电磁场与微波技术复习.pptx

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1、关于考试平时作业：占比重30期末考试：占比重70虽然我始终认为考试不是目的，但以往考试不通过的，每年都有，几乎每班都有。我希望不是大家。第1页/共68页考试题型及其分数卷面分数：50分选择题:5+5+5+5+5解答题:15+10第2页/共68页第一章 微波概念Microwave Concept 对对电电子子信信息息工工程程，通通信信工工程程专专业业，微微波波技技术术是是一门重要的专业课程。一门重要的专业课程。究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。从现象看，如果把电磁波按波长从现象看，如果把电磁波按波长(或频率或频率)划分，则划分，则大致可以把大致可以把

2、300MHz300MHz3000GHz3000GHz，(对应空气中波长对应空气中波长是是1m 1m 0.1mm)0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。纵观这一频段的电磁波称之为微波。纵观“左邻右舍左邻右舍”它处于超短波和红外光波之间。它处于超短波和红外光波之间。图图 1-11-1 红外光超短波第3页/共68页二、微波特点 1.1.微波的两重性微波的两重性 微微波波的的两两重重性性指指的的是是对对于于尺尺寸寸大大的的物物体体，如如建建筑筑物物火火箭箭、导导弹弹它它显显示示出出粒粒子子的的特特点点即即似似光光性性或或直直线线性性而对于相对尺寸小的物体，又显示出而对于相对尺寸小的物体，又显示出波动

3、性。波动性。2.2.微波与微波与“左邻右舍左邻右舍”的比较的比较微微波波的的“左左邻邻”是是超超短短波波和和短短波波，而而它它的的“右右舍舍”又又是是红外光波。红外光波。第4页/共68页3.3.宇宙宇宙“窗口窗口”地地球球的的外外层层空空间间由由于于日日光光等等繁繁复复的的原原因因形形成成独独特特的的电电离离层层，它它对对于于短短波波几几乎乎全全反反射射，这这就就是是短短波波的的天天波波通通讯讯方方式式。而而在在微微波波波波段段则则有有若若干干个个可可以以通通过过电电离离层层的的“宇宇宙宙窗窗口口”。因因而而微微波波是是独独特特的的宇宇宙宙通讯手段。通讯手段。图图1-12 1-12 宇宙窗口宇

4、宙窗口 二、微波特点第5页/共68页 4.4.不不少少物物质质的的能能级级跃跃迁迁频频率率恰恰好好落落在在微微波波的的短短波波段段，因因此此近近年年来来微微波波生生物物医医疗疗和和微微波波催催化化等等领领域域已已是前沿课题。是前沿课题。5.5.计计算算机机的的运运算算次次数数进进入入十十亿亿次次，其其频频率率也也是是微微波波频频率率。超超高高速速集集成成电电路路的的互互耦耦也也是是微微波波互互耦耦问问题题因此，微波的研究已进入集成电路和计算机。因此，微波的研究已进入集成电路和计算机。6.6.微微波波研研究究方方法法主主要要有有两两种种：场场论论的的研研究究方方法法和和网网络络的的研研究究方方法

5、法。这这也也是是本本门门课课程程要要学学习习的的重重要要方方法法。其其中中场场论论方方法法的的基基础础是是本本征征模模理理论论。网网络络方方法法的的基础是广义传输线理论。基础是广义传输线理论。二、微波特点第6页/共68页根据根据导引导引波型波型分类分类TEM或准或准TEM传输线传输线TE波和波和TM波波传输线传输线表面波传输线表面波传输线双导线、同轴线、双导线、同轴线、带状线、微带线等带状线、微带线等矩形、圆形、脊矩形、圆形、脊型、椭圆等型、椭圆等空心金属波导空心金属波导介质波导、介质介质波导、介质镜像线、单根线等镜像线、单根线等（开波导）（开波导）221 1 引言引言第7页/共68页v对于低

6、频信号，例如对于低频信号，例如50Hz的交流电源，对应波长的交流电源，对应波长为为6106米，即米，即6千公里，因而千公里，因而30km的输电线只能是短的输电线只能是短线线但一段但一段10cm的波导，若工作在的波导，若工作在30GHz，对应波长为，对应波长为1cm，则是地道的长线，则是地道的长线q “长线长线”和和“短线短线”当传输线的长度当传输线的长度l 远大于所传输的电磁波的波远大于所传输的电磁波的波长长，或可比拟时，称之为长线或可比拟时，称之为长线（l/0.050.05)；反反之之,为短线；为短线；电长度：电长度：l/221 1 引言引言第8页/共68页均匀无耗传输线上的行波(R=0，G

7、=0)z z 0 0，忽略高次项忽略高次项一、传输线方程及其解一、传输线方程及其解消去消去dzdz第9页/共68页222 2 均匀无耗传输线上的行波均匀无耗传输线上的行波一、一、传输线方程及其解传输线方程及其解 波动方程的解波动方程的解 解的物理含义：解的物理含义：传输线上电流、电压以波的形式传播；存在朝相反方向传播的波传输线上电流、电压以波的形式传播；存在朝相反方向传播的波第10页/共68页222 2 均匀无耗传输线上的行波均匀无耗传输线上的行波一、一、传输线方程及其解传输线方程及其解相速相速v 等相位面沿传播方向移动的速度等相位面沿传播方向移动的速度v 入射波：v 反射波：第11页/共68

8、页二、均匀无耗传输线的特性阻抗二、均匀无耗传输线的特性阻抗v 定义：定义：传输线中传输线中行波行波电压和电压和行波行波电流之比电流之比上式，对任意上式，对任意z z都应成立都应成立222 2 均匀无耗传输线上的行波均匀无耗传输线上的行波第12页/共68页 均匀无耗线的特征阻抗是一个实数，单位：均匀无耗线的特征阻抗是一个实数，单位：反映传输线反映传输线在行波状态在行波状态下电压和电流之间关系的量下电压和电流之间关系的量 大小仅取决于传输线所大小仅取决于传输线所填充的介质填充的介质、线的、线的横向尺寸横向尺寸和和横截面内电磁场的分布状态横截面内电磁场的分布状态，与线的长度无关，而且，与线的长度无关

9、，而且，可近似认为与频率无关可近似认为与频率无关222 2 均匀无耗传输线上的行波均匀无耗传输线上的行波二、均匀二、均匀无耗传输线的特性阻抗无耗传输线的特性阻抗第13页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线（一）已知（一）已知EgEg，ZgZg和和Z ZL L时时(1)d=0(1)d=0 处处(2)d=(2)d=l 处处第14页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线二、反射系数、驻波比和输入阻抗二、反射系数、驻波比和输入阻抗（一）反射系数一）反射系数描述传输线某处的反射波与入射波相对幅度及相对相位关系的参量描述传输线某处的

10、反射波与入射波相对幅度及相对相位关系的参量电压反射系数电压反射系数电流反射系数电流反射系数第15页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线反射系数、反射系数、驻波比和输入阻抗驻波比和输入阻抗 复平面上，复平面上，(z)(z)的轨迹是一个半径为的轨迹是一个半径为|(0)(0)|，沿顺时针方向旋转的圆，沿顺时针方向旋转的圆，第16页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线反射系反射系数、驻波比和输入阻抗数、驻波比和输入阻抗（二）驻波比、行波系数（二）驻波比、行波系数驻波比与行波系数描述了行波与驻波的相对大小驻波比与行波系数描述了行

11、波与驻波的相对大小电压驻波比电压驻波比：均匀无耗传输线上电压最大与最小振幅值之比；均匀无耗传输线上电压最大与最小振幅值之比；电流驻波比电流驻波比：均匀无耗传输线上电压最大与最小振幅值之比；均匀无耗传输线上电压最大与最小振幅值之比；v 沿传输线不变，常采用电压驻波比，简称驻波比（沿传输线不变，常采用电压驻波比，简称驻波比（VSWRVSWR）行波系数：行波系数：取值范围取值范围：0 0|1 1 1 1 s s,0 0 K K 1 1v 无反射时，无反射时，|=0,s=1 K|=0,s=1 K1 1v 全反射时，全反射时，|=1|=1，纯驻波，纯驻波，s=s=,K=0,K=0v 部分反射时，为行驻波

12、，介于两者之间部分反射时，为行驻波，介于两者之间第17页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线反射系反射系数、驻波比和输入阻抗数、驻波比和输入阻抗（三）输入阻抗（三）输入阻抗第18页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线反射系反射系数、驻波比和输入阻抗数、驻波比和输入阻抗v 与特性阻抗是两个完全不同的概念与特性阻抗是两个完全不同的概念v 输入导纳：输入导纳：v 与反射系数的关系与反射系数的关系第19页/共68页2.3 2.3 接有负载的均匀无耗传输线接有负载的均匀无耗传输线三、均匀无耗传输线接有不同类型负载时的工作状态三、

13、均匀无耗传输线接有不同类型负载时的工作状态根据终端负载根据终端负载Z ZL L的情况，传输线有三种工作状态：的情况，传输线有三种工作状态：行波状态行波状态长线上无反射长线上无反射纯驻波状态纯驻波状态反射波等于入射波，全反射反射波等于入射波，全反射行驻波状态行驻波状态反射波小于入射波反射波小于入射波长线的工作状态取决于负载与长线之间的匹配特点长线的工作状态取决于负载与长线之间的匹配特点第20页/共68页3-2 规则波导中的导行波 一、波型 （三）（三）TEMTEM波型波型 根据纵横关系，可知：根据纵横关系，可知：只有只有K Kc c0 0时，时，E Et t和和H Ht t才有非零解，才有非零解

14、，TEMTEM波型应满足：波型应满足：v 无法用纵向分量表示横向分量无法用纵向分量表示横向分量 可通过求解该方程得到可通过求解该方程得到E E和和H H与无界空间均匀媒质的相同v 静态场也满足同样的静态场也满足同样的LaplaceLaplace方程，因此一个导波系统若能传输方程，因此一个导波系统若能传输TEMTEM波型，则该系统中必然能存在静电荷或恒定电流，而在波型，则该系统中必然能存在静电荷或恒定电流，而在单导体所构成单导体所构成的空心金属波导管的空心金属波导管内内，不可能存在静电荷或恒定电荷，因此也，不可能存在静电荷或恒定电荷，因此也不可能不可能传输传输TEMTEM波型。波型。v 若是双导

15、体或多导体，则可以传输若是双导体或多导体，则可以传输TEMTEM波型波型第21页/共68页 对于无耗规则波导，导行波沿对于无耗规则波导，导行波沿z z轴方向传播规律为轴方向传播规律为3-2 规则波导中的导行波二、传输特性其中，其中，KKKKc c 时，时，为实数，则为实数，则Z(z)Z(z)表示沿表示沿z z轴方向传播的行波轴方向传播的行波 KKK KcK Kc(二二)波导的截止现象波导的截止现象/截止波长及传输条件截止波长及传输条件 如果某一波型要在给定的波导内能够传输如果某一波型要在给定的波导内能够传输,则要求则要求ffffc c,具有高通滤波器的特性具有高通滤波器的特性v 对于对于TEM

16、TEM波没有截止现象波没有截止现象,但但TETE和和TMTM波有截止现象波有截止现象第22页/共68页3-2 规则波导中的导行波二、传输特性(六六)损耗和衰减损耗和衰减 损耗是指波在传播过程中，其幅值（或功率）不断减小的现象。损耗是指波在传播过程中，其幅值（或功率）不断减小的现象。（2 2）对于实际的波导，波导壁的内表面并非是无耗的理想导体，高频电）对于实际的波导，波导壁的内表面并非是无耗的理想导体，高频电流流过时会产生热损耗，波导中填充的介质也不是理想介质，也会产生热流流过时会产生热损耗，波导中填充的介质也不是理想介质，也会产生热损耗，都会引起波的衰减损耗，都会引起波的衰减热损耗热损耗（1

17、1）对于无耗波导，当）对于无耗波导，当 c c时，波导已不能传输能量，也不消耗能量，时，波导已不能传输能量，也不消耗能量，只能储存能量，称为只能储存能量，称为 介质（电抗性）衰减介质（电抗性）衰减 两种衰减产生的机理完全不同，下面仅讨论第二种情况：两种衰减产生的机理完全不同，下面仅讨论第二种情况：传播常数传播常数 =j j，其中衰减常数其中衰减常数 c c d d c c表示由波导壁引起的导体的衰减常数表示由波导壁引起的导体的衰减常数 d d表示由波导中填充介质所引起的介质的衰减常数表示由波导中填充介质所引起的介质的衰减常数第23页/共68页3-2 规则波导中的导行波三、品质因数它表征系统内的

18、储能与耗能的程度的量它表征系统内的储能与耗能的程度的量（1 1）只考虑波导损耗时的）只考虑波导损耗时的Q Q值值（2 2）只考虑介质损耗时的）只考虑介质损耗时的Q Q值值若只考虑若只考虑0 0引起的损耗，引起的损耗，则则“=0,=0,总的品质因数总的品质因数第24页/共68页b)b)每组每组m,nm,n值对应一种波型，记为值对应一种波型，记为TETEmnmn(或或H Hmn mn)最低次的波型为最低次的波型为TETE1010(ab)(ab)或或TETE01 01(ab)(abab时，时，TETE1010模的截止波长大于模的截止波长大于TETE0101模，且大于模，且大于TMTM1111模模 T

19、ETE1010模是矩形波导中的主波型模是矩形波导中的主波型二、波型及场结构二、波型及场结构（一）（一）TE波型波型(1)场分量的表示式场分量的表示式第25页/共68页3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性三、矩形波导管中电磁波的传输特性三、矩形波导管中电磁波的传输特性（一）截止波长和截止频率（一）截止波长和截止频率 截止波数截止波数K Kc c 截止波长截止波长 c c 截止频率截止频率f fc c第26页/共68页v 矩形波导中各种模式的截止波长分布矩形波导中各种模式的截止波长分布3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性三、矩形波导管中电磁波的传输特性最上面的模式是最上面的模式是2121第27页/

20、共68页（二）波导波长和相移常数（二）波导波长和相移常数 波导波长波导波长 相移常数相移常数3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性三、矩形波导管中电磁波的传输特性（三）相速和群速（三）相速和群速 相速相速 群速群速（四）波型阻抗（四）波型阻抗第28页/共68页了解管壁电流的分布情况，对解决某些实际问题有帮助了解管壁电流的分布情况，对解决某些实际问题有帮助无辐射性槽无辐射性槽强辐射性槽强辐射性槽3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性四、矩形波导管的管壁电流第29页/共68页3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性六、激励与耦合（1 1）探针（棒）激励）探针（棒）激励 电激励方式电激励方式 探针轴线应与波

21、导中所需模式的探针轴线应与波导中所需模式的电力线相平行电力线相平行，并置于并置于该波型电场最强处该波型电场最强处 （TETE1010：宽边中央）：宽边中央）激励激励TETE1010模的同时，还将激励某些高次模模的同时，还将激励某些高次模第30页/共68页3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性六、激励与耦合（2 2）环激励）环激励 磁激励方式磁激励方式 为得到强耦合，插入波导中所需模式的为得到强耦合，插入波导中所需模式的磁场最强处磁场最强处，小环法线应小环法线应平行于磁力线平行于磁力线 耦合较弱耦合较弱 （3 3）孔（缝）激励）孔（缝）激励 在波导之间的激励，往往采用小孔耦合，在波导之间的激励，往

22、往采用小孔耦合，即在两个波导的公共壁上开孔或缝，使一部分能量辐射到另一波导即在两个波导的公共壁上开孔或缝，使一部分能量辐射到另一波导 又称电流激励，可以是磁场激励、也可以是电场激励或两者兼之又称电流激励，可以是磁场激励、也可以是电场激励或两者兼之第31页/共68页三、圆形波导管中电磁波的传输特三、圆形波导管中电磁波的传输特性性1、截止波长、截止波长与矩形波导不同，圆波导中的TE模和TM模的传输特性各不相同其中，其中，mnmn和和 mnmn分别是分别是m m阶阶BesselBessel函函数及其一阶导数的第数及其一阶导数的第n n个非零根个非零根 TE TE1111TMTM0101TETE212

23、1TETE0101 TM TM1111TETE31314a4aa a2a2a3a3a C CTMTM2121。I I截止区截止区IIIIII多模区多模区IIII单模区单模区圆波导中截止波长的分布图圆波导中截止波长的分布图（1 1）c cTE11TE113.41R 3.41R 最长最长 c cTM01TM012.62R2.62R c cTE21TE212.06R2.06R c cTE01TE01 c cTM11TM111.64R1.64R TE TE1111是圆波导中的主波型是圆波导中的主波型（2 2）2.62a2.62a 3.41a3.41a为单模为单模传输区；只能传输传输区；只能传输TETE

24、1111模模（3 3）越短，所能传输的波越短，所能传输的波型越多，高通特性型越多，高通特性（4 4）简并现象）简并现象第32页/共68页四、圆波导中几种常用模式的场结四、圆波导中几种常用模式的场结构及其应用构及其应用TE11模是圆波导中的最低次模，即主波型，模是圆波导中的最低次模，即主波型，场分量表达式为：场分量表达式为：（v111.841，C C3.41R）1）主模）主模TE11模模第33页/共68页四、圆波导中几种常用模式的场结构及其应四、圆波导中几种常用模式的场结构及其应用用2）圆对称）圆对称TM01模模圆波导的第一个高次模圆波导的第一个高次模场分量表达式为：场分量表达式为：（v012.

25、405，C C2.61R）场场结构结构第34页/共68页四、圆波导中几种常用模式的场结构及其应用四、圆波导中几种常用模式的场结构及其应用（3）TE013）损耗最小的）损耗最小的TE01模模场分量表达式为：场分量表达式为：（013.832，C C1.64R）场场结构结构第35页/共68页 3 3、同轴线中、同轴线中TEMTEM波的传输特性波的传输特性（1 1）相速与波长）相速与波长（2 2）特性阻抗）特性阻抗对于非磁性介质，对于非磁性介质，r r 1 1o 特性阻抗的意义为行波电压与行波电流之比特性阻抗的意义为行波电压与行波电流之比3-5 3-5 同轴线及其中的高次波型同轴线及其中的高次波型 一

26、、一、同轴线中的同轴线中的TEMTEM波型波型第36页/共68页37阻抗矩阵阻抗矩阵N N个端口电压个端口电压N N个端口电流个端口电流阻抗矩阵阻抗矩阵GG写成矩阵形式？写成矩阵形式？复习：矩阵乘法复习：矩阵乘法A的第的第i行、第行、第j列元素，是列元素，是B的的第第i行与行与C的第的第j列元素对应相列元素对应相乘后再相加求和的结果。乘后再相加求和的结果。第37页/共68页38阻抗矩阵元素意义阻抗矩阵元素意义阻抗矩阵阻抗矩阵Zij 是电流是电流Ij 在在j 端口激励、其他所有端口均端口激励、其他所有端口均开路开路时，在端口时，在端口i 测得的测得的开路电压开路电压与与Ij 之比。之比。是其他所

27、有是其他所有端口均端口均开路开路时，端口时，端口i和端口和端口j 之间的之间的转移阻抗转移阻抗。Zii 是除端口是除端口i之外的其他所有端口均之外的其他所有端口均开路开路时，端时，端口口i的的输入阻抗输入阻抗。除端口除端口j外其他所有端外其他所有端口均开路（包括第口均开路（包括第i个个端口），即电流均为端口），即电流均为0 Ij是是“因因”，Vi是是“果果”第38页/共68页39导纳矩阵导纳矩阵N N个端口电流个端口电流N N个端口电压个端口电压导纳矩阵导纳矩阵写成矩阵形式写成矩阵形式第39页/共68页40导纳矩阵导纳矩阵导纳矩阵元素意义导纳矩阵元素意义Yij 是电压是电压Vj 在在j 端口激

28、励、其他所有端口均端口激励、其他所有端口均短短路路时，在端口时，在端口i 测得的测得的短路电流短路电流与与Vj之比。是除端口之比。是除端口j之外其他所有端口均短路时，端口之外其他所有端口均短路时，端口i和端口和端口j之间的之间的转转移导纳移导纳。Yii是除端口是除端口i之外的其他所有端口均短路时，端之外的其他所有端口均短路时，端口口i的的输入导纳输入导纳。除端口除端口j j外其他所有端外其他所有端口均短路（电压为口均短路（电压为0 0）GG Vj是是“因因”，Ii是是“果果”第40页/共68页41 例例4.34.3阻抗参量计算阻抗参量计算阻抗和导纳矩阵参量计算阻抗和导纳矩阵参量计算第41页/共

29、68页42散射矩阵散射矩阵 N N端口网络的入射电压与反射电压之间关系端口网络的入射电压与反射电压之间关系线性叠加性线性叠加性:电压电压反射波反射波,向网络向网络外部外部:电压电压入射波入射波,向网络向网络内部内部第42页/共68页43端口端口k处阻抗不处阻抗不匹配，从网络内匹配，从网络内部出来的电压反部出来的电压反射波，在端口射波，在端口k处处发生反射，射向发生反射，射向网络内部，形成网络内部，形成端口端口k处的电压源处的电压源激励！激励！散射矩阵元素的定义散射矩阵元素的定义散射矩阵散射矩阵n端口端口k电压为零的条件电压为零的条件p端口端口k处处无电压源无电压源p端口端口k接接匹配负载匹配负

30、载第43页/共68页44散射矩阵元素意义散射矩阵元素意义散射矩阵散射矩阵除端口除端口j外，其他所有端口入射外，其他所有端口入射电压均为电压均为0(0(所有端口均无电压所有端口均无电压源激励，并且均接匹配负载源激励，并且均接匹配负载)Sij 是在端口是在端口j用电压源用电压源激励，激励，其他所有端口其他所有端口均无激均无激励，并且励，并且其他所有端口其他所有端口均接均接匹配负载匹配负载时，在端口时，在端口i 测测得的得的电压反射波电压反射波与与 之比。之比。是其他所有端口均接匹是其他所有端口均接匹配负载时，端口配负载时，端口i和端口和端口j 之间的之间的传输系数传输系数。Sii 是所有其他端口接

31、匹配负载时向是所有其他端口接匹配负载时向i端口看去的端口看去的反射反射系数系数。是是“因因”，是是“果果”第44页/共68页45端口端口2 2无入射波时无入射波时端口端口2 2接匹接匹配负载（或传输线无穷长），求配负载（或传输线无穷长），求从端口从端口1 1看进去的看进去的反射系数反射系数例例4.4求求3dB衰减电路的衰减电路的S参量（传输线参量（传输线Z0=50）散射参量计算散射参量计算求求S11即从端口即从端口1看进去的看进去的反射系数反射系数50第45页/共68页46散射参量计算散射参量计算端口端口2 2接匹配负载（或传输线无穷长）时，从端口接匹配负载（或传输线无穷长）时，从端口1 1看

32、看进去的进去的输入阻抗输入阻抗：求求S11：=S2250第46页/共68页47散射参量计算散射参量计算求求S11：50端口端口2：仅有反射电压：仅有反射电压 ，无入射电压无入射电压。反射波或被。反射波或被负载完全吸收，或沿传输线无限传输下去负载完全吸收，或沿传输线无限传输下去(无无“反射反射”)端口端口2接匹配负载接匹配负载(或传输线无穷长或传输线无穷长)，端口端口1、2电压？电压？反射电压反射电压入射入射反射反射端口端口1：有入射电压：有入射电压 ，可能也有反射电压，可能也有反射电压 。可。可能存在多次能存在多次“反射反射”，但叠加后的总的入射电压为，但叠加后的总的入射电压为端口端口1 1处

33、的反射（出射）电压完全由处的反射（出射）电压完全由网络内部电路网络内部电路引起引起第47页/共68页48散射参量计算散射参量计算求求S21：在端口1施加入射波 ，端口2接匹配负载（或传输线无限长），并在端口2上测量得到出射波求求，可转化为求，可转化为求端口端口2上的分压上的分压由等效电由等效电路图得路图得第48页/共68页49散射参量计算散射参量计算1 1、并联部分阻抗、并联部分阻抗求求S21：由由2 2、负载上分压、负载上分压求求 ，可转化为求端口，可转化为求端口2上的分压上的分压第49页/共68页50散射参量计算散射参量计算3 3、计算、计算S S2121=S12端口端口1处入射功率处入射

34、功率端口端口2处出射功率处出射功率3dB衰减器衰减器第50页/共68页51传输矩阵定义传输矩阵定义传输矩阵传输矩阵用二端口网络一个端口的电压、电流，表示另一个端口的电压、电流用二端口网络一个端口的电压、电流，表示另一个端口的电压、电流两个端口之间总电压、电流之间关系两个端口之间总电压、电流之间关系传输矩阵传输矩阵(ABCD(ABCD矩阵矩阵)(端口端口2 2开路开路)(端口端口2 2开路开路)(端口端口2 2短路短路)(端口端口2 2短路短路)I2方向为流出网络！方向为流出网络！根据线根据线性方程性方程组确定组确定参数意参数意义！义！第51页/共68页52传输矩阵应用传输矩阵应用传输矩阵应用传

35、输矩阵应用传输矩阵的应用传输矩阵的应用二端口网络的级联二端口网络的级联M个二端口网络级联个二端口网络级联第52页/共68页53传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算 例例6.5-16.5-1计算计算ABCDABCD参量参量串联阻抗串联阻抗Z Z：端口端口1 1端口端口2 2第53页/共68页并联导纳并联导纳Y Y：端口端口1 1端口端口2 2传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算第54页/共68页变压器：变压器：传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算传输矩阵参量计算第55页/共68页 微波谐振器是具有储能与选频特性的微波谐振元件微波

36、谐振器是具有储能与选频特性的微波谐振元件 在微波频段，集总参数的在微波频段，集总参数的LCLC谐振回路已不再适用谐振回路已不再适用 必须研制新型的采用分布参数的微波谐振器必须研制新型的采用分布参数的微波谐振器 两种避免辐射的方法：两种避免辐射的方法：将电磁波封闭在金属空腔内将电磁波封闭在金属空腔内 空腔谐振器空腔谐振器将电磁波聚集在高介电常数的介质内将电磁波聚集在高介电常数的介质内 开放型谐振器开放型谐振器Chap.6 微波谐振器第56页/共68页 微波谐振器分成两大类微波谐振器分成两大类Chap.6 微波谐振器传输线类型的谐振器：传输线类型的谐振器：由微波传输线构成，只要在结构上采取某些措施

37、（如开由微波传输线构成，只要在结构上采取某些措施（如开路或短路等）就可构成微波谐振腔路或短路等）就可构成微波谐振腔非传输线类型的谐振器：非传输线类型的谐振器：由特殊空腔构成，形状复杂，不能看成是由某种传输线构成由特殊空腔构成，形状复杂，不能看成是由某种传输线构成 例如：环形谐振腔、混合同轴线型谐振腔以及其他形状（如例如：环形谐振腔、混合同轴线型谐振腔以及其他形状（如球形、槽形、扇形）的谐振腔等球形、槽形、扇形）的谐振腔等 主要用于微波管和加速器等微波系统中主要用于微波管和加速器等微波系统中第57页/共68页Chap.6 微波谐振器 微波谐振器与集总参数谐振回路的主要区别微波谐振器与集总参数谐振

38、回路的主要区别分布参数电路：分布参数电路：LCLC谐振回路中的电能集中在电容中，磁能集中在电感中，有明谐振回路中的电能集中在电容中，磁能集中在电感中，有明显的显的“电区域电区域”和和“磁区域磁区域”；而微波谐振回路是分布参数回；而微波谐振回路是分布参数回路，电场和磁场彼此不能分开，因而电能和磁能也不能分开，路，电场和磁场彼此不能分开，因而电能和磁能也不能分开，以分布形式出现以分布形式出现多谐性：多谐性：LCLC回路中只有一个振荡模式和一个谐振频率；而微波谐振腔中有回路中只有一个振荡模式和一个谐振频率；而微波谐振腔中有无限多个振荡模式和无限多个谐振频率无限多个振荡模式和无限多个谐振频率高高Q Q

39、值：值：微波谐振腔的品质因数微波谐振腔的品质因数Q Q值一般比值一般比LCLC回路高很多回路高很多 相同点：相同点：微波谐振腔的振荡实质和低频微波谐振腔的振荡实质和低频LCLC回路相同回路相同 第58页/共68页61 谐振腔的主要特性参数 微波谐振腔的三个基本参量为：微波谐振腔的三个基本参量为：v 谐振频率谐振频率f fr r（或谐振波长（或谐振波长 r r）、）、v 品质因数品质因数Q Qv 等效谐振电导（或电阻）等效谐振电导（或电阻）这三个基本参量都是针对腔中某个振荡模式而言的，这三个基本参量都是针对腔中某个振荡模式而言的，不同模式的参量的值一般是不同的不同模式的参量的值一般是不同的第59

40、页/共68页61 谐振腔的主要特性参数一、谐振频率一、谐振频率f fr r谐振频率谐振频率f fr r是指谐振腔中该模式的场发生谐振时的频率，是指谐振腔中该模式的场发生谐振时的频率，也称也称固有频率固有频率，对应的波长为，对应的波长为谐振波长谐振波长 r r f fr r的计算方法主要有以下几种的计算方法主要有以下几种相位法相位法电纳法电纳法集总参数法集总参数法场解法场解法与低频谐振回路不同，微波谐振腔可以在一系列频率下与低频谐振回路不同，微波谐振腔可以在一系列频率下产生电磁振荡。产生电磁振荡。(多谐性多谐性)谐振器的种类不同，产生谐振的条件也不同，谐振器的种类不同，产生谐振的条件也不同，有多

41、种求解谐振频率有多种求解谐振频率f fr r的方法的方法第60页/共68页61 谐振腔的主要特性参数二、品质因数二、品质因数Q Q（一）固有品质因数Q0设PWT/T为一周期内谐振腔中的平均损耗功率 wr2fr 2/T为谐振角频率Q0是衡量腔内储能与耗能的一种质量指标，所以称为品质因数；Q0大表示损耗小，频率选择性强、工作稳定度高，但工作频带窄；Q0小，则反之微波谐振器的Q0要比集总参数的低频谐振回路的Q0高得多TWWQpp220=一周期内谐振器的耗能谐振器内总的储能TWwPTWr=p2第61页/共68页61 谐振腔的主要特性参数三、等效电导G0等效谐振电导G0是与腔内损耗功率有关的参数将谐振腔

42、等效为集总参数谐振回路的形式设腔内的功率损耗为P，则即腔内所选参考面处等效电压幅值 G0不唯一,因为Um不唯一，与积分路径及其起点、终点有关 等效电路问题：一个谐振腔可以谐振于无穷多模式，每个模式的等效电路一般不同；实际的等效电路应与所选工作模式及工作频率范围对应；所选参考面不同，可等效为LC并联谐振回路也可等效为串联回路=BAsSl dEdsHRvvv2212t202mUPG=BAsSl dEdsHRvvv2t2021mUGP=第62页/共68页第63页/共68页第64页/共68页第65页/共68页第66页/共68页 由同轴线构成，主模：TEM模 64 同轴谐振腔 基本振荡模式有三种v/2型同轴线谐振腔v/4型同轴线谐振腔v 电容加载同轴线谐振腔 优点：场结构简单、稳定、无色散、无频率下限，工作频率范围宽 缺点：Q0低第67页/共68页感谢您的观看！第68页/共68页