01-微波-第一章-2014

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微波(第一章第二节和第三节)(12-13-2)

Ho 波
波型
Eo 波
c
波型
c
波型
c
2.613a
波型
c
H11 3.413a H21 2.057a
H01 1.640a H31 1.496a
H41 1.182a H12 1.179a H22 0.937a
H02 0.896a
E01
E31 0.985a
E11 1.640a E21 1.223a
E02 1.138a
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微波技术与天线
2、导行波波型的分类导行波的波型是指能够单独在导波系统中存在的电磁场结构形式，也叫传输模式。（1）横电磁波（TEM波）此传输模式没有电磁场的纵向分量，即Ez=0， Hz=0，且kc=0。 kc称为截止波数。 TEM波存在于多导体传输系统中。（2）横电波（TE波）或磁波（H波）此模式没有电场的纵向分量，即Ez=0，Hz≠0，所有场分量可由Hz求出。
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微波技术与天线
② Eo 波 01 Eo 波的特点是： 0，场沿方向不变化， m 01
场分布具有轴对称性；磁场只有分量，故只存在纵向管 H 壁电流；
Ez在轴线附近最强。
Eo 波可用做天线馈线系中旋转接头的工作统 01 波型，还可用于微波和电子加速器中。管
ZTM 1 ( c )2
ZTEM 120 r r
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微波技术与天线
（5）传输功率导波沿无耗规则导行系统+z方向传输的平均功率
为
1 * P0 Re S ( E H ) d s 2 * 1 Re S ( Et H t ) a z d s 2 2 2 Z 1 S Et d s 2 S H t d s 2Z

微波测量(一)

(1)
天线测量与微波测量
为电磁波的频率。如果已知电磁波的的相速，就可以按上式进行波长与频率之间的换算。注意：波长和频率是有区别的，前者决定于长度，后者决定于时间；因而波长的测量属于长度的测量，而频率的测量属于时间的测量；在稳态情况下，电磁波的频率是一常数，不随媒质的性质而改变，而波长却与媒质、传输线尺寸和传输波型有关。因而频率测量更具有普遍意义，也更为重要。测量微波频率的仪器称为微波频率计。其工作原理可分为两类：第一类谐振式频率计；第二类外差式频率计。
(14)
天线测量与微波测量
在测量微波小功率情况下,通常I0与I1相差不大,即 I0+I1≈2I0 I0-I1=△I 故待测微波功率为: P≈(R/2)I0•△I 显然,这时功率测量的精度取决于两次读取电流之差的准确度。
§1.4 衰减量的测量
微波信号源
Γ g=0 Γ L=0 Γ g=0 Γ L=0
(9)
天线测量与微波测量
一、大功率测量大功率的微波信号一般采用热量计式大功率计来测量功率。 t2
出水测流量水箱
P
波导
t1
进水
热量计式大功率计的原理示意图
待测微波功率的计算公式 P=c•M(t2-t1) (卡/秒)=4.18c•M(t2-t1) (瓦)
(10)
天线测量与微波测量
其中 c=1卡/克•度，为水的比热；M为水的流量，单位为：克/秒； (t2-t1)为进出口水的温差，单位为：0c；4.18为热功当量。这种热量计式大功率计测出的功率为平均功率，是一种绝对功率计，可作为校准校对其他的微波功率计。引起热量计式大功率计的测量误差的因素：(1) 失配误差；(2)高频功率损耗和辐射损耗；(3)热传导和热辐射损耗；(4)流量和温度差测量不准确引入的误差。二、中小功率测量中小功率的微波信号一般采用热电式功率计或

微波工程基础

– 1.3 微波的应用
军事应用：
雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、测量、预警
通讯点对点、保密
电子对抗干扰和抗干扰
微波武器微波炮、微波弹、微波武器平台(集雷达侦察和火控制导、超强干扰和定向能攻击于一体多功能电子对抗平台)
民用
雷达气象、导航、汽车防撞、遥感
通讯中继通信、多路通信、卫星通信、广播电视
• 1.2 微波的特点
波长短易于实现定向发射
雷达利用无线电波的反射测定目标的位置波束宽度目标的方向抛物面天线电磁波发射波束角:
D和分别是抛物面的直径和波长 5波束角(可以相当精确定位) =3cm, D=84cm
=10m,D=280m(困难)
频率高（绝对带宽大）、信息容量大
信道传递某种信息所必须的频带宽度
微波工程基础
第一章绪论
• 1.1 微波的基本概念电磁频谱微波的频率范围
“微波”
介于普通无线电波（长波、中波、短波、超短波）与红外线之间的电磁波
波长与电路或元器件尺寸可比拟分米、厘米、毫米电路电磁场解（集中参数分布参数）国内外对微波定义的区别：
中国（1米-1毫米）美国（微波30厘米-0.3毫米)
微波加热应用食物制作（微波炉）、材料烘干（干燥机）、消毒（牛奶、医用）、微波治疗（癌症、前列腺疾病和理疗等）
科学研究：
加速器核医学、对撞机等
等离子体加热核聚变能源
射电天文观测（20世纪六十年代天文学四大发现—类星体、中子星、2.7K背景辐射(1978年诺贝尔物理学奖）和星际有机分子都是以微波作为主要观测手段)
透电离层）
限制作用范围到所需区域，减少干扰
中继通信、卫星通信、天文观测

微波技术课后习题答案-第一章习题参考答案

第一章习题参考答案1.3截止频率c f ：导行系统中某导模无衰减所能传播的最低频率为该导模的截止频率。

截止波长c λ：导行系统中某导模无衰减所能传播的最大波长为该导模的截止波长。

导模的传输条件：工作波长小于截止波长c λλ<，工作频率大于截止频率c f f >。

1.4导行系统中纵横场的关系式可具体表示为：)ˆ(12zH j E j k E z t z t ct ⨯∇-∇-=ωμβ )ˆ(12zE j H j k H z t z t ct ⨯∇+∇-=ωεβ 其中有 222β+=c k k在广义柱坐标系中，考虑到拉普拉斯算符vh vu h ut ∂∂+∂∂=∇211ˆ1ˆ，以及单位矢量的右手正交关系v u z u z v z v uˆˆˆ,ˆˆˆ,ˆˆˆ=⨯=⨯=⨯ 所以纵横场的关系可具体表示为)(212v H h uE h k j E zz c u ∂∂+∂∂-=ωμβ )(122μωμβ∂∂-∂∂-=zz c v H h vE h k j E)(212v E h uH h k j H zz c u ∂∂-∂∂-=ωεβ)(122μωεβ∂∂+∂∂-=zz c v E h vH h k j H 表示成矩阵形式为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡v E u H u E v H h h h h h h h h k j E H H E z z z z c v u v u 21211212200000000βωμωεβωεββωμ。

射频与微波工程实践入门第1章用hfss仿真微波传输线和元件

第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。

微波技术基础复习重点

第一章引论微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波，相应的波长从1m到0.1mm。

包括分米波（300MHz到3000MHz）、厘米波（3G到30G）、毫米波（30G 到300G）和亚毫米波（300G到3000G）。

微波这段电磁谱具有以下重要特点：似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。

微波的传统应用是雷达和通信。

这是作为信息载体的应用。

微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。

强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量导行系统：用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构导行系统的种类可以按传输的导行波划分为：(1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线(2)封闭金属波导(矩形或圆形，甚至椭圆或加脊波导)(3)表面波波导(或称开波导)导行波：沿导行系统定向传输的电磁波，简称导波微带、带状线，同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。

是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。

开波导将电磁能量约束在波导结构的周围(波导内和波导表面附近)沿轴向传播，其导波为表面波。

导模(guided mode ):即导波的模式，又称为传输模或正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。

特点：(1)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的，与频率以及导行系统上横截面的位置无关。

(2)模是离散的，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数。

(3)导模之间相互正交，互不耦合。

(4)具有截止频率，截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。

无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量)，称为横磁(TM)波或E波。

无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量)，称为横电(TE)波或H波。

TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。

第二章传输线理论传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统，其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。

微波遥感复习

微波遥感复习第⼀章微波遥感基础1、微波遥感的概念及分类微波遥感是利⽤某种传感器接收地⾯各种地物反射或散射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需的信息。

主要分为主动微波遥感和被动微波遥感，被动微波遥感包括微波成像仪和微波探测仪；主动微波遥感包括雷达⾼度计、雷达散射计和成像雷达。

2、微波遥感的优越性（1）微波能穿透云雾、⾬雪，具有全天候、全天时的⼯作能⼒，优于可见光和红外波段的探测能⼒（2）微波对地物有⼀定的穿透能⼒，对地物的穿透深度因波长和物质的不同⽽有很⼤差异，波长越长，穿透能⼒越强。

（3）微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息，⽐如微波⾼度计和合成孔径雷达具有测量距离的能⼒，可以⽤于测定⼤地⽔准⾯，还可以利⽤微波探测海⾯风场。

（4）雷达可以进⾏⼲涉测量3、微波遥感的不⾜（1）微波传感器的空间分辨率要⽐可见光和红外传感器低（2）其特殊的成像⽅式使得数据处理和藉以相对困难些（3）与可见光和红外传感器数据不能在空间位置上⼀致4、合成孔径雷达（SAR）特性及优势（1）全天候，不受云雾雪的影响，⾬的影响有限（2）全天时，主动遥感系统（3）对地表有⼀定的穿透能⼒，与⼟壤含⽔量有关，依赖于波长（4）对植被有⼀定的穿透能⼒，依赖于波长和⼊射⾓（5）⾼分辨率，分辨率与距离⽆关（6）独特的辐射和集合特性（7）⼲涉测量能⼒（8）多极化观测能⼒5、极化，指得是电磁波的电场振动⽅向的变化趋势。

极化⽅式有线极化、椭圆极化、圆极化。

第⼆章微波遥感系统1、常见的微波遥感传感器在海洋、陆地、⼤⽓微波遥感应⽤中，常⽤的有效的传感器有五种：散射计、⾼度计、⽆线电地下探测器（以上为⾮成像系统）；微波辐射计、侧视雷达（以上为成像系统）。

2、散射计微波散射计是⼀种有源微波遥感器，专门⽤来测量各种地物的散射特性。

它是通过测量地物对微波的散射强度，达到测定地物的后向散射系数的相对值。

散射计按照观测⽅式可以分为以下四类：侧视观测散射计;前视（后视）观测散射计；斜视观测散射计；笔式光束环形扫描散射计。

微波通信基本原理

闪烁衰落:主要是因为大气局部微小扰动引起电波射束散射所造成,各散射波的振幅小,相位着大气变化而随机变化.结果它们在接收点的合成振幅变化很小,对主波影响不大,因此,这种衰落对视距微波接力电路的稳定性影响不大. 多径衰落:主要是由于多径传播造成的,它是视距传播信道深衰落的主要原因.所谓多径传播,就是电波离开发射天线后,通过两条以上的不同路径到达接收天线的传播现象.
上衰落Up fading和下衰落和下衰落Down fading(按接收点场强的高低划分按接收点场强的高低划分): 上衰落Up fading和下衰落Down fading(按接收点场强的高低划分):
上衰落:高于自由空间电平值的叫上衰落下衰落:低于自由空间的电平值的叫下衰落
多径衰落Multipath fading和闪烁衰落按衰落发生的物理成因划分): 和闪烁衰落( 多径衰落Multipath fading和闪烁衰落(按衰落发生的物理成因划分):
(refer to isotropic antennas)
D 或 f 增加一倍,损耗将增加6 dB 增加一倍,损耗将增加
自由空间的电波传播
自由空间传输损耗(Free GTX
Power Level Space Basic Transmission Loss )
GRX
P = 发射功率发射功率(TX Power) G = 天线增益天线增益(Antenna Gain) A0 = 自由空间损耗自由空间损耗(Free Space Loss) M = 衰落储备(Fading 衰落储备(Fading Margin)
自由空间的电波传播自由空间传输损耗(Free Space Basic Transmission Loss )
d
f
Free Space Loss A 0 = 92.4 + 20 log d + 20 log f

微波课件1-1234

负载传输的波，称为入射波；
（2）第 2 项代表沿 z 轴正方向传输的波，即从负载向电源传输的波，称为反射波；
V(z, t) = Acos( t + z) + Bcos( t z)
I(z, t )

A Z0
cos(t

z)

B Z0
cos(t

z)
第 1 项代表沿 z 轴负方向传输的波，即从电源向负载传输
长线： l / >> 0.1 的传输线。短线： l / << 0.1 的传输线。
结论：微波传输线通常为长线。
（1）长线是一个相对的概念，指电长度较长。
同样几何长度的导线，工作波长较长时为短线，而工作波长较短时则为长线。
图 1.1-3 长线和短线
（2）在短线上，任一给定时刻，电压（电流）处处相同，电压和电流仅是时间 t 的函数，与位置 (x, y, z) 无关。（3）在长线上，任一给定时刻，电压（电流）处处不同。长线上的电压（电流）不仅是时间 t 的函数，还是位置 (x, y, z) 的函数。
Z0

Z1

Z1 Y1

传输线上电压和电流的通解
R1 j L1 G1 jC1
V(z) = Aez + Bez = Vi(z) + Vr(z)
I(z)

A Z0
ez

B Z0
ez

Ii (z)

Ir (z)
A 和 B 是待定常数，由给定的边界条件来确定。
在负载 z = 0 处，V(0) = VL，I(0) = IL，即

Z1
dI dz

微波技术基础简答题整理

对于电场线，总是垂直于理想管壁，平行于理想管壁的分量为对于磁场线，总是平行于理想管壁，垂直于理想管壁的分量为（ P82）
0 或不存在； 0 或不存在。
2-10. 矩形波导的功率容量与哪些因素有关？矩形波导的功率容量与波导横截面的尺寸、模式（或波形）导中填充介质的击穿强度等因素有关。（P90）
工作波长 λ，即电磁波在无界媒介中传输时的波长， λ与波导的形状与尺寸无关。截止波数为传播常数 γ等于 0 时的波数，此时对应的频率称为截止频率，对应的波长则称为截止波长。它们由波导横截面形状、尺寸，及一定波形等因素决定。波长只有小于截止波长，该模式才能在波导中以行波形式传输，当波长大于截止波长时，为迅衰场。
2-2. 试从多个方向定性说明为什么空心金属波导中不能传输 TEM模式。※
如果空心金属波导内存在 TEM 波，则要求磁场应完全在波导横截面内，而且是闭合曲线。由麦克斯韦第一方程，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。由于空心金属波导中不存在沿波导轴向（即传播方向）的传到电流，所以要求存在轴向位移电流，这就要求在轴向有电场存在，这与 TEM 波的定义相矛盾，所以空心金属波导内不能传播 TEM 波。
按损耗特性分类：（ 1）分米波或米波传输线（双导线、同轴线）（ 2）厘米波或分米波传输线（空心金属波导管、带状线、微带线）（ 3）毫米波或亚毫米波传输线（空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线）（ 4）光频波段传输线（介质光波导、光纤）
1-3. 什么是传输线的特性阻抗，它和哪些因素有关？阻抗匹配的物理实质是什么？
4-5. 微波谐振器的两个主要功能是储能和选频。
4-6. 无耗传输线谐振器串联谐振的条件是 Zin =0，并联谐振的条件是 Zin =∞。

01微波技术第1章传输线理论

传输线理论
二、分布参数的概念及传输线的等效电路
• 电路理论的前提是集中参数，其条件为： •
ι＜＜λ ι：电器尺寸，λ：工作波长传输线中工作波长和传输长度可比拟，沿线的电压、电流不仅是时间的函数，还是空间位置的函数，从而形成分布参数的概念。
传输线理论
传输线上处处存在分布电阻、分布电感，线间处处存在分布电容和漏电导。分布参数为：R（Ω/m）、L（H/m） C（F/m）、 G（S/m）如果分布参数沿线均匀，则为均匀传输线，否则，为非均匀传输线。传输线的等效电路如图1.1.1所示
EXP：双根传输线
传输线理论
Zc取决于传输线的几何尺寸和周围媒介，与传输线的位置和工作频率无关。
传输线理论
⑶ 相速和波长相速：某一等相面推进的速度令α=0（无耗），由ωt-βz=常数,得
传输线理论
§1-3 反射系数、输入阻抗与驻波系数
传输线上的电压、电流既然具有波
传输线理论
第一章传输线理论
§1-1 传输线的种类及分布参数的概念
传输线理论
• 定义：广义上讲，凡是能够导引电磁波
•
沿一定方向传输的导体、介质或由他们共同组成的导波系统，都可以称为传输线。传输线是微波技术中最重要的基本元件之一，原因有两点： ⑴ 完成把电磁波的能量从一处传到另一处。 ⑵ 可构成各种用途的微波元件。 Exp：耦合器、匹配器、电容、电感等
传输线理论
1.3.2式的意义在于： ⑴ 无耗传输线上各点反射系数的大小相等，均等于终端反射系数的大小。 ⑵ 只要求出|Γ|，若已知λ或β则可求出任意点的反射系数Γz 随着ZL的性质不同，传输线上将会有如下不同的工作状：

微波课件第1章6

反射系数图最重要的概念是相角走向：
(z) le j2 z （1-6-2）
式中 z是向电源的。
向电源是反射系数的负角方向,即顺时针方向；向负载是反射系数的正角方向，即逆时针方向。
2. 套覆阻抗图
已知
Z in (z) 1 (z)
1 (z)
(1-6-3)
设
(z) r j i
Zin (z) r jx
又代表驻波比ρ。
③ 圆图旋转一周为λ/2。
④ |Γ|=1
⑤ 实轴左端点为短路点，右端点为开路点，中心点处有 Z 1 j0 ，是匹配点。
⑥ 在传输线上由负载向电源方向移动时，在圆图上应顺时针旋转；反之，由电源向负载方向移动时，应逆时针旋转。
图 1-6-6 阻抗圆图上的重要点、线、面
4. 导纳情况
Smith圆图，亦称阻抗圆图。其基本思想有三条：
1. 特征参数归一思想
特征参数归一思想，是形成统一Smith圆图的最关键点，它包含了阻抗归一和电长度归一。
阻抗归一电长度归一
Zin (z)
Zin (z) Z0
Zin
(
z
)
1 1
( (
z) z)
(z) Zin (z) 1 Zin (z) 1
2 l 360 l
1 r r2 2rr 1 r i2 1 r
r2
2r
1 r2
r
r 1
r
2
i2
1 1
r r
r2
1 r2
得到圆方程
r
r 1
r
2
i2
1 1 r
2
(1-6-7)
相应的圆心坐标是
r 1
r ，,0 而半径是

北邮微波技术基础-传输线理论(1)

分布参数效应传输线本身的：串联电阻/电感，并联导纳/电容需要考虑所有这些参数是“分布”的，不是集中于某一点
（1）电导率有限 & “趋肤效应”——“串联的分布电阻” （2）导线中电流产生高频磁场—— “串联的分布电感” （3）导体间电压产生高频电场—— “并联的分布电容” （4）导体间非理想介质“漏电流” ——“并联的分布电导”
北京邮电大学——《微波技术基础》
23
2
d 2U ( z ) dI ( z ) = −( R + jω L) = 0 2 dz dz
传输线上的波传播电压与电流的行波解
U ( z) U e = I ( z) I e =
U ( z, t ) = Re[U ( z )e jωt ]
+ −γ z 0
+U e
∂ u ( z , t ) dU ( z ) jωt e = ∂z dz ∂ i ( z , t ) = dI ( z ) e jωt dz ∂z
∂ u ( z, t ) jωt ( ) j ω t U z e = ⋅ ∂t t) ∂ i ( z ,= jωt ⋅ I ( z )e jωt ∂t
d U ( z) 2 − γ U ( z) 2 dz 代入 2 dI ( z ) d I ( z) 2 = −(G + jωC )U ( z ) − γ = I ( z ) 0 2 dz dz
γ= α + j β = ( R + jω L)(G + jωC ) ——复传播常数 = = G 0 R 0, R C G L α = 0 α= + = α c + α d 无耗 2 L 2 C β = ω LC β = ω LC

微波技术基础-概述(1)

微波器件——谐振器、功分器、耦合器等微波基础理论传输线理论、史密斯圆图应用微波网络理论阻抗变换与阻抗匹配波导理论(矩形波导、圆波导、同轴线) 器件原理(谐振腔、功分器、耦合器等)
北京邮电大学——《微波技术基础》
31
学习内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；(第2、5章) 微波传输线、波导理论，矩形、圆柱形波导中的传输特性和模式理论，单模传输条件，为“光纤通信”类课程做基础理论准备； (第3章) 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； (第4章) 微波基本元器件（微波谐振器、微波无源器件和微波滤波器）的分析及其基本工作原理，以及在通信设备中的应用，为“无线通信”类课程作准备。 (第6、7章)
合成橡胶处理废物处理核废料纤维废料
发展方向工作频段向高频段发展小型化、宽带化自动化、智能化
从频谱认识微波
我国移动通信所用频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
29
学习本课程的作用与意义
北京邮电大学——《微波技术基础》
30
学习什么内容？
围绕信号、功率的传输，学习微波在器件中传输的基本分析方法，学习微波器件的基本原理微波传输——传输线、波导
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现出来吗?未必。它的表现与观察者及环境有关。地球是一个圆球(严格地说是似椭圆球)。但直至麦哲伦发现新大陆才算最后解决，因为人与地球上的尺寸比太微小了。现在，宇航员在太空中能够清晰地看到地球是圆形。同样，波动性是客观存在的。但是，观察波动性却与主观性、仪器、尺寸、时间等有关。
北京邮电大学——《微波技术基础》

微波技术与天线——第1章

（1-7a）根据双曲函数的表达式，上式整理后可得（1-7c）
第一章、传输线理论（2）已知传输线始条件这时将坐标原点z=0选在始端较为适宜。将始端条件 U(0)=U1，I(O)=I1 ，代入式(1—4)，同样可得沿线的电压电流表达式为
（1-6b）
第一章、传输线理论 4、传输线的特性参量传输线的特性参量主要包括：传播常数、特性阻抗、相速和相波长（1）、传播常数
反映波经过单位长度传输线后幅度和相位的变化的物理量。
传播常数γ 一般为复数，可表示为其中实部α称为衰减常数，表示行波每经过单位长度后振幅的衰减，单位为分贝/米(dB/m)或奈培/米
第一章、传输线理论 (NP/m)；虚部β称为相移常数，表示行波每经过单位长度后相位滞后的弧度数,单位为弧度/米(rad/m)。对于低耗传输线，一般满足 R0 L0 , G0 C0 ，所以有
第一章、传输线理论由此可得
衰减常数是由传输线的导体电阻损耗αc和填充介质的漏电损耗αd两部分组成。对于无耗传输线RO=0，G0=0
实际应用中，在微波频段内，总能满足 R0 L0 , G0 C0 因此可把微波传输线当作无耗传输线来看待。
第一章、传输线理论（2）特性阻抗特性阻抗定义：传输线上入射波电压Ui(z)与入射波电流 Ii(z)之比。或反射波电压Ur(z)与反射波电流Ir(z)之比的负值，即
图1-2
图1-3
第一章、传输线理论
电阻器
第一章、传输线理论电容器
第一章、传输线理论电感器
图1-9
图1-10
图1-11
第一章、传输线理论在微波频率下传输线的分布参数效应
体现为分布参数电感，电容，电导和电阻
微波传输线的特点

微波工程基础李宗谦-第章(1)

微波工程基础李宗谦-第章(1)
《微波工程基础李宗谦-第章》小节研读
一、引言
本文重点关注李宗谦所著《微波工程基础》的第一章小节，该章节主
要讲述了微波的基本概念以及与其他波长的联系。

二、微波的基本概念
微波波长在1mm至1m之间，频率在300MHz至300GHz之间。

微波的传
播速度与光速十分接近，且具有高频、高速、大功率等特点。

微波不
仅可以传输数据，还可以进行无线通讯、雷达探测、电磁干扰、物体
热处理等应用。

三、微波的分类
- 根据波长分类：短微波、中微波、长微波。

- 根据频率分类：甚高频微波、超高频微波、高频微波、低频微波。

四、微波与其他波长的联系
根据麦克斯韦方程组，电磁波分为电场和磁场两部分。

当电磁波的波
长变短、频率变高时，其电场和磁场的振动会变得比较强烈，从而形
成微波。

与其他波长相比，微波在穿透金属、水、冰等材料时的衰减
相对较小，因此微波在军事、通讯、医疗等领域具有比较广泛的应用。

五、总结
通过对《微波工程基础》第一章小节的研读，我们对微波的基本概念、分类以及与其他波长的联系有了更加深入的了解，从而对后续微波应
用的研究和开发具有重要意义。

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什么异同？有对应的“波阻抗η ”吗？“波阻抗η ”与哪些因素有关系？（3）这种波的传播特征是什么样的？有对应的“波数 k = β − jα ”吗？“波数 k ”、“相位常数 β ”、“衰减常数 α ”都与哪些因素有关系？与无界空间的
波、双导线上的波有什么异同？
双（（导54））线这这上种种的波波波会传有有播什色的么散相异吗速同？度？都v p与=哪ωβ些、因v素g 有= 关ddωβ系都？是多少？与无第波界三导空章理间论的波、
U (z) = A(z)e jφ(z)
[ ] u(z,t) = Re U (z)e jωt
Z O
iI(z(,zt)
u(Az,ct)o=s(Aω(tz)+coφs[)ωt + φ(z)] U (z) =AAe(jφz)e jφ(z)
uU( z(,zt))
( ) Re Ue jωt
U = Ae jφ
无到有产生的已调波，包括不同的频率成分。
不同频信号各有各的相速。对于窄带信号，当一群 ω, β 相近的
波运动时，表现出的波群整体的共同的速度，称为群速。对调制信号，
包络等相位面移动的相速度即可视为群速度。群速度可以表示为
t
vg
=
dω dβ
（1.1-11）
沿传播方向经过单位长度波形整体延迟的时间，称为群时延，以
1.1.1 无界空间的含义
无界空间指除理想激励源外，空间全部填充同一种均匀媒质，并延伸到无边无际。特殊的一种无界空间情况为全空间均是真空，即全空间都不存在任何媒质，称为无界自由空间。
有时某空旷区域的局部空间可以近似当作无界空间。
⎯理⎯想⎯激励⎯源→
在无界空间可以存在的无穷多种可能形式的电磁波中，最简单、最基本形式的电磁波即是均匀平面波。平面波是指其等相位面是平面，均匀波是指其等相位面和等幅度面重合。特点：
z
H y
= E x η
=
E x η
e j ⎡⎣φE -φη ⎤⎦ （1.1-2）
H y
该均匀平面波的传播特性参量主要由媒质波数 k 和波阻抗η 确定。对一般媒质，媒质介电常数和磁导率为 ε, μ ，复波数 k 为
k = ω με = β − jα
广义线性媒质（1.1-3）
β 为相位常数， α 为衰减常数， k 可以表示媒质中波的衰减和相移特性。复波阻抗η 定义为
（1.1-8）
ε εG G
α = 0 表示波 E 和 HG 在传G播过程中不衰减。η 辐角为零，
表示在任一固定位置上 E 和 H 同相。
1.1.4 相速度和相波长
已知电磁波频率为 f ，角频率为 ω = 2π f ，相位常数
为 β 。则相速度 v p 定义为波的等相位面移动的速度，可以
表示为
相速度为视在速度，沿不同观察方向相速度不同
复振幅：幅度和相位随位置z变化
( ) U ( z)
=
A
z
jφ ( z )
e
[ ] u(z,t) = Re U (z)e jωt u(z,t) = A(z)cos[ωt + φ(z)]
u(z,t)
=
A(z ) cos[ωt
]取出幅度函数
+φ(z)
A(z )
取出余弦函数初相φ (z)
( ) U ( z)
η=
μ ε
= η e jφη
（1.1-4）
η 可以描述媒质中传播的均匀平面波电场强度和磁场强度的
大小和相位关系。
自由空间中，介电常数和磁导率分别为 ε 0 、 μ0 ，波数和波
阻抗为
⎧k = ω ⎪⎪⎨β = ω
μ0ε 0 μ0ε 0
⎪⎪⎩α = 0
（1.1-5）
η = μ0 = 377Ω
（1.1-6）
在无界自由空间、无界理想介质中传输的均匀平面波相速度与频率无关，不产生色散。而在有耗媒质（如导电媒质）中传输，相速度与频率有关，会产生色散。这种色散是由于媒质本身有耗而产生的，称为媒质色散。
1.1.7 激励均匀平面波的源
均
匀
平
G
面
K
波
⎯理⎯想⎯激励⎯源→
无限大均匀面电流激励均匀平面波
局
部
区
域
G
Ex
(
G r
,
t
)
=
E
x
(
G r
)
cos
⎡⎣ωt
+
φx
(
G r
)⎤⎦
第一次作业
u(t) = Acos(ωt + φ )
( ) u(t ) = Re Ae jφ e jωt
复数表示（复振幅）：U = Ae jφ
u(z,t) = A(z)cos[ωt +φ(z)]
[ ] u(z,t ) = Re A(z)e jφ(z)e jωt
（1）电磁场满足麦克斯韦方程组。（2）从存在空间上来讲具有无限性，除理想激励源外无边无际，在传播过程中无任何遮挡限制和媒质变化。（3）在分析均匀均匀平面电磁波时，通常给定电磁波的频率，这意味着这种电磁波通常是指一种单频电磁波，即从存在时间上来讲也应具有无限性，持续
时间应从 t = −∞ 到t = +∞ 。
（4）电磁场等相位面和等幅度面是平面，且二者重合。
（5）电场强度和磁场强度之比等于媒质固有波阻抗η 。
（6）向+z 方向传播的波具有 e− jkz 形式的传播因子，波的衰减和相移由媒质固有波数 k = β − jα 确定，实部α 为衰
减常数，虚部 β 为相位常数。
（7）相速度v p 、相波长 λp 、群速度 vg 由相位常数 β 和角频率ω 的关系确定。
ε0 G G
α = 0 表示波 E 和G H 在G传播过程中不衰减。η 辐角为零，表
示在任一固定位置上 E 和 H 同相。
在理想介质中，介电常数和磁导率分别为 ε 、 μ ，电导率σ = 0 ，则有
⎧k = ω με ⎪⎪⎨β = ω με ⎪⎪⎩α = 0
（1.1-7）
η = μ = μ ∠0D
界空间的波有什么异同？
（4）这种波传播的相速度 v p
=
ω β
、 vg
=
dω dβ
都是多少？与无界空间的
波有什么异同？
（5）这种波会有色散吗？都与哪些因素有关系？
Zg
画成熟悉的电路形式：始端接信号源，终端接负载
Zg
终端开路
Zg
终端短路
第二章
Zg
传输线理论
所示交流电路处于稳恒状态时，按图示定义负载端、信号源
第一次作业
1.3 时谐场量的复数表示
在微波技术基础中，所研究的电磁场和电路随时
间都按正弦或余弦规律以角频率 ω 变化，是时谐电
磁场和交流电路。对时谐电磁场和交流电路问题，采用场量和电路
量的复数表示来分析比较方便。这种方法实际上是将空间坐标和时间坐标进行一次分离变量。
u ( z,t ) = A( z) cos ⎡⎣ωt + φ ( z)⎤⎦
Z1
=
UI11
、 U
和 I 定义的阻抗 Z
=
U I
是否相等？
线电流向空心金属管（波导）内辐射
（1）这样的单根空心金属管能传输电磁波吗？是否有什么限制条件？（2）如果能传电磁波，这种波还是平面波吗？还是均匀平面波吗？其电场强度和磁场强度是什么关系？和无界空间的均匀平面波、双导线上的电磁波有
以往我们学习过的电磁波的最基本形式是无界空间的均匀平面波。在微波技术课中，将对电磁波问题进行进一步学习，首先需要明确以下几点：
（1）微波也是一种电磁波，具有电磁波的全部性质，所以当然也可以在无界空间以均匀平面波的形式存在。
（2）事实上，在无界空间中，电磁波可以存在的形式有无穷多种，均匀平面波只是其中最基本、最简单的一种。
vp
=
ω β
，λp
=
vpT
=
2πvp ω
= 2π β
，
vg
= dω dβ
（8）对有耗媒质，波的相速度随频率变化，这种现象称
为色散。
1.1.3 均匀平面波解和媒质波数、波阻抗
E x
在无界空间中，沿+z 方向传播的可能
均匀平面波 E0e−α ze− jβ z （1.1-1）
τ g 表示，有
τg
=
1 vg
=
dβ dω
（1.1-12）
t
t
vp
t vg
t
vp ≠ 0⎪⎫ vg = 0⎪⎭⎬
1.1.6 媒质色散
调制信号
波形畸变信息失真
A
B
实际通信中，信号要进行传播，必然要经由一定的空间和媒质。如果传输信息的媒质或空间相速度与频率有关，则传播一定距离后，信号波形会发生畸变，即产生色散。
近
K
似
均
匀
平
面
波
G K
锯齿边缘有限尺寸均匀面电流在局部产生近似均匀平面波
北航电磁工程实验室微波暗室紧缩场
Eθ H ϕ
= η jIl e− jkr sinθ 2λr
= jIl e− jkr sinθ 2λr
⎫ ⎪⎪ ⎬ ⎪ ⎪⎭
位于坐标原点的 z 向电流元在θ → π 、 r → ∞ 时辐射场局部近似为均 2
HFSS模拟
微波技术→双T和魔T，微波网络
对双导线也不能简单用以前所学电路模型去处理！
均
匀
平
G
面
K
波
均匀平面波
电磁波辐射、天线
通过上述实例，可知微波技术要研究的问题和电磁场
与电磁波、天线等课程要研究的问题的主要区别在于在于