微波與天線課本總結(jié)(優(yōu)秀)

1、 微波技術(shù)與天線課程考查報(bào)告微波技術(shù)與天線（第二版）總結(jié)緒論微波頻段：300MHz3000GHz微波波長(zhǎng)：0.1mm1m （分米波 ，厘米波，毫米波，亞毫米波）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， 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)境污染。分析方法：場(chǎng)的分析方法， 路的分析方法。（微波網(wǎng)絡(luò)）一、均勻傳輸線理論1.1、均勻傳輸線方程及其解1.1.1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。分析方法: 場(chǎng)分析法，等效電路法。1.1.2傳輸線的工作特性參數(shù)（1）特性阻抗傳輸線上行波的電壓與電流的比值 對(duì)于均勻無(wú)耗傳輸線特性阻抗：（2

2、）傳播常數(shù)（3）相速p傳輸線上行波等相位面沿傳輸方向的傳播速度（4）傳輸線的波長(zhǎng)1.2、傳輸線阻抗與狀態(tài)參量1.2.1均勻無(wú)耗傳輸線三個(gè)重要的物理量（1） 輸入阻抗傳輸線上任意一點(diǎn)處的輸入電壓和輸入電流之比值。對(duì)無(wú)耗均勻傳輸線, 線上各點(diǎn)電壓U(z)、 電流I(z)與終端電壓Ul、終端電流的關(guān)系如下：（2） 反射系數(shù)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。（3） 電壓駐波比傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比。1.3、無(wú)耗傳輸線的狀態(tài)分析1.3.1傳輸線的三種工作狀態(tài)（1）行波狀態(tài)Ø 沿線電壓和電流振幅不變，駐波比等于1Ø 電壓和電流在任意點(diǎn)上都同

3、相Ø 傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗（2）純駐波狀態(tài)Ø 終端短路Ø 終端開路Ø 終端接純電抗 Zin= ±j X （3）行駐波狀態(tài)當(dāng)微波傳輸線終端接任意復(fù)數(shù)阻抗負(fù)載時(shí), 由信號(hào)源入射的電磁波功率一部分被終端負(fù)載吸收, 另一部分則被反射, 因此傳輸線上既有行波又有純駐波, 構(gòu)成混合波狀態(tài), 故稱之為行駐波狀態(tài)。1.3.2無(wú)耗傳輸線兩個(gè)重要的特性（1）l/4 阻抗變換性無(wú)耗傳輸線上距離為l/4的任意兩點(diǎn)處輸入阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方。（2）l/2 重復(fù)性無(wú)耗傳輸線上距離為l/2的任意兩點(diǎn)處，電壓、電流的大?。ń^對(duì)值）；輸入阻抗；反

4、射系數(shù)的值相等，具有l(wèi)/2 的周期性。1.4、傳輸線的傳輸功率、效率和損耗1.5、阻抗匹配分類： 負(fù)載阻抗匹配 Zl=Z0 信號(hào)源阻抗匹配 Zg=Z0 共軛阻抗匹配 Zin=Zg*u 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)傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波，而無(wú)反射波。 u 源阻抗匹配電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。 對(duì)匹配源來(lái)說(shuō)，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(lái)的反射波被電源吸收。u 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：阻抗匹配的方法：l/4阻抗變換器法；支節(jié)調(diào)配器法 1.6、史密斯圓

5、圖及其應(yīng)用1.7、同軸線的特性阻抗 同軸線是一種典型的雙導(dǎo)體傳輸系統(tǒng), 它由內(nèi)、 外同軸的兩導(dǎo)體柱構(gòu)成。二、規(guī)則金屬波導(dǎo)2.1、導(dǎo)波原理2.1.1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。2.1.2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)、截止波數(shù)、相速、波導(dǎo)波長(zhǎng)、群速、波阻抗及傳輸功率。導(dǎo)行波分類：TEM波、TM波、TE波、慢波2.2、矩形波導(dǎo)2.1.1矩形波導(dǎo)尺寸選擇原則（1）波導(dǎo)帶寬問(wèn)題：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。 （2）波導(dǎo)功率容量問(wèn)題：在傳播所要求的功率時(shí)，波導(dǎo)

6、不致于發(fā)生擊穿。適當(dāng)增加b可增加功率容量，故b應(yīng)盡可能大一些。（3）波導(dǎo)的衰減問(wèn)題：通過(guò)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b應(yīng)盡可能大一些。2.3、圓形波導(dǎo)圓波導(dǎo)傳輸特性：波型指數(shù)，主模，模式兼并及三種常用模式特性2.4、波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合方法：電激勵(lì)，磁激勵(lì)，電流激勵(lì)總結(jié)：矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL(zhǎng)和單模傳輸條件列表如下：傳輸線類型主 模截止波長(zhǎng)lc單模傳輸條件矩形波導(dǎo)TE10模2aa<l<2a，l>2b圓波導(dǎo)TE11模3.14R2.62R<l<3.41R三、微波集成傳輸線3.1、微帶傳輸線分類：帶狀線、微帶線、耦合微帶線3

7、.2、介質(zhì)波導(dǎo)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)(介質(zhì)波導(dǎo)），前者將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導(dǎo)；后者將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導(dǎo)。3.3光 纖3.3.1光纖分類Ø 按組成材料可分為石英玻璃光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層玻璃芯光纖和全塑料光纖。其中，石英玻璃光纖損耗最小，最適合長(zhǎng)距離、大容量通信。Ø 按折射率分布形狀可分為階躍型光纖和漸變型光纖。Ø 按傳輸模式可分為多模光纖和單模光纖。3.3.2光纖損耗單模光纖在1.3µm和1.55µm波長(zhǎng)附近損耗較低，且?guī)捿^寬，適合用于遠(yuǎn)距離光纖通信。光纖的損耗

8、影響了傳輸距離，而光纖的色散影響了傳輸帶寬和通信容量。四、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.1等效傳輸線微波網(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)際的微波系統(tǒng)簡(jiǎn)化為微波網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)分析: 借助于“路”的分析法,通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)(微波元件)的外部特性，給出系統(tǒng)的一般傳輸特性。等效傳輸線：建立在等效電壓、等效電流、和等效特性阻抗基礎(chǔ)上的傳輸線。4.2單口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：當(dāng)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，則在參考面T左側(cè)的傳輸線上只存在主模的入射波和反射波，可用

9、等效傳輸線來(lái)表示，而把參考面T以右部分作為一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)，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)。 4.3雙端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗與轉(zhuǎn)移矩陣4.3.1雙端口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：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)。4.3.2雙端口微波網(wǎng)絡(luò)的組合方式有：級(jí)聯(lián)方式、串聯(lián)方式和并聯(lián)方式，描述雙口網(wǎng)絡(luò)的五個(gè)矩陣： 描述端口面電壓、電流關(guān)系的阻抗矩陣，導(dǎo)納矩陣，轉(zhuǎn)移矩陣。 描述端口入射波和反射波歸一化的電壓、電流關(guān)系的散射矩陣，傳輸矩陣。4.4散射矩陣與傳輸矩陣散射矩陣的重要特性有兩條：無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)幺正性和參考面移動(dòng)散射參量具有幅值不變性。六、天線輻射與接收的基本理論6.1概論發(fā)射機(jī)（天線輻射）接收機(jī)信道信息

10、源受信者信號(hào)變換信號(hào)變換無(wú)線電通信系統(tǒng)框圖6.2基本陣子的輻射6.2.1電基本振子電基本振子又稱電流元或者電偶極子,它是指一段載有理想的高頻電流的短導(dǎo)線,其長(zhǎng)度l遠(yuǎn)小于波長(zhǎng),其半徑a遠(yuǎn)小于l,同時(shí)這段導(dǎo)線沿線的電流I處處等幅同相。用這樣的電流元可以構(gòu)成實(shí)際的更復(fù)雜的天線,因而電基本振子的輻射特性是研究更復(fù)雜天線輻射特性的基礎(chǔ)。6.3天線的電參數(shù)（1）天線方向圖及其有關(guān)參數(shù)天線方向圖是指在離天線一定距離處, 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, 通常采用通過(guò)天線最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來(lái)表示。 （2） 天線效率（3） 增益系數(shù)增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性

11、的參數(shù), 它是方向系數(shù)與天線效率的乘積, 記為G, 即： G=DA（4） 極化和交叉極化電平極化特性是指天線在最大輻射方向上電場(chǎng)矢量的方向隨時(shí)間變化的規(guī)律。具體地說(shuō),就是在空間某一固定位置上,電場(chǎng)矢量的末端隨時(shí)間變化所描繪的圖形,如果是直線, 就稱為線極化;如果是圓就稱為圓極化。（5） 輸入阻抗與駐波比要使天線輻射效率高, 就必須使天線與饋線良好地匹配, 也就是天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗,才能使天線獲得最大功率（6） 有效長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度是衡量天線輻射能力的一個(gè)重要指標(biāo)。 6.4接收天線理論接收天線主要考慮以下四個(gè)方面：（1）天線接收的物理過(guò)程及收發(fā)互易性（2）有效接收面積（3）等效噪聲溫

12、度（4）接收天線的方向性七、電波傳播概論7.1電波傳播的基本概念無(wú)線電波在自由空間的傳播及傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳播的影響：（1）傳輸損耗（信道損耗）（2）衰落現(xiàn)象 （3）傳輸失真 （4）電波傳播方向的變化7.2幾種不同的電波傳播根據(jù)媒質(zhì)及不同媒質(zhì)分界面對(duì)電波傳播產(chǎn)生的主要影響，可將電波傳播分為四種：（1）視距傳播（2）天波傳播（3）地面波傳播（4）不均勻媒質(zhì)傳播概念解釋：（1）視距傳播：指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見(jiàn)的視線距離內(nèi)的傳播方式（2）天波傳播：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(dá)接收點(diǎn)的傳播方式 （3）地面波傳播：無(wú)線電波沿地球表面?zhèn)鞑サ膫鞑シ绞椒Q為地面波傳播，當(dāng)天線低架于地

13、面，且最大輻射方向沿地面時(shí)，這時(shí)主要是地面波傳播。 （4）不均勻媒質(zhì)的散射傳播：電波在低空對(duì)流層或高空電離層下緣遇到不均勻的“介質(zhì)團(tuán)”時(shí)就會(huì)發(fā)生散射，散射波的一部分到達(dá)接收天線處，這種傳播方式稱為不均勻媒質(zhì)的散射傳播。八、線天線常見(jiàn)線天線：（1）對(duì)稱振子天線構(gòu)成：對(duì)稱振子天線由兩根粗細(xì)和長(zhǎng)度都相同的導(dǎo)線構(gòu)成，中間為兩個(gè)饋電端，是一種應(yīng)用廣泛且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基本線天線。（2）陣列天線（3）、直立振子天線：垂直于地面或?qū)щ娖矫婕茉O(shè)的天線稱為直立振子天線，它廣泛地應(yīng)用于長(zhǎng)、中、短波及超短波波段。 水平振子天線（4）、引向天線：又稱八木天線，它由一個(gè)有源振子及若干個(gè)無(wú)源振子組成 電視發(fā)射天線（5）、移動(dòng)通

14、信基站天線：特點(diǎn)：為盡可能避免地形、地物的阻擋，天線應(yīng)架設(shè)在很高的地方，這就要求天線有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性 為使用戶在移動(dòng)狀態(tài)下使用方便，天線應(yīng)采用垂直極化 根據(jù)組網(wǎng)方式的不同，如果是頂點(diǎn)激勵(lì)，采用扇形天線；如果是中心激勵(lì)，采用全向天線 為了節(jié)省發(fā)射機(jī)功率，天線增益應(yīng)盡可能的高 為了提高天線的效率及寬帶，天線與饋線應(yīng)良好地匹配。（6）、螺旋天線：將導(dǎo)線繞制成螺旋形線圈而構(gòu)成的天線稱為螺旋天線 （7）、行波天線：如果天線上電流分布是行波，則此天線稱為行波天線。它是由導(dǎo)線末端接匹配負(fù)載來(lái)消除反射波而構(gòu)成的。 （8）、寬頻帶天線：按工程上的習(xí)慣用法，若天線的阻抗、方向圖等電特性在一倍或幾倍頻程范圍

15、內(nèi)無(wú)明顯變化，就可稱為寬頻帶天線。 （9）、縫隙天線：如果在同軸線、波導(dǎo)管或空腔諧振器的導(dǎo)體壁上開一條或數(shù)條窄縫，可使電磁波通過(guò)縫隙向外空間輻射而形成一種天線，這種天線就稱為縫隙天線。 （10）、微帶天線：特點(diǎn)：體積小、重量輕、低剖面，適合大規(guī)模生產(chǎn)。 （11）、智能天線：使用智能天線技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有:具有較高的接收靈敏度;使空分多址系統(tǒng)（SDMA）成為可能;消除在上下鏈路中的干擾;抑制多徑衰落效應(yīng)。 九、面天線面天線是指具有初級(jí)饋源并由反射面形成次級(jí)輻射場(chǎng)的天線。前饋式拋物面天線，卡塞格倫式和格雷果里式雙鏡天線等均屬面天線，主要應(yīng)用于微波和毫米波波段。微波五講總結(jié)一、波1.1波物質(zhì)有粒子和波

16、兩種狀態(tài)，波距離我們很近又很遠(yuǎn)，近由于我們自身耳朵接收聲波，眼睛接收光波，遠(yuǎn)由于我們對(duì)波的歸類很晚，距今只有兩百年歷史。1.2電磁波1.2.1電和磁關(guān)于磁，磁早于電，由于地球本身就是一個(gè)大磁場(chǎng)，如中國(guó)的指南針的出現(xiàn)，英國(guó)的吉爾伯特（1544-1623）在1600年發(fā)表論磁和地磁。關(guān)于電，富蘭克林（1706-1790）發(fā)現(xiàn)正電和負(fù)電、電荷轉(zhuǎn)移不能創(chuàng)生、電荷守恒，最偉大之處在于1752年他發(fā)現(xiàn)了天電與地電的統(tǒng)一。1.2.2電磁丹麥的哥本哈根大學(xué)教授奧斯特（1777-1851）發(fā)現(xiàn)電能產(chǎn)生磁，實(shí)現(xiàn)了電和磁的結(jié)合。1.2.3電磁波法拉第（17901867）提出了場(chǎng)和力線的概念，利用對(duì)稱性思想，由奧斯特

17、的電產(chǎn)生磁，提出磁也能產(chǎn)生電的想法，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)動(dòng)磁能產(chǎn)生電。1864年，英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋（18311879）在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了麥克斯韋方程，建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在，推導(dǎo)出電磁波與光具有同樣的傳播速度。1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。1.3波特點(diǎn)和參數(shù)波特點(diǎn)：可以脫離源、可以脫離媒質(zhì)，否定中心力波有三個(gè)參數(shù)：頻率、振幅、相位1.4微波微波是指頻率為300MHz300GHz的電磁波，波長(zhǎng)在1米（不含1米）到0.1厘米之間，與人結(jié)合比較緊密。二、空間波粒子和波是物質(zhì)存在兩種狀態(tài)， 對(duì)波而言，它是可以向前進(jìn)，即隨時(shí)間變，又隨

18、著地點(diǎn)變化。2.1空間平面波 主要研究麥克斯韋的四個(gè)天才思想：（1）麥克斯韋 （18311879 1）認(rèn)為研究規(guī)律必須先確定方程，于是導(dǎo)出了麥克斯韋方程，它有兩種表達(dá)方式:第一種是積分形式的麥克斯韋方程組： 另一種是微分形式的麥克斯韋方程組： （2）波可以脫離源麥克斯韋研究無(wú)源波，符合的方程為微分形式的麥克斯韋方程組（3）空間的一維Ex不變性2.2空間能流坡印廷定理是根據(jù)麥克斯韋方程組（包含法拉第電磁感應(yīng)定律及改進(jìn)的安培定律等）推導(dǎo)出來(lái)的。2.3界面（1）介質(zhì)界面：入射場(chǎng)+反射場(chǎng)=透射場(chǎng) （2）理想導(dǎo)體界面：反射系數(shù)=12.4空間特征量（1）能流，是二次量（2）波阻抗，是零次量（3）速度，等于光速（4）相位三、導(dǎo)引波導(dǎo)引波思想的提出使波能完全按人類的意愿行走3.1波的特點(diǎn)隨時(shí)間變化，隨地點(diǎn)變化 （1） 波是打圈圈的，這是由它的本質(zhì)決定，因?yàn)椴óa(chǎn)生的根本原因是電磁雙向轉(zhuǎn)化，由數(shù)學(xué)上的復(fù)平面得出復(fù)球面的思想，運(yùn)用到磁場(chǎng)線到磁圓