微波技术与天线刘学观-PPT文档资料

两式相加
2a1 ya2 ( y 2)b2
两式相减
b2
y
2
2
a1
y
y
2
a2
2b1 (2 y)a2 yb2
b1
2
y
y
a1
2
2
y
a2
[S]
2
y
y
2
2 y
2
2
y
2
y
y
《微波技术与天线》
第四章 微波网络基础之•散射矩阵与传输矩阵
（3）. 求长度为 l 的均匀传输线的[S]
S11
整理可得：
1 1
(a (c
b)b1 d ) b2
1 1
(a b)a1
(c
d
)
a2
于是有
S
a
b
1
c
d
a
b
2
c
d
2(ad bc) b d a c
类似可以推得：
a
1 2
S12 (1 S11 )(1 S22 ) / S21 S12 (1 S11)(1 S22 ) / S21
对于线性网络，归一化入射波和归一化反射波之 间是线性关系，故有线性方程：
b1 S11a1 S12a2 b2 S21a1 S22a2
写成矩阵形式：
b1 b2
S11 S 21
S12 a1
S
22
a2
或简写为：b Sa
其中，
S
S11 S 21
S12
S
22
称为双口网络的散射矩阵，简称为[S]矩阵。
《微波技术与天线》
第四章 微波网络基础之•散射矩阵与传输矩阵

c d
介 质 衰 减 常数由以下公式给出：
d
1 2
GZ0
27.3
0
r
tan
(dB/m)
其 中 ， G为 带 状线 单位长 漏电导 ，tan为 介质 材料的 损耗角 正切。
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导 体 衰 减 可 由增量 电感法 求解,通 常由以 下公式 给出（ 单位Np/m） ：
c
2.7 103 RS r 30 (b t)
Z
a 0
59.952
ln
8h w
w 4h
119.904
w h
2.42
0.44
h w
1
h w
6
(w h 1) (w h 1)
e
r 1
2
r
1
2
r
2
1[1
12h w
1 2
r
2
1
1
12h w
1 2
0.041(1
w)2] h
(w h 1) (w h 1)
式中，w/h是微带的形状比， w是微带的导带宽度， h为介质基 片厚度。
Z
0
0.16Rs
B
A
Z0b
r Z0 120 r Z0 120
其 中 ， Rs为 导 体的 表面电 阻，
而
RS πf / W / 2
A
1
2w bt
1
b b
t t
ln
2b t
t
B
1
b 0.5w
0.7t
0.5
0.414t w
1 2
ln
4πw t
第14页/共49页
（3）相速和波导波长

圆形介质波导中的截止以w=0作为分界，这是因为当 w<0时在介质波导外出现了辐射模。
《微波技术与天线》
第三章 微波集成传输线之•介质波导
要使w=0同时满足（3-2a）或（3-2b），必须有J0(u)=0。
可见圆形介质波导的TE0n和TM0n模在截止时是简并的， 它们的截止频率均为：
fc0n
0nc 2a r 1
《微波技术与天线》
第三章 微波集成传输线之•介质波导
2.介质镜像线(dielectric image line)
对主模HE11来说，由于圆形介质波导的OO平面两侧场分布具有对 称性，因此可以在OO平面放置一金属导电板将不致影响其电磁场分 布，从而可以构成介质镜像线。
圆形介质 镜像线
矩形介质 镜像线
《微波技术与天线》
第三章 微波集成传输线之•介质波导
H形波导中传输的模式取决于介质条带的宽度和金属 平板的间距，合理地选择尺寸可使之工作于LSM模，此 时两金属板上无纵向电流，此模与金属波导的TE0n模有 类似的特性，并且可以通过与波传播方向相正交的方向 开槽来抑制其它模式，而不会对该模式有影响。在H形 波导中，其主模为LSE10e，其场结构完全类似于矩形金 属波导的TE10模，但它的截止频率为零，通过选择两金 属平板的间距可使边缘场衰减到最小，从而消除因辐射 而引起的衰减。
《微波技术与天线》
第三章 微波集成传输线之•介质波导
波导 (waveguide)
用来约束或引导电磁波的结构。通常，波导专指各种形状的空心金属 波导管和表面波波导(介质波导），前者将被传输的电磁波完全限制在 金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周 围，又称开波导。 当无线电波频率提高到3000兆赫至 300吉赫的厘米波波段和毫米波波 段时，同轴线的使用受到限制而采用金属波导管或其他导波装置。波 导管的优点是导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗； 结构简单，易于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波 导的边界条件求解，与普通传输线不同，波导管里不能传输 TEM模， 电磁波在传播中存在严重的色散现象，色散现象说明电磁波的传播速 度与频率有关。表面波波导的特征是在边界外有电磁场存在 。其传播 模式为表面波。

可见, 损耗很小时的特性阻抗近似为实数。
对于直径为d、间距为D的平行双导线传输线, 其特性阻
抗为
Z0
120 ln
r
2D d
式中, εr为导线周围填充介质的相对介电常数。 常用的平 行双导线传输线的特性阻抗有250Ω, 400Ω和600Ω三种。 对于内、外导体半径分别为a、b的无耗同轴线, 其特性阻抗为
1 2(R0YG0Z)jwLC
于是小损耗传输线的衰减常数α和相移常数β分别为
第1章 均匀传输线理论
α=12(RY0+GZ0) β=ω LC 3) 相速vp与波长λ 传输线上的相速定义为电压、电流入射波〔或反射波〕等 相位面沿传输方向的传播速度, 用vp来表示。 由式〔1- 1- 8〕 得等相位面的运动方程为
第1章 均匀传输线理论
将式〔1- 1- 1〕代入式〔1- 1- 2）, 并忽略高阶小量, 可得 u(z, t)z=Ri(z, t)+Li(z, t)t L i(z,t) t i(z, t)z=Gu(z, t)+Cu(z, t)t c i(z,t) t
这就是均匀传输线方程， 也称电报方程。 对于时谐电压和电流, 可用复振幅表示为 u(z, t)=Re［U(z)e jωt］ i(z, t)=Re［I(z)e jωt］
U(z) = Chγz
Z0shγz
Ul
I(z)
1
Z 0 shγz
chγz
Il
可见, 只要已知终端负载电压Ul、 电流Il及传输线特性参数
γ、Z0, 则传输线上任意一点的电压和电流就可由式〔1- 1- 12〕
求得。
第1章 均匀传输线理论
3.
1) 特性阻抗Z0
将传输线上导行波的电压与电流之比定义为传输线的特性 阻抗, 用Z0来表示, 其倒数称为特性导纳, 用Y0来表示。

《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。

为T1面开路时，端口2的输入阻抗
结论：[Z]矩阵中的各个阻抗参数必须使用开路法测量，故也称为 开路阻抗参数，而且参考面T选择不同，相应的阻抗参数也不同。
《微波技术与天线》
第四章 微波网络基础之•双口网络的阻抗和转移矩阵
[Z]矩阵的性质
互易网络(reciprocal network)
Z12 = Z 21
sin
πx
a
h10
(x)
=
−
E10 A1
由式（4-1）可推得： E120 Z e
Ze
πx
sin
Z TE10
a
ab = 1
A Z 2
1
TE10
2
《微波技术与天线》
A1 =
b 2
E10
(4-1-3)
第四章 微波网络基础之•等效传输线
于是唯一确定了矩形波导模的等效电压和等效电流，即：
U(z) =
b 2
E10e− jβz
第四章 微波网络基础之•引言
第四章 微波网络基础
前面我们介绍了多种规则传输系统，通过用场的分析法得到其传输
特性。然而在实际的微波应用系统中，除了有规则传输系统外，还包含
具有独立功能的各种微波元件如谐振元件、阻抗匹配元件、耦合元件等。
这些元件的边界形状与规则传输线不同，从而在传输系统中引入了不均
匀性。例如：
I (z) = A1 [1− Γ(z)]
Ze
Z
in
(
z
)
=
Z
e
1 1
+ −
Γ( Γ(
z) z)
[ ] [ ] P(z) = 1 Re U (z)I ∗(z) = A1 2 1− Γ(z) 2

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

了解微波中继通信的及微波中继转接方 式。
了解微波遥感系统的工作原理。
《微波技术与天线》
第十章 微波应用系统之•射频识别系统
习题
10.1 10.2 10.4
《微波技术与天线》
《微波技术与天线》
第十章 微波应用系统之•射频识别系统
阅读器经定向耦合器再通过天线将功率为P1的电 磁波发送到自由空间，经空间传播到达应答器时接收 天线的功率为P'1 ，该功率一部分通过接收天线送入负 载转变为热能，另一部分则反向散射至自由空间，设 反向散射的功率为P2 ，再次通过自由空间衰减，到达 阅读器天线处的功率为P'2 ，经定向耦合器进入接收机， 接收机可以获得反向散射功率与发射功率的比值:
b P2 P1
《微波技术与天线》
第十章 微波应用系统之•射频识别系统
当一定发射功率、一定收发距离的前提下，比值的大 小取决于反向散射功率，而此功率取决于接收天线与负载 的匹配程度，当接收天线与负载几乎匹配时，几乎没有功 率被反向散射回去，而当天线开路或短路时，几乎全部功 率反射回去，特别当工作波长处于天线的谐振区时，反射 十分明显。
射频识别器的组成框图
它是利用无线电波将电子数据载体（即应答器）中的数 据非接触地与阅读器进行数据交换从而实现识别的系统。
《微波技术与天线》
第十章 微波应用系统之•射频识别系统
1. RFID的分类
RFID系统按数据量来分，可分为1比特系统和电子数据 载体系统 1比特系统－－只能识别“有响应”和“无响应”两种 状态，该系统虽然不能区分各个应答器，但由于系统简 单、可靠，被广泛应用于商场的防盗系统中；
低频段的应答器一般是无源的，应答器所需要的能量是由 阅读器通过耦合元件传递给应答器，因此一般情况下，该 类应答器和阅读器之间的有效距离是很近的，也称之为密 耦合；

传输线上纯驻波电压、电流瞬时波形图
电压和电流 在原地振荡而不
向前传播！
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•状态分析
终端短路时线上电压、电流及阻抗分布
3 / 4 / 2
/4
0
终 端
短
路
U
I
U
z
串联谐振 《微波技术与天线》
并联谐振
第一章 均匀传输线理论之•状态分析
终端接短路负载传输线状态小结
3
z0
5A 3
压节点，电流腹点。经过
4
为电压腹
点（电流节点）
并联电压连续
U 250V max
。
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•状态分析
根据（1-3-14）式
U max I
U m in I
Z0;
I 2.5A max
max
m in
500
U 2.5 2Z0 500 V ; I
沿线各点电压和电流振幅按余弦变化，电压和电流相位 差90º，功率为无功功率，即无能量传输；
在z=n/2(n=0,1,2,…)处电压为零，电流的振幅值最大且
等于2|A1|/ Z0 ，称这些位置为电压波节点；
在 z=(2n+1)/4(n=0,1,2,…) 处 电 压 的 振 幅 值 最 大 且 等 于
解：(1)要使线上驻波比最小，实质上只要终端反射系 数的模值最小，而
1
l
Zl Z0 Zl Z0
(40 (40
Z0 )2 Z0 )2
302 302
2
将上式对求导，并令其为零，经整理可得Z0= 50
（2）终端反射系数及驻波比分别为：
l
Zl Zl