微波技術與天線復習知識要點

1、微波技術與天線復習知識要點緒論l 微波的定義： 微波是電磁波譜介于超短波與紅外線之間的波段，它屬于無線電波中波長最短的波段。l 微波的頻率范圍：300MHz3000GHz ,其對應波長范圍是1m0.1mml 微波的特點 （要結合實際應用）：似光性，頻率高（頻帶寬），穿透性（衛(wèi)星通信），量子特性（微波波譜的分析）第一章 均勻傳輸線理論l 均勻無耗傳輸線的輸入阻抗（2個特性）定義：傳輸線上任意一點z處的輸入電壓和輸入電流之比稱為傳輸線的輸入阻抗注：均勻無耗傳輸線上任意一點的輸入阻抗與觀察點的位置、傳輸線的特性阻抗、終端負載阻抗、工作頻率有關。兩個特性： 1、2重復性：無耗傳輸線上任意相距2處的阻抗

2、相同Zin(z)= Zin(z+2) 2、4變換性: Zin(z)- Zin(z+4)=Z02 證明題：(作業(yè)題)l 均勻無耗傳輸線的三種傳輸狀態(tài)（ 要會判斷）參數行波駐波行駐波|010|111Z1匹配短路、開路、純電抗任意負載能量電磁能量全部被負載吸收電磁能量在原地震蕩1. 行波狀態(tài)：無反射的傳輸狀態(tài) 匹配負載：負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗 沿線電壓和電流振幅不變 電壓和電流在任意點上同相2. 純駐波狀態(tài)：全反射狀態(tài) 負載阻抗分為短路、開路、純電抗狀態(tài)3. 行駐波狀態(tài)：傳輸線上任意點輸入阻抗為復數l 傳輸線的三類匹配狀態(tài)（知道概念） 負載阻抗匹配：是負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗的情形，此時只

3、有從信源到負載的入射波，而無反射波。 源阻抗匹配：電源的內阻等于傳輸線的特性阻抗時，電源和傳輸線是匹配的，這種電源稱之為匹配電源。此時，信號源端無反射。 共軛阻抗匹配：對于不匹配電源，當負載阻抗折合到電源參考面上的輸入阻抗為電源內阻抗的共軛值時，即當Zin=Zg時，負載能得到最大功率值。共軛匹配的目的就是使負載得到最大功率。l 傳輸線的阻抗匹配（4阻抗變換）(P15和P17) l 阻抗圓圖的應用（*與實驗結合） 史密斯圓圖是用來分析傳輸線匹配問題的有效方法。1. 反射系數圓圖：（z）=|1|ej(1-2z)= |1|ej1為終端反射系數的幅度，=1-2z是z處反射系數的幅角。反射系數圓圖中任一

4、點與圓心的連線的長度就是與該點相應的傳輸線上某點處的反射系數的大小。2. 阻抗原圖（點、線、面、旋轉方向）： 在阻抗圓圖的上半圓內的電抗x0呈感性，下半圓內的電抗x0呈容性。 實軸上的點代表純電阻點，左半軸上的點為電壓波節(jié)點，其上的刻度既代表rmin又代表行波系數K，右半軸上的點為電壓波腹點，其上的刻度既代表rmax又代表駐波比。 |=1的圓圖上的點代表純電抗點。 實軸左端點為短路點，右端點為開路點，中心點處是匹配點。 在傳輸線上由負載向電源方向移動時，在圓圖上應順時針旋轉，；反之，由電源向負載方向移動時，應逆時針旋轉。3. 史密斯圓圖：將上述的反射系數圓圖、歸一化電阻圓圖和歸一化電抗圓圖畫在

5、一起，就構成了完整的阻抗圓圖。4. 基本思想： 特征參數歸一（阻抗歸一和電長度歸一）； 以系統(tǒng)不變量|作為史密斯圓圖的基底； 把阻抗（或導納）、駐波比關系套覆在|圓上。l 回波損耗、功率分配等問題的分析 回波損耗問題：1. 定義為入射波功率與反射波功率之比（通常以分貝來表示），即Lr(z)=10lg(PinPr) (dB) 對于無耗傳輸線，=0，Lr與z無關，即Lr(z)=-20lg|1| (dB)2. 插入損耗：定義為入射波功率與傳輸功率之比 3. |1|越大，則| Lr |越??； |1|越小，則| Lin|越大。P21:有關回波損耗的例題（例1-4） 功率分配問題：1. 入射波功率、反射波

6、功率和傳輸功率計算公式反映出了它們之間的分配關系。（P19）2. 傳輸線的傳輸效率：=負載吸收功率始端傳輸功率3. 傳輸效率取決于傳輸線的損耗和終端匹配情況第二章 規(guī)則金屬波導l 導波系統(tǒng)中的電磁波按縱向場分量的有無，可分為TE波、TM波和TEM波三種類型。（知道概念） TEM波：導行波既無縱向磁場有無縱向電場，只有橫向電場和磁場，故稱為橫電磁波。Ez=0而Hz=0 TM波（E波）：只有縱向電場，又稱磁場純橫向波。Ez0而Hz=0 TE波（H波）：只有縱向磁場，又稱電場純橫向波。Ez=0而Hz0l 導行條件： kck時，ffc 為導行波。l 矩形波導、圓波導主要模式的特點及應用 矩形波導：將由

7、金屬材料制成的、矩形截面的、內充空氣的規(guī)則金屬波導稱為矩形波導。1) 縱向場分量Ez和Hz不能同時為零，不存在TEM波。2) TE波：橫向的電波，縱向場只有磁場。 TE波的截止波數kc, 矩形波導中可以存在無窮多種TE導模，用TEmn表示。 最低次波形為TE10，截止頻率最低。3) TM波 TM11模是矩形波導TM波的最低次模，其他均為高次模。4) 主模TE10的場分布及其工作特性 主模的定義：在導行波中截止波長最長（截止頻率最低）的導行模 特點：場結構簡單、穩(wěn)定、頻帶寬和損耗小等。 圓波導：若將同軸線的內導體抽走，則在一定條件下，由外導體所包圍的圓形空間也能傳輸電磁能量，這就是圓形波導。 應

8、用：遠距離通信、雙極化饋線以及微波圓形諧振器等。 圓形波導也只能傳輸TE和TM波形。 主模TE11，截止波長最長，是圓波導中的最低次模。圓波導中TE11模的場分布與矩形波導的TE10模的場分布很相似，因此工程上容易通過矩形波導的橫截面逐漸過渡變?yōu)閳A波導。即構成方圓波導變換器。 圓對稱TM01模：圓波導的第一個高次模，由于它具有圓對稱性故不存在極化簡并模。因此常作為雷達天線與饋線的旋轉關節(jié)中的工作模式。 低損耗的TE01模：是圓波導的高次模式，它與TM11模是簡并模。它是圓對稱模，故無極化簡并。當傳輸功率一定時，隨著頻率升高，管壁的熱損耗將單調下降。故其損耗相對于其他模式來說是低的，故可將工作在

9、此模式下的圓波導用于毫米波的遠距離傳輸或制作高Q值的諧振腔。 l 熟悉模式簡并概念及其區(qū)別1. 矩形波導中的E-H簡并：對相同的m和n，TEmn和TMmn模具有相同的截止波長（或相同的截止頻率）。雖然它們的場分布不同，但是具有相同的傳輸特性。2. 圓波導中有兩種簡并模： E-H簡并：TE0n模和TM1n模的簡并 極化簡并模：考慮到圓波導的軸對稱性，因此場的極化方向具有不確定性，使導行波的場分布在方向存在cosm和sinm兩種可能的分布，它們獨立存在，相互正交，截止波長相同，構成同一導行模的極化簡并模。l 熟悉矩形波導壁電流分布及應用l 波導激勵的幾種類型1. 電激勵2. 磁激勵3. 電流激勵l

10、 方圓波導轉換器的作用圓波導中TE11模的場分布與矩形波導的TE10模的場分布很相似，因此工程上容易通過矩形波導的橫截面逐漸過渡變?yōu)閳A波導。即構成方圓波導變換器。第三章 微波集成傳輸線l 帶狀線、微帶線的結構及特點1. 帶狀線： 是由同軸線演化而來的，即將同軸線的外導體對半分開后，再將兩半外導體向左右展平，并將內導體制成扁平帶線。 主要傳輸的是TEM波。可存在高次模。 用途：替代同軸線制作高性能的無源元件。 特點：寬頻帶、高Q值、高隔離度 缺點：不宜做有源微波電路。2. 微帶線： 是由雙導體傳輸線演化而來的，即將無限薄的導體板垂直插入雙導體中間，再將導體圓柱變換成導體帶，并在導體帶之間加入介質

11、材料，從而構成了微帶線。微帶線是半開放結構。 工作模式：準TEM波l 帶狀線、微帶線特征參數的計算（會查圖） 帶狀線和微帶線的傳輸特性參量主要有：特性阻抗Z0、衰減常數、相速vp和波導波長gl 介質波導主模及其特點 主模HE11模的優(yōu)點：a) 不具有截止波長；b) 損耗較小；c) 可直接由矩形波導的主模TE10激勵。第四章 微波網絡基礎l 熟練掌握阻抗參量、導納參量、轉移參量、散射參量（結合元件特性）和傳輸參量的定義(P84-P93) 阻抗矩陣【Z】 導納矩陣【Y】 轉移矩陣【A】 散射矩陣【S】 傳輸矩陣【T】l 掌握微波網絡思想在微波測量中的應用（三點法的條件） 前提條件：令終端短路、開路

12、和接匹配負載時，測得的輸入端的反射系數分別為s，o和m，從而可以求出S11, S12, S22。第五章 微波元器件l 匹配負載（螺釘調配器原理）、失配負載；衰減器、移相器（作用） 匹配負載作用：消除反射，提高傳輸效率，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性； 螺釘調配器：螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的調諧和匹配原件，它是在波導寬邊中央插入可調螺釘作為調配原件。螺釘深度不同等效為不同的電抗原件，使用時為了避免波導短路擊穿，螺釘都設計成為了容性，即螺釘旋入波導中的深度應小于3b/4（b為波導窄邊尺寸）。 失配負載：既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率，而且一般制成一定大小駐波的標準失配負載，主要用于微波測量。 衰減

13、器，移相器（作用）：改變導行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位；l 了解定向耦合器的工作原理（P106） 定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件，它是由耦合裝置聯系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構成的。 利用波程差。l 熟練掌握線圓極化轉換器的工作原理及作用l 了解場移式隔離器的作用（P122） 根據鐵氧體對兩個方向傳輸的波型產生的場移作用不同而制成的。 l 了解鐵氧體環(huán)行器的分析及作用(P123) 環(huán)行器是一種具有非互易特性的分支傳輸系統(tǒng)。第六章 天線輻射與接收的基本理論第七章 電波傳播概論l 天波通信、地波通信、視距波通信的概念1. 天波通信：指自發(fā)射天線發(fā)出的電波在高空被電離層反射后到達接收點的傳播方式，也成為電離層電波傳播。主要用于中波和短波波段2. 地波通信：無線電波沿地球表面?zhèn)鞑サ膫鞑シ绞健Ｖ饕糜陂L、中波波段和短波的低頻段。3. 視距波通信：指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見的視距距離內的傳播方式。地面通信、衛(wèi)星通信以及雷達等都可以采用這種傳