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微波技术
系统地论述了微波技术的基本概念、基本理论和基本分析方法，并结合当今微波技术发展的需要，对微波电路的相关基础知识作了较全面的介绍。
编辑于2021-02-04 15:40:40- 天线
- 微波
- 射频
- 相似推荐
- 大纲
微波技术
概念
含义
f ：300MHz---3000GHz
波谱&波段
特点
似光性
卫星通信
频率高
多路通信
穿透性
天文学研究
量子特性
微波波谱学
热效应
微波炉
抗低频干扰
过滤人为噪声
信息性（容量大）
频谱信息
相位信息
极化信息
多普勒频率信息
微波辐射
类型
电流元，电基本振子，电偶极子
磁流元，磁基本振子，磁偶极子
面基本元
叠加原理
电基本振子的辐射
近区场(感应场）
kr<<1,即r <<l / 2p
①??场与静电场相似，似稳场；
②??场强与1/r的高次方成正比，即随距离的增大而快速减小；
③??电场和磁场的相差900，坡印廷矢量为虚数，能量振荡，感应区
远场区(辐射场)
kr>>1
对偶性原理与磁基本振子
微波传输
方式
导行
功能
馈线
无辐射传输能量
构成微波电路元件
谐振器、阻抗变换器、滤波器、定向耦合器等
分类
TEM或准TEM传输线
24G损耗过大
可以加补偿
双导线、同轴线、微带线、带状线
低频
封闭金属波导
矩形
圆形
高频
表面波波导（开波导）
介质波导
介质镜像线
单根线
要求
损耗小
传输功率大
工作频带宽(合适）
尺寸小
空间传播
传输线
分类
长线
长度与波长可以比拟
l/l > 0.05
短线
长度远小于线上电磁波的波长
l/l < 0.05
分布参数
分布电阻
导线发热产生电阻
分布电导
绝缘不完善而存在漏电流
分布电感
电流，周围有磁场
分布电容
有电场、电压
电压和电流
特性参数
特性阻抗
上行波电压与行波电流之比
与工作频率有关
倒数为传输线的特性导纳—Y0
传播常数γ
衰减和相位变化
与频率有关
相速度
波的等相位面移动的速度
波长
传输特性
输入阻抗
电压与电流之比
反射系数
反射波电压（或电流）与该点的入射波电压（或电流）之比
电压驻波比VSWR（ ）
反射电压及电流均不宜测量。引入驻波比
相邻的波腹点和波谷点的电压振幅之比
阻抗匹配
重要性
使无反射或处于行波状态
效率
功率容量
稳定性
负载与传输线
目的
负载端无反射
方法
接入匹配装置，在匹配装置处的Zin=Z0（传输线的特性阻抗）
实质
产生一反射波，与实际负载的反射波相抵消
信号源与传输线
信号源与负载线
目的
信号源端无反射
方法
接入匹配装置
实际
负载端总有反射， 用隔离器吸收反射信号
信号源的共轭匹配
目的
信号源功率输出最大
方法
接入匹配装置
8种电路结构
电波传播
无线电波的传播机制
直射
反射
折射
绕射
散射
无线电波的空间传播方式
地波
对流层电波传播
视距传播
散射传播
电离层电波传播
电离层反射传播, 天波
电离层散射传播
流星电离余迹反（散）射传播
外大气层及行星际空间电波传播
卫星通信
地-电离层波导传播
自由空间的电波传播
传输媒质对电波传播的影响
信道损耗
衰落现象
信号电平随时间的随机起伏
快衰落
慢衰落
干涉型衰落
吸收型衰落
传输失真
振幅失真、相位失真
原因
媒质的色散效应
随机多径传输效应
多径传输
菲涅尔区
研究什么区域有障碍物会造成大的影响
惠更斯菲涅尔原理
费涅耳椭球面
微波器件
作用
连接、匹配元件
功率分配元件器
分类
无源
基本元件
电抗元件
电容膜片
电感膜片
微带电路中
串联电容
间隙电容（小）
交指电容（较大）
叠层电容（更大）
串联电感
高阻抗微带短线
增加电感值
弯曲
螺旋
增加匝数
串联在传输线上的谐振回路
并联电容、电感
用低阻抗线实现并联电容：
用并联的终端开路支节 实现并联电容或并联电感
并联在传输线上的谐振回路
串联电阻
终端负载元件 （单端口互易）
短路负载
可用作调配器，纯电抗元件
结构方式：接触式、扼流式 （金属片）
匹配负载
技术指标
工作频率f、输入驻波比、功率容量
作为匹配标准、等效天线、吸收负载
波导式
同轴线式
微带线式
失配负载
作为标准失配负载。吸收一部分功率，反射一部分功率。
微波连接元件 （无耗互易二端口）
性质
若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配
若网络完全匹配，则必然是完全传输的，或相反
S11、S12、S22的相角只有两个是独立的，已知其中两个相角，则第三个相角便可确定
接头
波导接头
衰减器
相移器
应用于相控阵天线
转换接头
相移和衰减元件
改变导行系统中电磁场的幅度和相位
调节导行系统中电磁波的传播常数
功率分配器 （三端口）
定义
功率拆分/合并
要求
损耗小
驻波比小
频带宽
网络特性（1入2出）
不可能完全匹配
任意完全匹配。必定非互易，且为一理想环行器
任意两个端口可以实现匹配
允许有耗，则是互易的和完全匹配的，可做到其输出端口的隔离
分类
E-T接头
E—T的[S]矩阵
H-T接头
匹配双T （波导魔T）
特性
四个端口完全匹配
应用
微波阻抗电桥、平衡混频器、功率分配器、和差器、相移器、天线双工器、平衡相位检波器、鉴频器、调制器
两路微带功率分配器
威尔金森功率分配器
任意功率分配比， 输出端口间可隔离
可用微带线来实现
定向耦合器 （四端口）
互易、无耗、完全匹配
性能指标
耦合度
定向性
隔离度
分类
波导双孔定向耦合器
双分支定向耦合器
微带环形电桥
波型变换元件
从一种模式过渡到另一模式 的电磁波
抑制杂模的产生和阻抗匹配
要求
阻抗匹配
频带宽
功率容量大
不存在杂模
阻抗匹配元件
阻抗变换器
阶梯波导阻抗变换器
渐变线阻抗变换器
非互易器件
场移式隔离器
有源
微波振荡器
微波放大器
微波混频器
微波倍频器
微波控制器件
微波系统
微波网络散射参数
原因
电压和电流难以直接测量
开路和短路在高频下难以实现，故Z参数和Y参数也难以测量
引入散射参数，简称S参数
定义
用网络各端口的入射电压波和出射电压波来描述网络特性的波矩阵
物理意义
Sij是当所有其它端口接匹配负载时从端口j至端口i的传输系数
Sii是当所有其它端口接匹配负载时端口i的反射系数
特性
互易网络散射矩阵的对称性
无耗网络散射矩阵的幺正性
传输线无耗条件下，参考面移动S参数幅值的不变性
电磁干扰
电磁辐射基本理论
要素
干扰源
耦合路径
敏感源
干扰源
分类
自然
大气干扰
雷电干扰
宇亩干扰
热噪声
人为
功能性
无线广播
电视
无线通信
雷达
导航
非功能性
输电线
电气化铁路
车辆点火系统
开关系统
工业、科学、医疗设备
家用电器
办公设备
性质
频谱宽度
波形
幅度或电平
出现率
辐射骚扰的极化特性
辐射骚扰的方向特性
分析
频域分析
耦合途径
传导耦合
电阻性耦合
公共地阻抗耦合
公共电源内阻耦合
电容性耦合
电感性耦合
辐射耦合
导线对导线
天线对天线
场对导线
接地技术
分类
安全接地
安全，漏电保护，雷击电流，泄放路径，泄放电荷
接零保护接地
人体电阻：10-1.5k欧
人体的安全电流值：交流为15-20mA，直流电流为40mA
持续时间在1s以上，安全电压为36V
信号接地
单点
串联
简单
公共阻抗耦合
同类电路串联单点接地
并联
无公共阻抗耦合，适合低频
接地线过多，长度为(波长／4)的奇数倍，为辐射天线
不同电路并联单点接地
多点
无公共阻抗耦合，地线较短，适合高频
地环环路干扰
混合
低频（小于1MHz）和公共地面小的情况（小于波长的1/20）
高频（大于10MHz）和公共地面大的情况（大于波长的1/20）
介于上述两种情况，用混合接地
将模拟地、数字地以及大功率驱动电路的地分开
悬浮
信号接地系统与安全接地系统分开；
各电路的接地面互相隔离而无公共的接地干扰
要求
不影响电流
零阻抗
地线干扰
原因
地线有电压
地线电流
较强的电磁辐射
电路间的互感耦
增加对外的敏感度
问题
地环路干扰
公共阻抗耦合
电磁屏蔽
定义
导电或导磁材料将需要防护区域封闭起来
切断电磁波辐射（和场耦合）的传输途径
类型
电磁场
电场屏蔽
静电屏蔽
完整导体
接地
交变电场屏蔽
低频
减少耦合电容
金属板接地
高频
高电压小电流
磁场屏蔽
静磁屏蔽
交变磁场屏蔽
低频
高磁导率材料
内部通过，减少泄露
高频
低电阻率良导体
电磁感应现象
产生反磁场，抵消
10K-40GHz
低电压大电流
电磁波屏蔽
主动性
主动-屏蔽干扰源
被动-屏蔽敏感体
关键
屏蔽体的完整性
导电的连续性
天线
概念
定义
波源与空间的匹配件
功能
能量转换
空间与电路
能量分配
指定空域
类似手电筒
基本元
类型
电流元
电偶极子
辐射
磁流元
叠加原理
接收原理
天线导体在外电场的作用下激励产生感应电动势并在天线回路中产生电流
分类
用途
通信、广播电视、雷达天线
波长
长、中、短、超短、微波、光学天线
结构
线天线
对称振子
常用
电视机
拉杆天线
口径天线
角反不是天线，只是一个目标
面天线
阵列天线
相控天线
透镜天线
反射器天线
微带天线
矩形
圆形
喇叭天线
新型天线
多频多极化的微带天线
电扫描和多波束天线
同时跟踪多目标
节省能量，减少干扰
自适应天线
智能天线
电参数
能量转换
输入阻抗
辐射电阻
效率
增益系数
把能量汇聚
类似放大镜
能量分配
方向性系数 （能量集中度）
方向图
归一化方向图
主平面
E面
H面
无方向性天线
理想点源
方向系数
最大功率/平均值
辐射功率
极化(偏振)
定义
在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹
电场方向
与探测方向无关
分类
线
水平
雷达
垂直
椭圆
双极化
圆
左旋
右旋
有效长度
工作频带宽度
方向性带宽
增益宽带
相对带宽
功率容量
天线表面的电场；
介质材料的性质（天线周围的空气及天线绝缘子的介质强度）；
场强过大----空气电离----击穿
起始场强：约为30kV/cm
输入阻抗和辐射电阻
效率
增益
同一点产生的功率密度的比值
与方向系数的定义的不同点
方向系数是从辐射功率出发，而增益系数则是以输入功率作参考
在增益系数中点源是理想的，即天线效率等于1
有效接收面积
接收的功率Pre(q,j)与入射功率密度 p 之比