重要知識點提要精簡

1、重要知識點緒論1微波的波長范圍和頻率范圍波長：1m-0.1mm;頻率：300MHZ-3000GHZ第一章傳輸線理論1導行波類型(須了解各類傳輸線的主模)：(1) TEM波(橫電磁波):在導行波傳播的方向(縱向)上，沒有電磁場分量的電磁 波(雙導體傳輸線，同軸電纜)；(2) TE波(橫電波)：縱向Ez =0，但Hz =0(3) TM波(橫磁波)：縱向Hz =0，但Ez -02傳輸線的分類：(1) 雙導體傳輸線，同軸線，主模 TEM(2) 金屬波導(矩形波導，圓形波導),不能傳輸TEM波(3) 介質傳輸線；3傳輸線方程及其解(1) 分析思路：化場為路，使用電阻 R、電導G電感L和電容C將傳輸線化為

2、 電網(wǎng)絡；(2) 傳輸線模型及其坐標系：- 0M:+A;二注坐標系以終端為原點，坐標方向從負載至信源；(3) 傳輸線方程的推導和解：理解4傳輸線的特性參數(shù)(1) 特性阻抗z。R j wL，對于均勻無耗傳輸線Z。L為純電阻；YG+JscV C(2) 傳播常數(shù)二、,(R j L)(G j C)二:j ，其中為衰減常數(shù)，1為相移 常數(shù)；相速：p與波長:5傳輸線輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比輸入阻抗 zZoZljZotan'zZo + jZi tan Pz輸入阻抗歸一化值zn二玉二ZijZotanzZoZo + jZita nBz反射系數(shù)(亠幷鉀幻心®反射系數(shù)和輸入阻抗的關系(反射系數(shù)的

3、取值范圍)Zin沱Zin(Z)-Z。Zin (z) Zo駐波比 p =1 < P<oO1 -叫注:證明輸入阻抗和反射系數(shù)的'/2周期性，/4變換性，注意相應的作業(yè) 題。6無耗傳輸線的狀態(tài)分析丨z =0即乙二Z。處，行波狀態(tài)的描述;A 沿線電壓和電流振幅不變，駐波比 ，=1 ；B 電壓和電流在任意點上都同相；C傳輸線上各點阻抗均等于傳輸線特性阻抗；(2) 純駐波狀態(tài)：M = -1即Zi =0或:：；(3) 行駐波狀態(tài)：介于行波狀態(tài)和純駐波狀態(tài)之間。7 Smith圓圖(1) 組成：A反射系數(shù)圓圖(z)=i ej*jrvrTir.11t%oA= 1(2)重要概念A Smith 阻

4、抗圓圖是反射系數(shù)圓圖，歸一化電阻圓圖和歸一化電抗圓圖的 合成；B圓圖上一點既代表一個歸一化阻抗，又代表這個阻抗值對應的反射系數(shù) (阻抗和反射系數(shù)是對應的)；C由歸一化阻抗的'/2的周期性，因此在圓圖上旋轉一圈，即是在傳輸線 上移動 /2的距離；D向順時針方向旋轉，相當于從負載端向信源端移動；向逆時針方向旋轉， 相當于從信源端向負載端移動；E在旋轉時與實軸正半軸交點所對應電阻值為駐波比丫，與實軸負半軸交B歸一化電阻圓圖C歸一化電抗圓圖；(3)重要的點線面點所對應電阻值為1/ ?下半圓電容性8阻抗匹配(1) 阻抗匹配的作用在微波電路中，若不匹配，將導致嚴重的反射，降低傳輸線效率，甚至會擊

5、穿傳輸線。(2) 阻抗匹配的分類A 終端負載匹配；匹配條件：乙二Z。；匹配結果：終端負載無反射波B 信源匹配；匹配條件：Zg二Z。匹配結果：信源將吸收傳輸線中的反射波C 共軛匹配；匹配條件：Zn=Z；信源輸出功率達到最大值(3) 阻抗匹配的實現(xiàn)方法(例題講解)A /4的阻抗變換器法，使用前提：終端負載為純電阻。B 并聯(lián)單支節(jié)調配法；第二章規(guī)則金屬波導1規(guī)則金屬波導要滿足的條件：(1) 波導管的邊界和尺寸沿著軸向不變；(2) 波導內填充的介質是均勻、線性、各向同性的；(3) 波導管內為時諧場。2規(guī)則金屬波導分析方法：電磁場分析方法，使用麥克斯韋方程和邊界條件 精確求解波導管內電磁場分布。3矩形波

6、導(1) 只能存在TE波和TM波；截止波數(shù)kc，a和b為矩形波導長邊與寬邊長度，m和 n為矩形波導工作模式的編號；(3) 截止波長 扎=.2(例題講解)人 J®2+02(5)TE模的最低工作模次是TEio，TM模的最低工作模次為TMn，最低次模的 截止波長是最大的。一般希望波導工作在單模狀態(tài)下(5)矩形波導尺寸選擇a =0.7b =(0.4 -0.5)a4圓形波導(半徑外R):最低次模為TEn，其截止波長為匕=3.41R第三章帶狀線和微帶線1對微波集成傳輸元件的基本要求是必須具有平面化結構，以便實現(xiàn)微波集成 電路的平面化；2微帶傳輸線有兩種基本結構：帶狀線和微帶線；3帶狀線可理解為由

7、同軸線演化而來，傳輸?shù)闹饕荰EM波;4微帶線中存在縱向分量Ez和Hz，但通過微帶線的尺寸選擇，縱向分量可以 很小，因此場結構與TEM模很相似，被稱為準TEM莫。第四章微波網(wǎng)絡基礎1微波網(wǎng)絡分析的3個問題：(1) 確定參考面，將微波網(wǎng)絡的均勻區(qū)(傳輸線)和非均勻區(qū)(一般而言是不規(guī) 則的微波元件區(qū)域)分隔開；(2) 由橫向電磁場的分布，定義等效電流l(z)和等效電壓U(z)，將傳輸線等效為雙導體傳輸線；(3) 將不規(guī)則區(qū)域化為多端口電網(wǎng)絡進行分析2參考面選取的原則(1) 必須是橫截面；(2) 要盡可能深一點，以便將高次模屏蔽；(3) 旦選定，對應著一個確定參數(shù)的電網(wǎng)絡，因此不能輕易改變3將微波傳

8、輸線等效為雙導體傳輸線，通過坡印廷定理引入等效電流I(z)和等效電壓U(z)。4對等效電流和等效電壓進行歸一化：U(z) =U(z)/ . Z0= I(z) Z0(1)阻抗矩陣Z5二端口網(wǎng)絡的分析T2面開路(I2 = 0)時,T1面的輸入阻抗定義為T1面開路(11 = 0)時,11 一亍T2面的輸入阻抗定義為Z 一E12 T丄2T1面開路(11 = 0)時,端口 (2)至端口 (1)的轉移阻抗為Z同11 - TT2面開路(I2 = 0)時,2端口 (1)至端口 (2)的轉移阻抗為7£幾h Ta-I廿|!N! | v：% = 2口1 +122 yTi=亠乙出r.-c阻抗矩陣的歸一化zn

9、S11 - J S12對互易網(wǎng)絡z12 =z21對對稱網(wǎng)絡乙1訂22(2) 導納矩陣丫厶孚 ,當二 ¥衛(wèi) ”14 =+嶺匕其參數(shù)定義和歸一化參見阻抗矩陣乙對互易網(wǎng)絡丫12二丫21對對稱網(wǎng)絡丫1二丫22轉移矩陣AU1 = A1U 2 ' A12 1 211 二 A21U 2A22 1 2A轉移矩陣的歸一化ai1_a21a12a22A11Z02Z01Z01Z02A12A22Z01Z02B A矩陣的性質A11A22 A2A21 二 1Al =A22對互易網(wǎng)絡對對稱網(wǎng)絡(4) 散射矩陣S: S參數(shù)是以微波電路端口的反射系數(shù)為基礎定義的。A 引入散射矩陣S的原因：Z、丫、A矩陣以等效電

10、流和等效電壓為基礎, 但U、I為虛擬的數(shù)學概念，不能測量，不具有實際意義。因此須引入一個可以 測量的參數(shù)-反射系數(shù)為基礎的散射矩陣SoB二端口散射矩陣S的定義TiUf = SnU；S12U2Uf = S21U；S22U2S11UUJU2，相當于U端口阻抗匹配S12UU心，相當于I端口阻抗匹配S21U1+ u+a，相當于U端口阻抗匹配工5乜，相當于I端口阻抗匹配C 散射矩陣S的歸一化(相關例題習題：P107例2-7及作業(yè)題)對任一端口入射波而言，歸一化電壓值等于歸一化電流值；對于反射波而言，歸一化電壓值等于歸一化電流值的相反數(shù)。對于互易網(wǎng)絡氐二S21對于對稱網(wǎng)絡S.1二S22第五章微波元器件 1

11、微波元器件的分類：(1) 線性互易元器件；(2) 線性非互易元器件；(3) 非線性元器件； 2終端負載元件(1) 短路負載：使傳輸線終端短路，主要指短路活塞，分為接觸式短路活塞和 扼流式短路活塞；(2) 匹配負載：在一段波導的末端放置一塊劈型元件，面上附著碳粉，用以吸 收微波能量，產生的熱能可用散熱片或流水元件帶走。(3) 失配負載：在傳輸線上產生反射系數(shù)為特定值的駐波場，用于微波測量； 3微波連接元件(1) 波導接頭A 法蘭盤：平法蘭、扼流法蘭；B 扭轉元件； C 彎曲元件(2) 衰減元件和相移元件：用于改變波導中電磁波的幅度和相位(3) 轉換接頭A 工作模式轉換接頭：如方圓波導轉換器B極化

12、轉換器：改變電磁波極化方式4阻抗匹配元件(1) 螺釘調配器：廣泛應用于低功率微波裝置中，實現(xiàn)終端的匹配。根據(jù)調節(jié) 螺釘?shù)纳疃?，等效為不同的電抗，以實現(xiàn)阻抗匹配；第六章天線的輻射與接收1天線的功能性描述：天線將發(fā)射機中的高頻電流轉化為空間中傳播的電磁波(天線的輻射)，并可接收空間中的電磁波，將其轉化為微波電路中的高頻電流(接 收)；2天線的基本功能要求：(1) 天線是電磁開放系統(tǒng)，且天線與發(fā)射機或接收機阻抗匹配；(2) 天線應具有方向性；(3) 天線應有適當?shù)臉O化特性；(4) 天線應有足夠的工作頻帶。3天線的分類：(1) 線天線：構成天線的金屬導體遠小于波長，適用于長波、中波和短波波段；(2)

13、面天線：由尺寸遠大于波長的金屬或介質面構成，適用于超短波和微波波段；4電基本振子：一段長度遠小于工作波長的導線，導線上各處電流的賦值和相位可認為處處相等。根據(jù)參數(shù)kr的取值，可將電基本振子周圍的電磁場分為3個區(qū)域：1 *(1) kr = 1,近場感應區(qū)，其坡印廷矢量S=(E H )為純虛數(shù)，因此其輻射功 率也為純虛數(shù)，輻射功率為無功功率， 只有電磁能量的相互轉換，而沒有有功功 率的向外輻射；1 *kr? 1,遠場輻射區(qū)，其坡印廷矢量S二;(E H )為實數(shù)，因此其輻射功率 也為實數(shù)，輻射功率為有功功率，只有電磁能量的向遠方傳遞，而存在有功功率 的向外輻射，且E和H都與sin，成正比，因此輻射具

14、有方向性；(3) 處于2區(qū)之間，稱為菲涅爾區(qū)域。 方向圖函數(shù)f(3)二sin =，方向系數(shù)D=1.5,主瓣寬度90度。5對稱振子方向圖函數(shù) 住嚴)仝05(%8訊)-cos(卩h)'sin&2h 1半波對稱振子二- 方向系數(shù)D =1.64,主瓣寬度78度。& 2全波對稱振子色二1A6天線的電參數(shù)(1)天線的方向圖A方向圖是一個三維圖形，其坐標為(Pr,3 ；：)，其中Pr為歸一化輻射功率,可以表示為Pr二f (二：)，即為方向圖函數(shù);般使用三維方向圖的2垂直剖面來表示方向圖性質，一般為 E平面或H平面；C方向圖的組成：主瓣（方向圖中的最大輻射方向）、旁瓣（方向圖中其它次要

15、輻射方向）、后瓣（方向圖中與主瓣相反的輻射方向）D主要參數(shù)：主瓣寬度、旁瓣電平，前后比E 方向系數(shù)D（可以全面描述天線的方向型）一般指天線最大輻射方向上的輻射功率密度 Smax與同輸出功率的無方向性 天線在同一距離處的輻射功率密度 S的比值。（2）天線效率aRr + R因此，天線效率若要更高，Rr應更大。由電基本振子Rr -80： 2（-）2，若I比小太多，則Rr小，效率低。Z增益系數(shù)GG 是方向系數(shù)D和天線效率a的合成參數(shù)，G = D a一般指天線最大輻射方向上的輻射功率密度Smax與同輸出功率的理想（天線效率a =100% ）無方向性天線在同一距離處的輻射功率密度 S的比值。（4）天線的極化方式：線極化、圓極化和橢圓極化。7線天線的相關知識（1）方向圖乘積定理：由相似元天線構成的天線陣的方向函數(shù)等于各陣元單獨 存在是的方向函數(shù)（單元因子）和陣方向函數(shù)（陣因子）的乘積。條件：必須是相似元天線，且均勻同方向排列組陣。（2）相控陣天線的原理：均勻直線陣中，陣元相位差在一定范圍內周期變化，直線陣的最大輻射方向將實現(xiàn) 360度往返運動，即實現(xiàn)方向圖掃描。這種通過改 變相鄰元電流相位差實現(xiàn)方向圖掃描的天線陣，稱為相控陣。第七章 電磁波的空間輻射1空間輻射的分類：（1）視距傳播（工作波段：