第一部分微波測(cè)量

微波測(cè)量陳彥E-mail:yanchen@Tel:61831012-802主樓C2-216主要內(nèi)容(40學(xué)時(shí))1.微波技術(shù)基礎(chǔ)2.測(cè)量用信號(hào)源微波信號(hào)產(chǎn)生掃頻信號(hào)源合成信號(hào)發(fā)生器3.微波頻率測(cè)量微波頻率測(cè)量信號(hào)頻譜測(cè)量4.微波功率測(cè)量晶體管測(cè)量電平量熱式功率測(cè)量微波功率計(jì)誤差分析5.網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量原理網(wǎng)絡(luò)分析儀誤差分析和處理網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域測(cè)量功能

考試形式與過(guò)程管理1.開卷筆試（占總成績(jī)的80%）2.平時(shí)成績(jī)（占總成績(jī)的20%）作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和課堂作業(yè)必須按時(shí)交本次課的作業(yè)：收集有關(guān)微波測(cè)量的書籍（提供書名、作者、出版時(shí)間）、PPT和文獻(xiàn)（提供文獻(xiàn)原文）。本次作業(yè)第四周的周五提交（9月26日），根據(jù)你提交的內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。總分4分。主要參考書：1.“微波測(cè)量”，湯世賢，電子工業(yè)出版社，1990年再版2.“微波測(cè)量”，董樹義，電子工業(yè)出版社3.“微波測(cè)量技術(shù)”，周清一，國(guó)防工業(yè)出版社需要的基礎(chǔ)知識(shí):

電磁場(chǎng)與電磁波,電子測(cè)量，微波技術(shù),微波工程等微波技術(shù)基礎(chǔ)1.微波的特點(diǎn)以及應(yīng)用

電磁波頻段劃分微波：300MHz—3000GHz的電磁波（波長(zhǎng)：1m—0.1mm)通常分為分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波。它處于超短波和紅外光波之間微波技術(shù)基礎(chǔ)微波技術(shù)基礎(chǔ)

微波的基本特點(diǎn)

高頻特性:電子慣性、延時(shí)效應(yīng)、趨膚效應(yīng)、輻射效應(yīng)等短波特性：反射和折射顯著（似光行）、分布參數(shù)散射特性：波入射后在各個(gè)方向產(chǎn)生的散射穿透性：能穿透高空電離層，天文觀測(cè)窗口量子特性：微波量子能量范圍是----電子伏特，在低功率電平下，量子特性明顯。

微波的應(yīng)用

雷達(dá):軍用雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)、汽車防撞雷達(dá)通信：利用三個(gè)互120度的位于外層空間的同步衛(wèi)星可進(jìn)行全球的電視傳播科學(xué)研究手段：原子鐘、射電天文觀察、等離子體參量測(cè)量、精細(xì)頻譜分析微波遙感：散射計(jì)、輻射計(jì)、高度計(jì)和SAR等微波能的應(yīng)用：加熱、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)微波檢測(cè)技術(shù)：雷達(dá)測(cè)速微波在線濕度測(cè)量GPS(GlobalPositioningSystem

)微波飛灰測(cè)碳微波技術(shù)基礎(chǔ)1.微波的傳輸傳輸線微波的傳輸微波傳輸特點(diǎn)分布參數(shù)長(zhǎng)線：傳輸線的幾何尺寸與傳輸?shù)碾姶挪úㄩL(zhǎng)之比大于等于0.05。

10cm長(zhǎng)的X波段的波導(dǎo)是地道的長(zhǎng)線,大約是波長(zhǎng)的3倍.短線：傳輸線的幾何尺寸與傳輸?shù)碾姶挪úㄩL(zhǎng)之比小于0.05。

30km長(zhǎng)的輸電線不算長(zhǎng)線,50Hz工作頻率的波長(zhǎng)是

6000km!

長(zhǎng)線為分布參數(shù)傳輸線，短線為集總參數(shù)傳輸線。微波傳輸線集總參數(shù)傳輸線：傳輸線上電壓、電流的幅度、相位與空間位置無(wú)關(guān)。傳輸線上的阻性、容性、感性特征集中在電阻、電容、電感上。微波傳輸線分布參數(shù)傳輸線：傳輸線上的電壓、電流既隨時(shí)間變化，也隨空間變化。傳輸線的阻性、容性、感性沿著傳輸線呈一定分布。若傳輸線的分布參數(shù)沿線均勻分布，在稱之為均勻傳輸線。微波技術(shù)基礎(chǔ)2.均勻傳輸線上行波的傳播特性沿線電壓、電流復(fù)振幅的表達(dá)式為：

欲知電流和電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律，則只需將和分別乘以時(shí)間因子后再取其實(shí)（虛）部即可。

長(zhǎng)線及其等效電路微波傳輸參數(shù)

特征阻抗對(duì)于雙導(dǎo)線：2rD微波傳輸參數(shù)同軸線：Dd微波傳輸參數(shù)

傳播常數(shù)

一般傳播常數(shù)為復(fù)數(shù)，其中實(shí)部α為衰減常數(shù)，單位為dB/m。虛部β為相移常數(shù)，單位為弧度/米。對(duì)于無(wú)耗線，因，故傳播常數(shù)為純虛數(shù)，即因此，行波場(chǎng)在無(wú)耗線中傳播時(shí)其振幅不衰減微波傳輸參數(shù)

相速和相波長(zhǎng)相速：行波的等相位面運(yùn)動(dòng)的速度。設(shè)z1、t1時(shí)行波的相位為：此相位在t2時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到z2處，則有：行波相速為：微波傳輸參數(shù)相波長(zhǎng)：行波在一個(gè)周期內(nèi)，等相位面沿傳輸方向移動(dòng)的距離。3.傳輸線1）.利用傳統(tǒng)“線理論”求解分布參數(shù)傳輸線問(wèn)題等效電路由基爾霍夫定律：對(duì)于角頻率為ω的余弦波有：上式兩端對(duì)z求導(dǎo)，得其中傳輸線上電壓和電流波動(dòng)方程上述方程的解為：已知終端電壓U2和電流I2時(shí)：傳輸線上的電壓和電流以波的形式存在，且由入射波和反射波組成，并可以寫為：式中方程的解還可以寫成雙曲函數(shù)已知源端電壓U1和電流I1，聯(lián)立求解得：于是2).均勻無(wú)耗傳輸線傳播常數(shù)（對(duì)于均勻無(wú)耗傳輸線有：R0=0,G0=0）特性阻抗輸入阻抗在輸入端處的電壓和電流為：輸入阻抗為：已知終端負(fù)載輸入阻抗有如下性質(zhì)：1）

輸入阻抗隨位置變化，與負(fù)載有關(guān)2）均勻無(wú)耗傳輸線的輸入阻抗沿傳輸線呈周期變化，變化周期與傳輸信號(hào)的頻率有關(guān)。反射系數(shù)：參考面處電壓反射波與電壓輸入波之比為電壓反射系數(shù)。傳輸線上的電壓為：電壓反射系數(shù)：參考面處電流反射波與電流輸入波之比為電流反射系數(shù)。傳輸線上的電流為：電流反射系數(shù)：利用（電壓）反射系數(shù)可將傳輸線上的電壓、電流表示為：設(shè)終端坐標(biāo)Z=0,則其反射系數(shù)為：所以傳輸線的反射系數(shù)為：

為反射系數(shù)的相角。反射系數(shù)與輸入阻抗的關(guān)系：在負(fù)載終端：傳輸線的工作參數(shù)1.輸入阻抗式中為終端負(fù)載阻抗對(duì)于無(wú)耗線則輸入阻抗為：幾種特殊情況下的輸入阻抗（1）終端短路線阻抗為純電抗，可以為電感性，也可以為電容性，視ｚ值而定。（2）終端開路線這時(shí)終端開路的無(wú)耗傳輸線的輸入阻抗也呈純電抗。根據(jù)這一關(guān)系式可采用“開路-短路法”確定（3）終端負(fù)載等于特性阻抗（4）線這時(shí)則（5）線這時(shí)則經(jīng)無(wú)耗傳輸?shù)妮斎胱杩共蛔?，這種性質(zhì)稱為阻抗還原性。2.反射系數(shù)（1）反射系數(shù)與電流、電壓的關(guān)系（2）反射系數(shù)與輸入阻抗的關(guān)系（3）終端反射系數(shù)與負(fù)載阻抗的關(guān)系3.駐波系數(shù)與行波系數(shù)傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比，稱為電壓駐波系數(shù)或電壓駐波比：也可以用電流定義駐波系數(shù)，一般用電壓。對(duì)于無(wú)耗線，由于，于是即，無(wú)耗線上的駐波系數(shù)與z無(wú)關(guān)。行波系數(shù)定義為駐波系數(shù)的倒數(shù)。傳輸線的工作狀態(tài)傳輸線存在三種不同的工作狀態(tài)，即行波狀態(tài)、駐波狀態(tài)和混合波狀態(tài)。由傳輸線終端所接負(fù)載決定。1.行波狀態(tài)：傳輸線上無(wú)反射，只存在入射波的工作狀態(tài)當(dāng)時(shí)，為行波狀態(tài)，此時(shí)式中為的初位相，上式的瞬時(shí)值形式為：行波狀態(tài)下，無(wú)耗線的特點(diǎn)：（1）沿線電壓、電流振幅不變。（2）電流、電壓同相位。（3）沿線各點(diǎn)的輸入阻抗均等于其特性阻抗。（當(dāng)時(shí)，有）1.駐波狀態(tài)：當(dāng)傳輸線終端開路（）或短路（）或接純電抗負(fù)載（）時(shí)，線上的反射波振幅與入射波振幅相等，兩者疊加，在線上形成全駐波。三種負(fù)載的駐波分布，其區(qū)別是傳輸線終端處波的相位不同。當(dāng)，即傳輸線短路，此時(shí)終端反射系數(shù)為：于是線上電壓、電流為表示為瞬時(shí)值形式全駐波狀態(tài)下無(wú)耗線的特點(diǎn)：（1）不在具有行波的轉(zhuǎn)輸特性，而是在線上作簡(jiǎn)諧振蕩，表現(xiàn)為相鄰波節(jié)之間的電壓（或電流）同相，波節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的電壓（或電流）反相。（2）傳輸線上電壓和電流的振幅是位置z的函數(shù)，出現(xiàn)最大（波腹點(diǎn)）和零值（波節(jié)點(diǎn)）。（3）傳輸線上各點(diǎn)的電壓和電流在時(shí)間上有T/4的相位差。在空間位置上也有的相移，因此全駐波狀態(tài)下沒(méi)有功率傳輸。3.混合波狀態(tài)在一般狀態(tài)下，線上同時(shí)存在入射波和反射波，且兩者的振幅不等，疊加后形成混合波狀態(tài)。對(duì)于無(wú)耗傳輸線，線上的電壓和電流表示為第一部分為由電源向負(fù)載傳輸?shù)膯蜗蛐胁?，第二部分為駐波行波與駐波成分取決于反射系數(shù)，也可以用駐波系數(shù)表示當(dāng)傳輸線工作在行波狀態(tài)時(shí)駐波狀態(tài)時(shí)混合波狀態(tài)時(shí)例題有一段的無(wú)耗線，當(dāng)終端短路時(shí)，測(cè)得始端的阻抗為的感抗，求該傳輸線的最小長(zhǎng)度；如果該傳輸線的終端為開路，長(zhǎng)度又為多少？解（1）終端短路的輸入阻抗為即于是將代入求得：（2）終端開路線的輸入阻抗為終端的阻抗應(yīng)為容性，即，于是同軸傳輸線總結(jié)（1）電流波和電壓波方程及其解的物理意義（2）傳輸線的特性參數(shù)：特性阻抗、傳播常數(shù)、相速度和波長(zhǎng)（3）傳輸線的工作參數(shù)輸入阻抗：五種特殊情況下的結(jié)果

反射系數(shù)：與其他參數(shù)的關(guān)系，用反射系數(shù)表示其他參數(shù)。（4）傳輸線的工作狀態(tài)行波、駐波和混合波狀態(tài)。微波技術(shù)基礎(chǔ)4.矩形波導(dǎo)傳輸線1）.Maxwell方程與波動(dòng)方程Maxwell方程微波技術(shù)基礎(chǔ)對(duì)于簡(jiǎn)諧場(chǎng)：所以：微波技術(shù)基礎(chǔ)邊界條件：兩種理想介質(zhì)介面：理想良導(dǎo)體表面：微波技術(shù)基礎(chǔ)波動(dòng)方程微波技術(shù)基礎(chǔ)Z向行波的波動(dòng)方程且：微波技術(shù)基礎(chǔ)Z向傳播常數(shù)為：其中λc和fc分別為截止波長(zhǎng)和截止頻率。微波技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)波沿Z向傳播，即:則有各場(chǎng)分量之間的關(guān)系為：微波技術(shù)基礎(chǔ)整理后有：微波技術(shù)基礎(chǔ)橫電波（TE波）：微波技術(shù)基礎(chǔ)橫磁波（TM波）：微波技術(shù)基礎(chǔ)橫電磁波（TEM波）：要使電磁場(chǎng)各分量不全部為零，必需kc和fc為零，即任何頻率下TEM波均能傳播。此時(shí)：微波技術(shù)基礎(chǔ)矩形波導(dǎo)：微波技術(shù)基礎(chǔ)TE波解：微波技術(shù)基礎(chǔ)TM波解：微波技術(shù)基礎(chǔ)能在傳播系統(tǒng)中獨(dú)立存在的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)稱為模式：微波技術(shù)基礎(chǔ)a=7.2cm,b=3.4cm波導(dǎo)中各模式的λc分布752.單模傳輸TE10TE20TE01TE11,TM11TE30TE12,TM122ba2aⅠⅡⅢ

截止區(qū)（Ⅰ）：

>2a

單模區(qū)（Ⅱ）：a<