第一部分微波測量

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

考試形式與過程管理1.開卷筆試（占總成績的80%）2.平時成績（占總成績的20%）作業(yè)、實驗和課堂作業(yè)必須按時交本次課的作業(yè)：收集有關(guān)微波測量的書籍（提供書名、作者、出版時間）、PPT和文獻（提供文獻原文）。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)容進行評價?？偡?分。主要參考書：1.“微波測量”，湯世賢，電子工業(yè)出版社，1990年再版2.“微波測量”，董樹義，電子工業(yè)出版社3.“微波測量技術(shù)”，周清一，國防工業(yè)出版社需要的基礎(chǔ)知識:

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

電磁波頻段劃分微波：300MHz—3000GHz的電磁波（波長：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

高頻特性:電子慣性、延時效應(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：波入射后在各個方向產(chǎn)生的散射穿透性：能穿透高空電離層，天文觀測窗口量子特性：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:軍用雷達、氣象雷達、導(dǎo)航雷達、汽車防撞雷達通信：利用三個互120度的位于外層空間的同步衛(wèi)星可進行全球的電視傳播科學(xué)研究手段：原子鐘、射電天文觀察、等離子體參量測量、精細頻譜分析微波遙感：散射計、輻射計、高度計和SAR等微波能的應(yīng)用：加熱、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)微波檢測技術(shù)：雷達測速微波在線濕度測量GPS(GlobalPositioningSystem

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

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

30km長的輸電線不算長線,50Hz工作頻率的波長是

6000km!

長線為分布參數(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)振幅的表達式為：

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

長線及其等效電路微波傳輸參數(shù)

特征阻抗對于雙導(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。對于無耗線，因，故傳播常數(shù)為純虛數(shù)，即因此，行波場在無耗線中傳播時其振幅不衰減微波傳輸參數(shù)

相速和相波長相速：行波的等相位面運動的速度。設(shè)z1、t1時行波的相位為：此相位在t2時刻運動到z2處，則有：行波相速為：微波傳輸參數(shù)相波長：行波在一個周期內(nèi)，等相位面沿傳輸方向移動的距離。3.傳輸線1）.利用傳統(tǒng)“線理論”求解分布參數(shù)傳輸線問題等效電路由基爾霍夫定律：對于角頻率為ω的余弦波有：上式兩端對z求導(dǎo)，得其中傳輸線上電壓和電流波動方程上述方程的解為：已知終端電壓U2和電流I2時：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).均勻無耗傳輸線傳播常數(shù)（對于均勻無耗傳輸線有：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：已知終端負載輸入阻抗有如下性質(zhì)：1）

輸入阻抗隨位置變化，與負載有關(guān)2）均勻無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：在負載終端：傳輸線的工作參數(shù)1.輸入阻抗式中為終端負載阻抗對于無耗線則輸入阻抗為：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）終端開路線這時終端開路的無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）終端負載等于特性阻抗（4）線這時則（5）線這時則經(jīng)無耗傳輸?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。對于無耗線，由于，于是即，無耗線上的駐波系數(shù)與z無關(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載決定。1.行波狀態(tài)：傳輸線上無反射，只存在入射波的工作狀態(tài)當(dāng)時，為行波狀態(tài)，此時式中為的初位相，上式的瞬時值形式為：行波狀態(tài)下，無耗線的特點：（1）沿線電壓、電流振幅不變。（2）電流、電壓同相位。（3）沿線各點的輸入阻抗均等于其特性阻抗。（當(dāng)時，有）1.駐波狀態(tài)：當(dāng)傳輸線終端開路（）或短路（）或接純電抗負載（）時，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，此時終端反射系數(shù)為：于是線上電壓、電流為表示為瞬時值形式全駐波狀態(tài)下無耗線的特點：（1）不在具有行波的轉(zhuǎn)輸特性，而是在線上作簡諧振蕩，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）和零值（波節(jié)點）。（3）傳輸線上各點的電壓和電流在時間上有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)下沒有功率傳輸。3.混合波狀態(tài)在一般狀態(tài)下，線上同時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)。對于無耗傳輸線，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)時駐波狀態(tài)時混合波狀態(tài)時例題有一段的無耗線，當(dāng)終端短路時，測得始端的阻抗為的感抗，求該傳輸線的最小長度；如果該傳輸線的終端為開路，長度又為多少？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（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方程與波動方程Maxwell方程微波技術(shù)基礎(chǔ)對于簡諧場：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)波動方程微波技術(shù)基礎(chǔ)Z向行波的波動方程且：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：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)中獨立存在的電磁場結(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<