微波技術與天線論文.doc

微波技術與天線院系：萬方科技學院電氣系 班級： 通信11-1班 姓名： 李凱 學號： 1116303037 緒論微波、天線、與電波傳播是無線電技術的一個重要組成部分，他們?nèi)哐芯康膶ο蠛湍康挠兴煌Ｎ⒉ㄖ饕芯咳绾螌б姶挪ㄔ谖⒉▊鬏斚到y(tǒng)中的有效傳輸，它的特點是希望電磁波按一定要求沿微波傳輸系統(tǒng)無輻射地傳輸，對傳輸系統(tǒng)而言，輻射是一種能量的損耗。天線的任務則是將導行波變換為向空間定向輻射的電磁波，或將在空間傳播的電磁波變?yōu)槲⒉ㄔO備中的導行波，因此天線有兩個基本作用：一個是有效地輻射或接收電磁波，另一個是把無線電波能量轉換為導行波能量。電波傳播則是分析和研究電波在空間的傳播方向和特點。微波、天線與電波傳播三者的共同基礎是電磁場理論，三者都是電磁場在不同邊值條件下的應用。微波技術主要研究引導電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中如何進行有效的傳輸，它希望電磁波按一定要求沿傳輸系統(tǒng)無輻射地傳輸。微波是電磁波中介于超短波了紅外線之間的波段，它屬于無線電波中波長最短的波段，其頻率范圍從300MHz至3000GHz。微波具有似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應特性、散射特性、抗干擾特性。除了上述特性外，它還有以下特點：1、視距傳播特性2、分布參數(shù)的不確定性3、電磁兼容與電磁環(huán)境污染。天線是將微波導行波變成向空間定向輻射的電磁波，或將空間的電磁波變?yōu)槲⒉ㄔO備中的導行波。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等。課程內(nèi)容總結第15章為微波技術部分，主要討論了均勻傳輸線理論、規(guī)則金屬波導、微波集成傳輸線、微波網(wǎng)絡基礎和微波元器件第69章為天線與電波傳播部分，主要敘述了天線輻射與接收的基本理論、電波傳播概論、線天線及面天線，其中在線天線部分側重介紹了在工程中常用的鞭天線、電視天線、移動通信基站天線、行波天線、寬頻帶天線、微帶天線等，還對智能天線技術做了簡要介紹。第10章為微波應用系統(tǒng)，主要討論了雷達系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)及微波遙感系統(tǒng)三個經(jīng)典系統(tǒng)。課程主要知識點一、均勻傳輸線理論（1）均勻傳輸線方程: 時諧傳輸線方程: （2）均勻傳輸線方程的解: （3）傳輸線的工作特性參數(shù)。特性阻抗;傳播常數(shù);相速與波長(4)輸入阻抗: 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U1、終端電流Il的關系如下： (5)反射系數(shù): 傳輸線上任意一點z處的反射波電壓（或電流）與入射波電（或電流）之比為電壓（或電流）反射系數(shù), 即：(6)輸入阻抗與反射系數(shù)的關系U(z)=U+(z)+U-(z)=A1e jz1+(z) I(z)=I+(z)+I-(z) = e jz1-(z)二、規(guī)則金屬波導傳輸功率: 1) 截止波長。圓波導TEmn模、TMmn模的截止波數(shù)分別為： 三、微波集成傳輸線介質波導可分為兩大類：一類是開放式介質波導，主要包括圓形介質波導和介質鏡像線等；另一類是半開放介質波導，主要包括H形波導、G形波導等。四、微波網(wǎng)絡基礎（1）單口網(wǎng)絡的傳輸特性令參考面T處的電壓反射系數(shù)為l, 由均勻傳輸線理論可知, 等效傳輸線上任意點的反射系數(shù)為：（2） 歸一化電壓和電流由于微波網(wǎng)絡比較復雜, 因此在分析時通常采用歸一化阻抗, 即將電路中各個阻抗用特性阻抗歸一, 與此同時電壓和電流也要歸一。在各種微波網(wǎng)絡中, 雙端口網(wǎng)絡是最基本的, 任意具有兩個端口的微波元件均可視之為雙端口網(wǎng)絡。五、微波元器件(1) 短路負載 匹配負載 失配負載(2) 微波連接元件微波連接元件是二端口互易元件, 主要包括: 波導接頭、 衰減器、相移器、轉換接頭。 (3) 阻抗匹配元件 1)螺釘調配器2) 多階梯阻抗變換器3) 漸變型阻抗變換器(4) 定向耦合器 (5) 定向耦合器的性能指標耦合度 隔離度 定向度 輸入駐波比工作帶寬 2)波導雙孔定向耦合器 3)雙分支定向耦合器 4)平行耦合微帶定向耦合器六、天線輻射與接收（1）電基本振子電基本振子是一段長度l遠小于波長, 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 基本振子構成的。 （2） 磁基本振子的場引入這種假想的磁荷和磁流的概念, 將一部分原來由電荷和電流產(chǎn)生的電磁場用能夠產(chǎn)生同樣電磁場的磁荷和磁流來取代,即將“電源”換成等效“磁源”, 可以大大簡化計算工作。 （3）天線方向圖及其有關參數(shù)所謂天線方向圖， 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。 （4） 天線效率天線輻射功率與輸入功率之比, 記為A， 即（5） 增益系數(shù)增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉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=DA（6） 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化;如果是橢圓就稱為橢 圓極化。（7） 頻帶寬度(Frequency Band Width)天線的電參數(shù)都與頻率有關, 也就是說, 上述電參數(shù)都是針對某一工作頻率設計的。當工作頻率偏離設計頻率時, 往往要引起天線各個參數(shù)的變化。（8） 輸入阻抗與駐波比(Input Impedance and Standing Wave Ratio)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（9） 有效長度有效長度是衡量天線輻射能力的又一個重要指標。 七、電波傳播概論(1) 視線距離：(2) 大氣對電波的衰減大氣對電波的衰減主要來自兩個方面。一方面是云、霧、 雨等小水滴對電波的熱吸收及水分子、氧分子對電波的諧振吸收。 另一方面是云、霧、雨等小水滴對電波的散射。(3) 場分析在視距傳播中, 除了自發(fā)射天線直接到達接收天線的直射波外, 還存在從發(fā)射天線經(jīng)由地面反射到達接收天線的反射波， 如圖 7-5 所示。因此接收天 線處的場是直射波與反射波的疊加。（1）垂直極化波沿非理想導電地面?zhèn)鞑r,當?shù)孛娴碾妼试叫』螂姴l率越高, 電場縱向分量 Ez1越大, 說明傳播損耗越大。（2） 地面波的波前傾斜現(xiàn)象在接收地面上的無線電波中具有實用意義。在某些場合, 由于受到條件的限制, 也可以采用低架水平天線接收。（3） 地面波由于地表面的電性能及地貌、 地物等并不隨時間很快地變化, 并且基本上不受氣候條件的影響, 因此信號穩(wěn)定, 這是地面波傳播的突出優(yōu)點。 八、線天線（1） 直立振子天線1) 單極天線的輻射場及其方向圖2) 有效高度3) 提高單極天線效率的方法 （2） 水平振子天線水平振子天線經(jīng)常應用于短波通信、電視或其它無線電系統(tǒng)中, 這主要是因為: 水平振子天線架設和饋電方便;地面電導率的變化對水平振子天線的影響較直立天線小;工業(yè)干擾大多是垂直極化波, 因此用水平振子天線可減小干擾對接收的影響。 1) 水平振子天線尺寸的選擇為保證水平振子天線在較寬的頻帶范圍內(nèi)最大輻射方向不發(fā)生偏移, 應選擇振子的臂長h0.625, 以保證在與振子軸垂直的方向上始終有最大輻射,（3）電視發(fā)射天線1) 電視發(fā)射天線的特點 頻率范圍寬。 覆蓋面積大。 在以零輻射方向為中心的一定的立體角所對的區(qū)域, 電視信號變得十分微弱。 我國的電視發(fā)射信號采用水平極化。 為了擴大服務范圍, 發(fā)射天線必須架在高大建筑物的頂端或專用的電視塔上。2) 旋轉場天線，設有兩個電流大小相等I1=I2、相位差=90 的直線電流元, 在水平面內(nèi)垂直放置。（4） 移動通信基站天線的特點天線應架設在很高的地方, 這就要求天線有足夠的機械強度和穩(wěn)定性;天線應采用垂直極化;采用扇形天線; 如果是中心激 勵, 采用全向天線;天線增益應盡可能的高;天線與饋線應良好地匹配。（5） 移動通信基站天線 VHF和UHF移動通信基站天線一般是由饋源和角形反射器兩部分組成的, 為了獲得較高的增益, 饋源一般采用并饋