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电磁场、微波技术与天线图文 (7)

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微波技术与天线课件

微波技术与天线课件
定,是无耗互易网络,每对端口相互隔离:
其中一对匹配:
S12 S34 0 S11 S22 0
(20-6) (20-7)
符合上述条件的即可称为定向耦合器，其［S］矩阵是
微波技术与天线课件
三、四口网络的一般性质
0 0 S13 S14
[S]
0
0
S23
S24
S13 S14
S23 S24
微波技术与天线课件
多口元件
如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S 矩阵来分析多端口元件。
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
微波技术与天线课件
多口元件
它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励
波 a1,a2……an ， 通 过 网 络 ， 出 来 变 成 b1,b2……bn 。 因 此 上 面 矩 阵 可 以 简 化 为
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的微波网技术络与天都线课可件以全匹配。
一、三口网络的一般性质
2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：Sij≠Sji ［性质］无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。 典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同 的环行器：
微波技术与天线课件
平
等 端
分相位
幅输入 反相等
二、三口元件
2. 铁氧体环行器——环行元件
3
1
2
0 0 1 [S] 1 0 0
0 1 0
理想s矩阵
[例1] 理想环行器端口③接匹配负载 L，即o 可构成二 端口隔离器。

《微波技术与天线》课件

《微波技术与天线》课件
《微波技术与天线》PPT 课件
这个PPT课件将为您介绍微波技术与天线的基本概念和应用，从微波技术的 发展历程，到微波器件、微波天线、微波信号传输、微波测量技术、微波辐 射安全等多个方面进行深入讲解。
一、微波技术概述
微波技术的发展历程，基本特征以及在通信领域的应用。
二、微波器件
微波器件的分类
介绍不同类型的微波器件，如微波管、半导 体器件和微波集成电路。
微波天线的设计 与制造
提供设计和制造微 波天线的关键步骤 和技术。
四、微波信号传输
1 微波信号的特点
2 微波信号的传输方式
介绍微波信号的特点，如频率和传输距离。
讲述微波信号的不同传输方式，如无线和 光纤传输。
3 微波信号的功率损耗ຫໍສະໝຸດ 4 微波信号的干扰与抗干扰方法
解释微波信号传输中的功率损耗问题及其 影响。
半导体器件
讲述半导体器件在微波技术中的重要性和功 能。
微波管
深入解释微波管的工作原理和应用。
微波集成电路
介绍微波集成电路的设计和制造过程。
三、微波天线
微波天线的基本 原理
解释微波天线的工 作原理和其在通信 中的作用。
微波天线的分类
介绍不同类型的微 波天线，如方向性 天线和宽带天线。
微波天线的参数
讲述微波天线的常 见参数和它们的意 义。
提供微波信号干扰及其抗干扰方法的详细 信息。
五、微波测量技术
微波测量的基本 原理
介绍微波测量的基 本原理和常见应用。
微波频率计的工 作原理
解释微波频率计的 工作原理以及它在 微波测量中的作用。
微波功率计的工 作原理
深入讲解微波功率 计的工作原理和它 在微波测量中的应 用。

微波技术与天线课件

微波技术与天线课件

第二章 传输线理论
二、驻波状态(全反射情况)
当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波将被全反射，沿线入
射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状态意味着入射波功率一点也没有被负载吸 阿收，即负载与传输线完全失配。
1. 终端短路
U 2 0 A1 A2 Ui2 U r2 0 Ui2 U r2
P z 1 U
I
1
U
2 max
K
2 max min 2 Z0
在不发生击穿情况下，传输线允许传输的最 大功率称为传输线的功率容量
Pbr
1 2
U br 2 Z0
K
第二章 传输线理论
2-4 均匀无耗传输线工作状态的分析
对于均匀无耗传输线，其工作状态分为三种 ：(1)行波状态；(2)驻波状态；(3)行驻波状态
iz,t Re Ize jt
A1 ez cos t z A2 ez cos t z
Z0
Z0
= ii
z,t
ir
z,t
第一部分表示由信号源向负载方向传播的行波，称之为入射波。
其中为电压入射波，为电流入射波。
第二部分表示由负载向信号源方向传播的行波，称之为反射波。
入射波和反射波沿线 的瞬时分布图如图
传输线的输入阻抗
Zin z
U 2cos z sin z
jU 2 Z0
jI2 Z0sin z I2cos z
Z0
ZL Z0
jZ0 jZ L
tg tg
z z
第二章 传输线理论
对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入阻抗随至终端的距
离l的不同而作周期(周期为)变化，且在一些特殊点上，有如下简单
z
Uz Iz

电磁场微波与天线技术课件 第二章 静电场

电磁场微波与天线技术课件 第二章 静电场

重要特征：对位于电场中的电荷有电场力作用。
电磁场微波技术与天线
第2章
静电场
4
2.1.1 电荷与电荷密度 • 电荷是物质基本属性之一。 • 1897年英国科学家汤姆逊(J.J.Thomson)在实验中发现了 电子。 • 1907 — 1913年间，美国科学家密立根(iken)通过 油滴实验，精确测定电子电荷的量值为 e =1.602 177 33×10-19 何带电粒子所带电荷都是e 的整数倍。 • 宏观分析时，电荷常是数以亿计的电子电荷e的集合，故 可不考虑其量子化的事实，而认为电荷量q可任意连续取值。 (单位：C )
单位: C/m2 (库/米2)
如果已知某空间曲面S 上的电荷 面密度，则该曲面上的总电荷q 为
z
S q S r
o x
y
q
S
s (r )dS
电磁场微波技术与天线
第2章
静电场
7
3. 电荷线密度 若电荷分布在细线上，当仅考虑细线外、距细线的距离要 比细线的直径大得多处的电场，而不分析和计算线内的电场时，
第2章
静电场
27
电磁场微波技术与天线
第2章
静电场
28
2.2 静电场的基本方程
2.2.1 静电场散度与高斯定理 静电场的高斯定理（积分形式） 静电场的散度（微分形式） (r ) E (r )

S
1 E (r ) dS
可将线的直径忽略，认为电荷是线分布。线分布的电荷可用电
荷线密度表示。
Δq(r ) dq(r ) l (r ) lim Δl dl Δl 0
z
r
q
单位: C / m (库/米) 如果已知某空间曲线上的电荷线 密度，则该曲线上的总电荷q 为

微波技术与天线 微波元件PPT课件

微波技术与天线 微波元件PPT课件

2021/6/13
22
第22页/共69页
微波电抗性元件
• 微带元件的实现方法 • 预备知识 并联在传输线上的谐振回路 在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效于串联或并联谐振回路。
微带线中的串联电阻
2021/6/13
23
第23页/共69页
微波电抗性元件
• 微带元件的实现方法 • 串联电感和并联电容的实现原则I 微带线带条宽度变窄（特性阻抗增高），可等效成一个串联电感。 微带线带条宽度变宽（特性阻抗降低），可等效成一个并联电容。 注意 等效的前提是变窄或变宽的微带线长度<<工作波长，这样等效电感或电纳才能 与频率成线性关系。
l)
jZ0 tan(vp
l)
当λ/4 <l<λ/2时，输入阻抗为容性。
无论传输线的输入端是呈感性还是容性，其电抗与频率的 关系都是非线性的。
2021/6/13
低频时电感和电容的电抗与频率是成正比的。 二 者 之 间 区 别 的 主 要 原第2因9页就/共是69页微 波 传 输 线 为29分 布 参 数 元 件 ，
27
第27页/共69页
微波电抗性元件
• 微带元件的实现方法 • 并联电容的实现（方法I ） 图（a）中，带条宽度为W’较宽微带线段是特性阻抗为Z0’的低阻抗线段， Z0’ <<邻接微带线特性阻抗Z0：
其T型等效电l 路中的两l 个串联电感可略去l 不计，等效l 电路中只剩下一个并联电容。
BC
Z0'
2021/6/13
10
第10页/共69页
微波电抗性元件
• 波导元件的实现方法 • 电感膜片 电感膜片的相对并联电纳：
bL
BL Y0

《微波与天线》课件

《微波与天线》课件
方向性和增益
根据通信距离和覆盖范围需要，选择合适的天 线方向性和增益。
尺寸和形状
根据波长和系统要求设计合适的天线尺寸和形 状。
材料和制造工艺
选择合适的材料和制造工艺，以满足天线的性 能要求。
常见的微波与天线技术
抛物面天线
通过抛物面反射原理实现高增益 和方向性。
贴片天线
常见于无线通信设备和移动通信 技术中的小型天线。
螺旋天线
通过螺旋结构实现极化控制和宽 带性能。
结语和总结
微波与天线是现代通信和科学技术的关键基础。掌握微波与天线的基本原理 和设计要点对实现高效通信和系统性能至关重要。
《微波与应用领域、原理、分类、设计要点、 常见技术，并总结总结结语。
什么是微波与天线
微波与天线是电磁波及其传输和接收技术的核心组成部分。微波是一种高频电磁波，天线是用于接收和发送电 磁波的装置。
微波与天线的应用领域
通信
微波与天线在无线电通信、卫星通信等领域中 发挥着重要作用。
3 天线特性
天线的特性如增益、方向 性和频率响应对微波系统 的性能起着关键作用。
微波与天线的分类
根据频率
• 射频（RF）微波 • 微波 • 毫米波
根据结构
• 常见天线 • 阵列天线 • 反射天线
根据功能
• 发射天线 • 接收天线 • 双工天线
微波与天线的设计要点
频率选择
根据应用需求选择合适的频率范围和带宽。
医疗
微波与天线被用于医学领域，如磁共振成像 （MRI）和肿瘤治疗。
雷达
微波与天线被广泛应用于雷达系统，用于探测 目标、测距和测速。
遥感
微波与天线被用于地球观测和航空航天领域中 的遥感技术。

第1章 电磁场理论基础 《微波技术与天线(第2版)》课件


•
2. 矢量与标量相乘（数乘）
• 标量与矢量的积为矢量。 u A uA e uA e uA e x x y y z z
•
标量与矢量相乘满足交换律、结合律和分配律。
17
第1章 电磁场理论基础
1.1.2 矢量的代数运算
3. 矢量的乘法
（1）矢量的标积 （点积 ）：为标量 。
等于两矢量的模与两矢量正向夹角的余弦三者之积
A B n A B sin
AB n
在直角坐标系中
ex A B Ax Bx ey Ay By ez Az Bz
A
图1-1-6 矢量的矢积 B

A B A B A B e A B A B e A B A B e y z z y x z x x z y x y y x z
采用哈密尔顿算子
rot A e e e e A e A e A A x y z x x y y z z x y z ex ey ez A x y z Ax Ay Az
运算规则与微分运算规则相似 。
C B C B C B CB x x y y z z cos 0 B C BC
90
例1-1-1 三角形的3个顶点为A（0，0，0）、B（4，6，-2）
(2) (3)
R C B e 6 e 2 e 10 x y z
R 3 1 5 e e e e e cos120 . 47 e cos99 . 73 e cos . 31 R x y z x y z R 35 35 35
A B A B cos
在直角坐标系中

微波技术与天线ppt课件

1
教 材：微波技术与天线 王新稳等编 参考书：微波技术基础 廖承恩
微波技术与天线 刘学观
共48学时，40学时讲授，8学时实验 考试：期终闭卷考试 70%，平时+实验 30%
答疑 时间：周 三 下午 (3:00~5:00) 周 二 晚上 (7:30~9:30)
地点：2#教2406电子科学与技术教研室
• 微波可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部，
利用微波可以研究分子和原子核的结构。 --近代微波 波谱学和量子电子学所依据的基本物理基础。
4 ）非电离性 微 波的量子能量较小，不能改变物质的内部结 构。--探索物质的内部结构。
10
3. 微波的研究方法
场的方法
研
究
方
法
路的方法
麦克斯韦方程组
求波动方程的特解
得到场的时空变化 规律
类比低频电路，采用 等效电压、等效阻抗 等概念。在一定的条 件下，用“路”的理
论求解。 11
4. 微波的传输
源
导行 空间传播
通过波导、同轴电缆、微 带传输线等导行系统进行 电磁能量的“束缚”传输
通过天线形成波束 在空间进行电磁波
的“自由”传输
12
§1.2 微波的应用
发展史： 第一阶段：1940年以前，----实验室早期研究阶段，
频率 300MHz~3GHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 300GHz~3000GHz
7
表2
波段代号
L S C X Ku K Ka U V W
标称波长
(cm)
22 10 5 3 2 1.25 0.8 0.6 0.4 0.3
频率范围
(GHz)
1-2 2-4 4-8 8-12 12-18 18-27 27-40 40-60 60-80 80-100

电磁场微波技术与天线绪论64页PPT


31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
电磁场微波技术与天线绪论
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。

•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
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第7章 微波元件
小功率波导匹配负载如图7-2-5所示，在一段终端短路 的波导段中垂直于波导宽面的中心位置放置一吸收片。吸收 片是用玻璃、陶瓷或胶木等介质做基片，上面涂敷金属粉末、 石墨粉或真空喷镀镍铬合金等电阻性材料。吸收片与电场力 线平行，电场通过时在电阻膜片上感应起电流，从而将吸收 的微波能转变为热能。吸收片的长度一般为几个λg，做成尖 劈形以减小反射。这种匹配负载在10%~15%带宽内可，且 其驻波比低于1.01
第7章 微波元件
图7-2-5 小功率波导匹配负载
第7章 微波元件
小功率同轴线匹配负载如图7-2-6所示，它是通过在同轴
大功率匹配负载须采用“体”吸收的方法。考虑到热量吸 收的同时，还要考虑到散热问题。吸收物体可以是固体(如石 墨和水泥混合物)或液体(通常采用水)。大功率匹配负载常采用 “水负载”，利用流动的水作为微波吸收物质。水是一种很好 的微波吸收材料，其损耗角正切很大，能强烈地吸收微波功率。 水的比热很大，在流动的情况下，可以耗散很大的功率，故适 宜作为大功率微波吸收材料。图7-2-7给出了大功率波导水负 载示意图，它是在波导终端安置劈形玻璃容器，其内通以水， 吸收微波功率。流进的水吸收微波功率后温度升高，根据水的
2π
c
2
1
2π
c
c
上式说明，衰减常数仅与λc有关而与频率无关，具有宽频带 特性。
第7章 微波元件
截止式衰减器结构如图7-2-12所示，其输入输出部分是 同轴线，而起衰减作用的是一圆波导。圆波导的工作模式是 TE○11模，其截止波长λc=3.41R，R为圆波导的半径。若选择 工作波长大于圆波导中TE○11模的截止波长，则圆波导处于 截止工作状态，其中的场将按e－αz规律衰减。这种衰减器的
第7章 微波元件
图7-2-6 小功率同轴匹配负载
第7章 微波元件
图7-2-7 高功率波导水负载
第7章 微波元件
3. 当传输线方向改变时，中间就要接入弯头， 弯头有折
按窄壁弯折(在电场平面弯折)的折角弯头称为E面弯头， 同样地，可按宽壁弯折(在磁场平面弯折)称为H面弯头，如 图7-2-8所示。对于这两种弯头，主要是选择折角尺寸d，使 工作波段内得到最佳匹配。对于3 cm标准波导，E面弯头 d=0.86b，而H面弯头d=0.93a
第7章 微波元件
图7-2-14 E-T分支
第7章 微波元件
图7-2-15 E-T分支各臂输入与输出情况
第7章 微波元件
应当注意到: ① 当TE10波从4端口臂输入时，几何对称 面为电场力线的反对称面，因此1臂与2臂的电特性相对于对 称面是反对称的；② 几何对称面上的驻波状况是与各分支
由于E-T分支是由波导的宽边分支出来的，主波导宽边 上的壁面电流与分支臂上宽边壁面电流是连续的。因此，如 果传输TE10波的主波导用双线等效，则分支臂就等效为一个 串联双线，可用一个电抗表示，如图7-2-16
4. 理想的移相器应该是一个衰减为零、相移量可变的二端
S
0
e
l
其中，β为相移常数； l
el
0
(1) 改变传输线的长度l，可以改变相移。例如在波导宽 边中心加一个或几个螺钉即构成螺钉移相器，因为它相当于 改变了波导的等效长度。
第7章 微波元件
(2) 改变传输线的相位常数，也可以改变相移。因为介 质片所在处的高频电场越强，它对通过波的影响就越大，相 移就越大。所以将图7-2-11或图7-2-13中衰减器的吸收片换 成低损耗介质片(如石英、聚四氟乙烯等)便成为介质片可调 移相器，故通过调节机构改变介质在波导中的位置，可以改 变相移。移相器有各种各样的结构，在这里不再一一列举。
第7章 微波元件
7.2.3 波导分支结构
1. E-T 如图7-2-14所示，分支在波导的宽边上，且与TE10波 的Ey分量平行，故也称为E面分支。 其结构特点为主波导 的两臂1、2以分支臂4(称为电臂) 当TE10波从4端口输入时，1与2端口将有等幅反相的 输出，其电场力线的分布如图7-2-15(a)所示。同理可得图 7-2-15(b)、(c)的力线分布图。
第7章 微波元件
图7-2-4 波导接头
第7章 微波元件
平面接触连接是将两个平接头用螺栓和螺帽旋紧连接， 或用弓形夹夹紧连接。扼流式连接是由一个刻有扼流槽的法 兰和一个平法兰对接而成，其工作原理与扼流式短路活塞相
平接头具有加工方便、体积小、频带宽的优点；缺点是 若机械接触不好，则电接触不良，易引起功率辐射，大功率 时还会发生打火。扼流式接头的优点是安装方便，可防止微 波功率从连接处的隙缝中漏出；缺点是频带较窄。
第7章 微波元件
图7-2-8 波导弯头
第7章 微波元件
如果波导采取缓慢变形就形成圆弧弯头，如图7-2-9所 示。 它同样可分E面弯头和H面弯头两种形式。其圆弧要求 并不严格，一般所用弧度半径R对于E面弯头R≥1.5b，对于H 面弯头R≥1.5a
第7章 微波元件
图7-2-9 波导弯曲
第7章 微波元件
第7章 微波元件
第7章 微 波 元 件
7.1 引言 7.2 简单元件 7.3 阻抗调配器和阻抗变换器 7.4 定向耦合器与功率分配器 7.5 微波谐振器 7.6 微波滤波器 7.7 微波铁氧体元件
第7章 微波元件
7.1 引 言
在微波系统中，微波元件是用来对信号进行各种加工和 处理的。例如对信号进行分配、衰减、隔离、定向传输、相
低频电路中的基本元件是电阻、电容和电感，它们属于 集总参数元件。如同第4章所言，在微波波段，这类元件寄 生参数的影响不能再忽略，它们甚至会完全改变原集总参数 元件的性质。因此在微波波段，必须使用与集总参数元件完 全不同的元件，它们是基于传输线的分布参数性质而制成的。
第7章 微波元件
7.2 简单元件
如果将分支臂4用短路活塞代替，改变短路活塞的位置l， 就可实现对串联电抗jX
第7章 微波元件
图7-2-16 E-T分支等效电路
第7章 微波元件
2. H-T 分支是在主波导的窄壁面上，且与TE10波的磁力线所在 平面平行，故也称为H面分支，如图7-2-17所示。一般标主 波导的两臂为1和2，分支臂为3 因经分支臂中心的几何对称面是3臂TE10波电场的偶对
(3) 当波由1、2两臂等幅反相输入时，则在3臂有“差” 输出，如图7-2-18(c)
(4) 当波由1臂输入时，则在2、3臂有等幅同相输出，即 S21=S31；当波由2臂输入时，则在1、3两臂有等幅同相输出， 即S12=S32
H面分支的等效电路相当于一个具有并联分支的传输线， 如图7-2-19所示。
弯头和弯曲改变的是传输方向，而极化方向不变。有时
需要改变极化方向而传输方向不变， 这就要用到均匀扭转，
其形状示于图7-2-10中，其长度一般选为
l 2n 。1 均g 匀
4
扭转加工比较简单，工作带较宽，但扭转段长度较长。
第7章 微波元件
图7-2-10 扭转波导
第7章 微波元件
7.2.2 衰减器与移相器
分解为垂直分量 和E平' 行分量
E。/' /
无E衰' 减地通过，
其大小为
E' E cos E1 co。s2
第7章 微波元件
图7-2-13 旋转极化衰减器
第7章 微波元件
LA
10
lg
E1 E'
220lgE1 E'40 lg
cos
可见，其衰减量只与旋转角θ有关，而θ可以精确定标，
第7章 微波元件
7.2.1
1. 短路器又称短路负载，其作用是将电磁波能量全部反射 回去。将波导或同轴线的终端用金属导体全部封闭起来即构 成波导或同轴线短路器。实用中的短路器都做成了可调的， 称为短路活塞，可用作调配器、标准可变电抗，广泛应用于 微波测量。
第7章 微波元件
图7-2-1是矩形波导接触式短路活塞结构示意图。为使 活塞与传输线内壁保持良好的接触而又能平滑地移动，一般 均采用固定在活塞上富有弹性的磷青铜片做成梳形的接触片。 弹簧片长度为λ/4，其中λ为工作中心频率波长，这样短路面 是电压波节(电流波腹)点，经过λ/4变换，物理接触点恰好位 于电流波节点处，以减小损耗，避免发生打火。
1. 如图7-2-11所示，它是内含吸收片的一段波导。吸收片 的平面与电力线平行，其对微波能的吸收作用与匹配负载中 吸收片的作用相似。为了减小衰减器输入和输出端的反射， 可以将薄片做成斜面形状(劈形)。
第7章 微波元件
图7-2-11 矩形波导吸收式衰减器
第7章 微波元件
2. 由第5章微波传输线所讲述的内容可知，当λ>λc时，波 不能在波导中传输，处于截止状态，这种波导称为截止波导。 此时波的振幅在波导中按e－αz衰减，且无相位变化。 根据这一特性，可将截止波导作为衰减器。由第5
第7章 微波元件
图7-2-2 矩形波导山字形扼流式短路活塞
第7章 微波元件
图7-2-3是两种同轴线结构的扼流活塞， 其原理相同， 不再重复。
图7-2-3 同轴线短路活塞
第7章 微波元件
接头用于连接传输线，也有接触式和扼流式两种。它们 借助于焊在被连接波导端口上的法兰盘来实现。法兰盘结构 形式有平法兰盘和扼流式法兰盘两种，如图7-2-4所示。
LA=LA(0)+10 lge－2αz=LA(0)+8.68αl 其中，LA(0)是起始衰减量，α近似恒定，因此LA与l成正比， 可以对l进行精确定标。这种衰减器可作为精密衰减器，成
第7章 微波元件
图7-2-12 截止式衰减器
第7章 微波元件
3. 旋转式极化衰减器如图7-2-13所示，它是由三段波导段 构成的。两端是矩-圆和圆-矩过渡波导，里面放一块很薄的 吸收片，其方向平行于矩形波导的宽边，这两段保持不动； 中间工作于TE○11波的圆波导可绕轴旋转，其中也放置一块 很薄的吸收片，并随圆波导一起旋转。其工作过程为：