微波与天线课本总结(优秀)

微波技术与天线（第二版）总结

绪论

微波频段：300MHz－3000GHz

微波波长：0.1mm—1m （分米波，厘米波，毫米波，亚毫米波）

微波的特点：似光性，穿透性，宽频带特性，热效应特性，散射特性，抗低频干扰特性，视距传播特性，分布参数的不确定性，电磁兼容和电磁环境污染。

分析方法：场的分析方法，路的分析方法。（微波网络）

一、均匀传输线理论

1.1、均匀传输线方程及其解

1.1.1传输线的分类：双导体传输线，金属波导管，介质传输线。

分析方法: 场分析法，等效电路法。

1.1.2传输线的工作特性参数

（1）特性阻抗—传输线上行波的电压与电流的比值

对于均匀无耗传输线特性阻抗：

（2）传播常数γ

（3）相速υp—传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度

（4）传输线的波长

1.2、传输线阻抗与状态参量

1.2.1均匀无耗传输线三个重要的物理量

（1）输入阻抗—传输线上任意一点处的输入电压和输入电流之比值。

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Ul 、终端电流的关系如下：

（2） 反射系数—传输线上任意一点处的反射波电压（或电流）与入射波电

压（或电流）之比。

（3） 电压驻波比—传输线上电压最大值与电压最小值之比。 1.3、无耗传输线的状态分析 1.3.1传输线的三种工作状态 （1）行波状态

➢ 沿线电压和电流振幅不变，驻波比等于1 ➢ 电压和电流在任意点上都同相

➢ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗 （2）纯驻波状态 ➢ 终端短路 ➢ 终端开路

➢ 终端接纯电抗 Z in= ±j X （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。 1.3.2无耗传输线两个重要的特性

（1）λ/4 阻抗变换性—无耗传输线上距离为λ/4的任意两点处输入阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方。

（2）λ/2 重复性—无耗传输线上距离为λ/2的任意两点处，电压、电流的大小（绝对值）；输入阻抗；反射系数的值相等，具有λ/2 的周期性。

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+=+=)sin(j )cos()()sin(j )cos()(011011z Z U z I z I z Z I z U z U ββββ

1.4、传输线的传输功率、效率和损耗

1.5、阻抗匹配

分类：负载阻抗匹配Zl=Z0

信号源阻抗匹配Zg=Z0

共轭阻抗匹配Zin=Z g*

◆负载阻抗匹配—负载阻抗等于传输线的特性阻抗。此时传输线上只有从

信源到负载的入射波，而无反射波。

◆源阻抗匹配—电源的内阻等于传输线的特性阻抗。对匹配源来说，它给

传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。

◆共轭阻抗匹配—对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输

入阻抗等于电源内阻的共轭值时，负载得到最大功率值：

阻抗匹配的方法： /4阻抗变换器法；支节调配器法

1.6、史密斯圆图及其应用

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。

二、规则金属波导

2.1、导波原理

2.1.1场分析方法

先由矢量齐次亥姆霍兹方程结合边界条件分离变量求解纵向场分量，然后由麦克斯韦方程组求解横向场分量。

2.1.2波的传输特性

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。

导行波分类：TEM波、TM波、TE波、慢波

2.2、矩形波导

2.1.1矩形波导尺寸选择原则

（1）波导带宽问题：保证在给定频率范围内的电磁波在波导中都能以单一的模传播，其它高次模都应截止。

（2）波导功率容量问题：在传播所要求的功率时，波导不致于发生击穿。适当增加b可增加功率容量，故b应尽可能大一些。

（3）波导的衰减问题：通过波导后的信号功率不要损失太大。增大b也可使衰减变小，故b应尽可能大一些。

2.3、圆形波导

圆波导传输特性：波型指数，主模，模式兼并及三种常用模式特性

2.4、波导的激励和耦合

方法：电激励，磁激励，电流激励

总结：矩形波导和圆波导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：

三、微波集成传输线

3.1、微带传输线

分类：带状线、微带线、耦合微带线

3.2、介质波导

波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导(介质波导），前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。

3.3光纤

3.3.1光纤分类

➢按组成材料可分为石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层玻璃芯光纤和全塑料光纤。其中，石英玻璃光纤损耗最小，最适合长距离、大容量通信。

➢按折射率分布形状可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。

➢按传输模式可分为多模光纤和单模光纤。

3.3.2光纤损耗

单模光纤在1.3µm和1.55µm波长附近损耗较低，且带宽较宽，适合用于远距离光纤通信。光纤的损耗影响了传输距离，而光纤的色散影响了传输带宽和通信容量。

四、微波网络基础

4.1等效传输线

微波网络:是在分析场分布的基础上，用路的分析方法将微波元件等效为电抗或电阻等集中元件网络，将实际的导波传输系统等效为传输线，从而将实际的微波系统简化为微波网络。

网络分析: 借助于“路”的分析法,通过分析网络(微波元件)的外部特性，给出系统的一般传输特性。

等效传输线：建立在等效电压、等效电流、和等效特性阻抗基础上的传输线。

4.2单口网络

构成：当一段规则传输线端接其它微波元件时，则在连接的端面引起不连续性，产生反射。若将参考面T选在离不连续面较远的地方，则在参考面T左侧的传输线上只存在主模的入射波和反射波，可用等效传输线来表示，而把参考面T以右部分作为一个微波网络，把传输线作为该网络的输入端面，这样构成了单口网络。

4.3双端口网络的阻抗与转移矩阵

4.3.1双端口网络构成：任意具有两个端口的微波元件均可视之为双口网络。