微波技术基础课程学习知识要点资料讲解

微波技术基础课程学习知识要点

《微波技术基础》课程学习知识要点

第一章 学习知识要点

1．微波的定义— 把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz ～3×1012Hz 。在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽10000倍。一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。

2．微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。

3．微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。

4．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。

第二章 学习知识要点

1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。传输线方程是传输线理论中的基本方程。

2. 均匀无耗传输线方程为

()

()()()d U z dz U z d I z dz I z 22222

20

-=-=ββ 其解为 ()()()

U z A e A e I z Z A e A e j z j z

j z j z

=+=---120121ββββ 对于均匀无耗传输线,已知终端电压U 2和电流I 2，则:

()()⎪⎭

⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ

对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则:

其参量为 Z L C 000=，βπλ=2p ，v v p r =0

ε，λλεp r =0

3. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态：

(1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。线上只有入射波存在，电压电流振幅不变，相位沿传播方向滞后；沿线的阻抗均等于特性阻抗；电磁能量全部被负载吸收。

(2) 当Z L =0、∞和±jX 时，传输线工作于驻波状态。线上入射波和反射波的振幅相等，驻波的波腹为入射波的两倍，波节为零；电压波腹点的阻抗为无限大，电压波节点的阻抗为零，沿线其余各点的阻抗均为纯电抗；电压（电流）波腹点和电压（电流）波节点每隔λ4交替出现，每隔2λ重复出现；没有电磁能量的传输，只有电磁能量的交换。

(3) 当Z R jX L L L =+时，传输线工作于行驻波状态。行驻波的波腹小于两倍入射波，波节不为零；电压波腹点的阻抗为最大的纯电阻R Z max =ρ0，电压波节点的阻抗为最小的纯电阻

R Z min =0ρ；电压（电流）波腹点和电压（电流）波节点每隔λ4交替出现，每隔2λ重复出现；电磁能量一部分被负载吸收，另一部分被负载反射回去。

4. 表征传输线上反射波的大小的参量有反射系数Γ，驻波比ρ和行波系数K 。它们之间的关系及相关表达式为：

ρ=

=+-111K ΓΓ

其数值大小和工作状态的关系如下表所示。

5. 传输线阻抗匹配方法常用λ4阻抗变换器和分支匹配器(单分支、双分支和三分支)。

6. 阻抗圆图和导纳圆图是传输线进行阻抗计算和阻抗匹配的重要工具。

()()⎪⎭

⎪⎬⎫-=-= sin cos sin cos 011011Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ()()()00Z z Z Z z Z z in in +-=Γ min max min max I I U U ==ρ

第三章 学习知识要点

1. 微波传输线是引导电磁波沿一定方向传输的系统，故又称作导波系统。被传输的电磁波又称作导行波。导行波一方面要满足麦克斯韦方程，另一方面又要满足导体或介质的边界条件；也就是说，麦克斯韦方程和边界条件决定了导行波在导波系统中的电磁场分布规律和传播特性。

2. 导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为TE 波、TM 波和TEM 波三种类型。前两种是色散波，一般只在金属波导管中传输；后一种是非色散波，一般在双导体系统中传输。只有当电磁波的波长或频率满足条件λλ时，才能在导波系统中传输，否则被截止。

3. 导波系统中场结构必须满足下列规则：电力线一定与磁力线相互垂直，两者与传播方向满足右手螺旋法则；在导波系统的金属壁上只有电场的法向分量和磁场的切向分量；电力线一定是封闭曲线。

4. 本章主要讨论了矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线等常用的微波传输线。其中矩形波导、圆波导和同轴线易采用场解法来分析其场分布和传输特性；带状线利用传输线理论分析其传输特性；而微带线则采用准静态分析法来分析其传输特性。

5. 各类传输线内传输的主模及其截止波长和单模传输条件列表如下：

第四章 学习知识要点

1、 微波系统包括均匀传输线和微波元件两大部分。均匀传输线可等效为平行双线；微波元件可等效为网络。然后利用微波网络理论，可对任何一个复杂微波系统进行研究。

2、 根据网络外接传输线的路数，来定义微波网络端口的个数。微波网络按端口个数一般分为：二端口网络和多端口网络(如三端口网络、四端口网络等)。本章以二端口网络为重点，介绍了二端口网络的五种网络参量：阻抗参量、导纳参量、转移参量、散射参量和传输参量，以及基本电路单元的网络参量。

3、 二端口网络参量的性质有：

可逆网络：Z Z 1221=，Y Y 1221=，A A A A 112212211-=

S S 1221=，T T T T 112212211-=