微波天线

微 波 技 术 与 天 线

课 程 报告

班 级：11通信—1班 姓 名：王见魁 学 号：1116303066 评定成绩：

内 容 简 介

这门课程系统地论述了微波技术与天线的基本原理、基本技术及其典型的应用系统。并且结合当前技术热点，对诸如光纤技术、智能天线、RFID等新技术进行了讨论。另外，课程较多地阐述了MATLAB在微波技术与天线中的应用。

微波：是电磁波中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，其频率范围从300Mhz（波长1m）至3000GHz（波长0.1m）.

微波的特性：1.似光性2.穿透性3.宽频带特性4.热效应特性5.散射特性6.抗低频干扰特性

与低频区别：趋肤效应，辐射效应，长线效应，分布参数。 第一章 均匀传输线理论

1.微波传输线大致可分为三种类型 双导体传输线

均匀填充介质的金属波导管 介质传输线 2.建立传输线方程 3.导出传输线方程的解 4.引入传输线的重要参量 （1）输入阻抗 ：传输线上任意一点的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想有关

（2）反射系数：传输线上任意一点的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。 （3）驻波比（VSWR）：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，即：

5.分析无耗传输线的特性 ：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(无反射的传输状态)（2）纯驻波状态（全反射状态）（3）行驻波状态（混合波状态） 6.认识传输线的匹配、效率及功率容量 7.了解同轴线的特性阻抗 第二章 规则金属波导

波导激励的几种类型 1. 电激励 2. 磁激励 3. 电流激励

方圆波导转换器的作用 ：圆波导中TE11模的场分布与矩形波导的TE10模的场分布很相似，因此工程上容易通过矩形波导的横截面逐渐过渡变为圆波导。即构成方圆波导变换器

1.分析规则波导传输系统中的电磁场问题，我们做如下假设： （1）波导管内填充的介质是均匀、线性、各向同性的 （2）波导管内无自由电荷和传导电流的存在 （3）波导管内的场是时谐场

2.结合电磁波理论分析规则波导的各个量

3.研究规则波导的一般特性：传输特性及工作特性

4.讨论矩形金属波导和圆形金属波导的传输特性和场结构

（1）矩形波导：通常将由金属材料制成的、矩形截面的、内充空气的规则金属波导称为矩形波导，

（2）圆形波导：若将同轴线的内导体抽走，则在一定条件下，由外导体所包围的圆形空间也能传输电磁能量，这就是圆形波导。 5.了解波导的耦合和激励方法

激励波导的方法通常有三种（1）电激励（2）磁激励（3）电流激励

本章介绍的传输系统具有损耗小、结构牢固、功率容量高及电磁波限定在导管内等优点，其缺点是比较笨重、高频下批量成本高、频带较窄等。 第三章 微波集成传输线

第四章 带状线、微带线的结构及特点

1. 带状线： 是由同轴线演化而来的，即将同轴线的外导体对半分开后，再将两半外导体向左右展平，并将内导体制成扁平带线。 主要传输的是TEM波。可存在高次模。 ? 用途：替代同轴线制作高性能的无源元件。 特点：宽频带、高Q值、高隔离度 ? 缺点：不宜做有源微波电路。

2. 微带线： 是由双导体传输线演化而来的，即将无限薄的导体板垂直插入双导体中间，再将导体圆柱变换成导体带，并在导体带之间加入介质材料，从而构成了微带线。微带线是半开放结构。 ? 工作模式：准TEM波 带状线、微带线特征参数的计算（会查图）

带状线和微带线的传输特性参量主要有：特性阻抗Z0、衰减常数ɑ、相速vp和波导波长λg

介质波导主模及其特点 模HE11模的优点： a) 不具有截止波长； b) 损耗较小； c) 可直接由矩形波导的主模TE10激励。 各种集成微波传输系统，可分为四大类：

（1）准TEM波传输线，主要包括微带传输线和共面波导等 （2）非TEM波传输线，主要包括槽线、鳍线等

（3）开放式介质波导传输线，主要包括介质波导、镜像波导等 （4）半开放式介质波导，主要包括H形波导、G形波导等。 2.了解波导的工作原理

例H形波导：H形波导中传输的模式取决于介质条带的宽度和金属平板的间距。合理地选择尺寸可使之工作与LSM模。 3.分析光纤波导：光纤又称为光导纤维，它是在圆形介质波导的基础上发展起来的导光传输系统。 1、微波元件的作用和分类。 2、阻抗变换器及其相对带宽。 3、微波元件与传输线的连接方法。 4、定向耦合器的网络分析。

5、平行耦合线定向耦合器基本工作原理及网络分析。 6、分支定向耦合器的结构和分析。

7、S参数矩阵的推导：分支定向耦合器，混合环，匹配双T接头。 8、无耗互易三端口网络的性质。

9、微带三端口功率分配器：元件的作用，条件，元件参数的计算。 10、双T接头的匹配方法。

11、微波谐振器：半波长短路线，四分之一波长短路线，半波长开路线的等效电路及等效参数。 12、带状线和微带线谐振器。

13、高阻抗传输线和低阻抗传输线的等效。

第四章 微波网络基础

1、天线的功能。 2、天线的分类。 3、线天线，线状长槽天线，面天线等的应用场合。

4、电流元的近区场分布，功率传输。 5、电流元的远区场分布，电场方向和磁场方向与传播方向关系，电场最大方向，等相位面。 6、电流元的方向函数，在E面和H面的形状。 7、电流元辐射功率和辐射电阻。 8、对称振子的场分布，方向函数。

9、对称振子的长度不同时的最大辐射方向，方向图形状。 10、半波振子和全波振子的方向函数和归一化方向图函数。 11、对称振子的辐射功率和辐射电阻。 12、电流元和半波振子的半功率波瓣宽度。 13、方向系数，电流元和半波振子的方向系数。 14、场强与方向系数的关系。 15、天线辐射能力与电长度的关系。 16、主极化和交叉极化。 掌握微波网络思想在微波测量中的应用（三点法的条件）

? 前提条件：令终端短路、开路和接匹配负载时，测得的输入端的反射系数分别为Γs，Γo和Γm，从而可以求出S11, S12, S22。 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元件，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。根据微波元件的工作特性综合出要求的微波网络，从而用一定的微波结构实现它，这就是微波网络的综合。 1.从导波传输系统的等效电压、等效电流出发引入等效传输线，进而导出线性网络的各种矩阵参量： （1）串联阻抗 （2）并联导纳 （3）理想变压器 （4）短截线

2.分析二端口网络的工作特性 （1）阻抗矩阵与导纳矩阵 （2）转移矩阵

3.了解多口网络的散射矩阵特性

在信源匹配的条件下，总可以对驻波系数、反射系数及功率等进行测量，也即在与网络相连的各分支传输系统的端口参考面上入射波和反射波的相对大小和相对相位是可以测量的，而散射矩阵和传输矩阵就是建立在入射波、反射波的关系基础上的网络参数矩阵 第五章 微波元器件微波元器件 匹配负载（螺钉调配器原理）、失配负载；衰减器、移相器（作用） 匹配负载作用：消除反射，提高传输效率，改善系统稳定性；

螺钉调配器：螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配原件，它是在波导宽边中央插入可调螺钉作为调配原件。

螺钉深度不同等效为不同的电抗原件，使用时为了避免波导短路击穿，螺钉·都设计成为了容性，即螺钉旋入波导中的深度应小于3b/4（b为波导窄边尺寸）。 失配负载：既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率，而且一般制成一定大小驻波的标准失配负载，主要用于微波测量。

衰减器，移相器（作用）：改变导行系统中电磁波的幅度和相位； 了解定向耦合器的工作原理（P106）

定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件，它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。

利用波程差。熟练掌握线圆极化转换器的工作原理及作用 了解场移式隔离器的作用（P122） 根据铁氧体对两个方向传输的波型产生的场移作用不同而制成的。 了解铁氧体环行器的分析及作用(P123) 环行器是一种具有非互易特性的分支传输系统

微波元器件品种繁多，而且随着技术的进步不断出现新的元器件，因此不能一一列出，本章主要从工程应用的角度出发，列举具有代表性的几组微波无源元器件。

短路负载 1.连接匹配元件 终端负载元件 匹配负载 失配负载

微波连接元件：波导接头、衰减器、相移器、转换接头

螺钉调配器 阻抗匹配元件 阶梯阻抗变换器

渐变型阻抗变换器

2.功率分配元件 定向耦合器：它是一种具有定向传输特性的四端口元件，

由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。

功率分配器：将一路微波功率按一定比例分成n路输出

功率元件称为功率分配器。可分为等功率和不等功率分配器。

波导分支器：将微波能量从主波导中分路接出的元件称为

波导分支器，常用的有E面T型分支、H面T型分支、匹配双T。

3.微波谐振元件：在低频电路中，谐振回路是一种基本元件，它是由电感和电容串联或者并联而成，在振荡器中作为振荡回路，用以控制振荡器的频率；在放大器中用振荡回路；在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。

4.微波铁氧体元件：它是非互易性的器件，电阻率很高，最常用的有隔离器和环行器。

第六章 天线辐射与接收的基本理论 天线有以下功能：

（1）天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量 （2）天线应使电磁波尽可能集中与确定的方向上 （3）天线应能发射或接收规定极化的电磁波 （4）天线应有足够的工作频带

本章从基本振子的辐射场出发，介绍了天线的近、远区场的特性，得到了电

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