微波天线节课总结

目录

一、均匀传输线理论 (2)

二、规则金属波导 (5)

三、微波集成传输线 (8)

四、微波网络基础 (10)

五、微波元器件 (12)

六、天线辐射与接收的基本理论 (15)

七、电波传播概论 (18)

八、线天线 (20)

九、面天线 (25)

十、心得体会 (27)

第1章均匀传输线理论

微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电磁波沿一定方向传输,

各种微波传输线

本章从“化场为路”的观点出发, 首先建立传输线方程, 导出传输线方程的解, 引入传输线的重要参量——阻抗、反射系数及驻波比。

然后分析无耗传输线的特性, 给出传输线的匹配、效率及功率容量的概念。最后介绍最常用的TEM传输线——同轴线。

1.1均匀传输线方程及其解

1.

由均匀传输线组成的导波系统都可等效为均匀平行双导线系统。其中传输线的始端接微波信号源<简称信源）, 终端接负载, 选取传输线的纵向坐标为z, 坐标原点选在终端处, 波沿负z方向传播。均匀传输线方程，也称电报方程。

u(z, t>z=Ri(z, t>+Li(z, t>t

i(z, t>z=Gu(z, t>+Cu(z, t>t

2.

电压的通解U(z>=U+(z>+U-(z>=A1e +γz+A2e -γz

电流的通解为 I(z>=I+(z>+I-(z>=A1e +γz-A2e -γz

, Z。=

3.

1> 特性阻抗Z 2> 传播常数γ 3> 相速vp与波长λ

1.2传输线阻抗与状态参量

传输线上任意一点电压与电流之比称为传输线在该点的阻抗，它与导波系统的状态特性有关。因为微波阻抗是不能直接测量的，只能借助于状态参量如反射系数或驻波比的测量而获得，为此，引入物理量：输入阻抗、反射系数和驻波比。

1.输入阻抗

对无耗均匀传输线, 线上各点电压U(z>、电流I(z>与终端电压U l、终端电流I l的关系如下：

定义传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比为该点的输入阻抗, 记作

Zin(z>=

2. 反射系数

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, 即：

通常将电压反射系数简称为反射系数, 并记作Γ(z>。

3.输入阻抗与反射系数的关系

U(z>=U+(z>+U-(z>=A1e jβz［1+Γ(z>］

I(z>=I+(z>+I-(z>= e jβz［1-Γ(z>］

Z。为传输线特性阻抗。

4. 驻波比

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：

ρ=

电压驻波比有时也称为电压驻波系数, 简称驻波系数, 其倒数称为行波系数, 用K表示。

1.3无耗传输线的状态分析

对于无耗传输线, 负载阻抗不同则波的反射也不同。反射波不同则合成波不同。合成波的不同意味着传输线有不同的工作状态。归纳起来, 无耗传输线有三种不同的工作状态:

①行波状态。②纯驻波状态。③行驻波状态。下面分别讨论之。

1. 行波状态

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。

行波状态下传输线上的电压和电流：

2. 纯驻波状态

纯驻波状态就是全反射状态, 也即终端反射系数|Γl|=1。在此状态下, 负载

阻抗必须满足：

3. 行驻波状态

当微波传输线终端接任意复数阻抗负载时, 由信号源入射的电磁波功率一部分被终端负载吸收, 另一部分则被反射, 因此传输线上既有行波又有纯驻波, 构

成混合波状态, 故称之为行驻波状态。

传输线上各点电压、电流的时谐表达式为

U(z>=A1e jβz [1+Γle -j2βz]

I(z>= e jβz [1-Γle-j2βz]

1.4传输线的传输功率、效率和损耗

1.

其中, P+(z>为入射波功率, P-(z>为反射波功率。

2.损耗

传输线的损耗可分为回波损耗和反射损耗

1.5阻抗匹配

1. 传输线的三种匹配状态

阻抗匹配具有三种不同的含义, 分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配, 它们反映了传输线上三种不同的状态。

2.阻抗匹配的方法

阻抗匹配方法从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配，从实现手段上划分有串联λ/4阻抗变换器法、支节调配器法。

1.6史密斯圆图及其应用

传输线上任意一点的反射函数Γ(z>可表达为：

1.7同轴线的特性阻抗

同轴线是一种典型的双导体传输系统, 它由内、外同轴的两导体柱构成。同轴线外半径b不变时, 改变内半径a, 会出现耐压最高、传输功率最大及衰减最小三种状态, 它们分别对应的不同阻抗特性。

第2章规则金属波导

本章首先对规则波导传输系统中的电磁场问题进行分析，研究规则波导的一般特性，然后着重讨论矩形金属波导和圆形金属波导的传输特性和场结构。最后介绍波导的耦合和激励方法。

2.1

1. 规则金属管内电磁波

①在规则波导中场的纵向分量满足标量齐次波动方程, 结合相应边界条件即可求得纵向分量Ez和Hz, 而场的横向分量即可由纵向分量求得。

②既满足上述方程又满足边界条件的解有许多, 每一个解对应一个波型也称之为模式,不同的模式具有不同的传输特性。

③ kc是微分方程在特定边界条件下的特

征值, 它是一个与导波系统横截面形状、尺寸及传输模式有关的参量。因为当相移常数β=0时, 意味着波导系统不再传播, 亦称为截止, 此时kc=k, 故将kc称为截止波数。

2.传输特性

描述波导传输特性的主要参数有：相移常数、截止波数、相速、波导波长、群速、波阻抗及传输功率。

1> 相移常数和截止波数：β=-

2> 相速υp与波导波长λg。电磁波在波导中传播, 其等相位面移动速率称为相速, 于是有：

导行波的波长称为波导波长, 用λg表示, 它与波数的关系式为

3> 波阻抗。定义即：。

4> 传输功率: