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[信息與通信]微波技術(shù)與天線第4章(已修改)

2025-02-02 12:54 本頁(yè)面
 

【正文】 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 等效傳輸線 單口網(wǎng)絡(luò) 雙端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗與轉(zhuǎn)移矩陣 散射矩陣與傳輸矩陣 多端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 1. 等效電壓和等效電流 ? 為定義任意傳輸系統(tǒng)某一參考面上的電壓和電流 , 作以下規(guī)定 : ? ① 電壓 U(z)和電流 I(z)分別與 Et和 Ht成正比 。 ? ② 電壓 U(z)和電流 I(z)共軛乘積的實(shí)部應(yīng)等于平均傳輸功率。 ? ③ 電壓和電流之比應(yīng)等于對(duì)應(yīng)的等效特性阻抗值。 ? 等效傳輸線 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 式中 ek(x, y)、 hk(x, y)是二維實(shí)函數(shù) , 代表了橫向場(chǎng)的模式橫向分布函數(shù) , Uk(z)、 Ik(z)都是一維標(biāo)量函數(shù) , 它們反映了橫向電磁場(chǎng)各模式沿傳播方向的變化規(guī)律 , 故稱為模式等效電壓和模式等效電流。值得指出的是這里定義的等效電壓、等效電流是形式上的 , 它具有不確定性 , 上面的約束只是為討論方便 , 下面給出在上面約束條件下模式分布函數(shù)應(yīng)滿足的條件。 ?(411) 對(duì)任一導(dǎo)波系統(tǒng) , 不管其橫截面形狀如何(雙導(dǎo)線、 矩形波導(dǎo)、 圓形波導(dǎo)、 微帶等) , 也不管傳輸哪種波形( TEM波、 TE波、 TM波等) , 其橫向電磁場(chǎng)總可以表示為 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 由規(guī)定 ② 可知 , ek、 hk應(yīng)滿足 : 由電磁場(chǎng)理論可知 , 各模式的波阻抗為 : 其中 , Zek為該模式等效特性阻抗。 ?(412)(413)(414) 由電磁場(chǎng)理論可知 , 各模式的傳輸功率可由下式給出 : 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 綜上所述 , 為唯一地確定等效電壓和電流 , 在選定模式特性阻抗條件下各模式橫向分布函數(shù)還應(yīng)滿足下面以例子來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。 ? [例 ] 求出矩形波導(dǎo) TE10模的等效電壓、 等效電流和等效特性阻抗。 ? 解 : 由第 2章可知(415) 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)其中 , TE10的波阻抗可見(jiàn)所求的模式等效電壓、等效電流可表示為(416) (417) 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 式中 ,Ze為模式特性阻抗 , 現(xiàn)取 Ze= ?? , 我們來(lái)確定 A1。 由式( 4 1 6) 及( 4 –1 7) 可得由式( 4 1 5) 可推得(418)(419) 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 于是唯一確定了矩形波導(dǎo) TE10模的等效電壓和等效電流 , 即 此時(shí)波導(dǎo)任意點(diǎn)處的傳輸功率為 與式( 2. 2. 26)相同 , 也說(shuō)明此等效電壓和等效電流滿足第 ② 條規(guī)定。 ?(4110)(4111) 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 2. 模式等效傳輸線 ? 由前面分析可知 , 不均勻性的存在使傳輸系統(tǒng)中出現(xiàn)多模傳輸 , 由于每個(gè)模式的功率不受其它模式的影響 , 而且各模式的傳播常數(shù)也各不相同 , 因此每一個(gè)模式可用一獨(dú)立的等效傳輸線來(lái)表示。 這樣可把傳輸 N個(gè)模式的導(dǎo)波系統(tǒng)等效為 N個(gè)獨(dú)立的模式等效傳輸線 , 每根傳輸線只傳輸一個(gè)模式 , 其特性阻抗及傳播常數(shù)各不相同 , 如圖 所示。另一方面由不均勻性引起的高次模, 通常不能在傳輸系統(tǒng)中傳播 , 其振幅按指數(shù)規(guī)律衰減。因此高次模的場(chǎng)只存在于不均勻區(qū)域附近 , 它們是局部場(chǎng)。 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)圖 4 – 1 多模傳輸線的等效 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 在離開(kāi)不均勻處遠(yuǎn)一些的地方 , 高次模式的場(chǎng)就衰減到可以忽略的地步 , 因此在那里只有工作模式的入射波和反射波。通常把參考面選在這些地方 , 從而將不均勻性問(wèn)題化為等效網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理。如圖 42 所示是導(dǎo)波系統(tǒng)中插入了一個(gè)不均勻體及其等效微波網(wǎng)絡(luò)。 ? 建立在等效電壓、 等效電流和等效特性阻抗基礎(chǔ)上的傳輸線稱為等效傳輸線 , 而將傳輸系統(tǒng)中不均勻性引起的傳輸特性的變化歸結(jié)為等效微波網(wǎng)絡(luò) , 這樣均勻傳輸線中的許多分析方法均可用于等效傳輸線的分析。 ? 第 4章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)圖 4 –
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