微波技术与天线课程总结

微波技术与天线课程考查报告班级：13-通信工程-升姓名：贾贝贝学号：1316351018一．课程总结绪论1.微波及特点微波是电磁波谱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（即频率最高）的波段，其频率范围从300MHz(波长1m)至3000GHz(0.1mm).特点：（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）抗低频干扰特性第一章均匀传输线理论1.均匀传输线方程主要是基尔霍夫定律的应用2．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如图，各种微波传输线3.传输线的工作特性参数（1）特性阻抗（2）传播常数（3）相速与波长4.输入阻抗Zin(z)=U(z)I(z)5.反射系数：定义传输线上任意一点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.：)()_()()_(iuzIzIΓzUzUΓ6.输入阻抗与反射系数的关系U(z)=U+(z)+U-(z)=A1ejβz［1+Γ(z)］I(z)=I+(z)+I-(z)=ejβz［1-Γ(z)］7.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ρ=|U|max|U|min8.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）9.对无耗传输线的行波状态有以下结论：（1）沿线电压和电流振幅不变，驻波比ρ=1（2）电压和电流在任意点上都相同（3）传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗10.阻抗匹配:分三种：负载阻抗匹配，源阻抗匹配，共轭阻抗匹配。11．史密斯圆图及其应用传输线上任意一点的反射函数Γ(z)可表达为：11inzzzzzΓin12.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第二章规则金属波导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.传输特性（1）数和截止波数：22c2c2/1kkkkk（2）相速υp与波导波长λg。电磁波在波导中传播,其等相位面移动速率称为相速,于是有：22c22cp/1//11kkckkkrr（3）波阻抗定义即：ttHEZ（4）传输功率:StStSzttSSHZSEZdSaHESHEPd||2d21)(Re21d)(Re21224.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，如图（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.圆波导中的场与矩形波导一样,圆波导也只能传输TE和TM波型6.圆波导的传输特性（1）截止波长。圆波导TEmn模、TMmn模的截止波数分别为：akakmnmnmnmncTMcTE（2）简并模。在圆波导中有两种简并模,它们是E-H简并和极化简并7.几种常用模式（1）模TE11模（2）圆对称TM01模TM01模是圆波导的第一个高次模（3）低损耗的TE01模TE01模是圆波导的高次模式、8.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）电流激励第三章微波集成传输线1.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.讨论带状线、微带线及耦合微带线的传输特性微带传输线的基本结构有两种形式：（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。（2）微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构成的一个特殊传输系统。3.介质波导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.4.光纤光纤又名光导纤维,它是在圆形介质波导的基础上发展起来的导光传输系统。光纤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。如图，光纤的结构（1）光纤的分类石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤塑料包层玻璃芯光纤全塑料光纤（2）三种常见的光纤波导（3）传输特性参数主要有光纤的损耗和色散第四章微波网络基础1.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。2.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3.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：4.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。5.双端口网络的阻抗与转移矩阵在各种微波网络中,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6.散射矩阵与传输矩阵（1）散射矩阵（2）传输矩阵（3）散射参量与其它参量之间的相互转换7.多端口网络的散射矩阵的性质(1)互易性质(2)无耗性质(3)对称性质第六章天线辐射与接收的基本理论1.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2.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。3.所谓天线方向图，是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图,通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。4.天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比,记为ηA，即1(2)1()jzze1iPPPPPA5.增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数,它是方向系数与天线效率的乘积,记为G,即：G=D·ηA6.极化和交叉极化电平极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。具体地说,就是在空间某一固定位置上,电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形,如果是直线,就称为线极化;如果是圆就称为圆极化;如果是椭圆就称为椭圆极化。7．频带宽度天线的电参数都与频率有关,也就是说,上述电参数都是针对某一工作频率设计的。当工作频率偏离设计频率时,往往要引起天线各个参数的变化,8.要使天线辐射效率高,就必须使天线与馈线良好地匹配,也就是天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗,才能使天线获得最大功率9.有效长度是衡量天线辐射能力的又一个重要指标。10.天线理论接收天线主要考虑以下四个方面：（1）接收的物理过程及收发互易性（2）接收面积（3）噪声温度（4）天线的方向性第七章电波传播概论1.根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播分为四种：（1）视距传播（2）天波传播（3）地面波传播（4）不均匀媒质传播2.(1)传输损耗(2)衰落现象(3)传输失真(4)电波传播方向的变化3.大气对电波的衰减大气对电波的衰减主要来自两个方面。一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收及水分子、氧分子对电波的谐振吸收。另一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的散射。4.在视距传播中,除了自发射天线直接到达接收天线的直射波外,还存在从发射天线经由地面反射到达接收天线的反射波，如图7-5所示。因此接收天线处的场是直射波与反射波的叠加。5.①垂直极化波沿非理想导电地面传播时,当地面的电导率越小或电波频率越高,电场纵向分量Ez1越大,说明传播损耗越大。②地面波的波前倾斜现象在接收地面上的无线电波中具有实用意义。在某些场合,由于受到条件的限制,也可以采用低架水平天线接收。③地面波由于地表面的电性能及地貌、地物等并不随时间很快地变化,并且基本上不受气候条件的影响,因此信号稳定,这是地面波传播的突出优点。6.除了上述三种基本传输方式外,还有散射波传播。第八章线天线1.天线横向尺寸远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线2.分析天线阵的方向性：为了加强天线的方向性，将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵3.直立振子天线：垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立振子天线，它广泛地应用于长、中、短波及超短波波段。3.水平振子天线：特点：①水平振子天线架设和馈电方便②地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小③工业干扰大多是垂直极化波，因此用水平振子天线可减小干扰对接收的影响4.引向天线：又称八木天线，它由一个有源振子及若干个无源振子组成5电视发射天线：特点：①频率范围宽②覆盖面积大③在以零辐射方向为中心的一定的立体角对的区域内，电视信号变得十分微弱，因此零辐射方向的出现，对电视广播来说是不好的④由于工业干扰大多是垂直极化波，即天线及其辐射电场平行于地面⑤为了扩大服务范围，发射天线必须架在高达建筑物的顶端或专用的电视塔上。6.移动通信基站天线：特点：①为尽可能避免地形、地物的阻挡，天线应架设在很高的地方，这就要求天线有足够的机械强度和稳定性②为使用户在移动状态下使用方便，天线应采用垂直极化③根据组网方式的不同，如果是顶点激励，采用扇形天线；如果是中心激励，采用全向天线④为了节省发射机功率，天线增益应尽可能的高⑤为了提高天线的效率及宽带，天线与馈线应良好地匹配。7.螺旋天线：将导线绕制成螺旋形线圈而构成的天线称为螺旋天线8.行波天线：如果天线上电流分布是行波，则此天线称为行波天线。它是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成的。9.宽频带天线：按工程上的习惯用法，若天线的阻抗、方向图等电特性在一倍或几倍频程范围内无明显变化，就可称为宽频带天线。10.缝隙天线：如果在同轴线、波导管或空腔谐振器的导体壁上开一条或数条窄缝，可使电磁波通过缝隙向外空间辐射而形成一种天线，这种天线就称为缝隙天线。11.微带天线：特点：体积小、重量轻、低剖面，适合大规模生产。12.智能天线：优点：（1）具有较高的接收灵敏度（2）使空分多址系统称为可能（3）消除在上下链路中的干扰（4）抑制多径衰落效应二.心得体会通过对该课程的学习，我了解到了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波元器件、天线辐射与接收理论、电波传播概论、线天线的基本知识。以前对于这些知识，听着都十分的熟悉，但是不知道是什么，也没法给出合理的解释，不过，经过学习，我已经明白是怎么回事了。通过《微波技术与天线》的学习，我了解到了许多这方面的知识，填补了我这方面知识的空白。同时，许老师还给我们介绍了许多课外的知识，这些知识开阔了我的视野，自己对所学专业也更加的清楚了。非常感谢许老师现在，我对微波的特点、传输条件、传输原理、网络基础以及微波技术的发展及应用前景等一系列知识都有了很清楚的认识，至少大面上都知道，同时，我还学到了许多工程应用，这对于自己走出校门，参加工作有很多的帮助。总之，关于这门课，我收获很多，受益匪浅，这些收获都为我以后其他的学习和工作奠定了良好的基础。三.参考文献[1]