时，矩

22、注意：矩阵乘法不满足交换律，故在矩阵相乘时，矩阵前后次序必须和级联网络的排列次序完全一致。阵前后次序必须和级联网络的排列次序完全一致。1,0,1ZA例例1 1：求串联阻抗：求串联阻抗Z Z，并联导纳，并联导纳Y Y、理想变压器的、理想变压器的A A矩阵。矩阵。1 1、串联阻抗、串联阻抗1221220VVZIIII=+=+端端口口1 端端口口2 1V2V1I2IZ 1,0,1YA2 2、并联导纳、并联导纳2212210IYVIVVV 端端口口1 端端口口2 1V2V1I2IY nnA,00,13 3、理想变压器、理想变压器22121001nInIIVnV 端端 口口1 端端 口口2 1V2V1I

23、2In:111j例例2 2：求级联矩阵的：求级联矩阵的A A矩阵参量矩阵参量 101111110111011011jjjAjjjj121用用Z Z参数表示参数表示A A参数参数（2 2）（1 1）22212122121111IZIZVIZIZV2212222111IZZVZI由由2 2式得：式得：212212211221111)(IZZZZVZZV（2 2式带入式带入1 1式得：式得：2222112111,1,1IVZZZZIV写成矩阵形式：写成矩阵形式：21122211ZZZZZ 221121,1,1ZZZZA其中：其中：)()(22222112122111IAVAIIAVAV（3 3）（4

24、 4）如果用如果用Z Z参数来描述参数来描述A A参数，方程参数，方程1 1，2 2转化为转化为3,43,4的形式的形式用用A A参数表示参数表示Z Z参数参数（2 2）（1 1）22212122121111IZIZVIZIZV22122121222212211IAAIAVIAIVA由由4 4式得：式得：(5)(5)式带入式带入3 3式得：式得：)()(22222112122111IAVAIIAVAV（3 3）（4 4）如果用如果用A A参数来描述参数来描述Z Z参数，方程参数，方程3,43,4转化为转化为1 1，2 2的形式的形式（5 5）212221221211111IAIAAIAAV21

25、2212211121111IAAAAIAAV（6 6）用用A A参数表示参数表示Z Z参数参数（2 2）（1 1）22212122121111IZIZVIZIZV2212212121IAAIAV212212211121111IAAAAIAAV（6 6）（5 5）)()(22222112122111IAVAIIAVAV122122b()()vaviicvdiabcdabcd是归一化之是归一化之后后A A参数参数cdzczbcadzcaz22211211,1,比较比较1,61,6和和2,52,5式式如果用如果用A A参数来描述参数来描述Z Z参数，方程参数，方程3,43,4转化为转化为1 1，2 2的形式的形式Z Z参数网络的性质参数网络的性质对称网络：对称网络：Z11=Z22Z11=Z22互易网络：互易网络：Z12=Z21 Z12=Z21无耗网络：无耗网络：Z Z参量为纯虚数参量为纯虚数cdzczbcadzcaz22211211,1,A A参数网络的性质参数网络的性质对称网络：对称网络：a=da=d互易网络：互易网络：ad-bc=1ad-bc=1无耗网络：无耗网络：a a和和d d为实数，为实数，b b和和c c为纯虚数为纯虚数