微波技術(shù)重點(diǎn)復(fù)習(xí)

1、微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)n 微波頻段微波頻段：300MHz3000GHz 微波波長微波波長：0.1mm1m （分米波分米波 ，厘米波，毫米波，亞毫米波），厘米波，毫米波，亞毫米波）n 微波的特點(diǎn)：微波的特點(diǎn)：似光性，穿透性，寬頻帶特性，熱效應(yīng)特性，散射特性，似光性，穿透性，寬頻帶特性，熱效應(yīng)特性，散射特性， 抗抗低頻干擾特性，視距傳播特性，分布參數(shù)的不確定性，電磁兼容和電磁環(huán)低頻干擾特性，視距傳播特性，分布參數(shù)的不確定性，電磁兼容和電磁環(huán)境污染。境污染。n 分析方法：分析方法：場(chǎng)的分析方法，場(chǎng)的分析方法， 電路的分析方法電路的分析方法。（微波網(wǎng)絡(luò)）（微波網(wǎng)絡(luò)）n 長線與短線的定義

2、：長線與短線的定義：傳輸線的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或等于波長的傳輸線叫長線，傳輸線的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或等于波長的傳輸線叫長線，傳輸線的長度小于波長的線叫短線傳輸線的長度小于波長的線叫短線 緒緒 論論n 傳輸線的分類：傳輸線的分類：雙導(dǎo)體傳輸線，金屬波導(dǎo)管，介質(zhì)傳輸線雙導(dǎo)體傳輸線，金屬波導(dǎo)管，介質(zhì)傳輸線。n 分析方法分析方法: 場(chǎng)分析法，等效電路法場(chǎng)分析法，等效電路法。n 均勻傳輸線方程：（均勻傳輸線方程：（單位長分布電阻、漏電導(dǎo)、電感和電容單位長分布電阻、漏電導(dǎo)、電感和電容）0)(d)(d0)(d)(d222222zIzzIzUzzU)j)(j(2CGLRZY 02121eeeeZAAzIAAzUzzzz。

3、稱為傳輸線的特性阻抗)j/()j(0CGLRZ傳播常數(shù) zz+ zzz0第第1章章 均勻傳輸線理論均勻傳輸線理論u 傳輸線的邊界條件通常有以下三種傳輸線的邊界條件通常有以下三種 已知始端電壓和始端電流已知始端電壓和始端電流Ui、Ii 已知終端電壓和終端電流已知終端電壓和終端電流Ul、Il 已知信號(hào)源電動(dòng)勢(shì)已知信號(hào)源電動(dòng)勢(shì)Eg和內(nèi)阻和內(nèi)阻Zg以及負(fù)載阻抗以及負(fù)載阻抗Zl 。u 傳輸線上任意點(diǎn)上的電壓和電流都由二部分組傳輸線上任意點(diǎn)上的電壓和電流都由二部分組 成，在成，在任一點(diǎn)處電壓或電流均由沿任一點(diǎn)處電壓或電流均由沿-z方向傳播的方向傳播的 入射波和沿入射波和沿+z方向傳播的反射波疊加而成方向傳

4、播的反射波疊加而成。n 傳輸線的工作特性參數(shù)傳輸線的工作特性參數(shù)u 特性阻抗特性阻抗傳輸線上行波的電壓與電流的比值傳輸線上行波的電壓與電流的比值 CGLRZjj0對(duì)于均勻無耗傳輸線對(duì)于均勻無耗傳輸線 CLZ/0u 傳播常數(shù)傳播常數(shù)j)j)(j(CGLR對(duì)于無耗傳輸線對(duì)于無耗傳輸線 ， ，此時(shí)，此時(shí) （ ）0jLCu 相速相速傳輸線上行波等相位面沿傳輸方向的傳播速度傳輸線上行波等相位面沿傳輸方向的傳播速度。 u 傳輸線上的波長傳輸線上的波長02=prf1=LCpv（）v均勻無耗傳輸線三個(gè)重要的物理量均勻無耗傳輸線三個(gè)重要的物理量u輸入阻抗輸入阻抗傳輸線上任意一點(diǎn)處的輸入電壓和輸入傳輸線上任意一點(diǎn)

5、處的輸入電壓和輸入電流之比值。電流之比值。)tan(j)tan(j)()()(000inzZZzZZZzIzUzZllu 電壓駐波比電壓駐波比傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比。傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比。u 反射系數(shù)反射系數(shù)傳輸線上任意一點(diǎn)處的反射波電壓（或電流）傳輸線上任意一點(diǎn)處的反射波電壓（或電流） 與入射波電壓（或電流）之比。與入射波電壓（或電流）之比。)()()()()(zIzIzUzUzirir對(duì)無耗傳輸線對(duì)無耗傳輸線j2( )elzlz lllllZZZZj00ellUUVSWR11minmax111u 三個(gè)參量之間的關(guān)系三個(gè)參量之間的關(guān)系)(1)(1)()()(0inz

6、zZzIzUzZ0in0in)()()(ZzZZzZz11ll 11l終端反射系數(shù)終端反射系數(shù)00ZZZZlll 而當(dāng)終端負(fù)載為任意復(fù)數(shù)時(shí)，一部分入射波被負(fù)載吸收，而當(dāng)終端負(fù)載為任意復(fù)數(shù)時(shí)，一部分入射波被負(fù)載吸收， 一部分被反射回去一部分被反射回去行駐波狀態(tài)。行駐波狀態(tài)。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，它表明傳輸線上沒有反射波，只存它表明傳輸線上沒有反射波，只存 在由電源向負(fù)載方向傳播的行波在由電源向負(fù)載方向傳播的行波行波狀態(tài)行波狀態(tài)。 。0lZZ0l 當(dāng)終端開路當(dāng)終端開路 或短路或短路 或接純電抗負(fù)載或接純電抗負(fù)載 時(shí)，終端反射系數(shù)時(shí)，終端反射系數(shù) ，此時(shí)表明入射到終端的電磁波此時(shí)表明入射到終端的電磁波

7、 全部被反射回去全部被反射回去純駐波狀態(tài)純駐波狀態(tài)。 。lZ 0lZ 1l ll= jXZ=1u行波狀態(tài)行波狀態(tài) 沿線電壓和電流振幅不變，駐波比等于沿線電壓和電流振幅不變，駐波比等于1； 電壓和電流在任意點(diǎn)上都同相；電壓和電流在任意點(diǎn)上都同相； 傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗。傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗。zzZAzIzIAzUzUj01j1e)()(e)()(v傳輸線的三種工作狀態(tài)傳輸線的三種工作狀態(tài)0)(ZzZinZ0Z0UIz02/4/4/3u純駐波狀態(tài)純駐波狀態(tài) 終端短路終端短路zZAIIzIzAUUzUcos2)(sin2 j)(011zZzZintanj)(0UIUz

8、02/4/4/3終端短路終端短路并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振終端開路終端開路UUIz2/4/34/終端短路終端短路相當(dāng)于此處開路相當(dāng)于此處開路串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振 終端接純電抗終端接純電抗 Zin= j X u行駐波狀態(tài)行駐波狀態(tài)j00elllllZZZZ zlzzlzZAzIAzU2 jj012 jj1e1e)(e1e)(0in00j tan( )( )j tan( )llZZzZ zZZZz無耗傳輸線兩個(gè)重要的特性無耗傳輸線兩個(gè)重要的特性 /4 阻抗變換性阻抗變換性無耗傳輸線上距離為無耗傳輸線上距離為 /4的任意兩點(diǎn)處輸?shù)娜我鈨牲c(diǎn)處輸入阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方入

9、阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方。 /2 /2 重復(fù)性重復(fù)性無耗傳輸線上距離為無耗傳輸線上距離為 /2的任意兩點(diǎn)處，電的任意兩點(diǎn)處，電壓、電流的大?。ń^對(duì)值）；輸入阻抗；反射系數(shù)的值相壓、電流的大?。ń^對(duì)值）；輸入阻抗；反射系數(shù)的值相等，具有等，具有 /2 的周期性。的周期性。例題例題：設(shè)一特性阻抗為50的均勻傳輸線終端負(fù)載Zl=100，求負(fù)載反射系數(shù)l的值是多少？在離負(fù)載0.5、0.25處的輸入阻抗及反射系數(shù)分別為多少？ n 傳輸線的傳輸功率、效率和損耗傳輸線的傳輸功率、效率和損耗e1 e2)(422021llltZAlP)()(e1 e2)()(Re21)(in422021zPzPZA

10、zIzUzPrzlzt傳輸線上任一點(diǎn)處的傳輸功率為傳輸線上任一點(diǎn)處的傳輸功率為傳輸線總長為傳輸線總長為l，則始端傳輸功率和負(fù)載吸收功率分別為，則始端傳輸功率和負(fù)載吸收功率分別為1 2)0(2021lLtZAPPu傳輸效率傳輸效率傳輸線終端負(fù)載吸收到的功率傳輸線終端負(fù)載吸收到的功率PL與始端的與始端的傳輸功率傳輸功率Pt (l)之比之比，即即22241(0)=( )e(1e)ltlltlPP lu傳輸功率傳輸功率2m axel 當(dāng)終端負(fù)載與傳輸線匹配時(shí)，此時(shí)當(dāng)終端負(fù)載與傳輸線匹配時(shí)，此時(shí)傳輸效率最高，其值為傳輸效率最高，其值為 。 當(dāng)終端短路或者開路時(shí)，此時(shí)傳當(dāng)終端短路或者開路時(shí)，此時(shí)傳 輸輸效

11、率為效率為0。u 回波損耗和反射損耗回波損耗和反射損耗 回波損耗回波損耗入射波功率與反射波功率之比入射波功率與反射波功率之比 )dB()686. 8(2lg20e1lg10lg10)(42inzPPzLlzlrr對(duì)于無耗線對(duì)于無耗線 )dB(lg20)(lrzL若負(fù)載匹配，則若負(fù)載匹配，則Lr - ，表示無反射波功率。，表示無反射波功率。反射損耗反射損耗信源匹配條件下，表征由負(fù)載不匹配引起的負(fù)載功率減信源匹配條件下，表征由負(fù)載不匹配引起的負(fù)載功率減 少程度。少程度。0022|1(1)110lg=10lg10lg20lg|421lll ZZRl ZZlPLP 回波損耗取決于反射信號(hào)本身的損耗，回

12、波損耗取決于反射信號(hào)本身的損耗，| l|越大，則越大，則|Lr|越越?。环瓷鋼p耗小；反射損耗LR則表示反射信號(hào)引起的負(fù)載功率的減小，則表示反射信號(hào)引起的負(fù)載功率的減小， | l|越大，則越大，則| LR|也越大。也越大。n 阻抗匹配：信號(hào)傳輸過程中負(fù)載阻抗和信源內(nèi)阻抗之間滿阻抗匹配：信號(hào)傳輸過程中負(fù)載阻抗和信源內(nèi)阻抗之間滿足特定配合關(guān)系，從而使信號(hào)源給出最大功率，負(fù)載能夠足特定配合關(guān)系，從而使信號(hào)源給出最大功率，負(fù)載能夠吸收全部的入射波功率吸收全部的入射波功率n 阻抗匹配阻抗匹配： 負(fù)載阻抗匹配負(fù)載阻抗匹配 Zl l=Z0 信號(hào)源阻抗匹配信號(hào)源阻抗匹配 Zg=Z0 共軛阻抗匹配共軛阻抗匹配 Z

13、in=Zg*u負(fù)載阻抗匹配負(fù)載阻抗匹配負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。此時(shí)傳輸線上只有從負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。此時(shí)傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波，而無反射波。信源到負(fù)載的入射波，而無反射波。 u源阻抗匹配源阻抗匹配電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。 對(duì)匹配源來說，它對(duì)匹配源來說，它給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的，負(fù)載有反射時(shí)，反射回來的反給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的，負(fù)載有反射時(shí)，反射回來的反射波被電源吸收。射波被電源吸收。u共軛阻抗匹配共軛阻抗匹配對(duì)于不匹配電源，當(dāng)負(fù)載阻抗折合到電源參考面上的輸對(duì)于不匹配電源，當(dāng)負(fù)載阻抗折合到電源參考面上的輸入

14、阻抗等于電源內(nèi)阻的共軛值時(shí)，負(fù)載得到最大功率值：入阻抗等于電源內(nèi)阻的共軛值時(shí)，負(fù)載得到最大功率值：2max1124ggPERn阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法n /4阻抗變換器法；支節(jié)調(diào)配器法阻抗變換器法；支節(jié)調(diào)配器法 u /4阻抗變換器法阻抗變換器法u支節(jié)調(diào)配器法支節(jié)調(diào)配器法n將將反射系數(shù)反射系數(shù)圓圖、歸一圓圖、歸一化電阻圓圖化電阻圓圖和歸一化電和歸一化電抗圓圖畫抗圓圖畫在在一起，為完一起，為完整的阻抗圓整的阻抗圓圖，也稱為圖，也稱為史密斯圓圖。史密斯圓圖。向負(fù)載向負(fù)載向電源向電源實(shí)軸左半邊為電實(shí)軸左半邊為電壓波節(jié)點(diǎn)又代表壓波節(jié)點(diǎn)又代表行波系數(shù)行波系數(shù)K實(shí)軸右半邊為實(shí)軸右半邊為電壓波腹點(diǎn)又電壓波

15、腹點(diǎn)又代表駐波比代表駐波比 v史密斯圓圖及其應(yīng)用史密斯圓圖及其應(yīng)用幅角與電長度關(guān)系幅角與電長度關(guān)系20.5半徑半徑R代表代表反射系數(shù)大小反射系數(shù)大小結(jié)論：阻抗圓圖上的重要點(diǎn)、線、面結(jié)論：阻抗圓圖上的重要點(diǎn)、線、面 r=1的電阻圓的電阻圓開路點(diǎn)開路點(diǎn)短路點(diǎn)短路點(diǎn)匹配點(diǎn)匹配點(diǎn)純電阻線純電阻線純電抗圓純電抗圓x=-1電抗圓弧電抗圓弧x=+1電抗圓弧電抗圓弧上半圓電感性上半圓電感性下半圓電容性下半圓電容性圖中任一點(diǎn)都可讀出四個(gè)量：圖中任一點(diǎn)都可讀出四個(gè)量： ， 已知其中兩個(gè)量，就可已知其中兩個(gè)量，就可以根據(jù)圓圖求另外兩個(gè)量。以根據(jù)圓圖求另外兩個(gè)量。,lr x阻抗圓圖阻抗圓圖導(dǎo)納圓圖上的重要點(diǎn)、線、面導(dǎo)

16、納圓圖上的重要點(diǎn)、線、面 g=1的電導(dǎo)圓的電導(dǎo)圓短路點(diǎn)短路點(diǎn)開路點(diǎn)開路點(diǎn)匹配點(diǎn)匹配點(diǎn)純電導(dǎo)線純電導(dǎo)線b= -1電納圓弧電納圓弧b=+1電納圓弧電納圓弧上半圓電容性上半圓電容性下半圓電感性下半圓電感性v同軸線的特性阻抗同軸線的特性阻抗特性阻抗特性阻抗2)/ln(0abCLZu 耐壓最大時(shí)的特性阻抗為耐壓最大時(shí)的特性阻抗為60 u 傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗為傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗為30 u 衰減最小時(shí)的特性阻抗為衰減最小時(shí)的特性阻抗為76.7 實(shí)際使用的同軸線特性阻抗一般有實(shí)際使用的同軸線特性阻抗一般有50 和和 75 兩種。兩種。n 50 的同軸線兼顧了耐壓、功率容量和衰減的要求，是一種的同軸

17、線兼顧了耐壓、功率容量和衰減的要求，是一種通用型同軸傳輸線；通用型同軸傳輸線；75 的同軸線是衰減最小的同軸線，它的同軸線是衰減最小的同軸線，它主要用于遠(yuǎn)距離傳輸。主要用于遠(yuǎn)距離傳輸。第第2章章 規(guī)則金屬波導(dǎo)規(guī)則金屬波導(dǎo)u 場(chǎng)分析方法場(chǎng)分析方法：先由矢量齊次亥姆霍茲方程結(jié)合邊界條件分離變量求先由矢量齊次亥姆霍茲方程結(jié)合邊界條件分離變量求解縱向場(chǎng)分量，然后由麥克斯韋方程組求解橫向場(chǎng)分量解縱向場(chǎng)分量，然后由麥克斯韋方程組求解橫向場(chǎng)分量。0),(),(0),(),(2222yxHkyxHyxEkyxEozcoztozcozt)(j)(j)(j)(j22c2c2xEyHkHyExHkHyExHkExE

18、yHkEzzcyzzxzzyzzcxzozzyxEzyxEje ),(),(zozzyxHzyxHje ),(),(每一個(gè)解對(duì)應(yīng)一個(gè)波型也稱之為模式，不同的模式具有不同的傳輸特性。每一個(gè)解對(duì)應(yīng)一個(gè)波型也稱之為模式，不同的模式具有不同的傳輸特性。 kc2= k2 2， kc為截止波數(shù)為截止波數(shù)。v導(dǎo)波理論導(dǎo)波理論u 波的傳輸特性波的傳輸特性描述波導(dǎo)傳輸特性的主要參數(shù)有：相移常數(shù)、截止描述波導(dǎo)傳輸特性的主要參數(shù)有：相移常數(shù)、截止波數(shù)、相速、波導(dǎo)波長、群速、波阻抗及傳輸功率波數(shù)、相速、波導(dǎo)波長、群速、波阻抗及傳輸功率。 相移常數(shù)和截止波數(shù)相移常數(shù)和截止波數(shù)22c2c2/1kkkkk 相速度與波導(dǎo)波長

19、相速度與波導(dǎo)波長22crr22cp/1/11kkckkkv對(duì)導(dǎo)行波來說對(duì)導(dǎo)行波來說k kc，故，故rrp/cv 即即在規(guī)則波導(dǎo)中波的傳播的速度要比在無界空間媒質(zhì)中傳播的速度要快。在規(guī)則波導(dǎo)中波的傳播的速度要比在無界空間媒質(zhì)中傳播的速度要快。 群速群速22crr/1d/d1ddkkcg波阻抗波阻抗橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)之比橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)之比ttHEZ 傳輸功率傳輸功率22*11Re() ddd222ttSSSZPESHSZE HSu 導(dǎo)導(dǎo) 行行 波波 分分 類類n 矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)u矩形波導(dǎo)中的場(chǎng)矩形波導(dǎo)中的場(chǎng)u矩形波導(dǎo)的傳輸特性矩形波導(dǎo)的傳輸特性TEmn 和和 TMmn 互為簡并?；楹啿⒛?biāo)

20、準(zhǔn)波導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)BJ-32各模式截止波長圖各模式截止波長圖 單模傳輸區(qū)域單模傳輸區(qū)域截止區(qū)截止區(qū)判斷判斷 b 和和 a/2 的大小，決定單模工作區(qū)。的大小，決定單模工作區(qū)。u 矩形波導(dǎo)主模矩形波導(dǎo)主模TE10(a) TE10模場(chǎng)分布模場(chǎng)分布 101010sincos2sincos+2coscos0yxzxzyaEHxtzaaHHxtzaHHxtzaEEH矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)TE10模的場(chǎng)分布圖模的場(chǎng)分布圖(b) TE10模的傳輸特性模的傳輸特性1) 截止波長與相移常數(shù)截止波長與相移常數(shù) 2212a相移常數(shù)為相移常數(shù)為 截止波長為截止波長為 ak22ccTE102) 波導(dǎo)波長與波阻抗波導(dǎo)波長與波阻抗

21、2)2/(12ag2TE)2/(112010aZ3) 相速與群速相速與群速 p22g1(/ 2 )d1(/ 2 )dvaa4) 傳輸功率傳輸功率 1010TE2102TE4|21ZabEdxdyEZdxdySPyzu 矩形波導(dǎo)尺寸選擇原則矩形波導(dǎo)尺寸選擇原則 波導(dǎo)帶寬問題波導(dǎo)帶寬問題：保證在給定頻率范圍內(nèi)的電磁波在波導(dǎo)中都能保證在給定頻率范圍內(nèi)的電磁波在波導(dǎo)中都能以單一的模傳播，其它高次模都應(yīng)截止以單一的模傳播，其它高次模都應(yīng)截止。 波導(dǎo)功率容量問題波導(dǎo)功率容量問題：在傳播所要求的功率時(shí)，波導(dǎo)不致于發(fā)生在傳播所要求的功率時(shí)，波導(dǎo)不致于發(fā)生擊穿。適當(dāng)增加擊穿。適當(dāng)增加b可增加功率容量，故可增加功

22、率容量，故b應(yīng)盡可能大一些應(yīng)盡可能大一些。 波導(dǎo)的衰減問題波導(dǎo)的衰減問題：通過波導(dǎo)后的信號(hào)功率不要損失太大。增大通過波導(dǎo)后的信號(hào)功率不要損失太大。增大b也可使衰減變小，故也可使衰減變小，故b應(yīng)盡可能大一些應(yīng)盡可能大一些。aba)5 . 04 . 0(7 . 0綜合上述因素，矩形波導(dǎo)的尺寸一般選為：綜合上述因素，矩形波導(dǎo)的尺寸一般選為： n 圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)u圓波導(dǎo)中的場(chǎng)圓波導(dǎo)中的場(chǎng)場(chǎng)分析法，圓柱坐標(biāo)下求解場(chǎng)分析法，圓柱坐標(biāo)下求解mncTE2mnau圓波導(dǎo)的傳輸特性圓波導(dǎo)的傳輸特性TE模模mnmnTETEwuHEz22aukmnTEmnTM模模wHEZmnTMTMmn22mnmnTMvKaakmnm

23、ncTEmncTM2mnaakmnmncTMu 三種典型模式的截止波長分別為三種典型模式的截止波長分別為 :TE11,TM01,TE01.aaa6398. 16127. 24126. 3010111cTEcTMcTE 圓波導(dǎo)具有軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)。對(duì)于圓波導(dǎo)具有軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)。對(duì)于m 0的任意非圓對(duì)稱模的任意非圓對(duì)稱模式式,由于場(chǎng)由于場(chǎng)沿沿 方向存在方向存在sinm 和和cosm 兩種場(chǎng)分布兩種場(chǎng)分布，兩者，兩者的截止波數(shù)相同傳播特性相同，但極化面互相垂直，稱之的截止波數(shù)相同傳播特性相同，但極化面互相垂直，稱之為為極化簡并極化簡并。v簡并模簡并模 (b) 極化簡并極化簡并在圓波導(dǎo)中除在圓波導(dǎo)中除TE0n和

24、和TM0n 外的所有模式均存在極化簡并。外的所有模式均存在極化簡并。 由于貝塞爾函數(shù)具有由于貝塞爾函數(shù)具有 的性質(zhì)，的性質(zhì)，所以一階貝塞爾函數(shù)的根和零階貝塞爾函數(shù)所以一階貝塞爾函數(shù)的根和零階貝塞爾函數(shù)導(dǎo)數(shù)的根相等，導(dǎo)數(shù)的根相等， 故故 ，從而形從而形成了成了TE0n模和模和TM1n模的簡并模的簡并。0n1ncTEcTM0n1n(a)E-H簡并簡并)()(10 xJxJn 波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合的方法波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合的方法電激勵(lì)，磁激勵(lì)，電流激勵(lì)電激勵(lì)，磁激勵(lì)，電流激勵(lì)第第3章章 微波集成傳輸線微波集成傳輸線n 微波集成傳輸線微波集成傳輸線n 微帶傳輸線微帶傳輸線帶狀線，微帶線帶狀線，微帶線，耦合微帶

25、線，耦合微帶線u帶狀線帶狀線0p1/ZL CC同軸線同軸線帶狀線，傳輸帶狀線，傳輸TEM模模特性阻抗特性阻抗常用等效電容法和保角變換法求解分布電容常用等效電容法和保角變換法求解分布電容。工程應(yīng)用上，給出了一組比較實(shí)用的公式，這組公式分為導(dǎo)帶厚度為零工程應(yīng)用上，給出了一組比較實(shí)用的公式，這組公式分為導(dǎo)帶厚度為零(和導(dǎo)帶厚度不為零和導(dǎo)帶厚度不為零(H. A. 兩種情況。兩種情況。衰減常數(shù)衰減常數(shù)帶狀線的衰減主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起。帶狀線的衰減主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起。dc導(dǎo)體衰減可由增量電感法求解，可給出近似公式。導(dǎo)體衰減可由增量電感法求解，可給出近似公式。rcv/pr0/g相速和波導(dǎo)波

26、長相速和波導(dǎo)波長u 微帶線微帶線hw平行雙導(dǎo)體傳輸線平行雙導(dǎo)體傳輸線微帶線，微帶線， 當(dāng)頻率不很高時(shí)當(dāng)頻率不很高時(shí),傳輸傳輸準(zhǔn)準(zhǔn)TEM模模特性阻抗特性阻抗LCCCLZ/11/pp02pe)/(vc有效介電常數(shù)的取值就在有效介電常數(shù)的取值就在1與與 之間之間r引入引入有效介電常數(shù)有效介電常數(shù) ) 1(1req21121121whq工程上，用填充因子工程上，用填充因子q來定義有效介電常數(shù)來定義有效介電常數(shù)ep/cv e00aZZ 只要求得空氣微帶線的特性阻抗只要求得空氣微帶線的特性阻抗Z0a及有效介電常數(shù)及有效介電常數(shù) e，就可求得介質(zhì)微，就可求得介質(zhì)微帶線的特性阻抗。帶線的特性阻抗。（經(jīng)驗(yàn)近似公

27、式）經(jīng)驗(yàn)近似公式）e0/gdc 帶狀線帶狀線的損耗包括由中心導(dǎo)帶和接地板導(dǎo)體引起的導(dǎo)體損耗、的損耗包括由中心導(dǎo)帶和接地板導(dǎo)體引起的導(dǎo)體損耗、兩接地板間填充的介質(zhì)損耗及輻射損耗。由于帶狀線接地板通常兩接地板間填充的介質(zhì)損耗及輻射損耗。由于帶狀線接地板通常比中心導(dǎo)帶大得多，因此帶狀線的輻射損耗可忽略不計(jì)。所以帶比中心導(dǎo)帶大得多，因此帶狀線的輻射損耗可忽略不計(jì)。所以帶狀線的衰減主要由狀線的衰減主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起，即：引起，即：dc衰減常數(shù)衰減常數(shù) 由于由于微帶線微帶線是半開放結(jié)構(gòu)，因此除了有是半開放結(jié)構(gòu)，因此除了有導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗之之外，還有一定的外，

28、還有一定的輻射損耗輻射損耗。不過當(dāng)基片厚度很小，相對(duì)介電常數(shù)。不過當(dāng)基片厚度很小，相對(duì)介電常數(shù)較大時(shí)，絕大部分功率集中在導(dǎo)帶附近的空間里，所以輻射損耗較大時(shí)，絕大部分功率集中在導(dǎo)帶附近的空間里，所以輻射損耗是很小的，和其它二種損耗相比可以忽略。是很小的，和其它二種損耗相比可以忽略。 2wr 2br 2wr 2hr14rh傳輸線類型主 模截止波長c單模傳輸條件矩形波導(dǎo)TE10模2aa2b圓波導(dǎo)TE11模3.41R2.62R/2(D+d)帶狀線TEM模 ，微帶線準(zhǔn)TEM模 各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條件列表如下各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條件列表如下對(duì)應(yīng)于尺寸選擇

29、原則對(duì)應(yīng)于尺寸選擇原則n 介質(zhì)波導(dǎo)介質(zhì)波導(dǎo)波導(dǎo)專指各種形狀的波導(dǎo)專指各種形狀的空心金屬波導(dǎo)管和表面波波導(dǎo)空心金屬波導(dǎo)管和表面波波導(dǎo)(介質(zhì)波導(dǎo)），介質(zhì)波導(dǎo)），前者前者將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導(dǎo)；后，又稱封閉波導(dǎo)；后者者將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導(dǎo)。，又稱開波導(dǎo)。場(chǎng)特征場(chǎng)特征：介質(zhì)波導(dǎo)邊界內(nèi)外都有電磁場(chǎng)存在，需要全空間求介質(zhì)波導(dǎo)邊界內(nèi)外都有電磁場(chǎng)存在，需要全空間求解，能量主要約束在介質(zhì)波導(dǎo)的周圍解，能量主要約束在介質(zhì)波導(dǎo)的周圍。表面波特點(diǎn)表面波特點(diǎn)：電磁場(chǎng)沿兩個(gè)媒質(zhì)分界面法線方向按指數(shù)衰減，

30、電磁場(chǎng)沿兩個(gè)媒質(zhì)分界面法線方向按指數(shù)衰減，一般來說，一般來說，它是一種慢波，它沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳播的速度小于光它是一種慢波，它沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳播的速度小于光速速。介質(zhì)波導(dǎo)介質(zhì)波導(dǎo)(dielectric waveguide)分為兩大類分為兩大類:一類是開放式介一類是開放式介質(zhì)波導(dǎo)主要包括質(zhì)波導(dǎo)主要包括圓形介質(zhì)波導(dǎo)圓形介質(zhì)波導(dǎo)和和介質(zhì)鏡像線介質(zhì)鏡像線等等，另一類是，另一類是半半開放介質(zhì)波導(dǎo)主要包括開放介質(zhì)波導(dǎo)主要包括H形波導(dǎo)形波導(dǎo)、G形波導(dǎo)等形波導(dǎo)等。第第4章章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 微波網(wǎng)絡(luò)微波網(wǎng)絡(luò): 是在分析場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，用路的分析方是在分析場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，用路的分析方法將微波元件等效為電抗或電阻

31、等集中元件網(wǎng)絡(luò)，將法將微波元件等效為電抗或電阻等集中元件網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)際的導(dǎo)波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實(shí)際的微實(shí)際的導(dǎo)波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實(shí)際的微波系統(tǒng)簡化為微波網(wǎng)絡(luò)。波系統(tǒng)簡化為微波網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析: 借助于借助于“路路”的分析法的分析法,通過分析網(wǎng)絡(luò)通過分析網(wǎng)絡(luò)(微波微波元件元件)的外部特性，給出系統(tǒng)的一般傳輸特性的外部特性，給出系統(tǒng)的一般傳輸特性。如功率。如功率傳遞，阻抗匹配等，而且網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果可以通過實(shí)傳遞，阻抗匹配等，而且網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果可以通過實(shí)際測(cè)量的方法來驗(yàn)證。際測(cè)量的方法來驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)綜合網(wǎng)絡(luò)綜合：根據(jù)微波元件的工作特性綜合出要求的微根據(jù)微波元件的工作特性綜合出

32、要求的微波網(wǎng)絡(luò)，從而用一定的微波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)它波網(wǎng)絡(luò)，從而用一定的微波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)它。n 等效傳輸線等效傳輸線引入等效電壓和電流的概念，將均勻傳輸線理論應(yīng)用于任引入等效電壓和電流的概念，將均勻傳輸線理論應(yīng)用于任意導(dǎo)波系統(tǒng)。意導(dǎo)波系統(tǒng)。規(guī)定規(guī)定(1): 電壓電壓U(z)和電流和電流I(z)分別與分別與Et和和Ht成正比；成正比；規(guī)定規(guī)定(2) :電壓電壓U(z)和電流和電流I(z)共軛乘積的實(shí)部應(yīng)等于平均傳共軛乘積的實(shí)部應(yīng)等于平均傳輸功率；輸功率； 規(guī)定規(guī)定(3): 電壓和電流之比應(yīng)等于對(duì)應(yīng)的等效特性阻抗值；電壓和電流之比應(yīng)等于對(duì)應(yīng)的等效特性阻抗值；)(),(),()(),(),(zIyxzyxzUyx

33、zyxkktkkthHeE 、 是是二維實(shí)函數(shù)二維實(shí)函數(shù)，代表了，代表了橫向場(chǎng)的模式橫向分布函數(shù)；橫向場(chǎng)的模式橫向分布函數(shù)；Uk(z)、Ik(z)都是一都是一維標(biāo)量函數(shù)，維標(biāo)量函數(shù)，模式等效電壓和模式等效電流。模式等效電壓和模式等效電流。 ( , )kx ye),(yxkhZek為該模式等效特性阻抗，為該模式等效特性阻抗，Z Zw 為波阻抗。為波阻抗。ekwkkkkZZhed1She微波技術(shù)：微波技術(shù)： 麥克斯韋方程法麥克斯韋方程法 微波網(wǎng)絡(luò)方法微波網(wǎng)絡(luò)方法低頻電路：低頻電路： 基爾霍夫方程法基爾霍夫方程法 低頻網(wǎng)絡(luò)方法低頻網(wǎng)絡(luò)方法p 微波網(wǎng)絡(luò)理論低頻網(wǎng)絡(luò)理論的區(qū)別：微波網(wǎng)絡(luò)理論低頻網(wǎng)絡(luò)理論的

34、區(qū)別：（1）不同模式有不同的等效網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參量。）不同模式有不同的等效網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參量。（2）對(duì)于波導(dǎo)，電壓和電流是一個(gè)等效概念，不是單值。）對(duì)于波導(dǎo)，電壓和電流是一個(gè)等效概念，不是單值。（3）需要確定網(wǎng)絡(luò)的參考面。）需要確定網(wǎng)絡(luò)的參考面。（4）微波中的網(wǎng)絡(luò)及其參量只對(duì)一定頻段適用。）微波中的網(wǎng)絡(luò)及其參量只對(duì)一定頻段適用。n 單口網(wǎng)絡(luò)單口網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)當(dāng)一段規(guī)則傳輸線端接其它微波元件時(shí)一段規(guī)則傳輸線端接其它微波元件時(shí)，則在連接的端面引起不，則在連接的端面引起不連續(xù)性，產(chǎn)生反射。若將參考面連續(xù)性，產(chǎn)生反射。若將參考面T選在離不連續(xù)面較遠(yuǎn)的地方，則選在離不連續(xù)面較遠(yuǎn)的地方，則在參考面在參考面T左側(cè)的傳輸線

35、上只存在主模的入射波和反射波，可用等左側(cè)的傳輸線上只存在主模的入射波和反射波，可用等效傳輸線來表示效傳輸線來表示，而把，而把參考面參考面T以右部分作為一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)以右部分作為一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)，把傳，把傳輸線作為該網(wǎng)絡(luò)的輸入端面，這樣構(gòu)成了單口網(wǎng)絡(luò)輸線作為該網(wǎng)絡(luò)的輸入端面，這樣構(gòu)成了單口網(wǎng)絡(luò)。 )2(e)(zjllze221e1( )( )1( )1( )Re( )( )1( )22inzZzZzAP zU z IzzZ 11( )1( )( )1( )eU zAzAI zzZee/ZIiZUu)(1)(1eininzzZZz歸一化歸一化n 雙口網(wǎng)絡(luò)雙口網(wǎng)絡(luò)任意具有兩個(gè)端口的微波元件均可視之為雙口網(wǎng)

36、絡(luò)。任意具有兩個(gè)端口的微波元件均可視之為雙口網(wǎng)絡(luò)。不均勻性不均勻性T1T2雙雙 口口網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)I1I2U1U2Ze1Ze2T1T2描述雙口網(wǎng)絡(luò)的五個(gè)矩陣描述雙口網(wǎng)絡(luò)的五個(gè)矩陣： 描述端口面電壓、電流（描述端口面電壓、電流（U1 I1，U2 I2 ）關(guān)系的）關(guān)系的阻抗矩陣阻抗矩陣，導(dǎo)導(dǎo)納矩陣，轉(zhuǎn)移矩陣納矩陣，轉(zhuǎn)移矩陣。(歸一化后歸一化后 u1 i1，u2 i2） 描述端口入射波和反射波歸一化的電壓、電流（描述端口入射波和反射波歸一化的電壓、電流（a1 b1, a2 b2) 關(guān)系的關(guān)系的散射矩陣，傳輸矩陣散射矩陣，傳輸矩陣。111111uabiab11e1111e111e1111e11()221(

37、)22UI ZauiZUI ZbuiZu 阻抗矩陣阻抗矩陣 Z取取I1、I2為自變量，為自變量，U1、U2為因變量為因變量，對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)有：，對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)有：22212122121111IZIZUIZIZUZ矩陣中的各個(gè)阻抗參數(shù)必須使用開路法測(cè)量，故也稱為矩陣中的各個(gè)阻抗參數(shù)必須使用開路法測(cè)量，故也稱為開路阻抗參數(shù)開路阻抗參數(shù)。互易網(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò) 2112ZZ對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)2211ZZ無耗網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)ijijZ =jX 2e222e1e212e1e121e11/ZZZZZZZZZZz適合于微波網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)適合于微波網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)u 導(dǎo)納矩陣導(dǎo)納矩陣 Y取取U1、U2 為自變量，為自變量， I1、I2為因

38、變量為因變量，對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)有：，對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)有：22212122121111UYUYIUYUYIY矩陣中的各個(gè)導(dǎo)納參數(shù)必須使用短路法測(cè)量，故也稱為短路參數(shù)。矩陣中的各個(gè)導(dǎo)納參數(shù)必須使用短路法測(cè)量，故也稱為短路參數(shù)?；ヒ拙W(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò)2112YY 對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)2211YY 無耗網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)ijijY =jB 11112122112222Y /YY / Y YyY / Y YY /Yeeeeee適合于微波網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)適合于微波網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)對(duì)于同一雙端口網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣和導(dǎo)納矩陣有以下關(guān)系：對(duì)于同一雙端口網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣和導(dǎo)納矩陣有以下關(guān)系： 1ZYIYZ其中，其中，I為單位矩陣。為單位矩陣。 例例4-2求如求如

39、圖圖所示二端口網(wǎng)絡(luò)的所示二端口網(wǎng)絡(luò)的Z矩陣和矩陣和Y矩陣矩陣。 ZaZbZcI1I2U1U2解解：由：由Z矩陣的定義：矩陣的定義： cbIcIcaIZZIUZZZIUZZZIUZ02222210212101111112|于是：于是： cbcccaZZZZZZZ bacccbcbabaZZZZZZZZZZZZY)(11因此因此ZaZbZcI1I2U1U2u 轉(zhuǎn)移矩陣轉(zhuǎn)移矩陣 A 用端口用端口2的的電壓電壓U2電流電流I2作為自變量作為自變量，而端口而端口1的電壓的電壓U1和電流和電流I1作為作為因變量因變量，則可得如下線性方程組：，則可得如下線性方程組：)()(221221IDCUIIBAUU2

40、211iudcbaiue2e1e1e2e1e2e1e2/aA ZZbBZ ZcC Z ZdD ZZ適合于微波網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)適合于微波網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)互易網(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò) 對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)1adbcda 無耗網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)bcad， 為實(shí)數(shù)， 為虛數(shù)12AAAAn總u 散射矩陣散射矩陣S對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)，歸一化入射波和歸一化反射對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)，歸一化入射波和歸一化反射波之間是線性關(guān)系，故有線性方程：波之間是線性關(guān)系，故有線性方程： 22212122121111aSaSbaSaSb011112|aabS表示端口表示端口2接匹配負(fù)載時(shí)，端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口1的反射系數(shù)的反射系數(shù)022221|aabS表示端口表示端口1接

41、匹配負(fù)載時(shí)，端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口2的反射系數(shù)的反射系數(shù)表示端口表示端口1接匹配負(fù)載時(shí)，端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口2到端口到端口1的反向傳的反向傳輸系數(shù)輸系數(shù)012212|aabS表示端口表示端口2接匹配負(fù)載時(shí)，端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口1到端口到端口2的正向傳的正向傳輸系數(shù)輸系數(shù)結(jié)論：結(jié)論： S矩陣的各參數(shù)是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的反射系數(shù)或傳輸矩陣的各參數(shù)是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的反射系數(shù)或傳輸系數(shù)系數(shù)，實(shí)際的微波網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)和駐波系數(shù)及功率便于測(cè)量。，實(shí)際的微波網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)和駐波系數(shù)及功率便于測(cè)量。021121|aabS互易網(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò) 2112SS對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)2211SS無耗網(wǎng)

42、絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò) ISSS矩陣矩陣的性質(zhì)的性質(zhì)u傳輸矩陣傳輸矩陣T當(dāng)用當(dāng)用a1、b1作為輸入量，作為輸入量，a2、b2作為輸出量，作為輸出量，此時(shí)有以下線性方程：此時(shí)有以下線性方程： 22222112122111aTbTbaTbTa互易網(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò) 11 2212 21=1TT TT T對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)1221TT無耗網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)*11221221,TTTTT11其中表示參考面其中表示參考面T2接匹配負(fù)載時(shí)，端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口1至端口至端口2的電壓傳輸系的電壓傳輸系數(shù)的倒數(shù)，其余數(shù)的倒數(shù)，其余三個(gè)參三個(gè)參數(shù)沒有明確的物理意義數(shù)沒有明確的物理意義.適合于微波網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)適合于微波網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián) nTTT

43、T21總名稱名稱電路圖電路圖A矩陣矩陣S矩陣矩陣備注備注串聯(lián)串聯(lián)阻抗阻抗并聯(lián)并聯(lián)導(dǎo)納導(dǎo)納理想理想變壓變壓器器短截短截線線lZ0101z101y100nn22222212112111nnnnnnnncossinsincosjj00jjeegl2Z0Z0Y0Y0zzzzzz2222220ZZz 0YYy 222222yyyyyylZ0101z101y100nn22222212112111nnnnnnnncossinsincosjj00jjeegl2Z0Z0Y0Y0zzzzzz2222220ZZz 0YYy 222222yyyyyylZ0101z101y100nn22222212112111nnnn

44、nnnncossinsincosjj00jjeegl2Z0Z0Y0Y0zzzzzz2222220ZZz 0YYy 222222yyyyyylZ0101z101y100nn22222212112111nnnnnnnncossinsincosjj00jjeegl2Z0Z0Y0Y0zzzzzz2222220ZZz 0YYy 222222yyyyyy基本電路單元的參量矩陣（常用的雙端口網(wǎng)絡(luò)）基本電路單元的參量矩陣（常用的雙端口網(wǎng)絡(luò)）于是輸入端參考面于是輸入端參考面T1處的反射系數(shù)為：處的反射系數(shù)為： 2121in111221llSbSaS已知終端反射系數(shù)已知終端反射系數(shù) 和和 S 矩陣，求輸入端參考面

45、的反射系數(shù)矩陣，求輸入端參考面的反射系數(shù)la2=b2 l ，代入散射矩陣表達(dá)式，有，代入散射矩陣表達(dá)式，有22211222121111bSaSbbSaSbllv1. 天線的定義天線的定義天線的基本功能是輻射和接收無線電波天線的基本功能是輻射和接收無線電波F發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；F接收時(shí)，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。接收時(shí)，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。 不同的無線電設(shè)備對(duì)天線的要求不同。不同的無線電設(shè)備對(duì)天線的要求不同。 第第6章天線輻射與接收的基本理論章天線輻射與接收的基本理論n方向函數(shù)方向函數(shù)n方向性圖方向性圖n方向性系數(shù)方向性系數(shù)n增益增益n輸入阻抗輸入阻

46、抗n駐波系數(shù)駐波系數(shù)n效率效率影響天線性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素v天線電尺寸（與輻射電阻、輻射功率關(guān)系）天線電尺寸（與輻射電阻、輻射功率關(guān)系）v天線的形狀和結(jié)構(gòu)天線的形狀和結(jié)構(gòu)v天線上的電流分布天線上的電流分布 發(fā)射機(jī) 接收機(jī)發(fā)射天線 接收天線 電波 饋線 饋線 天線常用的性能指標(biāo)天線常用的性能指標(biāo)：320232022cos()4 1sin()4 1sin ()0040jkrrjkrjkrrIljkEerrIljkjkEerrrIljkHerrEHH(6-2-1)式中, ， 是媒質(zhì)中電磁波的波數(shù) k電基本振子的輻射場(chǎng)在電磁場(chǎng)理論中在電磁場(chǎng)理論中, 已給出了在球坐標(biāo)原點(diǎn)已給出了在球坐標(biāo)原點(diǎn)O沿沿z軸放置

47、的軸放置的電基本振子電基本振子(圖圖6 -2)在周圍空間產(chǎn)生的場(chǎng)為在周圍空間產(chǎn)生的場(chǎng)為yxzlOIrEHEr21rkr時(shí) 303022cos42sin4sin4rIlEjrwIlEjrwIlHr 近區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)近區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn) 在近區(qū)在近區(qū), 電場(chǎng)和與靜電場(chǎng)問題中的電偶極子的電場(chǎng)相似電場(chǎng)和與靜電場(chǎng)問題中的電偶極子的電場(chǎng)相似, 磁場(chǎng)和恒磁場(chǎng)和恒 定電流場(chǎng)問題中的電流元的磁場(chǎng)相似定電流場(chǎng)問題中的電流元的磁場(chǎng)相似, 所以近區(qū)場(chǎng)稱為準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)所以近區(qū)場(chǎng)稱為準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng); 由于場(chǎng)強(qiáng)與由于場(chǎng)強(qiáng)與1/r的高次方成正比的高次方成正比, 所以近區(qū)場(chǎng)隨距離的增大而迅速減所以近區(qū)場(chǎng)隨距離的增大而迅速減 小小, 即離天線較遠(yuǎn)時(shí)即

48、離天線較遠(yuǎn)時(shí), 可認(rèn)為近區(qū)場(chǎng)近似為零?？烧J(rèn)為近區(qū)場(chǎng)近似為零。 電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差90, 說明玻印廷矢量為虛數(shù)說明玻印廷矢量為虛數(shù), 也就是說也就是說, 電磁電磁 能量在場(chǎng)源和場(chǎng)之間來回振蕩能量在場(chǎng)源和場(chǎng)之間來回振蕩, 沒有能量向外輻射沒有能量向外輻射, 所以近區(qū)場(chǎng)又所以近區(qū)場(chǎng)又 稱為感應(yīng)場(chǎng)。稱為感應(yīng)場(chǎng)。 23111rrr1 jkre(1) 近區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng) 電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為jkrerIljEsin60jkrerIljHsin2(6-2-5) 在遠(yuǎn)區(qū)在遠(yuǎn)區(qū), 電基本振子的場(chǎng)只有電基本振子的場(chǎng)只有 和和 兩個(gè)分量兩個(gè)分量, 它們?cè)谒鼈冊(cè)诳臻g上相互垂直空間上相互

49、垂直, 在時(shí)間上同相位在時(shí)間上同相位, 所以其玻印廷矢量所以其玻印廷矢量 是實(shí)數(shù)是實(shí)數(shù), 且指向且指向 r 方向。方向。 這說明電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是一個(gè)沿這說明電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是一個(gè)沿著徑向向外傳播的橫電磁波著徑向向外傳播的橫電磁波, 所以遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱所以遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng)輻射場(chǎng); / = =120（）是一常數(shù)）是一常數(shù), 即等于媒質(zhì)的即等于媒質(zhì)的本征阻抗本征阻抗, 因而因而遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有與平面波相同的特性遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有與平面波相同的特性; 輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與距離成反比輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與距離成反比, 隨著距離的增大隨著距離的增大, 輻射場(chǎng)輻射場(chǎng)減小。減小。 這是因?yàn)檩椛鋱?chǎng)是以這是因?yàn)檩椛鋱?chǎng)是以球面波的形式向外擴(kuò)

50、散的球面波的形式向外擴(kuò)散的, 當(dāng)距離當(dāng)距離增大時(shí)增大時(shí), 輻射能量分布到更大的球面面積上輻射能量分布到更大的球面面積上; 在不同的方向上在不同的方向上, 輻射強(qiáng)度是不相等的。這說明電基本輻射強(qiáng)度是不相等的。這說明電基本振子的輻射是有振子的輻射是有方向性方向性的。的。 00 /HES21HHEE遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)sin8fEH輻射場(chǎng)與方向有關(guān)。方向性函數(shù) （ ， ）面方向性圖為 字形。面方向性圖為圓形（軸對(duì)稱）sinf（ ， ）輻射場(chǎng)的方向性輻射場(chǎng)的方向性 磁基本振子是一個(gè)半徑為磁基本振子是一個(gè)半徑為b的細(xì)線小環(huán)的細(xì)線小環(huán), 且小環(huán)的周長滿且小環(huán)的周長滿足條件：足條件：2b, 如圖如圖6-

51、 3所示。假設(shè)其上有電流所示。假設(shè)其上有電流i(t)=Icost, 由電磁場(chǎng)理論由電磁場(chǎng)理論, 其磁偶極矩矢量為其磁偶極矩矢量為mzzmpabIaP2根據(jù)電與磁的對(duì)偶性原理根據(jù)電與磁的對(duì)偶性原理: (6-2-6)(Am2)2. 磁基本振子的場(chǎng)磁基本振子的場(chǎng)根據(jù)電與磁的對(duì)偶性原理根據(jù)電與磁的對(duì)偶性原理: 6.3 天線的電參數(shù)天線的電參數(shù)1. 天線方向圖天線方向圖及其有關(guān)參數(shù)及其有關(guān)參數(shù) 所謂天線方向圖，所謂天線方向圖， 是指在離天線一定距離處是指在離天線一定距離處, 輻射場(chǎng)的相輻射場(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, 通常采用通過通常采用通過天天線

52、最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來表示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。 1) 在地面上架設(shè)的線天線一般采用兩個(gè)相互垂直的平面來表示 其方向圖 （1） 水平面：當(dāng)仰角及距離r為常數(shù)時(shí), 電場(chǎng)強(qiáng)度隨方位 角 的變化曲線, （2） 鉛垂平面：當(dāng) 及r為常數(shù)時(shí), 電場(chǎng)強(qiáng)度隨仰角的變化 曲線, 3) 天線的方向圖參數(shù)天線的方向圖參數(shù) 為了方便對(duì)各種天線的方向圖特性進(jìn)行比較為了方便對(duì)各種天線的方向圖特性進(jìn)行比較, 就需要規(guī)定一就需要規(guī)定一些特性參數(shù)。些特性參數(shù)。 這些參數(shù)有這些參數(shù)有:主瓣寬度主瓣寬度旁瓣電平旁瓣電平前后比前后比(1) 主瓣寬度 主瓣寬度是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理主瓣寬度是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。量。 通常它取方向圖主瓣兩個(gè)