微波技术基础
微波技术基础
Chap. 3 微带传输线
优点：
体积小、重量轻、频带宽、便于与微波集成电路相连接
缺点：
损耗大、Q值低、难以承受较大的功率（目前只适用于中小功率范围）
基本结构形式：
－对称微带线（带状线，stripline）
－不对称微带线（标准微带线或简称微带线，microstrip）
§5
§
§
α
⎦
⎣⎦
§
第2、3章小结
矩形波导
圆波导平行双线同轴线微带线介绍了多种传输线（波导）
带状线
二、一般规则波导中导行波的波型（模、模式）和传输特性
¾依据E z 和H z 存在的情形，可分为三类：
TEM波、TM波、TE波
波型（模式）是指每一种能够单独地在规则波导中存在的电磁场的一种分布状态（场结构）
¾依据色散特性可分为：
非色散波型（TEM波）与色散波型（TE波、TM波） 单导体所构成的空心金属波导管内不可能传输TEM 波型。
双导体或多导体，则可以传输TEM 波型
六、微带传输线
1、带状线
•TEM 模
•主要特性参数：Z
c 、衰减等
•尺寸选择•准TEM 模
•主要特性参数：Z
c 、衰减、等效相对介电常数等
•色散特性与尺寸选择2、微带线。
微波技术基础(微波技术与天线)第1章
本节要点：
• 输入阻抗 • 状态参量 • 阻抗与状态参量的关系
2021/6/23
1. 输入阻抗(input impedance)
输入阻抗 —传输线上任意一点处的电压和电流之比值
均匀无耗传输线的输入阻抗为
结论
Zin (z)U I((zz))Z0Z Zl0 jjZ Z 0 ltta a n n z z))((
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(1) 终端短路(short circuit)
负载阻抗Zl=0 ，终端反射系数l= 1，而驻波比，
此时，传输线上任意点处的反射系数为(z)= e-j2z
纯驻波状态下传输线上的电压和电流：
U(z)UU j2A1sinz
I(z)II
2A1cosz
Z0
传输线上任意一点z处的输入阻抗为：
2I
(
z)
0
其中 2 Z Y (R jL )G ( jC )
通解为
UzA1ezA2ez
I z A1ezA2ez Z0
Z0 (RjL)/(GjC)称为传输线的特 。性阻
A1 ,A 2 为积分常数，由边界条件决定
2021/6/23
传输线的边界条件通常有以下三种
已知始端电压和始端电流Ui、Ii 已知终端电压和终端电流Ul、Il
2021/6/23
对很小的z ，应用基尔霍夫定律，有：
u(z z,t)u(z,t)R z(z i,t)L zi(z,t) t
i(z z,t)i(z,t)G z(u z z,t)C zu(z z,t) t
将上式整理，并忽略高阶小量，可得：
u(z,t) R(iz,t)Li(z,t)
微波技术基础课程学习知识要点
《微波技术基础》课程学习知识要点第一章 学习知识要点1．微波的定义— 把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz ～3×1012Hz 。
在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽10000倍。
一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
2．微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。
3．微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。
4．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
第二章 学习知识要点1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。
微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。
传输线方程是传输线理论中的基本方程。
2. 均匀无耗传输线方程为()()()()d U z dz U z d I z dzI z 2222220-=-=ββ 其解为 ()()()U z A e A e I z Z A e A e j z j zj z j z=+=---120121ββββ 对于均匀无耗传输线,已知终端电压U 2和电流I 2，则:对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则:()()⎪⎭⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ其参量为 Z L C 000=，βπλ=2p ，v v p r =0ε，λλεp r=03. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态： (1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。
《微波技术基础》课件
微波技术的应用领域
பைடு நூலகம்
通信
微波技术在无线通信领域发挥重要作用，包 括移动通信、卫星通信和无线局域网等。
医疗诊断
微波医疗设备可用于乳腺癌检测、皮肤病诊 断等，具有无创、高分辨率的特点。
雷达
微波雷达广泛应用于气象预测、航空导航、 智能交通等领域，实现目标探测与跟踪。
循环器
循环器是一种用于控制信号方向流动的微波器 件，常用于无线通信和雷达系统中。
微波电路的设计原则
1 匹配
保证信号的最大能量传输，减少反射损耗。
2 稳定性
设计电路时考虑温度、供电和尺寸等因素，保持稳定的工作性能。
3 带宽
设计宽带电路以满足不同频率范围的应用需求。
微波技术的未来发展趋势
未来，随着5G通信、物联网和人工智能等技术的快速发展，微波技术将在更 多领域展示出巨大潜力，为人类社会的进步和创新提供支撑。
工业加热
微波加热技术广泛应用于食品加工、材料烧 结等领域，具有快速、节能的特点。
常见的微波器件
波导
波导是一种用于传输和导向微波的金属管道， 常用于通信、雷达等高频电路中。
功分器
功分器用于将一个输入信号分成两个或多个输 出信号，常用于天线阵列和无线通信系统。
微波滤波器
微波滤波器用于选择性地传输或屏蔽特定频率 的信号，常用于通信和雷达系统中。
结论和要点
微波技术是一门重要的学科，应用广泛且前景广阔。深入了解微波技术的基 础知识对于我们掌握相关领域的应用和发展趋势至关重要。
微波技术基础
本PPT课件将带你深入了解微波技术的基础知识，包括微波技术的定义、物 理特性、应用领域、常见器件、电路设计原则以及未来发展趋势。
精选微波技术基础知识
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstrip line）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanar line）
式中
微波集成传输线－带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数（特性阻抗）。2、在馈线、功分器，耦合器，滤波器，混频器，开关的设计中，体积小，重量轻，大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计，适用于多层微波电路，LTCC等，辐射小。4、封闭的电路，调试难。5、电路需要同轴或波导馈入，引入不连续性，需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中，存在不同节点常数的介质之间的连接，介质与金属导体的连接，分析方法非常复杂，尤其对3D电路，尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式，采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生
微波集成传输线－微带线
微波技术基础
《微波技术基础》复习要求第一章引言1.微波的工作频段2.微波的主要特点第二章微波传输线理论1.微波传输线与低频传输线的对比2.均匀传输线的电报方程（时域形式、频域形式）和波动方程3.已知负载的解型（无损形式）4.传输特性参数：特性阻抗、传播常数、相速、波长5.输入阻抗和反射系数：定义、公式和关系第二章微波传输线理论（续）6.无损传输线的工作状态分析7.传输功率（重点），功率容量和效率（一般）8.掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成原理、圆图的主要特性（圆图作题不要求）9.阻抗匹配：三种阻抗匹配问题（重点）、阻抗匹配方法及其特点（一般）10.时域分析方法：时空图解法第三章金属规则波导1.规则波导的纵向场法公式（TE和TM）、波动方程和边界条件、波型分类等。
2.矩形波导：场的求解过程、下标含义和范围、场结构简易绘制方法的原理、传输特性（三种波长、截止条件、简并概念、主模、相速和群速、波阻抗等）3.圆波导：纵向场的求解形式、下标含义和范围，三种主要模式的基本特点第三章金属规则波导（续）4.同轴线：主模的特性、设计原则5.激励与耦合的主要方法和举例6.损耗问题：导体损耗（微扰思想）、介质损耗和消失波衰减第四章微波集成传输线1.增量电感法：基本思想和物理解释、解题方法2.对称耦合传输线的奇偶模分析：对称耦合传输线的奇偶模分解（场特性）奇偶模分析的主要特点奇偶模分析的主要结果（偶模阻抗、奇模阻抗、K等参数的关系）第五章介质波导1.介质波导的工作原理：H平面波和E平面波以及独立方程组；两种平面波的反射系数；全反射、全折射的形成条件及其证明；两种基本波型（表面波和辐射模）。
2.圆形介质波导：主要工作模式和主模、截止条件和含义相速度特性第五章介质波导（续）3.平板介质波导：TE和TM的色散方程、基本模式的对称场分布、路的求解方法4.矩形介质波导：EDC方法与马氏方法的主要区别EDC方法的求解（分区、拉伸方向、电场与介质交界面的关系、波阻抗、横向谐振条件、有效介电常数等）第六章微波谐振器1.微波谐振器的基本特性：三个特性；基本参数（谐振波长和品质因数，p值的选取范围）2.金属波导谐振器：矩形谐振腔（波动方程和边界条件、纵向场法公式、下标的含义和范围、主模等）圆形谐振腔（下标的含义和范围、主模、模式图、虚假模式及其定义等）第六章微波谐振器（续）3.传输线谐振腔：横向谐振条件4.非传输线谐振腔（一般）5.谐振腔的微扰理论：基本公式介质微扰（重点是有损情况）腔壁微扰（谐振频率与储能变化的关系）第七章微波网络基础1.微波网络与低频网络的主要不同2.网络阻抗和反射系数与损耗、储能的关系3.[Z]和[Y]的定义、元素含义和主要性质4.[S]的定义、元素含义和主要性质5.[A]和[T]的定义、元素含义和主要性质。
微 波 技 术 基 础
U － UL 其中 +＝ L ，IL ＝IL Z0 Z0
两个行波之和不一定是行波！
§1.3 长线的参量
一. 特性参量
指由长线的结构、尺寸、填充的媒质及工作频率决定 的参量。（和负载无关）
特性阻抗Z0
传播常数γ
相速Vp与波长λ
§1.3 长线的参量
1. 特性阻抗Z0
将传输线上行波电压与行波电流之比定义为传输线的 特性阻抗,亦即入射波电压与电流复量之比或反射波电 压与电流复量之比的负值，用 Z 来表示, 其倒数称为 0 特性导纳, 用 Y0 来表示。根据定义有:
第一章 传输线的基本理论
在微波技术的研究中，传输线理论具有基础性和 极大的重要性。传输线是能量和信息的载体及传 播工具，而且是构成各种微波元件和电路的基础。
低频下，电路尺寸远小于波长，因此可认为稳定状态的电 压和电流是在电路各处同时建立起来的，元件参量既不依 赖于时间、也不依赖于空间——“集总”电路分析观点。 基尔霍夫定律能圆满的解决实际问题。 微波电路的特点是波长短，与电路尺寸在同一量级，这意 味着电路一点到另一点电效应的传播时间与微波信号的振 荡周期可比拟，元件的性质也不再认为是集总的，必须该 用与器件有关的电场与磁场来进行分析。
三. 分析方法
1.场的方法：以E、H为研究对象，从麦克斯韦尔方程出发, 解满足边界条件的波动方程, 得出传输线上电场和磁场 的解, 进而研究传输特性的横向分布及纵向传输特性。 该方法较为严格, 但数学上比较繁琐。
2. 路的方法：在一定的条件下，以U、I为对象，从传输线 方程出发, 求出满足边界条件的电压、 电流波动方程的 解, 分析电压波和电流波随时间和空间的变化规律,即用 电路理论来研究纵向传输特性。本质上是化场为路。该 方法有足够的精度, 数学上较为简便, 因此被广泛采用。 长线理论就是研究TEM波传输线的分布参数的电路理论。
微波技术基础_（ＰＤＦ）
绪论0.1电磁波的频谱图 1 （J. D. Kraus: Electromagnetics）频段划分频率描述应用3-30kHz 超低频（Very low frequency，VLF）导航超长波大于10000米30-300kHz 低频（Low frequency, LF）导航台，导航设备长波：1000-10000米300-3000kHz 中频（Medium frequency, MF）调幅广播，海事无线，中波：100-1000米电，海岸巡逻通信，方向搜索3-30MHz 高频（High frequency，HF）电话，电报，传真，短波：10-100米短波国际广播，业余无线电，民用频段，船—岸和船—空通信30-300MHz 甚高频（Very high frequency, VHF）电视，调频广播，空米波：1-10米中交通控制，警用，出租车移动无线电300-3000MHz 超高频（Ultrahigh frequency UHF）电视，卫星通信，无分米波：1-10分米线电探空仪，监视雷达，导航设备3-30GHz 特高频（Superhigh frequency, SHF）机载雷达，微波传送，厘米波：1-10厘米卫星通信30-300GHz 极高频（Extreme high frequency, EHF）雷达毫米波：1-10毫米300GHz-3000GHz 太赫兹太赫兹技术0.2微波毫米波微波的频率范围不同的书有不同的说法，有将300MHz—30GHz、波长：1cm—1m特指微波；也有称300MHz—300GHz、波长：1mm—1m为微波；还有将300MHz—3000GHz、波长：0.1mm—1m统称为微波。
细分：微波：300MHz—30GHz，波长：1cm—1m毫米波：30GHz—300GHz，波长：1mm—1cm亚毫米波：300GHz—3000GHz，波长：0.1mm—1mm微波频段划分频段标称波长旧波段新波段500-1000MHz VHF C1-2GHz 22cm L D2-3GHz 10cm S E3-4GHz S F4-6GHz 5cm C G6-8GHz C H8-10GHz 3cm X I10-12.4GHz X J12.4-18GHz 2cm Ku J18-20GHz 1.25cm K J20-26.5GHz K K26.5-40GHz 0.8cm Ka K40-60GHz 0.6cm U60-80GHz 0.4cm V80-100GHz 0.3cm W微波毫米波的特点低于1GHz的通信电路通常由集总参数电路元件构成，超过1GHz到100GHz，集总元件被传输线和波导元件取代。
微波技术基础
微波技术基础第一篇：微波技术基础微波技术是指在微波频段内进行无线电波传输和工作的技术。
微波频段的频率范围为300MHz至300GHz，是一种高频电磁波。
微波技术应用广泛，包括通信、雷达、医疗成像、无线电视、卫星通信等方面。
本篇文章主要介绍微波技术的基础知识。
1、微波的特点微波的特点是波长短、频率高、传输能力强、穿透力强、反射和绕射能力弱。
由于微波波长短，具有高频率和短时间间隔，相应的能量高，因此可以携带大量信息。
微波具有很强的穿透力，可以穿透一些物质。
但它对金属等导电材料的反射和绕射能力非常弱。
2、微波的应用微波技术应用广泛，包括通信、雷达、医疗成像、无线电视、卫星通信等方面。
其中，通信是微波技术应用最广的领域。
无线电视也用到了微波技术，它具有大带宽和高清晰度等优点。
雷达是一种利用微波波段特殊频率特性进行目标侦察和跟踪的技术。
医疗成像是微波技术的另一个应用领域，例如计算机断层扫描，实现肿瘤发现和诊断。
3、微波的发射方式微波发射方式包括波束走向和波束展宽两类。
波束走向是指将微波束对准目标以达到传送信息的目的。
波束展宽是指通过微波辐射，以实现信息的传输。
微波发射方式的选择应根据不同的应用场景来确定，例如在通信中应选择波束走向，而在雷达中应选择波束展宽。
4、微波的传输损耗微波在传输过程中会发生一定的损耗。
导致这种损耗的原因主要包括传输路径的衰减、反射和绕射效应、电磁波散射等。
传输路径的衰减是微波传输损耗最主要的原因。
它可以通过加强发射功率、缩短传输距离、采用大口径天线等措施来降低影响。
5、微波天线天线是微波技术的重要组成部分，它能将高频率的电磁波转换成物理信号，实现信息的传输。
微波天线种类繁多，包括Horn天线、微带天线、反射天线、缝隙天线等。
微波天线的使用应根据具体应用需求来选择。
例如，在雷达中，反射天线和缝隙天线可以实现高精度的指向和定位，而微带天线则可以被制成很小的尺寸，方便安装和使用。
6、微波放大器微波放大器的作用是放大微波信号，以便在传输中降低信号衰减。
微波技术基础
微波技术基础微波技术是现代通信和雷达系统中不可或缺的技术之一。
它广泛应用于无线通信、卫星通信、雷达探测等领域。
掌握微波技术的基础知识对于从事相关领域的技术人员来说至关重要。
本文将介绍微波技术的基础知识，帮助读者更好地理解和应用微波技术。
一、微波技术的定义和特点微波技术是指利用微波（300MHz-300GHz）进行信息传输和探测的技术。
微波技术具有以下特点：1. 高频特性：微波技术的工作频率较高，能够提供较大的带宽，实现高速数据传输。
2. 穿透力强：微波具有很强的穿透力，可以穿透大气层，适用于远距离通信和雷达探测。
3. 直线性好：微波的传播路径近似直线，适合于直线传播的应用场景。
4. 天线尺寸小：与低频通信相比，微波通信所需的天线尺寸较小，便于集成和应用。
二、微波技术的关键组件微波技术的关键组件包括：1. 微波振荡器：微波振荡器是微波技术中的核心部件，它能够产生稳定的微波信号。
2. 微波放大器：微波放大器用于放大微波信号，提高信号的传输功率。
3. 微波混频器：微波混频器用于实现微波信号与其他信号（如射频信号）的混合，实现信号的调制和解调。
4. 微波天线：微波天线用于发射和接收微波信号，是微波通信和雷达探测的关键组件。
三、微波技术在通信领域的应用微波技术在通信领域的应用广泛，包括：1. 无线通信：微波技术是无线通信技术的重要组成部分，如4G、5G等通信标准都采用了微波技术。
2. 卫星通信：微波技术是卫星通信的关键技术，可以实现全球范围内的通信覆盖。
3. 深空通信：微波技术是实现深空通信（如火星探测、月球探测等）的重要手段。
四、微波技术在雷达探测领域的应用微波技术在雷达探测领域也有广泛应用，包括：1. 雷达探测：微波技术可以用于雷达系统的发射和接收部分，实现目标的探测和跟踪。
2. 气象雷达：微波技术是气象雷达的关键技术，用于气象观测和天气预报。
3. 航空雷达：微波技术在航空雷达中也有广泛应用，如空中交通管制、飞行器探测等。
微波技术基础第3章
8h w 59 .952 ln w 4h a Z0 119 .904 6 w w h 2.42 0.44 1 h h w
w 1 h w 1 h
（3-1-26）
1. 带状线 带状线又称三板线, 它由两块相距为b的接地板与中间宽度 为w、厚度为t的矩形截面导体构成, 接地板之间填充均匀介质 或空气, 如图 3 - 2（c）所示。
由前面分析可知, 由于带状线由同轴线演化而来, 因此与同
轴线具有相似的特性, 这主要体现在其传输主模也为TEM, 也存
在高次TE和TM模。带状线的传输特性参量主要有:
α=αc+αd
(3-1-5)
式中, α为带状线总的衰减常数；αc为导体衰减常数； αd 为介质衰减常数。
第3章 微波集成传输线
介质衰减常数由以下公式给出:
27 .3 r 1 ad GZ 0 tan dB/m 2 0
(3-1-5)
式中, G为带状线单位长漏电导，tanδ为介质材料的损耗 角正切。
第3章 微波集成传输线
1 2 2 r 1 r 1 1 12 h 0.0411 w w/ h 1 2 2 w h e 1 r 1 r 1 1 12 h 2 w/ h 1 2 2 w （3-1-27）
vp
c
e
(3-1-22)
这样, 有效介电常数εe的取值就在1与εr之间, 具体数值由 相对介电常数εr和边界条件决定。现设空气微带线的分布电容 为C0, 介质微带线的分布电容为C1, 于是有
c
vp
1 LC0
微波技术基础
3、微波的主要特性
• 微波和低频的无线电波、可见的和不可见的光波、 X 射线、γ 射线一样，本质上都是随时间和空间变 化的、呈波动状态的电磁波。尽管它们的表现各 不相同，例如可见光可以被人眼所感觉而其他波 段则不能；X 射线、γ 射线具有穿透导体的能力而 其他波段则不具有这种能力；无线电波可以穿又 透浓又厚的云雾而光波则不能等，但它们都是电 磁波。之所以出现这么多不同的表现，归根结底 是因为它们的频率不同即波长不同。
Garage door openers, alarms
Cordless analog phones Baby monitors
~40 MHz
40-50 MHz 49 MHz
System Frequency range Radio controlled airplanes ~72 MHz Radio controlled cars ~75 MHz Remote keyless entry (RKE) systems, 315 or 433 MHz tire pressure monitoring systems (TPMS) RFID UHF 433 MHz UHF television (channels 14-83) 470 to 890 MHz Wildlife tracking collars, bank money dye packs not a frequency you want 215 to 220 MHz to transmit... Personal Locator Beacons and other 406 MHz emergency beacons. 864 to 868 MHz Cordless phones 944 to 948 MHz Industrial, medical & scientific (ISM) 866-870MHz band Europe including RFID Cell phones (GSM) 824 to 960 MHz
微波技术基础
∂H z ∂v
∂Ez ∂u ∂H z ∂u
∂Ez ∂v
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
（（44））波波导导的的种种类类及及特特点点
由横向场表达式进行分析：
Et
=
−
jβ
kc2
⎡⎣∇t Ez
+
Zh∇t
Hz
×
z ⎤⎦
26
Ht
=
−
jβ
kc2
⎡⎣∇t
Hz
− Ye∇t
Hz
×
z ⎤⎦
27
波波导导的的种种类类及及特特点点（（续续11））
纵向场分量表示：
∂
将24、25式带入10、11式有：∂z
=
−
j
β
;
∂2 = −β 2
∂z 2
Et
=
−
jβ
kc2
⎡⎣∇t Ez
+
Zh∇t
Hz
×
z ⎤⎦
26
Ht
=
−
jβ
kc2
⎡⎣∇t
Hz
− Ye∇t H z
×
z ⎤⎦
27
Zh =
μk
;
εβ
Ye =
εk μβ
28, 29
纵纵横横关关系系（（广广义义坐坐标标系系））
横向场满足的方程
对1.4-9a 作▽t× 运算有：
∇t × ∇t × Et = − jωμ∇t × zH z
∵∇iE = 0
⇒
∇t
iE
=
−
∂E ∂z
横向场满足的方程 （续1）
( ) 左边=∇t
∇t iEt
− ∇t2 Et
微波技术基础 第一章 传输线的基本理论
[8] 微波在线： [9] 美国MIT教学资源网：/OcwWeb/Electrical-Engineering-andComputer-Science/6-013Electromagnetics-andApplicationsFall2002/CourseHome/index.htm [10] Microwave Journal: [11] European Microwave Week: [12] Computer Simulation Technology: [13] European Microwave Association： /en/ [14] IEEE Microwave Theory and Techniques Society： /index.html
课程有关说明
“微波技术基础”课程是一门内容广泛，跨度较 大，理论抽象，难于理解和掌握。 理论讲授44学时,实验10学时. 成绩考核采取多种形式，既包括期末考试成绩 ，又包括平时作业、实验，期末考试采取闭卷 形式，对学生做到统一试卷、统一评分标准， 公正合理。平时作业占总成绩的15%,实验占总 成绩的15%，期末考试占总成绩的70%。
r 1 303 . m 2R0
使我们更加明确了Guide Line的含义，导线只是起到引导的作用，而 实际上传输的是周围空间(Space)(但是，没有Guide Line又不行)。
J
D
H S E
传 输 空 间
d
J
高频电阻
close all; % close all opened graphs figure; % open new graph sigma_Cu=64.516e6; % define material conductivity mu=4*pi*1e-7; % permeability of free space % define constants for this example R=500; % resistance in Ohms C=5e-12; % capacitance in Farads l=0.025; % length of leads in meters a=2.032e-4; % radius of the leads in meters (AWG 26) % define frequency range f_min=1e6; % lower frequency limit f_max=1000e9; % upper frequency limit N=300; % number of points in the graph f=f_min*((f_max/f_min).^((0:N)/N)); % compute frequency points on log scale L=2*l/(4*pi*a)*sqrt(mu./(pi*sigma_Cu*f)); % determine inductance Z=1./(j*2*pi*f*C+1/R)+j*2*pi*f.*L; % determine impedance loglog(f,abs(Z)); title('Impedance of a 500 {\Omega} thin-film resistor as a function of frequency'); xlabel('Frequency {\itf}, Hz'); ylabel('Impedance |Z|, {\Omega}');
微波技术基础(目录大纲)
课程详情：微波技术基础（64讲）-西安电子科技大学梁昌洪等国家级精品课程“微波技术基础”简介“微波技术基础”课程在西安电子科技大学是早已闻名的精品课程。
60年代初在我校毕德显教授的有力指导和系统策划下，出现了蒋同泽的《长线》和吕海寰的《超高频技术》，这是全国最早的同类教材，对多所高校均有大的影响，只是当时军校的原因，没有正式出版。
文革结束后，廖承恩编写的《微波技术基础》一直是国内多所高校引用和执教的教材。
1988年梁昌洪的《计算微波》获全国优秀教材奖，同时实践的需要也希望把微波集成电路的进展，网络的统一思想，计算机的应用以及CAI的先进手段融入教学。
90年代后期根据上述思想，推出了《简明微波》作为教学改革和课程发展的一次有益尝试。
目前的“微波技术基础”是电子信息专业微波方向学生的骨干课程，其讲授的内容涵盖了微波技术所涉及的各个方面的基础知识，信息量大。
为该课程配套的电子工程学院实验中心微波实验室和国家电工电子基地条件优良，实验设备从传统微波实验的测量线到现代的网络分析仪一应俱全，并建设了微波技术虚拟实验室，学生可以在虚拟实验室中进行有效的工程实际经验的训练。
总的来说，西安电子科技大学的“微波技术基础”在长期教学实践和学科发展中，已经逐步形成了自身的特色。
总结起来主要有：（1）现代性在内容、方法讲述和实施等环节都要体现跟上时代的潮流。
在内容选择上紧密结合通信等学科的发展，引入微波集成电路，光纤、开腔等实践需求的领域和内容；在方法上复频率法，统一传输线理论，特性阻抗的微扰理论等等，都是梁昌洪教授和同事们在教学科研结合上的创新体会；讲述和实施的CAI和虚拟实验使教材的现代性有所增色。
（2）简明性本课程在简明扼要，通俗易懂上狠下功夫，使内容尽量集中于发展主线，脉络清晰，在教学上强调。
统一性传输线和波导的统一；圆波导和矩形波导的统一；网络理论对于微波技术基础的主线统一。
主题性在本课程执教过程中，大胆实施分讲制，每一讲都有一个主题，有一个“戏核”，每5－6讲为一个单元，每个单元都有一个脉络一个系统，整个课程有一条主线，即把网络方法和场论方法的有机结合。
精品课件-微波技术基础(廖承恩)-第1章
开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围(波导内和波 导表面附近)沿轴向传播，其导行波是表面波。
第1章 引论
● 导模(guided mode) 导行波的模式，又称传输模、 正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是: ①在 导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的。这 一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；② 导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具 有唯一的传播常数；③导模之间相互正交，彼此独立，互不耦 合；④具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和模式 而异。
第1章 引论
第1章 引论
从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有不同于 其它波段的如下重要特点:
● 似光性和似声性 微波的波长很短，比地球上一般物 体(如飞机、舰船、汽车、坦克、火箭、导弹、建筑物等)的尺 寸相对要小得多，或在同一量级。这使微波的特点与几何光学 相似，即所谓似光性。因此，使用微波工作，能使电路元件尺 寸减小；使系统更加紧凑；可以设计制成体积小、波束很窄、 方向性很强、增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间 各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离， 分析目标的特征。
第1章 引论
第1章 引 论
1.1 微波及其特点 1.2 微波的应用 1.3 本书的内容框图 1.4 导行波及其一般传输特性 本章提要 习题
第1章 引论
1.1 微波及其特点 就现代微波理论和技术的研究和发展而论，微波 (microwave)是指频率从300 MHz至3 000 GHz范围内的电磁波， 其相应的波长从1 m至0.1 mm。这段电磁频谱包括分米波(频率 从300 MHz至3 000 MHz)、厘米波(频率从3 GHz至30 GHz)、 毫米波(频率从30 GHz至300 GHz)和亚毫米波(频率从300 GHz 至3 000 GHz)四个波段。 在雷达、通信及常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示 微波的分波段。表1.1- 1(a)、(b)分别示出常用微波分波段代 号和家用电器的频段。
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史密斯圆图的应用
读出数字，去归一化
Yin1
Yin1Y01
Yin1 Z01
Yin2
Yin2Y02
Yin2 Z02
④
Yin3
1 Zin3
Yin1 Yin2
归一化
Yin3 Yin3Z03
并在圆图上找到Yin3作原点的对称点E，即为Zin3，
史密斯圆图的应用
重复①可得F点，F点为Zin，并读出数字，最后得 Zin ZinZ03
将阻抗圆图视为导纳圆图 ，找出对应的点B，再将 Y
倒换为 Z得 B，'即 Z0.12j0.34
最后，在阻抗圆图（实际又将导纳圆图视为阻抗圆图）
上找出Z 对应的点 B，' 以 为O半B'径作等Γ圆与Vmax线
相交。从交点的 R值读出 S为3
S3 10
C). 求 S和 lmin
将 B沿' 等Γ圆顺时针旋转 到l 3 得B, '' ZB'' 1.1j2.9
进行小损耗线的计算
例3.一小损耗传输线的特性阻抗 Z070，j每0 波长
的衰减为 0.0，6N负p载端的驻波系数
，SL 3.5
lmin，0.设05线g长
，l试求0.（8１g ）负载阻
抗 Z；L（２）输入端驻波系数 ；S（l３）输入
端阻抗 Z。l
有耗线的工作参量与传输线特性参量和负载条件 的相关公式联立求解——计算繁琐
Z1 ' 0.15 j0.71
Z1'Z1'Z017.5j35.5
Z 2 ' 0.95 j1.15 去归一化 Z2'Z2'Z0266.5j80.5
使用导纳计算 Z 和1 ' 并Z 2 联' 后的值。这里用圆图进行倒
换，因它们均为线段
l
的负载，应对
3
Z进0 3行归一化：
Z1'Z1' Z030.1j0.47
Z 2'Z 2' Z 0 30 .8 8 7j1 .0 7
分别对应阻抗圆图的 B点1 和 点B 2，如上图所示
B 1 ' 和 B 2的' 归一化导纳：
Y1' 1 Z1' 0.43 j2.04
Y2' 1 Z2' 0.47 j0.58 线段的总负载导纳归一化值为两者之和：
YY1'Y2'0.9j2.62
在实用阻抗圆图上找出的圆的交点A，如图 L OAOa0.44
延长OA在单位圆上读出
L 26
（2）过A点作等S圆与V m a x线交于B，与 V m线in 交于C，由 B点的 值R 可得 S2.6
由A、C两点所对应的电长度的值可得
m i0 n .5 0 .2 1 0 .2 486
去归一化得
mi n mig n1.1 7(c 6)m
工程上要求快速，在一定精度范围内就可以了。
精确的？ 还是近似的？
（1）.在阻抗圆图上作 SL 的3.圆5 如图所示, 必然Z 在L
此圆上.
以O为圆心，将Ob逆时针旋转0.05电长度（即l min ）与S L圆
相交于C点，则C点就代表Z L，读出为
去归一化 ZL 0.28j0.29
ZLZLZ 019.6j20.3( )
②以A点沿等Γ圆顺时针旋转电长度l1到C点为Zin1。具体为： 以原点为圆心，OA长为半径作等Γ圆；从原点出发，过A 作单位圆的射线，其交点为Zl1的电源波长度；在单位圆上
顺时针旋转l1的点为Zin1对应的电源波长度，并与原点连
线l1﹥，0和.5等，Γ应圆去的掉交0点.5的C就整是倍Z数in1，。只（保注留意小周数期，性因，为如旋果转一 周的电长度为0.5） 同理求出Zin2点D。 ③过原点分别找出Zin1和Zin2的对称点为Yin1和Yin2。
（2）.注意：圆图上由负载端的反射系数求输入端反射 系数时，反射系数的矢径端点不再是沿等反射系数圆移 动而是沿逐渐变小的螺旋线移动。
lLe2l
SL1e2l0 .5e 5 2 0 .0 6 0 .80 .5
SL1
Sl10.53
10.5
(3).在阻抗圆图上作 Sl的圆3， 必Z须l 在 此圆上。 以O为圆心，将OC顺时针转动0.8电长度与S l 圆相交于
2 l1 g1 2 l1 g1
Z in 2
Z02
Zl2 Z02
jZ02tg jZl 2tg
2 l2 g 2 2 l2 g 2
Zin3Zin1PZin2ZZ in1in1ZZ ini2n2
把Zin3作为传输线l3的负载，有
史密斯圆图的应用
Zin
Z03
Zin3 jZ03tg Z03 jZin3tg
如图所示。以O为圆心，以OA 和1 O为A 半2 径分别作圆与
V m a线x 交于10和3。于是就得
S11,0S23
b). 求 S 3
先将分支线 l1 和 l 2 在并联处 T '的输入阻抗 Z 1 '和 Z 2 '
求出，为此，在圆图上将 OA 1和 OA 2分别顺时针旋转 l 1
和 l 2 得 A 1 、' A 2 ' ，读得 A 1 、' A 2 '的归一化阻抗
而且还可以求出驻波系数S和驻波相位lmin。 思考题：
如果取Zl2＝0或∞，调节l1和l2，能否使
Zin Z03 或 Zin3 Z03
作业
5.13，5.15，5.17
5.19——5.22 5.24，5.27，5.30，5.31
2 l3 g 3 2 l3 g 3
2、用史密斯园图求解。归一化
Zl1 Zl1 Z01
,
l1
l1
g1
Zl2 Zl2 Z02
,
l2
l2
g2
Zin3 Zin3 Z03
,
l3l3g3 Nhomakorabea解得！
史密斯圆图的应用
作图求解思路：
①在圆图上找到Zl1点，即Rl1和Xl1两圆的交电A。 在圆图上找到Zl2点，即Rl2和Xl2两圆的交电B。
负载反射系数的模 和 相L 角 ；（ L2）驻波系
数 和S驻波相位 ；（mi3n）
入阻抗 Z。
处 的7输.4 4cm
公式计算——直接求解法
画出等效电路图（参考面） 列出公式 写出相应步骤即可
圆图——图表法
（1）负载阻抗的归一化值为 Z L Z LZ 0 ( 1 0 0 j5 0 )5 0 2 j1
3、注意用导纳圆图和用阻抗圆图时，应分别 用导纳和阻抗作为设计参数为好。
4、并联电路用导纳圆图，串联一般用阻抗圆 图较为方便
5.10.3 圆图的应用（三个方面）
无耗传输线的阻抗（或导纳）变换
例1. 已知无耗传输线的特性阻抗 Z0 5，0工作波长
，6终0c端m负载
ZL ，(1 求：0（0 j5 1）)0
将每一段彩色的线都等效为：
计算串或并联时需去归一化
首先对负载阻抗及线长进行归一化
Z 1 Z 1Z c 1 2 .2 j 4 ,Z 2 Z 2Z c 2 0 .6 j 0 .8
l1 l1 g 0.38 l3 l3 g 0.15 l2 l2 g 0.288
a). 求 S1, S2
在阻抗圆图上分别找出 Z 和1 Z所2对应的点 和A 1 ，A 2
点D，D点就代表Z l ，读得
Zl去归3一化
Z(l)Z(l)Z0210
史密斯圆图的应用
例：如图所示（注意三段传输线的特性参量不一样）
求 Zin＝？
l3
l1
Zin
Z03 λg
Zin3 Zin1
Z01 λg
Zl1
Zl2
史密斯圆图的应用
1、计算
Z in1
Z 01
Zl1 Z01
jZ 01tg jZl1tg
小结 ①正确的对阻抗（或导纳）进行归一化。计算不同特征 阻抗传输线段组成的电路时，在哪一段线上计算就对该 线段的特性阻抗归一化，在各线段的交接处必须进行换 算； ②在阻抗圆图上由阻抗倒换成导纳后，若还要进行导纳 的运算，可将阻抗圆图视为导纳圆图使用。反之，在导 纳圆图上由导纳倒换成阻抗后，若再需要进行阻抗运算， 可将导纳圆图视为阻抗圆图继续使用.
微波技术基础
詹铭周
电子科技大学电子工程学院 地点：清水河校区科研楼C305 电话：61831021 电邮：mzzhan@
圆图的应用
1、分析电路——简化计算
2、综合电路——匹配设计
导纳圆图即把阻抗圆图旋转180度得到
1、用阻抗圆图求导纳——找出中心对称点
2、阻抗圆图与导纳圆图叠加在一起的圆图， 直接读出对应圆图上的数值即可。
（3） 的归一化值为 g7.4 46 01.24
固定O点，OA线顺时针旋转1.24电长度，到D点。读 出D点的归一化阻抗即为
Zl0.4 2j0.24
去归一化得
Z lZ lZ 0 2 1 j1 2
无耗传输线上阻抗与导纳倒换，不同特性阻抗传输线 的 串联、并联
例2.如图所示的无耗传输线电路中，已知
去归一化得: Z T Z B ''Z 0 3 8 2 .5 j2 1 7 .5
将
Z
用
T
Z归0 一化为
,Z在T 阻抗圆图上找出对应点，以
OC
为半径作等Γ圆与
V
相交读得
m ax
S 16
C对应的电长度为0.218。由C沿等Γ圆顺时针转到Vmin线得
lm in0.50.2180.282
lminlming14.1cm
g ，50cm l，1 16c，m l2 ，14cm l3 7.5cm
Z01 ，50 Z，02 70， Z03 ，75 Z0 50