微波技术与天线复习提纲终极整理

第30页共30页“微波技术与天线”课程复习提纲一、微波基本概念 31． 了解微波的基本概念：频率、波长等 32． 了解微波的主要特性 3二、传输线基本理论 41． 了解传输线的特性参量（反射系数、驻波比、驻波相位、输入阻抗、输入导纳等），传输线任一截面特性参量的计算，周期性与倒置性在解题中的应用。 42． 掌握传输线的工作状态与终端负载的关系，了解传输线的三种工作状态及相关特性参量的特点。 63． 熟悉圆图的基本特点（特殊点、线、半圆、圆） 64． 掌握用圆图确定均匀无耗传输线任意截面的特性参量以及解决传输线的阻抗/导纳调配的问题。 6三、微波传输线 71． 熟练掌握三种主要微波传输线（矩形，圆柱形，同轴）的模式的场分布及其特点，能作出或判断传输线横截面的模式图。 72． 掌握各种传输线特性参量及其运用。 83． 了解波导传输线的截止波长分布图及其应用。 9四、微波网络参量 101． 了解散射参量S参量和转移参量A参量的基本概念 102． 了解S散射矩阵和A转移矩阵各参量的意义 103． 了解S参量和A参量的基本特性及应用 114． 掌握简单双端口网络S参量和A参量的确定 11五、微波谐振器 111． 了解微波谐振腔的基本概念及基本参数 112． 了解三种同轴腔的结构和特点以及谐振波长的确定 113． 掌握矩形腔和圆柱腔的特点及谐振波长的确定。 124． 了解的环行腔的特点及谐振波长的确定。 15六、微波元器件 171． 了解阻抗与连接分支元件的结构，特点及工作原理。 172． 了解波的激励与耦合的基本方法，熟练掌握激励和耦合元件的结构与工作原理。 223． 了解微波铁氧体的三种主要效应（铁磁谐振、场移效应、法拉第旋转）及其相应器件（隔离器、环行器）的结构和工作原理。 23七、天线 251． 理解、掌握天线的常用参量及计算 252． 了解常见天线的基本类型，结构和特点 27八、微波测量(实验) 291． 了解微波基本实验测量系统组成 292． 了解微波基本参量的测量方法。 29附录 301． 作业 30一、微波基本概念了解微波的基本概念：频率、波长等⑴微波常用单位：frequency:(频率单位)GHz/kMHz，wavelength:(波长单位)M-mm⑵常用微波段的划分分米波100-10cm300-3000MHz厘米波10-1cm3000M-30GHz毫米波10-1mm30-300GHz亚毫米波1mm-0.1mm300-3000GHz⑶微波工程上的常用波段波段代号LSCXKuKQ标称波长(cm)50/23105.53.221/250.82代号中心波长波长范围频率范围(GHz)主要应用举例L23cm76.9-19.3cm1.12-1.7工业上：空军医院，南方医院医疗上：微波手术针，微波手术刀S10cm19.3-7.69cm2.5-3.95雷达，远程雷达，预警雷达C5.5cm7.69-4.84cm3.95-5.85邮电部门间通，微波中继站X3.2cm5.77-2.75cm8.2-12.4海空雷达,机载，舰载雷达,高校实验室,科研部门Q0.82cm33.0-50高分辨率雷达，宇宙通讯，了解微波的主要特性⑴类光性可见光--电磁波--直线传播，反射，侥射，折射等微波电磁波--基本直线传播，较强的反射能力，较弱的侥射能力，直线传播，较强反射定向、定位、现代大多数雷达均为微波雷达⑵穿透性微波有几个特殊波段（8mm，3mm）的电磁波不受高空大气游历层的反射，可穿透电离层进出外层空间宇宙窗口⑶量子特性⑷HighPowerMicrowave/HPM(高功率微波/射频，电磁，微波弹）⑸宽频特性⑹渡越时间效应与传播延时效应⑺类声性⑻热效应HeatEfect⑼非热效应二、传输线基本理论了解传输线的特性参量（反射系数、驻波比、驻波相位、输入阻抗、输入导纳等），传输线任一截面特性参量的计算，周期性与倒置性在解题中的应用。⑴反射系数定义：（同一横截面上）反射波电压与入射波电压之比代号：③一般表示式： 无耗传输线任一处反射系数与终端反射系数 ⑵驻波比定义：电压最大值与电压最小值之比代号：ρ驻波比与反射系数的关系驻波比与反射系数的模有关⑶驻波相位由 指出： 第一个波节点即n=1（不是0） ⑷输入阻抗定义：参考面上的总电压与总电流之比代号：Zin Zin(z)反射系数与输入阻抗和导纳的关系由得 ④终端反射系数与终端阻抗和导纳的关系：由和得 =⑤输入阻抗的周期性（重复性）与倒置性（变换性）及其应用的重复性 将代入 = 的倒置性 将代入 ⑸输入导纳掌握传输线的工作状态与终端负载的关系，了解传输线的三种工作状态及相关特性参量的特点。 状态条件行波（无反射）Z0=ZC，Γ=0，ρ=1纯驻波（全反射）终端开路、短路，纯电抗（jx），Γ=1，ρ=∞行驻波（部分反射）Z0=R+jx，0<|Γ|<1，1<ρ<∞熟悉圆图的基本特点（特殊点、线、半圆、圆）特殊点：开路点(B点)短路点（A点）负载方向匹配点（O点）负载方向特殊线:纯电阻线（AB线）电压波腹线（OA线）电压波节线(OB线)特殊半圆:感性半圆（上半圆）容性半圆（下半圆）波源方向特殊圆:可调匹配圆(过O点的圆)波源方向纯电抗圆(外圆)掌握用圆图确定均匀无耗传输线任意截面的特性参量以及解决传输线的阻抗/导纳调配的问题。附录课后题三、微波传输线熟练掌握三种主要微波传输线（矩形，圆柱形，同轴）的模式的场分布及其特点，能作出或判断传输线横截面的模式图。TE01TE10TE11TE21TE22矩形圆柱形TM01TM10TM11TM21TM22矩形圆柱形：除10,20，n个凹和m个凹：横向n个圆，纵向m个圆：m为圆周方向变化（整数），n为径向方向变化（半驻波，圆心向外）掌握各种传输线特性参量及其运用。截止波长矩形波导：m,n代表工作模式，TEmn，TMmn，a,b代表波导模截面尺寸圆形波导：（对TMmn模）（对TEmn模）波导波长/相波长相速度Vp=才能传输原因：视在速度不同模式不同，不同群速度vg（vg：信号或能量沿于轴方向传输速度）三种波长（与波源模式，波导波源模式波导尺寸λ√xxλcx√√λg√√√了解波导传输线的截止波长分布图及其应用。TEM截止波长无限长，TE，TM截止波长有限，让输入电磁波波长大于TE、TM截止波长最长的即可只激发TEM。其中：TE11截止波长最长，因此只须单模传输条件四、微波网络参量了解散射参量S参量和转移参量A参量的基本概念S:归一化入射波和归一化发射波间的关系A:以网络输出端口的电压和电流作为自变量，而用其输入端口的电压和电流作为因变量了解S散射矩阵和A转移矩阵各参量的意义a1b1a2ba1b1a2b2二端口微波网络S11S22S21S12A:了解S参量和A参量的基本特性及应用S:A:掌握简单双端口网络S参量和A参量的确定附录课后题五、微波谐振器了解微波谐振腔的基本概念及基本参数概念：微波谐振腔相当于低频集中参数的LC振荡回路，具有储能和选频特性。基本参数：谐振波长λ：①场解②相位（均匀介质）③等效电纳④总参数了解三种同轴腔的结构和特点以及谐振波长的确定封闭面半波损耗封闭面半波损耗波速无损耗EQ波速无损耗 掌握矩形腔和圆柱腔的特点及谐振波长的确定。了解的环行腔的特点及谐振波长的确定。六、微波元器件了解阻抗与连接分支元件的结构，特点及工作原理。（一）阻抗变换与调配器件（1）膜片：电容式，电感式（2）谐振窗（3）鞘钉：垂直对穿于波导宽边的金属圆棒（4）螺钉（5）单螺调配器（6）阻抗渐变线：直线式，阶梯式，切比雪夫式，指数式（7）短路器：普通式，簧片接触式，抗流式（8）可变衰减器：平移式，插入式，旋转式（九）匹配负载：小功率，中功率，大功率单螺调配器单螺调配器插入式平移式插入式平移式旋转式匹配负载旋转式匹配负载（二）连接与分支接头平接头抗流接头弯头E-面弯头 H-面弯头扭波导T接头双-T接头魔T接头了解波的激励与耦合的基本方法，熟练掌握激励和耦合元件的结构与工作原理。激励：电激励，磁激励，电磁激励定向耦合器双孔型十字型波型变换器TEM-TE10同轴-波导型

TE10-TE11（矩形-圆柱形）TE10-TE01（矩形-圆柱形）TE10-TM01（矩形-圆柱形）了解微波铁氧体的三种主要效应（铁磁谐振、场移效应、法拉第旋转）及其相应器件（隔离器、环行器）的结构和工作原理。⑴铁磁谐振⑵场移效应：正反相波在磁化铁氧体作用下发生场形的显著变化P232⑶法拉第旋转：极化面沿前进方向为轴而旋转的现象P229⑷隔离器⑸环形器七、天线理解、掌握天线的常用参量及计算⑴方向性图主瓣最大辐射方向两侧，场强为最大场强的倍，即功率密度为最大辐射方向上功率密度之半的两点间的夹角，称为半功率点波瓣宽度，又称为3dB主瓣宽度，或称之主瓣宽度。用来表示。在主瓣最大方向两侧，两个零辐射方向之间的夹角，称为零点波瓣宽度宽度或称为零值主瓣宽度，用表示。⑵方向函数F式中，为天线在任意方向上的辐射场强，为天线在其最大辐射方向上的辐射场强。点源无方向性天线的归一化方向性函数⑶方向性系数D 为无方向性天线的辐射场强。⑷天线增益G及分别为被研究天线和无方向性天线的输入功率⑸天线极化⑹天线的有效长度P245 式中，IA(或Im)为输入点电流(波腹点电流)，L为真实长度。在实际天线直立于地面使用时，通常用有效高度he代替Le⑺接收天线的最大功率P⑻接收天线的有效面积。了解常见天线的基本类型，结构和特点（1）线状天线①直立天线直立振子天线结构：垂直于地面或导电平面架设的天线用途；广泛用于长、中、短及超短波段，运动中的电台，车辆、船特点：增益低，效率低提高效率：提高辐射电阻：顶部加容性负载，中底部加感性负载降低损耗电阻：天线地部加辐射状地网套筒天线用途；广泛用于长、中、短及超短波段，运动中的电台，车辆、船特点：第一谐振点h=②水平振子天线水平振子天线结构：平行与地面或导体平面架设的天线特点：架设，馈电方便用途：主要用于短波天线，通信电视笼形天线用途：广泛用于短波通信特点：宽频③行波天线V形天线用途：特别适合短波移动基站特点：行波天线；结构简单，架设方便，有较好的方向性，宽频特性；终端吸收部分功率，效率不高60-80菱形天线用途：广泛由于中长距离的短波通信与广播，电视接收，超短波散射通信，固定台站使用特点：行波天线；频带宽，结构简单，维护方便，调整容易，增益大；占地面大，每边要几个波长长；副辩多且较大；终端电阻吸收部分功率；效率不高60-70④引向天线（八木-宇田天线，鱼骨天线）结构：一个激励器（有源半波振子），一个反射器，若干个引向器。用途：广泛用于米波、分米波的通信、雷达、电视优点：结构简单牢靠，馈电方便，易于制作，成本抵，有较好的方向性，有较高的增益，风载小。频带较窄。⑤螺旋天线用途：雷达天线，超短波手持通信机特点：圆极化，跟踪目标，⑥电视广播天线正交振子天线结构：由两正交放置的对称振子组成，通常在水平面垂直放置。单元振子通常为半波振子。原理：两振子振幅相等，电流相位差1/290度特点；方向图类似于圆，在水平面无方向性。结构简单，频带窄，改进：为提高天线增益，可采用多层天线蝙蝠翼天线结构：由若干个平行的对称振子构成；对称振子分别接于A-A，B-B，C-C，D-D；中心A-A平衡馈电，两翼竖杆成平行传输线原理：短路线输入阻抗为感性，感抗从D往A逐渐增大；相应接入的对称振子的臂长从D到A逐渐减短，使输入电容增大；与短路线的输入感抗互补，保证振子同相激励。用途：调频广播，电视发射天线特点：在水平方向有较强辐射⑵面天线角锥天线（喇叭天线）特点：结构简单，馈电方便，调整使用方便；频带较宽，功率容量大，增益高；较小的副瓣，相当尖锐的主瓣用途：可作为独立天线，也可作为反射天线的馈电抛物面天线结构；平行入射到反射面，汇聚焦点；焦点发出，平行发射。用途：微波中继，卫星地面站，射电天文，雷达特点；良好的辐射特性卡塞格伦天线结构：双反射面特点：多元，更好调节短焦距反射面代替长焦距反射减少损耗和噪音用途：广泛用于卫星通信，中继通信，射电天文，单脉冲雷达等微带天线特点：圆极化，尺寸小，重量轻，容易付于任何物体表面输入阻抗八、微波测量(实验)了解微波基本实验测量系统组成了解微波基本参量的测量方法。(频率、波长、波导波长、驻波比、驻波相位)附录作业第2章⑴已知一均匀无耗传输线的特性阻抗ZC=75Ω，终端接一Z(0)=75+j75Ω的负载，求：终端的反射系数和线上驻波比求终端距第一波腹点和第一波节点的距离⑵已知同轴线的特性阻抗ZC=50Ω，终端所接负载阻抗Z(0)=50+j50Ω,求距离终端L=0.25λ处的输入阻抗Zin和输入导纳。⑶已知一测量线上测得的电压驻波比ρ=4，驻波第一个最小点位置（距离终端）Lmin=0.31λ，传输线特性阻抗ZC=50Ω，求传输线的负载阻抗和导纳。⑷一半波振子天线，其等效阻抗ZL=65+j30Ω,与特性阻抗