天线-第1章-天线基础微波技术与天线

微波技术与天线复习知识要点绪论●微波的定义：微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段,它属于无线电波中波长最短的波段;●微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~●微波的特点要结合实际应用：似光性,频率高频带宽,穿透性卫星通信,量子特性微波波谱的分析第一章均匀传输线理论●均匀无耗传输线的输入阻抗2个特性定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注：均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关;两个特性：1、λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in z= Z in z+λ／22、λ／4变换性: Z in z- Z in z+λ／4=Z02证明题：作业题●均匀无耗传输线的三种传输状态要会判断1.行波状态：无反射的传输状态▪匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗▪沿线电压和电流振幅不变▪电压和电流在任意点上同相2.纯驻波状态：全反射状态▪负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态3.行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数●传输线的三类匹配状态知道概念▪负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形,此时只有从信源到负载的入射波,而无反射波;▪源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗时,电源和传输线是匹配的,这种电源称之为匹配电源;此时,信号源端无反射;▪共轭阻抗匹配：对于不匹配电源,当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时,即当Z in=Z g﹡时,负载能得到最大功率值;共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率;●传输线的阻抗匹配λ／4阻抗变换P15和P17●阻抗圆图的应用与实验结合史密斯圆图是用来分析传输线匹配问题的有效方法;1.反射系数圆图：Γz=|Γ1|e jΦ1-2βz= |Γ1|e jΦΦ1为终端反射系数的幅度,Φ=Φ1-2βz是z处反射系数的幅角;反射系数圆图中任一点与圆心的连线的长度就是与该点相应的传输线上某点处的反射系数的大小;2.阻抗原图点、线、面、旋转方向：➢在阻抗圆图的上半圆内的电抗x＞0呈感性,下半圆内的电抗x＜0呈容性;➢实轴上的点代表纯电阻点,左半轴上的点为电压波节点,其上的刻度既代表r min又代表行波系数K,右半轴上的点为电压波腹点,其上的刻度既代表r max又代表驻波比ρ;➢|Γ|=1的圆图上的点代表纯电抗点;➢实轴左端点为短路点,右端点为开路点,中心点处是匹配点;➢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;3.史密斯圆图：将上述的反射系数圆图、归一化电阻圆图和归一化电抗圆图画在一起,就构成了完整的阻抗圆图;4.基本思想：➢特征参数归一阻抗归一和电长度归一；➢以系统不变量|Γ|作为史密斯圆图的基底；➢把阻抗或导纳、驻波比关系套覆在|Γ|圆上;●回波损耗、功率分配等问题的分析✓回波损耗问题：1.定义为入射波功率与反射波功率之比通常以分贝来表示,即Lrz=10lgP in／Pr dB对于无耗传输线,ɑ=0,Lr与z无关,即Lrz=-20lg|Γ1| dB2.插入损耗：定义为入射波功率与传输功率之比3.|Γ1|越大,则| Lr |越小；|Γ1|越小,则| L in|越大;P21:有关回波损耗的例题例1-4✓功率分配问题：1.入射波功率、反射波功率和传输功率计算公式反映出了它们之间的分配关系;P192.传输线的传输效率：η=负载吸收功率／始端传输功率3.传输效率取决于传输线的损耗和终端匹配情况第二章规则金属波导●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;知道概念➢TEM波：导行波既无纵向磁场有无纵向电场,只有横向电场和磁场,故称为横电磁波;E z=0而H z=0➢TM波E波：只有纵向电场,又称磁场纯横向波;E z≠0而H z=0➢TE波H波：只有纵向磁场,又称电场纯横向波;E z=0而H z≠0●导行条件：k c＜k时,f＞f c为导行波;●矩形波导、圆波导主要模式的特点及应用✧矩形波导：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;1)纵向场分量E z和H z不能同时为零,不存在TEM波;2)TE波：横向的电波,纵向场只有磁场;➢TE波的截止波数k c,➢矩形波导中可以存在无穷多种TE导模,用TE mn表示;➢最低次波形为TE10,截止频率最低;3)TM波➢TM11模是矩形波导TM波的最低次模,其他均为高次模;4)主模TE10的场分布及其工作特性➢主模的定义：在导行波中截止波长最长截止频率最低的导行模➢特点：场结构简单、稳定、频带宽和损耗小等;✧圆波导：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;➢应用：远距离通信、双极化馈线以及微波圆形谐振器等;➢圆形波导也只能传输TE和TM波形;➢主模TE11,截止波长最长,是圆波导中的最低次模;圆波导中TE11模的场分布与矩形波导的TE10模的场分布很相似,因此工程上容易通过矩形波导的横截面逐渐过渡变为圆波导;即构成方圆波导变换器;➢圆对称TM01模：圆波导的第一个高次模,由于它具有圆对称性故不存在极化简并模;因此常作为雷达天线与馈线的旋转关节中的工作模式;➢低损耗的TE01模：是圆波导的高次模式,它与TM11模是简并模;它是圆对称模,故无极化简并;当传输功率一定时,随着频率升高,管壁的热损耗将单调下降;故其损耗相对于其他模式来说是低的,故可将工作在此模式下的圆波导用于毫米波的远距离传输或制作高Q值的谐振腔;●熟悉模式简并概念及其区别1.矩形波导中的E-H简并：对相同的m和n,TE mn和TM mn模具有相同的截止波长或相同的截止频率;虽然它们的场分布不同,但是具有相同的传输特性;2.圆波导中有两种简并模：➢E-H简并：TE0n模和TM1n模的简并➢极化简并模：考虑到圆波导的轴对称性,因此场的极化方向具有不确定性,使导行波的场分布在φ方向存在cosmφ和sinmφ两种可能的分布,它们独立存在,相互正交,截止波长相同,构成同一导行模的极化简并模;●熟悉矩形波导壁电流分布及应用●波导激励的几种类型1.电激励2.磁激励3.电流激励●方圆波导转换器的作用圆波导中TE11模的场分布与矩形波导的TE10模的场分布很相似,因此工程上容易通过矩形波导的横截面逐渐过渡变为圆波导;即构成方圆波导变换器;第三章微波集成传输线●带状线、微带线的结构及特点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;➢主要传输的是TEM波;可存在高次模;➢用途：替代同轴线制作高性能的无源元件;➢特点：宽频带、高Q值、高隔离度➢缺点：不宜做有源微波电路;2.微带线：➢是由双导体传输线演化而来的,即将无限薄的导体板垂直插入双导体中间,再将导体圆柱变换成导体带,并在导体带之间加入介质材料,从而构成了微带线;微带线是半开放结构;➢工作模式：准TEM波●带状线、微带线特征参数的计算会查图➢带状线和微带线的传输特性参量主要有：特性阻抗Z0、衰减常数ɑ、相速v p和波导波长λg ●介质波导主模及其特点➢主模HE11模的优点：a)不具有截止波长；b)损耗较小；c)可直接由矩形波导的主模TE10激励;第四章微波网络基础●熟练掌握阻抗参量、导纳参量、转移参量、散射参量结合元件特性和传输参量的定义P84-P93➢阻抗矩阵Z➢导纳矩阵Y➢转移矩阵A➢散射矩阵S➢传输矩阵T●掌握微波网络思想在微波测量中的应用三点法的条件➢前提条件：令终端短路、开路和接匹配负载时,测得的输入端的反射系数分别为Γs,Γo和Γm,从而可以求出S11, S12, S22;第五章微波元器件●匹配负载螺钉调配器原理、失配负载；衰减器、移相器作用➢匹配负载作用：消除反射,提高传输效率,改善系统稳定性；➢螺钉调配器：螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配原件,它是在波导宽边中央插入可调螺钉作为调配原件;螺钉深度不同等效为不同的电抗原件,使用时为了避免波导短路击穿,螺钉·都设计成为了容性,即螺钉旋入波导中的深度应小于3b/4b为波导窄边尺寸;➢失配负载：既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率,而且一般制成一定大小驻波的标准失配负载,主要用于微波测量;➢衰减器,移相器作用：改变导行系统中电磁波的幅度和相位；●了解定向耦合器的工作原理P106➢定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件,它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的;➢利用波程差;●熟练掌握线圆极化转换器的工作原理及作用●了解场移式隔离器的作用P122➢根据铁氧体对两个方向传输的波型产生的场移作用不同而制成的;●了解铁氧体环行器的分析及作用P123➢环行器是一种具有非互易特性的分支传输系统;第六章天线辐射与接收的基本理论第七章电波传播概论●天波通信、地波通信、视距波通信的概念1.天波通信：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,也成为电离层电波传播;主要用于中波和短波波段2.地波通信：无线电波沿地球表面传播的传播方式;主要用于长、中波波段和短波的低频段;3.视距波通信：指发射天线和接收天线处于相互能看见的视距距离内的传播方式;地面通信、卫星通信以及雷达等都可以采用这种传播方式;主要用于超短波和微波波段的电波传播●天线的作用●无线电波传输是产生失真的原因无线电波通过煤质除产生传输损耗外,还会使信号产生失真——振幅失真和相位失真两个原因：1.煤质的色散效应：色散效应是由于不同频率的无线电波在煤质中的传播速度有差别而引起的信号失真;2.随机多径传输效应：会引起信号畸变;因为无线电波在传输时通过两个以上不同长度的路径到达接收点;接收天线收到的信号是几个不同路径传来的电场强度之和;。

第 1 章 电 磁 场 与 电 磁 波 的 基 本 原 理电 磁 场 的 基 本 方 程一、电磁场中的基本场矢量电磁场中的基本场矢量有四个:电场强度E,电位移矢量D,磁感应强度B 和磁场强度H 。

(一) 电场强度E 场中某点的电场强度E 定义为单位正电荷在该点所受的力,即 ： 电场强度E 的单位为伏/米(V/m)。

(二) 电位移矢量D如果电解质中存在电场,则电介质中分子将被极化,极化的程度用极化强度P 来表示。

此时电介质中的电场必须用电位移矢量D 来描写。

它定义为 ： 在SI 单位制中,D 的单位为库仑/米2(C/m2)。

对于线性媒质中某点的电极化强度P 正比于该点的电场强度E 。

在各向同性媒质中某点的P 和E 方向相同,即 ： 故 ，式中ε=ε0(1+χe)称为介质的介电常数,而εr=1+χe 称为介质的相对介电常数。

(三) 磁感应强度B磁感应强度B 是描写磁场性质的基本物理量。

它表示运动电荷在磁场中某点受洛仑兹力的大小。

磁感应强度B 定义为： (四) 磁场强度H如果磁介质中有磁场,则磁介质被磁化。

描写磁介质磁化的程度用磁化强度M 来表 示。

此时磁介质中的磁场必须引入磁场强度H 来描写,它定义为： M 和H 的单位为安培/米 (A/m)。

在各向同性媒质中M 和H 方向相同。

即有： 故 B=μ0(H+M)=μ0(1+χm)H=μ0μrH=μH 。

式中χm 称为媒质的磁极化率,它是一个没有量纲的纯数。

μ=μ0(1+χm)称为媒质的磁导率。

μr=1+χm 称为相对磁导率。

二、全电流定律式中Jc 和Jd 分别为传导电流密度和位移电流密度,ic 和id 分别为传导电流和位移电流。

三、电磁感应定律感应电场沿着任意的封闭曲线的积分应等于感应电势,用数学式子表示即为 ：由此得出一个结论:随时间变化的磁场会产生电场,而且磁通量的时间变化率愈大,则感应电动势愈大、电场愈强;反之则愈弱。

同时,穿过一个曲面S 的磁通量为：F E q =0D E P ε=+0e P x Eε=0000(1)e e r D E x E x E E E εεεεεε=+=+==F qv B=⨯0B H M μ=-m M Hχ=()()D e c l e d l Sc Sd H dl i i i dt H dl J J dS dD J dS dtφ===+=+=+⎰⎰⎰⎰ ml d e E dL dtφ==-⎰ m S l SB dS d E dL B dS dt φ==-⎰⎰⎰四、高斯定律 在普通物理中讨论了静电场的高斯定律,即： 式中V 是封闭曲面S 所包围的体积,∑q 为封闭曲面S 所包围的自由电荷电量的代数和，ρ为S 曲面所包围的自由电荷的体密度。

课程名称：微波技术与天线课程代码：02367理论第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点微波技术与天线是电子与信息工程专业、通信技术专业的一门专业基础课;该课程研究的基本内容是电磁场的基础理论、导行电磁波和导模概念、各个导行波场的求解方法、传输线的基本理论和计算方法、微波网络基础与器件、天线的基本概念、基本理论及天线的基本结构并且与现代通信紧密相关的新技术;二、课程目标与基本要求通过本课程的学习,可以使学生掌握微波与天线的基本概念、基本理论和基本分析方法;并在此基础上,学会利用所学知识去解决微波与天线领域的工程实际问题,为今后从事微波与天线研究和工程设计工作打下良好的基础;三、与本专业其他课程的关系本课程的前导课程是高等数学、电路分析基础、数学物理方法、电磁场理论;是无线通信技术的基础课程;第二部分考核内容与考核目标第一章场论与静态电磁场一、学习目地与要求本章主要研究静态电磁场的基本规律和分析方法;通过本章的学习,使学生能够理解电荷与电流密度的概念,理解并掌握电流连续性方程；理解并掌握静电场和恒定磁场的基础—库仑定律和安培力定律,牢固建立静电场和恒定磁场的概念,并能根据不同电荷分布和电流分布的相关电磁场强度计算表达式,计算一些典型电荷分布和电流分布的电场强度和磁感应强；牢固掌握静电场和恒定磁场的基本方程 ,深刻理解静电场和恒定磁场的基本性质；深刻理解电位和磁位的物理意义,掌握电位与电场强度、磁位与磁感应强度的关系；了解电介质极化和磁介质磁化的物理过程;二、考核知识点与考核目标（一）场论一般识记：矢量运算中的相关规则及矢量恒等式理解：标量场与矢量场的概念、标量场的等值面和矢量场的矢量线、矢量场的散度与旋度、标量场的梯度;应用：应学会应用矢量分析这一重要数学工具去研究电磁场在空间的分布和变化规律;（二）静电场次重点识记：电荷与电荷密度、电场强度、均匀介质中的电场理解：、电场强度的相关计算公式、库仑定律应用：用静电场的基本方程高斯定律求解静电场、计算点电荷系统和一些连续分布电荷系统的电位（三）稳恒电流场一般识记：电流密度、欧姆定律、焦耳定律的微分形式理解:、电荷守恒定律、稳恒电流场的基本方程四恒定磁场次重点识记：磁感应强度、介质的磁化理解：稳恒磁场的基本方程、矢量磁位、磁介质中的安培定律应用：运用安培环路定律求解具有一定对称性分布的磁场、利用矢量磁位求解一些简单的磁场分布问题第二章电磁波原理一、学习目地与要求本章主要讨论了时变电磁场的普遍规律、电场和磁场在交替变化的过程中所形成的电磁波的相关特性,并重点讲述了均匀平面电磁波在无界空间的传播特性和在分界面上的反射和透射特性;通过本章的学习,要求学生们必须牢固掌握麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式,深刻理解其物理意义；必须正确理解和使用边界条件、深刻理解坡印廷矢量的物理意义并能用其分析计算电磁能量的传输情况；掌握电磁场的波动方程以及理解矢量位和标量位的概念和满足的相应方程；深刻理解和掌握均匀平面电磁波在无界理想介质中的传播特性,理解描述传播特性的参量的物理意义；掌握三种极化方式的产生条件；熟练掌握平面电磁波对理想导体和理想介质垂直入射时的分析方法和过程；理解平面电磁波向理想导体界面的斜入射;二、考核知识点与考核目标（一）时变电磁场重点识记：正弦电磁场的复数表示法、坡印廷定理、波动方程、唯一性定理理解：麦克斯韦方程、时变场的边界条件、坡印廷矢量应用：从麦氏方程出发,结合边界条件求解相关问题;（二）平面电磁波重点识记：沿任意方向传播的平面波理解：理想介质中的均匀平面波、波的极化应用：计算在自由空间传播的均匀平面波的电场强度或磁场强度；计算描述均匀平面波传播特性的参量如波矢量、波阻抗等；计算坡印廷矢量（三）平面电磁波的反射与折射次重点识记：垂直极化波、平行极化波、理解：垂直极化波入射、平行极化波入射、全透射与全反射（四）平面电磁波向理想导体界面的斜入射一般识记：垂直极化波斜入射、平行极化波斜入射第三章 导行电磁波一、 学习目地与要求本章主要讨论电磁波在导波系统中的传输问题;通过本章的学习,要求同学们必须掌握求解波导中场的重要方法—纵向场分析法,该方法中所涉及到的有关物理量,如传播常数、截止波数的物理意义必须深刻理解,计算公式必须牢固掌握；牢固掌握波沿规则波导传输的一般特性；熟知波沿不同形状的波导传输的相关特性,如矩形波导、圆形波导等,重点掌握矩形波导中的主要传输模式—10TE 模；必须了解同轴线中的传输模式,并能通过恰当选择尺寸的情况下,保证TEM 波的传输；了解波导激励与耦合的方式;二、考核知识点与考核目标（一）规则波导的分析方法和一般特性重点识记：波导中的波型—TE,TM 和TEM 波、波的速度—相速度,群速度、波导波长、波阻抗理解：不同模式的传输条件、截止现象和截止波长应用：能用纵向场法求解波导中电磁波的场解、应用相关公式求出波导中描述波传输特性的相关参量;（二）金属矩形波导的场解重点理解：矩形波导中不同波型的场解、矩形波导中的传输特性、波导的功率容量应用：计算不同模式的截止波长、能确定波导中能传输或截止的模式、熟悉单模传输条件、能绘出10TE 模式的场结构,壁电流分布、计算10TE 模式的相关传输参量（三）圆柱形波导次重点识记：圆波导中不同波型的场解理解：圆波导中的三个主要波型及其应用（四）同轴传输线次重点识记：、同轴线中的高模及尺寸选择理解：同轴线中的TEM 波（五）波导的激励与耦合一般识记：波导激励的方式及激励装置第四章 微波传输线的基本理论一、 学习目地与要求本章以双导线为例用路的分析方法主要讨论了微波传输线上的传输特性和电压电流的分布规律,同时推出了一种重要的计算工具—阻抗圆图,并将这一计算工具应用于工程实际中,如阻抗匹配技术;通过本章的学习,要求同学们必须深刻理解微波传输线的分布参数概念,了解传输线方程及其解以及传输线的工作特性参数；必须掌握传输线的三种不同工作状态的条件和特点；必须掌握用阻抗圆图来解决传输线应用中的计算问题；了解不同阻抗匹配器的匹配方法,学会在阻抗匹配时用阻抗圆图来进行计算；了解微波集成电路的主要组成部分—微带线二、考核知识点与考核目标（一）微波传输线的分析次重点识记：分布参数概念、传输线方程及其一般解理解：传输线方程的定解已知终端电压和电流、传输线的工作参数,如特性阻抗、反射系数、输入阻抗、传播常数、相速及波长;应用：应用相关公式计算传输线上的电压和电流、反射系数、输入阻抗（二）均匀无耗传输线的工作状态重点理解：形成行波状态、驻波状态、行驻波状态的条件和特点应用：求出不同工作状态下的电压、电流、输入阻抗、驻波比,并能绘制出相关图形;（三）阻抗圆图重点应用：在传输线问题的相关运算中使用阻抗圆图来进行计算;（四）传输线的阻抗匹配重点应用：会采用不同的阻抗匹配器进行传输线的阻抗匹配（五）微带传输线一般识记：对称微带和不对称微带的演变过程及结构、它们中所传输的波型第五章微波网络与元器件一、学习目地与要求本章主要讨论了微波等效电路的方法,这就是将本质上是场的问题转化为电路问题来处理的重要方法,这对处理横截面形状不均匀物体时极为有用,如微波元器件的分析和处理;通过本章的学习,要求同学们必须掌握如何将波导等效为双线传输线、不均匀体等效为网络,必须深刻理解模式电压和模式电流的意义；必须深刻理解网络参量的物理意义,并学会用任意网络参量去描述一个具体的微波电路;对于二端口网络的级联其重点放在A 参量, 其余参量中的S参量是微波网络所乐于采用的重要参量；微波网络理论的主要应用场合就是对各种微波元器件的分析和处理,对于各种不同的元器件,必须了解其功能及结构,熟知其工作原理及应用场合;二、考核知识点与考核目标（一）微波网络的等效重点理解：模式电压和模式电流的概念、模式矢量函数的归一化条件、归一化模式电压和归一化模式电流的概念;应用：根据相关条件求对应模式的模式电压和模式电流（二）双端口网络的阻抗矩阵、导纳矩阵及A矩阵A重点,Z、Y次重点识记: 阻抗矩阵、导纳矩阵的特点及性质理解：A参量的特点及性质以及不同电路的A矩阵应用：用A矩阵解决二端口网络的级联问题（三）双端口网络的散射矩阵重点理解：散射参量的物理意义、散射参量的性质应用：求解具体电路的S参量（四）多端口网络的散射矩阵一般识记：多口网络的特点及性质（五）微波元件一般识记：各元件的功能及工作原理第六章天线基本原理一、学习目地与要求本章主要讨论了天线产生辐射场的基本原理和各种不同天线的辐射性能;通过本章的学习,要求同学们必须掌握基本振子的辐射性能；必须深刻理解为了增加辐射电阻,提高天线的辐射能力所采用的振子天线的工作原理；必须了解为了获得较强的方向性和其它特性所采用的天线阵列的性能；必须熟知发射天线和接收天线的电参数；简单了解各种线天线和面天线的辐射性能和应用场合;二、考核知识点与考核目标（一）基本振子的辐射重点理解：电流的场解、电基本振子场解、电偶极子的近区场、电偶极子的远区场、磁基本振子;应用：分析和计算天线的辐射场、辐射方向性、半功率宽度、零功率宽度和副瓣电平以及辐射电阻;（二）振子天线重点理解：对称振子的场解、对称振子的方向性,辐射电阻,输入阻抗、发射天线的参数、天线的极化和天线的频带宽度应用：对称振子天线的辐射与电长度之间的关系,重点掌握半波振子天线的方向图（三）天线阵次重点理解: 直线阵列天线的方向图、波瓣宽度、旁瓣电平等的分析与计算（四）接收天线一般识记：接收天线的电参数（五）常用线天线一般识记：各种常用线天线的工作原理（六）面天线一般识记：抛物面天线和双反射面天线的工作原理说明：该项需编纲教师全面考量该课程内容,并对各章节都给出相应的知识层次重点、次重点、一般,在知识层次下对各知识点提出相应的能力层次要求识记、理解、应用;在分配知识层次和能力层次过程中,应注意以下问题：1、知识层次包括“重点、次重点、一般”三个层次,此三层次在命题中的固定比重分别为：65% ,25%,10%;要求编纲教师在分配知识层次时,除考虑知识点本身的重要性外,兼顾各层次在命题中的比例要求;避免出现某一层次知识点过少,不能满足命题中比例要求的情况;2、①能力层次包括“识记、理解、应用”三个层次,此三层次在命题中无固定比重要求,需编纲教师结合本课程的具体考核要求给出比例在“有关说明与实施要求”中给出比例,并在分配知识点能力层次时结合命题比例,做到大纲与试卷要求统一;②大纲中知识点的能力层次分配应全面涵盖三个能力层次,尽量不要缺少,但各章节不是必须全有三个层次的知识点,应根据各章实际情况具体安排;3、大纲中的考核知识点只具体到章,不需要将知识点细化到节;第三部分有关说明与实施要求一、考核的能力层次表述本大纲在考核目标中,按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求;各能力层次为递进等级关系,后者必须建立在前者的基础上,其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义,并能正确认识和表述,是低层次的要求;理解：在识记的基础上,能全面把握基本概念、基本原理、基本方法,能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系,是较高层次的要求;应用：在理解的基础上,能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题,是最高层次的要求;说明：省考委统一加以说明,编纲教师不需自行解释;二、教材1、指定教材电磁波工程国防科技大学出版社朱建清第一版2、参考教材微波技术与天线电子工业出版社殷际杰第一版说明：1、大纲中的指定教材为省自考委核准的指定教材,此次配合我省自考教材清理工作,部分课程教材已由主考校提出审核意见并要求调整为推荐教材,如编纲教师认为需更换指定教材或推荐教材不合理,需提交由主考校盖章的教材变更报告,经批准后,方可更改;2、所列教材均需写明：书名、出版社、作者、版本,参考教材可以没有;三、自学方法指导1、在开始阅读指定教材某一章之前,先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标,以便在阅读教材时做到心中有数,有的放矢;2、阅读教材时,要逐段细读,逐句推敲,集中精力,吃透每一个知识点,对基本概念必须深刻理解,对基本理论必须彻底弄清,对基本方法必须牢固掌握;3、在自学过程中,既要思考问题,也要做好阅读笔记,把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理,这可从中加深对问题的认知、理解和记忆,以利于突出重点,并涵盖整个内容,可以不断提高自学能力;4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识,培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节,在做练习之前,应认真阅读教材,按考核目标所要求的不同层次,掌握教材内容,在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥,注重理论联系实际和具体问题具体分析,解题时应注意培养逻辑性,针对问题围绕相关知识点进行层次步骤分明的论述或推导,明确各层次步骤间的逻辑关系;说明：该项省考委统一说明,若编纲教师需做个别说明,该部分也可自行撰写;四、对社会助学的要求1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点;2、应掌握各知识点要求达到的能力层次,并深刻理解对各知识点的考核目标;3、辅导时,应以考试大纲为依据,指定的教材为基础,不要随意增删内容,以免与大纲脱节;4、辅导时,应对学习方法进行指导,宜提倡"认真阅读教材,刻苦钻研教材,主动争取帮助,依靠自己学通"的方法;5、辅导时,要注意突出重点,对考生提出的问题,不要有问即答,要积极启发引导;6、注意对应考者能力的培养,特别是自学能力的培养,要引导考生逐步学会独立学习,在自学过程中善于提出问题,分析问题,做出判断,解决问题;7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事,在各个能力层次中会存在着不同难度的试题;8说明：1、该项1-7省考委统一说明;若编纲教师需做个别说明,该部分也可自行撰写;2、该项中对助学学时的分配,需由编纲教师完成;高等教育自学考试规定每学分18学时,请教师按此规定分配学时;涉及实践考核的课程,实践与理论课时应分别列出;五、关于命题考试的若干规定包括能力层次比例、难易度比例、内容程度比例、题型、考试方法和考试时间等1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容;试题覆盖到章,适当突出重点;2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是："识记"为 20 %、"理解"为 30 ％、"应用"为 50％;3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2;4、每份试卷中,各类考核点所占比例约为：重点占65%,次重点占25%,一般占10%;5、试题类型一般分为：试题类型一般分为:填空题、简答题、证明题、计算题等;6、考试采用闭卷笔试,考试时间150分钟,采用百分制评分,60分合格;说明：1、该部分1、3、4、6项省考委统一规定,编纲教师不用自行填写;2、其中第2项“不同能力层次的试题比例”需编纲教师结合大纲中各章知识点能力层次分配给定;3、第5项“试题类型”,也需编纲教师结合命题要求给出;应尽量全面的涵盖该课程考试中可能出现的试题类型,避免出现考试中出现的题型在大纲中没有举出的情况;六、题型示例样题一、 填空题：1、 已知在自由空间中传播的电磁波的电场强度为y ez t E ˆ)2106cos(7.378ππ+⨯= v/m ,可见此波的波长为 ,自由空间的波数为 ,它是沿 方向传播的;2、终端接任意负载L Z 时,距终端为2λ整数倍的各处,其输入阻抗为 ；距终端为4λ奇数倍的各处其输入阻抗为 ;二、简答题：1、空气填充的矩形波导其单模传输条件是什么若兼顾功率容量,该条件有什么变化3、何谓简并圆波导中有几类简并试举例说明;三、证明题：在无耗传输线某选定参考面上测得sc in Z 接短路负载时、oc in Z 接开路负载时、in Z 接实际负载时,试证明负载阻抗四、计算题：1、有一个二端口网络,如下图,图中jx = j2 为归一化电抗,jb = j1为归一化电纳, 试求： 1散射参量矩阵[]S ;2插入衰减a L 用分贝表示及插入相移θ;4、已知某天线在E 平面上的方向函数为1画出其E 面方向图2计算其半功率波瓣宽度;。

第一章均匀传输线理论第章传输1.1节均匀传输线方程及其解1.2节传输线的阻抗与状态参量1.3节无耗传输线的状态分析1.4节传输线的传输功率、效率与损耗1.5节阻抗匹配151.6节史密斯圆图及其应用1.7节同轴线的特性阻抗1.1 均匀传输线方程及其解 本节要点传输线分类均匀传输线等效及传输线方程传输线方程解及其分析传输线的特性参数1.微波传输线定义及分类微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定方向传输因此又称为导波系统 第一类是双导体传输线，它由二根或二根以上平行传输，因此又称为导波系统。

第类是双导体传输线由根或根以平行导体构成，因其传输的电磁波是横电磁波（TEM 波）或准TEM 波，故又称为TEM 波传输线，主要包括平行双线同轴线带状线和微带线等行双线、同轴线、带状线和微带线等。

第二类是均匀填充介质的金属波导管，因电磁波在管内传播，故称为波导，主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等。

第三类是介质传输线，因电磁波沿传输线表面传播，故称为表面波波导，主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。

2. 均匀传输线方程当高频电流通过传输线时，在传输线上有：导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻；在周围产生磁场，即导线存在分布电感；由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明沿线各处有分布电导；两导线间存在电压，其间有电场，导线间存在分布电容。

这四个分布元件分别用单位长分布电阻、漏电导、电感和电容描述。

设传输线始端接信号源，终端接负载，坐标如图所示。

Δz其上任意微分小段等效为由电阻R Δz 、电感L Δz 、电容C Δz z +Δz z z 0和漏电导G Δz 组成的网络。

i (z +Δz ,t )i (z ,t )R ΔzL Δz u (z +Δz ,t )u (z ,t )G Δz C Δz设时刻t 在离传输线终端z 处的电压和电流分别为u (z,t ) 和i (z,t )，+z +z +z z +Δz而在位置z Δz 处的电压和电流分别为u (z Δz,t )和i (z Δz,t )。

2023年微波技术与天线（王新稳著）课后答案下载2023年微波技术与天线（王新稳著）课后答案下载绪篇电磁场理论概要第1章电磁场与电磁波的基本概念和规律1.1 电磁场的四个基本矢量1.1.1 电场强度E1.1.2 高斯(Gauss)定律1.1.3 电通量密度D1.1.4 电位函数p1.1.5 磁通密度B1.1.6 磁场强度H1.1.7 磁力线及磁通连续性定理1.1.8 矢量磁位A1.2 电磁场的基本方程1.2.1 全电流定律：麦克斯韦第一方程1.2.2 法拉第一楞次(Faraday-Lenz)定律：麦克斯韦第二方程1.2.3 高斯定律：麦克斯韦第三方程1.2.4 磁通连续性原理：麦克斯韦第四方程1.2.5 电磁场基本方程组的微分形式1.2.6 不同时空条件下的麦克斯韦方程组1.3 电磁场的媒质边界条件1.3.1 电场的边界条件1.3.2 磁场的边界条件1.3.3 理想导体与介质界面上电磁场的边界条件1.3.4 镜像法1.4 电磁场的能量1.4.1 电场与磁场存储的能量1.4.2 坡印廷(Poyllfing)定理1.5 依据电磁场理论形成的电路概念1.5.1 电路是特定条件下对电磁场的简化表示1.5.2 由电磁场方程推导出的电路基本定律1.5.3 电路参量1.6 电磁波的产生——时变场源区域麦克斯韦方程的解 1.6.1 达朗贝尔(DAlembert)方程及其解1.6.2 电流元辐射的电磁波1.7 平面电磁波1.7.1 无源区域的时变电磁场方程1.7.2 理想介质中的均匀平面电磁波1.7.3 导电媒质中的均匀平面电磁波1.8 均匀平面电磁波在不同媒质界面的入射反射和折射 1.8.1 电磁波的极化1.8.2 均匀平面电磁波在不同媒质界面上的垂直入射 1.8.3 均匀平面电磁波在不同媒质界面上的斜入射__小结习题上篇微波传输线与微波元件第2章传输线的基本理论2.1 传输线方程及其解2.1.1 传输线的电路分布参量方程2.1.2 正弦时变条件下传输线方程的解2.1.3 对传输线方程解的讨论2.2 无耗均匀传输线的工作状态2.2.1 电压反射系数2.2.2 传输线的工作状态2.2.3 传输线工作状态的测定2.3 阻抗与导纳厕图及其应用2.3.1 传输线的匹配2.3.2 阻抗圆图的构成原理2.3.3 阻抗圆图上的特殊点和线及点的移动2.3.4 导纳圆图2.3.5 圆图的应用举例2.4 有损耗均匀传输线2.4.1 线上电压、电流、输入阻抗及电压反射系数的'分布特性 2.4.2 有损耗均匀传输线的传播常数2.4.3 有损耗均匀传输线的传输功率和效率__小结习题二第3章微波传输线3.1 平行双线与同轴线3.1.1 平行双线传输线3.1.2 同轴线3.2 微带传输线3.2.1 微带线的传输模式3.2.2 微带线的传输特性3.3 矩形截面金属波导3.3.1 矩形截面波导中场方程的求解3.3.2 对解式的讨论3.3.3 矩形截面波导中的TElo模3.3.4 矩形截面波导的使用3.4 圆截面金属波导3.4.1 圆截面波导中场方程的求解3.4.2 基本结论3.4.3 圆截面波导中的三个重要模式TE11、TM01与TE01 3.4.4 同轴线中的高次模3.5 光波导3.5.1 光纤的结构形式及导光机理3.5.2 单模光纤的标量近似分析__小结习题三第4章微波元件及微波网络理论概要4.1 连接元件4.1.1 波导抗流连接4.1.2 同轴线——波导转接器4.1.3 同轴线——微带线转接器4.1.4 波导——微带线转接器4.1.5 矩形截面波导——圆截面波导转接器4.2 波导分支接头……微波技术与天线（王新稳著）：内容简介本书是在作者三十多年教学及科研实践基础上编写而成的，系统讲述电磁场与电磁波、微波技术、天线的基本概念、理论、分析方法和基本技术。

微波技术与天线实验报告书实验目的：本实验旨在使学生了解微波技术的基本理论，掌握微波天线的工作原理和设计方法，并通过实验操作加深对微波天线性能测试的理解和应用。

实验原理：微波技术是利用波长在1毫米至1米之间的电磁波进行通信的技术。

微波天线作为微波通信系统中的关键部件，其设计和性能直接影响到通信系统的整体性能。

微波天线通常分为线极化天线和圆极化天线，它们在不同的应用场景中有着不同的优势。

实验设备和材料：1. 微波信号源2. 微波天线测试系统3. 标准天线4. 待测天线5. 测量仪器（如频率计、功率计等）6. 连接电缆及相关配件实验步骤：1. 连接微波信号源和测试系统，确保信号源输出稳定。

2. 将标准天线与待测天线分别连接到测试系统，并记录其性能参数。

3. 调整待测天线的位置和角度，观察其对信号接收的影响。

4. 记录不同条件下的测试数据，包括增益、波束宽度、方向性等。

5. 分析测试数据，评估天线性能，并与理论值进行比较。

实验结果：通过本次实验，我们得到了以下结果：- 待测天线在特定频率下的增益为XX dBi。

- 波束宽度为XX度。

- 方向性比为XX。

- 与标准天线相比，待测天线在XX条件下性能更优。

实验分析：根据实验数据，我们可以分析待测天线的性能特点。

例如，增益的高低直接影响到天线的信号接收能力，波束宽度则决定了天线的覆盖范围。

通过与标准天线的对比，我们可以更清晰地了解待测天线的优势和不足。

实验结论：本次实验成功地完成了微波天线的性能测试，加深了学生对微波技术与天线工作原理的理解。

通过对实验数据的分析，我们认识到了天线设计的重要性以及在实际应用中需要考虑的因素。

实验结果表明，合理的天线设计可以显著提高通信系统的性能。

注意事项：1. 实验过程中应确保所有设备连接正确，避免信号干扰。

2. 在调整天线位置和角度时，应小心操作，避免损坏设备。

3. 实验结束后，应整理实验设备，确保实验室的整洁和安全。

实验日期：[填写实验日期]实验人员：[填写实验人员姓名]指导教师：[填写指导教师姓名]。

微波技术与天线[王新稳][习题解答]第⼀章1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<<此传输线为短线1-3答：当频率很⾼，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每⼀点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每⼀点的电磁波传播，故称其为分布参数。

⽤1111,,,R L C G 表⽰，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。

1-4 解：特性阻抗050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cmB 1=ωC 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解：∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()2201j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'=- 将 2223320,2,42i r U V U V z πβλπλ'===?= 代⼊ 33223420220218j j z Ueej j j V ππλ-'==+=-+=-()3412020.11200--=- ()()()34,18cos 2j te z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- 1-6 解：∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()212321100j j z z U z e U z e πβ''-''==()()()()611100,100cos 6jU z e V u z t t V ππω'=?=+1-7 解：210.20.2130j L e ccm fπρρλ-Γ=-=-==Γ+==由 011L L L Z Z +Γ=-Γ得 0110.2100150110.2L L L Z Z -Γ+===Ω+Γ- 由 ()()()22max0.20.2j z j z L z e e z πββ-'-''Γ=Γ==Γ= 得 max1max120,7.54z z cm λπβ''-===1-8 解： (a) ()(),1in in Z z z ''=∞Γ= (b) ()()0100,0in in Z z Z z ''==ΩΓ= (c) ()()0001in in in in Z Z Z z Z z Z Z -''==ΩΓ==+(d) ()()02200,1/3in in Z z Z z ''==ΩΓ= 1-9 解： 1 1.21.510.8ρ+Γ===-Γmax 0min 75,33Z Z Z Z ρρ==Ω==Ω1-10 解： min2min124z z cm λ''=-= min1120.2,0.514L z ρππβρλ-'Γ===?=+min1min120.2j z z L e β'-'Γ=-=Γ∴ 2420.20.2j jL eeππ-Γ=-=1-11 解：短路线输⼊阻抗 0in Z jZ tg l β= 开路线输⼊阻抗 0in Z jZ ctg l β=- a) 00252063in Z jZ tg jZ tgj πλπλ=?=Ωb) 002252033jZ tg j πλπλ=?=-Ωc) 0173.23in Z jZ ctgj π=-=-Ω d) 02173.23in Z jZ ctg j π=-=Ω 1-12 解： 29.750205010074 0.6215010013o j L L L Z Z j j e Z Z j -++Γ=Γ====++1-13 解：表1-41-17 解： 1350.7oj L e Γ= 1-18 解： minmax0.6U K U =43.2o z β'= ⽤公式求min1min10min1min111L j tg z K jtg z Z Z Z jtg z jKtg z ρββρββ''--==''-- 0.643.25042.8522.810.643.2oojtg j j tg -==-Ω-? ⽤圆图求 ()42.522.5L Z j =-Ω短路分⽀线的接⼊位置 d=0.016λ时()0.516B =- 最短分⽀线长度为 l=0.174λ()0.516B =-1-19 解： 302.6 1.4,0.3,0.30.16100L L lZ j Y j λ=-===+ 由圆图求得 0.360.48in Z j =+ 1824in Z j =+Ω 1.01 1.31in Y j =- ()0.020.026in Y j S =- 1-20 解： 12L Y j =+ 0.5jB j = ()()()()0.150.6 1.460.150.60.960.20.320.380.2 1.31 1.54in in in in Y j Y jB j Y j Z j λλλλ=-+=-=+=-∴ 6577in Z j =-Ω 1-21 解： 11 2.5 2.50.20.2L LY j j Z ===+- 并联⽀节输⼊导纳 min 2.5B ctg l β=-=- min 0.061l λ=此时 1/2.5L Z '= 500/2.5200LZ '==Ω（纯电阻）变换段特性阻抗316Z '==Ω 1-22 解： 1/0.851.34308.66o o L arctg ?=-=-=由 max120L z ?β'=-= 得 max10.43z λ'= 由 min12L z ?βπ''=-=- 得 min10.1804L z ?πλλπ+'== 1-23 解：原电路的等效电路为由 1in Z j '+= 得 1in Z j '=- 向负载⽅向等效(沿等Γ图)0.25电长度得 1in in Z Z ''='则 in in Y Z '''=1-24 答：对导⾏传输模式的求解还可采⽤横向分量的辅助标位函数法。

微波技术与天线考试重点复习归纳第⼀章1.均匀传输线（规则导波系统）：截⾯尺⼨、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。

2.均匀传输线⽅程，也称电报⽅程。

3.⽆⾊散波：对均匀⽆耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导⾏波的相速v p 与频率⽆关, 称为⽆⾊散波。

⾊散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为⾊散特性。

11010010110cos()sin()tan()()tan()cos()sin()in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z jz Z ββββββ++==++02p rv fλπλβε===任意相距λ/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载221021101()j z j zj zj zZ Z A ez eeZ Z A eββββ----Γ===Γ+ 1101110j Z Z eZ Z φ-Γ==Γ+ 终端反射系数均匀⽆耗传输线上, 任意点反射系数Γ(z)⼤⼩均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性4.00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ111ρρ-Γ=+ 1111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波⽐其倒数称为⾏波系数, ⽤K 表⽰5.⾏波状态就是⽆反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。

综上所述, 对⽆耗传输线的⾏波状态有以下结论: ①沿线电压和电流振幅不变, 驻波⽐ρ=1;②电压和电流在任意点上都同相; ③传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e-j2βz此时传输线上任意⼀点z 处的输⼊阻抗为0()tan in Z Z jZ zβ=①沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为⽆功功率, 即⽆能量传输; ②在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最⼤且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最⼤且等于2|A 1|, ⽽电流为零, 称这些位置为电压波腹点。