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微波技术基础1 绪论1、微波的频率(P1)，微波的波段(P2)2 传输线理论2.1 传输线方程的解1、长线理论和相关概念2、长线方程（或传输线方程）的导出3、解长线方程得到电压波和电流波的表达式，三种边界条件会得到不同的表达形式 2.2 长线的参量1、长线的特性参数（特性参数指由长线的结构、尺寸、填充的媒质及工作频率决定的参量，和负载无关的参数）1）特性阻抗0Z (P15)：0U U Z I I +-+-==-=≈2）传播常数γ(P13)：j γαβ=+，通常情况下衰减常数0α=，则j γβ=。
3）相速度p v 和相波长p λ(P14)：通常2p p v fπλλβ===根据相速度的定义2p f v ωπββ==，而β=(P13)，因此p v = 在这里出现了波的色散特性的描述。
2、长线的工作参数1）输入阻抗in Z ：()()()()000tan tan L in L U z Z jZ z Z Z I z Z jZ z ββ+==+这个公式有多种变形： ① ()()()000tan tan Z z jZ dZ z d Z Z jZ z dββ++=+当2d n λ=*时，()()Z z d Z z +=，均匀无耗线具有2λ的周期性。
当24d n λλ=*-时，()()20Z z d Z z Z +*=，均匀无耗线具有4λ的阻抗变换特性。
（感性↔容性，开路↔短路，大于0Z ↔小于0Z ） 当终端0L Z Z =时，任意位置的输入阻抗都为0Z 。
② 输入导纳()()()()000tan 1tan L in L inI z Y jY z Y Y U z Y jY z Z ββ+===+，其中001Y Z =，1L L Y Z =(P20) 2）反射系数()z Γ（这里反射系统通常指电压反射系数）：()()()200j zL L U z Z Z z eU z Z Z β--+-Γ==+（反射系数是一个复数） （电流反射系数()()()()200j zL i L I z Z Z z e z I z Z Z β--+-Γ===-Γ+）由于0L j L L L L Z Z e Z Z φ-Γ==Γ+，因此()()2L j z L z e βφ--Γ=Γ(P21)输入阻抗和反射系数之间的关系：()()()011z Z z Z z +Γ=-Γ，()()()0Z z Z z Z z Z -Γ=+。
《微波技术基础》复习要求第一章引言1.微波的工作频段2.微波的主要特点第二章微波传输线理论1.微波传输线与低频传输线的对比2.均匀传输线的电报方程（时域形式、频域形式）和波动方程3.已知负载的解型（无损形式）4.传输特性参数：特性阻抗、传播常数、相速、波长5.输入阻抗和反射系数：定义、公式和关系第二章微波传输线理论（续）6.无损传输线的工作状态分析7.传输功率（重点），功率容量和效率（一般）8.掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成原理、圆图的主要特性（圆图作题不要求）9.阻抗匹配：三种阻抗匹配问题（重点）、阻抗匹配方法及其特点（一般）10.时域分析方法：时空图解法第三章金属规则波导1.规则波导的纵向场法公式（TE和TM）、波动方程和边界条件、波型分类等。
2.矩形波导：场的求解过程、下标含义和范围、场结构简易绘制方法的原理、传输特性（三种波长、截止条件、简并概念、主模、相速和群速、波阻抗等）3.圆波导：纵向场的求解形式、下标含义和范围，三种主要模式的基本特点第三章金属规则波导（续）4.同轴线：主模的特性、设计原则5.激励与耦合的主要方法和举例6.损耗问题：导体损耗（微扰思想）、介质损耗和消失波衰减第四章微波集成传输线1.增量电感法：基本思想和物理解释、解题方法2.对称耦合传输线的奇偶模分析：对称耦合传输线的奇偶模分解（场特性）奇偶模分析的主要特点奇偶模分析的主要结果（偶模阻抗、奇模阻抗、K等参数的关系）第五章介质波导1.介质波导的工作原理：H平面波和E平面波以及独立方程组；两种平面波的反射系数；全反射、全折射的形成条件及其证明；两种基本波型（表面波和辐射模）。
2.圆形介质波导：主要工作模式和主模、截止条件和含义相速度特性第五章介质波导（续）3.平板介质波导：TE和TM的色散方程、基本模式的对称场分布、路的求解方法4.矩形介质波导：EDC方法与马氏方法的主要区别EDC方法的求解（分区、拉伸方向、电场与介质交界面的关系、波阻抗、横向谐振条件、有效介电常数等）第六章微波谐振器1.微波谐振器的基本特性：三个特性；基本参数（谐振波长和品质因数，p值的选取范围）2.金属波导谐振器：矩形谐振腔（波动方程和边界条件、纵向场法公式、下标的含义和范围、主模等）圆形谐振腔（下标的含义和范围、主模、模式图、虚假模式及其定义等）第六章微波谐振器（续）3.传输线谐振腔：横向谐振条件4.非传输线谐振腔（一般）5.谐振腔的微扰理论：基本公式介质微扰（重点是有损情况）腔壁微扰（谐振频率与储能变化的关系）第七章微波网络基础1.微波网络与低频网络的主要不同2.网络阻抗和反射系数与损耗、储能的关系3.[Z]和[Y]的定义、元素含义和主要性质4.[S]的定义、元素含义和主要性质5.[A]和[T]的定义、元素含义和主要性质。
微波技术基础1 绪论1、微波的频率(P1)，微波的波段(P2)2 传输线理论2.1 传输线方程的解1、长线理论和相关概念2、长线方程（或传输线方程）的导出3、解长线方程得到电压波和电流波的表达式，三种边界条件会得到不同的表达形式 2.2 长线的参量1、长线的特性参数（特性参数指由长线的结构、尺寸、填充的媒质及工作频率决定的参量，和负载无关的参数）1）特性阻抗0Z (P15)：0U U R j L LZ I I G j C Cωω+-+-+==-=≈+2）传播常数γ(P13)：j γαβ=+，通常情况下衰减常数0α=，则j γβ=。
3）相速度p v 和相波长p λ(P14)：通常2p p v fπλλβ===根据相速度的定义2p f v ωπββ==，而LC β=(P13)，因此p v LC= 在这里出现了波的色散特性的描述。
2、长线的工作参数1）输入阻抗in Z ：()()()()000tan tan L in L U z Z jZ z Z Z I z Z jZ z ββ+==+这个公式有多种变形： ① ()()()000tan tan Z z jZ dZ z d Z Z jZ z dββ++=+当2d n λ=*时，()()Z z d Z z +=，均匀无耗线具有2λ的周期性。
当24d n λλ=*-时，()()20Z z d Z z Z +*=，均匀无耗线具有4λ的阻抗变换特性。
（感性↔容性，开路↔短路，大于0Z ↔小于0Z ） 当终端0L Z Z =时，任意位置的输入阻抗都为0Z 。
② 输入导纳()()()()000tan 1tan L in L inI z Y jY z Y Y U z Y jY z Z ββ+===+，其中001Y Z =，1L L Y Z =(P20) 2）反射系数()z Γ（这里反射系统通常指电压反射系数）：()()()200j zL L U z Z Z z eU z Z Z β--+-Γ==+（反射系数是一个复数） （电流反射系数()()()()200j zL i L I z Z Z z e z I z Z Z β--+-Γ===-Γ+）由于0L j L L L L Z Z e Z Z φ-Γ==Γ+，因此()()2L j z L z e βφ--Γ=Γ(P21)输入阻抗和反射系数之间的关系：()()()011z Z z Z z +Γ=-Γ，()()()0Z z Z z Z z Z -Γ=+。
第一章引论微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波，相应的波长从1m到0.1mm。
包括分米波（300MHz到3000MHz）、厘米波（3G到30G）、毫米波（30G 到300G）和亚毫米波（300G到3000G）。
微波这段电磁谱具有以下重要特点：似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。
微波的传统应用是雷达和通信。
这是作为信息载体的应用。
微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。
强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量导行系统：用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构导行系统的种类可以按传输的导行波划分为：(1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线(2)封闭金属波导(矩形或圆形，甚至椭圆或加脊波导)(3)表面波波导(或称开波导)导行波：沿导行系统定向传输的电磁波，简称导波微带、带状线，同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。
是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。
开波导将电磁能量约束在波导结构的周围(波导内和波导表面附近)沿轴向传播，其导波为表面波。
导模(guided mode ):即导波的模式，又称为传输模或正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。
特点：(1)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的，与频率以及导行系统上横截面的位置无关。
(2)模是离散的，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数。
(3)导模之间相互正交，互不耦合。
(4)具有截止频率，截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。
无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量)，称为横磁(TM)波或E波。
无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量)，称为横电(TE)波或H波。
TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。
第二章传输线理论传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统，其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。
《微波技术基础》课程学习知识要点第一章学习知识要点1．微波的定义—把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz～3×1012Hz。
在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽10000倍。
一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
2．微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。
3．微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。
4．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
第二章学习知识要点1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。
微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。
传输线方程是传输线理论中的基本方程。
2. 均匀无耗传输线方程为()()()()d U z dz U z d I z dz I z 2222220-=-=ββ 其解为 ()()()U z A e A e I z Z A e A e j z j zj z j z=+=---120121ββββ 对于均匀无耗传输线,已知终端电压U 2和电流I 2，则:对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则:其参量为 Z L C 000=，βπλ=2p ，v v p r =0ε，λλεp r =03. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态：(1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。
线上只有入射波存在，电压电流振幅不变，相位沿传播方向滞后；沿线的阻抗均等于特性阻抗；电磁能量全部被负载吸收。
(2) 当Z L =0、∞和±jX 时，传输线工作于驻波状态。
线上入射波和反射波的振幅相等，驻波的波腹为入射波的两倍，波节为零；电压波腹点的阻抗为无限大，电压波节点的阻抗为零，沿线其余各点的阻抗均为纯电抗；电压（电流）波腹点和电压（电流）波节点每隔λ4交替出现，每隔2λ重复出现；没有电磁能量的传输，只有电磁能量的交换。
(3) 当Z R jX L L L =+时，传输线工作于行驻波状态。
行驻波的波腹小于两倍入射波，波节不为零；电压波腹点的阻抗为最大的纯电阻R Z max =ρ0，电压波节点的阻抗为最小的纯电阻R Z min =0ρ；()()⎪⎭⎪⎬⎫-=-= sin cos sin cos 011011Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ()()⎪⎭⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ电压（电流）波腹点和电压（电流）波节点每隔λ交替出现，每隔2λ重复出现；电磁能量一部分被负载吸收，另一部分被负载反射回去。
4. 表征传输线上反射波的大小的参量有反射系数Γ，驻波比ρ和行波系数K 。
它们之间的关系及相关表达式为：ρ==+-111K ΓΓ 其数值大小和工作状态的关系如下表所示。
5. 传输线阻抗匹配方法常用λ4阻抗变换器和分支匹配器(单分支、双分支和三分支)。
6. 阻抗圆图和导纳圆图是传输线进行阻抗计算和阻抗匹配的重要工具。
第三章 学习知识要点1. 微波传输线是引导电磁波沿一定方向传输的系统，故又称作导波系统。
被传输的电磁波又称作导行波。
导行波一方面要满足麦克斯韦方程，另一方面又要满足导体或介质的边界条件；也就是说，麦克斯韦方程和边界条件决定了导行波在导波系统中的电磁场分布规律和传播特性。
2. 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。
前两种是色散波，一般只在金属波导管中传输；后一种是非色散波，一般在双导体系统中传输。
只有当电()()()00Z z Z Z z Z z in in +-=Γ minmax min maxI I U U ==ρ磁波的波长或频率满足条件λλ<c 或f f c >时，才能在导波系统中传输，否则被截止。
3. 导波系统中场结构必须满足下列规则：电力线一定与磁力线相互垂直，两者与传播方向满足右手螺旋法则；在导波系统的金属壁上只有电场的法向分量和磁场的切向分量；电力线一定是封闭曲线。
4. 本章主要讨论了矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线等常用的微波传输线。
其中矩形波导、圆波导和同轴线易采用场解法来分析其场分布和传输特性；带状线利用传输线理论分析其传输特性；而微带线则采用准静态分析法来分析其传输特性。
5. 各类传输线内传输的主模及其截止波长和单模传输条件列表如下：第四章 学习知识要点1、 微波系统包括均匀传输线和微波元件两大部分。
均匀传输线可等效为平行双线；微波元件可等效为网络。
然后利用微波网络理论，可对任何一个复杂微波系统进行研究。
2、 根据网络外接传输线的路数，来定义微波网络端口的个数。
微波网络按端口个数一般分为：二端口网络和多端口网络(如三端口网络、四端口网络等)。
本章以二端口网络为重点，介绍了二端口网络的五种网络参量：阻抗参量、导纳参量、转移参量、散射参量和传输参量，以及基本电路单元的网络参量。
3、 二端口网络参量的性质有：可逆网络：Z Z 1221=，Y Y 1221=，A A A A 112212211-=S S 1221=，T T T T 112212211-=对称网络：Z Z 1122=，Y Y 1122=，A A 1122=，S S 1122=，T T 1221=-无耗网络：Z jX ij ij = ， Y jB ij ij = ()i j ,,=12，[][][]*S S T =14、 二端口微波网络的组合方式有：级联方式、串联方式和并联方式，可分别用转移矩阵、阻抗矩阵和导纳矩阵来分析；二端口网络参考面的移动对网络参量的影响，可利用转移矩阵和散射矩阵来分析。
5、 微波元件的性能可用网络的工作特性参量来描述，网络的工作特性参量和网络参量之间有密切的关系，可以相互转换。
其工作特性参量与网络参量的关系为：6、 电压传输系数：T S A A A A ==+++21111221222~~~~ 7、 插入衰减： A T S ==112212()L A S ==10101212log log dB8、 插入相移： θϕ===arg arg T S 21219、 输入驻波比：ρ=+-111111S S 10、可逆无耗二端口网络的基本特性有：S 参量只有三个独立参量，它们的相互关系为：S S 1122=，S S 121121=-，()ϕϕϕπ12112212=+±；若网络的一个端口匹配，另一个端口一定自动匹配，即若S 110=(或S 220=)，则S 220=(或S 110=)；若网络完全匹配，则网络一定完全传输，即若S S 11220==，则S S 12211==。
第五章学习知识要点1、本章采用网络方法对一些常用的微波元件进行了分析和综合。
主要讨论了下列内容：微波系统中的电抗元件，连接元件、转接元件和终端负载，衰减器和移相器，阻抗变换器，定向耦合器，波导匹配双T，微波滤波器，微波谐振器，微波铁氧体元件以及微波集成电路。
2、对各种连接元件和短路活塞要求有良好的电接触，以保证不产生反射，常采用抗流结构。
匹配负载和短路负载是两种常用的终端元件，它们均属于一端口网络。
衰减器和移相器均属于二端口网络，但两者具有不同的功能。
衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减；而移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移，微波能量可无衰减地通过。
3、阻抗变换器是微波系统中一种常用的阻抗匹配元件，它主要包括单节阻抗变换器、多节阶梯阻抗变换器和渐变线阻抗变换器，其阻抗匹配原理是将原来较大的反射波分成许多振幅较小而相位又能互相抵消的反射波，只要合理选择节数和各段阻抗值，就能得到满意的结果。
4、定向耦合器是一个四端口的网络元件，它具有定向传输的特点。
它的主要指标是耦合度和隔离度(或方向性)。
定向耦合器的种类很多，本章仅讨论了波导双孔耦合的定向耦合器，平行耦合线定向耦合器，分支定向耦合器。
对于波导孔耦合的定向耦合器一般采用耦合波理论进行分析；对于后几种定向耦合器，由于它们结构上都具有对称平面，故易采用奇、偶模参量法进行分析。
无论是哪一种定向耦合器，至少有两种以上的耦合波相互干涉，才能产生定向性。
参加干涉的耦合波个数愈多愈能改善定向耦合器定向性的频率特性，从而增宽频带。
另外还介绍了两种常用微波元件：微带功分器和波导匹配双T (魔T)，它们也可看成是一类定向耦合器。
5、##微波滤波器主要功能是分隔频率。
表征滤波器的主要特性是衰减特性。
根据衰减特性分为低通、高通、带通和带阻滤波器，对滤波器的要求是通带内衰减尽可能小，阻带内衰减尽可能大，通带与阻带的过渡区尽可能小，即愈陡愈好。
这些要求是相互矛盾的，解决这些矛盾的最经济和合理的方法是采用网络综合法进行设计。
微波滤波器设计与低频滤波器的设计基本相同，唯一的差别是用分布参数元件代替集中参数元件。
微波滤波器常采用高低阻抗线来构成。
6、 微波谐振器是一种储能和选频元件，其作用相当于低频电路中的谐振回路。
本章主要讨论了谐振器的分析方法、基本参量、基本特性及其等效电路。
7、 微波谐振器与低频集中参数LC 谐振回路的外特性是相同的，因此可以用等效电路来分析，尤其带有耦合装置的谐振器更适宜用等效电路法进行分析。
8、 对于传输线型谐振器的场分布的分析，采用使原有传输线的场分布满足两端面的边界条件，即可得到由该传输线组成的谐振器中的场分布。
谐振器中的场分布是呈驻波分布的。
9、 各种形式传输线，只要满足谐振条件都可用来构成谐振器。
对于由两端短路或开路的传输线构成的谐振器，其谐振条件为l = nl 0/2；对于由一端短路，另一端开路的传输线构成的谐振器，其谐振条件为l = (2n-1)l 0/4；对于由一端短路，另一端为容性电纳负载的传输线构成的谐振器，其谐振条件为()l Z C =λπω0002arcctg 。
