微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)資料講解

1、微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)緒論l 微波的定義： 微波是電磁波譜介于超短波與紅外線之間的波段，它屬于無(wú)線電波中波長(zhǎng)最短的波段。l 微波的頻率范圍：300MHz3000GHz ,其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍是1m0.1mml 微波的特點(diǎn) （要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用）：似光性，頻率高（頻帶寬），穿透性（衛(wèi)星通信），量子特性（微波波譜的分析）第一章 均勻傳輸線理論l 均勻無(wú)耗傳輸線的輸入阻抗（2個(gè)特性）定義：傳輸線上任意一點(diǎn)z處的輸入電壓和輸入電流之比稱為傳輸線的輸入阻抗注：均勻無(wú)耗傳輸線上任意一點(diǎn)的輸入阻抗與觀察點(diǎn)的位置、傳輸線的特性阻抗、終端負(fù)載阻抗、工作頻率有關(guān)。兩個(gè)特性： 1、2重復(fù)性：無(wú)耗傳輸線上任意相距2處的阻抗

2、相同Zin(z)= Zin(z+2) 2、4變換性: Zin(z)- Zin(z+4)=Z02 證明題：(作業(yè)題)l 均勻無(wú)耗傳輸線的三種傳輸狀態(tài)（ 要會(huì)判斷）參數(shù)行波駐波行駐波|010|111Z1匹配短路、開路、純電抗任意負(fù)載能量電磁能量全部被負(fù)載吸收電磁能量在原地震蕩1. 行波狀態(tài)：無(wú)反射的傳輸狀態(tài) 匹配負(fù)載：負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗 沿線電壓和電流振幅不變 電壓和電流在任意點(diǎn)上同相2. 純駐波狀態(tài)：全反射狀態(tài) 負(fù)載阻抗分為短路、開路、純電抗?fàn)顟B(tài)3. 行駐波狀態(tài)：傳輸線上任意點(diǎn)輸入阻抗為復(fù)數(shù)l 傳輸線的三類匹配狀態(tài)（知道概念） 負(fù)載阻抗匹配：是負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗的情形，此時(shí)只

3、有從信源到負(fù)載的入射波，而無(wú)反射波。 源阻抗匹配：電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗時(shí)，電源和傳輸線是匹配的，這種電源稱之為匹配電源。此時(shí)，信號(hào)源端無(wú)反射。 共軛阻抗匹配：對(duì)于不匹配電源，當(dāng)負(fù)載阻抗折合到電源參考面上的輸入阻抗為電源內(nèi)阻抗的共軛值時(shí)，即當(dāng)Zin=Zg時(shí)，負(fù)載能得到最大功率值。共軛匹配的目的就是使負(fù)載得到最大功率。l 傳輸線的阻抗匹配（4阻抗變換）(P15和P17) l 阻抗圓圖的應(yīng)用（*與實(shí)驗(yàn)結(jié)合） 史密斯圓圖是用來(lái)分析傳輸線匹配問(wèn)題的有效方法。1. 反射系數(shù)圓圖：（z）=|1|ej(1-2z)= |1|ej1為終端反射系數(shù)的幅度，=1-2z是z處反射系數(shù)的幅角。反射系數(shù)圓圖中任一

4、點(diǎn)與圓心的連線的長(zhǎng)度就是與該點(diǎn)相應(yīng)的傳輸線上某點(diǎn)處的反射系數(shù)的大小。2. 阻抗原圖（點(diǎn)、線、面、旋轉(zhuǎn)方向）： 在阻抗圓圖的上半圓內(nèi)的電抗x0呈感性，下半圓內(nèi)的電抗x0呈容性。 實(shí)軸上的點(diǎn)代表純電阻點(diǎn)，左半軸上的點(diǎn)為電壓波節(jié)點(diǎn)，其上的刻度既代表rmin又代表行波系數(shù)K，右半軸上的點(diǎn)為電壓波腹點(diǎn)，其上的刻度既代表rmax又代表駐波比。 |=1的圓圖上的點(diǎn)代表純電抗點(diǎn)。 實(shí)軸左端點(diǎn)為短路點(diǎn)，右端點(diǎn)為開路點(diǎn)，中心點(diǎn)處是匹配點(diǎn)。 在傳輸線上由負(fù)載向電源方向移動(dòng)時(shí)，在圓圖上應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，；反之，由電源向負(fù)載方向移動(dòng)時(shí)，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。3. 史密斯圓圖：將上述的反射系數(shù)圓圖、歸一化電阻圓圖和歸一化電抗圓圖畫在

5、一起，就構(gòu)成了完整的阻抗圓圖。4. 基本思想： 特征參數(shù)歸一（阻抗歸一和電長(zhǎng)度歸一）； 以系統(tǒng)不變量|作為史密斯圓圖的基底； 把阻抗（或?qū)Ъ{）、駐波比關(guān)系套覆在|圓上。l 回波損耗、功率分配等問(wèn)題的分析 回波損耗問(wèn)題：1. 定義為入射波功率與反射波功率之比（通常以分貝來(lái)表示），即Lr(z)=10lg(PinPr) (dB) 對(duì)于無(wú)耗傳輸線，=0，Lr與z無(wú)關(guān)，即Lr(z)=-20lg|1| (dB)2. 插入損耗：定義為入射波功率與傳輸功率之比 3. |1|越大，則| Lr |越小； |1|越小，則| Lin|越大。P21:有關(guān)回波損耗的例題（例1-4） 功率分配問(wèn)題：1. 入射波功率、反射波

6、功率和傳輸功率計(jì)算公式反映出了它們之間的分配關(guān)系。（P19）2. 傳輸線的傳輸效率：=負(fù)載吸收功率始端傳輸功率3. 傳輸效率取決于傳輸線的損耗和終端匹配情況第二章 規(guī)則金屬波導(dǎo)l 導(dǎo)波系統(tǒng)中的電磁波按縱向場(chǎng)分量的有無(wú)，可分為TE波、TM波和TEM波三種類型。（知道概念） TEM波：導(dǎo)行波既無(wú)縱向磁場(chǎng)有無(wú)縱向電場(chǎng)，只有橫向電場(chǎng)和磁場(chǎng)，故稱為橫電磁波。Ez=0而Hz=0 TM波（E波）：只有縱向電場(chǎng)，又稱磁場(chǎng)純橫向波。Ez0而Hz=0 TE波（H波）：只有縱向磁場(chǎng)，又稱電場(chǎng)純橫向波。Ez=0而Hz0l 導(dǎo)行條件： kck時(shí)，ffc 為導(dǎo)行波。l 矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)主要模式的特點(diǎn)及應(yīng)用 矩形波導(dǎo)：將由

7、金屬材料制成的、矩形截面的、內(nèi)充空氣的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱為矩形波導(dǎo)。1) 縱向場(chǎng)分量Ez和Hz不能同時(shí)為零，不存在TEM波。2) TE波：橫向的電波，縱向場(chǎng)只有磁場(chǎng)。 TE波的截止波數(shù)kc, 矩形波導(dǎo)中可以存在無(wú)窮多種TE導(dǎo)模，用TEmn表示。 最低次波形為TE10，截止頻率最低。3) TM波 TM11模是矩形波導(dǎo)TM波的最低次模，其他均為高次模。4) 主模TE10的場(chǎng)分布及其工作特性 主模的定義：在導(dǎo)行波中截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)（截止頻率最低）的導(dǎo)行模 特點(diǎn)：場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、頻帶寬和損耗小等。 圓波導(dǎo)：若將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體抽走，則在一定條件下，由外導(dǎo)體所包圍的圓形空間也能傳輸電磁能量，這就是圓形波導(dǎo)。 應(yīng)

8、用：遠(yuǎn)距離通信、雙極化饋線以及微波圓形諧振器等。 圓形波導(dǎo)也只能傳輸TE和TM波形。 主模TE11，截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)，是圓波導(dǎo)中的最低次模。圓波導(dǎo)中TE11模的場(chǎng)分布與矩形波導(dǎo)的TE10模的場(chǎng)分布很相似，因此工程上容易通過(guò)矩形波導(dǎo)的橫截面逐漸過(guò)渡變?yōu)閳A波導(dǎo)。即構(gòu)成方圓波導(dǎo)變換器。 圓對(duì)稱TM01模：圓波導(dǎo)的第一個(gè)高次模，由于它具有圓對(duì)稱性故不存在極化簡(jiǎn)并模。因此常作為雷達(dá)天線與饋線的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的工作模式。 低損耗的TE01模：是圓波導(dǎo)的高次模式，它與TM11模是簡(jiǎn)并模。它是圓對(duì)稱模，故無(wú)極化簡(jiǎn)并。當(dāng)傳輸功率一定時(shí)，隨著頻率升高，管壁的熱損耗將單調(diào)下降。故其損耗相對(duì)于其他模式來(lái)說(shuō)是低的，故可將工作在

9、此模式下的圓波導(dǎo)用于毫米波的遠(yuǎn)距離傳輸或制作高Q值的諧振腔。 l 熟悉模式簡(jiǎn)并概念及其區(qū)別1. 矩形波導(dǎo)中的E-H簡(jiǎn)并：對(duì)相同的m和n，TEmn和TMmn模具有相同的截止波長(zhǎng)（或相同的截止頻率）。雖然它們的場(chǎng)分布不同，但是具有相同的傳輸特性。2. 圓波導(dǎo)中有兩種簡(jiǎn)并模： E-H簡(jiǎn)并：TE0n模和TM1n模的簡(jiǎn)并 極化簡(jiǎn)并模：考慮到圓波導(dǎo)的軸對(duì)稱性，因此場(chǎng)的極化方向具有不確定性，使導(dǎo)行波的場(chǎng)分布在方向存在cosm和sinm兩種可能的分布，它們獨(dú)立存在，相互正交，截止波長(zhǎng)相同，構(gòu)成同一導(dǎo)行模的極化簡(jiǎn)并模。l 熟悉矩形波導(dǎo)壁電流分布及應(yīng)用l 波導(dǎo)激勵(lì)的幾種類型1. 電激勵(lì)2. 磁激勵(lì)3. 電流激勵(lì)l

10、 方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的作用圓波導(dǎo)中TE11模的場(chǎng)分布與矩形波導(dǎo)的TE10模的場(chǎng)分布很相似，因此工程上容易通過(guò)矩形波導(dǎo)的橫截面逐漸過(guò)渡變?yōu)閳A波導(dǎo)。即構(gòu)成方圓波導(dǎo)變換器。第三章 微波集成傳輸線l 帶狀線、微帶線的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1. 帶狀線： 是由同軸線演化而來(lái)的，即將同軸線的外導(dǎo)體對(duì)半分開后，再將兩半外導(dǎo)體向左右展平，并將內(nèi)導(dǎo)體制成扁平帶線。 主要傳輸?shù)氖荰EM波。可存在高次模。 用途：替代同軸線制作高性能的無(wú)源元件。 特點(diǎn)：寬頻帶、高Q值、高隔離度 缺點(diǎn)：不宜做有源微波電路。2. 微帶線： 是由雙導(dǎo)體傳輸線演化而來(lái)的，即將無(wú)限薄的導(dǎo)體板垂直插入雙導(dǎo)體中間，再將導(dǎo)體圓柱變換成導(dǎo)體帶，并在導(dǎo)體帶之間加入介質(zhì)

11、材料，從而構(gòu)成了微帶線。微帶線是半開放結(jié)構(gòu)。 工作模式：準(zhǔn)TEM波l 帶狀線、微帶線特征參數(shù)的計(jì)算（會(huì)查圖） 帶狀線和微帶線的傳輸特性參量主要有：特性阻抗Z0、衰減常數(shù)、相速vp和波導(dǎo)波長(zhǎng)gl 介質(zhì)波導(dǎo)主模及其特點(diǎn) 主模HE11模的優(yōu)點(diǎn)：a) 不具有截止波長(zhǎng)；b) 損耗較??；c) 可直接由矩形波導(dǎo)的主模TE10激勵(lì)。第四章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)l 熟練掌握阻抗參量、導(dǎo)納參量、轉(zhuǎn)移參量、散射參量（結(jié)合元件特性）和傳輸參量的定義(P84-P93) 阻抗矩陣【Z】 導(dǎo)納矩陣【Y】 轉(zhuǎn)移矩陣【A】 散射矩陣【S】 傳輸矩陣【T】l 掌握微波網(wǎng)絡(luò)思想在微波測(cè)量中的應(yīng)用（三點(diǎn)法的條件） 前提條件：令終端短路、開路

12、和接匹配負(fù)載時(shí)，測(cè)得的輸入端的反射系數(shù)分別為s，o和m，從而可以求出S11, S12, S22。第五章 微波元器件l 匹配負(fù)載（螺釘調(diào)配器原理）、失配負(fù)載；衰減器、移相器（作用） 匹配負(fù)載作用：消除反射，提高傳輸效率，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性； 螺釘調(diào)配器：螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的調(diào)諧和匹配原件，它是在波導(dǎo)寬邊中央插入可調(diào)螺釘作為調(diào)配原件。螺釘深度不同等效為不同的電抗原件，使用時(shí)為了避免波導(dǎo)短路擊穿，螺釘都設(shè)計(jì)成為了容性，即螺釘旋入波導(dǎo)中的深度應(yīng)小于3b/4（b為波導(dǎo)窄邊尺寸）。 失配負(fù)載：既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率，而且一般制成一定大小駐波的標(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)載，主要用于微波測(cè)量。 衰減

13、器，移相器（作用）：改變導(dǎo)行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位；l 了解定向耦合器的工作原理（P106） 定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件，它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對(duì)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的。 利用波程差。l 熟練掌握線圓極化轉(zhuǎn)換器的工作原理及作用l 了解場(chǎng)移式隔離器的作用（P122） 根據(jù)鐵氧體對(duì)兩個(gè)方向傳輸?shù)牟ㄐ彤a(chǎn)生的場(chǎng)移作用不同而制成的。 l 了解鐵氧體環(huán)行器的分析及作用(P123) 環(huán)行器是一種具有非互易特性的分支傳輸系統(tǒng)。第六章 天線輻射與接收的基本理論第七章 電波傳播概論l 天波通信、地波通信、視距波通信的概念1. 天波通信：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(dá)接收點(diǎn)的傳播方式，也成為電離層電波傳播。主要用于中波和短波波段2. 地波通信：無(wú)線電波沿地球表面?zhèn)鞑サ膫鞑シ绞?。主要用于長(zhǎng)、中波波段和短波的低頻段。3. 視距波通信：指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見的視距距離內(nèi)的傳播方式。地面通信、衛(wèi)星通信以及雷達(dá)等都可以采用這種傳