重要知识点
绪论
1 微波的波长范围和频率范围
波长：1m-0.1mm; 频率：300MHZ-3000GHZ ；
第一章 传输线理论
1 导行波类型(须了解各类传输线的主模)：
(1)TEM 波(横电磁波):在导行波传播的方向(纵向)上，没有电磁场分量的电磁波（双导体传输线，同轴电缆）；
(2)TE 波(横电波)：纵向0z E =，但0z H ≠ (3)TM 波(横磁波)：纵向0z H =，但0z E ≠ 2 传输线的分类：
(1)双导体传输线，同轴线，主模TEM ；
(2)金属波导(矩形波导，圆形波导),不能传输TEM 波 (3)介质传输线； 3 传输线方程及其解
(1)分析思路：化场为路，使用电阻R 、电导G 、电感L 和电容C 将传输线化为电网络；
(2)传输线模型及其坐标系：
[注]坐标系以终端为原点，坐标方向从负载至信源； (3)传输线方程的推导和解：理解 4 传输线的特性参数
(1)特性阻抗0Z =
，对于均匀无耗传输线0Z =
(2)传播常数j γαβ=+，其中α为衰减常数，β为相移常数；
(3)相速p υ与波长λ：
p ωυβ
=
2p
f υπλβ== 5 传输线输入阻抗、反射系数和驻波比 输入阻抗000tan tan l in l Z jZ z
Z Z Z jZ z ββ+=+
输入阻抗归一化值000tan =tan in l in l Z Z jZ z Z Z Z jZ z
ββ+=+ 反射系数()(2)200
=l j z j z
l l l Z Z z e e Z Z φββ----Γ=
Γ+
反射系数和输入阻抗的关系（反射系数的取值范围） ()()
11in z Z Z z +Γ=-Γ ()0
0()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+
驻波比 11l
l
ρ+Γ=
-Γ 1ρ≤<∞ [注]：证明输入阻抗和反射系数的/2λ周期性，/4λ变换性，注意相应的作业题。
6 无耗传输线的状态分析
(1)()0z Γ=即0l Z Z =处，行波状态的描述； A 沿线电压和电流振幅不变，驻波比=1ρ； B 电压和电流在任意点上都同相；
C 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗； (2)纯驻波状态：1l Γ=±即0l Z =∞或；
(3)行驻波状态：介于行波状态和纯驻波状态之间。 7 Smith 圆图 (1)组成：
A 反射系数圆图()j l z e φΓ=Γ
B 归一化电阻圆图
C 归一化电抗圆图；
(2)重要概念
A Smith阻抗圆图是反射系数圆图，归一化电阻圆图和归一化电抗圆图的合成；
B圆图上一点既代表一个归一化阻抗，又代表这个阻抗值对应的反射系数(阻抗和反射系数是一一对应的)；
λ的周期性，因此在圆图上旋转一圈，即是在传输线
C 由归一化阻抗的/2
λ的距离；
上移动/2
D向顺时针方向旋转，相当于从负载端向信源端移动；向逆时针方向旋转，相当于从信源端向负载端移动；
E 在旋转时与实轴正半轴交点所对应电阻值为驻波比ρ，与实轴负半轴交点所对应电阻值为1/ρ。
(3)重要的点线面
8 阻抗匹配
(1)阻抗匹配的作用
在微波电路中，若不匹配，将导致严重的反射，降低传输线效率，甚至会击穿传输线。
(2)阻抗匹配的分类 A 终端负载匹配；
匹配条件：0l Z Z =； 匹配结果：终端负载无反射波
B 信源匹配；
匹配条件：0g Z Z =
匹配结果：信源将吸收传输线中的反射波
C 共轭匹配；
匹配条件：*
in g Z Z =
信源输出功率达到最大值
(3)阻抗匹配的实现方法(例题讲解)
A /4λ的阻抗变换器法，使用前提：终端负载为纯电阻。
B 并联单支节调配法；
第二章 规则金属波导
1 规则金属波导要满足的条件：
(1)波导管的边界和尺寸沿着轴向不变；
(2)波导内填充的介质是均匀、线性、各向同性的； (3)波导管内为时谐场。
2 规则金属波导分析方法：电磁场分析方法，使用麦克斯韦方程和边界条件精确求解波导管内电磁场分布。
3 矩形波导
(1)只能存在TE 波和TM 波；
(2)
截止波数c k =a 和b 为矩形波导长边与宽边长度，m 和
n 为矩形波导工作模式的编号； (3)
截止波长2c c k πλ==例题讲解) (5)TE 模的最低工作模次是10TE ，TM 模的最低工作模次为11TM ，最低次模的截止波长是最大的。一般希望波导工作在单模状态下 (5)矩形波导尺寸选择
0.7(0.40.5)a b a λ
=??
=-?
4 圆形波导(半径外R)：最低次模为11TE ，其截止波长为 3.41R c λ=
第三章 带状线和微带线
1 对微波集成传输元件的基本要求是必须具有平面化结构，以便实现微波集成电路的平面化；
2 微带传输线有两种基本结构：带状线和微带线；
3 带状线可理解为由同轴线演化而来，传输的主要是TEM 波；
4 微带线中存在纵向分量z E 和z H ，但通过微带线的尺寸选择，纵向分量可以很小，因此场结构与TEM 模很相似，被称为准TEM 模。
第四章 微波网络基础 1 微波网络分析的3个问题：
(1)确定参考面，将微波网络的均匀区(传输线)和非均匀区(一般而言是不规则的微波元件区域)分隔开；
(2)由横向电磁场的分布，定义等效电流I(z)和等效电压U(z)，将传输线等效为双导体传输线；
(3)将不规则区域化为多端口电网络进行分析 2 参考面选取的原则
(1)必须是横截面；
(2)要尽可能深一点，以便将高次模屏蔽；
(3)一旦选定，对应着一个确定参数的电网络，因此不能轻易改变
3 将微波传输线等效为双导体传输线，通过坡印廷定理引入等效电流I(z)和等效电压U(z)。
4 对等效电流和等效电压进行归一化：
()()/U z U z = ()(I z I z =5 二端口网络的分析
(1)阻抗矩阵Z
T2 面开路(I2 = 0)时， T1 面的输入阻抗定义为
T1 面开路(I1 = 0)时， T2 面的输入阻抗定义为
T1 面开路(I1 = 0)时，端口(2)至端口(1)的转移阻抗为
T2 面开路(I2 = 0)时，端口(1)至端口(2)的转移阻抗为
阻抗矩阵的归一化
对互易网络 1221Z Z = 对对称网络 1122Z Z = (2)导纳矩阵Y
其参数定义和归一化参见阻抗矩阵Z 。 对互易网络 1221Y Y = 对对称网络 1122Y Y = (3)转移矩阵A
1112122
1212222
U A U A I I A U A I =+??
=+? A 转移矩阵的归一化
11
1221
22A a a a a A A ??
????
=??????
??
B A 矩阵的性质
对互易网络 112212211A A A A -= 对对称网络 1122=A A
(4)散射矩阵S ：S 参数是以微波电路端口的反射系数为基础定义的。 A 引入散射矩阵S 的原因：Z 、Y 、A 矩阵以等效电流和等效电压为基础，但U 、I 为虚拟的数学概念，不能测量，不具有实际意义。因此须引入一个可以测量的参数-反射系数为基础的散射矩阵S 。 B 二端口散射矩阵S 的定义
11111222211222
U S U S U U S U S U -++
-++=+=+
21110
1U U S U +-
+
==，相当于Ⅱ端口阻抗匹配 11120
2
U U S U +-
+
==，相当于Ⅰ端口阻抗匹配 22
210
1
U U S U +-+
==，相当于Ⅱ端口阻抗匹配
12
220
2
U U S U +-+
==，相当于Ⅰ端口阻抗匹配
C 散射矩阵S 的归一化(相关例题习题：P107 例2-7及作业题)
i
U +
+
=
i
i i
I I U +
+++====
i
U --=
i
i i
I I
U -
--====-
对任一端口入射波而言，归一化电压值等于归一化电流值；对于反射波而言，归一化电压值等于归一化电流值的相反数。 对于互易网络 1221S S = 对于对称网络 1122S S =
第五章 微波元器件 1 微波元器件的分类： (1)线性互易元器件； (2)线性非互易元器件； (3)非线性元器件； 2 终端负载元件
(1)短路负载：使传输线终端短路，主要指短路活塞，分为接触式短路活塞和扼流式短路活塞；
(2)匹配负载：在一段波导的末端放置一块劈型元件，面上附着碳粉，用以吸收微波能量，产生的热能可用散热片或流水元件带走。
(3)失配负载：在传输线上产生反射系数为特定值的驻波场，用于微波测量； 3 微波连接元件 (1)波导接头
A 法兰盘：平法兰、扼流法兰；
B 扭转元件；
C 弯曲元件
(2)衰减元件和相移元件：用于改变波导中电磁波的幅度和相位 (3)转换接头
A 工作模式转换接头：如方圆波导转换器
B 极化转换器：改变电磁波极化方式 4 阻抗匹配元件
(1)螺钉调配器：广泛应用于低功率微波装置中，实现终端的匹配。根据调节螺钉的深度，等效为不同的电抗，以实现阻抗匹配；
第六章 天线的辐射与接收
1 天线的功能性描述：天线将发射机中的高频电流转化为空间中传播的电磁波(天线的辐射)，并可接收空间中的电磁波，将其转化为微波电路中的高频电流(接收)；
2 天线的基本功能要求：
(1) 天线是电磁开放系统，且天线与发射机或接收机阻抗匹配； (2) 天线应具有方向性； (3) 天线应有适当的极化特性； (4) 天线应有足够的工作频带。 3 天线的分类：
(1)线天线：构成天线的金属导体远小于波长，适用于长波、中波和短波波段； (2)面天线：由尺寸远大于波长的金属或介质面构成，适用于超短波和微波波段；
4 电基本振子：一段长度远小于工作波长的导线，导线上各处电流的赋值和相位可认为处处相等。
根据参数kr 的取值，可将电基本振子周围的电磁场分为3个区域：
(1)1kr =,近场感应区，其坡印廷矢量*1
()2
S E H =?为纯虚数，因此其辐射功
率也为纯虚数，辐射功率为无功功率，只有电磁能量的相互转换，而没有有功功率的向外辐射；
(2)1kr ?,远场辐射区，其坡印廷矢量*1
()2
S E H =?为实数，因此其辐射功率
也为实数，辐射功率为有功功率，只有电磁能量的向远方传递，而存在有功功率的向外辐射，且E 和H 都与sin θ成正比，因此辐射具有方向性； (3)处于2区之间，称为菲涅尔区域。
(4)方向图函数(,)sin f θ?θ=，方向系数 1.5D =,主瓣宽度90度。 5 对称振子
方向图函数cos(cos )cos()
(,)sin h h f βθβθ?θ
-=
半波对称振子21
2
h
λ
=
方向系数 1.64D =,主瓣宽度78度。 全波对称振子21h
λ
=
6 天线的电参数 (1)天线的方向图
A 方向图是一个三维图形，其坐标为(,,)r P θ?，其中r P 为归一化辐射功率，可以表示为(,)r P f θ?=，即为方向图函数；
B 一般使用三维方向图的2垂直剖面来表示方向图性质，一般为E 平面或H 平面；
C 方向图的组成：主瓣(方向图中的最大辐射方向)、旁瓣(方向图中其它次要辐射方向)、后瓣(方向图中与主瓣相反的辐射方向)
D 主要参数：主瓣宽度、旁瓣电平，前后比
E 方向系数D(可以全面描述天线的方向型)
一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度max S 与同输出功率的无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度S 的比值。 (2)天线效率A η
1
r
A r R R R η=
+ 因此，天线效率若要更高，r R 应更大。
由电基本振子2280()r l
R πλ
=，若l 比λ小太多，则r R 小，效率低。
(3)增益系数G
G 是方向系数D 和天线效率A η的合成参数，A G D η=?
一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度max S 与同输出功率的理想(天线效率100%A η=)无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度S 的比值。 (4)天线的极化方式：线极化、圆极化和椭圆极化。 7 线天线的相关知识
(1)方向图乘积定理：由相似元天线构成的天线阵的方向函数等于各阵元单独存在是的方向函数(单元因子)和阵方向函数(阵因子)的乘积。 条件：必须是相似元天线，且均匀同方向排列组阵。
(2)相控阵天线的原理：均匀直线阵中，阵元相位差在一定范围内周期变化，直线阵的最大辐射方向将实现360度往返运动，即实现方向图扫描。这种通过改变相邻元电流相位差实现方向图扫描的天线阵，称为相控阵。
第七章 电磁波的空间辐射 1 空间辐射的分类：
(1)视距传播(工作波段：超短波和微波) (2)天波传播(工作波段：短波)
电离层反射的原理：电离层下层折射率大于上层折射率，因此折射角大于入射角。随着折射率逐步减小，电磁波将连续下折，直至到达某一高度时，电波开始被折回地面。因此反射是电离层连续折射的结果。
天波静区的原理：对某频率的电磁波，有最小入射角min θ，大于此角度，电离层才能将电磁波反射回地面，而小于此角度，电磁波将穿越电离层进入宇宙空
间。因此，在信源附近的地面，不会有电磁波反射，将出现一个天波静区。
(3)地波传播(工作波段：长波、中波、短波低频段)