微波技術(shù)與天線論文.doc

微波技術(shù)與天線院系：萬方科技學(xué)院電氣系 班級(jí)： 通信11-1班 姓名： 李凱 學(xué)號(hào)： 1116303037 緒論微波、天線、與電波傳播是無線電技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，他們?nèi)哐芯康膶?duì)象和目的有所不同。微波主要研究如何導(dǎo)引電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中的有效傳輸，它的特點(diǎn)是希望電磁波按一定要求沿微波傳輸系統(tǒng)無輻射地傳輸，對(duì)傳輸系統(tǒng)而言，輻射是一種能量的損耗。天線的任務(wù)則是將導(dǎo)行波變換為向空間定向輻射的電磁波，或?qū)⒃诳臻g傳播的電磁波變?yōu)槲⒉ㄔO(shè)備中的導(dǎo)行波，因此天線有兩個(gè)基本作用：一個(gè)是有效地輻射或接收電磁波，另一個(gè)是把無線電波能量轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波能量。電波傳播則是分析和研究電波在空間的傳播方向和特點(diǎn)。微波、天線與電波傳播三者的共同基礎(chǔ)是電磁場(chǎng)理論，三者都是電磁場(chǎng)在不同邊值條件下的應(yīng)用。微波技術(shù)主要研究引導(dǎo)電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中如何進(jìn)行有效的傳輸，它希望電磁波按一定要求沿傳輸系統(tǒng)無輻射地傳輸。微波是電磁波中介于超短波了紅外線之間的波段，它屬于無線電波中波長最短的波段，其頻率范圍從300MHz至3000GHz。微波具有似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應(yīng)特性、散射特性、抗干擾特性。除了上述特性外，它還有以下特點(diǎn)：1、視距傳播特性2、分布參數(shù)的不確定性3、電磁兼容與電磁環(huán)境污染。天線是將微波導(dǎo)行波變成向空間定向輻射的電磁波，或?qū)⒖臻g的電磁波變?yōu)槲⒉ㄔO(shè)備中的導(dǎo)行波。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等。課程內(nèi)容總結(jié)第15章為微波技術(shù)部分，主要討論了均勻傳輸線理論、規(guī)則金屬波導(dǎo)、微波集成傳輸線、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和微波元器件第69章為天線與電波傳播部分，主要敘述了天線輻射與接收的基本理論、電波傳播概論、線天線及面天線，其中在線天線部分側(cè)重介紹了在工程中常用的鞭天線、電視天線、移動(dòng)通信基站天線、行波天線、寬頻帶天線、微帶天線等，還對(duì)智能天線技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹。第10章為微波應(yīng)用系統(tǒng)，主要討論了雷達(dá)系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)及微波遙感系統(tǒng)三個(gè)經(jīng)典系統(tǒng)。課程主要知識(shí)點(diǎn)一、均勻傳輸線理論（1）均勻傳輸線方程: 時(shí)諧傳輸線方程: （2）均勻傳輸線方程的解: （3）傳輸線的工作特性參數(shù)。特性阻抗;傳播常數(shù);相速與波長(4)輸入阻抗: 對(duì)無耗均勻傳輸線, 線上各點(diǎn)電壓U(z)、 電流I(z)與終端電壓U1、終端電流Il的關(guān)系如下： (5)反射系數(shù): 傳輸線上任意一點(diǎn)z處的反射波電壓（或電流）與入射波電（或電流）之比為電壓（或電流）反射系數(shù), 即：(6)輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系U(z)=U+(z)+U-(z)=A1e jz1+(z) I(z)=I+(z)+I-(z) = e jz1-(z)二、規(guī)則金屬波導(dǎo)傳輸功率: 1) 截止波長。圓波導(dǎo)TEmn模、TMmn模的截止波數(shù)分別為： 三、微波集成傳輸線介質(zhì)波導(dǎo)可分為兩大類：一類是開放式介質(zhì)波導(dǎo)，主要包括圓形介質(zhì)波導(dǎo)和介質(zhì)鏡像線等；另一類是半開放介質(zhì)波導(dǎo)，主要包括H形波導(dǎo)、G形波導(dǎo)等。四、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（1）單口網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性令參考面T處的電壓反射系數(shù)為l, 由均勻傳輸線理論可知, 等效傳輸線上任意點(diǎn)的反射系數(shù)為：（2） 歸一化電壓和電流由于微波網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜, 因此在分析時(shí)通常采用歸一化阻抗, 即將電路中各個(gè)阻抗用特性阻抗歸一, 與此同時(shí)電壓和電流也要?dú)w一。在各種微波網(wǎng)絡(luò)中, 雙端口網(wǎng)絡(luò)是最基本的, 任意具有兩個(gè)端口的微波元件均可視之為雙端口網(wǎng)絡(luò)。五、微波元器件(1) 短路負(fù)載 匹配負(fù)載 失配負(fù)載(2) 微波連接元件微波連接元件是二端口互易元件, 主要包括: 波導(dǎo)接頭、 衰減器、相移器、轉(zhuǎn)換接頭。 (3) 阻抗匹配元件 1)螺釘調(diào)配器2) 多階梯阻抗變換器3) 漸變型阻抗變換器(4) 定向耦合器 (5) 定向耦合器的性能指標(biāo)耦合度 隔離度 定向度 輸入駐波比工作帶寬 2)波導(dǎo)雙孔定向耦合器 3)雙分支定向耦合器 4)平行耦合微帶定向耦合器六、天線輻射與接收（1）電基本振子電基本振子是一段長度l遠(yuǎn)小于波長, 電流I振幅均勻分布、 相位相同的直線電流元, 它是線天線的基本組成部分, 任意線天線均可看成是由一系列電 基本振子構(gòu)成的。 （2） 磁基本振子的場(chǎng)引入這種假想的磁荷和磁流的概念, 將一部分原來由電荷和電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)用能夠產(chǎn)生同樣電磁場(chǎng)的磁荷和磁流來取代,即將“電源”換成等效“磁源”, 可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算工作。 （3）天線方向圖及其有關(guān)參數(shù)所謂天線方向圖， 是指在離天線一定距離處, 輻射場(chǎng)的相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)（歸一化模值）隨方向變化的曲線圖, 通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來表示。 （4） 天線效率天線輻射功率與輸入功率之比, 記為A， 即（5） 增益系數(shù)增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性的參數(shù), 它是方向系數(shù)與天線效率的乘積, 記為G, 即： G=DA（6） 極化和交叉極化電平極化特性是指天線在最大輻射方向上電場(chǎng)矢量的方向隨時(shí)間變化的規(guī)律。具體地說,就是在空間某一固定位置上,電場(chǎng)矢量的末端隨時(shí)間變化所描繪的圖形,如果是直線, 就稱為線極化;如果是圓就稱為圓極化;如果是橢圓就稱為橢 圓極化。（7） 頻帶寬度(Frequency Band Width)天線的電參數(shù)都與頻率有關(guān), 也就是說, 上述電參數(shù)都是針對(duì)某一工作頻率設(shè)計(jì)的。當(dāng)工作頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時(shí), 往往要引起天線各個(gè)參數(shù)的變化。（8） 輸入阻抗與駐波比(Input Impedance and Standing Wave Ratio)要使天線輻射效率高, 就必須使天線與饋線良好地匹配, 也就是天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗,才能使天線獲得最大功率（9） 有效長度有效長度是衡量天線輻射能力的又一個(gè)重要指標(biāo)。 七、電波傳播概論(1) 視線距離：(2) 大氣對(duì)電波的衰減大氣對(duì)電波的衰減主要來自兩個(gè)方面。一方面是云、霧、 雨等小水滴對(duì)電波的熱吸收及水分子、氧分子對(duì)電波的諧振吸收。 另一方面是云、霧、雨等小水滴對(duì)電波的散射。(3) 場(chǎng)分析在視距傳播中, 除了自發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的直射波外, 還存在從發(fā)射天線經(jīng)由地面反射到達(dá)接收天線的反射波， 如圖 7-5 所示。因此接收天 線處的場(chǎng)是直射波與反射波的疊加。（1）垂直極化波沿非理想導(dǎo)電地面?zhèn)鞑r(shí),當(dāng)?shù)孛娴碾妼?dǎo)率越小或電波頻率越高, 電場(chǎng)縱向分量 Ez1越大, 說明傳播損耗越大。（2） 地面波的波前傾斜現(xiàn)象在接收地面上的無線電波中具有實(shí)用意義。在某些場(chǎng)合, 由于受到條件的限制, 也可以采用低架水平天線接收。（3） 地面波由于地表面的電性能及地貌、 地物等并不隨時(shí)間很快地變化, 并且基本上不受氣候條件的影響, 因此信號(hào)穩(wěn)定, 這是地面波傳播的突出優(yōu)點(diǎn)。 八、線天線（1） 直立振子天線1) 單極天線的輻射場(chǎng)及其方向圖2) 有效高度3) 提高單極天線效率的方法 （2） 水平振子天線水平振子天線經(jīng)常應(yīng)用于短波通信、電視或其它無線電系統(tǒng)中, 這主要是因?yàn)? 水平振子天線架設(shè)和饋電方便;地面電導(dǎo)率的變化對(duì)水平振子天線的影響較直立天線小;工業(yè)干擾大多是垂直極化波, 因此用水平振子天線可減小干擾對(duì)接收的影響。 1) 水平振子天線尺寸的選擇為保證水平振子天線在較寬的頻帶范圍內(nèi)最大輻射方向不發(fā)生偏移, 應(yīng)選擇振子的臂長h0.625, 以保證在與振子軸垂直的方向上始終有最大輻射,（3）電視發(fā)射天線1) 電視發(fā)射天線的特點(diǎn) 頻率范圍寬。 覆蓋面積大。 在以零輻射方向?yàn)橹行牡囊欢ǖ牧Ⅲw角所對(duì)的區(qū)域, 電視信號(hào)變得十分微弱。 我國的電視發(fā)射信號(hào)采用水平極化。 為了擴(kuò)大服務(wù)范圍, 發(fā)射天線必須架在高大建筑物的頂端或?qū)Ｓ玫碾娨曀稀?) 旋轉(zhuǎn)場(chǎng)天線，設(shè)有兩個(gè)電流大小相等I1=I2、相位差=90 的直線電流元, 在水平面內(nèi)垂直放置。（4） 移動(dòng)通信基站天線的特點(diǎn)天線應(yīng)架設(shè)在很高的地方, 這就要求天線有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性;天線應(yīng)采用垂直極化;采用扇形天線; 如果是中心激 勵(lì), 采用全向天線;天線增益應(yīng)盡可能的高;天線與饋線應(yīng)良好地匹配。（5） 移動(dòng)通信基站天線 VHF和UHF移動(dòng)通信基站天線一般是由饋源和角形反射器兩部分組成的, 為了獲得較高的增益, 饋源一般采用并饋