微波技術(shù)復(fù)習(xí)1

1、 微波及其特點(diǎn) 微波是電磁波譜中介于超短波于紅外線之間的波段，它屬于無線電波中波長最短的波段，其頻率范圍從300MHz（波長1m）至3000GHz（波長0.1mm）微波的特點(diǎn)（1）似光性微波具有類似光一樣的特性，主要表現(xiàn)在反射性、直線傳播性及集束性等幾個(gè)方面 （2）穿透性。主要表現(xiàn)在云、霧、雪等對微波傳播的影響較小。 （3）寬頻帶特性微波具有較寬的頻帶特性，其攜帶信息的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中短波及超長波。 （4）熱效應(yīng)特性當(dāng)微波電磁能量傳送到有耗物體的內(nèi)部時(shí)，就會(huì)使物體的分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱，這就是微波的熱效應(yīng)特性。 （5）散射特性當(dāng)電磁波入射到物體上時(shí)，會(huì)在除入射方向外的其它方向上產(chǎn)生

2、散射。 （6）抗低頻干擾特性地球周圍充斥著各種各樣的噪聲和干擾。這些噪聲一般在中低頻區(qū)域，與微波波段的頻率成分差別較大，它們在微波濾波器的阻隔下，基本不能影響微波通信的正常進(jìn)行。第一章 傳輸線理論二、均勻傳輸線方程的解二、均勻傳輸線方程的解 將式(1-3)兩邊對z再求一次微分，并令，可得 (1-4) d U zdzU zd I zdzI z22222200 通解為 U zA eA eI zZA eA ezzzz120121 式中， ZRj LGj C00000Rj LGj Cj0000(1-5）第一章 傳輸線理論 1-2 傳輸線的特性參量傳輸線的特性參量 傳輸線的特性參量主要包括：傳播常數(shù)、特

3、性阻抗、相速和相波長、輸入阻抗、反射系數(shù)、駐波比(行波系數(shù))和傳輸功率等。 一、傳播常數(shù)一、傳播常數(shù) 傳播常數(shù) 一般為復(fù)數(shù)，可表示為 Rj LGj Cj0000對于低耗傳輸線有(無耗傳輸線 RG0000, )RCLGLCcd00000022L C00無耗000 L C第一章 傳輸線理論二、特性阻抗二、特性阻抗 傳輸線的特性阻抗定義為傳輸線上入射波電壓Ui (z)與入射波電流Ii (z)之比，或反射波電壓Ur (z)與反射波電流Ir (z)之比的負(fù)值，即 ZU zI zUzIzRj LGj Ciirr00000 對于無耗傳輸線( )，則RG0000, ZLC000對于微波傳輸線 ,也符合。在無耗

4、或低耗情況下，傳輸線的特性阻抗為一實(shí)數(shù)，它僅決定于分布參數(shù)L0和C0，與頻率無關(guān)。 第一章 傳輸線理論三、相速和相波長三、相速和相波長相速是指波的等相位面移動(dòng)速度。 入射波的相速為vdzdtp對于微波傳輸線vL Cp100所謂相波長定義為波在一個(gè)周期T內(nèi)等相位面沿傳輸線移動(dòng)的距離。即 pppv Tvff2第一章 傳輸線理論 四、輸入阻抗四、輸入阻抗 傳輸線終端接負(fù)載阻抗ZL時(shí)，距離終端z處向負(fù)載方向看去的輸入阻抗定義為該處的電壓U (z)與電流I (z)之比，即 ZzU zI zin均勻無耗傳輸線 ZzUzjI ZzjUzZIzZZjZzZjZzinLL220202000cos sin sin

5、 cos tgtg傳輸線的輸入阻抗 第一章 傳輸線理論 對給定的傳輸線和負(fù)載阻抗，線上各點(diǎn)的輸入阻抗隨至終端的距離l的不同而作周期(周期為)變化，且在一些特殊點(diǎn)上，有如下簡單阻抗關(guān)系： ZlZlnnZlZZlnninLinL 201221401202, , , , ,1.傳輸線上距負(fù)載為半波長整數(shù)倍的各點(diǎn)的輸入阻抗等于負(fù)載阻抗；2.距負(fù)載為四分之一波長奇數(shù)倍的各點(diǎn)的輸入阻抗等于特性阻抗的平方與負(fù)載阻抗的比值，3.當(dāng)Z0為實(shí)數(shù)，ZL為復(fù)數(shù)負(fù)載時(shí)，四分之一波長的傳輸線具有變換阻抗性質(zhì)的作用。 在許多情況下，例如并聯(lián)電路的阻抗計(jì)算，采用導(dǎo)納比較方便 YzZzYYjYzYjYzininLL1000tg

6、tg 第一章 傳輸線理論 五、反射系數(shù)五、反射系數(shù) 距終端z處的反射波電壓Ur(z)與入射波電壓Ui(z)之比定義為該處的電壓反射系數(shù)u(z)，即 urij zj zjzzUzU zA eA eAAe21212 電流反射系數(shù) irijzuzIzI zAAez 212 終端反射系數(shù) LjLjAAAAeeL212121傳輸線上任一點(diǎn)反射系數(shù)與終端反射系數(shù)的關(guān)系 zeeeLjzLjzLjL22 第一章 傳輸線理論輸入阻抗與反射系數(shù)間的關(guān)系 ZzU zI zUzzI zzZzzinii11110負(fù)載阻抗與終端反射系數(shù)的關(guān)系 ZZLLL011上述兩式又可寫成 zZzZZzZinin00LLLZZZZ00

7、第一章 傳輸線理論 六、駐波比和行波系數(shù)六、駐波比和行波系數(shù) 電壓（或電流）駐波比定義為傳輸線上電壓（或電流）的最大值與最小值之比，即 UUIImaxminmaxmin 當(dāng)傳輸線上入射波與反射波同相迭加時(shí)，合成波出現(xiàn)最大值；而反相迭加時(shí)出現(xiàn)最小值 UUUUUUUUiriirimaxmin11駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系式為 UUmaxmin1111 行波系數(shù)K定義為傳輸線上電壓（或電流）的最小值與最大值之比，故行波系數(shù)與駐波比互為倒數(shù) KUUIIminmaxminmax111第一章 傳輸線理論 傳輸線上反射波的大小，可用反射系數(shù)的模、駐波比和行波系數(shù)三個(gè)參量來描述。 反射系數(shù)模的變化范圍為駐波比的變

8、化范圍為 011 行波系數(shù)的變化范圍為 01K傳輸線的工作狀態(tài)一般分為三種： (1)行波狀態(tài) 011, K(2)行駐波狀態(tài) 011 01K(3)駐波狀態(tài) 10, K第一章 傳輸線理論1-3 均勻無耗傳輸線的狀態(tài)分析均勻無耗傳輸線的狀態(tài)分析 對于均勻無耗傳輸線，其工作狀態(tài)分為三種：(1)行波狀態(tài)；(2)駐波狀態(tài)；(3)行駐波狀態(tài) 一、行波狀態(tài)一、行波狀態(tài)(無反射情況無反射情況)u z tu z tAtzi z ti z tAZtzii,cos,cos110 由此可得行波狀態(tài)下的分布規(guī)律： (1) 線上電壓和電流的振幅恒定不變 (2) 電壓行波與電流行波同相，它們的相位是位置z和時(shí)間t的函數(shù) (3

9、) 線上的輸入阻抗處處相等，且均等于特性阻抗 第一章 傳輸線理論 二、駐波狀態(tài)二、駐波狀態(tài)(全反射情況全反射情況) 當(dāng)傳輸線終端短路、開路或接純電抗負(fù)載時(shí)，終端的入射波將被全反射，沿線入射波與反射波迭加形成駐波分布。駐波狀態(tài)意味著入射波功率一點(diǎn)也沒有被負(fù)載吸阿收，即負(fù)載與傳輸線完全失配。 1. 終端短路終端短路 UAAUUUUirir212222200 IZAAIIZUUUZIIIiririiir2012220222022201122復(fù)數(shù)表達(dá)式為 U zU eU eU eej Uzij zrj zij zj zi22222 sin I zI eI eI eeIzij zrj zij zj zi

10、22222 cos即：u z tUzti z tIztii,sincos,coscos2222222 第一章 傳輸線理論短路時(shí)的駐波狀態(tài)分布規(guī)律： (1)瞬時(shí)電壓或電流在傳輸線的某個(gè)固定位置上隨時(shí)間t作正弦或余弦變化，而在某一時(shí)刻隨位置z也作正弦或余弦變化，但瞬時(shí)電壓和電流的時(shí)間相位差和空間相位差均為，這表明傳輸線上沒有功率傳輸。 znn21201, , (2)當(dāng)時(shí)，電壓振幅恒為最大值，即 這些點(diǎn)稱之為電壓的波腹點(diǎn)和電流的波節(jié)點(diǎn)； 而電流振幅恒為零， UUimax 22znn201, , 電流振幅恒為最大值，而電壓振幅恒為零，這些點(diǎn)稱之為電流的波腹點(diǎn)和電壓的波節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)時(shí)，(3)傳輸線終端短路

11、時(shí)，輸入阻抗為 ZzjZzjZzjXinin002tg tg沿線電壓電流的瞬時(shí)分布和振幅分布，如上圖 第一章 傳輸線理論 2. 終端開路終端開路 由于負(fù)載阻抗 ZL 因而終端電流I20 IZAAIIIIirir0100122222 UAAUUUUUiriir021222222沿線電壓、電流的復(fù)數(shù)表達(dá)式為u z tUzti z tIztii,coscos,sincos2222222 傳輸線終端開路時(shí)，輸入阻抗為 ZzjZzin 0ctg 傳輸線終端開路時(shí)電壓、電流及阻抗的分布 第一章 傳輸線理論 3. 終端接純電抗負(fù)載終端接純電抗負(fù)載 均勻無耗傳輸線終端接純電抗負(fù)載時(shí)，沿線呈駐波分布。 終端電壓

12、反射系數(shù)為LLLLLLjZZZZjXZjXZeL0000L1LLLX ZXZarctg20202 此電抗也可用一段特性阻抗為Z0、長度為l0 的短路線等效，長度l0可由下式確定 (1) 負(fù)載為純感抗XZllXZLL000022tgarctg(2) 負(fù)載為純?nèi)菘?lXZL002arctg因此，長度為l終端接電抗性負(fù)載的傳輸線，沿線電壓、電流及阻抗的變化規(guī)律與長度為(l+l0)的短路線上對應(yīng)段的變化規(guī)律完全一致，距終端最近的電壓波節(jié)點(diǎn)在 范圍內(nèi)。04z純感抗純?nèi)菘?4 z第一章 傳輸線理論 (a)感性負(fù)載 (b)容性負(fù)載終端接純電抗負(fù)載時(shí)沿線電壓、電流及阻抗的分布 綜上所述，均勻無耗傳輸線終端無論

13、是短路、開路還是接純電抗負(fù)載，終端均產(chǎn)生全反射，沿線電壓電流呈駐波分布，其特點(diǎn)為： (i) 駐波波腹值為入射波的兩倍，波節(jié)值等于零。短路線終端為電壓波節(jié)、電流波腹；開路線終端為電壓波腹、電流波節(jié)；接純電抗負(fù)載時(shí)，終端既非波腹也非波節(jié)。 (ii) 沿線同一位置的電壓電流之間相位差，所以駐波狀態(tài)只有能量的存貯并無能量的傳輸。第一章 傳輸線理論 三、行駐波狀態(tài)三、行駐波狀態(tài)(部分反射情況部分反射情況) 當(dāng)均勻無耗傳輸線終端接一般復(fù)阻抗 ZRjXLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLjZZZZRjXZRjXZRZXRZXjX ZRZXjeL000020220220022122 式中終端反射系數(shù)的模和

14、相角分別為LLLLLRZXRZX022022LLLLX ZRXZarctg202202傳輸線工作在行駐波狀態(tài)。行波與駐波的 相對大小決定于負(fù)載與傳輸線的失配程度。 第一章 傳輸線理論 1. 沿線電壓、電流分布沿線電壓、電流分布 U zUzzI zIzziLLLiLLL2222122122cos cos 沿線電壓電流振幅分布具有如下特點(diǎn)： (1) 沿線電壓電流呈非正弦周期分布； (2) 當(dāng) 時(shí)，即 22012 znnL , , ,znL 42在線上這些點(diǎn)處，電壓振幅為最大值(波腹)，電流振幅為最小值(波節(jié))，即UUIIiLiLmaxmin2211 (3) 當(dāng) 時(shí)，即221012 znnL , , ,znL 4214在線上這些點(diǎn)處，電壓振幅為最小值(波節(jié))，電流振幅為最大值(波腹)，即UUIIiLiLminmax2211 第一章 傳輸線理論 (4)電壓或電流的波腹點(diǎn)與波節(jié)點(diǎn)相距 。4(5) 當(dāng)負(fù)載為純電阻RL，且RLZ0時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)在終端。 當(dāng)負(fù)載為純電阻RL，且RLZ0時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)的位置為 當(dāng)負(fù)載為感性阻抗時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)在 范圍內(nèi)。 04z 當(dāng)負(fù)載為容性阻抗時(shí)，第一個(gè)