微波技术基础-6-复习

1微波技术基础复习12绪论+基本原理第一章传输线理论第二章规则金属波导第三章微波集成传输线第四章微波网络基础第五章微波元器件内容提要

3微波是频率为300MHz~3000GHz的电磁波，一般将微波分为分米波、厘米波、毫米波及亚毫米波四个波段。微波与普通无线电波相比，具有似光性、穿越电离层的透射特性、频率高等特性。微波技术在雷达、通信、科学研究、生物医学和能源等方面都有重要的应用。研究微波的传输特性有“场”的分析方法和“路”的分析方法，二者紧密相关、相互补充。绪论4绪论+基本原理第一章传输线理论第二章规则金属波导第三章微波集成传输线第四章微波网络基础第五章微波元器件内容提要

51.在低频传输线中，导线起传导作用；在微波传输线中，导线起引导作用。

微波传输线是一维分布参数电路。传输线可用于传输微波信号能量及构成各种微波元器件。2.长线:与电磁波的波长接近甚至更长的传输线。短线:长度远小于电磁波的波长的传输线。

长线是分布参数电路，短线则可以认为是集总/集中参数电路。传输线理论63.无耗传输线方程是研究传输线上电压、电流变化规律及其相互关系的方程，可由无耗传输线的等效电路导出。传输线理论无耗传输线R=0，G=07其通解为(以终端为坐标原点)：其中:无耗传输线上的入射波电压ui(z,t)和电流ii(z,t)是由信号源向负载方向传播的行波，其振幅不随传输方向变化，其相位随传播方向z的增加而滞后；8反射波电压ur(z,t)和电流ir(z,t)是由负载向信号源方向传播的行波，其振幅不随传输方向变化，其相位随传播方向z’的增加而滞后；4.传输线的基本特性：传输特性、特性阻抗、输入阻抗、反射系数、传输功率相位常数β表示单位长度上的相位变化，相速度是指波的等相位面移动的速度。传输线理论9相波长是指同一时刻传输线上电磁波相位相差2π的距离。特性阻抗Z0是指入射波电压Ui(z)和与入射波电流Ii(z)之比，或反射波电压Ur(z)与反射波电流Ir(z)之比的负值：无耗传输线的特性阻抗与信号源的频率无关，仅与传输线的分布电感和分布电容有关，且为一个实数。传输线理论10输入阻抗是在距终端z’处向负载看去的输入阻抗Zin(z’)定义为该点合成电压U(z’)与合成电流I(z’)之比：传输线理论11反射系数的模是无耗传输线系统的不变量反射系数描述反射波与入射波之间幅度与相位的关系。传输线理论12驻波系数

是沿线合成电压（或电流）的最大值和最小值之比，即：Zin不能直接测量，需借助G或r

来确定.传输线理论13反射系数模的变化范围为驻波比的变化范围为行波系数的变化范围为

行波系数K为传输线上电压（或电流）的最小值与最大值之比，故行波系数与驻波比互为倒数.

传输线理论14传输功率为：功率反射系数入射波功率反射波功率由于传输线无耗，因此通过各点的功率相等，输入功率等于终端负载吸收功率。一般在电压波腹点或电压波节点处计算传输功率：传输线理论155.均匀无耗传输线有三种工作状态:当ZL=Z0(匹配)或传输线无限长时，线上只有入射波行波，电压、电流振幅不变，相位沿传播方向滞后；Zin(z)=Z0；电磁能量全部被负载吸收。(2)当ZL=0、、jXL时，即终端短路、开路或接纯电抗负载，传输线呈驻波状态。入射波和反射波的振幅相等，驻波的波腹为入射波的两倍，波节为零；电压波腹处的阻抗无限大，电压波节处的阻抗为零，沿线其余各点的阻抗均为纯电抗；无电磁能量的传输，只有电磁能量的交换。传输线理论16(3)当ZL=RLjXL

时，线上载行驻波。电磁能量一部分被负载吸收,另一部分被负载反射回去。行驻波的波腹小于两倍入射波，波节不为零；电压波腹点的阻抗为Zmax=Z0ρ，电压波节点的阻抗为Zmin=Z0/ρ；传输线理论当传输线呈驻波状态时，沿线同一位置的电压、电流之间相位差p/2，只有能量的存贮并无能量的传输。终端到第一个电压波节点的距离z′min1应满足：175.反射系数、驻波系数和行波系数是表征反射波大小的参量。其数值大小和工作状态的关系如下表：工作状态行波驻波行驻波010<<1r10<r<K100<K<1传输线理论181)每个电阻圆对应的R值标注在电阻圆与实轴以及X＝1电抗圆的交点处圆图的组成：等反射系数圆、等电阻圆、等电抗圆、等相位线传输线理论19(2)每个电抗圆对应的X值一般标注在电抗圆与R=0或R＝1的电阻圆的交点处注意：圆图中某点所在电阻圆和电抗圆对应的R和X值是归一化的传输线理论20开路点短路点匹配点纯阻线单位圆可匹配圆旋转方向（源顺负逆）传输线理论21根据终接负载阻抗计算传输线上的驻波比;根据负载阻抗及线长计算输入端的输入导纳、输入阻抗及输入端的反射系数;根据线上的驻波系数及电压波腹、波节点的位置确定负载阻抗;阻抗和导纳的互算等等。阻抗圆图是微波工程设计中的重要工具。利用圆图可以解决下列问题:传输线理论22阻抗匹配包含两部分：信号源与传输线匹配，传输线与负载匹配。阻抗匹配是指传输线的两端阻抗与传输线的特性阻抗相等，使线上电压与电流为行波。

阻抗匹配的方法是在传输线和终端负载之间加一匹配网络。最常用的匹配网络有l/4变换器、支节匹配器、阶梯阻抗变换和渐变线变换器。l/4变换器传输线理论23单支节匹配原理当归一化负载导纳时，在离负载导纳适当的距离d处，并接一个长度为l、终端短路(或开路)的短截线，构成单支节匹配器，从而使主传输达到匹配。24为使传输匹配，必有

其中是短路(或开路)短截线的归一化输入导纳，它只能提供一个纯电纳，

2500.25导纳圆图CDA（两个解）26DC00.25导纳圆图FE有两组解，通常选l较短的一组解。短路点两个解27单支节匹配步骤1.负载归一化2.在导纳圆图上找到负载点A的位置（如果已知归一化负载阻抗，则旋转180度）3.从负载点A出发，作等驻波比圆，与的圆相交于两点（C点和D点），由A点、C点、D点的电长度增量，求距负载点的距离d（顺时针）。4.沿通过C点和D点的等电纳圆(等B圆)，与单位圆相交于两点（E点和F点），由短路点、E点和F点的电长度增量，求支节线长度l。28绪论+基本原理第一章传输线理论第二章规则金属波导第三章微波集成传输线第四章微波网络基础第五章微波元器件内容提要

29矩形波导规则金属波导可传输TE、TM模，主模为TE10模TMmn波m：表示x方向变化的半驻波数（即小→大→小）n：表示y方向变化的半驻波数。30矩形波导内的场结构图必须遵守下列规则:波导壁上只有电场的法向分量和磁场的切向分量电力线和磁力线一定相互垂直;磁力线一定是闭合曲线电力线和磁力线的方向和波的传播方向一定满足右手螺旋法则规则金属波导31矩形波导中传输模式及其场分布★规则金属波导32矩形波导中传输模式的管壁电流管壁电流只存在于波导的内表面上，是由管壁上磁场的切向分量产生的。TE10模的壁电流分布规则金属波导33（1）无辐射缝：要求不影响原波导内电磁波的传输特性，更不希望向外辐射。显然，无辐射缝应当不切断高频电流，应顺着电流线开缝，且尽可能地窄。对TE10波，应在宽壁中线上开纵向窄缝,或在窄壁开横向窄缝。规则金属波导34（2）强辐射缝：要求波导传输的能量向外辐射，或通过开缝将能量耦合到另一个波导中。强辐射缝应垂直电流线开缝。对TE10波，应在宽壁垂直于中线上开横向缝，或在窄壁开纵向缝。规则金属波导35截止波长矩形波导中TE模和TM模的截止波长lc与波导尺寸a和b及传输模式有关；截止频率fc不仅与波导尺寸和传输模式有关，而且还与矩形波导内填充的媒质特性有关；相同波导尺寸对于不同的模式有不同的截止波长lc。lc0

(1)截止区：(2)单模区：(3)多模区：规则金属波导36简并模：不同的指数m和n的TE模和TM模具有相同的截止波长。截止波长：

截止频率：TEM模和TE(TM)模的最大区别是:TEM模的工作频率可以从0--∞,而TE(TM)模的工作频率范围则是从fc--∞规则金属波导37相速：导波系统中传输电磁波的等相位面沿轴向移动的速度。相波长：某种波型的等相位面在一个周期T内沿轴向传播的距离，又称为波导波长。群速度：多种频率成分构成一个“波群”，又称为波的包络，其传播速度称为群速。规则金属波导38圆波导中可能存在无穷多个模式,分别用TMmn模和TEmn模表示。

m=0,1,2,…,表示场沿半圆周方向的半驻波数，即场沿圆周方向分布的周期数；（1）m、n的物理解释

n=1,2,…,表示场沿径向圆周方向的半驻波数，表示场沿径向分布的零点数（不含这个零点）。5.圆波导规则金属波导39(2)截止波长TM11（3）单模传输条件（4）传输参量规则金属波导40圆波导中有无限多个模式存在，最常用的三个主要模式为TE11

,TE01,

TM01（模场分布）(一)TE11模(λc=3.41R)传输主模规则金属波导41(二)TE01模(λc=1.64R)损耗最小(三)TM01模(λc=2.62R)轴对称波形规则金属波导42同轴线主要以TEM模工作方式广泛应作宽频带馈线，设计宽带元件。但当其横向尺寸可与工作波长相比拟时，同轴线中也会出现TE、TM模.最低高次模为TE11和TM01，其截止波长为：

6.同轴线规则金属波导43绪论+基本原理第一章传输线理论第二章规则金属波导第三章微波集成传输线第四章微波网络基础第五章微波元器件内容提要

44微波传输线麦克斯韦方程和边界条件决定了导行波的电磁场分布规律和传播特性。1.带状线（结构）

带状线传输的主模是TEM模中心导带厚度不为零时的特性阻抗宽导带情况窄导带情况45带状线的尺寸满足关系式：带状线中保证只传输主模TEM模。lmin为最短工作波长。2.微带线空气介质的微带线，可以存在无色散的TEM模。普通微带线只能存在TE模和TM模的混合模。在微波波段的低频端由于场的色散现象很弱，传输模式类似于TEM模，故称为准TEM模。高次模主要有两种：波导模式和表面波模式微波传输线463.耦合带状线和耦合微带线分析方法：奇偶模参量法奇模激励下的奇模场，其对称面为电壁。偶模激励下的偶模场，其对称面为磁壁。耦合带状线的奇、偶模特性阻抗，相速度、相波长

耦合微带线的奇、偶模相速度和相波长微波传输线47绪论+基本原理第一章传输线理论第二章规则金属波导第三章微波集成传输线第四章微波网络基础第五章微波元器件内容提要

微波元件481.微波系统包括均匀传输线和微波元件两大部分。把微波元件等效为网络,将系统中的单模均匀传输线等效为平行双线；利用微波网络理论，可对任何一个复杂的微波系统进行研究。与低频网络相比，微波网络有其本身的特点。2.以二端口为重点,介绍了散射参量、阻抗参量、导纳参量及转移参量微波网络49线性叠加原理：对于n端口线性网络，如果各参考面上都有电流作用，则某参考面上的电压为各个参考面上电流单独作用在该参考面时引起的电压响应之和.如果各参考面上都有电压作用，则某参考面上的电流为各参考面上电压单独作用在该参考面时引起的电流响应之和微波网络的性质:无耗网络,可逆网络,对称网络微波网络50表征二端口微波网络特性的参量可以分为两大类：1.反映网络参考面上电压与电流之间关系的参量（1，2，3）2.反映网络参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的参量。（4，5）1)阻抗参量用T1和T2两个参考面上的电流I1和I2表示参考面上的电压U1和U2。由网络理论可写出其网络方程，微波网络51各阻抗参量定义★特性阻抗归一化如果T1和T2参考面所接传输线的特性阻抗分别为Z01和Z02，则参考面上的归一化电压和归一化电流分别为微波网络522)导纳参量用T1和T2两个参考面上的电压表示两个参考面上的电流，由网络理论可写出其网络方程，各导纳参量定义★归一化参量微波网络533)转移参量用T2面上的电压、电流来表示T1面上的电压和电流的网络方程，且规定电流流进网络为正方向，流出网络为负方向，网络方程为转移参量定义★归一化参量微波网络544)散射参量应用叠加原理，可以用两个参考面上的归一化入射波电压来表示两个参考面上的归一化反射波电压，其网络方程为:散射参量定义★微波网络555)传输参量用T2面上的入射波电压和反射波电压来表示T1面上的入射波电压和反射波电压，其网络方程为:表示T2面接匹配负载时，T1面至T2面的电压传输系数的倒数，其余参量没有直观的物理意义。微波网络56当多个二端口网络级联时，其组合的传输矩阵为各个分网络传输矩阵的乘积，组合的转移矩阵为各个分网络转移矩阵的乘积。当多个二端口网络级联时，求散射矩阵较麻烦，可以先求网络的转移矩阵，在根据转移矩阵与散射矩阵之间的关系求出散射矩阵。微波网络57参考面移动对散射矩阵的影响若参考面内移则若参考面外移则常用基本电路单元的参量矩阵★

微波网络58微波网络的工作特性参量1.电压传输系数T网络输出端接匹配负载时，输出端参考面上的反射波电压与输入端参考面上的入射波电压之比，T即为网络散射参量S21，即2.插入衰减A

网络输出端接匹配负载时，网络输入端的入射波功率Pi与负载吸收功率PL之比593.插入相移

网络输出端接匹配负载时，输出端的反射波对输入端的入射波的相移，即网络电压传输系数T的相位角4.输入驻波比网络输出端接匹配负载时，输入端的驻波比，无耗网络微波网络的工作特性参量