微波及天线技术

1、微波技术与天线课程报告班 级：成 绩：2目录绪论1一、均匀传输线理论2二、规则金属波导3三、波导集成传输线4四、波导网络基础5五、微波元器件 6六、天线辐射与接收的基本理论7七、电波传播概论8八、线天线9九、 面天线10心得体会11本课程共涉及九章内容，我们主要学习了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波元器件、天线辐射与接收理论、电波传播概论、线天线、面天线。第一章 均匀传输线理论一、均匀传输线方程及其解对均匀传输线的分析方法通常有两种: 一种是场分析法, 即从麦克斯韦尔方程出发, 求出满足边界条件的波动解, 得出传输线上电场和磁场的表达式, 进而分析传输特性; 第

2、二种是等效电路法, 即从传输线方程出发, 求出满足边界条件的电压、 电流波动方程的解, 得出沿线等效电压、电流的表达式, 进而分析传输特性。1、均匀传输线方程a. 时谐传输线方程 b.电压、电流的通解：Z0=(R+jL)/(G+jC) 二、传输线的阻抗和状态参量a. 传输线的特性阻抗 ：反射系数：传输线上任意一点处的反射波电压与入射波电压之比.驻波比：传输线上电压最大值与电压最小值之比.三、无耗传输线的状态分析有三种不同的工作状态：1.行波状态；2.纯驻波状态；3.行驻波状态四、传输线的传输功率、 效率和损耗 1. 传输功率与效率 2. 回波损耗和插入损耗 五、传输线的三种匹配状态：a.负载阻

3、抗匹配；b.源阻抗匹配；c.共轭阻抗匹配六、史密斯圆图及其应用1、圆图分为：a阻抗圆图 b导纳圆图 七、同轴线的特性阻抗同轴线是一种典型的双导体传输系统。第二章、规则金属波导一、导波原理1、规则金属管内电磁波2、传输特性：1相移常数和截止波数相速与波导波长波阻抗传输功率二、矩形波导1、矩形波导中的场矩形金属波导中只能存在TE波和TM波2、矩形波导的传输特性三、圆形波导1、圆波导中的场2、圆波导的传输特性截止波长 圆波导TE模、TM模的截止波长分别是： kcTEmn=mna kcTMmn=mna四、波导的激励与耦合激励波导的方法通常有三种：电激励，磁激励，电流激励第三章、微波集成传输线一、微带传

4、输线其基本结构有两种形式：带状线和微带线二、介质波导介质波导可分为两大类：一类是开放式介质波导，主要包括圆形介质波导和介质镜像线；另一类是半开放式介质波导，主要包括H型波导、G型波导等。三、光纤1、单模光纤和多模光纤2、光线的特性数值孔径NA= sin3、光纤的传输特性 a.光纤的损耗 b.光纤的色散特性第四章 微波网路基础一、等效传输线a.等效电压和等效电流 b模式等效传输线二、串口网络（a）端接微波元件 （b）等效串口网络1、串口网络的传输特性等效传输线上任意点等效电压、等效电流为： 2、归一化电压和电流由于微波网络比较复杂, 因此在分析时通常采用归一化阻抗, 即将电路中各个阻抗用特性阻抗

5、归一, 与此同时电压和电流也要归一。三、双端口网络的阻抗与转移矩阵双端口网络1、阻抗矩阵与导纳矩阵2、转移矩阵： 四、散射矩阵与传输矩阵1、散射矩阵2、传输矩阵：当用a1、b1作为输入量, a2、b2作为输出量, 此时有以下线性方程: 化成矩阵形式： 第五章 微波元器件一、连接匹配元件微波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及阻抗匹配元器件三大类。终端负载元件是连接在传输系统终端实现终端短路、匹配或标准时匹配等功能的元件。微波连接元件用以将作用不同的两个微波系统按一定的要求连接起来，主要包括波导接头、衰减器、相移器及转换接头等；阻抗匹配元器件是用于调整传输系统与终端之间阻抗匹配的器件。

6、1、终端负载元件该终端负载元件是典型的一端口互易元件，主要包括短路负载、匹配负载和适配负载。2、微波连接元件该微波连接元件是二端口互易元件，主要包括：波导接头、衰减器、相移器、转换接口。3、阻抗匹配元件 它的作用是消除反射，提高传输效率，改善系统稳定性。如螺钉调配器、阶梯阻抗变换器和渐变性阻抗变换器。二、功率分配元器件1、定向耦合器它是一种具有定向传输特性的四端口元件，是有耦合装置联系在一起的两对传输系统构成。 定向耦合器的性能指标：耦合度、隔离度、定向度、输入驻波比、工作带宽2、功率分配器 将一路微波功率按一定的比例分成n路输出的功率元件称为功率分配器 两路微带功率分配器的平面结构3、波导分

7、支器将微波能量从主波导中分路接出的元件称为波导分支器。如E面T型分支 三、微波谐振器件 在低频电路中，谐振回路是一种基本元件，它是由电感和电容串联或并联而成，在振荡器中作为振荡回路，用以控制振荡器的频率；再放大其中用作谐振回路；在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。各种微波谐振器1、微波谐振器件的演化过程及其参量 谐振频率： f0=12LC2、矩形空腔谐振器矩形空腔谐振器是由一段长 、两端短路的矩形波导组成3、微带谐振器第六章、天线辐射与接收的基本理论一、概论通信的目的是传递信息, 根据传递信息的途径不同, 可将通信系统大致分为两大类: 一类是在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息, 即所谓的

8、有线通信, 如电话、计算机局域网等有线通信系统; 另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信息, 即所谓的无线通信, 如电视、 广播、 雷达、 导航、卫星等无线通信系统。二 、基本振子的辐射1. 电基本振子电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I振幅均匀分布、 相位相同的直线电流元, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。2. 磁基本振子的场磁基本振子是一个半径为b的细线小环, 且小环的周长满足条件：2bEz1, 故在地面上采用直立天线接收较为适宜。但在某些场合, 由于受到条件的限制, 也可以采用低架水平天线接收。 地面波由于地表面的电性能及地貌、 地物等并

9、不随时间很快地变化, 并且基本上不受气候条件的影响, 因此信号稳定, 这是地面波传播的突出优点。 五、不均匀媒质的散射传播除了上述三种基本传输方式外, 还有散射波传播。 电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质团”时就会发生散射, 散射波的一部分到达接收天线处, 这种传播方式称为不均匀媒质的散射传播。对流层散射传播具有下列特点: 由于散射波相当微弱, 即传输损耗很大（包括自由空间传输损耗、散射损耗、大气吸收损耗及来自天线方面的损耗, 一般超过200dB）, 因此对流层散射通信要采用大功率发射机、 高灵敏度接收机和高增益天线。 由于湍流运动的特点, 散射体是随机变化的, 它们之间在电性

10、能上是相互独立的, 因而它们对接收点的场强影响是随机的。 这种随机多径传播现象, 使信号产生严重的快衰落。 这种快衰落一般通过采用分集接收技术来克服。 这种传播方式的优点是: 容量大, 可靠性高, 保密性好, 单跳跨距达300800 km, 一般用于无法建立微波中继站的地区, 如用于海岛之间或跨越湖泊、沙漠、雪山等地区。 第八章、线天线一、对称阵子天线细振子的辐射1、半波阵子的辐射电阻及其方向性 半波振子的E面方向图函数为： F=cos2cossin2、振子天线的输入阻抗特性阻抗： Z0=120lnDa对称振子上得输入阻抗设传输线几乎没有辐射，而对称振子是一种辐射器，它相当于具有损耗的传输线，

11、根据传输线理论，长度h的有损耗的输入阻抗为：二、阵列天线1、二元阵2、均匀直线阵均匀直线阵是等距离、各阵元电流的幅度相等（等幅分布）而相位依次等量递增或递减的直线阵。三、直立振子天线与水平振子天线1、直立振子天线单极天线的辐射场及其方向图 有效高度提高单极天线效率的方法：提高天线的辐射电阻、降低损耗电阻2、水平振子天线四、引向天线与电视天线1、引向天线它是由一个有源振子及若干个无缘振子组成 2、电视发射天线的特点 频率范围宽。 覆盖面积大。 在以零辐射方向为中心的一定的立体角所对的区域, 电视信号变得十分微弱。 我国的电视发射信号采用水平极化。 为了扩大服务范围, 发射天线必须架在高大建筑物的

12、顶端或专用的电视塔上。五、移动通信基站天线1、移动通信基站天线的特点2、移动通信基站天线六、螺旋天线如图：螺旋天线的参数有: 螺旋直径d=2b;螺距h; 圈数N;每圈的长度c;螺距角; 轴向长度L。1. 法向模螺旋天线每一圈螺旋天线的辐射场为：E=aE+aE 2. 轴向模螺旋天线当d/0.250.45 时, 螺旋天线的一圈的周长接近一个波长, 此时天线上的电流呈行波分布, 则天线的辐射场呈圆极化, 其最大辐射方向沿轴线方向。七、行波天线1.、行波单导线天线的方向图若天线终端接匹配负载, 则天线上电流为行波分布:2.、V形天线和菱形天线八、宽频天线 1、非频变天线的条件；2、平面等角螺旋天线；3

13、、对数周期天线九、缝隙天线1、理想缝隙天线的辐射场；2、波导缝隙天线十、微带天线微带天线的主要特点有: 体积小、重量轻、低剖面, 因此容易做到与高速飞行器共形, 且电性能多样化（如双频微带天线、 圆极化天线等）, 尤其是容易和有源器件、微波电路集成为统一组件, 因而适合大规模生产。在现代通信中, 微带天线广泛地应用于100MHz到50GHz的频率范围。第九章 面天线一、 惠更斯元的辐射惠更斯元1、 惠更斯元的方向函数为二 、平面口径的辐射将面元dS在两个主平面上的辐射场dE沿整个口径面积分, 即得口面辐射场的一般表达式: 1、 S为矩形口径时辐射场的特性（1) 口径场沿y轴线极化且均匀分布 此

14、时有 Ey=E0 (2) 方向系数 2、 S为圆形口径时的辐射特性(1) 口径场沿y轴线极化且在半径为a的圆面上均匀分布此时有 Ey=E0 (2) 口径场沿y轴线极化且振幅沿半径方向呈锥削分布此时: 三、 旋转抛物面天线1. 抛物面天线的工作原理及分析方法 (1) 抛物面天线的工作原理 抛物线的特性之一: 通过其上任意一点M作与焦点的连线FM, 同时作一直线MM平行于OO, 则通过作过抛物线M点切线的垂线（抛物线在M点的法线）与MF的夹角1等于它与MM的夹角2。从焦点F发出的以任意方向入射的电磁波, 经它反射后都平行于OF轴, 使馈源相位中心与焦点F重合。即从馈源发出的球面波, 经抛物线反射后

15、变为平面波, 形成平面波束。 抛物线的特性之二: 其上任意一点到焦点F的距离与它到准线的距离相等。 在抛物面口上, 任一直线MOK与其准线平行。四 、卡塞格伦天线1. 卡塞格伦天线的几何特性(1) 双曲面的特性之一(2) 双曲面的特性之二由馈源在F2发出的任意射线经双曲面和抛物面反射后, 不仅相互平行, 而且同时到达卡塞格伦天线。由此可见, 卡塞格伦天线与旋转抛物面天线是相似的。2. 卡塞格伦天线的几何参数卡塞格伦天线的三个独立的几何参数关系式3. 卡塞格伦天线的工作原理 等效抛物面原理综上所述, 卡塞格伦天线可以用一个口径尺寸与原抛物面相同, 但焦距放大了M倍的旋转抛物面天线来等效, 且具有

16、相同的场分布。 这样, 就可以用前面介绍的旋转抛物面天线的理论来分析卡塞格伦天线的辐射特性及各种电参数。心得体会这是第二次和许老师一起学习有关通信方面的课程，机会很难得，同时，作为学生的我，感到很荣幸。本学期通过微波技术与天线的学习，我了解到了许多通信方面的知识，填补了我这方面知识的空白。同时，许老师还给我们介绍了许多课外的知识，这些知识开阔了我的视野，自己对所学专业也更加的清楚了。通过对该课程的学习，我了解到了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波元器件、天线辐射与接收理论、电波传播概论、线天线及面天线的基本知识。书本上公式很烦很多，理解起来相当麻烦，老师放弃了PPT讲课，选择了板书，老师很累，却让我们更多的同学理解了公式的来龙去脉。现在，我对微波的特点、传输条件、传输原理、网络基础以及微波技术的发展及应用前景等一系列知识都有了很清楚的认识，至少大体上都知道，同时，我还学到了许多工程应用，这对于自己走出校门，参加工作有很多的帮助