天線的類型及分析

1、主講人：高官勝成員：田中原 蔡秋月 汪楊茗 宋好亮 張亞軍1、微波系統(tǒng)的定義及組成2、微波系統(tǒng)主要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及其性質(zhì)3、微波系統(tǒng)的應(yīng)用舉例1.1 微波系統(tǒng)的定義1.2 微波系統(tǒng)的組成1.1 微波系統(tǒng)的定義 微波系統(tǒng)是指由微波傳輸線和微波元器件組成的系統(tǒng)，其作用是產(chǎn)生 、轉(zhuǎn)換和傳輸微波信號和功率。這里，微波傳輸線在廣義上定義為能夠無反射地傳輸電磁波的結(jié)構(gòu)，所以它包含了各種各樣的傳輸線，如雙導(dǎo)線、同軸線、金屬波導(dǎo)、微帶線等。 1.2 微波系統(tǒng)的組成微波系統(tǒng)的組成從功能上劃分為如下三個部分： 無反射地傳輸微波信號和功率的裝置，稱為微波傳輸線； 完成微波信號和功率的分配、控制和濾波等功能的裝置，如隔離

2、器、耦合器、功率分配器、濾波器、衰減器等，這些裝置并沒有進行微波能量與其他能量（如直流）的轉(zhuǎn)換，所以常稱為微波元件或微波無源器件。 產(chǎn)生、放大、變換微波信號和功率的裝置，如振蕩器、放大器、變頻器等，這些裝置一般要將微波能量與其他能量進行轉(zhuǎn)換，所以常稱為微波有源器件。圖1.1-1就是一個典型的微波通信系統(tǒng)的組成框圖。2、微波系統(tǒng)主要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及其性質(zhì)阻抗參數(shù) 可逆的網(wǎng)絡(luò)有Z12=Z21，對稱的網(wǎng)絡(luò)有Z11=Z22，無耗的網(wǎng)絡(luò)有Zij為純虛數(shù)導(dǎo)納參數(shù)可逆的網(wǎng)絡(luò)有Y12=Y21，對稱的網(wǎng)絡(luò)有Y11=Y22，無耗的網(wǎng)絡(luò)有Yij為純虛數(shù)轉(zhuǎn)移參數(shù):的輸入阻抗為端口的轉(zhuǎn)移阻抗到端口為端口ijijijIjii

3、jjIUZi0的輸入導(dǎo)納為端口的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納到端口為端口ijijijiUjiijjUIY0 的電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)到端口面開路時，端口表示122021112TUUAI 可逆的網(wǎng)絡(luò)有A11A22A12A21=1，對稱的網(wǎng)絡(luò)有A11=A22，無耗的網(wǎng)絡(luò)有Aij為純虛數(shù)、Ali為實數(shù)。級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移參數(shù)有A=A1A2An。散射參數(shù) 的電流轉(zhuǎn)移系數(shù)到端口面開路時，端口表示122021222TIIAU 的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納到端口面開路時，端口表示122021212TUIAI 的轉(zhuǎn)移阻抗到端口面開路時，端口表示122021122TIUAU 的反射系數(shù)為端口的傳輸系數(shù)到端口為端口mmnnmmUimrnnmimUUSn0 可逆的網(wǎng)

4、絡(luò)有S12=S21，對稱的網(wǎng)絡(luò)有S11=S22，無耗的網(wǎng)絡(luò)有SS*=1。 參考面移動對S參數(shù)的影響（參考面向外移動取負(fù)角度，參考面向里移動取正角度）對應(yīng)的移動矩陣為：S=PSP 傳輸參數(shù)的性質(zhì)：可逆的網(wǎng)絡(luò)有T11T22-T12T21=1，對稱的網(wǎng)絡(luò)有T12=-T21，無耗的網(wǎng)絡(luò)有T11=T*22、T12=T*21。njjeeP0000013、微波系統(tǒng)的應(yīng)用舉例3.1 EPR波譜儀 觀察電子順磁共振現(xiàn)象的儀器稱為電子順磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）波譜儀，又稱為電子自旋共振（electron spin resonance，ESR)波譜儀。電子順磁

5、共振發(fā)生的條件為 hv=gH式中，h為普朗克常數(shù)，g是樣品的波普分裂因子，對某個樣品而言，它是常數(shù)，為電子的玻爾磁子，也是常數(shù)。式中僅有微波頻率v和磁場強度H是兩個可調(diào)節(jié)的量，由此產(chǎn)生兩種不同類型的掃描方式：一種是固定頻率，改變磁場強度搜索共振點的掃描方式，稱為掃場式波普儀；另一種是固定磁場強度，掃描頻率搜索共振點的掃描方式，稱為掃頻式波譜儀。從原理上來講，磁場強度和頻率可以在很寬的范圍內(nèi)變化以滿足共振條件的要求。但是從技術(shù)的可行性考慮，電子順磁共振波譜儀常常采用掃場的工作方式，并且工作在下表所列的典型波段、頻率及對應(yīng)的共振磁場強度下。EPR波譜儀實物：X波段EPR波譜儀原理方框圖EPR信號產(chǎn)

6、生過程：由微波源產(chǎn)生的微波能量經(jīng)過微波橋系統(tǒng)進入諧振腔。諧振腔放在電磁鐵的空隙中間，被測樣品放在腔內(nèi)，調(diào)節(jié)磁場強度直至滿足共振條件。這時樣品吸收微波能量，從諧振腔反射出來的微波功率發(fā)生了變化，本來調(diào)節(jié)平衡的微波橋路失去平衡，通過檢波器可以檢測出一個共振躍遷吸收信號。再經(jīng)放大器放大之后在示波器上或記錄儀上顯示出來，這就是EPR信號，該信號是微波功率對磁場強度的函數(shù)曲線。其中微波系統(tǒng)提供自旋系統(tǒng)發(fā)生能級躍遷所需要的輻射能量并采集諧振腔反射的信號；磁場系統(tǒng)使自旋系統(tǒng)發(fā)生能級分裂，并配有快、慢掃描裝置以搜索共振信號；樣品諧振腔系統(tǒng)是儲存微波能量，也是放置樣品和樣品發(fā)生共振吸收的場所。至今波譜儀已經(jīng)發(fā)展

7、了三代：電子管、晶體管和計算機控制波譜儀。3.2 微波系統(tǒng)分析儀（ME525型微波系統(tǒng)分析儀）微波系統(tǒng)分析儀是一種綜合性測試儀器，測試項目較多，把各單項測試所需要的電路組合在一起，組成一個整機，電路比較復(fù)雜、繁多。一般微波系統(tǒng)分析儀有以下幾個部分,即顯示單元、中頻接收單元、基帶接收單元、基帶振蕩器、中頻掃頻振蕩器、上、下變頻器等，各單元之間由電纜連接。每個單元又由許多基本電路組成，在測試某一項目時，由選擇開關(guān)控制。ME525型微波系統(tǒng)分析儀能測量和分析70MHz和140MHz中頻系統(tǒng)的各種主要性能，其中有：群時延特性、調(diào)制器和解調(diào)器的微分特性、微分相位特性、中頻調(diào)頻特性、中頻和基帶的回波損耗、

8、頻偏、調(diào)幅-調(diào)相轉(zhuǎn)換系數(shù)、中頻的限幅系數(shù)以及電平等，它的主要工作特點有：（1） 掃頻帶寬達(dá)035MHz；（2） 中頻有70MHz和140MHz兩種，用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制；（3） 動態(tài)范圍寬；（4） 頻標(biāo)讀數(shù)方便，有1MHz、5MHz、10MHz頻標(biāo)，頻標(biāo)可以在被測曲線上或在基線上顯示；（5） 雙蹤同時顯示；（6） 基帶頻率達(dá)12.4MHz，適應(yīng)2800路以下測試；（7） 在發(fā)信機內(nèi)有一基帶信號加掃描信號，幅度 可達(dá)30Vp-p；（8）內(nèi)裝有調(diào)幅器，可測量調(diào)幅-調(diào)相轉(zhuǎn)換系數(shù)；（9）采用鎖相環(huán)，不需加熱，開機就可以測試群時延；（10）有存儲裝置，可以提高測試精度，并可記錄測試數(shù)據(jù)；該分析儀由發(fā)信機和接收

9、機兩部分組成，如圖所示，其中發(fā)信機由基帶（ABC）振蕩器單元和中頻（IF）掃頻振蕩器單元構(gòu)成；接收機由基帶接收單元、中頻接 收單元及示波管顯示單元構(gòu)成，下面簡介各部分的作用原理。ME525的基本構(gòu)成圖（1）基帶振蕩器 基帶振蕩器單元提供三種測試信號：一是掃描信號，包括50Hz電源掃描信號、18Hz掃描信號及外掃描信號；二是基帶信號或微分信號；三是掃描信號和基帶信號的合成信號。這三種測試信號供儀器內(nèi)部作掃頻振蕩器的掃描信號和調(diào)制信號用，以及在面板上輸出供測試調(diào)制器時使用。（2） 中頻掃頻振蕩器 中頻掃頻電壓由調(diào)頻振蕩器和掃頻振蕩器差拍構(gòu)成。其中，調(diào)頻振蕩器輸出的是被基帶頻率調(diào)制了的高頻信號。所以

10、通過差拍產(chǎn)生的70MHz35MHz（或140MHz35MHz）信號，應(yīng)為被基帶信號調(diào)頻了的寬帶掃頻信號。（3） 中頻接收單元 跟蹤式自動頻率控制電路 它的作用相當(dāng)于一個標(biāo)準(zhǔn)鑒頻器，從掃頻信號中將微分信號解調(diào)出來。此標(biāo)準(zhǔn)鑒頻器引進的群時延、線性失真均很小，工作正常時面板上的自動頻率控制指示燈發(fā)亮。 幅頻特性檢波回路 它的作用是檢出從被測設(shè)備輸出的70MHz（或140MHz）掃頻信號幅度的包絡(luò)曲線，以觀察被測設(shè)備的“幅度-頻率”特性。 測回波損耗電路 它由兩部分構(gòu)成：一是“反射橋”，二是外差測試電路，反射橋是由三個75標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測部件構(gòu)成的平衡橋路，被測部件通過面板的端口接入，出于橋體本身不能做到完全平衡，所以回波損耗的測試范圍被限制在50dB以下。 頻標(biāo)形成電路 它的中心頻標(biāo)為70MHz（或140MHz），另外還有1MHz、5MHz、10MHz的梳狀頻標(biāo)。它們都由晶體控制，因此準(zhǔn)確度較高。由于各種頻標(biāo)形成電路不同，所以頻標(biāo)的高度不一樣，在熒光屏上看起來容易辨別。（4） 基帶接收單元 基帶接收單元由基帶信號的幅度檢波和相位檢波兩部分構(gòu)成，前者供微分線性及微分增益測試