[科普中国]-微波网络

各类电子系统中用于检测、传输、处理信息或能量的微波电路。微波网络理论主要研究微波电路的分析和设计方法，它与电磁场理论（见电磁场基本定理）同为微波领域中的主要理论基础。微波网络是指具有若干输出、输入端口的任意形状及结构的区域，其内为由波导或传输线连接 的微波元器件构成的功能性微波电路或系统。1

分类复杂的微波网络由许多简单的微波网络所组成，后者有不同的分类方法。如按网络外接的传输线端口数可分为一端口、二端口、多端口的微波网络；按电路元件的性质可分为有源和无源的微波网络、线性和非线性的微波网络、可逆和非可逆的微波网络等。2

无源微波网络属于二端口网络的有微波滤波器、模式变换器（用于将波导中的一种电磁波模式变换成另一种）、极化变换器（用于改变波导中电磁波的极化性质）、移相器、铁氧体和隔离器等。属于三端口网络的有功率分配器、铁氧体 Y形环形器等。属于四端口网络的有微波混合接头、定向耦合器和定向滤波器等。用于微波多路通信的多工器属于多端口网络，其功能是把一个宽频带信道分割成若干窄频带信道，使信号分别从不同的端口输出。多工器可由多个定向滤波器连接而成，或由带通滤波器及匹配双T电桥组合而成。2

有源微波网络典型的二端口网络是微波晶体管放大器，采用双极型晶体管或场效应晶体管可构成低噪声放大器、功率放大器、宽带放大器和窄频带放大器。典型的三端口网络是微波混频器，常用肖特基势垒二极管作混频管，为了降低混频器噪声还可用二只混频管组成平衡混频器。用于低噪声放大的参量放大器也是一种三端口网络,其典型结构由一个三端口Y形环行器和一个二端口反射式放大器组成。信号自环行器的一个端口输入，经接于第二端口的反射式放大器放大后，由环行器的第三端口输出。反射式放大器具有信号端口和泵源端口，输入信号经变容管的非线性电容吸取泵源功率而获得增益。2

分析微波网络分析主要包括外特性分析、灵敏度分析和容差分析。①外特性分析：求出输入端口的激励与输出端口的响应两者之间的函数关系。频域分析法和时域分析法分别适用于分析微波网络的稳态特性和瞬态特性。时域分析的基本方法有拉普拉斯变换法、伴随网络法和状态变量法等。②灵敏度分析：目的是获得微波网络中各元件值或参量值的变化对网络外特性的影响，主要是分析散射参量的灵敏度，常用直接法和伴随网络法进行分析。③容差分析：是微波网络计算机辅助设计的一项重要内容。对于已完成设计的网络，还须定量计算各元件参量值的偏差对网络外特性的总影响。元件参量值的偏差与制造公差、模型的近似性以及测量误差等有关。容差分析有最坏情况分析和统计容差分析等方法。

在给定网络输入端口的激励和输出端口的响应特性的条件下，设计网络结构并确定其中各元件的参量。一般可袭用低频网络综合理论中的零点－极点法进行综合，如微波滤波器原型、晶体管放大器的宽频带匹配网络等；也可用级联网络的反射系数进行综合，如阻抗变换器和定向耦合器等。3

容量分析分析设备微波网络的结构相对复杂，在卫星网络中，如果想对其容量进行设计，需要引入合适的容量计算设备，通过简单的图示将其复杂的结构表现出来，其中，还会涉及一些专业性比较强的公式。在对微波网络进行容量分析的过程中，主要面向对象是树形的微波网络结构，需要通过分析工具对容量进行计算，获得相关的数据结果，使复杂的结构变得相对简化一些。微波网络容量分析设备主要是先选择一个重要的根据点，采用树形结构，从此根据点向下进行分支，将这种树形结构通过图示表示出来，将其绘制成表，需要注意的是，数据表格与图形要一一对应。从微波网络的容量的角度来看，其链路重要由站点和下一个连接点组成，二者进行叠加，得出对应的容量，在对其进行表示的过程中，需要采用不同的颜色或者图形对其进行标识，避免出现混淆、不清晰的现象。在对于微波网络的链路或者站点类型的计算说明中，需要对其要加以区分。

在实际的应用过程中，需要充分考虑资源等问题，使容量一定保持有空余的状态，防止临时状况的发生。从链路表的角度来看，需要填写完整的站点与链路的相关信息，通过“计算按钮”来对微波网络结构进行容量计算，在所得到的数据中，有两个部分的结果，一个是“站点表”，另外一个是“链路表”，这两种表格均采用绿色对其进行标识。在“站点表”中，所需要完善任务栏有站点的HUB节点，此站点当下所处于的情况以及对其进行的容量判定；在“链路表”中，所需要完善的任务栏则与“站点表”有些许不同，它主要是需要确定运行状态下与结束状态时的容量。3

实际应用任何计算工具的重要意义均是应用于实践，在对于微波网络容量的分析中，可以发现其重要的工作用途，可以将复杂的结构，通过清晰的图表呈现出来，令工作人员明确工作主次以及工作方向，更加有助于工作的顺利开展。在进行计算的过程中，首先需要确认站点所属的城市所在地，通过改变容量进行调整，值得注意的是，站点的属性不能处于正常，所以在设置时，相关属性调整为不对容量进行计算的状态。在“链路表”的设置中需要调整当下成分容量，将其改为目前链路的容量，点击开始计算即可。如果出现过小的需求容量时，代表不必升级优化链路。如果链路需要升级时，需要采用正规的软件对其进行升级与调制，同时，升级软件也可以解决容量资源短缺不足的问题。将微波网络的容量计算设备应用到实际生活当中，可以将复杂的拓扑结构进行简化，使工作人员明白具体的工作内容，并且可以有效解决站点资源容量不充足的问题，为工程的正常发展提供便利。3

优化微波网络的结构相对复杂，如果想对其容量进行设计，需要引入合适的容量计算设备，通过简单的图示将其复杂的结构表现出来，其中，还会涉及一些专业性比较强的公式。微波网络的结构十分复杂，在微波的一个节点处，下方由有很多的其他节点组成，形成树形的结构，如此繁杂的传输数据网络，如果仅通过人工计算，不仅浪费时间，而且还会出现计算错误的情况，这会给整体的工程带来麻烦，在某些情况下，还会出现一些临时的问题，如果不能及时有效地对其进行处理，将会为工程增添负担。对微波网络容量进行设计的工程师需要具备相关的基础知识与技术能力，并且可以灵活地将理论与实践结合在一起，对微波网络的容量进行合理设计与优化。

自动化的设计与操作可以有效避免人为错误的出现，而且还可以节省大量的时间与成本，为工程建设提供便利。综合来看，在生活中，微波网络的容量设计与人们的生活紧密相关联，它不仅可以帮助解决生活不便利的问题，而且还可以提高工作效率。进行工程建设前，需要对工作进行全方面地了解，对其可能会发生的状况以及影响正常运行的因素，均需要考虑在内，对其进行整体把握，全面优化微波网络容量的设计。在对于站点容量的测试中，发现某些地区的站点容量不够充足，而每一个站点都有重要的城市信息，保证信息完整就成为微波网络容量设计的一个目的，针对确保信息完整，需要对其进行容量规划以及优化设计方案，在工作进行的过程中，会出现很多复杂难懂的操作技术与知识，在有条件的情况，可以邀请具有精湛技能的工程师，为技术工程师进行培训，提升大家在微波网络容量设计方面的能力。对微波网络容量进行设计与优化，不仅可以学习到科技化的技术工作防范，而且还可以有效地提高工作效率，防止出现由于人为因素而导致的数据错误等问题，以此来促进我国工程建设发展。3

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学