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15-(2)全篇
（2）插入相移
插入相移定义为b2（2端口的输出）与a1 （1端口 的输如）的相位差，即
即插入相移就是网络传输系数的辐角。
双口无耗的特性参数
（3）插入驻波比
插入驻波比定义为网络输出端接匹配负载时，
网络输入的驻波比。此时，由于
in S11
L因此0
因此，插入主波比为：
双口无耗的特性参数
（4）网络插入衰减LI
若拐角接匹 配负载：
则：=S11
1 5
PL P0 (1 | |2 ) 0.8P0
结论：采用直角拐角网络时，它的反射功率是 原功率的百分之二十，损耗比较大。
三、双端口元件（信号变换元件）
信号变换元件的种类最多，我们将选典型的给以讨论 1．膜片
膜片可分成感性膜片、容性膜片和谐振窗。
jB
容性膜片：
| S11 | e j11 | S12 | e j12 e | S21 | e j21 | S22 | e j22 由此可得 e j11e j12 e e j21e j22
由此可得： 12 21 (11 22 )
双口网络，定义特征相位：
不变，是常数。
双口无耗网络行列式
2、双口无耗网络行列式 无耗网络：网络内部为无耗媒质，并且导体是 理想导体，网络不损耗功率，输入功率等于输 出功率，这种网络称为无耗网络，反之为有耗 网络。
(窗的特性阻抗等于波导主模的特性阻抗，它在概念
上有力地说明：有障碍未必有反射)。
a`
1 2
l
b`
b
谐振窗 Z0 Z'0
a
三、信号变换元件
2. 相移器和衰减器
相移器和衰减器是最基本的两种元件，它们可以起调 节相移和衰减的作用。
插入相移定义为b2（2端口的输出）与a1 （1端口 的输如）的相位差，即
即插入相移就是网络传输系数的辐角。
双口无耗的特性参数
（3）插入驻波比
插入驻波比定义为网络输出端接匹配负载时，
网络输入的驻波比。此时，由于
in S11
L因此0
因此，插入主波比为：
双口无耗的特性参数
（4）网络插入衰减LI
若拐角接匹 配负载：
则：=S11
1 5
PL P0 (1 | |2 ) 0.8P0
结论：采用直角拐角网络时，它的反射功率是 原功率的百分之二十，损耗比较大。
三、双端口元件（信号变换元件）
信号变换元件的种类最多，我们将选典型的给以讨论 1．膜片
膜片可分成感性膜片、容性膜片和谐振窗。
jB
容性膜片：
| S11 | e j11 | S12 | e j12 e | S21 | e j21 | S22 | e j22 由此可得 e j11e j12 e e j21e j22
由此可得： 12 21 (11 22 )
双口网络，定义特征相位：
不变，是常数。
双口无耗网络行列式
2、双口无耗网络行列式 无耗网络：网络内部为无耗媒质，并且导体是 理想导体，网络不损耗功率，输入功率等于输 出功率，这种网络称为无耗网络，反之为有耗 网络。
(窗的特性阻抗等于波导主模的特性阻抗，它在概念
上有力地说明：有障碍未必有反射)。
a`
1 2
l
b`
b
谐振窗 Z0 Z'0
a
三、信号变换元件
2. 相移器和衰减器
相移器和衰减器是最基本的两种元件，它们可以起调 节相移和衰减的作用。
微波技术基础微波技术与天线第2章ppt课件
由于此时的导波系统中存在纵向场分量，故不能 采用上一章等效电路的分析方法，而采用场分析法。
本节主要内容
矩形波导中的场分析 矩形波导的传输特性 矩形波导尺寸选择原则 脊形波导
《微波技术与天线》
.
第二章 规则金属波导之•导波原理
1. 矩形波导中的场分析
将波导中的场分解为横向场(transverse field)和纵向场
.
第二章 规则金属波导之•导波原理
(3)群速(group velocity)
我们将相移常数及相速vp随频率的变化关系称为色
散关系，它描述了波导系统的频率特性。当存在色散 特性时，相速已不再能很好地描述波的传播速度，一 般引入“群速”的概念，它表征了波能量的传播速度， 当kc为常数时，导行波的群速为：
这时 2 > 0，而Ez和Hz不能同时为零，否则所有场必然
全为零。一般情况下，只要Ez和Hz中有一个不为零即可
满足边界条件，这时又可分为二种情形：
(a)TM (transverse magnetic)波
将Ez0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。此时满足的边界条
其中， kc2 k2 2
《微波技术与天线》
.
第二章 规则金属波导之•导波原理
将它们满足的麦克斯韦方程在直角坐标系中展开，
得波导中各横向电、磁场的表达式为：
E
x
j
k
2 c
H z y
E z x
Ey
j
k
2 c
H z x
E z y
H
x
j
k
2 c
H z x
E z y
H
y
j
k
本节主要内容
矩形波导中的场分析 矩形波导的传输特性 矩形波导尺寸选择原则 脊形波导
《微波技术与天线》
.
第二章 规则金属波导之•导波原理
1. 矩形波导中的场分析
将波导中的场分解为横向场(transverse field)和纵向场
.
第二章 规则金属波导之•导波原理
(3)群速(group velocity)
我们将相移常数及相速vp随频率的变化关系称为色
散关系，它描述了波导系统的频率特性。当存在色散 特性时，相速已不再能很好地描述波的传播速度，一 般引入“群速”的概念，它表征了波能量的传播速度， 当kc为常数时，导行波的群速为：
这时 2 > 0，而Ez和Hz不能同时为零，否则所有场必然
全为零。一般情况下，只要Ez和Hz中有一个不为零即可
满足边界条件，这时又可分为二种情形：
(a)TM (transverse magnetic)波
将Ez0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。此时满足的边界条
其中， kc2 k2 2
《微波技术与天线》
.
第二章 规则金属波导之•导波原理
将它们满足的麦克斯韦方程在直角坐标系中展开，
得波导中各横向电、磁场的表达式为：
E
x
j
k
2 c
H z y
E z x
Ey
j
k
2 c
H z x
E z y
H
x
j
k
2 c
H z x
E z y
H
y
j
k
《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
第二章 传输线理论
二、驻波状态(全反射情况)
当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波将被全反射，沿线入
射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状态意味着入射波功率一点也没有被负载吸 阿收，即负载与传输线完全失配。
1. 终端短路
U 2 0 A1 A2 Ui2 U r2 0 Ui2 U r2
P z 1 U
I
1
U
2 max
K
2 max min 2 Z0
在不发生击穿情况下，传输线允许传输的最 大功率称为传输线的功率容量
Pbr
1 2
U br 2 Z0
K
第二章 传输线理论
2-4 均匀无耗传输线工作状态的分析
对于均匀无耗传输线，其工作状态分为三种 ：(1)行波状态；(2)驻波状态；(3)行驻波状态
iz,t Re Ize jt
A1 ez cos t z A2 ez cos t z
Z0
Z0
= ii
z,t
ir
z,t
第一部分表示由信号源向负载方向传播的行波，称之为入射波。
其中为电压入射波，为电流入射波。
第二部分表示由负载向信号源方向传播的行波，称之为反射波。
入射波和反射波沿线 的瞬时分布图如图
传输线的输入阻抗
Zin z
U 2cos z sin z
jU 2 Z0
jI2 Z0sin z I2cos z
Z0
ZL Z0
jZ0 jZ L
tg tg
z z
第二章 传输线理论
对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入阻抗随至终端的距
离l的不同而作周期(周期为)变化，且在一些特殊点上，有如下简单
z
Uz Iz
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 。
《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
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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。
《微波与天线》课件
方向性和增益
根据通信距离和覆盖范围需要，选择合适的天 线方向性和增益。
尺寸和形状
根据波长和系统要求设计合适的天线尺寸和形 状。
材料和制造工艺
选择合适的材料和制造工艺，以满足天线的性 能要求。
常见的微波与天线技术
抛物面天线
通过抛物面反射原理实现高增益 和方向性。
贴片天线
常见于无线通信设备和移动通信 技术中的小型天线。
螺旋天线
通过螺旋结构实现极化控制和宽 带性能。
结语和总结
微波与天线是现代通信和科学技术的关键基础。掌握微波与天线的基本原理 和设计要点对实现高效通信和系统性能至关重要。
《微波与应用领域、原理、分类、设计要点、 常见技术，并总结总结结语。
什么是微波与天线
微波与天线是电磁波及其传输和接收技术的核心组成部分。微波是一种高频电磁波，天线是用于接收和发送电 磁波的装置。
微波与天线的应用领域
通信
微波与天线在无线电通信、卫星通信等领域中 发挥着重要作用。
3 天线特性
天线的特性如增益、方向 性和频率响应对微波系统 的性能起着关键作用。
微波与天线的分类
根据频率
• 射频（RF）微波 • 微波 • 毫米波
根据结构
• 常见天线 • 阵列天线 • 反射天线
根据功能
• 发射天线 • 接收天线 • 双工天线
微波与天线的设计要点
频率选择
根据应用需求选择合适的频率范围和带宽。
医疗
微波与天线被用于医学领域，如磁共振成像 （MRI）和肿瘤治疗。
雷达
微波与天线被广泛应用于雷达系统，用于探测 目标、测距和测速。
遥感
微波与天线被用于地球观测和航空航天领域中 的遥感技术。
根据通信距离和覆盖范围需要，选择合适的天 线方向性和增益。
尺寸和形状
根据波长和系统要求设计合适的天线尺寸和形 状。
材料和制造工艺
选择合适的材料和制造工艺，以满足天线的性 能要求。
常见的微波与天线技术
抛物面天线
通过抛物面反射原理实现高增益 和方向性。
贴片天线
常见于无线通信设备和移动通信 技术中的小型天线。
螺旋天线
通过螺旋结构实现极化控制和宽 带性能。
结语和总结
微波与天线是现代通信和科学技术的关键基础。掌握微波与天线的基本原理 和设计要点对实现高效通信和系统性能至关重要。
《微波与应用领域、原理、分类、设计要点、 常见技术，并总结总结结语。
什么是微波与天线
微波与天线是电磁波及其传输和接收技术的核心组成部分。微波是一种高频电磁波，天线是用于接收和发送电 磁波的装置。
微波与天线的应用领域
通信
微波与天线在无线电通信、卫星通信等领域中 发挥着重要作用。
3 天线特性
天线的特性如增益、方向 性和频率响应对微波系统 的性能起着关键作用。
微波与天线的分类
根据频率
• 射频（RF）微波 • 微波 • 毫米波
根据结构
• 常见天线 • 阵列天线 • 反射天线
根据功能
• 发射天线 • 接收天线 • 双工天线
微波与天线的设计要点
频率选择
根据应用需求选择合适的频率范围和带宽。
医疗
微波与天线被用于医学领域，如磁共振成像 （MRI）和肿瘤治疗。
雷达
微波与天线被广泛应用于雷达系统，用于探测 目标、测距和测速。
遥感
微波与天线被用于地球观测和航空航天领域中 的遥感技术。
《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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将上述矩阵展开后可分别得到两组方程，我们称 之为振幅条件和相位条件
微波技术与天线课件
一、三口网络的一般性质
| |
S11 S12
|2 |2
| |
S12 S22
|2 |2
| S13 |2 1 | S23 |2 1
| S13 |2 | S23 |2 | S33 |2 1
振幅条件 (16-2)
微波技术与天线课件
一、三口网络的一般性质
一、三口网络的一般性质 1. 无耗互易网络 [ S ]+ [ S ]=[ I ]
具体应用互易条件有
S1*1 S1*2
S1*2 S2*2
S1*3 S2*3
S11 S12
S12 S22
S13 1 0 0
S23
0
1
0
(16-1)
S1*3 S2*3 S3*3 S13 S23 S33 0 0 1
一、三口网络的一般性质
微波技术与天线课件
一、三口网络的一般性质
【例1】用环行器做为隔离器，这是由于环行器 可以做得非常小，而隔离器不行，因此通信中经 常采用环行器做为隔离器适用。
环形元件：由于3对外接匹配负载，因此对外只 有1,2两个口，如图，1到2传输，构成隔离器。
微波技术与天线课件
一、三口网络的一般性质
0 S12 S13
S
S12
0
S23
S13 S23 0
假定S11=S22=S33=0,可知
S1*1
S12
S1*2
S22
S1*3S23 0 S1*3 S23
0
S1*1
S13
S1*2S23
S1*3
S33
0 S1*2 S23
0
S1*2S13 S2*2 S23 S微2*3波S技3术3与天线0课件 S1*2S13 0
多口元件
1、分路元件： （功率分配）
分路元件：发射机出来，一分为二，再一分为二就 变成四，再分就变成八。端口显然多于两个端口。
微波技术与天线课件
多口元件
2、环行元件：
环行：环行是三口网络最典型的器件。它可以从1 端口到2端口，从2端口到3端口，这就构成环行器 件。环行网络也是多于两个端口。
微波技术与天线课件
多口元件
3、和差元件：
和差元件：它出来两路，①和②的和用S表示，①和② 的差用D表示是。两端进去，“和”经过一个支路，“差” 经过另外一个支路。在雷达里面比较常用。
微波技术与天线课件
多口元件
4、耦合元件：
耦合：①是主支路，它除了到下面一路外，还要 耦合到上面一个支路。
微波技术与天线课件
多口元件
一、三口网络的一般性质
假定S23=0，那么S12和S13至少有一个为零。假定 S12=0带入振幅条件：
| S11
|2
| S12
|2
|
S13
|2 1
| S12 |2 | S22 |2 | S23 |2 1
振幅条件
| S13 |2 | S23 |2 | S33 |2 1
不满足振幅条件，因此可证明无耗互易三端
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
分析：根据前面将的S参数网络矩阵可知：
0
1
Hale Waihona Puke 0 01 0a1 a2
bb12
0
1
0 a3
b3
入射波经过网络形成散射波
整理可得： ①
b1 b2
a3 a1
b a 微波技术与天线课件
3 2
一、三口网络的一般性质
②3端口反射系数
L
a3 b3
对于负载来说，a3是反射波，b3是入射波。
复习双端口网络： 【性质】： 如果端口i和端口j对称，那么有Sii=Sjj 如果网络互易，则有Sij=Sji 如果网络无耗，则[S]+[S]=I
【定理】：反射系数的网络变换定理★
in
S11
S12S21L 1 S22L
微波技术与天线课件
多口元件
对于双口网络有两个概念要清楚： 【概念】 1、什么叫S11：2端口匹配，1端口的反射系数。 2、什么叫S21：2端口匹配，1端口向2端口的传输 系数。
③将三端口网络等效成二端口网络：
根据网络参数可知 b3=a2 可得： b1
：b1 =a3，反射系数 Lb3 La2
L
ab33，以及
又由：b2 a1 微波技术与天线课件
一、三口网络的一般性质
写成矩阵形式：
b1 b2
0 1
L 0
a1 a2
S11
S21
S12 a1
S22
a2
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
这是三端口接负载以后对外两端口的矩阵。
根据 S12 L表示端口2向端口1的传输，L 0 因
此，表示端口2向端口1几乎没有传输，S21=1而表示1 端到2端几乎全部传输。因此它是个非常好的隔离器，
如果放在发射机或接收机前面会起到一个很好的保护
作用。
微波技术与天线课件
一、三口网络的一般性质
【例2】分路、和差元件（也是重点内容，经常用到）。
[S][a]=[b]。注意可以见[s]看成广义的反射系数， [a]看成广义的入射波，[b]看成广义反射波，它 的物理概念就是入射波通过反射系数变成了反射 波。
微波技术与天线课件
多口元件
多口元件就其功能来说主要分为四个功能，第 一个功能我们叫做分路（功率分配）、和差、 环形、耦合等。
微波技术与天线课件
S1*1S12 S1*1S13
S1*2 S22 S1*2 S23
S1*3S23 S1*3S33
0 0
S1*2
S13
S2*2 S23
S2*3S33
0
相位条件 (16-3)
[性质］无耗互易三端口网络不可能同时匹配，即
S11微=波S技2术2与=天S线3课3=件0
一、三口网络的一般性质
证明：反证法—如果三个端口都匹配，那么S矩阵 可写作：
第一种：E面T—接在宽面上（串联）。
E面T元件