微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)

1、微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)緒論微波的定義：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。微波的頻率范圍：300MHz3000GHz,其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍是 1m0.1mm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、 入/2重復(fù)性：無(wú)耗傳輸線上任意相距入/2

2、處的阻抗相同Zin（z）= Zin（z+ “2）2、?/ 4 變換性：Zin （z）- Zin（z+ /4）=Z 02證明題： （作業(yè)題 ）參數(shù)行波駐波行駐波I r|010 V I 田 1p1OO1 V pV OZ1匹配短路、開路、任意負(fù)載純電抗能量電磁能量全部電磁能量在原被負(fù)載吸收地震蕩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)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

3、時(shí)只有從信源到負(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。傳輸線的阻抗匹配（ V 4阻抗變換）（P15和P17）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)分析傳輸線匹配問題的有效方法。1. 反射系數(shù)圓圖：r （z） =| r|ej（平-2卩z= | rej1為終端反射系數(shù)的幅度，=-2 Bz是z處反射系數(shù)的幅角

4、。反射系數(shù)圓圖中任一點(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 XV0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max又代表駐波比p。?| r |=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

5、反射系數(shù)圓圖、歸一化電阻圓圖和歸一化電抗圓圖畫在一起，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| r乍為史密斯圓圖的基底；? 把阻抗（或?qū)Ъ{）、駐波比關(guān)系套覆在| r圓上。回波損耗、功率分配等問題的分析? 回波損耗問題：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（P in Pr） （dB）對(duì)于無(wú)耗傳輸線，a =0, Lr與z無(wú)關(guān)，即Lr（z）=- 20lg| i（dB）2. 插入損耗：定義為入射波功率與傳輸功率之比3. |可越大，則| Lr |越小；| r|越小，貝U | Lin|越大。P21

6、：有關(guān)回波損耗的例題（例1-4 ）功率分配問題：P19)1. 入射波功率、反射波功率和傳輸功率計(jì)算公式反映出了它們之間的分配關(guān)系。2. 傳輸線的傳輸效率：n二負(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)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 H z =0? TM波（E波）：只有縱向電場(chǎng)，又稱磁場(chǎng)純橫向波。Ez工0而Hz=O? TE波（H波）：只有縱向磁場(chǎng)，又稱電場(chǎng)純橫向波。Ez=0而Hz工0導(dǎo)行條件：

7、kcv k時(shí)，ffc為導(dǎo)行波。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? TM 11 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

8、。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)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矩形波導(dǎo)的橫截面逐漸過渡變?yōu)閳A波導(dǎo)。 即構(gòu)成方圓波導(dǎo)變換器。圓對(duì)稱 TM 01 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

9、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)說是低的，故可將工作在此模式下的圓波導(dǎo)用于毫米波的遠(yuǎn)距離傳輸或制作高 Q 值的諧振腔。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 TM 1n 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s

10、inm $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。熟悉矩形波導(dǎo)壁電流分布及應(yīng)用波導(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)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矩 形波導(dǎo)的橫截面逐漸過渡變?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?TEM 波。可存在高次模。? 用途：替代同軸線制作高性能的無(wú)源元

11、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)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)a、相速VP和波導(dǎo)波長(zhǎng)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)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

12、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】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r, r和rm，從而可以求出 S11,S12,S22。第五章 微波元器件匹配負(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

13、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。衰減器，移相器（作用） ：改變導(dǎo)行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位； 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。熟練掌握線圓極化轉(zhuǎn)換器的工作原理及作用了解場(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。 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)鞑サ膫鞑シ绞健Ｖ饕糜陂L(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