微波技术基础课程学习知识要点.docx

1、微波技术基础课程学习知识要点微波技术基础课程复习知识要点(2007版)第一章 “微波技术基础引论”知识要点廖承恩主编的微波技术与基础是国内较为经典的优秀教材之一，引论部分较为详细的介绍了微波的工作波段、特点及其应用，大部分应用背景取材于微波通讯占主导地位的上世纪80s / 90s年代。在科技迅猛发展的今天，建议同学们关注本网站相关联接给出的最新发展动态，真正做到学以致用，拓展自己的知识面，特别是看看微波在现代无线和移动通信、射频电路设计（含RFID）、卫星定位、宇航技术、探测技术等方面的应用，不要局限于本书的描述。(Microwaves have widespread use in class

2、ical communication technologies, from long-distance broadcasts to short-distance signals within a computer chip. Like all forms of light, microwaves, even those guided by the wires of an integrated circuit, consist of discrete photons . NATURE| Vol 449|20 September 2007)1 本章的理论核心是在对导行波的分类的基础上推导了导行系统

3、传播满足的微波的波段分类、特点与应用（TE、TM、TEM）和基本求解方法，给出了导行系统、导行波、导波场满足的方程；（Halmholtz Eq、横纵关系）、本征值-纵向场法、非本征值-标量位函数法（TEM）。重点了解概念、回答实际问题，比如考虑一下如按如下的份类，RFID涉及那些应用？全球定位系统GPS呢？提高微波工作频率的好处及实现方法？ 1 微波的定义 把波长从1米到1毫米范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3108Hz31011Hz。在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽1000倍。一般情况下，微

4、波又可划分为分米波、厘米波和毫米波三个波段。2 微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。3 微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。4 微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输

5、线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。需要重点记忆的公式：表1-2（要求会用）； 理解纵横关系、导行系统及分类（图1.4-1）第二章 “传输线理论”学习知识要点 本章主要研究了均匀传输线的一般理论传输线的计算方法等问题。传输线理论本质上属于以为分布参数电路理论。 传输线即可以作为传输媒介，也可以用来制作各种类型的器件，如谐振电路、滤波器、阻抗匹配电路、脉冲形成网络等等，现代天线也与传输线密切相关，相关内容将在后续课程中介绍。 原则上讲求解本章问题可以采用前半部分的理论推导方式，这也是相关现代软件编程设计的基础，也可

6、采用本章后半部分介绍的圆图方法，简便的得出问题的答案。 传输线基本方程、传输下分布参数阻抗、无耗工作状态（特例）、有耗工作状态、史密斯圆图（工具）、阻抗匹配问题；理解圆图的构成方法，会用它求解基本题（传输线的特性参数求解）及单枝节匹配、双枝节匹配问题。 深刻领会“你站在哪里？想往哪里走？准备走多远？”的意义。1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。微波传输线是一种分布参数电路（结构图如何？要会由结构图推导他们满足的方程），线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。传输线方程是传输线理论中的基本方程。2. 均匀无耗传输线方程为其解为其参量

7、为 ，3. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态：（掌握推导方法） (1) 当时，传输线工作于行波状态。线上只有入射波存在，电压电流振幅不变，相位沿传播方向滞后；沿线的阻抗均等于特性阻抗；电磁能量全部被负载吸收。 (2) 当ZL=0、和jX时，传输线工作于驻波状态。线上入射波和反射波的振幅相等，驻波的波腹为入射波的两倍，波节为零；电压波腹点的阻抗为无限大，电压波节点的阻抗为零，沿线其余各点的阻抗均为纯电抗；没有电磁能量的传输，只有电磁能量的交换。 (3) 当时，传输线工作于行驻波状态。行驻波的波腹小于两倍入射波，波节不为零；电压波腹点的阻抗为最大的纯电阻，电压波节点的阻抗为最小

8、的纯电阻；电磁能量一部分被负载吸收，另一部分被负载反射回去。4. 表征传输线上反射波的大小的参量有反射系数，驻波比和行波系数K。它们之间的关系为 其数值大小和工作状态的关系如下表所示。工作状态行 波驻 波行驻波011K105. 传输线阻抗匹配方法常用阻抗变换器和分支匹配器(单分支、双分支和三分支，重点掌握辅助园的画法，为什么要在那个位置)。6. 阻抗圆图和导纳圆图是传输线进行阻抗计算和阻抗匹配的重要工具。这部分主要是搞清楚圆图的组成原理，通过练习加深理解。（习题2-32、2-33都要练习一下）第三章 “规则金属波导”知识要点规则金属箔到基本理论在上世纪中叶传播模式及激励测量方法论著发表后一直得

9、到广泛应用，发展日趋完善。上世纪90年代前为主流的通信系统，在光通信的崛起的今天，基于金属波导的微波通信仍然一起大功率、结构简单、易于制造等优点，广泛应用于3G到300G的通信、雷达、遥感、电子对抗和测量系统中。 本章以矩形金属波导的求解为引线，探讨了场解的基本规律，介绍了相关的公式及概念。随后给出了圆形波导、同轴线等结构，进行了类比讨论，最后探讨了波导中激励模式的产生及分析基础。Key Link矩形波导、圆形波导、同轴线、波导正规模、波导的激励1. 微波传输线是引导电磁波沿一定方向传输的系统，故又称作导波系统。被传输的电磁波又称作导行波。导行波一方面要满足麦克斯韦方程，另一方面又要满足导体或

10、介质的边界条件；也就是说，麦克斯韦方程和边界条件决定了导行波在导波系统中的电磁场分布规律和传播特性。2. 导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为TE波、TM波和TEM波三种类型。前两种是色散波，一般只在金属波导管中传输；后一种是非色散波，一般在双导体系统中传输。只有当电磁波的波长或频率满足条件或时，才能在导波系统中传输，否则被截止。3. 导波系统中场结构必须满足下列规则：电力线一定与磁力线相互垂直，两者与传播方向满足右手螺旋法则；在导波系统的金属壁上只有电场的法向分量和磁场的切向分量；电力线一定是封闭曲线。（要求会画基本场图、会根据场图判定模式）4. 本章主要讨论了矩形波导、圆波导、同轴

11、线、其中矩形波导、圆波导和同轴线易采用场解法来分析其场分布和传输特性； 5. 各类传输线内传输的主模及其截止波长和单模传输条件列表如下：传输线类型主 模截止波长c单模传输条件矩形波导TE10模2aa2b圆波导TE11模3.14R2.62R/2(D+d)要会基本模式估算、方圆转换(主要习题3-1、3-7、3-10、3-23)；了解波导正规模的特性。会寻找一定频率下的单模工作条件。第四章 学习知识要点带状线和微带线等常用的微波传输线。带状线利用传输线理论分析其传输特性；而微带线则采用准静态分析法来分析其传输特性。传输线类型主 模截止波长c单模传输条件带状线TEM模, 微带线准TEM模, , 会采用

12、各类图表求解本章的特性阻抗、结构尺寸等餐数、会利用奇偶模理论分析耦合微带线问题。第六章 学习知识要点1. 微波系统包括均匀传输线和微波元件两大部分。均匀传输线可等效为平行双线；微波元件可等效为网络。然后利用微波网络理论，可对任何一个复杂微波系统进行研究。2. 根据网络外接传输线的路数，来定义微波网络端口的个数。微波网络按端口个数一般分为：二端口网络和多端口网络(如三端口网络、四端口网络等)。本章以二端口网络为重点，介绍了二端口网络的五种网络参量：阻抗参量、导纳参量、转移参量、散射参量和传输参量，以及基本电路单元的网络参量。3. 二端口网络参量的性质有可逆网络：， ，对称网络：，无耗网络：， ，

13、4. 二端口微波网络的组合方式有：级联方式、串联方式和并联方式，可分别用转移矩阵、阻抗矩阵和导纳矩阵来分析；二端口网络参考面的移动对网络参量的影响，可利用转移矩阵和散射矩阵来分析。5. 微波元件的性能可用网络的工作特性参量来描述，网络的工作特性参量和网络参量之间有密切的关系，可以相互转换。其工作特性参量与网络参量的关系为：电压传输系数：插入衰减： 插入相移： 输入驻波比： 6. 可逆无耗二端口网络的基本特性有：S参量只有三个独立参量，它们的相互关系为：，；若网络的一个端口匹配，另一个端口一定自动匹配，即若(或)，则(或)；若网络完全匹配，则网络一定完全传输，即若，则。（要会用三点法求解参数：匹

14、配开路短路连立求解）7.会利用微波网络的信号流图可以简化网络线性方程组的求解，从而分析网络的外特性参量（定义，串联、并联、自环、分裂法则）。必须掌握种矩阵的定义（两类：波与等效）并能够熟练运用（相互转换），常规解题思路：写出基本结构的（表6.6-1） 1） 同类：直接移项、合并同类项；与2） 不同类：利用桥梁关系（两种）= a b 转换，移项、合并同类项 写成标准形式（定义），对应各项就是答案。 如有计算功率问题直接将电流乘电压即可得到。第七章学习要点：第八章 学习知识要点（不作要求）1. 本章采用网络方法对一些常用的微波元件进行了分析和综合。主要讨论了下列内容：微波系统中的电抗元件，连接元件

15、、转接元件和终端负载，衰减器和移相器，阻抗变换器，定向耦合器，微带功分器，波导匹配双T，微波滤波器，微波谐振器，微波铁氧体元件以及微波集成电路。2. 对各种连接元件和短路活塞要求有良好的电接触，以保证不产生反射，常采用抗流结构。匹配负载和短路负载是两种常用的终端元件，它们均属于一端口网络。衰减器和移相器均属于二端口网络，但两者具有不同的功能。衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减；而移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移，微波能量可无衰减地通过。3. 阻抗变换器是微波系统中一种常用的阻抗匹配元件，它主要包括单节阻抗变换器、多节阶梯阻抗变换器和渐变线阻抗变换器，其阻抗匹配原理是将原来较大的反射波分成许多振幅较小而相位又能互相抵消的反射波，只要合理选择节数和各段阻抗值，就能得到满意的结果。