微波技術與天線復習提綱終極整理

1、微波技術與天線”課程復習提綱一、微波基本概念 21了解微波的基本概念： 頻率、波長等 32了解微波的主要特性 3二、傳輸線基本理論 41了解傳輸線的特性參量 （反射系數、駐波比、駐波相位、輸入阻抗、輸入導納等）傳輸線任一截面特性參量的計算，周期性與倒置性在解題中的應用。 42掌握傳輸線的工作狀態(tài)與終端負載的關系，了解傳輸線的三種工作狀態(tài)及相關特性參量的特點。 63熟悉圓圖的基本特點（特殊點、線、半圓、圓）64掌握用圓圖確定均勻無耗傳輸線任意截面的特性參量以及解決傳輸線的阻抗/導納調配的問題。 6三、微波傳輸線 71熟練掌握三種主要微波傳輸線（ 矩形，圓柱形，同軸） 的模式的場分布及其特點，能作

2、出或判斷傳輸線橫截面的模式圖。 72掌握各種傳輸線特性參量及其運用。83了解波導傳輸線的截止波長分布圖及其應用。9四、微波網絡參量 101了解散射參量 S 參量和轉移參量 A 參量的基本概念 102了解 S 散射矩陣和 A 轉移矩陣各參量的意義 103了解 S 參量和 A 參量的基本特性及應用 114掌握簡單雙端口網絡 S 參量和 A 參量的確定 11五、微波諧振器 11 TOC o 1-5 h z 1了解微波諧振腔的基本概念及基本參數112了解三種同軸腔的結構和特點以及諧振波長的確定113掌握矩形腔和圓柱腔的特點及諧振波長的確定。124了解的環(huán)行腔的特點及諧振波長的確定。15六、微波元器件

3、17 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 1了解阻抗與連接分支元件的結構，特點及工作原理。17222了解波的激勵與耦合的基本方法，熟練掌握激勵和耦合元件的結構與工作原理。3了解微波鐵氧體的三種主要效應（鐵磁諧振、場移效應、法拉第旋轉）及其相應器 件（隔離器、環(huán)行器）的結構和工作原理。 23七、天線 25 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 1理解、掌握天線的常用參量及計算25 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 2了解常見天

4、線的基本類型，結構和特點27八、微波測量 （實驗 ）29 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 1了解微波基本實驗測量系統(tǒng)組成292了解微波基本參量的測量方法。 29附錄 301作業(yè) 30、微波基本概念1 了解微波的基本概念： 頻率、波長等微波常用單位：frequency : （ 頻率單位 ） GHz / kMHz ，wavelength : （ 波長單位 ） M-mm常用微波段的劃分分米波100-10cm300-3000 MHz厘米波10-1cm3000 M- 30 GHz毫米波10-1mm30-300 GHz亞毫米波1mm-0. 1mm300

5、-3000 GHz微波工程上的常用波段波段代號LSCXKuKQ標稱波長 （cm）50/23105.53.221/250.82代號中心波長波長范圍頻率范圍 （GHz）主要應用舉例L23cm76. 9-19. 3cm1. 12-1.7工業(yè)上：空軍醫(yī)院，南方醫(yī)院 醫(yī)療上：微波手術針，微波手術刀S10cm19. 3-7. 69cm2. 5-3. 95雷達，遠程雷達，預警雷達C5. 5cm7. 69-4. 84cm3. 95-5. 85郵電部門間通，微波中繼站X3. 2cm5. 77-2. 75cm8.2-12.4?？绽走_ , 機載，艦載雷達 , 高校實驗室 , 科研部門Q0. 82cm33.0-50高

6、分辨率雷達，宇宙通訊，2 了解微波的主要特性類光性可見光 -電磁波 - 直線傳播，反射，僥射，折射等微波 電磁波 - 基本直線傳播，較強的反射能力，較弱的僥射能力，直線傳播，較強反射 定向、定位、現代大多數雷達均為微波雷達穿透性微波有幾個特殊波段（ 8mm，3mm ）的電磁波不受高空大氣游歷層的反射，可穿透電離層 進出外層空間 宇宙窗口量子特性High Power Microwave / HPM（ 高功率微波 /射頻，電磁，微波彈）寬頻特性渡越時間效應與傳播延時效應類聲性熱效應 Heat Efect非熱效應二、傳輸線基本理論，傳1 了解傳輸線的特性參量 （反射系數、駐波比、駐波相位、輸入阻抗、

7、輸入導納等）輸線任一截面特性參量的計算，周期性與倒置性在解題中的應用。反射系數定義：（同一橫截面上）反射波電壓與入射波電壓之比 代號： （z）一般表示式：(z)U&U&U&2U&1 無耗傳輸線任一處反射系數與終端反射系數(z)(z)2Z(z)(0)U2U1駐波比 定義：電壓最大值與電壓最小值之比代號：駐波比與反射系數的關系U&maxU&min1 (0)1 (0)駐波比與反射系數的模有關駐波相位由 Umin 2 Zmin(Zn 1)242指出：第一個波節(jié)點 即 n=1 （不是 0）2 Zmin2 Zmin2/4 Zmin /輸入阻抗 定義：參考面上的總電壓與總電流之比 代號： ZinZin(z)

8、 反射系數與輸入阻抗和導納的關系ZinZ1c1(z)(z)得 (z) Zin Zc | (z) Yc Yin Zin Zc | Yc Yin終端反射系數與終端阻抗和導納的關系：由(z)Zin Zc和Zin Z(0)ZinZc得(0)Z(0) Zc |Z(0) Zc |Yc = YcY(0)Y(0)輸入阻抗的周期性（重復性）與倒置性（變換性）及其應用/Z 的重復性Z0 jZ ctg zZin ZcZc jZ 0tg z將z /2代入=Zc ZZc0 0cZ0/4 的倒置性將 z /4 代入Z0 jZ ctgZin Zc Zc jZ 0tg z輸入導納2 掌握傳輸線的工作狀態(tài)與終端負載的關系， 了

9、解傳輸線的三種工作狀態(tài)及相關特性參量 的特點。狀態(tài)條件行波（無反射）Z0=ZC， =0， =1純駐波（全反射）終端開路、短路，純電抗（ jx ）， =1， =行駐波（部分反射）Z0=R+jx ，0|1，1 (i) +()(33式中5ZP表不荘波場沿腔反度 J位角及半徑方向的分布規(guī)律為Jdg = 0的 第力個根值為幾（A R） = 0的第”個根值。6. 5.1 TMoW諧推樓式Bl堿Vf TMell樓貳慈止沛忙入=Z. 0ZK = Um気= 2.405.由式（30）可得圓甘諧振JP TMHC樓式波任幾 的計舞 公式為A.（TM0IM） = 2. 6 2R（32）由式（3Z可呢諂撿波艮與腔體長度尢

10、關這皋因為 P = C場沿軸向曲分布沒有變化 Nt樓式的場分布如國 6 - H所示通過運算可求得圓柱眈TEu諧板模式的固有品 質因數Q.的什算公式為Q = y -（,共波形因散為Q 3 . 洛 .2 405為 2”（1 + 芋） 2r（I +亨）2.!R時，TEg祺式是El柱腔中的民低槓犬，它的單模丈的輕芾較寃酬波 導TEII塢的截止波長丸=3. 14WII = 1. 81.- 1.由式31）15到IS柱腔TEl）I諧按模 式的諧振波長入的計算公式為An(TE111)n處的大小由下式決定逋過單元直積（口）的厳迪垃（以護形截而為例）為d J SHdS .石則通過1&個環(huán)形栽Ifr的為=JX-?2

11、r囚此可求出等效電感L的衣示式為(45)將式（43）和式（4S）代人式（41和式（42便得到辿沱戡盍環(huán)形腔的諧宛頻率和諧 扳波及的計算公式為：tiR邊緣電容則計算(46)(4?)六、微波元器件1 了解阻抗與連接分支元件的結構，特點及工作原理一）阻抗變換與調配器件1）膜片：電容式，電感式2）諧振窗3）鞘釘：垂直對穿于波導寬邊的金屬圓棒4）螺釘5）單螺調配器6）阻抗?jié)u變線：直線式，階梯式，切比雪夫式，指數式7）短路器：普通式，簧片接觸式，抗流式8）可變衰減器：平移式，插入式，旋轉式九）匹配負載：小功率，中功率，大功率單螺調配器平移式插入式旋轉式匹配負載（二）連接與分支 接頭 平接頭 抗流接頭T 接

12、頭雙 -T 接頭図八24 液導取T搖頭7.6. I 普通雙1接頭圖7-24晰示的四分支波導稱為鈿形波導的股T 接頭它琵山E-T和Il-T接頭介并而農以T平面 為公共對稱而，冋時分出E 丁和H-T兩個分支故 稱雙T。如果TE1.恢由端口（1人射，其余各絮口改接匹 月負桟時.WiJir8（4）無功率輸出端口門）與（2） 4tt 端（】）與（3）之間的耦含顯相等的們城口（2與 （3是等幅同相輸出此時按頭中的疑場分布弧田 7 25W）頃示即H-T的特性射參址儀Ui TEIa波由竭口 5）（E-?。z入時其余各堆口溝接匹配負載下世琳口（1）兀就 出信號而端2）和（3）有等幅反相的電取波輸出即ItIn（4

13、）耦合到端門（2Tflf3） 中的電盛波大小柜零但相位差18忙。此時接頭中的電場分巾如EI 725（b）所示。14)KNM ? -25 H-T捲咲（及E-T接頭垠據結構的對秋性，散射娶戰(zhàn)有S? = SlJH 5|4 S“因為E-T役頭和HfT接頭在與主波導違接處尺寸妄變必然會嗷起爲次根式和E 模反射波，貨以Sn 0 SX O雙T的塑黛慮用懇作凋Sd元件用若Tc（Osd）兩支液導內放胃可関短辭話垂（3 蜩口按上匹血的負朝，可以匹明，對任恿負栽只要涮檸兩個短路沽塞，總可以使UC2） 處于兀配狀態(tài)。這沖調配?稱為雙I調配器、它對任意有耗負載約訶竭匹配，不合右匹配 盲區(qū)魔 T 接頭2 了解波的激勵與耦

14、合的基本方法， 熟練掌握激勵和耦合元件的結構與工作原 理。激勵：電激勵，磁激勵，電磁激勵定向耦合器雙孔型十字型波型變換器TEM-TE10 同軸 -波導型TE10-TE01 （矩形 -圓柱形）TE10-TM01 （矩形 -圓柱形）TE10-TE11 （矩形 -圓柱形）3 了解微波鐵氧體的三種主要效應 （鐵磁諧振、 場移效應、法拉第旋轉） 及其相應器件（隔 離器、環(huán)行器）的結構和工作原理。鐵磁諧振 場移效應：正反相波在磁化鐵氧體作用下發(fā)生場形的顯著變化P232法拉第旋轉：極化面沿前進方向為軸而旋轉的現象P229隔離器環(huán)形器點源無方向性天線的歸一化方向性函數 F1七、天線1 理解、掌握天線的常用參量

15、及計算方向性圖主瓣最大輻射方向兩側，場強為最大場強的 1 2 倍，即功率密度為最大輻射方向上功率密度之半的兩點間的夾角，稱為半功率點波瓣寬度，又稱為 3dB 主瓣寬度，或稱之主瓣 寬度。用 2 0.5或 2 0.5 來表示。在主瓣最大方向兩側，兩個零輻射方向之間的夾角，稱為零 點波瓣寬度寬度或稱為零值主瓣寬度，用 2 0 表示。方向函數 FE,F , EEmax式中， E , 為天線在任意方向上的輻射場強，Emax 為天線在其最大輻射方向上的輻射場強。方向性系數 DEmaxE040 F2 ,sin d dE0 為無方向性天線的輻射場強。天線增益Emax220Pin0GGmaxPinPin0Em

16、ax E0 ,Pin Pin0P0PAA?PP0A?DPin 及 Pin0 分別為被研究天線和無方向性天線的輸入功率天線極化天線的有效長度 P245L/2LeIAL/ 2I z dz式中， IA（或 Im）為輸入點電流 （波腹點電流 ）， L 為真實長度。在實際天線直立于地面使用時， 通常用有效高度 he 代替 Le接收天線的最大功率 PPr maxE2 2D480 2接收天線的有效面積2D42 了解常見天線的基本類型，結構和特點（1）線狀天線直立天線直立振子天線結構： 垂直于地面或導電平面架設的天線用途；廣泛用于長、中、短及超短波段，運動中的電臺，車輛、船特點：增益低，效率低提高效率： 提高

17、輻射電阻：頂部加容性負載，中底部加感性負載降低損耗電阻：天線地部加輻射狀地網套筒天線用途； 廣泛用于長、中、短及超短波段，運動中的電臺，車輛、船特點： 第一諧振點 h=水平振子天線水平振子天線結構： 平行與地面或導體平面架設的天線特點： 架設，饋電方便用途： 主要用于短波天線，通信電視籠形天線 用途：廣泛用于短波通信 特點：寬頻行波天線V 形天線用途： 特別適合短波移動基站特點： 行波天線； 結構簡單，架設方便，有較好的方向性，寬頻特性； 終端吸收部分功率，效率不高 60-80菱形天線用途： 廣泛由于中長距離的短波通信與廣播，電視接收，超短波散射通信，固定臺站 使用特點： 行波天線； 頻帶寬，

18、結構簡單，維護方便，調整容易，增益大； 占地面大，每邊要幾個波長長；副辯多且較大；終端電阻吸收部分功率；效率不 高 60-70引向天線（八木 -宇田天線，魚骨天線）結構： 一個激勵器（有源半波振子） ，一個反射器，若干個引向器。用途： 廣泛用于米波、分米波的通信、雷達、電視優(yōu)點： 結構簡單牢靠，饋電方便，易于制作，成本抵，有較好的方 向性，有較高的增益，風載小。頻帶較窄。螺旋天線用途：雷達天線，超短波手持通信機特點：圓極化，跟蹤目標，電視廣播天線正交振子天線結構： 由兩正交放置的對稱振子組成， 通常在水平面垂直放置。 單元振子通常為半波振子。原理： 兩振子振幅相等，電流相位差 1/2 90 度

19、特點； 方向圖類似于圓，在水平面無方向性。結構簡單，頻帶窄，改進： 為提高天線增益，可采用多層天線蝙蝠翼天線結構： 由若干個平行的對稱振子構成；對稱振子分別接于A-A ，B-B，C-C，D-D ；中心A-A 平衡饋電，兩翼豎桿成平行傳輸線原理： 短路線輸入阻抗為感性，感抗從 D 往 A 逐漸增大；相應接入的對稱振子的臂長從 D 到 A 逐漸減短，使輸入電容增大； 與短路線的輸入感抗互補，保證振子同相激勵。用途： 調頻廣播，電視發(fā)射天線特點： 在水平方向有較強輻射面天線 角錐天線（喇叭天線） 特點： 結構簡單，饋電方便，調整使用方便；頻帶較寬，功率容量大，增益高； 較小的副瓣，相當尖銳的主瓣 用

20、途：可作為獨立天線，也可作為反射天線的饋電拋物面天線 結構；平行入射到反射面，匯聚焦點；焦點發(fā)出，平行發(fā)射。 用途： 微波中繼，衛(wèi)星地面站，射電天文，雷達 特點； 良好的輻射特性卡塞格倫天線 結構：雙反射面 特點：多元，更好調節(jié)短焦距反射面代替長焦距反射 減少損耗和噪音 用途： 廣泛用于衛(wèi)星通信，中繼通信，射電天文，單脈沖雷達等微帶天線 特點：圓極化，尺寸小，重量輕，容易付于任何物體表面 輸入阻抗八、微波測量 （實驗 ）1 了解微波基本實驗測量系統(tǒng)組成2 了解微波基本參量的測量方法。（頻率、波長、波導波長、駐波比、駐波相位 ）附錄1 作業(yè)第2章已知一均勻無耗傳輸線的特性阻抗ZC=75 ，終端接一 Z(0)=75+j75 的負載，求：終端的反射系數和線上駐波比求終端距第一波腹點和第一波節(jié)點的距離已知同軸線的特性阻抗 ZC =50 ，終端所接負載阻抗 Z(0)=50+j50 ,求距離終端 L=0.25 處的輸入阻抗 Zin 和輸入導納。已知一測量線上測得的電壓駐波比 =4 ，駐波第一個最小點位置(距離終端) Lmin =0.31 ， 傳輸線特性阻抗 ZC=50 ，求傳輸線的負載阻抗和導納。一半波振子天線，其等效阻抗ZL=65+j30 ,與特性阻抗 ZC=300 的品行雙線連接，為匹配可串聯(lián)一個可調電容，求該電容的接入位置和電容數值。一無耗傳輸線特性阻抗 ZC=100 ，欲與輸入阻抗為