微波技术与天线课件
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《微波技术与天线》课件第9章
方向上,即最大辐射方向与面元相垂直。其方向图如图9-2所
示。
图 9-1 惠更斯元
图 9-2 惠更斯元的方向图
9.1.3 平面口径的辐射
1.平面口径的辐射
设平面口径S 位于xOy 平面上(见图9-3),坐标原点到观察
点 M 的距离为R,面元 dS 到观察点M 的距离为r,口径面在远
处辐射场的一般表达式为
③ 方向系数为
式中,g=υυ1≤1,称为方向系数因数,且有
结论如下:
① 张角ψ0 一定时,馈源方向函数Df(ψ)变化越快,方向图
越窄,则口径场分布越不 均匀,口径利用因数υ越低,而口径截
获因数υ1 越高。
② 馈源方向函数Df(ψ)一定时,张角ψ0 越大,则口径场分
布越不均匀,口径利用因 数υ越低,口径截获因数υ1 越高。
★ 了解抛物面天线的偏焦特性及其应用。
★ 了解卡塞格伦天线的结构,它与抛物面天线的区别及
卡塞格伦天线的工作原理。
★ 掌握矩形口径及圆口径的辐射特性与口径尺寸和口
径场分布的关系,学会方向图、 主瓣宽度和旁瓣电平、方向
系数及口径利用因数的计算,了解口径场不同相时对辐射的
影响。
★ 掌握旋转抛物面天线的结构及工作原理,重点掌握馈
源方向函数、口径张角与口径 场分布及方向系数与最佳照
射的关系。
★ 了解旋转抛物面天线对馈源的基本要求。
量并投向抛物反射面,如果馈 源辐射理想的球面波,而且抛物
面口径尺寸为无限大时,则抛物面就把球面波变为理想平 面
波,能量沿z 轴正方向传播,其它方向的辐射为零,从而获得很
强的方向性。但实际上抛物面天线的波束不可能是波瓣宽度
趋于零的理想波束,而是一个与抛物面口径尺寸及馈 源方向
示。
图 9-1 惠更斯元
图 9-2 惠更斯元的方向图
9.1.3 平面口径的辐射
1.平面口径的辐射
设平面口径S 位于xOy 平面上(见图9-3),坐标原点到观察
点 M 的距离为R,面元 dS 到观察点M 的距离为r,口径面在远
处辐射场的一般表达式为
③ 方向系数为
式中,g=υυ1≤1,称为方向系数因数,且有
结论如下:
① 张角ψ0 一定时,馈源方向函数Df(ψ)变化越快,方向图
越窄,则口径场分布越不 均匀,口径利用因数υ越低,而口径截
获因数υ1 越高。
② 馈源方向函数Df(ψ)一定时,张角ψ0 越大,则口径场分
布越不均匀,口径利用因 数υ越低,口径截获因数υ1 越高。
★ 了解抛物面天线的偏焦特性及其应用。
★ 了解卡塞格伦天线的结构,它与抛物面天线的区别及
卡塞格伦天线的工作原理。
★ 掌握矩形口径及圆口径的辐射特性与口径尺寸和口
径场分布的关系,学会方向图、 主瓣宽度和旁瓣电平、方向
系数及口径利用因数的计算,了解口径场不同相时对辐射的
影响。
★ 掌握旋转抛物面天线的结构及工作原理,重点掌握馈
源方向函数、口径张角与口径 场分布及方向系数与最佳照
射的关系。
★ 了解旋转抛物面天线对馈源的基本要求。
量并投向抛物反射面,如果馈 源辐射理想的球面波,而且抛物
面口径尺寸为无限大时,则抛物面就把球面波变为理想平 面
波,能量沿z 轴正方向传播,其它方向的辐射为零,从而获得很
强的方向性。但实际上抛物面天线的波束不可能是波瓣宽度
趋于零的理想波束,而是一个与抛物面口径尺寸及馈 源方向
微波技术与天线课件
将前式代入，两端除以z，并令z→0，可得一般传 输线方程（电报方程）：抖 ( z, t ) 骣 v i( z, t )
抖 z = - çRl i ( z , t ) + Ll ç ç 桫 t 骣 抖( z , t ) i = - çGl v( z , t ) + Cl ç ç 桫 抖 z
÷ ÷ ÷
m b ln 2p a b 2pe ¢ ln a RS 骣 ç1 + 1 ÷ ÷ ç 桫 2p ç a b÷ b 2pwe ⅱln a
双导线 D：线间距离 d：导线直径
m D+ ln p pe ¢ ln 2 Rs pd pwe ⅱ ln D+
12
D2 - d 2 d D2 - d 2 d
D+
平行板传输线 W：平板宽度 d：板间距离 m,：填充介质 md W e¢ W d 2 RS
电流的解为：
电压电流是 位置的函数
dV ( z ) 1 1 I ( z) = = A1e- g z - A2 eg z ) ( R + jwL dz Z0
式中
Z0 =
Rl + jwLl Gl + jwCl
为传输线的特性阻抗
电压和电流解为：
V ( z ) = V + ( z ) + V - ( z ) = A1e+ -
一维分布参数电路理论
第二章 传输线理论
1）长线理论
传输线的电长度：传输线的几何长度 l 与其上 工作波长l的比值（l/l）。
长线 Long line
当线的长度与波长 可以比拟
l/l > 0.05
短线 Short line
当线的长度远小于线 上电磁波的波长
微波技术与天线课件
定,是无耗互易网络,每对端口相互隔离:
其中一对匹配:
S12 S34 0 S11 S22 0
(20-6) (20-7)
符合上述条件的即可称为定向耦合器，其［S］矩阵是
微波技术与天线课件
三、四口网络的一般性质
0 0 S13 S14
[S]
0
0
S23
S24
S13 S14
S23 S24
微波技术与天线课件
多口元件
如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S 矩阵来分析多端口元件。
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
微波技术与天线课件
多口元件
它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励
波 a1,a2……an ， 通 过 网 络 ， 出 来 变 成 b1,b2……bn 。 因 此 上 面 矩 阵 可 以 简 化 为
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的微波网技术络与天都线课可件以全匹配。
一、三口网络的一般性质
2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：Sij≠Sji ［性质］无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。 典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同 的环行器：
微波技术与天线课件
平
等 端
分相位
幅输入 反相等
二、三口元件
2. 铁氧体环行器——环行元件
3
1
2
0 0 1 [S] 1 0 0
0 1 0
理想s矩阵
[例1] 理想环行器端口③接匹配负载 L，即o 可构成二 端口隔离器。
其中一对匹配:
S12 S34 0 S11 S22 0
(20-6) (20-7)
符合上述条件的即可称为定向耦合器，其［S］矩阵是
微波技术与天线课件
三、四口网络的一般性质
0 0 S13 S14
[S]
0
0
S23
S24
S13 S14
S23 S24
微波技术与天线课件
多口元件
如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S 矩阵来分析多端口元件。
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
微波技术与天线课件
多口元件
它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励
波 a1,a2……an ， 通 过 网 络 ， 出 来 变 成 b1,b2……bn 。 因 此 上 面 矩 阵 可 以 简 化 为
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的微波网技术络与天都线课可件以全匹配。
一、三口网络的一般性质
2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：Sij≠Sji ［性质］无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。 典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同 的环行器：
微波技术与天线课件
平
等 端
分相位
幅输入 反相等
二、三口元件
2. 铁氧体环行器——环行元件
3
1
2
0 0 1 [S] 1 0 0
0 1 0
理想s矩阵
[例1] 理想环行器端口③接匹配负载 L，即o 可构成二 端口隔离器。
《微波技术与天线》课件
《微波技术与天线》PPT 课件
这个PPT课件将为您介绍微波技术与天线的基本概念和应用，从微波技术的 发展历程，到微波器件、微波天线、微波信号传输、微波测量技术、微波辐 射安全等多个方面进行深入讲解。
一、微波技术概述
微波技术的发展历程，基本特征以及在通信领域的应用。
二、微波器件
微波器件的分类
介绍不同类型的微波器件，如微波管、半导 体器件和微波集成电路。
微波天线的设计 与制造
提供设计和制造微 波天线的关键步骤 和技术。
四、微波信号传输
1 微波信号的特点
2 微波信号的传输方式
介绍微波信号的特点，如频率和传输距离。
讲述微波信号的不同传输方式，如无线和 光纤传输。
3 微波信号的功率损耗ຫໍສະໝຸດ 4 微波信号的干扰与抗干扰方法
解释微波信号传输中的功率损耗问题及其 影响。
半导体器件
讲述半导体器件在微波技术中的重要性和功 能。
微波管
深入解释微波管的工作原理和应用。
微波集成电路
介绍微波集成电路的设计和制造过程。
三、微波天线
微波天线的基本 原理
解释微波天线的工 作原理和其在通信 中的作用。
微波天线的分类
介绍不同类型的微 波天线，如方向性 天线和宽带天线。
微波天线的参数
讲述微波天线的常 见参数和它们的意 义。
提供微波信号干扰及其抗干扰方法的详细 信息。
五、微波测量技术
微波测量的基本 原理
介绍微波测量的基 本原理和常见应用。
微波频率计的工 作原理
解释微波频率计的 工作原理以及它在 微波测量中的作用。
微波功率计的工 作原理
深入讲解微波功率 计的工作原理和它 在微波测量中的应 用。
这个PPT课件将为您介绍微波技术与天线的基本概念和应用，从微波技术的 发展历程，到微波器件、微波天线、微波信号传输、微波测量技术、微波辐 射安全等多个方面进行深入讲解。
一、微波技术概述
微波技术的发展历程，基本特征以及在通信领域的应用。
二、微波器件
微波器件的分类
介绍不同类型的微波器件，如微波管、半导 体器件和微波集成电路。
微波天线的设计 与制造
提供设计和制造微 波天线的关键步骤 和技术。
四、微波信号传输
1 微波信号的特点
2 微波信号的传输方式
介绍微波信号的特点，如频率和传输距离。
讲述微波信号的不同传输方式，如无线和 光纤传输。
3 微波信号的功率损耗ຫໍສະໝຸດ 4 微波信号的干扰与抗干扰方法
解释微波信号传输中的功率损耗问题及其 影响。
半导体器件
讲述半导体器件在微波技术中的重要性和功 能。
微波管
深入解释微波管的工作原理和应用。
微波集成电路
介绍微波集成电路的设计和制造过程。
三、微波天线
微波天线的基本 原理
解释微波天线的工 作原理和其在通信 中的作用。
微波天线的分类
介绍不同类型的微 波天线，如方向性 天线和宽带天线。
微波天线的参数
讲述微波天线的常 见参数和它们的意 义。
提供微波信号干扰及其抗干扰方法的详细 信息。
五、微波测量技术
微波测量的基本 原理
介绍微波测量的基 本原理和常见应用。
微波频率计的工 作原理
解释微波频率计的 工作原理以及它在 微波测量中的作用。
微波功率计的工 作原理
深入讲解微波功率 计的工作原理和它 在微波测量中的应 用。
《微波技术与天线》课件第10章
图 10 2 馈源口面不对称照射激起 TE10、TE20模
2)相控阵雷达 相控阵雷达实际上是阵列天线的一种应用,它由为数众 多的天线单元组成阵列,当馈 送给阵列天线单元的微波载波 幅度与相位不同时,就得到不同的天线阵列辐射方向图。随 着时间的变化连续不停地改变单元之间的相位时,便能使形 成的波束在一定的空间范围内 扫描。这就是称为“相控阵 雷达”的原因
2.微波中继转接方式 1)三种常用的中继转接方式 ① 基带转接:在中继站首先将接收到载频为fI 的微波信 号经混频变成中频信号,然 后经中放送到解调器,解调还原出 基带信号,然后再对发射机的载波进行调制,并经微波 功率放 大后,以载频f'I 发射出去,如图10 3所示。
图 10 3 基带转接的原理框图
4)目标识别原理 所谓的目标识别,就是利用雷达接收到的飞行目标的散 射信号,从中提取特征信息并 进行分析处理,从而分辨出飞行 目标的类别和姿态。目标识别的关键是目标特征信息的提 取,这涉及对目标的编码、特征选择与提取、自动匹配算法 的研制等过程。
3.几种典型雷达系统 1)单脉冲雷达 单脉冲雷达采用的天线一般为卡塞格伦天线,其馈源为 矩形多模喇叭。当天线完全对 准目标方向时,接收的电磁波 在喇叭馈源中激发的电磁场只有主模 TE10模,当天线偏离目 标方向时,除主模外还会产生高次模,其中 TE20模会随着天线 角度的变化而变化。对矩形 喇叭馈源,当目标在喇叭中心线 右面时,喇叭右侧的能量等效为主模 TE10和高次模 TE20 两个 模式分量的相加,而左侧是两个模式分量的相减,如图10 2所 示,因此喇叭右侧的 能量较大而左侧较小;当目标在喇叭中心 线左面时,激起的 TE20模极性与上述情形相反。
10.2 基 本 要 求
★ 了解雷达系统的构成及雷达测距、测向、测速的原 理。
微波技术与天线-第0章-绪论PPT课件
微波工程
天线
散射
其它相关课程：如计算电磁 学、微波通信、电磁兼容、微
波遥感等。
.
微波电子线路
3
一、微波及其特点
微波是频率非常高的电磁波，通常我们将频率为300MHz至 3000GHz的电磁波称作微波，又将微波波段分为分米波、厘 米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
一般地说，微波在电磁波频谱中所处的位置在甚高频(UHF) 和光波之间。
一) 经典电磁理论——微波技术的基本研究方法是“场解法”。 场解法就是在一定的边界条件下，求解麦克斯韦方程组。
从理论上讲，所有微波技术中的问题都可以用“场解法”求
解。遗憾的是，除了在非常简单的边界条件下，我们可以得到封
.
11
3. 热效应特性
当微波电磁能量传送到有耗物体的内部时，就会使 物体的分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热，这 就是微波的热效应特性。利用微波的热效应特性可 以进行微波加热，由于微波加热具有内外同热、效 率高、加热速度快等特点，因而被日益广泛应用于 粮食、茶叶、卷烟、木材、纸张、皮革、食品等各 种行业中。另外，微波对生物体的热效应也是微波 生物医学的基础。
.
14
6. 散射特性
当电磁波入射到某物体上时，会在除入射波方向外 的其他方向上产生散射。散射是入射波和该物体相 互作用的结果，所以散射波携带了大量关于散射的 信息。这个信息就是通过大气或云对阳光的散射作 用而传递给人们的。由于微波具有频域信息、相位 信息、极化信息、时域信息等多种信息，人们通过 对不同物体的散射特性的检测，从中提取目标特性 信息，从而进行目标识别，这是实现微波遥感、雷 达成像等的基础。另外，还可以利用大气对流层的 散射实现远距离微波散射通信。
.
15
微带传输线《微波技术与天线》课件典型实例
微带传输线《微波技术与 天线》课件典型实例
• 微带传输线概述 • 微带传输线的分类 • 微带传输线的性能参数 • 微带传输线的应用实例 • 微带传输线的未来发展
01
微带传输线概述
定义与特点
定义
微带传输线是一种在介质基片上 制作的一维传输线结构，通常由 金属导带和接地板组成。
特点
具有较小的体积和重量，易于集 成到微波集成电路中，成本较低 ，适用于高频信号传输。
工作原理
电磁波在微带导带和接地板之间传播，通过导带和接地板之间的电容效应实现信号 的传输。
导带和接地板之间的电场主要集中在导带与接地板之间的狭缝中，磁场则主要集中 在导带附近。
随着频率的升高，电磁波的传播常数增大，导致相位速度减小，从而产生相位失真。
应用场景
01
02
03
微波集成电路
微带传输线广泛应用于微 波集成电路中，作为信号 传输线、元件间连接线等。
传播常数
总结词
传播常数是描述微带传输线中电磁波传播特性的参数，它由相位常数和衰减常数组成。
详细描述
传播常数是描述微带传输线中电磁波传播行为的参数，它由相位常数和衰减常数组成。 相位常数决定了电磁波在传输线中的相速度和相位移，而衰减常数则表示电磁波在传输 过程中的能量损失。传播常数是微带传输线设计中的关键参数，它影响着信号的传输距
离和信号质量。
损耗
总结词
损耗是微带传输线中信号能量损失的参数，主要包括 导体损耗、介质损耗和辐射损耗。
详细描述
损耗是微带传输线设计中必须考虑的重要参数。在信 号传输过程中，由于导体电阻、电介质损耗以及辐射 等因素，信号能量会逐渐损失。导体损耗主要是由于 传输线中导体的电阻引起的能量损失；介质损耗是由 于电介质材料的损耗引起的能量损失；而辐射损耗则 是由于传输线中电磁波向空间辐射引起的能量损失。 了解和减小这些损耗是提高微波传输系统性能的关键 。
• 微带传输线概述 • 微带传输线的分类 • 微带传输线的性能参数 • 微带传输线的应用实例 • 微带传输线的未来发展
01
微带传输线概述
定义与特点
定义
微带传输线是一种在介质基片上 制作的一维传输线结构，通常由 金属导带和接地板组成。
特点
具有较小的体积和重量，易于集 成到微波集成电路中，成本较低 ，适用于高频信号传输。
工作原理
电磁波在微带导带和接地板之间传播，通过导带和接地板之间的电容效应实现信号 的传输。
导带和接地板之间的电场主要集中在导带与接地板之间的狭缝中，磁场则主要集中 在导带附近。
随着频率的升高，电磁波的传播常数增大，导致相位速度减小，从而产生相位失真。
应用场景
01
02
03
微波集成电路
微带传输线广泛应用于微 波集成电路中，作为信号 传输线、元件间连接线等。
传播常数
总结词
传播常数是描述微带传输线中电磁波传播特性的参数，它由相位常数和衰减常数组成。
详细描述
传播常数是描述微带传输线中电磁波传播行为的参数，它由相位常数和衰减常数组成。 相位常数决定了电磁波在传输线中的相速度和相位移，而衰减常数则表示电磁波在传输 过程中的能量损失。传播常数是微带传输线设计中的关键参数，它影响着信号的传输距
离和信号质量。
损耗
总结词
损耗是微带传输线中信号能量损失的参数，主要包括 导体损耗、介质损耗和辐射损耗。
详细描述
损耗是微带传输线设计中必须考虑的重要参数。在信 号传输过程中，由于导体电阻、电介质损耗以及辐射 等因素，信号能量会逐渐损失。导体损耗主要是由于 传输线中导体的电阻引起的能量损失；介质损耗是由 于电介质材料的损耗引起的能量损失；而辐射损耗则 是由于传输线中电磁波向空间辐射引起的能量损失。 了解和减小这些损耗是提高微波传输系统性能的关键 。
第3章微波网络-微波技术与天线第2课件
第一章内容可知，传输线上的电压、电流是入射波与反射波的叠加
U(z) Ui (z) Ur (z)
I (z)
1 Z0
[Ui (z)
Ur
(z)]
引入归一化电压和归一化电流后
U
I
(z) (z)
Ui (z) Ui (z)
Ur Ur
(z) (z)
a a
b b
功率为
P Pi
Pr
1 2
2
Ui (z)
1 2
解： 根据阻抗参数定义
Z11
U1 I1
I2 0
jL
1 jC
图 3-5 型网络电路
Z 22
U2 I2
1
I10 jC
，
Z12
U1 I2
I10
1 jC
，
Z 21
U2 I1
I2 0
1 jC
阻抗矩阵为
jL 1
Z
jC 1
jC
1 jC 1
jC
第3章 微波网络 3.3.3转移矩阵
图3-6 双端口网络
Y12 Y22
UU12
其中
Y
Y11 Y21
Y12 Y22
Y11 Y21 /
/ Y01 Y01Y02
Y12 / Y01Y02 Y22 / Y02
Y01 1/ Z01 , Y02 1/ Z02
第3章 微波网络 例题 3-1 求如图3-4所示双端口网络的Z 矩阵和Y 矩阵。
解： 根据阻抗矩阵定义
1 2
Z11 Z 21
Z12 Z 22
I1 I2
或 U ZI
T2
第3章 微波网络
Z11
U1 I1
《微波技术与天线》课件第5章
(2)相移元件
相移元件是用来改变导行系统中电磁波相位的元件。
理想相移元件的散射矩阵为
3)转换接头
(1)形状转换器
形状转换器既要保证形状转换时阻抗的匹配以使信号有
效传送,又要保证工作模式的 转换。
(2)线圆极化转换器
常用的线圆极化转换器有两种:多螺钉极化转换器和介
质极化转换器,如图5-6所 示。这两种结构都是慢波结构,其
其结构及等效电路分别如图5-18(a)、(b)所示。
(2)工作原理 当微波信号从端口③输入时,平均地分给端
口①和②,这两个端口得到的是等幅同相 的 TE10波;当在端
口①和②同相激励时,则在端口③合成输出最大,而当反相激
励时端口 ③将无输出。
图 5-18 H T分支结构及等效电路
3)匹配双T
(1)匹配双 T 的定义
λg/4,另一路经A→B→C→D 到达,波行程为3λg/4,故两条路径
到 达的波行程差为λg/2,相应的相位差为π,即相位相反,因此
若选择合适的特性阻抗,使到 达的两路信号的振幅相等,则端
口④处的两路信号相互抵消,从而实现隔离。
5)平行耦合微带定向耦合器
(1)结构
平行耦合微带定向耦合器是一种反向定向耦合器,其耦
数,变换器的总长度也要增 加,尺寸会过大,因此用渐变线代替
多阶梯,这就是渐变型阻抗变换器,如图5-10所示。
图 5-10 渐变型阻抗变换器
1.定向耦合器
1)定义
定向耦合器是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构
成的具有定向传输特性的四端口元件,如图5-11所示。常用
的有波导双孔定 向耦合器、双分支定向耦合器和平行耦合
③ 非线性元件能引起频率的改变,从而实现调制、变频
微波与天线ppt课件
。
天线在雷达与导航中的应用
雷达天线
雷达是一种利用微波探测目标的电子设备。天线在雷达中起 到发射和接收信号的作用，通过分析反射回来的信号，可以 获得目标的位置、速度等信息。
卫星导航天线
卫星导航系统通过发射和接收微波信号，实现定位和导航。 天线在此过程中负责发射和接收信号，帮助用户获得位置信 息。
微波与天线在其他领域中的应用
微波与天线ppt课件
目录
CONTENTS
• 微波与天线概述 • 微波的基本理论 • 天线的基本原理 • 微波与天线的应用 • 微波与天线的未来发展
01
微波与天线概述
微波的定义与性质
微波是指频率在300 MHz到300 GHz之 间的电磁波。
它在通信、雷达、导 航、加热等领域得到 广泛应用。
微波具有波长在1米 到1毫米之间，以及 穿透性、反射性、折 射性等特点。
多天线技术
多天线技术是一种利用多个天线同时发送和接收信号的技术，可以显著提高无线通信系统的性能。未 来，多天线技术将在微波与天线领域发挥重要作用，实现更高的频谱效率和更稳定的传输。
MIMO技术
MIMO技术是一种利用多个天线同时发送和接收信号的技术，可以显著提高无线通信系统的性能。未 来，MIMO技术将成为微波与天线领域的重要研究方向，实现更高的频谱效率和更稳定的传输。
波动方程与麦克斯韦方程
波动方程
描述电磁波在空间中传播的基本 方程，包括电场强度E和磁场强度 H的波动特性。
麦克斯韦方程
一组描述电磁场变化和传播的方 程，包括高斯定理、安培定律、 法拉第定律和欧姆定律。
谐振腔与传输线理论
谐振腔
一种能够支持电磁振荡的封闭空间， 通常由金属壁构成，用于产生和储存 微波能量。
微波与天线PPT课件
天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收。当天线受到电流激励时，会在其周围产生电磁场，形成电 磁波的辐射。反之，当天线接收到电磁波时，会在其导体上产生感应电流，从而将电磁波能量转换为 电信号。天线的方向性和增益与其形状、尺寸和工作频率等因素有关。
天线的参数与性能
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
方式、增益等。
06 总结与展望
微波与天线技术的总结
01
技术发展历程
微波与天线技术自20世纪初诞生以来，经历了从基础理论到实际应用的
发展过程。初期主要应用于军事领域，随着技术的不断进步，逐渐扩展
到通信、雷达、导航、探测等民用领域。
02
关键技术突破
在发展过程中，出现了许多关键技术突破，如超宽带天线、智能天线、
05 案例分析
案例一：卫星通信天线
总结词
卫星通信天线是微波与天线技术的重要应用之一，主要用于卫星信号的接收和 发射。
详细描述
卫星通信天线通常由反射器和馈源组成，其尺寸和形状根据所服务的卫星轨道 和频率范围而有所不同。为了实现高效的信号传输，卫星通信天线需要精确地 指向卫星，这通常通过自动控制系统来实现。
系统集成与小型化
未来微波与天线技术将更加注重系统集成和小型 化，以提高设备的整体性能和便携性。这需要突 破现有技术的限制，探索新的材料和工艺方法。
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，新型材料如碳纳米 管、二维材料等将在微波与天线技术中得到广泛 应用，为技术的发展带来新的机遇和挑战。
环境适应性需求
随着应用领域的不断扩展，微波与天线技术对环 境适应性提出了更高的要求。如何提高设备的抗 干扰能力、稳定性以及在复杂环境下的性能表现 ，将是未来发展的重要方向。
《微波技术与天线》课件第2章
轴向流动的电子 流交换能量,所以可将其应用于微波电子管
中的谐振腔及直线电子加速器中的工作模式。
图 2-8 圆波导 TM01场结构分布图
3)低损耗的TE01模
TE01模是圆波导的高次模式,比它低的模式有 TE11、
TM01和 TE21,它与 TM11是简并 模。它也是圆对称模故无极
化简并,其电场分布如图2-9所示。其磁场只有径向和轴向分
规则金属波导如图2-1所示,对它的分析,一般采用场分析
方法,即麦克斯韦方程加 边界条件的方法。
图 2-1 金属波导管结构图
金属波导内部的电磁波满足矢量亥姆霍兹 方程,即
其中,k2=ω2με。
将电场和磁场分解为横向分量和纵向分量, 即
其中,az 为z 方向的单位矢量;t表示横向坐标,代表直角坐标中
示,从而构成方圆波导变换器。
图 2-6 圆波导 TE11场结构分布图
图 2-7 方圆波导变换器
2)圆对称TM01模
TM01模是圆波导的第一个高次模,其场分布如图2-8所示。
由于它具有圆对称性, 故不存在极化简并模,因此常作为雷达
天线与馈线的旋转关节中的工作模式。另外,因其 磁场只有
Hφ 分量,故波导内壁电流只有纵向分量,因此它可以有效地和
矩形波导中,TE1பைடு நூலகம்、TE20的截止波长为
可见,波导中只能传输 TE10模。
波导波长为
波阻抗为
【例 3】 一圆波导的半径a=3.8cm,空气介质填充。试求:
① TE11、TE01、TM01三种模式的截止波长。
② 当工作波长为λ=10cm 时,求最低次模的波导波长λg。
③ 求传输模单模工作的频率范围。
波信息称为波导的耦合。波导的 激励与耦合本质上是电磁
中的谐振腔及直线电子加速器中的工作模式。
图 2-8 圆波导 TM01场结构分布图
3)低损耗的TE01模
TE01模是圆波导的高次模式,比它低的模式有 TE11、
TM01和 TE21,它与 TM11是简并 模。它也是圆对称模故无极
化简并,其电场分布如图2-9所示。其磁场只有径向和轴向分
规则金属波导如图2-1所示,对它的分析,一般采用场分析
方法,即麦克斯韦方程加 边界条件的方法。
图 2-1 金属波导管结构图
金属波导内部的电磁波满足矢量亥姆霍兹 方程,即
其中,k2=ω2με。
将电场和磁场分解为横向分量和纵向分量, 即
其中,az 为z 方向的单位矢量;t表示横向坐标,代表直角坐标中
示,从而构成方圆波导变换器。
图 2-6 圆波导 TE11场结构分布图
图 2-7 方圆波导变换器
2)圆对称TM01模
TM01模是圆波导的第一个高次模,其场分布如图2-8所示。
由于它具有圆对称性, 故不存在极化简并模,因此常作为雷达
天线与馈线的旋转关节中的工作模式。另外,因其 磁场只有
Hφ 分量,故波导内壁电流只有纵向分量,因此它可以有效地和
矩形波导中,TE1பைடு நூலகம்、TE20的截止波长为
可见,波导中只能传输 TE10模。
波导波长为
波阻抗为
【例 3】 一圆波导的半径a=3.8cm,空气介质填充。试求:
① TE11、TE01、TM01三种模式的截止波长。
② 当工作波长为λ=10cm 时,求最低次模的波导波长λg。
③ 求传输模单模工作的频率范围。
波信息称为波导的耦合。波导的 激励与耦合本质上是电磁
微波技术与天线ppt课件
1
教 材：微波技术与天线 王新稳等编 参考书：微波技术基础 廖承恩
微波技术与天线 刘学观
共48学时，40学时讲授，8学时实验 考试：期终闭卷考试 70%，平时+实验 30%
答疑 时间：周 三 下午 (3:00~5:00) 周 二 晚上 (7:30~9:30)
地点：2#教2406电子科学与技术教研室
• 微波可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部，
利用微波可以研究分子和原子核的结构。 --近代微波 波谱学和量子电子学所依据的基本物理基础。
4 ）非电离性 微 波的量子能量较小，不能改变物质的内部结 构。--探索物质的内部结构。
10
3. 微波的研究方法
场的方法
研
究
方
法
路的方法
麦克斯韦方程组
求波动方程的特解
得到场的时空变化 规律
类比低频电路，采用 等效电压、等效阻抗 等概念。在一定的条 件下，用“路”的理
论求解。 11
4. 微波的传输
源
导行 空间传播
通过波导、同轴电缆、微 带传输线等导行系统进行 电磁能量的“束缚”传输
通过天线形成波束 在空间进行电磁波
的“自由”传输
12
§1.2 微波的应用
发展史： 第一阶段：1940年以前，----实验室早期研究阶段，
频率 300MHz~3GHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 300GHz~3000GHz
7
表2
波段代号
L S C X Ku K Ka U V W
标称波长
(cm)
22 10 5 3 2 1.25 0.8 0.6 0.4 0.3
频率范围
(GHz)
1-2 2-4 4-8 8-12 12-18 18-27 27-40 40-60 60-80 80-100
教 材：微波技术与天线 王新稳等编 参考书：微波技术基础 廖承恩
微波技术与天线 刘学观
共48学时，40学时讲授，8学时实验 考试：期终闭卷考试 70%，平时+实验 30%
答疑 时间：周 三 下午 (3:00~5:00) 周 二 晚上 (7:30~9:30)
地点：2#教2406电子科学与技术教研室
• 微波可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部，
利用微波可以研究分子和原子核的结构。 --近代微波 波谱学和量子电子学所依据的基本物理基础。
4 ）非电离性 微 波的量子能量较小，不能改变物质的内部结 构。--探索物质的内部结构。
10
3. 微波的研究方法
场的方法
研
究
方
法
路的方法
麦克斯韦方程组
求波动方程的特解
得到场的时空变化 规律
类比低频电路，采用 等效电压、等效阻抗 等概念。在一定的条 件下，用“路”的理
论求解。 11
4. 微波的传输
源
导行 空间传播
通过波导、同轴电缆、微 带传输线等导行系统进行 电磁能量的“束缚”传输
通过天线形成波束 在空间进行电磁波
的“自由”传输
12
§1.2 微波的应用
发展史： 第一阶段：1940年以前，----实验室早期研究阶段，
频率 300MHz~3GHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 300GHz~3000GHz
7
表2
波段代号
L S C X Ku K Ka U V W
标称波长
(cm)
22 10 5 3 2 1.25 0.8 0.6 0.4 0.3
频率范围
(GHz)
1-2 2-4 4-8 8-12 12-18 18-27 27-40 40-60 60-80 80-100
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BPF BPF
信号
电子对抗（电子战)
主动干扰 电子干扰 抗干扰 其它干扰
电子对抗侦察 电子干扰 电子防御
微波成像、遥感
环境应用：沙子潮 湿的测量、海洋表 面的风速、洪水绘 图、大气层温度的 轮廓、雪层/冰层 的测绘等。 军事应用：目标检 测、监视、目标确 认、绘图等
天文学应用：行星绘图、银河星 系射电噪声目标的测绘、太阳辐 射测绘、宇宙黑体辐射的测量等。
通 信
1901年马可尼使用800KHz中波信号进行了从英国到 北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波 的通信试验 20世纪20年代初 20世纪60年代 20世纪80年后 短波通信 卫星通信 移动通信
通信
蓝牙技术
移动通信 卫星通信 广播电视 中继通信 GPS 国外发达国家的微 波中继通信在长途 通信网中所占的比 例高达50%以上。 网络 WLAN
微波能源
加热 处理 （快速均匀） 消毒 （杀虫灭菌） 微波能量传递 微 波 弹
微波辐射
对人体的损害 致癌、致畸、致突变 超 剂 量
空间微波 辐射
1) 一天8小时，其剂量<38μ W/ cm2 2)一天 总剂量<300μ W· h/cm2； 3) P<1mμ W/cm2。
对设备有干扰 电磁兼容
科学研究
生物医学
微波能
雷 达
对目标进行探测和定位
（1）公共应用：机场监视、海上导航、气象雷达、 测量学、飞机着陆、夜间防盗、 速度测量（警戒雷达）、测绘等。
（2）军事应用：空间和海事导航，飞机、 导弹、空间飞行器的定位、检测和跟 踪，导弹的精确制导，导弹和火炮的 点火控制，武器保险、侦察等。
（3）科学应用：天文学、绘图和成像， 精密距离测量，自然资源遥感等。
生物医学
诊断（仲瘤） 治疗（突发性耳聋、疼痛、类风湿关 节炎、肩周炎、某些癌症等） 微波理疗 组织固定 免疫组织化学和免疫细胞化学研究
•交叉学科
微波物理
微波化学
微波吸收光谱学
微波等离子体化学
v f
为方便起见，还将电磁波按照波段来进行划分
常用无线电波的波段—射频：
频段名称及简写 频率范围 甚低频（VLF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF） 3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 波长名称 万米波（甚长波） 千米波（长波） 百米波（中波 调幅广播） 十米波（短波 无线电）
米波，分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波
1m~0.1m 10cm~1cm 10mm~1mm 1mm~0.1mm
300MHz~3GHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 300GHz~3000GHz
2.
微波的特点
似光性 卫星通信
频率高
多路通信
微 波
穿透性
天文学研究
量子特性
微波波谱学
2.
教
材：微波技术与天线
王新稳等编
刘学观
参考书：微波技术基础 微波技术与天线 微波工程 射频技术 电波与天线 ……
廖承恩
David M. Pozar
天线 (上、下册 )John D. Kraus
学时安排
共48学时，40学时讲授，8学时实验
考试：期终闭卷考试 70%
平时+实验 30% 答疑时间：周二晚7：30－9：30 周三下午3：00－5：00 答疑地点：2406微波光波教研室
2.
微波的特点
3）具有穿透性 • 穿过电离层，探测宇宙的窗口太空以及深空中通信 • 穿透云雾雨雪植被，气象预报 • 穿过生物体，深入物质（介质）内部，研究分子和原子核 的结构。 --近代微波波谱学和量子电子学。 • 穿透地表，探地雷达。 • 穿透等离子体，远程导弹，航天航空。
4）非电离性
微波的量子能量较小，不能改变物质的内部结 构。可引起共振--探索物质的内部结构。
3. 微波的研究方法
麦克斯韦方程组
求波动方程的特解
场的方法
研 究 方 法
得到场的时空变化规律
路的方法
+
类比低频电路，采用等效 电压、等效阻抗等概念。 在一定的条件下，用“路” 的理论求解。
4. 微波的同轴电缆、微 带传输线等导行系统进行 电磁能量的“束缚”传输
空间传播 通过天线形成波束 在空间进行电磁波 的“自由”传输
无线微波接入
紧急状态下 的通信
信息的载体－－通信之基础
对于通信与信息专业：主要研究射频范围 内的无线电波的信息处理的学科（包括产生、 放大、调制、传输、接收、发射和测量等）。
本课程主要是针对微波的导行传输、辐射（即天线）
信号
(4) 低通滤 波器 基带 调制器 带通滤 波器 中频带 带通滤 波器 变频器 放大器 带通滤 波器 射频带 (4) 低通滤 波器 解调器 放大器 变频器 带通滤 波器
甚高频（VHF）
特高频（UHF） 超高频（SHF） 极高频（EHF）
30~300MHz
3~30GHz 30~300GHz
米波（超短波 FM 业余无线电）
300~3000MHz 分米波（微波炉 雷达） 厘米波 （雷达 卫星 微波着陆） 毫米波
300~3000GHz 亚毫米波
1. 微波范围
频率： f =300MHz----3000GHz 波长： = 1m----0. 1mm 波 段 波 长 （人体尺寸） 频 率
微波的特点
1）波长短 与地球上一般物体的尺寸相比在同一数量级或 更小。当微波照射到这些物体时将产生显著的 反射。由其似光性（会聚）和直线传播的特点， 可以确定物体的方位和距离。 2）频率很高 故其使用频带宽，信息容量大；同时可提供相 位信息、极化信息、频率信息。但由于其振荡 周期很短（10-9---10-12s），则趋肤效应、辐射 效应、相位滞后等可在低频忽略的一些现象和 效应，此时则不能忽略。
网上答疑：校园网－教育在线 －BB教学平台－ 信息与通信学院类别－微波技术
教学内容： 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 引论 传输线理论 微波网络 常用微波元件 天线基础 常用天线
第0章
什么是
引论
微波 ？
一段特殊频率的电磁波 f ：300MHz---3000GHz
§0.1
微波及其特点
§0.2 微波的应用
发展史： 第一阶段：1940年以前，----实验室早期研究阶段，
主要研究微波产生的方法。
第二阶段：1940年---1945年，应用于雷达 第三阶段：应用于通信，广播，电视
发展方向
工作频段向高频段发展
小型化、宽带化
自动化、智能化
微波技术的传统应用是雷达和通讯。
微波的 应用
雷达
通信
电磁波：原理上频率从0到无穷大。
频率 f
超短波
红外光
电磁波谱段
3Hz 105km 3kHz 102km 3M 30M 102m 10m 300M 1m 3G 30G 300G 3000G 0.1m 1cm 1mm 0.1mm
音
频 视 频 射 (RF)
微
频
波
1mm 0.1mm 10mm 1mm 0.1 mm 10nm 1nm 0.1nm0.01nm0.001nm0.0001nm 红 外 线 可见光 紫外线 x 射 线 g 射线
信号
电子对抗（电子战)
主动干扰 电子干扰 抗干扰 其它干扰
电子对抗侦察 电子干扰 电子防御
微波成像、遥感
环境应用：沙子潮 湿的测量、海洋表 面的风速、洪水绘 图、大气层温度的 轮廓、雪层/冰层 的测绘等。 军事应用：目标检 测、监视、目标确 认、绘图等
天文学应用：行星绘图、银河星 系射电噪声目标的测绘、太阳辐 射测绘、宇宙黑体辐射的测量等。
通 信
1901年马可尼使用800KHz中波信号进行了从英国到 北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波 的通信试验 20世纪20年代初 20世纪60年代 20世纪80年后 短波通信 卫星通信 移动通信
通信
蓝牙技术
移动通信 卫星通信 广播电视 中继通信 GPS 国外发达国家的微 波中继通信在长途 通信网中所占的比 例高达50%以上。 网络 WLAN
微波能源
加热 处理 （快速均匀） 消毒 （杀虫灭菌） 微波能量传递 微 波 弹
微波辐射
对人体的损害 致癌、致畸、致突变 超 剂 量
空间微波 辐射
1) 一天8小时，其剂量<38μ W/ cm2 2)一天 总剂量<300μ W· h/cm2； 3) P<1mμ W/cm2。
对设备有干扰 电磁兼容
科学研究
生物医学
微波能
雷 达
对目标进行探测和定位
（1）公共应用：机场监视、海上导航、气象雷达、 测量学、飞机着陆、夜间防盗、 速度测量（警戒雷达）、测绘等。
（2）军事应用：空间和海事导航，飞机、 导弹、空间飞行器的定位、检测和跟 踪，导弹的精确制导，导弹和火炮的 点火控制，武器保险、侦察等。
（3）科学应用：天文学、绘图和成像， 精密距离测量，自然资源遥感等。
生物医学
诊断（仲瘤） 治疗（突发性耳聋、疼痛、类风湿关 节炎、肩周炎、某些癌症等） 微波理疗 组织固定 免疫组织化学和免疫细胞化学研究
•交叉学科
微波物理
微波化学
微波吸收光谱学
微波等离子体化学
v f
为方便起见，还将电磁波按照波段来进行划分
常用无线电波的波段—射频：
频段名称及简写 频率范围 甚低频（VLF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF） 3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 波长名称 万米波（甚长波） 千米波（长波） 百米波（中波 调幅广播） 十米波（短波 无线电）
米波，分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波
1m~0.1m 10cm~1cm 10mm~1mm 1mm~0.1mm
300MHz~3GHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 300GHz~3000GHz
2.
微波的特点
似光性 卫星通信
频率高
多路通信
微 波
穿透性
天文学研究
量子特性
微波波谱学
2.
教
材：微波技术与天线
王新稳等编
刘学观
参考书：微波技术基础 微波技术与天线 微波工程 射频技术 电波与天线 ……
廖承恩
David M. Pozar
天线 (上、下册 )John D. Kraus
学时安排
共48学时，40学时讲授，8学时实验
考试：期终闭卷考试 70%
平时+实验 30% 答疑时间：周二晚7：30－9：30 周三下午3：00－5：00 答疑地点：2406微波光波教研室
2.
微波的特点
3）具有穿透性 • 穿过电离层，探测宇宙的窗口太空以及深空中通信 • 穿透云雾雨雪植被，气象预报 • 穿过生物体，深入物质（介质）内部，研究分子和原子核 的结构。 --近代微波波谱学和量子电子学。 • 穿透地表，探地雷达。 • 穿透等离子体，远程导弹，航天航空。
4）非电离性
微波的量子能量较小，不能改变物质的内部结 构。可引起共振--探索物质的内部结构。
3. 微波的研究方法
麦克斯韦方程组
求波动方程的特解
场的方法
研 究 方 法
得到场的时空变化规律
路的方法
+
类比低频电路，采用等效 电压、等效阻抗等概念。 在一定的条件下，用“路” 的理论求解。
4. 微波的同轴电缆、微 带传输线等导行系统进行 电磁能量的“束缚”传输
空间传播 通过天线形成波束 在空间进行电磁波 的“自由”传输
无线微波接入
紧急状态下 的通信
信息的载体－－通信之基础
对于通信与信息专业：主要研究射频范围 内的无线电波的信息处理的学科（包括产生、 放大、调制、传输、接收、发射和测量等）。
本课程主要是针对微波的导行传输、辐射（即天线）
信号
(4) 低通滤 波器 基带 调制器 带通滤 波器 中频带 带通滤 波器 变频器 放大器 带通滤 波器 射频带 (4) 低通滤 波器 解调器 放大器 变频器 带通滤 波器
甚高频（VHF）
特高频（UHF） 超高频（SHF） 极高频（EHF）
30~300MHz
3~30GHz 30~300GHz
米波（超短波 FM 业余无线电）
300~3000MHz 分米波（微波炉 雷达） 厘米波 （雷达 卫星 微波着陆） 毫米波
300~3000GHz 亚毫米波
1. 微波范围
频率： f =300MHz----3000GHz 波长： = 1m----0. 1mm 波 段 波 长 （人体尺寸） 频 率
微波的特点
1）波长短 与地球上一般物体的尺寸相比在同一数量级或 更小。当微波照射到这些物体时将产生显著的 反射。由其似光性（会聚）和直线传播的特点， 可以确定物体的方位和距离。 2）频率很高 故其使用频带宽，信息容量大；同时可提供相 位信息、极化信息、频率信息。但由于其振荡 周期很短（10-9---10-12s），则趋肤效应、辐射 效应、相位滞后等可在低频忽略的一些现象和 效应，此时则不能忽略。
网上答疑：校园网－教育在线 －BB教学平台－ 信息与通信学院类别－微波技术
教学内容： 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 引论 传输线理论 微波网络 常用微波元件 天线基础 常用天线
第0章
什么是
引论
微波 ？
一段特殊频率的电磁波 f ：300MHz---3000GHz
§0.1
微波及其特点
§0.2 微波的应用
发展史： 第一阶段：1940年以前，----实验室早期研究阶段，
主要研究微波产生的方法。
第二阶段：1940年---1945年，应用于雷达 第三阶段：应用于通信，广播，电视
发展方向
工作频段向高频段发展
小型化、宽带化
自动化、智能化
微波技术的传统应用是雷达和通讯。
微波的 应用
雷达
通信
电磁波：原理上频率从0到无穷大。
频率 f
超短波
红外光
电磁波谱段
3Hz 105km 3kHz 102km 3M 30M 102m 10m 300M 1m 3G 30G 300G 3000G 0.1m 1cm 1mm 0.1mm
音
频 视 频 射 (RF)
微
频
波
1mm 0.1mm 10mm 1mm 0.1 mm 10nm 1nm 0.1nm0.01nm0.001nm0.0001nm 红 外 线 可见光 紫外线 x 射 线 g 射线