微波重要知识点提要(修复的)

重要知识点绪论1微波的波长范围和频率范围波长：1m-0.1mm;频率：300MHZ-3000GHZ；第一章传输线理论1导行波类型：(1)TEM波(横电磁波):在导行波传播的方向(纵向)上，没有电磁场分量的电磁波；(2)TE波(横电波)：纵向0zE，但0zH(3)TM波(横磁波)：纵向0zH，但0zE2传输线的分类：(1)双导体传输线；(2)金属波导(矩形波导，圆形波导)(3)介质传输线；3传输线方程及其解(1)分析思路：化场为路，使用电阻R、电导G、电感L和电容C将传输线化为电网络；(2)传输线模型及其坐标系：[注]坐标系以终端为原点，坐标方向从负载至信源；(3)传输线方程的推导和解：理解4传输线的特性参数(1)特性阻抗Z0=√R+jωLG+Jωc，对于均匀无耗传输线Z0=√Lc；(2)传播常数j，其中为衰减常数，为相移常数；(3)相速p与波长：p2pf5传输线输入阻抗、反射系数和驻波比输入阻抗000tantanlinlZjZzZZZjZz反射系数200jzllZZzeZZг反射系数和输入阻抗的关系011inzZZzгг00()()ininZzZzZzZг驻波比11llгг[注]：证明输入阻抗的/2周期性6无耗传输线的状态分析(1)0zг即0lZZ处，行波状态；(2)纯驻波状态：1lг即0lZ或；(3)行驻波状态：介于行波状态和纯驻波状态之间。7Smith圆图(1)组成：A反射系数圆图jlzeггB归一化电阻圆图C归一化电抗圆图；(2)重要概念ASmith圆图是反射系数圆图，归一化电阻圆图和归一化电抗圆图的合成；B圆图上一点既代表一个归一化阻抗，又代表这个阻抗值对应的反射系数(阻抗和反射系数是一一对应的)；C由归一化阻抗的/2的周期性，因此在圆图上旋转一圈，即是在传输线上移动/2的距离；D向顺时针方向旋转，相当于从负载端向信源端移动；向逆时针方向旋转，相当于从信源端向负载端移动；E在旋转时与实轴正半轴交点所对应电阻值为驻波比，与实轴负半轴交点所对应电阻值为1/。(3)重要的点线面8阻抗匹配(1)阻抗匹配的作用在微波电路中，若不匹配，将导致严重的反射，降低传输线效率，甚至会击穿传输线。(2)阻抗匹配的分类A终端负载匹配；匹配条件：0lZZ；匹配结果：终端负载无反射波B信源匹配；匹配条件：0gZZ匹配结果：信源将吸收传输线中的反射波C共轭匹配；匹配条件：*ingZZ信源输出功率达到最大值(3)阻抗匹配的实现方法(例题讲解)A/4的阻抗变换器法B并联单支节调配法；第二章规则金属波导1规则金属波导要满足的条件：(1)波导管的边界和尺寸沿着轴向不变；(2)波导内填充的介质是均匀、线性、各向同性的；(3)波导管内为时谐场。2规则金属波导分析方法：电磁场分析方法，使用麦克斯韦方程和边界条件精确求解波导管内电磁场分布。3矩形波导(1)只能存在TE波和TM波；(2)截止波数22cmnkab，a和b为矩形波导长边与宽边长度，m和n为矩形波导工作模式的编号；(3)截止波长2222()()cckmnab(例题讲解)(4)其它重要公式：A相移常数221()cB波导波长21()gcC相速度21()pcvvD群速度21()gcvv(5)TE模的最低工作模次是10TE，TM模的最低工作模次为11TM，最低次模的截止波长是最大的。一般希望波导工作在单模状态下(5)矩形波导尺寸选择0.7(0.40.5)aba第三章带状线和微带线1对微波集成传输元件的基本要求是必须具有平面化结构，以便实现微波集成电路的平面化；2微带传输线有两种基本结构：带状线和微带线；3带状线可理解为由同轴线演化而来，传输的主要是TEM波；4微带线中存在纵向分量zE和zH，但通过微带线的尺寸选择，纵向分量可以很小，因此场结构与TEM模很相似，被称为准TEM模。第四章微波网络基础1微波网络分析的3个问题：(1)确定参考面，将微波网络的均匀区(传输线)和非均匀区(一般而言是不规则的微波元件区域)分隔开；(2)由横向电磁场的分布，定义等效电流I(z)和等效电压U(z)，将传输线等效为双导体传输线；(3)将不规则区域化为多端口电网络进行分析2微波网络的分类(1)按照端口数分类：单端口，二端口，三端口，四端口；(2)线性和非线性微波网络；(3)互易与非互易网络；(4)有耗与无耗网络；(5)对称与非对称网络。3参考面选取的原则(1)必须是横截面；(2)要尽可能深一点，以便将高次模屏蔽；(3)选择有多种；(4)一旦选定，对应着一个确定参数的电网络，因此不能轻易改变4将微波传输线等效为双导体传输线，通过坡印廷定理引入等效电流I(z)和等效电压U(z)。5对等效电流和等效电压进行归一化：0()()/UzUzZ0()()IzIzZ6二端口网络的分析(1)阻抗矩阵ZT2面开路(I2=0)时，T1面的输入阻抗定义为T1面开路(I1=0)时，T2面的输入阻抗定义为T1面开路(I1=0)时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗为T2面开路(I2=0)时，端口(1)至端口(2)的转移阻抗为阻抗矩阵的归一化(2)导纳矩阵Y其参数定义和归一化参见阻抗矩阵Z。(3)转移矩阵A11121221212222UAUAIIAUAIA转移矩阵的归一化02121101010211122122012101022202ZAAZZZaaaaZAZZAZBA矩阵的性质(A)级联性质(P98)对于多个二端口的级联：1=niiAA总，其中iA为各级联端口的转移矩阵；(B)使用转移矩阵A求输入阻抗11121221212222UAUAIIAUAI则1端口输入阻抗：1112122111212122222122LinLUAUAIAZAZIAUAIAZA，其中22LUZI【注】：P99表2-1简单双端口网络的转移矩阵的A矩阵(例题2-4)(4)散射矩阵SA引入散射矩阵S的原因：Z、Y、A矩阵以等效电流和等效电压为基础，但U、I为虚拟的数学概念，不能测量，不具有实际意义。因此须引入一个可以测量的参数-反射系数为基础的散射矩阵S。B二端口散射矩阵S的定义11111222211222USUSUUSUSU211101UUSU，相当于Ⅱ端口阻抗匹配111202UUSU，相当于Ⅰ端口阻抗匹配222101UUSU，相当于Ⅱ端口阻抗匹配122202UUSU，相当于Ⅰ端口阻抗匹配C散射矩阵S的归一化(相关例题习题：P107例2-7及作业题)1111Ss01121202ZSsZ02212101ZSsZ2222Ss0iiiUUZ0000iiiiiiiiiUUIIZZUZZ0iiiUUZ0000iiiiiiiiiUUIIZZUZZ对任一端口入射波而言，归一化电压值等于归一化电流值；对于反射波而言，归一化电压值等于归一化电流值的相反数。第五章微波元器件1微波元器件的分类：(1)线性互易元器件；(2)线性非互易元器件；(3)非线性元器件；2终端负载元件(1)短路负载：使传输线终端短路，主要指短路活塞，分为接触式短路活塞和扼流式短路活塞；(2)匹配负载：在一段波导的末端放置一块劈型元件，面上附着碳粉，用以吸收微波能量，产生的热能可用散热片或流水元件带走。(3)失配负载：在传输线上产生反射系数为特定值的驻波场，用于微波测量；3微波连接元件(1)波导接头A法兰盘：平法兰、扼流法兰；B扭转元件；C弯曲元件(2)衰减元件和相移元件：用于改变波导中电磁波的幅度和相位(3)转换接头A工作模式转换接头：如方圆波导转换器B极化转换器：改变电磁波极化方式4阻抗匹配元件(1)螺钉调配器：广泛应用于低功率微波装置中，实现终端的匹配。根据调节螺钉的深度，等效为不同的电抗，以实现阻抗匹配；(2)多阶梯阻抗变换器(3)渐变型阻抗变换器5定向耦合器(1)耦合的定义：两个或两个以上的电路元件或电网络之间存在紧密配合和相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。(2)理想的定向耦合器：理想情况下，耦合能量由3端口流出，而4端口没有任何输出功率。(3)定向耦合器的性能指标A耦合度：1310lgPCPB隔离度：1410lgPDPC定向度：3410lgPDP某定向耦合器的耦合度为33dB，定向度为24dB，端口一入射功率为25W，计算端口二和端口三的输出功率。(4)双孔定向耦合器的工作原理第六章天线的辐射与接收1天线的功能性描述：天线将发射机中的高频电流转化为空间中传播的电磁波(天线的辐射)，并可接收空间中的电磁波，将其转化为微波电路中的高频电流(接收)；2天线的5个性能指标：(1)能量转换效率；(2)方向性；(3)极化特性；(4)阻抗匹配；(5)频带宽度3天线的分类：(1)线天线：构成天线的金属导体远小于波长，适用于长波、中波和短波波段；(2)面天线：由尺寸远大于波长的金属或介质面构成，适用于超短波和微波波段；4电基本振子的辐射根据参数kr的取值，可将电基本振子周围的电磁场分为3个区域：(1)1kr,近场感应区，其坡印廷矢量*1()2SEH为纯虚数，因此其辐射功率也为纯虚数，辐射功率为无功功率，只有电磁能量的相互转换，而没有有功功率的向外辐射；(2)1kr,远场辐射区，其坡印廷矢量*1()2SEH为实数，因此其辐射功率也为实数，辐射功率为有功功率，只有电磁能量的向远方传递，而存在有功功率的向外辐射，且E和H都与sin成正比，因此辐射具有方向性；(3)处于2区之间，称为菲涅尔区域。5辐射功率及电阻对于电基本振子而言，其辐射功率22240()rlPI可等效为辐射电阻为2280()rlR。6天线的电参数(1)天线的方向图A方向图是一个三维图形，其坐标为(,,)rP，其中rP为归一化辐射功率，可以表示为(,)rPf，即为方向图函数；B一般使用三维方向图的2垂直剖面来表示方向图性质，一般为E平面或H平面；C方向图的组成：主瓣、旁瓣、后瓣D主要参数：主瓣宽度、旁瓣电平，前后比(2)方向系数D一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度maxS与同输出功率的无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度S的比值。(3)天线效率A1rArRRR因此，天线效率若要更高，rR应更大。由电基本振子2280()rlR，若l比小太多，则rR小，效率低。(4)增益系数GG是方向系数D和天线效率A的合成参数，AGD一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度maxS与同输出功率的理想(天线效率100%A)无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度S的比值。(5)天线的极化方式：线极化、圆极化和椭圆极化。6线天线的相关知识(1)方向图乘积定理(2)相控阵天线的原理第七章电磁波的空间辐射1空间辐射的分类：(1)视距传播(2)天波传播(3)地波传播