微波技术基础复习重点

第一章引论

微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波，相应的波长从1m到0.1mm。包括分米波（300MHz到3000MHz）、厘米波（3G到30G）、毫米波（30G 到300G）和亚毫米波（300G到3000G）。

微波这段电磁谱具有以下重要特点：似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。

微波的传统应用是雷达和通信。这是作为信息载体的应用。

微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。

强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量

导行系统：用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构

导行系统的种类可以按传输的导行波划分为：

(1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线

(2)封闭金属波导(矩形或圆形，甚至椭圆或加脊波导)

(3)表面波波导(或称开波导)

导行波：沿导行系统定向传输的电磁波，简称导波

微带、带状线，同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。

开波导将电磁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，其导波为表面波。

导模(guided mode ):即导波的模式，又称为传输模或正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。特点：

(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，与频率以

及导行系统上横截面的位置无关。

(2)模是离散的，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，互不耦合。

(4)具有截止频率，截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。

无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量)，称为横磁(TM)波或E波。

无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量)，称为横电(TE)波或H波。

TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。

第二章传输线理论

传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统，其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。

集总参数电路和分布参数电路的分界线：几何尺寸L/工作波长>1/20。

这些量沿传输线分布，其影响在传输线的每一点，因此称为分布参数。

传播常熟是描述导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数。

传输线上的电压和电流是由从源到负载的入射波和反射波的电压以及电流叠加，在传输线上呈行驻波混合分布。

特性阻抗：传输线上入射波的电压和入射波电流之比，或反射波电压和反射波电流之比的负值，定义为传输线的特性阻抗。

传输线上的电压和电流决定的传输线阻抗是分布参数阻抗。

分布参数阻抗：传输线上任意一点的阻抗(输入阻抗)定义为该点的电压和电流之比。

对于无耗传输线而言，传输线上任意一点的输入阻抗与传输线上的位置d 和负载的阻抗有关。从输入阻抗公式可以知道：

(1)传输线的输入阻抗随位置d 变化，且和负载的阻抗有关。

(2)传输线具有阻抗变换作用，从公式可以看出阻抗从负载阻抗Z L 变换到Z in (d)

(3)因为正切三角函数具有周期性，传输线的输入阻抗呈周期性变化。

L L L L L L Z tg jZ Z tg jZ Z Z Zin d Z Z tg jZ Z tg jZ Z Z Zin d =++===++==)

2/2()2/2(2/阻抗的周期特性：2/)4/2()4/2(4/阻抗变换特性：4/00020000λλπλλπλλλλπλλπλλ

无耗传输线的电压反射系数随着位置的不同，其模的大小不变，只是相位以 沿顺时针(向信号源)变化。

有耗传输线的电压反射系数随着位置的不同，其模的大小改变，相位以- 沿顺时针(向信号源)变化。

对于负载阻抗Z L ＝Z 0的情况，反射系数为0，将无反射的情况称为行波状态；行波状态下的特点：

(1)沿线各点的电压、电流振幅不变

(2)电压和电流同相

(3)沿线各点的输入阻抗均等于传输线的特性阻抗

对于全反射的情况即反射系数的模为1的情况，称为驻波状态：负载短路、终端开路和终端接纯电感或纯电容负载无耗线。

驻波状态的特点：

实际的传输线构成的电路，反射系数<1,因此电磁波既有传输又有反射，称其为行驻波状态。

实际应用的传输线都存在一定的损耗，包括道题损耗、介质损耗和辐射损耗。

损耗的主要影响是导致导波的振幅(能量)衰减；其次由于损耗的存在导致传输线的相位常数和频率相关，从而使得传播速度与频率有关，即色散效应。

阻抗匹配的目的：使微波电路或系统无反射，尽量接近行波重要性： a)匹配可以使得传输给传输线和负载的功率最大，且馈线的功率损耗最小 b)避免失配时可能导致的功率击穿

c)减小失配对信号源的频率牵引，使信号源稳定工作。

第三章 规则金属波导

金属波导只有一个导体，故不能传输TEM 波，只有TE 和TM 两种模式。存在多种模式，并存在严重的色散现象。

广泛应用：高功率、毫米波、精密测试设备(测速、测向仪器)。

H mn 为任意振幅常数，m,n 为波型指数，每个mn 的组合对应一个基本波函数。

导模在矩形波导横截面上的场呈驻波分布，且在每个横截面上的场分布是完全确定的，横截面上场的分布与频率、以及在导行系统上的位置无关；整个导模以完整的场结构沿轴向(Z 方向)传播。

当波导中传输微波信号的时候，在技术波导内壁表面上将产生感应电流，称为管壁电流。高频工作状态，由于趋肤效应将使管壁电流集中在很薄的波导内壁表面流动，由于趋肤深度很小，可以将管壁电流视为面电流。管壁电流的大小和方向由管壁附近的切向磁场和波导壁法向矢量共同决定：t s H n J →

→→⨯=。