微波技术与天线论文

微波技术与天线

院系：万方科技学院电气系

班级：通信11-1班

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绪论

微波、天线、与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，他们三者研究的对象和目的有所不同。微波主要研究如何导引电磁波在微波传输系统中的有效传输，它的特点是希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射地传输，对传输系统而言，辐射是一种能量的损耗。天线的任务则是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，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。电波传播则是分析和研究电波在空间的传播方向和特点。微波、天线与电波传播三者的共同基础是电磁场理论，三者都是电磁场在不同边值条件下的应用。

微波技术主要研究引导电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输。微波是电磁波中介于超短波了红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz 至3000GHz。微波具有似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗干扰特性。除了上述特性外，它还有以下特点：1、视距传播特性2、分布参数的不确定性3、电磁兼容与电磁环境污染。

天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变为微波设备中的导行波。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。

课程内容总结

第1~5章为微波技术部分，主要讨论了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础和微波元器件第6~9章为天线与电波传播部分，主要叙述了天线辐射与接收的基本理论、电波传播概论、线天线及面天线，其中在线天线部分侧重介绍了在工程中常用的鞭天线、电视天线、移动通信基站天线、行波天线、宽频带天线、微带天线等，还对智能天线技术做了简要介绍。第10章为微波应用系统，主要讨论了雷达系统、微波通信系统及微波遥感系统三个经典系统。

课程主要知识点

一、均匀传输线理论

（1）均匀传输线方程: (,)(,)(,)(,)(,)(,)u z t i z t Ri z t L z t i z t u z t Gi z t C z t ∂∂⎧⎫=+⎪⎪⎪⎪∂∂⎨⎬∂∂⎪⎪=+⎪⎪∂∂⎩⎭ 时谐传输线方程:

()()()()dU z Z I z dz dI z Y U z dz ••⎧⎫⎪⎪=⎪⎪⎨⎬⎪⎪=⎪⎪⎩⎭

（2）均匀传输线方程的解: 110110()()U z U ch z I Z sh z U I z I ch z sh z Z γγγγ=+⎧⎫⎪⎪⎨⎬=+⎪⎪⎩⎭

（3）传输线的工作特性参数。特性阻抗0Z ;传播常数γ;相速p v 与波长λ

(4)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U1、终端电流I l 的关系如下：

(5)反射系数: 传输线上任意一点z 处的反射波电压（或电流）与入射波电（或

电流）之比为电压（或电流）反射系数, 即：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫

==

++)()_()()_(i u z I z I Γz U z U Γ (6)输入阻抗与反射系数的关系U(z)=U+(z)+U-(z)=A 1e j βz ［1+Γ(z )］

I(z)=I+(z)+I-(z) = e j βz ［1-Γ(z )］ 二、规则金属波导

传输功率:

⎰⎰⎰⎰==⋅⨯=⋅⨯=**S t S t S z t t S S H Z S E Z dS a H E S H E P d ||2d 21)(Re 2

1d )(Re 2122 1) 截止波长。圆波导TEmn 模、TMmn 模的截止波数分别为： ⎪⎭⎪⎬⎫

==

a k a k mn mn mn mn υμcTM cTE ⎪⎭⎪⎬⎫+=+=)sin(j )cos()()sin(j )cos()(011011z Z U z I z I z Z I z U z U ββββ

三、微波集成传输线

介质波导可分为两大类：一类是开放式介质波导，主要包括圆形介质波导和介质镜像线等；另一类是半开放介质波导，主要包括H 形波导、G 形波导等。

四、微波网络基础

（1）单口网络的传输特性

令参考面T 处的电压反射系数为Γl, 由均匀传输线

理论可知, 等效传输线上任意点的反射系数为： （2） 归一化电压和电流由于微波网络比较复杂, 因此在分析时通常采用归一化阻抗, 即将电路中各个阻抗用特性阻抗归一, 与此同时电压和电流也要归一。

在各种微波网络中, 双端口网络是最基本的, 任意具有两个端口的微波元件均可视之为双端口网络。

五、微波元器件

(1) 短路负载 匹配负载 失配负载

(2) 微波连接元件微波连接元件是二端口互易元件, 主要包括: 波导接头、

衰减器、相移器、转换接头。

(3) 阻抗匹配元件 1)螺钉调配器2) 多阶梯阻抗变换器3) 渐变型阻抗变换器

(4) 定向耦合器

(5) 定向耦合器的性能指标

耦合度 隔离度 定向度 输入驻波比工作带宽 2)波导双孔定向耦合器 3)双分支定向耦合器 4)平行耦合微带定向耦合器

六、天线辐射与接收

（1）电基本振子

电基本振子是一段长度l 远小于波长, 电流I 振幅均匀分布、 相位相同的直线电流元, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电 基本振子构成的。

（2） 磁基本振子的场

引入这种假想的磁荷和磁流的概念, 将一部分原来由电荷和电流产生的电磁场用能够产生同样电磁场的磁荷和磁流来取代,即将“电源”换成等效“磁源”, 可以大大简化计算工作。

（3）天线方向图及其有关参数

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1()j z z e φβ-Γ=Γ