微波技术与天线考查报告教材.docx

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微波技术与天线考查报告教材

微波技术与天线

课

程

考

查

报

告

班级：

通信11—1班

姓名：

王美

学号：

1

内容简介

微波、天线与电波传播是无线电技术的重要组成部分，这本课程只注重微波、天线的分析和基本概念的介绍。

并且结合当前技术热点，对诸如光纤技术、智能天线、RFID等新技术进行了讨论。

另外，课程较多地阐述了MATLAB在微波技术与天线中的应用。

第一章均匀传输线理论

微波传输线大致可以分为三类：

双导体传输线、均匀填充介质的金属波导管、介质传输线。

1.掌握均匀传输线的等效电路

2.建立传输线方程

3.导出传输线方程的解

电压的通解：

U（z）=U+（z）+U-（z）=A1e+rz+A2e-rz

引入传输线的重要参量

（1）输入阻抗：

传输线上任意一点的电压与电流之比称为传输线在该点的阻抗，它与导波系统的状态特想有关

（2）反射系数：

传输线上任意一点的z处的反射波电压（或电流）与入射波电

（3）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，即 

5.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）

实际上，无耗传输线上距离为λ/4的任意两点处阻抗的成积均等于传输

性阻抗的平方，这种特性称之为λ/4阻抗变换性。

1：

传输功率为

η=

2：

回波损耗：

入射波功率和反射波功率之比

，通常以分贝表示

3：

插入损耗：

入射波与传输功率之比，分贝表示

阻抗匹配设计要掌握：

隔离器、λ/4阻抗变换器、λ/8阻抗变换器、串并联单双支节、包括串并联混合支节

史密斯圆图：

用来分析传输线匹配问题，是由反射系数圆图、归一化电阻圆图和归一化电抗圆图画在一起构成。

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.研究规则波导的一般特性：

传输特性及工作特性

4.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.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

本章介绍的传输系统具有损耗小、结构牢固、功率容量高及电磁波限定在导管内等优点，其缺点是比较笨重、高频下批量成本高、频带较窄等。

第3章微波集成传输线

本章主要介绍了带状线、微带线、耦合微带线及共面波导的传输特性。

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。

1.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。

2.了解波导的工作原理

圆形介质波导：

由半径为ɑ，相对介电常数为ε的介质圆柱组成，大致如下图。

例H形波导：

H形波导中传输的模式取决于介质条带的宽度和金属平板的间距。

合理地选择尺寸可使之工作与LSM模。

3.分析光纤波导：

光纤又称为光导纤维，它是在圆形介质波导的基础上发展起来的导光传输系统。

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）光纤的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

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。

1.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

2.分析二端口网络的工作特性

（1）阻抗矩阵与导纳矩阵

（2）转移矩阵如图双端口网络

3.了解多口网络的散射矩阵特性

在信源匹配的条件下，总可以对驻波系数、反射系数及功率等进行测量，也即在与网络相连的各分支传输系统的端口参考面上入射波和反射波的相对大小和相对相位是可以测量的，而散射矩阵和传输矩阵就是建立在入射波、反射波的关系基础上的网络参数矩阵

第五章微波元器件

本章主要从工程应用的角度出发，列举具有代表性的几组微波无源元器件主要有：

连接匹配元件、功率分配与合成器件、微波谐振元件、微波铁氧体器件及LTCC器件。

短路负载

1.连接匹配元件：

终端负载元件匹配负载

失配负载

微波连接元件：

波导接头、衰减器、相移器、转换接头

螺钉调配器

阻抗匹配元件阶梯阻抗变换器

渐变型阻抗变换器

5-1渐变型阻抗变换器

只要增加阶梯的级数就可以增加工作带宽，但增加了阶梯级数，变换器的总长度也要增加，尺寸会过大就需要渐变型阻抗变换器。

2.功率分配元件定向耦合器：

它是一种具有定向传输特性的四端口元件，由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。

功率分配器：

将一路微波功率按一定比例分成n路输出功率元件称为功率分配器。

可分为等功率和不等功率分配器。

波导分支器：

将微波能量从主波导中分路接出的元件称为波导分支器，常用的有E面T型分支、H面T型分支、匹配双T。

3.微波谐振元件：

在低频电路中，谐振回路是一种基本元件，它是由电感和电容串联或者并联而成，在振荡器中作为振荡回路，用以控制振荡器的频率；在放大器中用振荡回路；在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。

4.微波铁氧体元件：

它是非互易性的器件，电阻率很高，最常用的有隔离器和环行器。

第六章天线辐射与接收的基本理论

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

电基本振子：

一段长度l远小于波长、电流I振幅均匀分布、相位相同的直流电流元

本章从基本振子的辐射场出发，介绍了天线的近、远区场的特性，得到了电基本振子和磁基本振子的方向函数，然后引出天线的电参数，例如，方向参数（水平面，铅垂平面，E平面，H平面）特性参数（主瓣宽度，旁瓣电平，前后比，方向系数）最后介绍了接收天线的理论。

接收天线理论包括天线接收的物理过程及收发互易性，有效接收面积，等效噪声温度，接收天线的方向性。

第七章电波传播概论

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

1.了解无线电波在自由空间的传播及传输媒质对电波传播的影响：

①传输损耗（信道损耗）②衰落现象③传输失真④电波传播方向的变化

电波衰落现象

（1）视距传播：

指发射天线和接收天线处于相互能看见的视线距离内的传播方式

（2）天波传播：

指自发射天线发出的电波在高空被电离层反射后到达接收点的传播方式

（3）地面波传播：

无线电波沿地球表面传播的传播方式称为地面波传播，当天线低架于地面，且最大辐射方向沿地面时，这时主要是地面波传播。

（4）不均匀媒质的散射传播：

电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质团”时就会发生散射，散射波的一部分到达接收天线处，这种传播方式称为不均匀媒质的散射传播

第八章线天线

本章首先从等效传输线理论出发，介绍了对称阵子天线的特性、接着介绍了天线阵的方向性理论、对工程中常用的鞭天线、水平阵子天线、电视天线、移动通信基站线、行波天线、宽频带天线、微带天线一一作了介绍。

天1.认识对称振子天线

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

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。

第九章面天线

面天线所载的电流是沿体金属表面分布，且面天线的口径尺寸远大于工作波长，它常用在无线电频谱天线的高频端，特别是微波波段。

1.惠更斯元的辐射：

惠更斯元具有单向辐射特性

2.根据平面口径辐射的一般表达式进而了解矩形口径及圆口径的一般辐射特性

3.旋转抛物面天线：

分析方法：

口径场法和面电流法

4.卡塞格伦天线：

优点：

（1）由于天线有两个反射面，几何参数增多，便于按照各种需要灵活地进行设计

（2）可以采用短焦距抛物面天线作主反射面，减少了天线的纵向尺寸

（3）由于采用了副反射面，馈源可以安装在抛物面顶点附近，使馈源和接收机之间的传输线缩短，减小了传输线损耗所

参考文献：

周朝栋等，线天线理论与工程【M】西安电子科技大学出版社，1988

杨恩耀等，天线【M】北京：

电子工业出版社，1984

鲍家善等，微波原理【M】北京：

高等教育出版社，1985

魏文元等，天线原理【M】北京：

国防工业出版社，1985

心得体会

以下都是我自己的想法，有什么不对望老师见谅：

我把咱们通信工程专业的课程分为三类：

通信大致分理论、通信硬件原理和通信物理实现。

其中计算机有关课程是三类的集合，是一种实际应用。

当然咱们的《电磁场与电磁波》、《微波与天线》属于物理实现，大部分阐述了我们的信号载体波是怎样产生，产生的物理环境（什么场，场是怎么分布），怎样传送（有线还是无线），怎样接收。

这两门课程形象的向我们描述了无形的场，无形的波，两个本是非常抽象，实际看不到摸不着的东西，当然这样无形的东西用一个个数学表达式来推导其复杂程度可想而知，当我一看到那一行行密密麻麻几乎跟乱码似的数学表达式时，一下都懵了。

这大部分是因为我们自己数学底子不好，对数学推导有消极情绪所致，对自己也没有信心，最让我钦佩的是老师十分清晰的逻辑思维，而且讲课很有框架感，非常值得我们学习。

随着科技的发展，通信对我们的生活影响越来越大。

像我们常见的手机、刷卡机、打印复印机等等，还有些刷卡机上写射频技术。

都与我们的课程息息相关，课堂上老师也给我们讲了很多实际应用，开阔了我们的眼界。

一开始我总以为咱们的课程与其他的课没什么关系，现在我发现我错了，他并不是独立的，他和我们的通信原理、数字信号处理等都有关系，学好咱们的课程有助于更好的理解其他课程。

咱们的课数学推导多是我们不可更改的事实，老师在讲课时也尽量压缩了数学推导部分。

我觉得我们之所以听不懂，也不是上课不认真，是没有花时间预习，更没有及时复习。

我们的课不仅新名词多，新符号也多。

可能我们上完课最基本的变量都记不住几个，我曾经把一些名词解释以及一些符号的物理意义写在一张纸上，听老师讲课，遇到不知道的词就看看，感觉效果好一点，所以我建议老师在讲课的时候顺便说一下一些新名词的意思以及所写的数学表达式中一些符号的物理意义可能效果会好一些。

最后，希望老师如果以后有机会还带我们。

今天感恩节谢谢老师每天都大远，大老早的过来给我们上课。