微波技术与天线1011020102

微波技术与天线基础理论与军事应用——微波武器与智能天线1011020102孟庆文目录微波技术与天线基础理论与军事应用 0一摘要 (2)二微波技术 (2)(1)微波（Microwave)的概念 (2)(2)微波技术的发展 (3)(3)均匀传输线理论 (4)（4）微波网络 (6)（5）微波元器件 (7)二天线 (8)(1)天线的概念 (8)（2）天线辐射与接收的基本理论 (9)三微波技术应用实例——微波武器 (10)四天线的应用实例——智能天线 (12)五心得体会 (14)六参考文献 (15)一摘要本文阐述了《微波技术与天线》这门课程的主要内容，在经过多年的发展后，微波技术与天线已经越来越深入大众的生活当中，并且分支越来越细，微波与天线在民用和军用方面都很广泛，本文主要从微波技术与天线技术的发展和具体应用两个方面来阐述。

微波，天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，他们三者研究的对象和目的有多不同，微波主要研究如何导引电磁波在微波传输系统中的有效传输，他的特点是：希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射滴传输，对传输系统而言，辐射是一种能量的损耗：天线的任务则是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一时有效的辐射或者接受电磁波，另一个是吧无线电波能量转换为导行波能量；颠簸传播则是分子和研究颠簸在空间的传播方式和特点。

——取自参考文献【1】二微波技术(1)微波（Microwave)的概念微波也是无线电波，但他是一个比普通无线电波段的波长更短（频率更高）的波段，故名微波。

目前把波长为0.1m~1mm的电磁波成为微波，气对应的频率在300MHZ~3000GHZ,此波段就成为微波波段，有次可见微波是指波长很短的波,，从频率上看，恰好相反，频率非常高，对应数值也很大。

对于电磁频谱，按照从波长较长（频率较低）到波长愈来愈短（频率愈高）的次序可排列为：普通无线电波，微波，红外线，可见光，X射线和γ射线，可见，微波波段的低频段与普通无线电波中超短波的高频端相毗邻，而高频端则与红外线的低频端相衔接。

(2)微波技术的发展随着科学技术的迅速发展和生产工艺的不断改进，微波技术已在许多工业生产领域得到应用。

在国内，微波技术已应用于玻璃纤维、化工产品、保温材料、木材等的干燥，食品、医疗的灭菌、干燥和焙烤。

并在医疗、环保、农业等领域也有所应用。

微波技术的应用，提高了生产效率和产品质量，降低了能耗和环境污染，减轻了人的劳动强度，提高了生产效益。

在国际上，许多工业发达国家都对微波的工业应用非常重视，把微波技术作为改进生产工艺和提高产品质量的重要手段。

微波技术的应用记载第二次世界大战前几年才开始，尽管在19世纪末，人们已经知道了超高频的许多特性，赫兹用火花振荡器得到了微波信号，并对其进行了研究。

但盒子本人并没有想到将这种电磁波用于通信，他的实验仅是证实了麦克斯韦的一个语言——电磁波的存在。

他在给朋友的信中甚至否认了将微波用于实际的可能性，因此很长一段时间内对微波没有更深入的研究。

20世纪初期对微波技术的研究又有了一定的进展，但仅限于实验室的研究。

此阶段研制出了磁控管，速调器及其他一些新型的微波电子管。

这些器件的功率较小，效率也很低在1936年4月美国科学家south worth用直径12.5cm的青铜管将9cm的电磁波传输了260m远。

这一实验结果激励了当时的研究者，因此他证实了麦克斯韦的另一个预言——电磁波可以再空心的金属管中传输，因此在第二次世界大战中微波技术的应用就成了一个热门的课题。

战争的需要，促进了微波技术的发展，而电磁波在波导中传输的成功，有提供了一个有效的能量传输的设备，因此，这是微波电真空振荡器及微波器件的发展十分迅速。

在1943年终于制造出了第一台微波雷达，工作波长为10cm。

这一段由于战争的影响，只注重应用，理论问题的探讨远远落后于实际。

战后，可以人文是微波技术发展的第三阶段，这一阶段，不仅系统援救了微波技术的传输理论，而且乡镇多方应用发展，并且一直在不断的发展完善。

——取自参考文献【2】(3)均匀传输线理论凡是用以引导电磁波的装置都称为传输线。

（取自参考文献【1】），传输线分为a双导体传输线，b技术波导，c介质传输线。

均匀传输线及其等效电路均匀传输线方程特性阻抗Z：传输线上入射波电压与入射波电流之比传播常数γ：反映波经过单位长度传输线后波的幅度和相位变化的一个物理量相速度v与相波长λ相速度定义为沿一个方向传播的波等相位点移动的速度，相波长定义为同一瞬间相位相差2π的两点间的距离输入阻抗 ：对无耗均匀传输线, 线上各点电压U(z)、电流I(z)与终端电压U l、终端电流I l的关系如下：反射系数 ：定义传输线上任意一点z 处的反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）之比为电压（或电流）反射系数, 即：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==++)()_()()_(i u z I z I Γz U z U Γ输入阻抗与反射系数的关系U(z)=U+(z)+U-(z)=A 1e j βz ［1+Γ(z )］ I(z)=I+(z)+I-(z) = e j βz ［1-Γ(z )］ 阻抗匹配 ：分三种：负载阻抗匹配，源阻抗匹配，共轭阻抗匹配。

同轴线的特性阻抗 ：同轴线是一种典型的双导体传输系统, 它由内、 外同轴的两导体柱构成.（4）微波网络等效传输线：等效电压和等效电流 模式等效传输线 单口网络：单口网络的传输特性 ：令参考面T 处的电压反射系数为Γl, 由均匀传输线理论可知, 等效传输线上任意点的反射系数为： 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归一, 与此同时电压和电流也要归一。

双端口网络的阻抗与转移矩阵：在各种微波网络中, 双端口网络是最基本的, 任意具有两个端口的微波元件均可视之为双端口网络。

下面介绍线性无源双端口网络各端口上电压和电流之间的关系。

⎪⎭⎪⎬⎫+=+=)sin(j )cos()()sin(j )cos()(011011z Z U z I z I z Z I z U z U ββββ1(2)1()j z z eφβ-Γ=Γ阻抗矩阵与导纳矩阵 ⎭⎬⎫+=+=22212122121111I Z I Z U I Z I Z U转移矩阵 ：转移矩阵也称为［A ］矩阵,它在研究网络级联特性时特别方便。

（5）微波元器件5.1 连接匹配元件(1) 短路负载(2) 匹配负载(3) 失配负载 2. 微波连接元件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、转换接头。

3. 阻抗匹配元件(1) 螺钉调配器(2) 多阶梯阻抗变换器(3) 渐变型阻抗变换器 5.2 功率分配元器件 1. 定向耦合器1) 定向耦合器的性能指标(1)耦合度(2)隔离度(3) 定向度 (4) 输入驻波比(5)工作带宽2)波导双孔定向耦合器3)双分支定向耦合器4)平行耦合微带定向耦合器 2. 功率分配器将一路微波功率按一定比例分成n 路输出的功率元件称为功率分配器。

按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器和不等功率分配器。

在结构上, 大功率往往采用同轴线而中小功率常采用微带线。

(1) 两路微带功率分配器 ① 端口“①”无反射;② 端口“②、③”输出电压相等且 同相; ③ 端口“②、③”输出功率比值为任意指定值 (2) 微带环形电桥微带环形电桥是在波导环形电桥基础上发展起来的一种功率分配元件。

3. 波导分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, 它是微波功率分配器件的一种, 常用的波导分支器有E 面T 型分支、H 面T 型分支和匹配双T 。

(1) E-T 分支 (2)H-T 分支 (3) 匹配双T 5. 3 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; 在放大器中用作谐振回路; 在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。

5.4微波铁氧体器件1. 隔离器1) 谐振式隔离器2) 场移式隔离器3) 隔离器的性能指标 2. 铁氧体环行器一个理想的环行器必须具备以下的条件:输入端口完全匹配, 无反射;输入端口到输出端口全通, 无损耗; 输入端口与隔离器间无传输。

于是环行器的散射参数应满足:⎪⎭⎪⎬⎫=========010231231133221332211S S S S S S S S S二 天线(1)天线的概念无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或者将无线电波转换为导波能量，用来辐射和接受无线电波的装置成为天线天线的种类很多，按用途可将天线分为通信天线，广播电视天线，雷达天线等；按工作波长，可将天线分为长波天线，中博天线，短波天线，超短波天线和微波天线等；按辐射远的类型可将天线分为两大类：线天线和面天线。

所谓线天线是由半径小于波长的金属导线侯成，主要用于长波，中波，短波波段；面天线是由尺寸大于波长的金属或介质面构成的，主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。

取自参考文献【1】（2）天线辐射与接收的基本理论基本振子的辐射电基本振子 ：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。

磁基本振子的场 ：引入这种假想的磁荷和磁流的概念, 将一部分原来由电荷和电流产生的电磁场用能够产生同样电磁场的磁荷和磁流来取代,即将“电源”换成等效“磁源”, 可以大大简化计算工作。

天线的电参数天线方向图及其有关参数：所谓天线方向图， 是指在离天线一定距离处, 辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图, 通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。

天线效率 ：天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比, 记为ηA ， 即1iP P P P P A +==∑∑∑η增益系数 ：增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数, 它是方向系数与天线效率的乘积, 记为G , 即： G=D ·ηA 极化和交叉极化电平：极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。

具体地说,就是在空间某一固定位置上,电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形,如果是直线, 就称为线极化;如果是圆就称为圆极化;如果是椭圆就称为椭圆极化。

频带宽度(Frequency Band Width)：天线的电参数都与频率有关, 也就是说, 上述电参数都是针对某一工作频率设计的。

当工作频率偏离设计频率时, 往往要引起天线各个参数的变化,输入阻抗与驻波比(Input Impedance and Standing Wave Ratio)：要使天线辐射效率高, 就必须使天线与馈线良好地匹配, 也就是天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗,才能使天线获得最大功率有效长度 ：有效长度是衡量天线辐射能力的又一个重要指标。