微波技术与天线课件16

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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

《微波与天线》PPT课件

8.2 阵列天线
多个天线按一定方式排列所构成的系统称为天线阵,分为直线阵(超级链接)、平面阵（超级链接）、立体阵和园环阵（超级链接）等。目前该技术的最新应用：3G移动通信上的智能天线和相控阵天线。
1. 二元阵的辐射场
设天线阵是由间距为d并沿x轴排列的两个相同的天线元所组成, 如图下图所示。假设天线元的电流振幅相等, 但天线元2的电流相位超前天线元1的角度为ζ, 它们的远区电场是沿θ方向的, 于是有：
z
r′
h dz
z
r
Im h
图 8- 1 细振子的辐射
图 8 – 2 开路传输线与对称振子
令振子沿z轴放置（图 8 - 1）, 其上的电流分布为 I(z)=Imsinβ(h-|z|)………………………..(第一章开路线的结论)
式中, β为相移常数, β=k= 的贡献为
在距中心2点为z处取电流元段dz, 则它对远区场 0 c
3）主瓣宽度当N很大时, 头两个零点之间的主瓣宽度可近似确定。令ψ01表示
第一个零点, 实际就是令上式中的m=1, 则
01
2 N
4) 旁瓣方位旁瓣是次极大值, 它们发生在：
sin N 1 处，即
2
N (2m 1) ................(m 1,2,3,...)
2
2
第一旁瓣发生在m=1 即 ψ=±3π/N方向。
RΣ=73.1 (Ω) (与75欧同轴线几乎匹配) 将F（θ）代入式（6 -3 -8）得半波振子的方向系数:
D=1.64
(8 -1 -11)
方向图的主瓣宽度等于方程:
cos( cos )
F( ) 2
1
sin
2
（0°＜θ＜180°的两个解之间的夹角）

微波技术与天线

知识梳理绪论微波、天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，它们三者研究的对象和目的有所不同。

微波主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输，它的特点是希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输，对传输系统而言辐射是一种能量的损耗。

天线的任务则是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。

电波传播则是分析和研究电波在空间的传播方式和特点。

微波、天线与电波传输播三者的共同基础是电磁场理论，三者都是电磁场在不同边值条件下的应用。

第一章均匀传输线理论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, 其所导引的电磁波被称为导行波。

一般将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统, 又称为均匀传输线。

把导行波传播的方向称为纵向, 垂直于导波传播的方向称为横向。

无纵向电磁场分量的电磁波称为横电磁波，即TEM波。

另外, 传输线本身的不连续性可以构成各种形式的微波无源元器件, 这些元器件和均匀传输线、有源元器件及天线一起构成微波系统。

1.1均匀无耗传输线的输入阻抗定义：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Zin(z)=Zin(z+λ／2)；(2)λ／4变换性:Zin(z)-Zin(z+λ／4)=Z021.2均匀无耗传输线的三种传输状态(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。

1.3传输线的三类匹配状态(1)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。

《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。

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多口元件
3、和差元件：
和差元件：它出来两路，①和②的和用S表示，①和 ②的差用D表示是。两端进去，“和”经过一个支路， “差”经过另外一个支路。在雷达里面比较常用。
多口元件
4、耦合元件：
耦合：①是主支路，它除了到下面一路外，还要耦合到上面一个支路。
多口元件
复习双端口网络：【性质】：如果端口i和端口j对称，那么有Sii=Sjj 如果网络互易，则有Sij=Sji 如果网络无耗，则[S]+[S]=I
将上述矩阵展开后可分别得到两组方程，我们称之为振幅条件和相位条件
一、三口网络的一般性质
2 2 2 |S | | S | | S | 1 1 1 1 2 1 3 2 2 2 | S | | S | | S | 1 1 2 2 2 2 3 2 2 2 | S | | S | | S | 1 3 2 3 3 3 1
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：
一、三口网络的一般性质
一、三口网络的一般性质
【例 1】用环行器做为隔离器，这是由于环行器可以做得非常小，而隔离器不行，因此通信中经常采用环行器做为隔离器适用。环形元件：由于 3 对外接匹配负载，因此对外只有1,2两个口，如图，1到2传输，构成隔离器。
多口元件
Multi - Port Element
多于双端口的元件称为“多端口”。上节课讲的S参数对于双端口很有效，它适用于任何端口，没有传输与非传输之分，也没有哪个端口传输之分。

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

微带传输线《微波技术与天线》课件典型实例

微带传输线《微波技术与天线》课件典型实例
• 微带传输线概述 • 微带传输线的分类 • 微带传输线的性能参数 • 微带传输线的应用实例 • 微带传输线的未来发展
01
微带传输线概述
定义与特点
定义
微带传输线是一种在介质基片上制作的一维传输线结构，通常由金属导带和接地板组成。
特点
具有较小的体积和重量，易于集成到微波集成电路中，成本较低，适用于高频信号传输。
工作原理
电磁波在微带导带和接地板之间传播，通过导带和接地板之间的电容效应实现信号的传输。
导带和接地板之间的电场主要集中在导带与接地板之间的狭缝中，磁场则主要集中在导带附近。
随着频率的升高，电磁波的传播常数增大，导致相位速度减小，从而产生相位失真。
应用场景
01
02
03
微波集成电路
微带传输线广泛应用于微波集成电路中，作为信号传输线、元件间连接线等。
传播常数
总结词
传播常数是描述微带传输线中电磁波传播特性的参数，它由相位常数和衰减常数组成。
详细描述
传播常数是描述微带传输线中电磁波传播行为的参数，它由相位常数和衰减常数组成。相位常数决定了电磁波在传输线中的相速度和相位移，而衰减常数则表示电磁波在传输过程中的能量损失。传播常数是微带传输线设计中的关键参数，它影响着信号的传输距
离和信号质量。
损耗
总结词
损耗是微带传输线中信号能量损失的参数，主要包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗。
详细描述
损耗是微带传输线设计中必须考虑的重要参数。在信号传输过程中，由于导体电阻、电介质损耗以及辐射等因素，信号能量会逐渐损失。导体损耗主要是由于传输线中导体的电阻引起的能量损失；介质损耗是由于电介质材料的损耗引起的能量损失；而辐射损耗则是由于传输线中电磁波向空间辐射引起的能量损失。了解和减小这些损耗是提高微波传输系统性能的关键。

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
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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。

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天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收。当天线受到电流激励时，会在其周围产生电磁场，形成电磁波的辐射。反之，当天线接收到电磁波时，会在其导体上产生感应电流，从而将电磁波能量转换为电信号。天线的方向性和增益与其形状、尺寸和工作频率等因素有关。
天线的参数与性能
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
方式、增益等。
06 总结与展望
微波与天线技术的总结
01
技术发展历程
微波与天线技术自20世纪初诞生以来，经历了从基础理论到实际应用的
发展过程。初期主要应用于军事领域，随着技术的不断进步，逐渐扩展
到通信、雷达、导航、探测等民用领域。
02
关键技术突破
在发展过程中，出现了许多关键技术突破，如超宽带天线、智能天线、
05 案例分析
案例一：卫星通信天线
总结词
卫星通信天线是微波与天线技术的重要应用之一，主要用于卫星信号的接收和发射。
详细描述
卫星通信天线通常由反射器和馈源组成，其尺寸和形状根据所服务的卫星轨道和频率范围而有所不同。为了实现高效的信号传输，卫星通信天线需要精确地指向卫星，这通常通过自动控制系统来实现。
系统集成与小型化
未来微波与天线技术将更加注重系统集成和小型化，以提高设备的整体性能和便携性。这需要突破现有技术的限制，探索新的材料和工艺方法。
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，新型材料如碳纳米管、二维材料等将在微波与天线技术中得到广泛应用，为技术的发展带来新的机遇和挑战。
环境适应性需求
随着应用领域的不断扩展，微波与天线技术对环境适应性提出了更高的要求。如何提高设备的抗干扰能力、稳定性以及在复杂环境下的性能表现，将是未来发展的重要方向。

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[S][a]=[b]。注意可以见[s]看成广义的反射系数， [a]看成广义的入射波，[b]看成广义反射波，它的物理概念就是入射波通过反射系数变成了反射波。
多口元件
多口元件就其功能来说主要分为四个功能，第一个功能我们叫做分路（功率分配）、和差、环形、耦合等。
多口元件
1、分路元件：（功率分配）
分路元件：发射机出来，一分为二，再一分为二就变成四，再分就变成八。端口显然多于两个端口。
多口元件
2、环行元件：
环行：环行是三口网络最典型的器件。它可以从1 端口到2端口，从2端口到3端口，这就构成环行器件。环行网络也是多于两个端口。
多口元件
3、和差元件：
和差元件：它出来两路，①和②的和用S表示，①和 ②的差用D表示是。两端进去，“和”经过一个支路， “差”经过另外一个支路。在雷达里面比较常用。
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的网络都可以全匹配。
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：
一、三口网络的一般性质
一、三口网络的一般性质
【例1】用环行器做为隔离器，这是由于环行器可以做得非常小，而隔离器不行，因此通信中经常采用环行器做为隔离器适用。
环形元件：由于3对外接匹配负载，因此对外只有1,2两个口，如图，1到2传输，构成隔离器。
一、三口网络的一般性质
分析：根据前面将的S参数网络矩阵可知：
0
1
0 0
1 0
a1 a2
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
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
0 S12 S13
S
S12
0
S23
S13 S23 0
假定S11=S22=S33=0,可知
S1*1S12S1*2 S22 S1*3S230S1*3 S23 0 S1*1S13S1*2S23S1*3 S33 0S1*2 S23 0 S1*2S13 S2*2S23S2*3 S33 0S1*2S130
L
a3，以及 b3
又由：b2 a1
一、三口网络的一般性质
写成矩阵形式：
b1 b2
0 1
L 0
a1 a2
S11
S21
S12 a1
S22
a2
这是三端口接负载以后对外两端口的矩阵。
根据 S12 L表示端口2向端口1的传输，L 0 因
此，表示端口2向端口1几乎没有传输，S21=1而表示 1端到2端几乎全部传输。因此它是个非常好的隔离器，如果放在发射机或接收机前面会起到一个很好的保护作用。
SS12**33SS1121
S12 S22
S13 1 0 0 S230 1 0
(16-1)
S1*3 S2*3 S3*3S13 S23 S33 0 0 1
将上述矩阵展开后可分别得到两组方程，我们称之为振幅条件和相位条件
一、三口网络的一般性质
||SS1112||22||SS1222||22||SS1233||2211 |S13|2 |S23|2 |S33|21
一、三口网络的一般性质
【例2】分路、和差元件（也是重点内容，经常用到）。
第一种：E面T—接在宽面上（串联）。
E面T元件
串联元件
③1
②
③1
①2
②3
2①
如果③ 输入，则①和 ②振幅相等，相位相反。差：① 和② 等幅同相输入 ③没有输出。和：①和 ②等幅反相输入 ③输出最大。
一、三口网络的一般性质
多口元件
对于双口网络有两个概念要清楚：【概念】 1、什么叫S11：2端口匹配，1端口的反射系数。 2、什么叫S21：2端口匹配，1端口向2端口的传输系数。
一、三口网络的一般性质
一、三口网络的一般性质 1. 无耗互易网络 [ S ]+ [ S ]=[ I ]
具体应用互易条件有
SS11**21
S1*2 S2*2
3SS11**22SS2232SS11**33SS323300 S1*2S13S2*2S23S2*3S33 0
相位条件 (16-3)
[性质］无耗互易三端口网络不可能同时匹配，即
S11=S22=S33=0
一、三口网络的一般性质
证明：反证法—如果三个端口都匹配，那么S矩阵可写作：
第二种：H面T接在窄面上（并联）
一、三口网络的一般性质
假定S23=0，那么S12和S13至少有一个为零。假定 S12=0带入振幅条件：
| S11
|2
| S12
|2
|
S13
|2 1
| S12 |2 | S22 |2 | S23 |2 1
振幅条件
| S13 |2 | S23 |2 | S33 |2 1
不满足振幅条件，因此可证明无耗互易三端
bb12
0
1
0 a3
b3
入射波经过网络形成散射波
整理可得： ①
b1 b2
a3 a1
b3 a2
一、三口网络的一般性质
②3端口反射系数
L
a3 b3
对于负载来说，a3是反射波，b3是入射波。
③将三端口网络等效成二端口网络：
根据网络参数可知 b3=a2 可得： b1
：b1 =a3，反射系数 Lb3 La2
多口元件
Multi - Port Element
多于双端口的元件称为“多端口”。上节课讲的S参数对于双端口很有效，它适用
于任何端口，没有传输与非传输之分，也没有哪个端口传输之分。
多口网络在微波工程中承担分路(功率分配)、和差、环行、耦合等等重要功能。
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。
多口元件
4、耦合元件：
耦合：①是主支路，它除了到下面一路外，还要耦合到上面一个支路。
多口元件
复习双端口网络：【性质】：如果端口i和端口j对称，那么有Sii=Sjj 如果网络互易，则有Sij=Sji 如果网络无耗，则[S]+[S]=I
【定理】：反射系数的网络变换定理★
in
S11
S12S21L 1 S22L