微波技术基础复习大纲

文档1微波技术基础1绪论1、微波的频率(P1)，微波的波段(P2)2传输线理论2.1传输线方程的解1、长线理论和相关概念2、长线方程（或传输线方程）的导出3、解长线方程得到电压波和电流波的表达式，三种边界条件会得到不同的表达形式2.2长线的参量1、长线的特性参数（特性参数指由长线的结构、尺寸、填充的媒质及工作频率决定的参量，和负载无关的参数）1）特性阻抗0Z(P15)：0UURjLLZIIGjCC2）传播常数(P13)：j，通常情况下衰减常数0，则j。3）相速度pv和相波长p(P14)：通常2ppvf根据相速度的定义2pfv，而LC(P13)，因此1pvLC在这里出现了波的色散特性的描述。2、长线的工作参数1）输入阻抗inZ：000tantanLinLUzZjZzZZIzZjZz文档2这个公式有多种变形：①000tantanZzjZdZzdZZjZzd当2dn时，ZzdZz，均匀无耗线具有2的周期性。当24dn时，20ZzdZzZ，均匀无耗线具有4的阻抗变换特性。（感性容性，开路短路，大于0Z小于0Z）当终端0LZZ时，任意位置的输入阻抗都为0Z。②输入导纳000tan1tanLinLinIzYjYzYYUzYjYzZ，其中001YZ，1LLYZ(P20)2）反射系数z（这里反射系统通常指电压反射系数）：200jzLLUzZZzeUzZZ（反射系数是一个复数）（电流反射系数200jzLiLIzZZzezIzZZ）由于00LjLLLLZZeZZ，因此2LjzLze(P21)输入阻抗和反射系数之间的关系：011zZzZz，00ZzZzZzZ。因此均匀无耗传输线，各点反射系数的模值相等，只是相角沿传输线变化。各点处的反射系数与输入阻抗是一一对应的映射关系。（史密斯圆图的依据）3）驻波比：定义在(P22)maxmin11LLUzUz，所以1，11L，01L行波系数minmax1UzKUz2.3均匀无耗线的工作状态均匀无耗线的工作状态都是通过电压波和电流波的关系得到的，因此在各种状态的分析中，电压波和电流波的情况需要了解的。文档31、行波状态1）特点：0LZZ，无反射，终端处于匹配状态。2）参数：0ZzZ，0z，1，1K2、驻波状态由于终端是开路、短路或者连接纯抗性负载。电压和电流在时间相位上相差π/2，即时间相差T/4，故线上无能量传输，只是线上能量发生交换。电压与电流在空间分布上也相差π/2。波节点和波腹点的概念。(P22)①终端短路特点：终端处电压为0，处于电压波节点，电流波腹点。在1，3，5个4内Zz为感抗，在2，4，5个4内Zz为容抗。zn时，0Zz为串联谐振，2zn时，Zz为并联谐振。参数：0tanZzjZz（是纯电抗）2200jzjzLLZZzeeZZ，1L，L，0K②终端开路特点：终端处电压为最大，处于电压波腹点，电流波节点。在1，3，5个4内Zz为容抗，在2，4，5个4内Zz为感抗。zn时，Zz为并联谐振，2zn时，0Zz为串联谐振。参数：00cottan4ZzjZzjZz（是纯电抗）2200jzjzLLZZzeeZZ，1L，0L，0K③终端接纯抗性负载特点：终端接容性负载（jX）和开路类似，终端接感性负载（jX）和短路类似。接感性负载时：2220000LjjzjzjzLLLLZZjXZzeeeeZZjXZ，1L，文档402202arctanLLLXZXZ，，0K接容性负载时：2220000LjjzjzjzLLLLZZjXZzeeeeZZjXZ，1L，02202arctanLLLXZXZ，，0K延长线段法：感性负载可用延长一段短路线来替代，长度el为：0tanejZljX，所以：0arctan2eXlZ容性负载可用延长一段开路线来替代，长度cl为：0cotejZljX，所以：0arc2eXlctgZ其中，0,4ecll。终端接容性负载（jX）和开路类似，终端接感性负载（jX）和短路类似。3、行驻波状态如果终端负载为LLRjX或LR，则为行驻波工作状态。特点：电压波：2111LjzjzLLUzUzUzUzUzUzUzzUee电流波：2111LjzjzLLUzIzIzIzIzUzIzzIee因此：212cos2LLLLUzUz212cos2LLLLIzIz文档5当22Lzn，即222424LLLnnnz时，电压波取得最大值，电流波取得最小值，max1LLUzU，min1LLIzI在电压波腹点，即电流波节点处，输入阻抗为纯阻性且模有最大0maxinZzZ当22Lzn，即212244LLnnz时，电压波取得最小值，电流波取得最大值，min1LLUzU，max1LLIzI在电压波节点，即电流波腹点处，输入阻抗为纯阻性且模有最小0mininZzKZ参数：220000jzjzLLLLLLZZRjXZzeeZZRjXZ，因此220220LLLLLRZXRZX，022202arctanLLLLXZRZX，，K，inZ全按照正常公式。当负载为纯电阻时，参考（P34）*根据驻波比和第一波节点计算负载阻抗的方法，参考PPT的例题。2.4史密斯圆图及其应用史密斯圆图由反射系数圆图、等电阻圆图和等电抗圆图三个圆图组成。等反射系数圆图是极坐标圆，它并没有在其中用实线画出，仅仅标出了驻波比，然后根据驻波比和反射系数模的关系进行换算得到反射系数的模值，圆心和点的连线得到角度。等电阻圆图都过点（1，0），形状为圆心在X轴右半轴的圆族。等电抗圆图都过点（1，0），形状为圆心在1X的圆族。圆图三个特殊点：开路点（1，0）、短路点（-1，0）、匹配点（0，0）三个特殊线：右半实轴为输入阻抗是纯电阻特性，读出左半实轴为输入阻抗是纯电阻特性，读出K单位圆为纯电抗特性，是全反射系数圆，1两个特殊面：上半平面为感性平面，下半平面为容性平面两个旋转方向：顺时钟往电源移动，逆时针往负载移动。导纳圆图是阻抗圆图旋转180度读取。文档62.5阻抗匹配1、三种匹配状态及其相应特点：负载阻抗匹配、源阻抗匹配和源共轭匹配2、阻抗匹配的两种方法：1）4阻抗变换器：对于负载是纯电阻和具有实部虚部的匹配方法，具有实部和虚部的有两种方法。2）支节匹配方法：*单支节匹配器的位置和大小的计算（P49-P50）3、双支节匹配的原理，辅助圆法，两个支节间隔8（旋转90）、4（旋转180）、38（旋转270）。4、由于双支节存在盲区，必须采用三支节匹配，各种旋转间隔的盲区。3微波传输线3.1导波系统的一般分析1、波导的定义及相关概念2、和同轴线不同，波导的分析需要考虑横截面的场分布，求横截面场分布的方法是利用轴向场分布计算截面场分布。而波导轴向场分布和同轴线类似。3、TE波和TM波求截面电磁场的公式(P65)。规律：已知轴向电场求截面电场点乘，求截面磁场叉乘；已知轴向磁场求截面磁场点乘，求截面电场叉乘。叉乘按x,y,z的顺序，点乘直接求偏导。4、单导体不能传输TEM波的原因。3.2波导的传输参量1、传播常数j2、截止波数：相关概念如截止频率，截止波长等2ccK，22cKK。3、相速度pv，群速度gv，相速度大于群速度，21pcvv，21gcdvvd，2pgvvv。文档71）对于TEM波0cK，c无穷大，因此pgvvv，同轴线可以传较低频信号的原因。2）波导色散和波形色散概念，TE波和TM波为色散波，TEM波为非色散波。4、波导波长，和相速度相关的概念，21wc5、波形阻抗，定义为截面电场幅度和磁场幅度的比。公式（P73）TE波的波形阻抗大于TM波的波形阻抗。6、传输功率，波导截面传输功率公式在（P74），同轴线的公式参考（P23），PPT中的例题3.3波导的传输3.3.1矩形波导TE波先求出zH，在x，y方向是余弦函数相乘，z方向是jze根据轴向电磁场求截面电磁场的公式计算xE、yE、xH、yH。截止波数22cmnKab，m和n的意义。ab时，10TE为主模。10TE在横截面上的场结构。3.3.2矩形波导TM波先求出zE，在x，y方向是正弦函数相乘，z方向是jze根据轴向电磁场求截面电磁场的公式计算xE、yE、xH、yH。截止波数22cmnKab，m和n的意义。11TM为主模，原因。3.3.3矩形波导的传输参数1、传输条件和截止条件2、矩形波导模式简并的原因3、主模10TE模的工作参数，单模传输时波导尺寸的选择文档84、传输功率和功率容量5、管壁电流sJnH，其中H为内表面切线方向的磁场，n为垂直表面的法线。侧壁管壁电流的特点，上下两壁管壁电流的特点。3.3.4圆波导TE波先求出zH，在r方向是贝塞尔函数，方向是正弦或余弦函数，z方向是jze根据轴向电磁场求截面电磁场的公式计算xE、yE、xH、yH。截止波数mncKR，mn表示第m阶贝塞尔函数的导函数的第n个根。和矩形波导m和n的意义不同。11TE为主模。3.3.5圆波导TM波先求出zH，在r方向是贝塞尔函数，方向是正弦或余弦函数，z方向是jze根据轴向电磁场求截面电磁场的公式计算xE、yE、xH、yH。截止波数mncvKR，mn表示第m阶贝塞尔函数的第n个根。01TM为主模。3.3.6圆波导的传输参数1、11TE模，01TE模和01TM模的截止波长，各种模式应用在哪些场合，横截面上的场分布。2、圆波导的模式简并和极化简并，哪些不会发生模式简并，哪些不会发生极化简并。3.4同轴线和微带线1、同轴线只存在rE和H，同轴线的例题。2、微带线传输的模式3、微带线混合介电常数的计算，特性阻抗的计算（两个公式）。文档94微波谐振器4.1基本概念1、微波频段为什么不采用LC谐振回路。2、微波谐振器和LC谐振回路的相同点和不同点。4.2微波谐振器的主要参数1、谐振频率（暂时没出现公式，对于特定的谐振器有特定的公式）2、固有品质因数和有载品质因数（P137）3、等效电导（P138）4.3矩形谐振腔4.3.1矩形谐振腔TE波先求出zH，在x，y方向是余弦函数相乘，z方向是正弦函数根据轴向电磁场求截面电磁场的公式计算xE、yE、xH、yH，注意和波导不同，点乘的时候对z方向也要求偏导。对于截止波数22cmnKab时，谐振时的波数为222mnpKablm、n