《微波技術(shù)與天線》課程教學(xué)大綱

微波技術(shù)與天線課程教學(xué)大綱（MicrowaveTechnologyandAntennas）學(xué)時(shí)數(shù)：32其中：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0課外學(xué)時(shí)：0學(xué)分?jǐn)?shù)：2適用專業(yè)：電子信息工程一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)《微波技術(shù)與天線》是電子信息工程專業(yè)與電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，屬于專業(yè)核心必修課。是在學(xué)習(xí)了“電路分析基礎(chǔ)”和“電磁場與電磁波”等課程基礎(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)無線電頻譜中極為重要的波段—微波領(lǐng)域的重要課程，是理論與工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。本課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得微波技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，為今后的深入學(xué)習(xí)和實(shí)際運(yùn)用打好基礎(chǔ)。通過對該門課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握天線的基本理論和電波傳播的基礎(chǔ)知識，并在此基礎(chǔ)上熟悉常用線天線和面天線的技術(shù)特點(diǎn)和使用方法，懂得各類天線的設(shè)計(jì)思想，為理論上的進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和工程上的具體應(yīng)用打下必要的基礎(chǔ)。任何無線電電子系統(tǒng)的信息傳輸既包含有電波能量的發(fā)射和接收,也包含有電磁波在空間的傳播過程。天線與電波傳播的理論與技術(shù)研究作為無線電科學(xué)重要組成的分支學(xué)科，是具有廣泛實(shí)用意義與科學(xué)意義的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科和交叉學(xué)科，其研究成果將直接影響著電磁波工程系統(tǒng)的整體水平。二、課程教學(xué)的基本要求（一）掌握傳輸線的基本理論、傳輸特性及圓圖的應(yīng)用和阻抗匹配。（二）掌握微波傳輸線的工作原理，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，傳輸特性和分析方法，傳輸線主要包括：矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線等。（三）掌握微波網(wǎng)絡(luò)分析的基本方法，重點(diǎn)是散射參量矩陣[S]的物理意義和應(yīng)用。（四）掌握常用微波元器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和分析方法及其用途；這些元器件主要包括：電抗元件、連接元件、衰減器和移相器、阻抗變換器、定向耦合器、微帶功分器、波導(dǎo)匹配雙T、微波濾波器和微波諧振器等。（五）熟悉各種微波諧振器的基本結(jié)構(gòu)及其參數(shù)計(jì)算方法。（六）掌握天線的基本特性參量的物理意義，了解一些常用的天線設(shè)備。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章電磁場與電磁波的基本概念和規(guī)律一、電磁場的四個(gè)基本矢量

（一）電場強(qiáng)度E（二）高斯（Gauss）定律（三）電通量密度D（四）電位函數(shù)p

（五）

磁通密度B

（六）

磁場強(qiáng)度H

（七）磁力線及磁通連續(xù)性定理

（八）矢量磁位A二、電磁場的基本方程

（一）全電流定律：麥克斯韋第一方程

（二）法拉第一楞次（Faraday-Lenz）定律：麥克斯韋第二方程

（三）高斯定律：麥克斯韋第三方程（四）磁通連續(xù)性原理：麥克斯韋第四方程（五）電磁場基本方程組的微分形式

（六）不同時(shí)空條件下的麥克斯韋方程組

三、電磁場的媒質(zhì)邊界條件

（一）電場的邊界條件

（二）磁場的邊界條件

（三）理想導(dǎo)體與介質(zhì)界面上電磁場的邊界條件（四）鏡像法

四、電磁場的能量

（一）電場與磁場存儲(chǔ)的能量

（二）坡印廷（Poyllfing）定理

五、依據(jù)電磁場理論形成的電路概念

（一）電路是特定條件下對電磁場的簡化表示

（二）由電磁場方程推導(dǎo)出的電路基本定律

（三）電路參量

六、電磁波的產(chǎn)生——時(shí)變場源區(qū)域麥克斯韋方程的解

（一）達(dá)朗貝爾（D’Alembert）方程及其解

（二）電流元輻射的電磁波

七、平面電磁波

（一）無源區(qū)域的時(shí)變電磁場方程

（二）理想介質(zhì)中的均勻平面電磁波

（三）導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面電磁波

八、均勻平面電磁波在不同媒質(zhì)界面的入射反射和折射

（一）電磁波的極化

（二）均勻平面電磁波在不同媒質(zhì)界面上的垂直入射

（三）均勻平面電磁波在不同媒質(zhì)界面上的斜入射重點(diǎn)：電磁場的基本方程，邊界條件，平面電磁波及其在不同媒質(zhì)界面的入射反射和折射難點(diǎn)：電磁波的產(chǎn)生——時(shí)變場源區(qū)域麥克斯韋方程的解

第二章傳輸線的基本理論一、傳輸線方程及其解

（一）傳輸線的電路分布參量方程

（二）正弦時(shí)變條件下傳輸線方程的解

（三）對傳輸線方程解的討論

二、無耗均勻傳輸線的工作狀態(tài)

（一）電壓反射系數(shù)

（二）傳輸線的工作狀態(tài)

（三）傳輸線工作狀態(tài)的測定

三、阻抗與導(dǎo)納廁圖及其應(yīng)用

（一）傳輸線的匹配

（二）阻抗圓圖的構(gòu)成原理

（三）阻抗圓圖上的特殊點(diǎn)和線及點(diǎn)的移動(dòng)

（四）導(dǎo)納圓圖

（五）圓圖的應(yīng)用舉例

四、有損耗均勻傳輸線

（一）線上電壓、電流、輸入阻抗及電壓反射系數(shù)的分布特性

（二）有損耗均勻傳輸線的傳播常數(shù)

（三）有損耗均勻傳輸線的傳輸功率和效率重點(diǎn)：傳輸線方程及其解，無耗與有損耗均勻傳輸線的工作狀態(tài)難點(diǎn)：電磁波的產(chǎn)生——時(shí)變場源區(qū)域麥克斯韋方程的解

第三章微波傳輸線一、平行雙線與同軸線

（一）平行雙線傳輸線

（二）同軸線

二、微帶傳輸線

（一）微帶線的傳輸模式

（二）微帶線的傳輸特性

三、矩形截面金屬波導(dǎo)

（一）矩形截面波導(dǎo)中場方程的求解

（二）對解式的討論

（三）矩形截面波導(dǎo)中的TElo模

（四）矩形截面波導(dǎo)的使用

四、圓截面金屬波導(dǎo)

（一）圓截面波導(dǎo)中場方程的求解

（二）基本結(jié)論

（三）圓截面波導(dǎo)中的三個(gè)重要模式TE11、TM01與TE01

（四）同軸線中的高次模

五、光波導(dǎo)

（一）光纖的結(jié)構(gòu)形式及導(dǎo)光機(jī)理

（二）單模光纖的標(biāo)量近似分析重點(diǎn)：平行雙線與同軸線，微帶傳輸線，矩形截面金屬波導(dǎo)，圓截面金屬波導(dǎo)，光波導(dǎo)難點(diǎn)：圓截面波導(dǎo)中的三個(gè)重要模式

第四章微波元件及微波網(wǎng)絡(luò)理論概要一、連接元件

（一）波導(dǎo)抗流連接

（二）同軸線——波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器

（三）同軸線——微帶線轉(zhuǎn)接器

（四）波導(dǎo)——微帶線轉(zhuǎn)接器

（五）矩形截面波導(dǎo)——圓截面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器

二、波導(dǎo)分支接頭

（一）E—T分支

（二）H—T分支

（三）雙T分支

三、波導(dǎo)R，L，C元件

（一）匹配負(fù)載和衰減器

（二）電抗元件

四、定向耦合器

（一）定向耦合器的基本指標(biāo)

（二）波導(dǎo)窄壁雙孔耦合定向耦合器

五、阻抗變換器與阻抗調(diào)配器

（一）阻抗變換器

（二）阻抗調(diào)配器

六、微波諧振器

（一）角柱腔——從傳輸模到諧振模

（二）圓柱腔

七、微波鐵氧體元件

（一）微波鐵氧體的物理特性

（二）場移式隔離器

（三）環(huán)流器

八、微波元件等效為微波網(wǎng)絡(luò)

（一）構(gòu)成微波網(wǎng)絡(luò)必須考慮的一些問題

（二）二端口微波網(wǎng)絡(luò)

九、微波網(wǎng)絡(luò)的散射參量與傳輸參量

（一）散射參量

（二）傳輸參量

十、二端口微波網(wǎng)絡(luò)參量

（一）二端口微波網(wǎng)絡(luò)參量的相互轉(zhuǎn)換

（二）特定情況下二端口微波網(wǎng)絡(luò)參量的性質(zhì)

（三）基本單元二端口微波網(wǎng)絡(luò)的參量

（四）微波網(wǎng)絡(luò)參量的測定

十一、微波網(wǎng)絡(luò)的外特性參量

（一）電壓傳輸系數(shù)

（二）插入衰減L

（三）插入相移

（四）輸入駐波比p

重點(diǎn)：定向耦合器，微波諧振器，阻抗變換器與阻抗調(diào)配，微波鐵氧體元件，微波元件等效為微波網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)：二端口微波網(wǎng)絡(luò)參量

第五章天線理論基礎(chǔ)

一、電流元的輻射場

二、行波長線天線

三、自由空間中的對稱振子天線

（一）對稱振子上的電流

（二）對稱振子天線的輻射場

四、發(fā)射天線的電特性參量

（一）天線的方向性特性參量

（二）天線輻射波的極化

（三）天線的輻射功率與輻射電阻

（四）天線的方向系數(shù)和增益

（五）天線的輸入阻抗

（六）天線的有效長度

（七）天線的工作頻帶寬度

五、接收天線

（一）接收天線接收電磁波的物理過程

（二）天線的互易定理

（三）天線的有效接收面積

（四）付里斯（Friis）傳輸公式

（五）接收天線的等效噪聲溫度

六、天線陣列

（一）二元天線陣列

（二）N元均勻直線陣列

（三）圓陣

（四）面陣、體陣和連續(xù)元陣

（五）對稱振子陣列的輸入阻抗

七、相控陣與智能天線的基本原理

（一）相控天線陣列

（二）智能天線的基本原理——波束形成

八、地面對天線特性的影響

（一）遠(yuǎn)離地面架設(shè)的天線

（二）近地架設(shè)的天線

九、離散陣列中其他常用單元線狀天線

（一）折合振子

（二）圓環(huán)天線

十、以時(shí)變電場和時(shí)變磁場為源的基本輻射元

（一）基本口徑面輻射源——惠更斯（Huygens）元

（二）基本隙縫輻射元

重點(diǎn)：發(fā)射天線，接收天線，天線陣列，相控陣與智能天線的基本原理，地面對天線特性的影難點(diǎn)：以時(shí)變電場和時(shí)變磁場為源的基本輻射元

第六章工程中常用的典型天線

一、電磁波在自然環(huán)境中的傳播

（一）地表面波（地波）傳播

（二）

電離層反射（天波）傳播

（三）直視（空間波）傳播

（四）各波段電磁波的傳播

二、直立天線

（一）直立天線的輻射場與方向性

（二）直立天線的特性參量

（三）直立天線性能的改善

三、水平偶極天線

（一）方向函數(shù)與方向圖

（二）基本特性參數(shù)

（三）天線架設(shè)參數(shù)的選擇

四、菱形天線

（一）菱形天線的構(gòu)成及基本工作原理

（二）菱形天線的架設(shè)

五、引向天線

（一）引向天線的工作原理

（二）輻射特性的分析計(jì)算方法

（三）引向天線特性參量的近似計(jì)算

六、螺旋天線

（一）螺旋天線的結(jié)構(gòu)與輻射模式

（二）軸向輻射模式螺旋天線的方向性

七、正交振子與電視發(fā)射天線

（一）正交振子的輻射

（二）翼面振子

八、移動(dòng)通信用天線

（一）手持機(jī)（移動(dòng)臺(tái)）用天線

（二）基站臺(tái)用天線

九、波導(dǎo)隙縫陣列天線

（一）隙縫天線

（二）波導(dǎo)隙縫天線陣列

十、微帶貼片天線的基本原理

（一）矩形貼片微帶輻射元

（二）微帶貼片天線的饋電

十一、口徑面天線

（一）波導(dǎo)終端口徑面的輻射特性

（二）電磁喇叭

（三）拋物反射面天線

（四）雙反射面天線重點(diǎn)：電磁波在自然環(huán)境中的傳播，各種天線的工作原理與參數(shù)，電視發(fā)射天線，移動(dòng)通信用天線難點(diǎn)：波導(dǎo)隙縫陣列，平面口徑輻射的計(jì)算與方向圖；四、課程各