第六章 常用微波元件 PPT

第6章 天线辐射与接收的基本理论
综上所述, 天线应有以下功能: ① 天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。 这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与 发射机或接收机匹配。
② 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定 方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性。
③ 天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当 的极化。
第6章 天线辐射与接收的基本理论 图 6 –2 电基本振子的辐
第6章 天线辐射与接收的基本理论
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第6章 天线辐射与接收的基本理论
第6章 天线辐射与接收的基本理论
6.1 概论 6.2 基本振子的辐射 6.3 天线的电参数 6.4 接收天线理论 习题
第6章 天线辐射与接收的基本理论
6.1 概论
通信的目的是传递信息, 根据传递信息的途径不同, 可将通 信系统大致分为两大类: 一类是在相互联系的网络中用各种传 输线来传递信息, 即所谓的有线通信, 如电话、计算机局域网等 有线通信系统; 另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信 息, 即所谓的无线通信, 如电视、 广播、 雷达、 导航、卫星等 无线通信系统。 在如图 6 -1 所示的无线通信系统中, 需要将来 自发射机的导波能量转变为无线电波, 或者将无线电波转换为 导波能量, 用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。

高频段、大带宽
随着信息技术的不断发展，微 波电路的工作频率和传输带宽
也在不断增大。
集成化、小型化
随着微电子技术的发展，微波 电路的集成化程度越来越高， 体积越来越小。
多功能化
微波电路正向着多功能化的方 向发展，如同时处理多种信号 、实现多种功能等。
低成本、低功耗
随着市场竞争的加剧，低成本 、低功耗的微波电路成为研究
测试技术
微波电路的测试包括信号源测试、接 收机测试和系统测试等。信号源测试 主要是测试信号源的频率、功率和调 制等特性；接收机测试主要是测试接 收机的灵敏度、动态范围和抗干扰能 力等特性；系统测试主要是将微波电 路与其他系统进行集成测试，验证整 个系统的性能和功能。
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微波电路的典型应用案例
微波通信系统中的微波电路
微波电路与生物医学工程 的融合
生物医学工程中的无损检测、生物传感器等 技术需要利用微波电路进行信号传输和处理 ，这种交叉融合有助于推动两个领域的共同
发展。
THANKS
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系统误差
系统误差是由测量系统的硬件设备、线路损耗、连接器失 配等因素引起的误差。这些误差可以通过校准和修正来减 小。
方法误差
方法误差是由测量方法本身引起的误差，如信号源的频率 稳定度、测量接收机的动态范围等。这些误差可以通过选 择合适的测量方法和条件来减小。
微波电路的调试与测试技术
调试与测试的重要性
新型微波半导体材料
新型微波半导体材料如宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮 化镓）具有高电子迁移率和化学稳定性，为微波电路的发展 提供了新的可能性。
新型微波器件在微波电路中的应用
新型微波电子器件
随着微电子技术的不断发展，新型微波 电子器件如微波晶体管、微波集成电路 等不断涌现，这些器件具有体积小、重 量轻、可靠性高等优点，在雷达、通信 、导航等领域得到广泛应用。

而实际的非TEM传输线如金属波导等, 其电磁场E与H不仅
与z有关, 还与x、 y有关, 这时电压和电流的意义十分不明
确, 例如在矩形波导中,电压值取决于横截面上两点的选择,
而电流还可能有横向分量。因此有必要引入等效电压和电流
的概念, 从而将均匀传输线理论应用于任意导波系统, 这就
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导波系统
（2）相速大于光速 Vp＞C C=dr/dt
dr θθ
dzBiblioteka 相速度：看过去等相位面在波导中走的是dz，实际走了dr
Vp=dz/dt（可视相速） dr=dz·sinθ
能速Ve=C·sinθ
Vp·Ve=C2（相速再大，能量是守恒的）
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导波系统
dr θθ
（3）截止的概念 曲折性传播解释最有力
电抗就是高次模，如果只 有jB，一定会产生反射。
jB
如何消除反射？
图 5-4 不均性中高次模对于主模相当于jB。
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导波系统
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5.1 均匀波导系统与长线的等效
长线理论是一种电路理论，基本参量是电压和电流，并建 立在TEM传输线的基础上的, 因此电压和电流有明确的物理意 义, 而且电压和电流只与纵向坐标z有关, 与横截面无关。
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导波系统
涡旋的产生伴随着机械能的耗损，从而相对物体(飞机、船舶、 水轮机、汽轮机）产生流体阻力或降低其机械效率。
但是，另一方面，正是依靠涡旋，才使机翼获得举力。
在水利工程例如泄水口中，为了保护坝基不被急泻而下的水流 冲坏，采用消能设备，人为地制造涡旋以消耗水流的动能。这 些就是研究涡旋的实际背景。
随着频率的进一步提高，开放空间受干扰，影响 太大。又开始用枝节再一次封闭起来，使能量在内部 传输。这是由开放→封闭的第二过程。

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天线的的方向图参数
旁瓣电平
指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平（dB）。 不需要辐射的区域电平应尽可能低。
前后比
最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平 之比。（dB）
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天线的的方向图参数
方向系数D
在离天线某距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功
率流密度Psmax 与相同辐射功率的理想无方向性天线 在同一距离处的辐射功率流密度Ps0之比（dB）。
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基本振子的辐射
结论
比较电基本振子的远区场Eθ与磁基本振子的远区 场Eφ，可以发现它们具有相同的方向函数|sinθ|, 而且在空间相互正交，相位相差90°。
所以将电基本振子与磁基本振子组合后，可构成 一个椭圆（或圆）极化波天线。螺旋天线为该情 况。
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天线的电参数
天线方向图参数 天线效率 增益系数 极化特性 频带宽度 输入阻抗 有效长度
设有一电阻RΣ, 当通过它的电流等于天线上的最大电 流时, 其损耗的功率就等于其辐射功率。
辐射电阻的高低是衡量天线辐射能力的一个重要指标： 辐射电阻越大，天线的辐射能力越强。
A
R R RL
1 1 RL
R
中长波和电尺寸很小的天线中：R∑小， RL大，ηA小， 仅百分之几； 202超0/4/27短波、微波，电尺寸可以做的很大， ηA→１。 35
如果通信的一方是剧烈摆动或高速运动着的，为了提 高通信的可靠性，发射和接收都应采用圆极化天线。
如果雷达是为了干扰和侦察对方目标，也要使用圆极 化天线。典型的例子是车载GPS常用的圆极化天线。
在人造卫星、宇宙飞船和弹道导弹等空间遥测技术中， 由于信号通过电离层后会产生法拉第旋转效应, 因此 其发射和接收也采用圆极化天线。