微波與天線課本總結(jié)

1、微波技術(shù)與天線（第二版）總結(jié)緒論微波頻段：300MHz 3000GHz微波波長：0.1mm1m （分米波，厘米波，毫米波，亞毫米波）微波的特點：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：雙導體傳輸線，金屬波導管，介質(zhì)傳輸線。分析方法：場分析法，等效電路法。1.1.2傳輸線的工作特性參數(shù)（1）特性阻抗一傳輸線上行波的電壓與電流的比值對于均勻無耗傳輸線特性阻抗：z0-VZTc（2）傳播常數(shù)Y（3

2、）相速u 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12、傳輸線阻抗與狀態(tài)參量1.2.1均勻無耗傳輸線三個重要的物理量（1）輸入阻抗一傳輸線上任意一點處的輸入電壓和輸入電流之比值。微波技術(shù)與天線課程考查報告對無耗均勻傳輸線，線上各點電壓U（z）、電流I（z）與終端電壓Ul、終端電流 的關(guān)系如下：U（z） = U cos（Pz） + jI Z sin（阪） ， U,I （z） = I cos（Pz） + j 才 sin（Pz）1Z0J（2）反射系數(shù)一傳輸線上任意一點處的反射波電壓（或電流）與入射波電 壓（或電流）之比。（3）電壓駐波比一傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比。13、

3、無耗傳輸線的狀態(tài)分析1.3.1傳輸線的三種工作狀態(tài)（1）行波狀態(tài)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上都同相傳輸線上各點阻抗均等于傳輸線特性阻抗（2）純駐波狀態(tài)終端短路終端開路終端接純電抗Zin= j X（3）行駐波狀態(tài)當微波傳輸線終端接任意復(fù)數(shù)阻抗負載時，由信號源入射的電磁波功 率一部分被終端負載吸收，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無耗傳輸線兩個重要的特性!）X/4阻抗變換性一無耗傳輸線上距離為九/4的任意兩點處輸入阻抗的乘 積均等于傳輸線特性阻抗的平方。（2）2重復(fù)性一無耗傳輸線上距離為X/2的任意兩點處

4、，電壓、電流的大 ?。ń^對值）；輸入阻抗；反射系數(shù)的值相等，具有X/2的周期性。1.4、傳輸線的傳輸功率、效率和損耗15、阻抗匹配分類：負載阻抗匹配Zl=Z0信號源阻抗匹配Zg=Z0共軛阻抗匹配Zin=Zg*負載阻抗匹配一負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。此時傳輸線上只有從 信源到負載的入射波，而無反射波。源阻抗匹配一電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。對匹配源來說，它給 傳輸線的入射功率是不隨負載變化的，負載有反射時，反射回來的反射 波被電源吸收。共軛阻抗匹配一對于不匹配電源，當負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，負載得到最大功率值：知=茉阻抗匹配的方法：/4阻抗變換器法；

5、支節(jié)調(diào)配器法1.6、史密斯圓圖及其應(yīng)用實軸左半邊為電 壓波節(jié)取代表 行波系甄阻抗RI圖實軸右半邊為 電壓破腹點又 代表駐鍛比川標射系數(shù) 圓圖、歸一 化電阻圓圖 和歸一化電 抗園圖畫在 一起，為完 塑的明碗圓 圖，也稱為 史密斯圓圖.圖中任一點都可讀由四個量：,已知其中兩個量，就可 以根據(jù)圓圖求另外兩個量。1.7、同軸線的特性阻抗同軸線是一種典型的雙導體傳輸系統(tǒng)，它由內(nèi)、外同軸的兩導體柱構(gòu)成。二、規(guī)則金屬波導 2.1、導波原理2.1.1場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分量，然后由麥克斯韋方程組求解橫向場分量。2.1.2波的傳輸特性描述波導傳輸特性的主要參數(shù)有：相移

6、常數(shù)、截止波數(shù)、相速、波導波長、群速、波阻抗及傳輸功率。導行波分類：TEM波、TM波、TE波、慢波微波技術(shù)與天線課程考查報告2.2、矩形波導2.1.1矩形波導尺寸選擇原則（1）波導帶寬問題：保證在給定頻率范圍內(nèi)的電磁波在波導中都能以單一 的模傳播，其它高次模都應(yīng)截止。（2）波導功率容量問題：在傳播所要求的功率時，波導不致于發(fā)生擊穿。適當增加b可增加功率容量，故b應(yīng)盡可能大一些。（3）波導的衰減問題：通過波導后的信號功率不要損失太大。增大b也可 使衰減變小，故b應(yīng)盡可能大一些。2.3、圓形波導圓波導傳輸特性：波型指數(shù)，主模，模式兼并及三種常用模式特性24、波導的激勵和耦合方法：電激勵，磁激勵，電

7、流激勵總結(jié)：矩形波導和圓波導傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條 件列表如下：傳輸線 類型主模截止波 長久單模傳輸條件矩形波 導TE1。模2aak2b圓波導TE11 模3.14R2.62RX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1.3m和1.55m波長附近損耗較低，且?guī)捿^寬，適合用于遠 距離光纖通信。光纖的損耗影響了傳輸距離，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)，將實際的導波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實 際的微波系統(tǒng)簡化為微波網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)

8、絡(luò)分析：借助于“路”的分析法,通過分析網(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：當一段規(guī)則傳輸線端接其它微波元件時，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，可用等效傳輸線來表示，而把 參考面T以右部分作為一個微波網(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

9、式有：級聯(lián)方式、串聯(lián)方式和并聯(lián)方式，描 述雙口網(wǎng)絡(luò)的五個矩陣：描述端口面電壓、電流關(guān)系的阻抗矩陣，導納矩陣，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：無耗網(wǎng)絡(luò)幺正性和參考面移動散射參量具有幅 值不變性。六、天線輻射與接收的基本理論6.1概論信道接收機發(fā)射機(天線輻射)信息信號信號受信無線電通信系統(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 導線,其長度l遠小于波長入，其半徑a遠小于l,同時這段導線沿線的電流I處 處等幅同相。用這樣的電流元可以構(gòu)

10、成實際的更復(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)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，輻射場的相對場強(歸一化模值)隨 方向變化的曲線圖，通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的 平面方向圖來表示。天線效率增益系數(shù)增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天 線效率的乘積，記為G,即：G=DnA（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矢量的方向隨時間變化的規(guī)律。具 體地說，就是在空間某一固定位置上，電場矢量的末端隨時間變化所描繪的圖 形,如果是直線，就稱為線極化;如果是圓就稱為圓極

11、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）有效長度 有效長度是衡量天線輻射能力的一個重要指標。6.4接收天線理論接收天線主要考慮以下四個方面：（1）天線接收的物理過程及收發(fā)互易性（2）有效接收面積（3）等效噪聲溫度（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線電波在自由空間的傳播及傳輸媒質(zhì)對電波傳播的影響：（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)分界面對電波傳播產(chǎn)生的主要影響，可將電波傳播分

12、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)傳播微波技術(shù)與天線課程考查報告概念解釋：（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接收 點的傳播方式（3）地面波傳播：無線電波沿地球表面?zhèn)鞑サ膫鞑シ绞椒Q為地面波傳播， 當天線低架于地面，且最大輻射方向沿地面時，這時主要是地面波傳播。（4）不均勻媒質(zhì)的散射傳播：電波在低空對流層或高空電離層下緣遇到不 均勻的“介質(zhì)團”時就會發(fā)生散射，散射波的一部分到達接收天線處，這種 傳播方式稱為不均勻媒質(zhì)的散射傳播。八、線天線常見線天線：（1）對稱振子

13、天線構(gòu)成：對稱振子天線由兩根粗細和長度都相同的導線構(gòu)成，中間為兩個饋 電端，是一種應(yīng)用廣泛且結(jié)構(gòu)簡單的基本線天線。（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、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，它由一個有源振子及若干個無源振子組成 電視發(fā)射天線（5）、移動通信基站天線：特點：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 線有足夠的機械強度和穩(wěn)定性為使用戶在移動狀態(tài)下使用方便，天線應(yīng)采用垂直極化采用全向天線為了節(jié)省發(fā)射機功率，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

14、地匹配。（6）、螺旋天線：將導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 是由導線末端接匹配負載來消除反射波而構(gòu)成的。（8）、寬頻帶天線：按工程上的習慣用法，若天線的阻抗、方向圖等電特性 在一倍或幾倍頻程范圍內(nèi)無明顯變化，就可稱為寬頻帶天線。（9）、縫隙天線：如果在同軸線、波導管或空腔諧振器的導體壁上開一條或 數(shù)條窄縫，可使電磁波通過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：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)點有:具有較高的接收靈敏度；

15、 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饋源并由反射面形成次級輻射場的天線。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。微波技術(shù)與天線課程考查報告微波五講總結(jié)一、波1.1波物質(zhì)有粒子和波兩種狀態(tài)，波距離我們很近又很遠，近由于我們自身耳 朵接收聲波，眼睛接收光波，遠由于我們對波的歸類很晚，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大磁場，如中國的指南針的 出現(xiàn)，英國的吉爾伯特(1544-1623)在1600年發(fā)表論磁和地磁。關(guān)于電，富

16、蘭克林(1706-1790)發(fā)現(xiàn)正電和負電、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教授奧斯特(1777-1851)發(fā)現(xiàn)電能產(chǎn)生磁，實現(xiàn) 了電和磁的結(jié)合。1.2.3電磁波法拉第(1790-1867)提出了場和力線的概念，利用對稱性思想，由奧 斯特的電產(chǎn)生磁，提出磁也能產(chǎn)生電的想法，經(jīng)過無數(shù)次的實驗后，發(fā)現(xiàn)動 磁能產(chǎn)生電。1864年，英國科學家麥克斯韋(1831-1879)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，推導出電磁波與光具有同樣的傳播速度。1887年，德 國

17、物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。1.3波特點和參數(shù)波特點：可以脫離源、可以脫離媒質(zhì)，否定中心力波有三個參數(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)，對波而言，它是可以向前進，即隨時 間變，又隨著地點變化。2.1空間平面波主要研究麥克斯韋的四個天才思想：（1）麥克斯韋（18311879 1）認為研究規(guī)律必須先確定方程，于是導出 了麥克斯韋方程，它有兩種表達方式：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

18、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)定律及改進的 安培定律等）推導出來的。2.3界面（1）介質(zhì)界面：入射場+反射場=透射場（2）理想導體界面：反射系數(shù)二一12.4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、導引波導引波思想的提出一一使波能完全按人類的意愿行走3.1波的特點隨時間變化，隨地點變化（1）波是打圈圈的，這是由它的本質(zhì)決定，因為波產(chǎn)生的根本原因是電磁 雙向轉(zhuǎn)化，由數(shù)學上的復(fù)平面得出復(fù)球面的思想，運用到磁場線到磁 圓圈的轉(zhuǎn)化。（2）波的速度Vp=c（3

19、）極化按電場矢量軌跡的特點它可分為線極化、圓極化和橢圓極化三種。與接收有 很重要的關(guān)系。3.2廣義傳輸線方程3.3同軸線同軸線是常見的信號傳輸線，中心的銅芯是傳送高電平的，被絕緣材料 包覆；絕緣材料外面是與銅芯共軸的筒狀金屬薄層，傳輸?shù)碗娖?，同時起到 屏蔽作用。特性阻抗，同軸電纜的主體是由內(nèi)、外兩導體構(gòu)成的，對于導體中流動 的電流存在著電阻與電感，對導體間的電壓存在著電導與電容導與電容。四、天線波空間波、導引波都是無源波，麥克斯韋提出波可以脫離源獨立運行。而 天線波是有源的，討論方法：（1）雙位法：矢量A和相位構(gòu)成方法，。不同質(zhì)的矛盾，要用不同質(zhì)的方 法加以解決，無源波時通過無緣波動方程來表示