中山学院微波技术与天线2015B

本门课程的目的是要求学生通过教学与实验，了解微波技术与天线发展的最新技术与现状，初步掌握微波技术与天线的基本知识，基本理论和基本方法，培养学生综合应用的能力。

要求掌握传输线理论、规则金属波导理论、微波网络理论、天线的辐射与接受的基本理论。

在教学环节中，重点讲授微波与天线的基本理论，同时简要介绍微波技术与天线在主要系统中的应用，力求基本理论讲解与工程实践并重。

三、先修课程高等数学、电路分析、电磁场与电磁波。

四、课程教学重、难点教学重点：传输线理论、规则金属波导理论、微波网络理论、天线的辐射与接收的基本理论；教学难点：天线方向图函数、主瓣宽度、副瓣电平、天线极化特性、天线效率及辐射电阻、天线方向系数与增益、输入阻抗、天线有效长度等天线特性电参数的定义等天线相关应用基础。

五、课程教学方法与教学手段课堂教学为主，计算机仿真与实验为辅。

六、课程教学内容第一章绪论（2学时）1. 教学内容（1）微波及其传输的特点；（2）微波研究的主要内容；（3）微波的发展及应用；（4）微波传输的分析方法。

2. 重、难点提示（1）重点是微波传输的分析方法。

第二章均匀传输线理论（7学时）1. 教学内容（1）均匀传输线方程的建立及其求解；（2）传输线的特征参量与状态参量；（3）无耗传输线的状态分析；（4）阻抗匹配；（5）阻抗圆图及其应用。

2. 重、难点提示（1）重点是传输线方程的建立及其正弦波解，输入阻抗、反射系数、驻波比、行波系数的计算及其各参数之间的关系，短路线、开路线电压电流及阻抗的分布特点，λ/4阻抗变换器法，利用阻抗圆图计算阻抗和导纳；（2）难点是传输线方程的建立，驻波比的理解，行驻波状态电压、电流及阻抗的分布特点，λ/4传输线阻抗匹配计算，理解三族圆的基本特征。

第三章规则金属波导（7学时）1. 教学内容（1）导波原理；（2）矩形波导；（3）圆形波导；（4）金属谐振腔。

2. 重、难点提示（1）重点是导行电磁波的传播模式及其传播特性，矩形波导传输条件及传输特性，圆形波导的传播参数及特点，矩形谐振腔基本参数的计算；（2）难点是纵向场分析方法，纵向场求解矩形波导中的场量表达式，圆形波导TE波和TM波的表达式。

课程编号：05064403《微波技术与天线》课程教学大纲（Microwave Technology and Antenna）适用于本科电子信息工程专业总学时：32学时总学分： 2学分开课单位：物理系课程负责人：郑洁执笔人：郑洁审核人：白心爱一、课程的性质、目的、任务《微波技术与天线》是电子信息工程专业的一门重要技术课，属于专业选修课。

是在学习了“电路分析基础”和“电磁场与电磁波”等课程基础上，深入学习无线电频谱中极为重要的波段—微波领域的重要课程，是理论与工程性、实践性较强的课程。

本课程的任务是使学生获得微波技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析和解决实际问题的能力，为今后的深入学习和实际运用打好基础。

二、教学基本要求本课程适用于电子信息工程本科专业。

课程教学要求：掌握传输线的基本理论、传输特性及圆图的应用和阻抗匹配；掌握微波传输线的工作原理，结构特点，传输特性和分析方法；了解微波网络的矩阵参量；了解一些常用微波元器件；掌握天线基本特性参量的物理意义；了解一些常用的天线设备。

三、教学内容、目标要求与学时分配总学时为32学时（其中理论：24学时，实验8学时）（一）绪论教学内容：1、微波的概念2、微波的特点3、微波的历史回顾及现代应用教学目标要求：了解微波频段的划分、微波技术的研究对象、内容，课程的性质、特点、任务和学习方法。

学时分配：2学时（二）传输线理论教学内容：1、传输线方程及其求解2、传输线的特性参量3、均匀无耗传输线工作状态分析4、阻抗圆图及其应用5、传输线的阻抗匹配教学目标要求：了解分布参数，传输线的阻抗特性，行波系数和驻波系数等概念；掌握行波系数和驻波系数的计算、史密斯圆图、传输线的抗阻匹配、支节匹配、线路间的阻抗匹配；理解传输线方程、正弦波解与传输特性，终端短路与开路、终端接纯电抗负载、行驻波、沿线电压电流分布特性。

教学重点：行波系数和驻波系数的计算、史密斯圆图、传输线的抗阻匹配、支节匹配、线路间的阻抗匹配教学难点：传输线方程、正弦波解与传输特性学时分配：8学时（三）微波传输线教学内容：1、交变电磁场基本关系式2、导波系统的传输特性3、常用微波传输线教学目标要求：了解矩形波导、圆波导中TE波、TM波的波场结构、传输特性、壁电流、波导的激励与耦合；了解同轴线，微带线、带状线，平面传输线等的特性。

河南理工大学微波技术与天线课程报告学院：计算机学院专业班级：通信09学号：姓名：成绩：绪论《微波技术与天线》是通信技术专业的主要专业基础课之一，是现代通信工程技术人员必备的知识。

微波技术、天线技术与电波传播是无线通信系统的三个重要环节。

他们共同的基础是电磁场理论,但三者研究的对象和目的有所不同。

微波技术主要研究引导电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输。

微波是电磁波中介于超短波了红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz 至3000GHz。

微波具有似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗干扰特性。

除了上述特性外，它还有以下特点：1、视距传播特性2、分布参数的不确定性3、电磁兼容与电磁环境污染。

天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变为微波设备中的导行波。

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。

电波传播探究电波在空间的传播方式和特点。

课程内容总结本课程共分为10章，包括微波技术、天线与电波传播和微波应用系统三个部分。

第1~5章为微波技术部分，主要讨论了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础和微波元器件，其中在微波集成传输线部分主要讨论了带状线、微带线、耦合微带线及介质波导的传输特性，并对光纤的传输原理及特性做了介绍；在“微波元器件”一章中，从工程应用的角度出发，重点介绍了具有代表性的几组微波无源元器件，主要包括连接匹配原件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。

第6~9章为天线与电波传播部分，主要叙述了天线辐射与接收的基本理论、电波传播概论、线天线及面天线，其中在线天线部分侧重介绍了在工程中常用的鞭天线、电视天线、移动通信基站天线、行波天线、宽频带天线、微带天线等，还对智能天线技术做了简要介绍。

2012—2013学年第1学期一期末 考试拟题人： 袁海军 日期:2012-12-22 学院：电子信息学院 _____________学号：O■E电子科技大学中山学院考试试卷课程名称： 微波技术基础 试卷类型： A 卷 __________考试方式：闭卷 __________审题人： ______________________ 班 级：09无线技术姓 名： ________________________提示：考试作弊将取消该课程在校期间的所有补考资格，作结业处理，不能正常毕业 和授位，请诚信应考。

题号—二二四五六七总分得分一、填空题（共26分，每空2分）1. 微波传输线是一种分布参数电路，其线上的电压电流分布规律可由 _________________ 来描述。

2. 矩形波导传输的主模是 ____________ ,圆波导传输的主模是 _____________ 。

3. 按传输模式分类，光纤分为 _____________ 和 ______________ 。

4. 微带线屮岀现的高次模种类有 ___________ 和 ___________ 。

5. 测得一微波传输线的反射系数模为丨二1/2,则行波系数K= ____________ ,若特性阻抗Z （）=75Q,则 波节点的输入阻抗为Rin= ____________ 。

6•阻抗匹配的方法屮最基木的是采用 ___________________ 和 ________________ 作为匹配网络。

7.-波导匹配双T,其③端口为E 臂，④端口为H 臂，若③端口输入功率为1W,则①端口输出功率 为 ,若①端口理想短路，②理想开路，则④端口输出功率为 __________________________ 。

二、如图为波导扼流式短路活塞，试说明原理。

（7分）□三、圆图完成（要求写出必要的步骤，并在圆图上标示出来）（21分）1. 已知传输线的特性阻抗为Zo ，T 作波长X ＜）=8cm,负载阻抗Z L =（O.2-jO.5）Z o ＞求第一个电压波节点至终端的距离/,驻波比p,行波系数K。

《微波技术与天线》习题答案章节微波传输线理路1.1设一特性阻抗为50Q的均匀传输线终端接负载& =100Q,求负载反射系数L，在离负载0.22, 0.25/1及0.52处的输入阻抗及反射系数分别为多少？解：r i=(Z1-Z0)/(Z1+Z0) = l/3「(0.2人)=二〃"=：疽° 服「(0.5/1) = | (二分之一波长重复性)r(0.252) = -|Z,,(0.22) = Z o Zi + jZ°tan 例=29 43z _ 23.79g0 Z o + tan/?/Z,… (0.252) = 502/100 = 25Q (四分之一波长阻抗变换性)Z,,(0.52) = 100Q (二分之一波长重复性)1. 2求内外导体直径分别为0. 25cm和0. 75cm的空气同轴线的特性阻抗；若在两导体间填充介电常数& =2.25的介质，求其特性阻抗及f = 300MHz时的波长。

解：同轴线的特性阻抗Z0=-^ln-山.ah则空气同轴线Z.=601n- = 65.9Qa当&=2.25 时，Z0=4L In-= 43.90A a当f = 300MHz时的波长：C = 0.67m1.3题设特性阻抗为Z o的无耗传输线的驻波比p ,第一个电压波节点离负载的距离为/mini，试证明此时的终端负载应为Z] = Z0X—土_七耍min 1 1 u • .07X?-jtan/?/minl证明：对于无耗传输线而言：..7_ 7 *Z] +Zo/tan—mini■ i"— ° Z°+Z"tan% 函=ZJ P由两式相等推导出：Z|=Z°x上些久些Q — J tan 风顽11.4传输线上的波长为：C/f久=# = 2m因而，传输线的实际长度为：2I =里=0.5m4终端反射系数为：=R I-Z Q =_竺如96]&+Z。

《微波技术与天线》课程教学标准目录一、课程名称二、适用专业三、必备基础知识四、课程的地位和作用五、主要教学内容描述六、重点和难点七、内容及要求模块一：电磁场理论基础1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法模块二：微波技术1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法模块三：天线技术1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法模块四：电波传播1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法八、说明1、建议使用教材和参考资料2、模块学时分配3、考核方法及手段4、注意事项5、其他说明一、课程名称：微波技术与天线二、适用专业：通信技术、通信网络与设备、移动通信技术、电子信息工程技术等通信工程系各专业。

三、必备基础知识1．应当学习的课程（1）高等数学知识（2）普通物理知识（3）电路分析基础（4）低频电子线路（5）高频电子线路（6）数字电子线路2．应当掌握的基本知识（1）微积分知识（2）矢量代数知识（3）极坐标与球坐标知识（4）场与场论知识（5）电磁波的相关知识（6）麦克方程组知识3．应当具有的技能（1）电路安装与调试技能（2）通信设备的使用技能（3）通信网络的安装与调试技能（4）电路的安装与调试技能四、课程的地位和作用1、课程的地位《微波技术与天线》是通信工程系通信技术、通信网络与设备、移动通信技术、电子信息工程技术等各专业的一门专业方向课程。

2、课程的作用《微波技术与天线》是通信技术专业的主要专业基础课之一，是现代通信工程技术人员必备的知识。

微波技术、天线技术与电波传播是无线通信系统的三个重要环节。

本课程的任务是理解麦克斯韦方程组，了解电磁波的形成、分类与极化；了解天线在无线通信系统中作用以及天线的分类；熟悉天线辐射的基本原理；熟悉发射天线与接收天线的主要特性参数；熟悉对称天线、折合天线、引向天线、电视发射天线、移动通信基站天线等线天线的结构、特点、工作原理与安装调试方法；熟悉螺旋天线、对数周期天线等宽频带天线的结构、特点、工作原理与安装调试方法；熟悉天线阵的原理、分类以及辐射特性；熟悉缝隙天线与微带天线的结构、主要特点、辐射原理与方向特性；熟悉喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线等面天线的结构、主要特点、辐射原理与方向特性；熟悉各种天线的安装、调试与测试技术；熟悉地波传播、天波传播与视距传播等电波传播知识；熟悉均匀传输线、波导、微波集成传输线、微波网络与微波元器件等微波技术知识。

.word 格式.提示：考试作弊将取消该课程在校期间的所有补考资格，作结业处理，不能正常毕业 和授位，请诚信应考。

一、填空题（共20空，每小题1分，共20分）1.微波的频率范围是从 _300MHz _到_3000GHz _。

2•微波传输线可分为 _双导体传输线_、_金属波导_、介质传输线三类。

3 .微波传输线共轭匹配的目的是—信源输出功率达到最大值 _，实现共轭匹配的条件是*Z in _ Z g。

4.带状线传输的主模式是 _TEM 波_，微带线传输的主模式为_准TEM 模。

屮山学院考试试卷课程名称：微波技术与天线试卷类型： 2012 — 2013 学年第1学期 期末考试考试方式: 拟题人： 王桓日期：2012.12.23审题人: 学院： 电子信息学院班 级: 学号：姓名:A 卷闭卷Q题答止题号-一--二二三四总分得分5. 矩形波导尺寸为 a = 8cm, b= 3.5cm ,则TEn 模的截止波长为_6.4cm_。

6. 有二端口微波网络，其中I 端口特性阻抗为Z oi ,n 端口特性阻抗为Z 02 ,则其阻抗矩阵Z 中 兀素Z 11和Z 21的归一化形式为22W 、隔离度为 57dB 。

（定向度=隔离度一耦合度）9.天线增益系数 G 是 方向系数D 和 天线效率 A 的乘积。

G = D A7. 电磁波的极化方式分别为 线极化 圆极化、椭圆极化。

8. 某定向耦合器的耦合度为 33dB ,定向度为24dB ,端口①入射功率为25W ,则端口③的输出功率为 10.电磁波空间辐射可分为视距传播天波传播地波传播等3类。

二、判断题（共10题，每小题2分，共20分）1.TE 波 。

2.3.4. 若无耗线处于行 波状态时， 终端反射 系数为—=15. 阻抗圆 , 实轴负 波节点。

6. 阻抗圆图上，单位圆上所有点所对 应的电阻值为 0 ,因此单位圆 被称为 纯电抗圆。

7.矩形波导中可以传输TEM 波。

()8.对于定向耦合器而言，定向度越大越好。

1.微波波长范围1米～0.1毫米2.无耗传输线特性阻抗sqrt(L/C)3.矩形波导和圆波导的基模分别是TE10，TE114.微带线主要传输的波型为A)TE模B)TEM模C)准TEM模18.带状线主要传输的波形是A)TE模B)TEM模C)准TEM模5.有测量意义的矩阵散射矩阵[S]6.电基本振子近区场与r的关系∝1/r^38.电基本振子远区场与r的关系∝1/r7.下面哪个天线方向性最好A) 八目天线B)平面等角天线C)缝隙天线8.下面哪个天线属于窄带天线A)对数周期天线B)行波天线C)微带天线10.下面哪个天线属于宽带天线A)对数周期天线B)缝隙天线C)微带天线9.标准的矩形微带贴片天线，其贴片尺寸大约为A)0.5B)0.25 C)1.010.弹簧样天线垂直地面方向放置，其辐射波的极化类型为A)垂直极化B)线性极化C)圆极化14.用于雷达收发开关的元器件是A）魔T B）波导分支器C）双分支定向耦合器20. RCS指的是雷达散射截面, 隐形飞机要达到“隐形”的目的，应该A）增大RCS B）RCS减小C）使RCS保持不变11.GPS卫星上使用的对地天线是A)缝隙天线B)螺旋天线C)喇叭天线15. GPS卫星上使用的对地天线是A)智能天线B)轴向螺旋天线C) 法向螺旋天线16. 我们使用的“羊城通”工作频率是13.56MHZ18. 能够被电离层反射的波是A)短波B长波C）超短波19. GNSS（全球导航卫星系统）的波是A）短波B）超短波C）微波12.移动通信的电波传输两路模型中，地面的存在导致接收信号变化的情况是A)快衰减B)慢衰减C)没有影响13.无方向辐射天线发射频率10MHz，传输距离100km，传输损耗大约为：A)50dB B)70dB C)90dB14.RFID工作在13.56M和2.4G的不同频率下，耦合方式分别是怎样的A)磁耦合，电磁耦合B)电磁耦合，电磁耦合C)磁耦合，磁耦合15.在雷达系统中，测量速度的原理是：多普勒效应16.矩形空腔的基本模是TE10117.能实现宽阻抗匹配的是A）λ/4阻抗变化器B）单支节调配器C）多支节调配器(其中k=2π/λ)（其中Z0=50欧姆，β=2π/λ）4 矩形空腔a=5cm, b=4cm, l=6cm，求振荡主模式和振荡频率f0（注：谐振频率f0=c*sqrt（a2+l2）/2al 谐振波长λ0=2al/sqrt（a2+l2）对于矩形波导其震荡主模式就为TE101）解：震荡主模式为：TE101f0=c*sqrt（a2+l2）/2al=3.91*1097.输入功率6W，工作波长3cm，距离30km，发射、接收天线增益均为30dB求：(1)离天线r处最大辐射方向上的场强(2)接收天线功率解：/E0/=（sqrt60P I G i）/r=0.02v/m 3.8*10—8W6.输入功率6W，工作频率10GHz，距离30km，发射天线增益为10dBi、接收天线增益为20dBi 求：(1)离天线r处最大辐射方向上的场强(2)接收天线功率解：2*10-3 3.8*10-11（注：辐射功率为PΣ,输入功率P i,实际发射天线增益系数G i，对于此题10lgG i=30dB，即G i=103 则在离实际天线r处的最大辐射方向上的场强为/E0/=（sqrt60P I G i）/r 接收天线增益系数G R, 有效接收面积A e，则在距离发射天线r处的接收天线所接收的功率为P R=S0*A e=P I G i/4πr2* λ2G R/4π计算G i，单位是dBd时，需+2.56再换算自由空间基本传输损耗L bf=P I/P R,用分贝表示为L bf=10lg P I/P R=32.45+20lgf（MHZ）+20lgr（km）-G i（dB）- G R（dB））。

《微波技术与天线》典型简答题：西科大信息学院 夏祖学1、微波的频率和波长范围分别是多少？有哪些特点？答：微波的频率范围：300MHz~3000GHz；微波的波长范围：0.1mm ~1m；微波的特点：(1)似光性；(2)穿透性；(3)宽频带特性；(4)热效应特性；(5)散射特性；(6)抗低频干扰特性；(7)视距传播性；(8)分布参数的不确定性；(9)电磁兼容和电磁环境污染。

2、均匀传输线的分析方法有哪几种？各有什么特点？答：均匀传输线的分析方法主要有两种。

1)一种是“场”的分析方法，应用麦克斯韦方程结合边界条件求解，研究系统中电场和磁场随空间和时间的变化规律。

2)另一种方法是“路”的分析方法，它将传输线作为分布参数来处理，得到传输线的等效电路，然后由等效电路根据克希霍夫定律导出传输线方程，再解传输线方程，求得线上电压和电流随时间和空间的变化规律，最后由此规律来分析电压和电流的传输特性。

特点： 低频：集总参数，微波：分布参数，分析方法不同。

3、传输线的分布参数有哪些？分布参数分别与哪些因素有关？当无耗传输线的长度或工作频率改变时分布参数是否变化？答：长线的分布参数一般有四个：分布电阻R1、分布电感L1、分布电容C1、分布电导G1。

1)分布电容C1(F/m)决定于导线截面尺寸，线间距及介质的介电常数。

2)分布电感L1(H/m)决定于导线截面尺寸，线间距及介质的磁导率。

3)分布电阻R1(Ω/m)决定于导线材料及导线的截面尺寸。

4)分布电导G1(S/m) 决定于导线周围介质材料的损耗。

当无耗传输线（R1= 0，G1= 0）的长度或工作频率改变时，分布参数不变。

4、什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。

答 传输线可分为长线和短线，长线和短线是相对于波长而言的。

电长度是指传输线的几何长度与所传输电磁波的相波长之比。

长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。

工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将1.0<l 的传输线视为短线。