微波技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)

1、微波技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)第一章 學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn) 1微波的定義 把波長(zhǎng)從1米到0.1毫米范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。微波波段對(duì)應(yīng)的頻率范圍為: 3108Hz31012Hz。在整個(gè)電磁波譜中，微波處于普通無(wú)線電波與紅外線之間，是頻率最高的無(wú)線電波，它的頻帶寬度比所有普通無(wú)線電波波段總和寬10000倍。一般情況下，微波又可劃分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波四個(gè)波段。 2微波具有如下四個(gè)主要特點(diǎn)：1) 似光性、2) 頻率高、3) 能穿透電離層、4) 量子特性。 3微波技術(shù)的主要應(yīng)用：1) 在雷達(dá)上的應(yīng)用、2) 在通訊方面的應(yīng)用、3) 在科學(xué)研究方面的應(yīng)用、4) 在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用、5) 微波能的應(yīng)

2、用。4微波技術(shù)是研究微波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、變換、發(fā)射、接收和測(cè)量的一門學(xué)科，它的基本理論是經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論，研究電磁波沿傳輸線的傳播特性有兩種分析方法。一種是“場(chǎng)”的分析方法，即從麥克斯韋方程出發(fā)，在特定邊界條件下解電磁波動(dòng)方程，求得場(chǎng)量的時(shí)空變化規(guī)律，分析電磁波沿線的各種傳輸特性；另一種是“路”的分析方法，即將傳輸線作為分布參數(shù)電路處理，用克?；舴蚨山鬏斁€方程，求得線上電壓和電流的時(shí)空變化規(guī)律，分析電壓和電流的各種傳輸特性。第二章 學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn) 1. 傳輸線可用來(lái)傳輸電磁信號(hào)能量和構(gòu)成各種微波元器件。微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路，線上的電壓和電流是時(shí)間和空間位置的二元函數(shù)，它們沿線的變

3、化規(guī)律可由傳輸線方程來(lái)描述。傳輸線方程是傳輸線理論中的基本方程。 2. 均勻無(wú)耗傳輸線方程為其解為對(duì)于均勻無(wú)耗傳輸線,已知終端電壓U2和電流I2，則: 對(duì)于均勻無(wú)耗傳輸線,已知始端電壓U1和電流I1，則: 其參量為 ， 3. 終端接的不同性質(zhì)的負(fù)載，均勻無(wú)耗傳輸線有三種工作狀態(tài)： (1) 當(dāng)時(shí)，傳輸線工作于行波狀態(tài)。線上只有入射波存在，電壓電流振幅不變，相位沿傳播方向滯后；沿線的阻抗均等于特性阻抗；電磁能量全部被負(fù)載吸收。 (2) 當(dāng)、和時(shí)，傳輸線工作于駐波狀態(tài)。線上入射波和反射波的振幅相等，駐波的波腹為入射波的兩倍，波節(jié)為零；電壓波腹點(diǎn)的阻抗為無(wú)限大，電壓波節(jié)點(diǎn)的阻抗為零，沿線其余各點(diǎn)的阻抗

4、均為純電抗；電壓（電流）波腹點(diǎn)和電壓（電流）波節(jié)點(diǎn)每隔交替出現(xiàn)，每隔重復(fù)出現(xiàn)；沒有電磁能量的傳輸，只有電磁能量的交換。 (3) 當(dāng)時(shí)，傳輸線工作于行駐波狀態(tài)。行駐波的波腹小于兩倍入射波，波節(jié)不為零；電壓波腹點(diǎn)的阻抗為最大的純電阻，電壓波節(jié)點(diǎn)的阻抗為最小的純電阻；電壓（電流）波腹點(diǎn)和電壓（電流）波節(jié)點(diǎn)每隔交替出現(xiàn)，每隔重復(fù)出現(xiàn)；電磁能量一部分被負(fù)載吸收，另一部分被負(fù)載反射回去。 4. 表征傳輸線上反射波的大小的參量有反射系數(shù)，駐波比和行波系數(shù)K。它們之間的關(guān)系及相關(guān)表達(dá)式為：其數(shù)值大小和工作狀態(tài)的關(guān)系如下表所示。工作狀態(tài)行 波駐 波行駐波011K105. 傳輸線阻抗匹配方法常用阻抗變換器和分支匹

5、配器(單分支、雙分支和三分支)。6. 阻抗圓圖和導(dǎo)納圓圖是傳輸線進(jìn)行阻抗計(jì)算和阻抗匹配的重要工具。第三章 學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn) 1. 微波傳輸線是引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸?shù)南到y(tǒng)，故又稱作導(dǎo)波系統(tǒng)。被傳輸?shù)碾姶挪ㄓ址Q作導(dǎo)行波。導(dǎo)行波一方面要滿足麥克斯韋方程，另一方面又要滿足導(dǎo)體或介質(zhì)的邊界條件；也就是說(shuō)，麥克斯韋方程和邊界條件決定了導(dǎo)行波在導(dǎo)波系統(tǒng)中的電磁場(chǎng)分布規(guī)律和傳播特性。 2. 導(dǎo)波系統(tǒng)中的電磁波按縱向場(chǎng)分量的有無(wú)，可分為TE波、TM波和TEM波三種類型。前兩種是色散波，一般只在金屬波導(dǎo)管中傳輸；后一種是非色散波，一般在雙導(dǎo)體系統(tǒng)中傳輸。只有當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)或頻率滿足條件或時(shí)，才能在導(dǎo)波系統(tǒng)中傳輸，

6、否則被截止。 3. 導(dǎo)波系統(tǒng)中場(chǎng)結(jié)構(gòu)必須滿足下列規(guī)則：電力線一定與磁力線相互垂直，兩者與傳播方向滿足右手螺旋法則；在導(dǎo)波系統(tǒng)的金屬壁上只有電場(chǎng)的法向分量和磁場(chǎng)的切向分量；電力線一定是封閉曲線。 4. 本章主要討論了矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線等常用的微波傳輸線。其中矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)和同軸線易采用場(chǎng)解法來(lái)分析其場(chǎng)分布和傳輸特性；帶狀線利用傳輸線理論分析其傳輸特性；而微帶線則采用準(zhǔn)靜態(tài)分析法來(lái)分析其傳輸特性。5. 各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL(zhǎng)和單模傳輸條件列表如下：傳輸線類型主 模截止波長(zhǎng)lc單模傳輸條件矩形波導(dǎo)TE10模2aal2b圓波導(dǎo)TE11模3.41R2.62Rlp/2(

7、D+d)帶狀線TEM模, 微帶線準(zhǔn)TEM模, , 第四章 學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)1、 微波系統(tǒng)包括均勻傳輸線和微波元件兩大部分。均勻傳輸線可等效為平行雙線；微波元件可等效為網(wǎng)絡(luò)。然后利用微波網(wǎng)絡(luò)理論，可對(duì)任何一個(gè)復(fù)雜微波系統(tǒng)進(jìn)行研究。2、 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)外接傳輸線的路數(shù)，來(lái)定義微波網(wǎng)絡(luò)端口的個(gè)數(shù)。微波網(wǎng)絡(luò)按端口個(gè)數(shù)一般分為：二端口網(wǎng)絡(luò)和多端口網(wǎng)絡(luò)(如三端口網(wǎng)絡(luò)、四端口網(wǎng)絡(luò)等)。本章以二端口網(wǎng)絡(luò)為重點(diǎn)，介紹了二端口網(wǎng)絡(luò)的五種網(wǎng)絡(luò)參量：阻抗參量、導(dǎo)納參量、轉(zhuǎn)移參量、散射參量和傳輸參量，以及基本電路單元的網(wǎng)絡(luò)參量。3、 二端口網(wǎng)絡(luò)參量的性質(zhì)有：可逆網(wǎng)絡(luò)：， ，對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)：，無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)： ， ，4、 二端口微波網(wǎng)絡(luò)的組合

8、方式有：級(jí)聯(lián)方式、串聯(lián)方式和并聯(lián)方式，可分別用轉(zhuǎn)移矩陣、阻抗矩陣和導(dǎo)納矩陣來(lái)分析；二端口網(wǎng)絡(luò)參考面的移動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參量的影響，可利用轉(zhuǎn)移矩陣和散射矩陣來(lái)分析。5、 微波元件的性能可用網(wǎng)絡(luò)的工作特性參量來(lái)描述，網(wǎng)絡(luò)的工作特性參量和網(wǎng)絡(luò)參量之間有密切的關(guān)系，可以相互轉(zhuǎn)換。其工作特性參量與網(wǎng)絡(luò)參量的關(guān)系為：6、 電壓傳輸系數(shù)：7、 插入衰減： 8、 插入相移： 9、 輸入駐波比： 10、 可逆無(wú)耗二端口網(wǎng)絡(luò)的基本特性有：S參量只有三個(gè)獨(dú)立參量，它們的相互關(guān)系為：，；若網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)端口匹配，另一個(gè)端口一定自動(dòng)匹配，即若(或)，則(或)；若網(wǎng)絡(luò)完全匹配，則網(wǎng)絡(luò)一定完全傳輸，即若，則。第五章 學(xué)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)1、

9、本章采用網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)一些常用的微波元件進(jìn)行了分析和綜合。主要討論了下列內(nèi)容：微波系統(tǒng)中的電抗元件，連接元件、轉(zhuǎn)接元件和終端負(fù)載，衰減器和移相器，阻抗變換器，定向耦合器，波導(dǎo)匹配雙T，微波濾波器，微波諧振器，微波鐵氧體元件以及微波集成電路。2、 對(duì)各種連接元件和短路活塞要求有良好的電接觸，以保證不產(chǎn)生反射，常采用抗流結(jié)構(gòu)。匹配負(fù)載和短路負(fù)載是兩種常用的終端元件，它們均屬于一端口網(wǎng)絡(luò)。衰減器和移相器均屬于二端口網(wǎng)絡(luò)，但兩者具有不同的功能。衰減器的作用是對(duì)通過(guò)它的微波能量產(chǎn)生衰減；而移相器的作用是對(duì)通過(guò)它的微波信號(hào)產(chǎn)生一定的相移，微波能量可無(wú)衰減地通過(guò)。3、 阻抗變換器是微波系統(tǒng)中一種常用的阻抗匹配元

10、件，它主要包括單節(jié)阻抗變換器、多節(jié)階梯阻抗變換器和漸變線阻抗變換器，其阻抗匹配原理是將原來(lái)較大的反射波分成許多振幅較小而相位又能互相抵消的反射波，只要合理選擇節(jié)數(shù)和各段阻抗值，就能得到滿意的結(jié)果。4、 定向耦合器是一個(gè)四端口的網(wǎng)絡(luò)元件，它具有定向傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。它的主要指標(biāo)是耦合度和隔離度(或方向性)。定向耦合器的種類很多，本章僅討論了波導(dǎo)雙孔耦合的定向耦合器，平行耦合線定向耦合器，分支定向耦合器。對(duì)于波導(dǎo)孔耦合的定向耦合器一般采用耦合波理論進(jìn)行分析；對(duì)于后幾種定向耦合器，由于它們結(jié)構(gòu)上都具有對(duì)稱平面，故易采用奇、偶模參量法進(jìn)行分析。無(wú)論是哪一種定向耦合器，至少有兩種以上的耦合波相互干涉，才能產(chǎn)生

11、定向性。參加干涉的耦合波個(gè)數(shù)愈多愈能改善定向耦合器定向性的頻率特性，從而增寬頻帶。另外還介紹了兩種常用微波元件：微帶功分器和波導(dǎo)匹配雙T (魔T)，它們也可看成是一類定向耦合器。5、 #微波濾波器主要功能是分隔頻率。表征濾波器的主要特性是衰減特性。根據(jù)衰減特性分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器，對(duì)濾波器的要求是通帶內(nèi)衰減盡可能小，阻帶內(nèi)衰減盡可能大，通帶與阻帶的過(guò)渡區(qū)盡可能小，即愈陡愈好。這些要求是相互矛盾的，解決這些矛盾的最經(jīng)濟(jì)和合理的方法是采用網(wǎng)絡(luò)綜合法進(jìn)行設(shè)計(jì)。微波濾波器設(shè)計(jì)與低頻濾波器的設(shè)計(jì)基本相同，唯一的差別是用分布參數(shù)元件代替集中參數(shù)元件。微波濾波器常采用高低阻抗線來(lái)構(gòu)成。6、 微波

12、諧振器是一種儲(chǔ)能和選頻元件，其作用相當(dāng)于低頻電路中的諧振回路。本章主要討論了諧振器的分析方法、基本參量、基本特性及其等效電路。7、 微波諧振器與低頻集中參數(shù)LC諧振回路的外特性是相同的，因此可以用等效電路來(lái)分析，尤其帶有耦合裝置的諧振器更適宜用等效電路法進(jìn)行分析。8、 對(duì)于傳輸線型諧振器的場(chǎng)分布的分析，采用使原有傳輸線的場(chǎng)分布滿足兩端面的邊界條件，即可得到由該傳輸線組成的諧振器中的場(chǎng)分布。諧振器中的場(chǎng)分布是呈駐波分布的。9、 各種形式傳輸線，只要滿足諧振條件都可用來(lái)構(gòu)成諧振器。對(duì)于由兩端短路或開路的傳輸線構(gòu)成的諧振器，其諧振條件為l = nl0/2；對(duì)于由一端短路，另一端開路的傳輸線構(gòu)成的諧振

13、器，其諧振條件為l = (2n-1)l0/4；對(duì)于由一端短路，另一端為容性電納負(fù)載的傳輸線構(gòu)成的諧振器，其諧振條件為。式中為構(gòu)成諧振器的傳輸線中電磁波的相波長(zhǎng)。10、 矩形諧振腔中的主模為TE101。圓柱諧振腔中，當(dāng)l2.1R時(shí)， 主模為TE111。同軸諧振腔中主模為TEM模。圓柱諧振腔中TE011諧振模具有很高的Q值，可用作自動(dòng)頻率微調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)腔、高頻率穩(wěn)定度的諧振腔和高精度波長(zhǎng)計(jì)的工作模式。11、 #有耦合的諧振腔用場(chǎng)解法難以得到工程設(shè)計(jì)所需結(jié)果，故常采用網(wǎng)絡(luò)分析方法，即將有耦合的諧振腔分成耦合結(jié)構(gòu)和諧振腔兩個(gè)部分，然后分別找出它們各自的等效電路。12、 #微波鐵氧體元件是根據(jù)微波鐵氧體的兩個(gè)重要特性做成的微波元件。鐵氧體在恒定磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)共同作用下，它的導(dǎo)磁率為張量；而在恒定磁場(chǎng)和圓極化波磁場(chǎng)共同作用下，它的導(dǎo)磁率為標(biāo)量，且有下列特性： 鐵磁諧振：當(dāng)微波頻率w 等于鐵氧體分子進(jìn)動(dòng)頻率w0=gH時(shí)，圓極化波的和具有諧振特性，此時(shí)鐵氧體對(duì)微波能量具有強(qiáng)烈的吸收，這種現(xiàn)象稱為鐵氧體諧振現(xiàn)象。利用此特性做成的隔離器稱為諧振式隔離器。 場(chǎng)移效應(yīng)：在矩形波導(dǎo)中的圓極化波位置，放入合適的橫向磁化強(qiáng)度的鐵氧體后