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微波技术与天线课件2012

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微波技术与天线课件

微波技术与天线课件

将前式代入，两端除以z，并令z→0，可得一般传 输线方程（电报方程）：抖 ( z, t ) 骣 v i( z, t )
抖 z = - çRl i ( z , t ) + Ll ç ç 桫 t 骣 抖( z , t ) i = - çGl v( z , t ) + Cl ç ç 桫 抖 z
÷ ÷ ÷
m b ln 2p a b 2pe ¢ ln a RS 骣 ç1 + 1 ÷ ÷ ç 桫 2p ç a b÷ b 2pwe ⅱln a
双导线 D：线间距离 d：导线直径
m D+ ln p pe ¢ ln 2 Rs pd pwe ⅱ ln D+
12
D2 - d 2 d D2 - d 2 d
D+
平行板传输线 W：平板宽度 d：板间距离 m,：填充介质 md W e¢ W d 2 RS
电流的解为：
电压电流是 位置的函数
dV ( z ) 1 1 I ( z) = = A1e- g z - A2 eg z ) ( R + jwL dz Z0
式中
Z0 =
Rl + jwLl Gl + jwCl
为传输线的特性阻抗
电压和电流解为：
V ( z ) = V + ( z ) + V - ( z ) = A1e+ -
一维分布参数电路理论
第二章 传输线理论
1）长线理论
传输线的电长度：传输线的几何长度 l 与其上 工作波长l的比值（l/l）。
长线 Long line
当线的长度与波长 可以比拟
l/l > 0.05
短线 Short line
当线的长度远小于线 上电磁波的波长

微波技术与天线课件

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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：
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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。

5.1-5.3天线概述《微波技术与天线(第2版)》课件

5.1-5.3天线概述《微波技术与天线(第2版)》课件

S 1 EH 2
为虚数,
每周期平均辐射功率为零。电磁能量在场源和场之间来回振荡,
没有能量向外辐射, 所以近区场又称为感应场。
1
r 3 第5章 天线基本理论
(2 )
远离振子的区域， 即 kr1 的区域，称为远场区。
保留
1 r
项，忽略
1 r2
项和 1
r3
项。
由
Er
E
Il 2 cos( j
4 0
2400
1230909
第5章 天线基本理论
5.3 磁基本振子
磁基本振子又称磁流元、磁偶极子。所谓磁流元就是载有高频电 流的小圆环，环半径和周长远小于波长，因此可以认为流过小环的时 谐电流的振幅和相位处处相同，也就是说电流均匀分布。
5.3.1小电流环的辐射场
（ a ）小电流环
图 5-2 磁基本振子
第5章 天线基本理论
5.1.1天线概述
天线有以下功能: 1 天线是能量转换器，能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量； 2 是方向性器件，具有方向性； 3 应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化； 4 天线是开放系统； 5 天线必须具有一定的频带宽度。
第5章 天线基本理论 4. 电调天线 所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。
第5章 天线基本理论
E e
E0 r
sinejkr
H
e
E0
r
sinejkr
依题意，当 9 0 ， r10k0 m时
E10 V 0/mE r010 E 01030
E 0 1 1 0 3 E 0 0 1 1 0 3 1 0 0V 0 /m 0 1 V /m 0
第5章 天线基本理论

微波技术与天线-第0章-绪论PPT课件

微波技术与天线-第0章-绪论PPT课件

微波工程
天线
散射
其它相关课程：如计算电磁 学、微波通信、电磁兼容、微
波遥感等。
.
微波电子线路
3
一、微波及其特点
微波是频率非常高的电磁波，通常我们将频率为300MHz至 3000GHz的电磁波称作微波，又将微波波段分为分米波、厘 米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
一般地说，微波在电磁波频谱中所处的位置在甚高频(UHF) 和光波之间。
一) 经典电磁理论——微波技术的基本研究方法是“场解法”。 场解法就是在一定的边界条件下，求解麦克斯韦方程组。
从理论上讲，所有微波技术中的问题都可以用“场解法”求
解。遗憾的是，除了在非常简单的边界条件下，我们可以得到封
.
11
3. 热效应特性
当微波电磁能量传送到有耗物体的内部时，就会使 物体的分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热，这 就是微波的热效应特性。利用微波的热效应特性可 以进行微波加热，由于微波加热具有内外同热、效 率高、加热速度快等特点，因而被日益广泛应用于 粮食、茶叶、卷烟、木材、纸张、皮革、食品等各 种行业中。另外，微波对生物体的热效应也是微波 生物医学的基础。
.
14
6. 散射特性
当电磁波入射到某物体上时，会在除入射波方向外 的其他方向上产生散射。散射是入射波和该物体相 互作用的结果，所以散射波携带了大量关于散射的 信息。这个信息就是通过大气或云对阳光的散射作 用而传递给人们的。由于微波具有频域信息、相位 信息、极化信息、时域信息等多种信息，人们通过 对不同物体的散射特性的检测，从中提取目标特性 信息，从而进行目标识别，这是实现微波遥感、雷 达成像等的基础。另外，还可以利用大气对流层的 散射实现远距离微波散射通信。
.
15

第3章微波网络-微波技术与天线第2课件

第3章微波网络-微波技术与天线第2课件

第一章内容可知，传输线上的电压、电流是入射波与反射波的叠加
U(z) Ui (z) Ur (z)
I (z)
1 Z0
[Ui (z)
Ur
(z)]
引入归一化电压和归一化电流后
U
I
(z) (z)
Ui (z) Ui (z)
Ur Ur
(z) (z)
a a
b b
功率为
P Pi
Pr
1 2
2
Ui (z)
1 2
解： 根据阻抗参数定义
Z11
U1 I1
I2 0
jL
1 jC
图 3-5 型网络电路
Z 22
U2 I2
1
I10 jC
，
Z12
U1 I2
I10
1 jC
，
Z 21
U2 I1
I2 0
1 jC
阻抗矩阵为
jL 1
Z
jC 1
jC
1 jC 1
jC
第3章 微波网络 3.3.3转移矩阵
图3-6 双端口网络
Y12 Y22
UU12
其中
Y
Y11 Y21
Y12 Y22
Y11 Y21 /
/ Y01 Y01Y02
Y12 / Y01Y02 Y22 / Y02
Y01 1/ Z01 , Y02 1/ Z02
第3章 微波网络 例题 3-1 求如图3-4所示双端口网络的Z 矩阵和Y 矩阵。
解： 根据阻抗矩阵定义
1 2
Z11 Z 21
Z12 Z 22
I1 I2
或 U ZI
T2
第3章 微波网络
Z11
U1 I1

《微波技术与天线》课件第5章


(2)相移元件
相移元件是用来改变导行系统中电磁波相位的元件。
理想相移元件的散射矩阵为
3)转换接头
(1)形状转换器
形状转换器既要保证形状转换时阻抗的匹配以使信号有
效传送,又要保证工作模式的 转换。
(2)线圆极化转换器
常用的线圆极化转换器有两种:多螺钉极化转换器和介
质极化转换器,如图5-6所 示。这两种结构都是慢波结构,其
其结构及等效电路分别如图5-18(a)、(b)所示。
(2)工作原理 当微波信号从端口③输入时,平均地分给端
口①和②,这两个端口得到的是等幅同相 的 TE10波;当在端
口①和②同相激励时,则在端口③合成输出最大,而当反相激
励时端口 ③将无输出。
图 5-18 H T分支结构及等效电路
3)匹配双T
(1)匹配双 T 的定义
λg/4,另一路经A→B→C→D 到达,波行程为3λg/4,故两条路径
到 达的波行程差为λg/2,相应的相位差为π,即相位相反,因此
若选择合适的特性阻抗,使到 达的两路信号的振幅相等,则端
口④处的两路信号相互抵消,从而实现隔离。
5)平行耦合微带定向耦合器
(1)结构
平行耦合微带定向耦合器是一种反向定向耦合器,其耦
数,变换器的总长度也要增 加,尺寸会过大,因此用渐变线代替
多阶梯,这就是渐变型阻抗变换器,如图5-10所示。
图 5-10 渐变型阻抗变换器
1.定向耦合器
1)定义
定向耦合器是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构
成的具有定向传输特性的四端口元件,如图5-11所示。常用
的有波导双孔定 向耦合器、双分支定向耦合器和平行耦合
③ 非线性元件能引起频率的改变,从而实现调制、变频

《微波技术与天线》第章-课件 (二)

《微波技术与天线》第章-课件 (二)
微波技术与天线是现代通信领域的重要组成部分，它涉及到无线通信、雷达、卫星通信等多个领域。

本文将从以下几个方面介绍微波技术与
天线的相关知识。

1. 微波技术的概念
微波技术是指在微波频段（1-300GHz）内进行电磁波传输、处理和控
制的技术。

它是一种高频电磁波技术，具有大带宽、高速率、低损耗
等优点。

微波技术广泛应用于通信、雷达、医疗、工业等领域。

2. 微波天线的分类
微波天线是指用于接收和发射微波信号的天线。

根据其结构和工作原理，可分为微带天线、槽天线、饼状天线、螺旋天线等多种类型。

不
同类型的微波天线适用于不同的应用场景，如微带天线适用于卫星通信、移动通信等领域，螺旋天线适用于雷达、导航等领域。

3. 微波器件的应用
微波器件是指用于微波信号处理和控制的电子器件。

常见的微波器件
包括微波放大器、微波滤波器、微波开关等。

这些器件广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域，对于保障国家安全和提高人们生活质量
具有重要意义。

4. 微波技术的发展趋势
随着信息技术的快速发展，微波技术也在不断创新和发展。

未来，微
波技术将更加注重集成化、智能化和高效化，发展出更加先进的微波器件和微波天线，为人们的生活和工作带来更多的便利和可能。

总的来说，微波技术与天线是现代通信领域的重要组成部分，它在通信、雷达、卫星通信等多个领域具有广泛应用。

未来，微波技术将继续创新和发展，为人们的生活和工作带来更多的便利和可能。

微波与天线ppt课件


。
天线在雷达与导航中的应用
雷达天线
雷达是一种利用微波探测目标的电子设备。天线在雷达中起 到发射和接收信号的作用，通过分析反射回来的信号，可以 获得目标的位置、速度等信息。
卫星导航天线
卫星导航系统通过发射和接收微波信号，实现定位和导航。 天线在此过程中负责发射和接收信号，帮助用户获得位置信 息。
微波与天线在其他领域中的应用
微波与天线ppt课件
目录
CONTENTS
• 微波与天线概述 • 微波的基本理论 • 天线的基本原理 • 微波与天线的应用 • 微波与天线的未来发展
01
微波与天线概述
微波的定义与性质
微波是指频率在300 MHz到300 GHz之 间的电磁波。
它在通信、雷达、导 航、加热等领域得到 广泛应用。
微波具有波长在1米 到1毫米之间，以及 穿透性、反射性、折 射性等特点。
多天线技术
多天线技术是一种利用多个天线同时发送和接收信号的技术，可以显著提高无线通信系统的性能。未 来，多天线技术将在微波与天线领域发挥重要作用，实现更高的频谱效率和更稳定的传输。
MIMO技术
MIMO技术是一种利用多个天线同时发送和接收信号的技术，可以显著提高无线通信系统的性能。未 来，MIMO技术将成为微波与天线领域的重要研究方向，实现更高的频谱效率和更稳定的传输。
波动方程与麦克斯韦方程
波动方程
描述电磁波在空间中传播的基本 方程，包括电场强度E和磁场强度 H的波动特性。
麦克斯韦方程
一组描述电磁场变化和传播的方 程，包括高斯定理、安培定律、 法拉第定律和欧姆定律。
谐振腔与传输线理论
谐振腔
一种能够支持电磁振荡的封闭空间， 通常由金属壁构成，用于产生和储存 微波能量。

《微波技术与天线》课件第2章

轴向流动的电子 流交换能量,所以可将其应用于微波电子管
中的谐振腔及直线电子加速器中的工作模式。
图 2-8 圆波导 TM01场结构分布图
3)低损耗的TE01模
TE01模是圆波导的高次模式,比它低的模式有 TE11、
TM01和 TE21,它与 TM11是简并 模。它也是圆对称模故无极
化简并,其电场分布如图2-9所示。其磁场只有径向和轴向分
规则金属波导如图2-1所示,对它的分析,一般采用场分析
方法,即麦克斯韦方程加 边界条件的方法。
图 2-1 金属波导管结构图
金属波导内部的电磁波满足矢量亥姆霍兹 方程,即
其中,k2=ω2με。
将电场和磁场分解为横向分量和纵向分量, 即
其中,az 为z 方向的单位矢量;t表示横向坐标,代表直角坐标中
示,从而构成方圆波导变换器。
图 2-6 圆波导 TE11场结构分布图
图 2-7 方圆波导变换器
2)圆对称TM01模
TM01模是圆波导的第一个高次模,其场分布如图2-8所示。
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。另外,因其 磁场只有
Hφ 分量,故波导内壁电流只有纵向分量,因此它可以有效地和
矩形波导中,TE1பைடு நூலகம்、TE20的截止波长为
可见,波导中只能传输 TE10模。
波导波长为
波阻抗为
【例 3】 一圆波导的半径a=3.8cm,空气介质填充。试求:
① TE11、TE01、TM01三种模式的截止波长。
② 当工作波长为λ=10cm 时,求最低次模的波导波长λg。
③ 求传输模单模工作的频率范围。
波信息称为波导的耦合。波导的 激励与耦合本质上是电磁
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Uz Ui zUr z U %zU % izU % rzab
I
z
1 Z0
Ui
z
Ur
z
I%zU % i zU % r zab
a , b 为归一化的入射波电压和归一化的反射波电压
PL
Pi Pr
1 2
Ui 2 Z0
1 2
Ur 2 Z0
1 2
U%i 2
1 2
U%r 2
1 2
a
2
1 2
b2
(3) 对波导H10波的等效 对传输TE10波的矩形波导，对其的电路分析时，在 电压、电流、阻抗的定义沿用低频电路的理论，而不 完全采用广义传输线的结果。
无论是TM波还是TE波的横向场矢量都可以表示成下式
Et u1,u2,zeu1,u2Uz
Ht u1,u2,zhu1,u2Iz
由复坡印亭定理可知，波导传输线上传输的功率为
P 1
2
s Et Ht •dS
=
1Uz
2
I
z
s
eh
•ezdS
长线上传输的功率为 P1UzIz
2
因此 set ht•ezdS1
等效双线的特性阻抗为 Z0U Izz Z ZT TM E
称为由j端口到i 端口的互阻抗
Zii
Ui Ii
Ik0,ki
称为i端口的自阻抗
同理
I1 Y11U1 Y12U2 L Y1nUn
I2 Y21U1 Y22U2 L Y2nUn
MM M
M
In Yn1U1 Yn2U2 L YnnUn
矩阵形式 I1 Y11 Y12 L Y1n U1 也可简写
U A B E • d l= A B E y d y E 0 s in a x e jzA B d y
与积分路径有关，习惯上将积分路径选在波导宽壁 中央从上到下的特定路径上，因此该电压值为
UbE0ejz
与积分路径有关，习惯上将积分路径选在波导宽壁 中央从上到下的特定路径上，因此该电压值为
2. 端口与参考面 每一个微波元件可能和若干个微波传输线相连接，
这些传输线既将元件与系统沟通，又为电磁波进出不 均匀区提供接口通路，故称这些连接口为端口。(单 端口、双端口、n端口元件和网络)由于传输线1与不 均匀区V交界处的边界形状复杂，在不均匀区V的内 部以及与其相邻的各输入传输线的区域V1，V2，Vn
3. 微波网络的分类 (1) 线性与非线性微波网络
微波网络参考面上的模式(或称等效)电压和电流呈 线性关系。 (2) 互易与非互易微波网络 填充有互易媒质的微波元件，其对应的网络称为互
易微波网络，各向同性媒质就是互易媒质，微波铁 氧体材料为非互易媒质。 (3) 有耗与无耗微波网络 根据微波无源元件内部有无损耗来区分。 (4) 对称与非对称微波网络 如果微波元件的结构具有对称性，则称对称微波网 络，否则称非 对称微波网络。
I2
Y21
Y22
L
Y2n
U2
I YU
M M M M M M
In
Yn1 Yn2 L
Ynn
Un
Y i j 具有阻导纳量纲，称其为网络的导纳参量，并且
Yij
Ii Uj
Uk0,kj
称为由j端口到i 端口的互导纳
Yii
Ii Ui
Uk0,ki
称为i端口的自导纳
2. 微波网络的特性 对于图2-1所示的不均匀区，设其内部无源，除n
第二章 微波网络
1. 微波系统的研究方法：任何一个微波系统都是由各种 微波元件和均匀的微波传输线连接而成。微波元件就 是各种不同于均匀传输线的不均匀区域或不连续性区 域组成的结构。路的分析方法，就是将微波元件等效 为一个网络，用它的等效电路来描述其对外接电路的 影响。此时与元件相连接的外接均匀传输线用微波长 线，即双线来等效。
(TM波 ) (TE波 )
U z ,I z 是 向 z 方 向 的 行 波 电 压 和 电 流
(2) 归一化的电压和电流
ZzZ
Zz
Z0
Uz I z
1 Z0
P 1U%zI%z 1UzI z
2
2
I% z Z 0 I z U% z U z
Z0
由于传输线上的电压、电流都是入射波与反射波的叠 加，即
2.2 微波元件等效为网络
2.2.1 微波传输线等效为双线 在微波频率下，电压和电流是难以测量的。
定义电压和电流的测量需要定义有效端对。因此， 将传输线等效为双线，首先就是要解决将波导传输 线等效为双线问题。 1. 波导传输线等效为双线
在微波测量技术中，功率是能够测量的基本参量 之一，因此可以通过功率关系确定波导传输线与双 线之间的等效关系。
M
Un Zn1I1 Zn2I2 L ZnnIn
矩阵形式 U1 Z11 Z12 L Z1n I1 也可简写
U2
Z21
Z22
L
Z2n
I2
M M M M M M
U ZI
Un
Zn1
Zn2
L
Znn
In
Z i j 具有阻抗量纲，称其为网络的阻抗参量，并且
Zij
Ui Ij
Ik0,kj
中所激起的电磁场也是很复杂的，但总可用相应主模 波和高次模波的线性叠加来表示，因此在各传输线单 模传输的情况下，V1，V2，Vn等区域中就同时存在 着一个传输波形和许多截止波形，截止波的场将随离 开不均匀区域的距离而按指数规律迅速衰减。于是在 每根均匀传输线中，远离不均匀区处，一定有这样的 一个位置，其上截止波已衰减到很小，可以忽略不计， 而只剩下传播波的场，该位置就选为该端口的参考面， 并用T1，T2，Tn表示。
I Ñl H •dl
IE 0 asinxejzdxE 0 2aejz
Z a 0 T E 10
ZT E 10
P a bE 0 2 4Z T E 1 0
三种特性阻抗
U b E 0ejz
IE 0 2 aejz Z T E 1 0
Z e (V I )
U I
2
b a Z T E10
Z e(P V )
U2 2P
2
b a
Z T E10
Z e(PI)
2P I2
2 8
b a
Z T E10
Z0
U2 2P
b a
Z T E10
2.2.2 不均匀区域等效为网络
参考面上的电路量(电压电流)之间呈线性关系，即
U1 Z11I1 Z12I2 L Z1nIn
U2 Z21I1 Z22I2 L Z2nIn
MM M
个端口外，其余部分与外界没有场的联系，对于这样的 波导结，作一封闭曲面S将其包围起来，各端口的参考面 也选在S上，则由复坡印亭定理可得流进一个封闭面的复 功率与这个闭合面内消耗的功率和储能的关系为