重要知識(shí)點(diǎn)提要(精簡)

1、重要知識(shí)點(diǎn)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(dǎo)行波類型(須了解各類傳輸線的主模)：(1) TEM波(橫電磁波):在導(dǎo)行波傳播的方向(縱向)上，沒有電磁場分量的電磁 波(雙導(dǎo)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(dǎo)體傳輸線，同軸線，主模 TEM(2) 金屬波導(dǎo)(矩形波導(dǎo)，圓形波導(dǎo)),不能傳輸TEM波(3) 介質(zhì)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(dǎo)G電感L和電容C將傳輸線化為 電網(wǎng)

2、絡(luò)；傳輸線模型及其坐標(biāo)系:注坐標(biāo)系以終端為原點(diǎn)，坐標(biāo)方向從負(fù)載至信源；(3)傳輸線方程的推導(dǎo)和解：理解4傳輸線的特性參數(shù)(1) 特性阻抗Z。 R j沅，對(duì)于均勻無耗傳輸線Z。，L為純電阻；V G J wc C(2) 傳播常數(shù)(RL)(GC)二j ，其中為衰減常數(shù)，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 Z.ZoZljZ0tan ZZojZi tan z輸入阻抗歸一化值z(mì)n二玉Zi jZotan zZoZojZi tan z反射系數(shù)ZiZiZoj2i ej( i2 z)反射系數(shù)和輸入阻抗的關(guān)系(反射系數(shù)的取值范圍)1zZin (z) ZoZinZo1zZin (z)

3、 Zo駐波比1 1 ll11 1 ll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(yīng)的作業(yè) 題。6無耗傳輸線的狀態(tài)分析(1) z 0即乙Zo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(diǎn)上都同相；C傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗；純駐波狀態(tài)：i 1即乙 O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：rSBi»I II£ot *4V IvIJ L 1C歸一化電抗圓圖Jr j T Jr f f J fnr*/I 電抗El(2)重要概念A(yù) Smith 阻抗圓圖是反射系數(shù)圓圖，歸

4、一化電阻圓圖和歸一化電抗圓圖的 合成；B圓圖上一點(diǎn)既代表一個(gè)歸一化阻抗，又代表這個(gè)阻抗值對(duì)應(yīng)的反射系數(shù) (阻抗和反射系數(shù)是對(duì)應(yīng)的)；C由歸一化阻抗的/2的周期性，因此在圓圖上旋轉(zhuǎn)一圈，即是在傳輸線 上移動(dòng)/2的距離；D向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于從負(fù)載端向信源端移動(dòng)；向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)， 相當(dāng)于從信源端向負(fù)載端移動(dòng)；E在旋轉(zhuǎn)時(shí)與實(shí)軸正半軸交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)電阻值為駐波比，與實(shí)軸負(fù)半軸交B歸一化電阻圓圖點(diǎn)所對(duì)應(yīng)電阻值為1/(3)重要的點(diǎn)線面下半圓電容性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(dǎo)致嚴(yán)重的反射，降低傳輸線效率，甚至?xí)?穿傳輸線。(2) 阻抗匹配的分類A 終端負(fù)載匹配；匹配條件：

5、乙 Zo ；匹配結(jié)果：終端負(fù)載無反射波B 信源匹配；匹配條件：Zg Zo匹配結(jié)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(dá)到最大值(3) 阻抗匹配的實(shí)現(xiàn)方法(例題講解)A/4的阻抗變換器法，使用前提：終端負(fù)載為純電阻。B 并聯(lián)單支節(jié)調(diào)配法；第二章規(guī)則金屬波導(dǎo)1規(guī)則金屬波導(dǎo)要滿足的條件:(1) 波導(dǎo)管的邊界和尺寸沿著軸向不變；(2) 波導(dǎo)內(nèi)填充的介質(zhì)是均勻、線性、各向同性的；(3) 波導(dǎo)管內(nèi)為時(shí)諧場。2規(guī)則金屬波導(dǎo)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(dǎo)管內(nèi)電磁場分布。3矩形波導(dǎo)(1) 只能存在TE波和TM波;2man為矩形波導(dǎo)工作模式

6、的編號(hào);2(3)截止波長c kc截止波數(shù)kc2，a和b為矩形波導(dǎo)長邊與寬邊長度，m和(例題講解)2叮)2(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(dǎo)工作在單模狀態(tài)下 (5)矩形波導(dǎo)尺寸選擇a 0.7b (0.4 0.5)a4圓形波導(dǎo)(半徑外R):最低次模為TEn，其截止波長為c 3.41R第三章帶狀線和微帶線1對(duì)微波集成傳輸元件的基本要求是必須具有平面化結(jié)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)微波集成 電路的平面化；2微帶傳輸線有兩種基本結(jié)構(gòu)：帶狀線和微帶線；3帶狀線可理解為由同軸線演化而來，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

7、帶線的尺寸選擇，縱向分量可以 很小，因此場結(jié)構(gòu)與TEM模很相似，被稱為準(zhǔn)TEM莫。第四章微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1微波網(wǎng)絡(luò)分析的3個(gè)問題：(1) 確定參考面，將微波網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)體傳輸線；(3) 將不規(guī)則區(qū)域化為多端口電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(diǎn)，以便將高次模屏蔽；(3) 旦選定，對(duì)應(yīng)著一個(gè)確定參數(shù)的電網(wǎng)絡(luò)，因此不能輕易改變3將微波傳輸線等效為雙導(dǎo)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)

8、。4對(duì)等效電流和等效電壓進(jìn)行歸一化：U(z) U(z)/.Z0 l(z).Z05二端口網(wǎng)絡(luò)的分析NH 1 1！ |(1) 阻抗矩陣ZT2 面開路(I2 = 0)時(shí),T1面的輸入阻抗定義為T1面開路(I1 = 0)時(shí),T2面的輸入阻抗定義為Z丄£ m 一廠T1面開路(I1 = 0)時(shí),T2面開路(I2 = 0)時(shí),2端口 (2)至端口 (1)的轉(zhuǎn)移阻抗為Z丄|12也端口 (1)至端口 (2)的轉(zhuǎn)移阻抗為Zi.-(i阻抗矩陣的歸一化Z21Z22對(duì)互易網(wǎng)絡(luò)乙2 對(duì)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)乙!(2) 導(dǎo)納矩陣丫III =+嶺匕其參數(shù)定義和歸一化參見阻抗矩陣乙對(duì)互易網(wǎng)絡(luò)丫12對(duì)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)丫1轉(zhuǎn)移矩陣A丫21Y2

9、2UiIlA11U 2AI2 1 2A21U 2A221 2A轉(zhuǎn)移矩陣的歸一化Viai202ZoiAnZa21a22A22Z01Z02A12Zo1Z02B A矩陣的性質(zhì) 對(duì)互易網(wǎng)絡(luò) 對(duì)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)A1A2A2A21Ai -A22(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(chǔ)定義的。A 引入散射矩陣S的原因：Z、丫、A矩陣以等效電流和等效電壓為基礎(chǔ), 但U、I為虛擬的數(shù)學(xué)概念，不能測(cè)量，不具有實(shí)際意義。因此須引入一個(gè)可以 測(cè)量的參數(shù)-反射系數(shù)為基礎(chǔ)的散射矩陣SoB 二端口散射矩陣S的定義S11 J|u2 0，相當(dāng)于U端口阻抗匹配u1S12UU1 0，相當(dāng)于I端口阻抗匹配U 2U2S21

10、廠u2 0，相當(dāng)于u端口阻抗匹配U1c U2S22廠50，相當(dāng)于I端口阻抗匹配U 2C 散射矩陣S的歸一化(相關(guān)例題習(xí)題：P107例2-7及作業(yè)題)UiUi zIi1 i Z0i 2 Z0i Z0iUiz; UiU iUi 丄 li,Z0i對(duì)任一端口入射波而言，liUi 念 Ui Ui z°i歸一化電壓值等于歸一化電流值；對(duì)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(duì)于互易網(wǎng)絡(luò) S,2 S21對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)Si S22第五章微波元器件1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(fù)載元件(1)短路負(fù)載：使傳輸線終端短路，主要

11、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(fù)載：在一段波導(dǎo)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(chǎn)生的熱能可用散熱片或流水元件帶走。(3) 失配負(fù)載：在傳輸線上產(chǎn)生反射系數(shù)為特定值的駐波場，用于微波測(cè)量； 3微波連接元件(1) 波導(dǎo)接頭A 法蘭盤：平法蘭、扼流法蘭；B 扭轉(zhuǎn)元件；C 彎曲元件(2) 衰減元件和相移元件：用于改變波導(dǎo)中電磁波的幅度和相位(3) 轉(zhuǎn)換接頭A 工作模式轉(zhuǎn)換接頭：如方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器B極化轉(zhuǎn)換器：改變電磁波極化方式4阻抗匹配元件(1)螺釘調(diào)配器：廣泛應(yīng)用于低功率微波裝置中，實(shí)現(xiàn)終端的匹配。根據(jù)調(diào)節(jié) 螺釘?shù)纳疃?，等效為不同的電抗，以?shí)現(xiàn)

12、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(jī)中的高頻電流轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)或接收機(jī)阻抗匹配；(2) 天線應(yīng)具有方向性；(3) 天線應(yīng)有適當(dāng)?shù)臉O化特性；(4) 天線應(yīng)有足夠的工作頻帶。3天線的分類：(1) 線天線：構(gòu)成天線的金屬導(dǎo)體遠(yuǎn)小于波長，適用于長波、中波和短波波段；(2) 面天線：由尺寸遠(yuǎn)大于波長的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成，適用于超短波和微波波段；4電基本振子：一段長度遠(yuǎn)小于工作波長的導(dǎo)線， 導(dǎo)線上各處電流的賦值和相位 可認(rèn)為處

13、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(gè)區(qū)域：1 *(1) kr = 1,近場感應(yīng)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(zhuǎn)換，而沒有有功功 率的向外輻射；1 *kr? 1,遠(yuǎn)場輻射區(qū)，其坡印廷矢量S -(E H )為實(shí)數(shù)，因此其輻射功率 也為實(shí)數(shù)，輻射功率為有功功率，只有電磁能量的向遠(yuǎn)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( , ) sin ，方向系數(shù)D 1.5,主瓣寬度90度。5對(duì)稱振子方向圖函數(shù)

14、f( , ) cos( hcos)cos( h)'sin2h 1半波對(duì)稱振子 - 方向系數(shù)D 1.64,主瓣寬度78度。2全波對(duì)稱振子色16天線的電參數(shù)(1)天線的方向圖A 方向圖是一個(gè)三維圖形，其坐標(biāo)為(Pr,)，其中Pr為歸一化輻射功率， 可以表示為Pr f(,)，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(zhì)，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

15、 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aRrRR1因此，天線效率若要更高,Rr應(yīng)更大由電基本振子Rr 80 2（-）2，若I比 小太多，則Rr小，效率低增益系數(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(guān)知識(shí)（1）方向圖乘積定理：由相似元天線構(gòu)成的天線陣的方向函數(shù)等于各陣元單獨(dú) 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(nèi)周期變化，直線陣的最大輻射方向?qū)?shí)現(xiàn) 360度往返運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)方向圖掃描。這種通過改 變相鄰元電流相位差實(shí)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：超短波