微波技術(shù)與天線第二版

1、微波技術(shù)與天線第一局部 課程性質(zhì)與目標(biāo)一、 課程性質(zhì)與特點(diǎn)微波技術(shù)與天線是電子與信息工程專業(yè)、通信技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程研究的基本內(nèi)容是電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)理論、導(dǎo)行電磁波和導(dǎo)模概念、各個(gè) 導(dǎo)行波場(chǎng)的求解方法、傳輸線的基本理論和計(jì)算方法、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與器件、天 線的基本概念、基本理論及天線的基本結(jié)構(gòu)并且與現(xiàn)代通信緊密相關(guān)的新技術(shù)。二、課程目標(biāo)與基本要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握微波與天線的基本概念、基本理論和基本分析方法。并在此基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)去解決微波與天線領(lǐng)域的工程實(shí) 際問(wèn)題，為今后從事微波與天線研究和工程設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。三、與本專業(yè)其他課程的關(guān)系本課程的前導(dǎo)課程是

2、高等數(shù)學(xué)、電路分析基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)物理方法、電磁場(chǎng)理論。是無(wú)線通信技術(shù)的基礎(chǔ)課程。第二局部 考核內(nèi)容與考核目標(biāo)第一章場(chǎng)論與靜態(tài)電磁場(chǎng)一、學(xué)習(xí)目地與要求本章主要研究靜態(tài)電磁場(chǎng)的基本規(guī)律和分析方法。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠理解電荷與電流密度的概念，理解并掌握電流連續(xù)性方程；理解并掌握靜電 場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的基礎(chǔ)一庫(kù)侖定律和安培力定律，牢固建立靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的概 念，并能根據(jù)不同電荷分布和電流分布的相關(guān)電磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算表達(dá)式,計(jì)算一些 典型電荷分布和電流分布的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)；牢固掌握靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的基本方程，深刻理解靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的基本性質(zhì)；深刻理解電位和磁位的物 理意義，掌握電位與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁位與

3、磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系，了解電介質(zhì)極化和磁 介質(zhì)磁化的物理過(guò)程。二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)（-） 場(chǎng)論（一般）識(shí)記：矢量運(yùn)算中的相關(guān)規(guī)那么及矢量恒等式 理解：標(biāo)量場(chǎng)與矢量場(chǎng)的概念、標(biāo)量場(chǎng)的等值面和矢量場(chǎng)的矢量線、矢量場(chǎng)的散度與旋度、標(biāo)量場(chǎng)的梯度。應(yīng)用：應(yīng)學(xué)會(huì)應(yīng)用矢量分析這一重要數(shù)學(xué)工具去研究電磁場(chǎng)在空間的分布和變化規(guī)律。（二）靜電場(chǎng)（次重點(diǎn)）識(shí)記：電荷與電荷密度、電場(chǎng)強(qiáng)度、均勻介質(zhì)中的電場(chǎng) 理解：、電場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)計(jì)算公式、庫(kù)侖定律 應(yīng)用：用靜電場(chǎng)的基本方程高斯定律求解靜電場(chǎng)、計(jì)算點(diǎn)電荷系統(tǒng)和一些連續(xù)分布電荷系統(tǒng)的電位（三）穩(wěn)恒電流場(chǎng)（一般）識(shí)記：電流密度、歐姆定律、焦耳定律的微分形式 理解:、電荷守恒

4、定律、穩(wěn)恒電流場(chǎng)的基本方程（四）恒定磁場(chǎng)（次重點(diǎn)）識(shí)記：磁感應(yīng)強(qiáng)度、介質(zhì)的磁化理解：穩(wěn)恒磁場(chǎng)的基本方程、矢量磁位、磁介質(zhì)中的安培定律 應(yīng)用：運(yùn)用安培環(huán)路定律求解具有一定對(duì)稱性分布的磁場(chǎng)、利用矢量磁位求解一些簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)分布問(wèn)題第二章電磁波原理一、學(xué)習(xí)目地與要求本章主要討論了時(shí)變電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律、電場(chǎng)和磁場(chǎng)在交替變化的過(guò)程中所形成的電磁波的相關(guān)特性，并重點(diǎn)講述了均勻平面電磁波在無(wú)界空間的傳播特性掌握麥掌握麥和在分界面上的反射和透射特性。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生們必須牢 克斯韋方程組的積分形式、微分形式，深刻理解其物理意義；必須正確理解和使 用邊界條件、深刻理解坡印廷矢量的物理意義并能用其分析計(jì)算電

5、磁能量的傳輸 情況；掌握電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程以及理解矢量位和標(biāo)量位的概念和滿足的相應(yīng)方 程；深刻理解和掌握均勻平面電磁波在無(wú)界理想介質(zhì)中的傳播特性，理解描述傳 播特性的參量的物理意義；掌握三種極化方式的產(chǎn)生條件；熟練掌握平面電磁波 對(duì)理想導(dǎo)體和理想介質(zhì)垂直入射時(shí)的分析方法和過(guò)程;理解平面電磁波向理想導(dǎo) 體界面的斜入射。二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)時(shí)變電磁場(chǎng)（重點(diǎn)）識(shí)記：正弦電磁場(chǎng)的復(fù)數(shù)表示法、坡印廷定理、波動(dòng)方程、唯一性定理理解：麥克斯韋方程、時(shí)變場(chǎng)的邊界條件、坡印廷矢量應(yīng)用：從麥?zhǔn)戏匠坛霭l(fā)，結(jié)合邊界條件求解相關(guān)問(wèn)題。平面電磁波（重點(diǎn)）識(shí)記：沿任意方向傳播的平面波 理解：理想介質(zhì)中的均勻平面波、波的極

6、化應(yīng)用：計(jì)算在自由空間傳播的均勻平面波的電場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度；計(jì)算描述 均勻平面波傳播特性的參量（如波矢量、波阻抗等）;計(jì)算坡印廷矢量平面電磁波的反射與折射（次重點(diǎn)）識(shí)記：垂直極化波、平行極化波、理解：垂直極化波入射、平行極化波入射、全透射與全反射平面電磁波向理想導(dǎo)體界面的斜入射（一般）識(shí)記：垂直極化波斜入射、平行極化波斜入射第三章導(dǎo)行電磁波一、學(xué)習(xí)目地與要求本章主要討論電磁波在導(dǎo)波系統(tǒng)中的傳輸問(wèn)題。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求同學(xué) 們必須掌握求解波導(dǎo)中場(chǎng)的重要方法一縱向場(chǎng)分析法，該方法中所涉及到的有關(guān) 物理量，如傳播常數(shù)、截止波數(shù)的物理意義必須深刻理解，計(jì)算公式必須牢固掌 握；牢固掌握波沿規(guī)那么波導(dǎo)傳

7、輸?shù)囊话闾匦?；熟知波沿不同形狀的波?dǎo)傳輸?shù)南?關(guān)特性如矩形波導(dǎo)、圓形波導(dǎo)等，重點(diǎn)掌握矩形波導(dǎo)中的主要傳輸模式一藥。模; 必須了解同軸線中的傳輸模式，并能通過(guò)恰中選擇尺寸的情況下，保證TEM波 的傳輸；了解波導(dǎo)激勵(lì)與耦合的方式。二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)（-）規(guī)那么波導(dǎo)的分析方法和一般特性（重點(diǎn)）識(shí)記：波導(dǎo)中的波型一TE , TM和TEM波、波的速度一相速度，群速度、 波導(dǎo)波長(zhǎng)、波阻抗理解：不同模式的傳輸條件、截止現(xiàn)象和截止波長(zhǎng)應(yīng)用：能用縱向場(chǎng)法求解波導(dǎo)中電磁波的場(chǎng)解、應(yīng)用相關(guān)公式求出波導(dǎo)中描 述波傳輸特性的相關(guān)參量。金屬矩形波導(dǎo)的場(chǎng)解（重點(diǎn)）理解：矩形波導(dǎo)中不同波型的場(chǎng)解、矩形波導(dǎo)中的傳輸特性、

8、波導(dǎo)的功率 容量應(yīng)用：計(jì)算不同模式的截止波長(zhǎng)、能確定波導(dǎo)中能傳輸或截止的模式、熟 悉單模傳輸條件、能繪出理。模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)，壁電流分布、計(jì)算理。模式的相關(guān) 傳輸參量圓柱形波導(dǎo)（次重點(diǎn)）識(shí)記：圓波導(dǎo)中不同波型的場(chǎng)解理解：圓波導(dǎo)中的三個(gè)主要波型及其應(yīng)用同軸傳輸線（次重點(diǎn)）識(shí)記：、同軸線中的高模及尺寸選擇理解：同軸線中的TEM波波導(dǎo)的激勵(lì)與耦合（一般）識(shí)記：波導(dǎo)激勵(lì)的方式及激勵(lì)裝置第四章微波傳輸線的基本理論一、學(xué)習(xí)目地與要求本章以雙導(dǎo)線為例用路的分析方法主要討論了微波傳輸線上的傳輸特性和 電壓電流的分布規(guī)律，同時(shí)推出了一種重要的計(jì)算工具一阻抗圓圖，并將這一計(jì) 算工具應(yīng)用于工程實(shí)際中，如阻抗匹配技術(shù)。通

9、過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們必須 深刻理解微波傳輸線的分布參數(shù)概念，了解傳輸線方程及其解以及傳輸線的工作 特性參數(shù)；必須掌握傳輸線的三種不同工作狀態(tài)的條件和特點(diǎn)；必須掌握用阻抗 圓圖來(lái)解決傳輸線應(yīng)用中的計(jì)算問(wèn)題；了解不同阻抗匹配器的匹配方法，學(xué)會(huì)在 阻抗匹配時(shí)用阻抗圓圖來(lái)進(jìn)行計(jì)算；了解微波集成電路的主要組成局部一微帶線二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)微波傳輸線的分析（次重點(diǎn)）識(shí)記：分布參數(shù)概念、傳輸線方程及其一般解理解：傳輸線方程的定解（終端電壓和電流）、傳輸線的工作參數(shù)，如 特性阻抗、反射系數(shù)、輸入阻抗、傳播常數(shù)、相速及波長(zhǎng)。應(yīng)用：應(yīng)用相關(guān)公式計(jì)算傳輸線上的電壓和電流、反射系數(shù)、輸入阻抗均勻無(wú)耗傳輸線的

10、工作狀態(tài)（重點(diǎn)）理解：形成行波狀態(tài)、駐波狀態(tài)、行駐波狀態(tài)的條件和特點(diǎn)應(yīng)用：求出不同工作狀態(tài)下的電壓、電流、輸入阻抗、駐波比，并能繪制出 相關(guān)圖形。（三）阻抗圓圖（重點(diǎn)）應(yīng)用：在傳輸線問(wèn)題的相關(guān)運(yùn)算中使用阻抗圓圖來(lái)進(jìn)行計(jì)算。傳輸線的阻抗匹配（重點(diǎn)）應(yīng)用：會(huì)采用不同的阻抗匹配器進(jìn)行傳輸線的阻抗匹配微帶傳輸線（一般）識(shí)記：對(duì)稱微帶和不對(duì)稱微帶的演變過(guò)程及結(jié)構(gòu)、它們中所傳輸?shù)牟ㄐ偷谖逭挛⒉ňW(wǎng)絡(luò)與元器件一、學(xué)習(xí)目地與要求本章主要討論了微波等效電路的方法，這就是將本質(zhì)上是場(chǎng)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為電 路問(wèn)題來(lái)處理的重要方法，這對(duì)處理橫截面形狀不均勻物體時(shí)極為有用，如微波 元器件的分析和處理。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們

11、必須掌握如何將波導(dǎo)等效為 雙線傳輸線、不均勻體等效為網(wǎng)絡(luò)，必須深刻理解模式電壓和模式電流的意義； 必須深刻理解網(wǎng)絡(luò)參量的物理意義，并學(xué)會(huì)用任意網(wǎng)絡(luò)參量去描述一個(gè)具體的微 波電路。對(duì)于二端口網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)其重點(diǎn)放在A參量，其余參量中的S參量是微 波網(wǎng)絡(luò)所樂(lè)于采用的重要參量；微波網(wǎng)絡(luò)理論的主要應(yīng)用場(chǎng)合就是對(duì)各種微波元 器件的分析和處理，對(duì)于各種不同的元器件，必須了解其功能及結(jié)構(gòu)，熟知其工 作原理及應(yīng)用場(chǎng)合。二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)微波網(wǎng)絡(luò)的等效（重點(diǎn)）理解：模式電壓和模式電流的概念、模式矢量函數(shù)的歸一化條件、歸一化模 式電壓和歸一化模式電流的概念。應(yīng)用：根據(jù)相關(guān)條件求對(duì)應(yīng)模式的模式電壓和模式電流（二）

12、 雙端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗矩陣、導(dǎo)納矩陣及A矩陣（A重點(diǎn)，Z、Y次重點(diǎn)）識(shí)記：阻抗矩陣、導(dǎo)納矩陣的特點(diǎn)及性質(zhì)理解：A參量的特點(diǎn)及性質(zhì)以及不同電路的A矩陣 應(yīng)用：用A矩陣解決二端網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)問(wèn)題（三）雙端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣（重點(diǎn)）理解：散射參量的物理意義、散射參量的性質(zhì)應(yīng)用：求解具體電路的S參量（四）多端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣（一般）識(shí)記：多口網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及性質(zhì)（五）微波元件（一般）識(shí)記：各元件的功能及工作原理第六章天線基本原理一、學(xué)習(xí)目地與要求本章主要討論了天線產(chǎn)生輻射場(chǎng)的基本原理和各種不同天線的輻射性能。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們必須掌握基本振子的輻射性能；必須深刻理解為了增 加輻射電阻，提高天線的輻射能力所采用的振子天線的工作原理；必須了解為了 獲得較強(qiáng)的方向性和其它特性所采用的天線陣列的性能；必須熟知發(fā)射天線和接 收天線的電參數(shù)；簡(jiǎn)單了解各種線天線和面天線的輻射性能和應(yīng)用場(chǎng)合。二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)（-）基本振子的輻射（重點(diǎn)）理解：電流的場(chǎng)解、電基本振子場(chǎng)解、電偶極子的近區(qū)場(chǎng)、電偶極子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)、磁基本振子。應(yīng)用：分析和計(jì)算天線的輻射場(chǎng)、輻射方向性、半功率寬度、零功率寬度和 副瓣電平以及輻射電阻。（二） 振子天線（重點(diǎn)）理解：對(duì)稱振子的