第一部分微波测量

微波测量陈彦E-mail:yanchen@Tel:61831012-802主楼C2-216主要内容(40学时)1.微波技术基础2.测量用信号源微波信号产生扫频信号源合成信号发生器3.微波频率测量微波频率测量信号频谱测量4.微波功率测量晶体管测量电平量热式功率测量微波功率计误差分析5.网络参数测量矢量网络分析仪测量原理网络分析仪误差分析和处理网络分析仪时域测量功能

考试形式与过程管理1.开卷笔试（占总成绩的80%）2.平时成绩（占总成绩的20%）作业、实验和课堂作业必须按时交本次课的作业：收集有关微波测量的书籍（提供书名、作者、出版时间）、PPT和文献（提供文献原文）。本次作业第四周的周五提交（9月26日），根据你提交的内容进行评价。总分4分。主要参考书：1.“微波测量”，汤世贤，电子工业出版社，1990年再版2.“微波测量”，董树义，电子工业出版社3.“微波测量技术”，周清一，国防工业出版社需要的基础知识:

电磁场与电磁波,电子测量，微波技术,微波工程等微波技术基础1.微波的特点以及应用

电磁波频段划分微波：300MHz—3000GHz的电磁波（波长：1m—0.1mm)通常分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波。它处于超短波和红外光波之间微波技术基础微波技术基础

微波的基本特点

高频特性:电子惯性、延时效应、趋肤效应、辐射效应等短波特性：反射和折射显著（似光行）、分布参数散射特性：波入射后在各个方向产生的散射穿透性：能穿透高空电离层，天文观测窗口量子特性：微波量子能量范围是----电子伏特，在低功率电平下，量子特性明显。

微波的应用

雷达:军用雷达、气象雷达、导航雷达、汽车防撞雷达通信：利用三个互120度的位于外层空间的同步卫星可进行全球的电视传播科学研究手段：原子钟、射电天文观察、等离子体参量测量、精细频谱分析微波遥感：散射计、辐射计、高度计和SAR等微波能的应用：加热、医学、化学、生物学微波检测技术：雷达测速微波在线湿度测量GPS(GlobalPositioningSystem

)微波飞灰测碳微波技术基础1.微波的传输传输线微波的传输微波传输特点分布参数长线：传输线的几何尺寸与传输的电磁波波长之比大于等于0.05。

10cm长的X波段的波导是地道的长线,大约是波长的3倍.短线：传输线的几何尺寸与传输的电磁波波长之比小于0.05。

30km长的输电线不算长线,50Hz工作频率的波长是

6000km!

长线为分布参数传输线，短线为集总参数传输线。微波传输线集总参数传输线：传输线上电压、电流的幅度、相位与空间位置无关。传输线上的阻性、容性、感性特征集中在电阻、电容、电感上。微波传输线分布参数传输线：传输线上的电压、电流既随时间变化，也随空间变化。传输线的阻性、容性、感性沿着传输线呈一定分布。若传输线的分布参数沿线均匀分布，在称之为均匀传输线。微波技术基础2.均匀传输线上行波的传播特性沿线电压、电流复振幅的表达式为：

欲知电流和电压随时间的变化规律，则只需将和分别乘以时间因子后再取其实（虚）部即可。

长线及其等效电路微波传输参数

特征阻抗对于双导线：2rD微波传输参数同轴线：Dd微波传输参数

传播常数

一般传播常数为复数，其中实部α为衰减常数，单位为dB/m。虚部β为相移常数，单位为弧度/米。对于无耗线，因，故传播常数为纯虚数，即因此，行波场在无耗线中传播时其振幅不衰减微波传输参数

相速和相波长相速：行波的等相位面运动的速度。设z1、t1时行波的相位为：此相位在t2时刻运动到z2处，则有：行波相速为：微波传输参数相波长：行波在一个周期内，等相位面沿传输方向移动的距离。3.传输线1）.利用传统“线理论”求解分布参数传输线问题等效电路由基尔霍夫定律：对于角频率为ω的余弦波有：上式两端对z求导，得其中传输线上电压和电流波动方程上述方程的解为：已知终端电压U2和电流I2时：传输线上的电压和电流以波的形式存在，且由入射波和反射波组成，并可以写为：式中方程的解还可以写成双曲函数已知源端电压U1和电流I1，联立求解得：于是2).均匀无耗传输线传播常数（对于均匀无耗传输线有：R0=0,G0=0）特性阻抗输入阻抗在输入端处的电压和电流为：输入阻抗为：已知终端负载输入阻抗有如下性质：1）

输入阻抗随位置变化，与负载有关2）均匀无耗传输线的输入阻抗沿传输线呈周期变化，变化周期与传输信号的频率有关。反射系数：参考面处电压反射波与电压输入波之比为电压反射系数。传输线上的电压为：电压反射系数：参考面处电流反射波与电流输入波之比为电流反射系数。传输线上的电流为：电流反射系数：利用（电压）反射系数可将传输线上的电压、电流表示为：设终端坐标Z=0,则其反射系数为：所以传输线的反射系数为：

为反射系数的相角。反射系数与输入阻抗的关系：在负载终端：传输线的工作参数1.输入阻抗式中为终端负载阻抗对于无耗线则输入阻抗为：几种特殊情况下的输入阻抗（1）终端短路线阻抗为纯电抗，可以为电感性，也可以为电容性，视ｚ值而定。（2）终端开路线这时终端开路的无耗传输线的输入阻抗也呈纯电抗。根据这一关系式可采用“开路-短路法”确定（3）终端负载等于特性阻抗（4）线这时则（5）线这时则经无耗传输的输入阻抗不变，这种性质称为阻抗还原性。2.反射系数（1）反射系数与电流、电压的关系（2）反射系数与输入阻抗的关系（3）终端反射系数与负载阻抗的关系3.驻波系数与行波系数传输线上电压最大值与电压最小值之比，称为电压驻波系数或电压驻波比：也可以用电流定义驻波系数，一般用电压。对于无耗线，由于，于是即，无耗线上的驻波系数与z无关。行波系数定义为驻波系数的倒数。传输线的工作状态传输线存在三种不同的工作状态，即行波状态、驻波状态和混合波状态。由传输线终端所接负载决定。1.行波状态：传输线上无反射，只存在入射波的工作状态当时，为行波状态，此时式中为的初位相，上式的瞬时值形式为：行波状态下，无耗线的特点：（1）沿线电压、电流振幅不变。（2）电流、电压同相位。（3）沿线各点的输入阻抗均等于其特性阻抗。（当时，有）1.驻波状态：当传输线终端开路（）或短路（）或接纯电抗负载（）时，线上的反射波振幅与入射波振幅相等，两者叠加，在线上形成全驻波。三种负载的驻波分布，其区别是传输线终端处波的相位不同。当，即传输线短路，此时终端反射系数为：于是线上电压、电流为表示为瞬时值形式全驻波状态下无耗线的特点：（1）不在具有行波的转输特性，而是在线上作简谐振荡，表现为相邻波节之间的电压（或电流）同相，波节点两侧的电压（或电流）反相。（2）传输线上电压和电流的振幅是位置z的函数，出现最大（波腹点）和零值（波节点）。（3）传输线上各点的电压和电流在时间上有T/4的相位差。在空间位置上也有的相移，因此全驻波状态下没有功率传输。3.混合波状态在一般状态下，线上同时存在入射波和反射波，且两者的振幅不等，叠加后形成混合波状态。对于无耗传输线，线上的电压和电流表示为第一部分为由电源向负载传输的单向行波，第二部分为驻波行波与驻波成分取决于反射系数，也可以用驻波系数表示当传输线工作在行波状态时驻波状态时混合波状态时例题有一段的无耗线，当终端短路时，测得始端的阻抗为的感抗，求该传输线的最小长度；如果该传输线的终端为开路，长度又为多少？解（1）终端短路的输入阻抗为即于是将代入求得：（2）终端开路线的输入阻抗为终端的阻抗应为容性，即，于是同轴传输线总结（1）电流波和电压波方程及其解的物理意义（2）传输线的特性参数：特性阻抗、传播常数、相速度和波长（3）传输线的工作参数输入阻抗：五种特殊情况下的结果

反射系数：与其他参数的关系，用反射系数表示其他参数。（4）传输线的工作状态行波、驻波和混合波状态。微波技术基础4.矩形波导传输线1）.Maxwell方程与波动方程Maxwell方程微波技术基础对于简谐场：所以：微波技术基础边界条件：两种理想介质介面：理想良导体表面：微波技术基础波动方程微波技术基础Z向行波的波动方程且：微波技术基础Z向传播常数为：其中λc和fc分别为截止波长和截止频率。微波技术基础设波沿Z向传播，即:则有各场分量之间的关系为：微波技术基础整理后有：微波技术基础横电波（TE波）：微波技术基础横磁波（TM波）：微波技术基础横电磁波（TEM波）：要使电磁场各分量不全部为零，必需kc和fc为零，即任何频率下TEM波均能传播。此时：微波技术基础矩形波导：微波技术基础TE波解：微波技术基础TM波解：微波技术基础能在传播系统中独立存在的电磁场结构称为模式：微波技术基础a=7.2cm,b=3.4cm波导中各模式的λc分布752.单模传输TE10TE20TE01TE11,TM11TE30TE12,TM122ba2aⅠⅡⅢ

截止区（Ⅰ）：

>2a

单模区（Ⅱ）：a<