射频与微波技术知识点总结

射频/微波的特点: 1.频率高 2.波长短 3.大气窗口 4.分子谐振 微波频率：300MHz-3000GHz 波长：0.1mm-1m

独特的特点：RF/MW 的波长与自然界物体尺寸相比拟

在RF/MW 波段，由于导体的趋肤效应、介质损耗效应、电磁感应等影响，期间区域不再是单纯能量的集中区，而呈现分布特性。

长线概念：通常把RF/MW 导线（传输线）称为长线，传统的电路理论已不适合长线！ RF/MW 系统的组成：

传输线：传输RF/MW 信号

微波元器件：完成微波信号的产生、放大、变换等和功率的分配、控制及滤波 天线：辐射或接收电磁波

微波、天线与电波传播的关系：（简答）

微波： 对象：如何导引电磁波在微波传输系统中的有效传输

目的：希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输； 天线

任务：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 作用：1.有效辐射或接收电磁波；2.把无线电波能量转换为导行波能量 电波传播

分析和研究电波在空间的传播方式和特点

常用传输线机构：矩形波导 共面波导 同轴线 带状线

微带线 槽线

分析方法

场分析法：麦克斯韦方程满足边界条件的波动解传输线上电磁场表达式分析传输特性

等效电路法：传输线方程满足边界条件的电压电流波动方程的解沿线等效电压电流表达式分析传输特性 称为传输线的特性阻抗

特性阻抗Z0通常是个复数, 且与工作频率有关。 它由传输线自身分布参数决定而与负载及信源无关, 故称为特性阻抗

对于均匀无耗传输线, R=G=0, 传输线的特性阻抗为 此时, 特性阻抗Z0为实数, 且与频率无关。

常用的平行双导线传输线的特性阻抗有250Ω, 400Ω和600Ω三种。 常用的同轴线的特性阻抗有50 Ω 和75Ω两种。

均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关, 且一般为复数, 故不宜直接测量。

无耗传输线上任意相距λ /2处的阻抗相同, 一般称之为λ /2重复性。

传输线上电压和电流以波的形式传播, 在任一点的电压或电流均由沿-z 方向传播的行波（称为入射波）和沿+z 方向传播的行波（称为反射波）叠加而成。

传播常数γ: α为衰减常数, 单位为dB/m β为相移常数

对于均匀无耗传输线来说, 由于β与ω成线性关系, 故导行波的相速与频率无关, 也称为无色散波。当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速υp 与频率ω有关,这就称为色散特性。

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(越小越好)

当Zl=Z0时, Γl=0, 即负载终端无反射, 此时传输线上反射系数处处为零, 一般称之为负载匹配。而当Zl ≠Z0时, 负载端就会产生一反射波, 向信源方向传播, 若信源阻抗与传输线特性阻抗不相等时, 则它将再次被反射。 定义传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比为电压驻波比, 用ρ表示：

0L

Z C

)j /()j (0C G L R Z ωω++=βωωγj )j )(j (+=++≈a C G L R min

max

U U

=ρ

当|Γl|=0 即传输线上无反射时, 驻波比ρ=1; 而当|Γl|=1,即传输线上全反射时, 驻波比ρ→∞, 因此驻波比ρ的取值范围为1≤ρ＜∞。可见，驻波比和反射系数一样可用来描述传输线的工作状态。

行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl=0, 而负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Zl=Z0, 也可称此时的负载为匹配负载。

对无耗传输线的行波状态有以下结论:

① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1; ② 电压和电流在任意点上都同相;

③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗。 纯驻波状态就是全反射状态, 也即终端反射系数|Γl|=1。

传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处Zin=0, 相当于串联谐振, 在电压波腹点处|Zin|→∞, 相当于并联谐振, 在0＜z ＜λ /4内, Zin=jX 相当于一个纯电感, 在λ /4＜z ＜ λ /2内, Zin=－jX 相当于一个纯电容，从终端起每隔 λ/4阻抗性质就变换一次, 这种特性称为λ /4阻抗变换性。

无耗传输线上距离为λ／4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特性称之为λ /4阻抗变换性。

传输效率取决于传输线的损耗和终端匹配情况。 插入损耗仅取决于失配情况，故又称为失配损耗。

传输线的三种匹配状态：1) 负载阻抗匹配 2) 源阻抗匹配 3) 共轭阻抗匹配

保持同轴线外导体半径b 不变，改变导体半径a 可以使同轴线分别达到耐压最高、传输功率最大、衰减最小三种状态。当填充介质为空气时：

b=2.72a ，即特性阻抗为60Ω时，耐压程度最高； b=1.65a ，即特性阻抗为30Ω时，传输功率最大； b=3.59a ，即特性阻抗为76.7Ω时，衰减最小；

在规则波导中波的传播的速度要比在无界空间媒质中传播的速度要快。 群速：它表征了波能量的传播速度

kc=0 意味着该导行波既无纵向电场又无纵向磁场, 只有横向电场和磁场, 故称为横电磁波，简称TEM 波。 任意频率均能在此类传输线上传输。

将Ez ≠0而Hz=0的波称为磁场纯横向波, 简称TM 波, 由于只有纵向电场故又称为E 波。 将Ez=0而Hz ≠0 的波称为电场纯横向波, 简称TE 波, 此时只有纵向磁场，故又称为H 波。 无论是TM 波还是TE 波,其相速vp= 均比无界媒质空间中的速度要快, 故称之为快波。 式中, 为矩形波导TE 波的截止波数, 显然它与波导尺寸、传输波型有关。m 和n 分别代表TE 波沿x 方向和y 方向分布的半波个数, 一组m 、n, 对应一种TE 波, 称作TEmn 模; 但m 和n 不能同时为零, 否则场分量全部为零。

因此， 矩形波导能够存在TEm0模和TE0n 模及TEmn(m,n ≠0)模; 其中TE10模是最低次模, 其余称为高次模。 TM11模是矩形波导TM 波的最低次模, 其它均为高次模。

可见当工作波长λ小于某个模的截止波长λc 时, β2＞0, 此模可在波导中传输, 称为传导模; 当工作波长λ大于某个模的截止波长λc 时, β2＜0, 此模在波导中不能传输, 称为截止模。一个模能否在波导中传输取决于波导结构和工作频率（或波长）。对相同的m 和n, TEmn 和TMmn 模具有相同的截止波长，称为简并模, 虽然场分布不同, 但具有相同的传输特性。

主模：在导行波中截止波长λc 最长的导行模称为该导波系统的主模, 因而也能进行单模传输 矩形波导的主模为TE10模

波导尺寸越大, 频率越高, 则功率容量越大。而当负载不匹配时, 由于形成驻波, 电场振幅变大, 因此功率容量会变小

当允许传输功率不能满足要求时，可采用下述措施：

（1）在不出现高次模的条件下，适当加大波导的窄边尺寸b ；

（2）密闭波导并充以压缩空气或惰性气体来提高介质的击穿强度； （3）保持波导内壁清洁和干燥； （4）提高行波系数，减少反射。

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