微波技術(shù)與天線考試重點(diǎn)復(fù)習(xí)歸納

第一章均勻傳輸線(規(guī)則導(dǎo)波系統(tǒng))：截面尺寸、形狀、媒質(zhì)分布、材料及邊界條件均不變的導(dǎo)波系統(tǒng)。均勻傳輸線方程，也稱電報(bào)方程。無(wú)色散波：對(duì)均勻無(wú)耗傳輸線，由于8與④成線性關(guān)系，所以導(dǎo)行波的相速vp與頻率無(wú)關(guān)，稱為無(wú)色散波。色散特性：當(dāng)傳輸線有損耗時(shí)，8不再與3成線性關(guān)系，使相速vp與頻率①有關(guān),這就稱為色散特性。Ucos(。z)+jlZsin(。z) Z+jZtan(。z),2兀v人人=――=—P=._0—Pfr任意相距入/2,2兀v人人=――=—P=._0—Pfr任意相距入/2處的阻抗“ /1COS(Pz)+j號(hào)sin(Pz) 0Z0+jZt抑z)0相同，稱為人/2重復(fù)性z1終端負(fù)載=/、Ae-j=/、Ae-jPzZ-Zr(z)= = be-j2pzAejpz Z+Z=re-j2Pz1r=卒4=|r隊(duì)1Z]+Z0 1終端反射系數(shù)均勻無(wú)耗傳輸線上，任意點(diǎn)反射系數(shù)r(z)大小均相等，沿線只有相位按周期變化其周期為入/2,即反射系數(shù)也具有入/2重復(fù)性1+IUI/U』=些1-IUI/IUJ電壓駐r(z)=ZJz^z(z)=空=zd|「|=H4. Zn(z)+Z0 n I(1+IUI/U』=些1-IUI/IUJ電壓駐波比其倒數(shù)稱為行波系數(shù)，用K表示行波狀態(tài)就是無(wú)反射的傳輸狀態(tài)，此時(shí)反射系數(shù)ri=0,負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即Zl=Z0,稱此時(shí)的負(fù)載為匹配負(fù)載。綜上所述，對(duì)無(wú)耗傳輸線的行波狀態(tài)有以下結(jié)論：①沿線電壓和電流振幅不變，駐波比p=1;②電壓和電流在任意點(diǎn)上都同相；③傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗6終端負(fù)載短路：負(fù)載阻抗Zl=0,r=-1,P-8,傳輸線上任意點(diǎn)z處的反射系數(shù)為r(z)=-e-j2&1 1Z(Z)=ZtanP7此時(shí)傳輸線上任意一點(diǎn)z處的輸入阻抗為n()j0Pz沿線各點(diǎn)電壓和電流振幅按余弦變化，電壓和電流相位差90°,功率為無(wú)功功率，即無(wú)能量傳輸；②在z=n入/2(n=0,1,2,…)處電壓為零，電流的振幅值最大且等于2|A1|/Z0,稱這些位置為電壓波節(jié)點(diǎn)；在z=(2n+1)入/4(n=0,1,2,…)處電壓的振幅值最大且等于2|A1|,而電流為零,稱這些位置為電壓波腹點(diǎn)。③傳輸線上各點(diǎn)阻抗為純電抗，在電壓波節(jié)點(diǎn)處Zin=0,相當(dāng)于串聯(lián)諧振，在電壓波腹點(diǎn)處|Zin|—8,相當(dāng)于并聯(lián)諧振，在0VzV入/4內(nèi),Zin=jX相當(dāng)于一個(gè)純電感,在入/4VzV入/2內(nèi)，Zin=-jX相當(dāng)于一個(gè)純電容，從終端起每隔入/4阻抗性質(zhì)就變換一次，這種特性稱為入/4阻抗變換性。7人，/X、 7人，/X、l=—arctan(—) l=—arccot(—-)短路線0" 2兀 Z0 開路線loc" 2兀 Z0無(wú)耗傳輸線上距離為入/4的任意兩點(diǎn)處阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方,這種特性稱之為入/4阻抗變換性。負(fù)載阻抗匹配的方法基本方法：在負(fù)載與傳輸線之間接入一個(gè)匹配裝置(或稱匹配網(wǎng)絡(luò))，使其輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗Z0.對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的基本要求：簡(jiǎn)單易行、附加損耗小、頻帶寬、可調(diào)節(jié)以匹配可變的負(fù)載阻抗。實(shí)現(xiàn)手段分類：串聯(lián)入/4阻抗變換器法、支節(jié)調(diào)配器法(1)因此當(dāng)傳輸線的特性阻抗 九="。R 時(shí)，輸入端的輸入阻抗Zin=Z0,從而實(shí)現(xiàn)了負(fù)載和傳輸線間的阻抗匹配(2)串聯(lián)

短路支節(jié)：偵=—-arctg

入2兀l -1開路支節(jié)：董短路支節(jié)：偵=—-arctg

入2兀l -1開路支節(jié)：董=2^arctgk]k0/kr卜s-1=——arctg2兀1——arctg2兀若求出的長(zhǎng)度為負(fù)值，則加上入/2取其正短路支節(jié):?開路支節(jié):?的結(jié)果并聯(lián)-1'Y)1 ,'Y)—arctg2兀kBJ=況arctgkB)1 ,s'B'-1,'b'——arctgs=——arctgT-2兀kY0>2兀Y若求出的長(zhǎng)度為負(fù)值，則加上入/2取其正的結(jié)果練習(xí)：設(shè)無(wú)耗傳輸線的特性阻抗為50Q,工作頻率為300MHz,終端接有負(fù)載4=25+j75（Q）,試求串聯(lián)短路匹配支節(jié)離負(fù)載的距離L1及短路支節(jié)的長(zhǎng)度L2。第二章規(guī)則金屬波導(dǎo)的特征：沿軸線方向，橫截面形狀、尺寸及填充媒質(zhì)的電參數(shù)和分布狀態(tài)均不變化的無(wú)限長(zhǎng)的直波導(dǎo)。管壁材料一般由銅、鋁等金屬制成。規(guī)則金屬波導(dǎo)的特點(diǎn)，規(guī)則金屬波導(dǎo)僅有一個(gè)導(dǎo)體，不能傳播TEM導(dǎo)波；每種導(dǎo)模都具有相應(yīng)的截止波長(zhǎng)°（或fc），只有滿足條件/（工作波長(zhǎng)）或fc<f才能傳輸。如=k2-^2為傳輸系統(tǒng)的本征值當(dāng)8=0時(shí)，意味著波導(dǎo)系統(tǒng)不再傳播，亦稱為截止，此時(shí)kc=k,故將kc稱為截止波數(shù)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X =k =^-= - =kCTmn CTMn￡響'(W0)2+(n/B)2 C5.導(dǎo)行波的分類k尸°，即匕=0此時(shí)Ez=0和Hz=0TEM波桿>0將Ez尹0而Hz=0的波稱為磁場(chǎng)純橫向波，簡(jiǎn)稱TM波將Ez=0X =k =^-= - =kCTmn CTMn￡響'(W0)2+(n/B)2 CTE10模特點(diǎn)：場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、頻帶寬和損耗小7.管壁電流：波導(dǎo)中傳輸微波信號(hào)時(shí)在金屬波導(dǎo)內(nèi)壁上產(chǎn)生的感應(yīng)電流研究波導(dǎo)管壁電流結(jié)構(gòu)的意義：波導(dǎo)損耗的計(jì)算需要知道波導(dǎo)管壁電流；實(shí)際應(yīng)用中，波導(dǎo)元件的連接及通過(guò)在波導(dǎo)壁上開槽或孔以做成特定用途的元件，此時(shí)接頭與槽孔的位置就不應(yīng)破壞波導(dǎo)管壁電流的通路，否則將嚴(yán)重破壞原波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)分布，引起輻射和反射，影響功率的有效傳輸；當(dāng)需要在波導(dǎo)壁上開槽做成縫隙天線時(shí)，開槽應(yīng)切斷管壁電流。矩形波導(dǎo)TE1。模的管壁電流與管壁上的輻射性和非輻射性8.圓波導(dǎo)的主模：TE11模 cTE11=3.41a； cTM01=2.61a； cTE01=1?64a電場(chǎng)激勵(lì)：把激勵(lì)裝置放在波導(dǎo)中所需模式電場(chǎng)最強(qiáng)的位置，并使其產(chǎn)生的電場(chǎng)與所需模式電場(chǎng)一致磁場(chǎng)激勵(lì)把激勵(lì)裝置放在波導(dǎo)中所需模式磁場(chǎng)最強(qiáng)處、并使其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與所需模式磁場(chǎng)一致。電流激勵(lì)當(dāng)用饋電波導(dǎo)去激勵(lì)另一波導(dǎo)時(shí)，常采用孔激勵(lì).由于波導(dǎo)開口處的輻射類似于電流元的輻射，故稱電流激勵(lì)。第六章用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線天線應(yīng)有以下功能①天線應(yīng)能將導(dǎo)波能量盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪芰俊＿@首先要求天線是一個(gè)良好的電磁開放系統(tǒng)，其次要求天線與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)匹配。②天線應(yīng)使電磁波盡可能集中于確定的方向上，或?qū)Υ_定方向的來(lái)波最大限度的接收，即天線具有方向性。

③天線應(yīng)能發(fā)射或接收規(guī)定極化的電磁波，即天線有適當(dāng)?shù)臉O化。 ④天線應(yīng)有足夠的工作頻帶新功能：對(duì)傳遞的信息進(jìn)行一定的加工和處理，如信號(hào)處理天線、單脈沖天線、自適應(yīng)天線和智能天線等。天線的分類：按用途：通信天線、廣播電視天線、雷達(dá)天線等；按工作波長(zhǎng)：長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等；按輻射元的類型：線天線和面天線。所謂線天線由半徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的金屬導(dǎo)線構(gòu)成；面天線由尺寸大于波長(zhǎng)的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成的。電基本振子是一段長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，電流I振幅均勻分布、相位相同的直線電流元，它是線天線的基本組成部分，任意線天線均可看成是由一系列電基本振子構(gòu)成。5..60兀.60兀II=J~TTsin0e-Jkr電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)中2以 ①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，所以遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng);在不同的方向上，輻射強(qiáng)度是不相等的，說(shuō)明電基本振子的輻射有方向性。F（0,巾）=1心?6.場(chǎng)強(qiáng)振幅歸一化方向性函數(shù) 1E（0，。）|max主瓣寬度：半功率波瓣寬度：方向圖主瓣兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的寬度，在場(chǎng)強(qiáng)方向圖中，等于最大場(chǎng)強(qiáng)的1/42 兩點(diǎn)之間的寬度;零功率波瓣寬度：頭兩個(gè)零點(diǎn)之間的角寬第一旁瓣電平的高低，在某種意義上反映了天線方向性的好壞。如旁瓣電平較低的天線并不表明集束能力強(qiáng)，而旁瓣電平小也并不意味著天線方向性必然好。13L=—jI(Z)dzD=廣j2D=廣j2”j”\F（0,甲）|2sin0d0d甲0 0收發(fā)互易性：同一天線作為發(fā)射和接收時(shí)的電參數(shù)相同人2輸入點(diǎn)電流實(shí)際天線的有效長(zhǎng)度0A=-3——3 e j2兀"\F（0,中）|2sin0d0d?接收天線的有效接收面積 oo1 1接收天線的方向性①主瓣寬度盡可能窄，以抑制干擾②旁瓣電平盡可能低③天線方向圖中最好能有一個(gè)或多個(gè)可控制的零點(diǎn)第七章電波傳播方式：視距傳播；天波傳播；地面波傳播；不均勻媒質(zhì)傳播PS=1Re（ExH*）=|EJ2Friis傳輸公式：S=J02 240兀04nr23.衰落現(xiàn)象衰落：指信號(hào)電平隨時(shí)間的隨機(jī)起伏。分類：吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落：主要是由于傳輸媒質(zhì)電參數(shù)的變化，使得信號(hào)在媒質(zhì)中的衰減發(fā)生相應(yīng)的變化而引起的。慢衰落：由上述原因引起的信號(hào)電平的變化較慢，稱為慢衰落（圖7-1（a））干涉型衰落：由隨機(jī)多徑干涉現(xiàn)象引起的。在某些傳輸方式中，由于收、發(fā)兩點(diǎn)間存在若干條傳播路徑，典型的如天波傳播、不均勻媒質(zhì)傳播等?？焖ヂ洌憾鄰礁缮嬉鸬男盘?hào)起伏周期很短，信號(hào)電平變化很快視距傳播：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?？捎糜诘孛嫱ㄐ拧⑿l(wèi)星通信以及雷達(dá)等第八章元因子：表示組成天線陣的單個(gè)輻射元的方向圖函數(shù)，其值僅取決于天線元本身的類型和尺寸。體現(xiàn)了天線元的方向性對(duì)天線陣方向性的影響。陣因子：表示各向同性元所組成的天線陣的方向性，其值取決于天線陣的排列方式及其天線元上激勵(lì)電流的相對(duì)振幅和相位，與天線元本身的類型和尺寸無(wú)關(guān)。方向圖乘積定理：在各天線元為相似元的條件下，天線陣的方向圖函數(shù)是單元因子與陣因子之積。寬頻帶天線：阻抗、方向圖等電特性在一倍頻程（fmax/fmin=2）或幾倍頻程范圍內(nèi)無(wú)明顯變化的天線；非頻變天線：阻抗、方向圖等電特性在更大頻程范圍內(nèi)（如fmax/fminN10）基本不變化的天線。智能天線分類（1）、切換波束天線：具有有限數(shù)目的、固定的、預(yù)定義的方向圖（2）自適應(yīng)陣列天線采用高級(jí)信號(hào)處理算法從接收到的信號(hào)中分辨出期望信號(hào)、干擾信號(hào)以及它們的方向和相關(guān)性，并利用這些信息分別對(duì)期望信號(hào)和干擾信號(hào)加以增強(qiáng)和抑制。同時(shí)不斷地自適應(yīng)地形成新的波束實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤，始終保持使主瓣指向期望用戶，而將干擾信號(hào)置零。智能天線對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能改善：1、提高頻譜利用效率，增大系統(tǒng)容量2、克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)空時(shí)多用戶檢測(cè)3、減小電磁污染及相互干擾4、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位，為越區(qū)切換提供可靠的依據(jù)5、增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性6、降低無(wú)線基站的成本[I.M]均力M丘佐輸線的特性阻抗為典d值我陽(yáng)抗Q= Q.T.作波K 試沒(méi)汁暗聯(lián)支節(jié)匹廈器的位置和丘度*解終案反射系散駐波比=】+|一|申聯(lián)支W的位置f1 I JjI——<irctan—■—/—2,5cm審聯(lián)宣節(jié)的於度，[例6-4]一長(zhǎng)度為2h（h<<入）中心饋電的短振子，其電流分布為：10）=研一~h）,其中I。為輸入電流，也等于波腹電流Im試求：短振子的輻射場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)）；輻射電阻及方向系數(shù)；有效長(zhǎng)度。解：此短振子可以看成是由一系列電基本振子沿z軸排列組成。Z軸上電基本振子的輻射場(chǎng)

由于輻身寸坯為遠(yuǎn)區(qū).Oa—點(diǎn)5由于輻身寸坯為遠(yuǎn)區(qū).Oa—點(diǎn)5■oTOC\o"1-5"\h\zA 疽一獨(dú) V艮|Jr>>h,因幣內(nèi)作-F歹U史O O〃一MCQS□ O1 .=——廣.廣明以五@=y30^