精品课件-电磁场与微波技术实验教程-第6章
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2020_2021学年新教材高中物理第六章电磁现象与电磁波第四节电磁波及其应用课件
【问题探究】 如图所示为美国最先进的KH—12光学侦察卫星,采用先进的自适应光学成像技 术,地面分辨率最高可达0.1 m,是美国天基侦查的主力军。那么,你知道它上 面携带的相机在夜间进行红外摄像时工作在什么波段吗?该波段有什么特点?
提示:工作在红外线这一波段。该波段的波长大于可见光而小于无线电波,主要 效应为热效应,常用于加热理疗、红外遥感摄像等。
【素养训练】 1.(多选)关于电磁波的应用,下列说法正确的是 ( ) A.医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B.工业上利用γ射线检查金属部件内有无砂眼或裂缝 C.刑侦上用紫外线拍摄指纹照片,因为紫外线波长短,分辨率高 D.卫星用红外遥感技术拍摄云图照片,因为红外线穿透能力较强 【解析】选B、C。医院里用紫外线杀菌消毒,A错误;卫星用红外遥感技术拍摄 云图照片是利用了一切温度不同的物体都有频率不同的红外辐射的特点,再说 红外线穿透能力并不强,故D错误,B、C正确。
角度2 不同电磁波的特性及应用 1.电磁波谱图:各电磁波按波长从大到小或频率从低到高可排列成如图电磁波 谱。
2.不同电磁波的应用:
电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频率/Hz
由左向右,频率由低到高
真空中波长
由左向右,波长由长到短
特性
波动 性强
热作用强
感光性 强
化学作用, 荧光效应
【易错辨析】
(1)变化的电场一定产生变化的磁场。 ( × )
(2)恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场。 ( × )
(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。 ( √ )
(4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。
(×)
(5)电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s。 ( × )
第六章 微带线
在
微带线的设计
电磁场理论与微波技术 · 南京大学电子科学与工程系· rxwu
只
当 A>1.52，微带线为窄带线。
在
Z A= 0 60
εr + 1 εr − 1 0.11 + 0.23 + εr 2 εr + 1
内
部
•
确定微带线是宽带线还是窄带线。判别参数
使
已知微带线的特性阻抗Z0和基片的εr，求微带线特征尺寸 (W/h)
We = W + ∆W
1.25 t 2h 1 + ln ∆W π h t = 4πW h 1.25 t 1 + ln t π h
内
部
使
用
电磁场理论与微波技术 · 南京大学电子科学与工程系· rxwu
只
W 1 ≥ h 2π 1 W ≤ h 2π
只
在
R0 Rs ∂L0 αc = = 2Z 0 2µ0 Z 0 ∂n
内
ωδ ∂L0 Rs ∂L0 = 2 ∂n µ0 ∂n
部
( ∂L0
∂n ) 包括了接地面和导带表面的后退引起的电感增量
电磁场理论与微波技术 · 南京大学电子科学与工程系· rxwu
只
Rs ∂L0 W ∂W αc = + 1 + µ0 Z 0 h ∂ (W h ) 2h ∂t 京大学电子科学与工程系· rxwu
只
在
内
部
使
用
微带线来源与结构形式
电磁场理论与微波技术 · 南京大学电子科学与工程系· rxwu
只
在
内
部
使
Mw-6微波课件
特点：功率容量大，频带较窄，接触表面光洁度要求不高。 应用：厘米波段。
ch6
微波技术
抗流原理：由于A点短路(AB+BC)的长度为λ/2，因此C点的
输入阻抗为零，使两段波导的电气接触良好；又因B点向A点看 去的输入阻抗为∞,电流为零，故即使两凸缘间稍有接触不良， 也不产生功率损失。
ch6
微波技术
抗流式同轴线接头
ch6
微波技术
用专用术语讲: E-T的特性：被偶模激励时E臂无输出； 被奇模激励时E臂输出反对称场。 禁戒规则： 偶模激励只能激励起对称场，不能激励起反对称场，或者 说反对称场被禁戒； 奇模激励只能激励起反对称场而对称场被禁戒。 E-T的较理想的应用：
功率从E臂输入，使之从两旁臂等分输出, 此时两旁臂的输 出信号等幅反相。
波导微带
ch6
微波技术
C、同轴线微带转接器
同轴线微带转接器的结构如图所示。与微带连接处的同 轴线内导体直径的选取与微带线的特性阻抗有关，通常使内导 体直径等于微带线宽度。 D、矩形波导圆波导模式变换器 矩形波导圆波导模式变换器，大多采用波导横截 面的逐渐变化来达到模式的变换。
同轴线—微带
Z L Z0 2 Z0Z L cos
ch6
微波技术
当 = 0时，此时反射系数的模达到最大值，由式(5-7)可以画出 随 变化的 曲线，如图所示。 随 (或频率)作周期变化，周期为。如果设 为反射系 数模的最大容许值，则由/4阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的 频率范围。由于当 偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄的。
ch6
微波技术 C、 魔T---双T(四口网络)
结构：
如图5.3.4所示，它可以看成是由E-T和H-T组合而成。 为消除各端口的反射波，接头处置入匹配装置（匹配块、 膜片和销钉、两个销钉等），如图6.3-8\9。
《微波技术与天线》第6章
比较电基本振子的远区场 Eθ与磁基本振子的远区场 Eφ , 可 以发现它们具有相同的方向函数 |sinθ|, 而且在空间相互正交 , 相位相差90°。所以将电基本振子与磁基本振子组合后 , 可构
成一个椭圆（或圆）极化波天线, 具体将在第8章中介绍。
磁基本阵子的应用
电磁测井
6.3 天线的电参数
1. 天线方向图及其有关参数 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。
例：画出沿z轴放置的电基本振子的E平面和H平面方向图。
解: ① E平面方向图:
② H平面方向图:
给定r处, 对于θ=π/2, Eθ的归一化场强值为|sinθ|=1,与φ无关， 因 而 H平面方向图为一个圆, 其圆心位于沿z方向的振子轴上, 且半径为1
图 6 -5 (a) 电基本振子E平面方向图
6.2 基本振子的辐射 预备知识：时变场的达朗贝尔方程，滞后位及其解
磁矢位和电标位 线性、均匀各向同性的无耗媒质中， 时谐形式的麦克斯韦方程
天线辐射场的求解思路：
点 点 源 的 磁 矢 位 转 换 点 源 的 辐 射 场 计算 连续 分布 结构 的辐 射场
源
突破点源后利用 结果推导新结构 的结果
pm k2 k 1 H j sin ( j 2 j 3 )e jkr 2 r r r
与电基本振子做相同的近似得磁基本振子的远区场为:
2 rλ 1 ω μ 0 pm Hθ sin θ e jkr η 2 rλ
E j
μ 0 pm
sin θe jkr
(6-2-8)
1. 电基本振子
《精品课件》电磁场与微波技术 (6)
2Hz k2Hz 0
（6.15） （6.16） （6.17） （6.18）
Eu
j k c2
h1
E z u
h2
H z v
Ev
j
kc2
h2
Ez v
h1
H z u
（6.22） （6.23）
Hu
j
k
2 c
h1
H z u
h2
Ez v
（6.24）
Hv
j
k
2 c
h2
H z v
h1
Ez u
（6.25）
6.2.3 矩形波导中模式的场
结构图
Ey
j
k c2
a
H
0
s
in
a
x
e
jz
Hx
j
k
2 c
a
H
0
s
in
a
x e jz
Hz
H0
cos
a
x e jz
Ex Ez H y 0
图6.6 TE10模的电场分布
图6.7 TE10模的磁场分布
图6.8 TE10模的电磁场分布
6.1.2 波沿波导传输的一般 特性
1. 波导中传输模的种类
Ez=0且Hz=0的传输模称为横电磁模， 也称为横电磁波，记作TEM波。
(2)Ez=0而Hz≠0的传输模称为横电 模或磁模，记为TE模或H模；Ez≠0 而Hz=0的传输模称为横磁模或电= 模，记为TM模或E模。空心金属管
波导只能传输这类模。
图6.2 任意截面形状的金属波导
E (u, v, z) E t (u, v, z) e z Ez (u, v, z) （6.6） H (u, v, z) H t (u, v, z) e z H z (u, v, z) （6.7）
（6.15） （6.16） （6.17） （6.18）
Eu
j k c2
h1
E z u
h2
H z v
Ev
j
kc2
h2
Ez v
h1
H z u
（6.22） （6.23）
Hu
j
k
2 c
h1
H z u
h2
Ez v
（6.24）
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（6.25）
6.2.3 矩形波导中模式的场
结构图
Ey
j
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a
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Ex Ez H y 0
图6.6 TE10模的电场分布
图6.7 TE10模的磁场分布
图6.8 TE10模的电磁场分布
6.1.2 波沿波导传输的一般 特性
1. 波导中传输模的种类
Ez=0且Hz=0的传输模称为横电磁模， 也称为横电磁波，记作TEM波。
(2)Ez=0而Hz≠0的传输模称为横电 模或磁模，记为TE模或H模；Ez≠0 而Hz=0的传输模称为横磁模或电= 模，记为TM模或E模。空心金属管
波导只能传输这类模。
图6.2 任意截面形状的金属波导
E (u, v, z) E t (u, v, z) e z Ez (u, v, z) （6.6） H (u, v, z) H t (u, v, z) e z H z (u, v, z) （6.7）
微波技术和天线(第四版)刘学观 第6章
将B = ∇ × （ A A为磁矢位）代入上述第二式得 定义电标位φ ，因而有
E = −∇φ − ∂A ∂t
∂A ⎤ ⎡ ∇ × ⎢E + =0 ⎥ ∂t ⎦ ⎣
一旦求得位函数 旦求得位函数——磁矢位和电标位，即可求得时变电场和时变磁场。 磁矢位和电标位 即可求得时变电场和时变磁场 《微波技术与天线》
《微波技术与天线》
第六章 天线辐射与接收的基本理论之°概论
3. 天线的分类
如果按用途的不同，可将天线分为通信天线、广播 电视天线、雷达天线等； 如果按工作波长的不同 可将天线分为长波天线 如果按工作波长的不同，可将天线分为长波天线、 中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。 如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类 如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类： 线天线和面天线。
天线 波前
球面波
《微波技术与天线》
第六章 辐射与接收的基本理论之°基本振子的辐射
1.电基本振子的磁矢位
电基本振子：它是一段长度远小于波长（dl<<λ），电流 I振幅均匀分布、相位相同的直线电流元。 设电基本振子沿z轴放置其电流元为 a z Idl ′ = a z 式中 S为电流元的横截面积。 式中， 为电流元的横截面积 电基本振子的长度远小于波长，因此可取 r′=0 即 R≈r ， 所以 其磁矢位的表达式为 所以，其磁矢位的表达式为
第六章 天线辐射与接收的基本理论之°概论
第六章 天线辐射与接收的基本理论
随时间变化的电荷或电流激发出的电磁场，可以脱 离场源以电磁波的形式向远处传播出去而不再返回场 源，我们把这种现象称为电磁辐射。
本章内容
6.1 概论 6.2 基本振子的辐射 6.3 天线的电参数 6.4 接收天线理论
电磁场与电磁波_第六章PPT课件
S1av S2av
第19页/共67页
6.2 均匀平面波对多层分界平面的 垂直入射
• 设有三层不同的无损耗媒质，两个分界面相互平行。媒质1与媒质2的分界面位
于 ,而媒质2厚度为d，与媒质3交界面为 • 电磁波从媒质1垂直入射，在两个分界面都要发生反射和透射
z0
z d • 媒质1与媒质2中都存在沿正z与负z方向传播的行波。媒质3中只存在沿+z方向
第27页/共67页
• 如果取媒质2的本征阻抗为
2 13
• 则：
ef 1
第28页/共67页
• 由此得媒质1和媒质2的分界面的反射数:
1 0
• 表明，只要插入四分之一波长厚度之媒质，且 媒质本征阻抗满足特定关系，则可以消除媒质1 的表面上的反射。
• 这种插入的媒质称为四分之一波长匹配层
第29页/共6r
(z)
ex
[
Eim
e
1
z
Erme1z
]
H• 媒1(质z2)中只有H透射i (波z，)其电场H和r磁(场z分) e 别为：y
1
1c
[ Eim e 1z
Erme1z ]
E2
(z)
Et
(z)
ex
Etme 2z
H2(z)
Ht (z)
ez
1
2c
Et (z)
• 合成波在空间没有移动，只是在原来的位置振动，故称这种波为驻波。
•在
的位置，电场振幅始终为0，故称这些点为电场的波节点
z n • 相对应振幅最大的位置，称为波腹点： 1
1z
n
z
n
2
(n
0,1,2,....)
1z
(2n
第六章微波辅助合成..
2. 微波合成材料原理及工艺
制备陶瓷材料 微波烧结具有突出的优势:节能省时无污染;烧结温度低、 物料受热均匀,致密度高,大大改了材料性能,产生具有新的 微观结构的优良性能的材料。
制备碳材料 樊希安等以棉秆为原料,微波辐射氯化锌法制备活性炭,活 化时间6min (为传统方法的1/36) ,产品吸附性能超过国家 一级标准。
2. 微波合成材料原理及工艺
极性溶剂吸收微波能被快速加热，如水、醇类、 羧酸等；
非极性溶剂几乎不吸收微波，升温很小。如正已 烷，正庚烷和CCl4等； 有些固体物质如Co2O3、NiO、CuO、Fe3O4、PbO2、 V2O5、WO3、焦炭等能强烈吸收微波而被迅速加热 升温； 另一些物质如CeO2、CaO、Fe2O3、La2O3、 TiO2等几乎不吸收微波，升温幅度很小。
1. 微波加热及加速反应机理
(1) 实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而 非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。 如水、 醇类、羧酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅速加热， 有些已达至沸腾，而非极性溶剂(正己烷，正庚烷和 CCl4)几乎不升温。
(2) 有些固体物质(如CoO3)，NiO，CuO，Fe3O4，PbO2， V2O5，WO3，碳黑等)能强烈吸收微波能而迅速被加热 升TiO温2，等而)几有乎些不物吸质收(如微C波a能O，，C升e温O2幅，度Fe很2O小3，。La2O3，
1. 微波加热及加速反应机理
传统的加热： 由外部热源通过热辐射由表及里的传导时加热。能量利 用率低，温度分布不均匀。 微波加热：通过电介质分子将吸收的电磁能转变为热能 的一种加热方式，属于体加热方式，温度升高快，并且 里外温度相同。
1. 微波加热及加速反应机理
从电介质的角度来说，分子可分为两类：一类是无极分子，其分于的 正负电荷中心重合，如H2，O2等；另一类是有极分子，其分子的正负 电荷中心不重合，如H2O， H2S等。
电磁场、微波技术与天线图文 (6)
第6章 微波网络基础
2. 微波网络参数是在微波传输线中只存在单一传输模式下 确定的。例如，对矩形波导，是指TE10模；对微带线，是指 准TEM模；对同轴线与带状线，是指TEM模。当微波传输 线中存在多模传输时，一般按其模式等效为一个多端口网络， 如一个有n个传输模的单端口元件将等效成一个n端口网络， 一个有n个传输模的二端口元件应等效为2n端口网络，其网 络参数仍按各个传输模式分别确定。
如图6-4-1所示为双端口网络，端口参考面T1、T2上的 电压和电流的方向如图中所示。由网络理论有
U1 Z11I1 Z12 I2 U2 Z21I1 Z22 I2
(6-4-1)
第6章 微波网络基础
图6-4-1 ［Z］和［Y］参量网络
第6章 微波网络基础
或简写成
U1 U 2
Z11
Z21
件还不足以将U、I唯一确定。因为，U′=kU，I′=I/k，即e′(x， y)=e(x，y)/k，h′(x，y)=kh(x，y)将同样满足式(6-2-1)的定义 和式(6-2-4)的归一化条件。因此，按上述定义的电压、电流 都只能确定到相差一个常数因子，这种不确定性实际上是反 映了传输线中阻抗的不确定性。为了消除这种不确定性，需 进一步确定基准矢量e(x，y)和h(x，y)，也就是确定等效特 性阻抗的选用条件。由式(6-2-1)写出(以入射场为例)
Ui
I
* i
1 2
Ui
(6-2-11a) (6-2-11b)
由式(6-2-11)解得
Ui
ab 2 Em ,
Ii
ab Em
2
(6-2-12)
第6章 微波网络基础
将其代入式(6-2-10)解出
e ey
2 ab
高中物理课件 第6章 第1节 电磁波载息传万里
电视机接上了互联网，用户在看电视节目的同时，还可任意在互联网上冲浪， 并可以把与电视节目有关的网址下载，还可以通过 E－mail 传送视频、音频及静态 图像，如接上打印机，就可以把你所要的资料打印出来；网络可视电话与家用电 脑连接，通过声卡软件、麦克风和视屏，不仅可以在网上可视聊天，还能通过互 联网拔打国际电话，而且音像清晰、收费便宜；网络信息冰箱则可通过液晶显示 屏上网，接收有线电视或网络服务信息，并可通过主页传递家庭电子邮件或各类 信息；网络收音机通过通信卫星接收全球 1 000 多家广播电台的信号，调频清晰， 音质优秀，并可通过互联网收听各种综合服务信息；凡此种种，网络家电的市场 真是无处不在，触手可及.
2．思考判断 (1)目前，电磁辐射是造成公害的主要污染物之一．( √ )
(2)聆听音响时，会因手机的使用而造成不愉快的感觉．( √ )
对电磁波的理解 【问题导思】 1．电磁波的波长、波速和频率满足怎样的关系？ 【提示】 v＝λf. 2．电磁波从一种介质进入另一种介质时，不变的量是谁？ 【提示】 频率．
(4)无线电波：在电磁波谱中，波长 大于1mm 范围属于无线电波．无线 电波按其波长由小到大又可分为 微波 (波长 10－3～10 m)、 短波 (波长 10～50 m)、 中短波 (波长 50～200 m)、 中波 (波长 200～3 000 m)和 长波 (波长 3 000～30 000 m)．
【解析】 电磁波的频率由发射电路的发射装置决定，D 错误．不同频率的 电磁波在真空中的传播速度是相同的，都等于光速 c＝3×108 m/s，故 A 错误．由 v＝λ·f 得，频率不同的电磁波，波长也不同，B 正确，且频率与波长成反比，C 错 误．
【答案】 B
1．下列说法正确的是( ) A．频率越高的电磁波传播速度越大 B．波长越短的电磁波传播速度越大 C．频率越高的电磁波，波长越短 D．波长不同的电磁波，频率不同，因此速度不同 【解析】 电磁波在真空中的传播速度与频率和波长均无关，A、B、D 均错 误，电磁波的频率和波长成反比，C 正确． 【答案】 C
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结果。
第6章 射频系统
二、 (1) (2) (3) 基本匹配电路有L型、 T型及П型等三种。
三、 实验设备
第6章 射频系统
第6章 射频系统
四、 1. 硬件测量(模组编号： RF2KM2-1A (MOD-2A, MOD-2B)) (1) 测量MOD-2A: Π型阻抗转换器的S11及S21测量, 了解Π
第6章 射频系统
③ MOD-2B的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3端 子做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
④ MOD-2B的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3及 P4端子做S21测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
五、 1. 硬件测量结果请见实验数据表。
第6章 射频系统
2. 单位长度传输线的特性如图6.1Байду номын сангаас3所示。
第6章 射频系统
图6.1.3 单位长度传输线的特性
实验2 匹配理论
第6章 射频系统
一、 (1) 了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。 (2) 利用实验模组实际测量来了解匹配电路的特性。 (3) 学会使用软件进行相关电路的设计和仿真， 并分析
第6章 射频系统
第6章 射频系统
实验1 实验2 实验3 实验4 实验5 实验6 实验7 实验8
传输线理论 匹配理论 功率衰减器 功分器 定向耦合器
振荡器设计
实验9 微带天线 实验10 射频前端发射器 实验11 射频前端接收机 实验12 下变频器(混频器) 实验13 微波实验软件简介 实验14 史密斯圆图软件与应 用
(4) MOD-1A S11 ≥-1 dB MOD-1B S11 ≥-1 dB MOD-1C S11 ≤-15 dB MOD-1C S21 ≥-0.5 dB (5) 测试模块电路方框图如图6.1.1所示。
第6章 射频系统
第6章 射频系统
图6.1.1 测试模块电路
第6章 射频系统
2. (1) 进入微波软件Microwave Office。 (2) 设计好相应的电路， 设置好P1, P2, P3, P4端口 (如果需要的话)， 完成频率设置、 尺寸规范、 器件的加载、 仿真图形等的设置。 (3) 最后进行仿真， 结果应接近实际测量所得到的仿真 图形。 (4) 电路模型图如图6.1.2所示。
第6章 射频系统
实验1 传 输 线 理 论
一、 (1) 了解基本传输线、 微带线的特性。 (2) 利用实验模组实际测量微带线的特性。 (3) 利用Microwave Office软件进行基本传输线和微带
线的电路设计和仿真。
二、 (1) (2) (3) 微带线理论的设计。
第6章 射频系统
三、 实验设备
(58
j20)Ω
输入反射系数:
in d e jd 0.2 ej(18060)o
(3) 微带线参数： W =1.38 mm， L=15.54 mm，
第6章 射频系统
AdB =0.0057dB/m
第6章 射频系统
4. Mathcad 除Microwave Office软件外， Mathcad软件也可以实现 仿真功能， 并以图形或者数据的形式给出结果。 结合Mathcad软件的使用， 本章配套有相应的微波电路 分析设计文件夹。 本次实验“微带线mcd”包括以下内容：
(1) 综合结果： 已知传输线电特性参数(Z0, θ, f0),求 出微带线其物理性参数(W, L, AdB)
(2) 分析结果： 已知微带线的物理性参数(W, L), 求出 传输线电特性参数(Z0, θ), 在Mathcad里面，θ是由φ表示 的。
(3) 列出分析式和合成式所依据的具体计算公式， Mathcad软件将依据这些公式， 进行计算， 并将结果在综合 结果和分析结果中表示出来。
第6章 射频系统
图6.1.2 单位长度传输线电路模型
第6章 射频系统
3. 例 计算负载为50 Ω的无损耗传输线(Z0=75 Ω， θ=30°， f0=900 MHz)的特性:
(1) 反射系数ΓL、 回波损耗RL、 电压驻波比USWR。
(2) 输入阻抗Zin、 输入反射系数Γin (3) 基板为FR4的微条线宽度W、 长度L及单位损耗量AdB 基板参数。其中， 介电常数εr = 4.5, 损耗角正切、 tanδ = 0.015, 基板厚度h=62 mil、 基板导线金属铜、 基 板导线厚度t=0.03 mm。
第6章 射频系统
第6章 射频系统
四、 1. 硬件测量(模组编号： RF2KM1-1A) (1) 测量开路传输线(MOD-1A)、 短路传输线(MOD-1B)、
50 Ω微带线(MOD-1C)， 频率均为50 MHz~500 MHz。 (2) 准备好实验用的器件和设备， 以及相关软件。
第6章 射频系统
解 (1) 反射系数：
第6章 射频系统
L
ZL ZL
Z0 Z0
50 75 50 75
0.2
回波损耗:
RL=20 lg(|ΓL|)=－13.98 dB 电压驻波比:
U SWR
1 1
L L
1.5
(2) 输入阻抗:
第6章 射频系统
Zin
Z0
ZL Z0
jZ0 jZL
tan( ) tan( )
(3) 测量步骤： ① MOD-1A的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P1端 口做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ② MOD-1B的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P2端 口做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ③ MOD-1C的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3端 口做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ④ MOD-1C的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3及 P4端口做S21测量， 并将测量结果记录于实验数据表中。
型阻抗匹配电路的特性； 测量MOD-2B: T型阻抗转换器的S11及 S21测量， 了解T
(2) 准备电脑、 测量软件、 射频测试系统、 连线等若干小 器件。
(3) 测量步骤: ① MOD-2A的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P1端子做 S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ② MOD-2A的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P1及P2端 子做S21测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
第6章 射频系统
二、 (1) (2) (3) 基本匹配电路有L型、 T型及П型等三种。
三、 实验设备
第6章 射频系统
第6章 射频系统
四、 1. 硬件测量(模组编号： RF2KM2-1A (MOD-2A, MOD-2B)) (1) 测量MOD-2A: Π型阻抗转换器的S11及S21测量, 了解Π
第6章 射频系统
③ MOD-2B的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3端 子做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
④ MOD-2B的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3及 P4端子做S21测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
五、 1. 硬件测量结果请见实验数据表。
第6章 射频系统
2. 单位长度传输线的特性如图6.1Байду номын сангаас3所示。
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图6.1.3 单位长度传输线的特性
实验2 匹配理论
第6章 射频系统
一、 (1) 了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。 (2) 利用实验模组实际测量来了解匹配电路的特性。 (3) 学会使用软件进行相关电路的设计和仿真， 并分析
第6章 射频系统
第6章 射频系统
实验1 实验2 实验3 实验4 实验5 实验6 实验7 实验8
传输线理论 匹配理论 功率衰减器 功分器 定向耦合器
振荡器设计
实验9 微带天线 实验10 射频前端发射器 实验11 射频前端接收机 实验12 下变频器(混频器) 实验13 微波实验软件简介 实验14 史密斯圆图软件与应 用
(4) MOD-1A S11 ≥-1 dB MOD-1B S11 ≥-1 dB MOD-1C S11 ≤-15 dB MOD-1C S21 ≥-0.5 dB (5) 测试模块电路方框图如图6.1.1所示。
第6章 射频系统
第6章 射频系统
图6.1.1 测试模块电路
第6章 射频系统
2. (1) 进入微波软件Microwave Office。 (2) 设计好相应的电路， 设置好P1, P2, P3, P4端口 (如果需要的话)， 完成频率设置、 尺寸规范、 器件的加载、 仿真图形等的设置。 (3) 最后进行仿真， 结果应接近实际测量所得到的仿真 图形。 (4) 电路模型图如图6.1.2所示。
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实验1 传 输 线 理 论
一、 (1) 了解基本传输线、 微带线的特性。 (2) 利用实验模组实际测量微带线的特性。 (3) 利用Microwave Office软件进行基本传输线和微带
线的电路设计和仿真。
二、 (1) (2) (3) 微带线理论的设计。
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三、 实验设备
(58
j20)Ω
输入反射系数:
in d e jd 0.2 ej(18060)o
(3) 微带线参数： W =1.38 mm， L=15.54 mm，
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AdB =0.0057dB/m
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4. Mathcad 除Microwave Office软件外， Mathcad软件也可以实现 仿真功能， 并以图形或者数据的形式给出结果。 结合Mathcad软件的使用， 本章配套有相应的微波电路 分析设计文件夹。 本次实验“微带线mcd”包括以下内容：
(1) 综合结果： 已知传输线电特性参数(Z0, θ, f0),求 出微带线其物理性参数(W, L, AdB)
(2) 分析结果： 已知微带线的物理性参数(W, L), 求出 传输线电特性参数(Z0, θ), 在Mathcad里面，θ是由φ表示 的。
(3) 列出分析式和合成式所依据的具体计算公式， Mathcad软件将依据这些公式， 进行计算， 并将结果在综合 结果和分析结果中表示出来。
第6章 射频系统
图6.1.2 单位长度传输线电路模型
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3. 例 计算负载为50 Ω的无损耗传输线(Z0=75 Ω， θ=30°， f0=900 MHz)的特性:
(1) 反射系数ΓL、 回波损耗RL、 电压驻波比USWR。
(2) 输入阻抗Zin、 输入反射系数Γin (3) 基板为FR4的微条线宽度W、 长度L及单位损耗量AdB 基板参数。其中， 介电常数εr = 4.5, 损耗角正切、 tanδ = 0.015, 基板厚度h=62 mil、 基板导线金属铜、 基 板导线厚度t=0.03 mm。
第6章 射频系统
第6章 射频系统
四、 1. 硬件测量(模组编号： RF2KM1-1A) (1) 测量开路传输线(MOD-1A)、 短路传输线(MOD-1B)、
50 Ω微带线(MOD-1C)， 频率均为50 MHz~500 MHz。 (2) 准备好实验用的器件和设备， 以及相关软件。
第6章 射频系统
解 (1) 反射系数：
第6章 射频系统
L
ZL ZL
Z0 Z0
50 75 50 75
0.2
回波损耗:
RL=20 lg(|ΓL|)=－13.98 dB 电压驻波比:
U SWR
1 1
L L
1.5
(2) 输入阻抗:
第6章 射频系统
Zin
Z0
ZL Z0
jZ0 jZL
tan( ) tan( )
(3) 测量步骤： ① MOD-1A的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P1端 口做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ② MOD-1B的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P2端 口做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ③ MOD-1C的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3端 口做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ④ MOD-1C的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3及 P4端口做S21测量， 并将测量结果记录于实验数据表中。
型阻抗匹配电路的特性； 测量MOD-2B: T型阻抗转换器的S11及 S21测量， 了解T
(2) 准备电脑、 测量软件、 射频测试系统、 连线等若干小 器件。
(3) 测量步骤: ① MOD-2A的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P1端子做 S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。 ② MOD-2A的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P1及P2端 子做S21测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。