微波技術(shù)與天線

1、緒論及第一章公式：無耗傳輸線的三種狀態(tài)分析：1、行波狀態(tài)無限長傳輸線、負(fù)載匹配（Zl=Z0）無反射的傳輸狀態(tài), 反射系數(shù)l=0 ，=1，K=1沿線電壓和電流振幅恒定不變，相位是位置z和時(shí)間t的函數(shù)，在任意點(diǎn)上都同相；傳輸線上輸入阻抗處處相等，Zin(z)=Z02、純駐波狀態(tài)全反射狀態(tài), 終端反射系數(shù)|(z)|=1 ， 。1)終端短路（負(fù)載阻抗Zl=0，終端電壓U1=0， l = -1）2)終端開路（負(fù)載阻抗Zl=¥，終端電流I1=0 ， l=1 ）3)終端接純電抗負(fù)載（負(fù)載阻抗Zl= jX ，|1|=1 ）負(fù)載為純電感（X >0）或 負(fù)載為純電容（X<0）3、行駐波狀態(tài)

2、當(dāng)微波傳輸線終端阻抗負(fù)載R1<Z0或R1>Z0或Z1=R1+jX1時(shí), 由信號(hào)源入射的電磁波功率一部分被終端負(fù)載吸收, 另一部分則被反射, 因此傳輸線上既有行波又有純駐波, 構(gòu)成混合波狀態(tài), 故稱之為行駐波狀態(tài)。 此時(shí)， |1|<1，反射波幅度小于入射波幅度，行波與駐波的相對(duì)大小決定于負(fù)載與傳輸線的失配程度。 (i) 駐波波腹值為入射波的兩倍，波節(jié)值等于零。短路線終端為電壓波節(jié)、電流波腹；開路線終端為電壓波腹、電流波節(jié)；接純電抗負(fù)載時(shí)，終端既非波腹也非波節(jié)。(ii) 與電壓波腹點(diǎn)相差/4處永遠(yuǎn)是電壓波節(jié)點(diǎn)（電流波腹點(diǎn)）。 (iii) 沿線同一位置的電壓電流之間時(shí)間和空間相位差

3、均為/2，所以駐波狀態(tài)只有能量的存貯并無能量的傳輸。這個(gè)結(jié)論對(duì)確定負(fù)載阻抗的性質(zhì)很有用：當(dāng)負(fù)載為純感抗時(shí)，離開終端第一個(gè)出現(xiàn)的是電壓波腹點(diǎn)；當(dāng)負(fù)載為純?nèi)菘箷r(shí)，離開終端第一個(gè)出現(xiàn)的是電壓波節(jié)點(diǎn)。電壓幅度最大, 而電流幅度最小, 此處稱為電壓的波腹點(diǎn),此時(shí)電壓幅度最小, 而電流幅度最大, 此處稱為電壓的波節(jié)點(diǎn)。此時(shí) 實(shí)際上, 無耗傳輸線上距離為4的任意兩點(diǎn)處阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方, 這種特性稱之為/4阻抗變換性。無耗傳輸線的傳輸特性（阻抗性質(zhì)）均有2重復(fù)性和 4變換性。傳輸線的三種匹配狀態(tài)：1、 負(fù)載阻抗匹配 負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗；傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波, 而無反射

4、波。匹配負(fù)載完全吸收了由信源入射來的微波功率，而不匹配負(fù)載則將一部分功率反射回去, 在傳輸線上出現(xiàn)駐波。2、 源阻抗匹配 電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗； 電源和傳輸線是匹配的（這種電源稱之為匹配源）。匹配源給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的, 負(fù)載有反射時(shí), 反射回來的反射波被電源吸收。3、 共軛阻抗匹配 傳輸線輸入阻抗與信號(hào)源內(nèi)阻互為共軛值。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), 負(fù)載能得到最大功率值。 阻抗匹配方法從頻率上劃分有窄帶匹配和寬帶匹配，從實(shí)現(xiàn)手段上劃分最基本的有串聯(lián)/4阻抗變換器法、支節(jié)調(diào)配器（又稱分支匹配器）法。由于無耗傳輸線的特性

5、阻抗是一個(gè)純電阻（實(shí)數(shù)）, 原則上,/4阻抗變換器只適合于對(duì)純電阻性負(fù)載進(jìn)行匹配。若負(fù)載是復(fù)阻抗, 可采用在靠近終端的電壓波腹點(diǎn)或波節(jié)點(diǎn)處接入/4阻抗變換器的方法來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。略：史密斯圓圖第三章硬同軸線（又稱同軸波導(dǎo)）：以圓柱形銅棒作內(nèi)導(dǎo)體, 同心的銅管作外導(dǎo)體,內(nèi)外導(dǎo)體之間媒質(zhì)通常為空氣，內(nèi)導(dǎo)體用高頻介質(zhì)墊圈支撐。軟同軸線（又稱同軸電纜）：內(nèi)導(dǎo)體一般采用多股銅絲, 外導(dǎo)體是銅絲網(wǎng), 在內(nèi)、外導(dǎo)體間用高頻介質(zhì)填充, 外導(dǎo)體網(wǎng)外有一層橡膠保護(hù)殼。同軸線中既可傳輸無色散的TEM波，也可能存在有色散的TE波和TM波。色散波能否存在，決定于工作波長和截止波長之間的關(guān)系，既由工作波長與同軸線尺寸的關(guān)

6、系決定。同軸線傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模1、當(dāng)同軸線中填充空氣時(shí), 相應(yīng)于耐壓最高時(shí)的特性阻抗為60，相應(yīng)于傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗為30，相應(yīng)于衰減最小時(shí)的特性阻抗為76.7。實(shí)際使用的同軸線的特性阻抗一般有50和75兩種。50的同軸線兼顧了耐壓、功率容量和衰減的要求, 是一種通用型同軸傳輸線；75的同軸線主要用于遠(yuǎn)距離傳輸。2、在決定同軸線的內(nèi)、外直徑時(shí), 必須同時(shí)考慮使用要求和工作模式。3、帶狀線傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模,同時(shí)也存在高次TE和TM模。帶狀線特性阻抗隨著 w/b 的增大（增大、減?。┒鴾p?。ㄔ龃?、減小）, 隨著 t/b 的增大（增大、減?。┒鴾p?。ㄔ龃?、減?。?。 4、微波波段低頻端

7、，微帶線的工作模式為準(zhǔn)TEM模。微帶線的高次模有波導(dǎo)模式和表面波模式兩種模式。介質(zhì)微帶特性阻抗隨著w/h增大（增大、減小）而減?。ㄔ龃蟆p?。幌嗤叽鐥l件下, er越大, 特性阻抗越小。0.5 1 1.5 2 2.518016014012010080604020er=3.78er=9.6w/hZ0(W)1 2 3 1t/h=02t/h=0.053t/h=0.10第四章公式歸一化電阻（Ze為等效傳輸線的等效特性阻抗）歸一化電壓和歸一化電流注意:歸一化的前提條件是功率相等一下各式除特殊指出外均有物理意義1. 阻抗矩陣（阻抗參量）對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)有 Z12=Z21 對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)有 Z11=Z22 2.

8、 導(dǎo)納矩陣（導(dǎo)納參量）對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)有 Y12=Y21 對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)有 Y11=Y22 3. 轉(zhuǎn)移矩陣（轉(zhuǎn)移參量）對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò): A11A22-A12A21=a11a22-a12a21=1對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò): A11=A22 a11=a224. 散射矩陣（散射參量）對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò): S12=S21對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò): S11=S22對(duì)于無耗網(wǎng)絡(luò): S+S=1 5. 傳輸矩陣（傳輸參量）其中T11表示參考面T2接匹配負(fù)載時(shí), 端口1至端口2的電壓傳輸系數(shù)的倒數(shù), 其余三個(gè)參數(shù)沒有明確的物理意義。對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò): T11T22-T12T21=1對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò): T12=-T21 多端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣描述多端口網(wǎng)絡(luò)的參量矩陣只有阻抗矩陣、導(dǎo)納矩陣和散射矩陣三種。其中 Sij(i j) 表示端口i至端口j的電壓傳輸系數(shù)。Sij0表示端口i與端口j之間有耦合； Sij=0表示端口i與端口j之間無耦合（相互隔離）。 Sij(i= j) 表示端口i的電壓反射系數(shù)。 多端口網(wǎng)絡(luò)S矩陣的性質(zhì):(1) 互易