微波技术与天线1011020102

微波技术与天线基础理论与军事应用——微波武器与智能天线

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孟庆文

目录

微波技术与天线基础理论与军事应用 0

一摘要 (2)

二微波技术 (2)

(1)微波（Microwave)的概念 (2)

(2)微波技术的发展 (3)

(3)均匀传输线理论 (4)

（4）微波网络 (6)

（5）微波元器件 (7)

二天线 (8)

(1)天线的概念 (8)

（2）天线辐射与接收的基本理论 (9)

三微波技术应用实例——微波武器 (10)

四天线的应用实例——智能天线 (12)

五心得体会 (14)

六参考文献 (15)

一摘要

本文阐述了《微波技术与天线》这门课程的主要内容，在经过多年的发展后，微波技术与天线已经越来越深入大众的生活当中，并且分支越来越细，微波与天线在民用和军用方面都很广泛，本文主要从微波技术与天线技术的发展和具体应用两个方面来阐述。

微波，天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，他们三者研究的对象和目的有多不同，微波主要研究如何导引电磁波在微波传输系统中的有效传输，他的特点是：希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射滴传输，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：一时有效的辐射或者接受电磁波，另一个是吧无线电波能量转换为导行波能量；颠簸传播则是分子和研究颠簸在空间的传播方式和特点。——取自参考文献【1】

二微波技术

(1)微波（Microwave)的概念

微波也是无线电波，但他是一个比普通无线电波段的波长更短（频率更高）的波段，故名微波。目前把波长为0.1m~1mm的电磁波成为微波，气对应的频率在300MHZ~3000GHZ,此波段就成为微波波段，有次可见微波是指波长很短的波,，从频率上看，恰好相反，频率非常高，对应数值也很大。

对于电磁频谱，按照从波长较长（频率较低）到波长愈来愈短（频率愈高）的次序可排列为：普通无线电波，微波，红外线，可见光，X射线和γ射线，可见，微波波段的低频段与普通无线电波中超短波的高频端相毗邻，而高频端则与红外线的低频端相衔接。

(2)微波技术的发展

随着科学技术的迅速发展和生产工艺的不断改进，微波技术已在许多工业生产领域得到应用。在国内，微波技术已应用于玻璃纤维、化工产品、保温材料、木材等的干燥，食品、医疗的灭菌、干燥和焙烤。并在医疗、环保、农业等领域也有所应用。微波技术的应用，提高了生产效率和产品质量，降低了能耗和环境污染，减轻了人的劳动强度，提高了生产效益。在国际上，许多工业发达国家都对微波的工业应用非常重视，把微波技术作为改进生产工艺和提高产品质量的重要手段。

微波技术的应用记载第二次世界大战前几年才开始，尽管在19世纪末，人们

已经知道了超高频的许多特性，赫兹用火花振荡器得到了微波信号，并对其进行

了研究。但盒子本人并没有想到将这种电磁波用于通信，他的实验仅是证实了麦克斯韦的一个语言——电磁波的存在。他在给朋友的信中甚至否认了将微波用于实际的可能性，因此很长一段时间内对微波没有更深入的研究。

20世纪初期对微波技术的研究又有了一定的进展，但仅限于实验室的研究。此阶段研制出了磁控管，速调器及其他一些新型的微波电子管。这些器件的功率较小，效率也很低在1936年4月美国科学家south worth用直径12.5cm的青铜管将9cm的电磁波传输了260m远。这一实验结果激励了当时的研究者，因此他证实了麦克斯韦的另一个预言——电磁波可以再空心的金属管中传输，因此在第二次世界大战中微波技术的应用就成了一个热门的课题。

战争的需要，促进了微波技术的发展，而电磁波在波导中传输的成功，有提供了一个有效的能量传输的设备，因此，这是微波电真空振荡器及微波器件的发展十分迅速。在1943年终于制造出了第一台微波雷达，工作波长为10cm。这一段由于战争的影响，只注重应用，理论问题的探讨远远落后于实际。

战后，可以人文是微波技术发展的第三阶段，这一阶段，不仅系统援救了微波技术的传输理论，而且乡镇多方应用发展，并且一直在不断的发展完善。——取自参考文献【2】

(3)均匀传输线理论

凡是用以引导电磁波的装置都称为传输线。（取自参考文献【1】），传输线分为a双导体传输线，b技术波导，c介质传输线。

均匀传输线及其等效电路

均匀传输线方程

特性阻抗Z：

传输线上入射波电压与入射波电流之比

传播常数γ：

反映波经过单位长度传输线后波的幅度和相位变化的一个物理量

相速度v与相波长λ

相速度定义为沿一个方向传播的波等相位点移动的速度，相波长定义为同

一瞬间相位相差2π的两点间的距离

输入阻抗 ：

对无耗均匀传输线, 线上各点电压U(z)、电流I(z)与终端电压U l、终端电流I l的关系如下：

反射系数 ：

定义传输线上任意一点z 处的反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）

之比为电压（或电流）反射系数, 即：???????

==++)()_()()_(i u z I z I Γz U z U Γ

输入阻抗与反射系数的关系U(z)=U+(z)+U-(z)=A 1e j βz ［1+Γ(z )］ I(z)=I+(z)+I-(z) = e j βz ［1-Γ(z )］

阻抗匹配 ：

分三种：负载阻抗匹配，源阻抗匹配，共轭阻抗匹配。

同轴线的特性阻抗 ：

同轴线是一种典型的双导体传输系统, 它由内、 外同轴的两导体柱构成.

（4）微波网络

等效传输线：

等效电压和等效电流 模式等效传输线

单口网络：

单口网络的传输特性 ：

令参考面T 处的电压反射系数为Γl, 由均匀传输线理论可知, 等效传输线上任意点的反射系数为：

归一化电压和电流：

由于微波网络比较复杂, 因此在分析时通常采用归一化阻抗, 即将电路中各个阻抗用特性阻抗归一, 与此同时电压和电流也要归一。

双端口网络的阻抗与转移矩阵：

在各种微波网络中, 双端口网络是最基本的, 任意具有两个端口的微波元件均可视之为双端口网络。

下面介绍线性无源双端口网络各端口上电压和电流之间的关系。 ?????+=+=)sin(j )cos()()sin(j )cos()(011011z Z U z I z I z Z I z U z U ββββ1(2)

1()j z z e φβ-Γ=Γ

阻抗矩阵与导纳矩阵 ???+=+=22212122121111I Z I Z U I Z I Z U

转移矩阵 ：

转移矩阵也称为［A ］矩阵,它在研究网络级联特性时特别方便。

（5）微波元器件

5.1 连接匹配元件

(1) 短路负载(2) 匹配负载(3) 失配负载

2. 微波连接元件

微波连接元件是二端口互易元件, 主要包括: 波导接头、 衰减器、相移器、转换接头。

3. 阻抗匹配元件

(1) 螺钉调配器(2) 多阶梯阻抗变换器(3) 渐变型阻抗变换器

5.2 功率分配元器件

1. 定向耦合器

1) 定向耦合器的性能指标

(1)耦合度(2)隔离度(3) 定向度 (4) 输入驻波比(5)工作带宽

2)波导双孔定向耦合器3)双分支定向耦合器4)平行耦合微带定向耦合器

2. 功率分配器

将一路微波功率按一定比例分成n 路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器和不等功率分配器。在结构上, 大功率往往采用同轴线而中小功率常采用微带线。

(1) 两路微带功率分配器

① 端口“①”无反射;

② 端口“②、③”输出电压相等且 同相;

③ 端口“②、③”输出功率比值为任意指定值

(2) 微带环形电桥

微带环形电桥是在波导环形电桥基础上发展起来的一种功率分配元件。

3. 波导分支器

将微波能量从主波导中分路接出的元件称为波导分支器, 它是微波功率分配器件的一种, 常用的波导分支器有E 面T 型分支、H 面T 型分支和匹配双T 。

(1) E-T 分支 (2)H-T 分支 (3) 匹配双T

5. 3 微波谐振器件

在低频电路中, 谐振回路是一种基本元件, 它是由电感和电容串联或并联而成, 在振荡器中作为振荡回路，用以控制振荡器的频率; 在放大器中用作谐振回路; 在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。

5.4

微波铁氧体器件

1. 隔离器

1) 谐振式隔离器2) 场移式隔离器3) 隔离器的性能指标

2. 铁氧体环行器

一个理想的环行器必须具备以下的条件:输入端口完全匹配, 无反射;输入端口到输出端口全通, 无损耗; 输入端口与隔离器间无传输。

于是环行器的散射参数应满足:

????

?

=========010231231133221332211S S S S S S S S S 二 天线

(1)天线的概念

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，用来辐射和接受无线电波的装置成为

天线

天线的种类很多，按用途可将天线分为通信天线，广播电视天线，雷达天线等；按工作波长，可将天线分为长波天线，中博天线，短波天线，超短波天线和微波天线等；按辐射远的类型可将天线分为两大类：线天线和面天线。所谓线天线是由半径小于波长的金属导线侯成，主要用于长波，中波，短波波段；面天线是由尺寸大于波长的金属或介质面构成的，主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。取自参考文献【1】

（2）天线辐射与接收的基本理论

基本振子的辐射

电基本振子 ：

电基本振子是一段长度l 远小于波长, 电流I 振幅均匀分布、 相位相同的直线电流元, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。

磁基本振子的场 ：

引入这种假想的磁荷和磁流的概念, 将一部分原来由电荷和电流产生的电磁场用能够产生同样电磁场的磁荷和磁流来取代,即将“电源”换成等效“磁源”, 可以大大简化计算工作。

天线的电参数

天线方向图及其有关参数：

所谓天线方向图， 是指在离天线一定距离处, 辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图, 通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。

天线效率 ：

天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比, 记为ηA ， 即

1i P P P P P A +==∑∑∑η

增益系数 ： 增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数, 它是方向系数与天线效率的乘积, 记为G , 即： G=D ·ηA

极化和交叉极化电平：

极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。具体地说,就是在空间某一固定位置上,电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形,如果是直线, 就称为线极化;如果是圆就称为圆极化;如果是椭圆就称为椭圆极化。

频带宽度(Frequency Band Width)：

天线的电参数都与频率有关, 也就是说, 上述电参数都是针对某一工作频率设计的。当工作频率偏离设计频率时, 往往要引起天线各个参数的变化,

输入阻抗与驻波比(Input Impedance and Standing Wave Ratio)：

要使天线辐射效率高, 就必须使天线与馈线良好地匹配, 也就是天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗,才能使天线获得最大功率

有效长度 ：

有效长度是衡量天线辐射能力的又一个重要指标。

接收天线理论

接收天线主要考虑以下四个方面：1. 天线接收的物理过程及收发互易性2. 有效接收面积3. 等效噪声温度4. 接收天线的方向性

三微波技术应用实例——微波武器

提起微波，很多人首先想到微波炉。微波炉的微波加热原理是基于物质对微波的吸收作用而产生的热效应。微波炉是一种多功能、快捷、方便、能量转化均匀的加热工具。微波炉既能用于工业、医疗上进行加热与解冻、烘烤与干燥等，还能用于家庭进行烹饪、野外军事训练进行后勤保障的应用。

在未来的高技术战争中，人们很可能看到:太空中的侦察卫星和预警卫星等空间飞行器瞬间丧失功能成为“太空垃圾”；来袭导弹变成了无头苍蝇；对方的通信指挥控制情报系统突然瘫痪；飞机突然坠地或是因为胡乱飞行而坠毁；正在有序行进的坦克车队忽然像中了魔一样，或突然停驶，或横冲直撞。这一切的形成都将归功于一种新概念武器——高功率微波武器。这是一种目前正在研究发展的高技术武器，试验性高功率微波弹头已被美军在海湾战争中使用，数枚高功率微波炸弹配合其它武器曾使巴格达指挥系统一度中断。微波武器扬威21世纪，不仅会给武器系统带来质的变化，还将对作战方式带来革命性的影响，成为核威慑

条件下信息战争的杀手铜。

当电子束以光速或接近光速通过等离子体时，产生定向微波能量，将这种波束能量高度集中，就会成为杀伤力很强的武器。基于这种原理，微波武器利用高增益定向天线，将强微波发生器输出的微波能量会聚在窄波束内，从而辐射出强大的微波射束(频率为1～300吉赫的电磁波)，直接毁伤目标或杀伤人员。由于微波武器是靠射频电磁波能量打击目标，所以又称“射频武器”。

高功率微波武器的关键设备有两个，即高功率微波发生器和高增益天线。高功率微波发生器的作用是将初级能源(电能或化学能)经能量转换装置(强流加速器等)转变成高功率强脉冲电子束，再使电子束与电磁场相互作用而产生高功率电磁波。这种强微波将经离增益天线发射，其能量汇聚在窄波束内，以极高的强微波波束(其能量要比雷达波的能量大几个数量级)辐射和轰击目标、杀伤人员和破坏武器系统。

微波武器的穿透力极强，能像中子弹那样杀伤目标(如装甲车辆)内部的战斗人员，如指挥人员、飞行员、武器装备操纵人员等，从而瘫痪目标。不过微波武器对人体组织的杀伤，既非冲击伤，也非撞击伤，而是“软杀伤”，其杀伤作用是通过对人体产生热效应和非热效应而形成的。

热效应是强微波能量对人体照射引起的（如微波炉的效应）。微波照射人体时，一部分被吸收，一部分被反射。被人体吸收的强微波在人体内的细胞分子之间以惊人的速度碰撞、运动、产生强热效应。由于微波有很强的穿透力，所以不仅人体皮肤表面被加热，更重要的是人体内部器官组织也被加热。由于人体内深层软组织散热难，升温比表层更快，导致皮肤尚未感灼痛，深部组织已受损伤。当微波能量密度达20瓦/平方厘米时，照射1秒钟，就可能致人死亡。据美国研究表明，一次射频的直接闪击，大脑就可死亡，整个神经系统会造成混乱，心跳和呼吸功能停止。未来高功率微波武器的作战运用主要有两种形式，一是地基固定式，即在固定地域配置高功率微波武器，以保护首脑机关的指挥中心、导弹发射阵地、重要城市、工厂、仓库、基地，配置若干个高功率微波武器系统，攻击来袭飞机、导弹，扰乱或摧毁这些来袭目标所使用的指挥、搜索、控制系统，使其丧失战斗力；另川一种是机动式，可分为机载、舰载、车载和弹载等几种形式，前三种分别以飞机、舰艇、车辆为平台，攻击空中、陆地、海上的各种目标，

弹载则以各种导弹、炸弹为载体，利用爆炸能量产生微波能量攻击各类目标。随着航天技术的快速发展，微波武器的第三种作战形式己走进人们的视线，即将微波武器装备在航天器上，攻击卫星等太空目标或地面、海上乃至空中目标。显然这第三种作战方式将随着太空战场越来越被重视而“行情看好。”

当然，微波武器和其它武器一样，也不是万能的。微波武器本身就需要一套情报、侦察、定位、发射、跟踪等相应系统的支持，干扰、破坏、摧毁这个系统中的任何一个环节也就是攻击了微波武器，此其一；微波武器最大弱点是易被反辐射导弹跟踪、攻击，此其二；被攻击的飞机、导弹、卫星等本身采取反微波措施，也能防微波武器的攻击。有矛就有盾，随着微波武器的研制发展和逐渐亮相，预防和对付的办法也会“与时俱进”。摘取自文章【4】

结合我所学的探测制导与控制技术专业，微波技术的应用将更加着重于武器方面的研究，微波武器-----什么是微波武器？与常规武器、激光武器等相比，微波武器并不是直接破坏和摧毁武器设备，而是通过强大的微波束，破坏它们内部的电子设备。实现这种目的途径有两条：其一是通过强微波辐射形成瞬变电磁场，从而使各种金属目标产生感应电流和电荷，感应电流可以通过各种入口（如天线、导线、电缆和密封性差的部位）进入导弹、卫星、飞机、坦克等武器系统内部电路。当感应电流较低时，会使电路功能混乱，如出现误码、抹掉记忆或逻辑等；当感应电流较高时，则会造成电子系统内的一些敏感部件如芯片等被烧毁，从而使整个武器系统失效。这种效应与核爆炸产生的电磁脉冲效应相似，所以又称非核爆炸电磁脉冲效应；其二是强微波束直接使工作于微波波段的雷达、通信、导航、侦察等电子设备因过载而失效或烧毁。因此，微波武器也被认为是现代武器电子设备的克星。

四天线的应用实例——智能天线

智能天线的基本工作原理是把具有相同极化特性、各向同性及增益相同的天线阵元，按一定的方式排列，构成天线阵列。构成阵列的阵元可按任意方式排列，通常是按直线等距、圆周等距或平面等距排列，其间距通常取工作波长的一半，并且取向相同。它主要应用在信源定位——确定阵列到信源的仰角和方位角，甚至距离(若信源位于近场)；源分离——确定各个信源发射的信号波形。各个信源可从不同方向到达阵列，即使它们在时域和频域是叠加的；信道估计：确定信源

与阵列之间的传输信道的参数(多径参数)。自适应天线系统（Adaptive Antenna Systems）是能够针对噪声、干扰和多径（Multipath,在发射机和接收机之间存在多条无线路径）而动态改变天线方向图的一个阵列，它能够实时改变方向图以跟踪用户。复杂的自适应天线系统应具备能够区分期望信号和非期望信号的能力。其工作原理是：自适应天线系统中的微处理器将解调出来的信号作为基准信号，将它与天线阵列的输出相减，得出误差信号，反馈控制网络根据误差信号的大小决定对各个天线阵元输出信号加权量wi的动态控制。方法之一就是，使用迭代的方法，以平方平均误差最小为目标，逐次更新w的取值，逐渐达到最佳，实现自适应的波束形成。在特定方向具有尽量高的增益及干扰源方向有尽量低的增益。——摘取自文章【5】

智能天线起源于军事上雷达和声纳系统中所采用的自适应天线。最初研究对象是雷达天线阵,目的是提高雷达的系统性能和电子对抗的能力。智能天线在合成孔径雷达(SAR)中的应用。智能天线在雷达中的应用体现在以下几点:提高雷达探测威力,对多个机动目标的跟踪能力,提高雷达抗干扰能力。智能天线在提高雷达抗干扰方面主要体现在高性能自适应抗干扰、电子对抗能力强以及隐蔽性好。采用智能天线技术的雷达系统有聚焦相控阵雷达(FOPAIR)和相控阵通用SAR(PHARUS)等。OUADRANT工程公司研制的FOPAIR,频率为10GHz,是128元连续采样的线性阵列,采用数字波束形成技术产生96波束对海洋表面进行观察。同时在高图像对比度区域采用自适应算法抵消干扰信号,提高天线方向图特性。TNO公司研制的PHARUS,是频率为5 3GHz的偏振有源相控阵SAR,可在聚束模式下工作,提供零干扰和多目标跟踪。智能天线的应用越来越广,与SAR系统相关的最新应用如下。聚束SAR。与扇形波束扫描方式不同,笔形波束对准地面的某特定区域,以提高分辨力。非对地静止通信卫星在飞行过程中对某一区域提供覆盖时情况也是如此。补偿非理想运动的SAR天线平台。与采用方向系统的慢速机械补偿不同,快速电子补偿可以把SAR天线固定在小型飞机上,以降低运行成本,供恶劣条件下使用。补偿SAR阵列失真。为了减少重量,在飞行过程通过测量形状以及主动失真补偿,可以放宽对平面的要求。双向波束形成。收发采用不同的天线方向图,可以通过用全功率统一激发发射来提高SNR。【6】

五心得体会

通过对《微波技术与天线》这门课程的学习，我了解了很多关于微波和天线方面的知识，这篇论文是通过课本，老师的课件还有一些课外书内容的深入学习总结出来的知识。

首先对微波技术方面，我了解到了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波元器件、天线辐射与接收理论、电波传播概论、线天线的基本知识。以前对于这些知识，听着都十分的熟悉，但是不知道是什么，现在对也对这些知识有一些初步的了解。同时，也对其在军事领域的发展有了更多的认识，对于微波的实际应用也比前更加清晰，也不仅仅局限于对微波炉的了解了，结合我所学的探测制导与控制技术专业，在微波方面对导弹制导，我想微波也可以发挥很大的作用，我也查阅了很多资料比如说在1987年第三期出版的《系统工程与电子技术》这本杂志里面就提到了导弹制导中的微波技术------在导弹制导系统中微波集成电路(MIC)的应用稳步上升,人们猜测,行波管(TWT)最终有可能让位于M IC。然而,就目前技术水平来看,这种情况在不久的将来还不大可能发生。无论MIC怎样灵验,当需要高功率时,设计人员还是选择TWT。在某些类型系统,如近程导弹系统中,输出信号功率低,采用MIC能减小体积和重量,可谓最佳解决办法。——取自参考文献【3】可见微波技术在我国的导弹领域的应用已经很有经验了。了解了一些关于微波武器具体应用后，我能够将这门知识和我的专业方面更好的联系在一起，我想在我走出校园后，对我的工作也会有很大的帮助。

其次对天线方面，天线同样是在我们生活中处处可见的技术，它的应用与我们更是息息相关，同样的，我将它与我的专业联系在一起，在导航制导与控制过程中，天线和微波技术的配合也是一门很深奥的学问，我希望在我以后的学习中，能够对这些知识有更加系统和深入的了解，既然学了这门课，就应该具备起码的知识体系，我现在可以很自信的说，对于微波技术与天线他们的实际应用，具体的知识结构通过课上的学习和课下查找资料，我觉得也有了一些初步了解至少大面上都知道。在我翻查资料的过程中，发现天线在军事领域的应用其实已经很早了，在美国日本及一些国家对天线的应用发展的很完善了，中国对这方面的应用虽然稍晚一些，但是我相信，在今后的发展中，会通过我们的努力研究出更

出色的成果。

我想总结的就是，每一门学问都有它的魅力所在，微波技术与天线是一门博大精深的课程，我会在今后的学习中更加的努力，利用更多资源充实自己的知识。同时，也很感谢老师对我在这门课程学习过程中的帮助。

六参考文献

【1】微波技术与天线刘学观郭辉萍编著西安电子科技大学出版社

【2】摘取自《微波天线技术》第三版王新稳李延平李萍编著

【3】1987年第三期出版的《系统工程与电子技术》

【4】《信息战争的杀手铜：21世纪的未来高功率微波武器！》作者未知

【5】《浅谈智能天线技术及应用》林华芳徐明远昆明理工大学

【6】《智能天线技术及其在军事上的应用》赵 勇李桂花 徐永胜(中国电子科技集团公司第10研究所）

最新《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第2章

第2章 微波传输线 2.1什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。 答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将 1.0

微波技术与天线课后题答案

1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?

微波技术与天线考试复习重点(含答案)

微波技术与天线复习提纲（2011级） 一、思考题 1. 什么是微波？微波有什么特点？ 答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHZ 到3000GHZ ， 波长从0.1mm 到1m ；微波的特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。 2. 试解释一下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有 哪些？一般是采用哪些物理量来描述？ 答：长线是指传输线的几何长度与工作波长相比拟的的传输线； 以长线为基础的物理现象：传输线的反射和衰落； 主要描述的物理量有：输入阻抗、反射系数、传输系数和驻波系数。 3. 均匀传输线如何建立等效电路，等效电路中各个等效元件如何定义？ 4. 均匀传输线方程通解的含义 5. 如何求得传输线方程的解？ 6. 试解释传输线的工作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长） 答：传输线的工作特性参数主要有特征阻抗Z 0，传输常数错误!未找到引用源。，相速及波长。 1)特征阻抗即传输线上入射波电压与入射波电流的比值或反射波电压与反射波电流比值的负值， 其表达式为0Z =它仅由自身的分布参数决定而与负载及信号源无关；2）传输常数j γαβ=+是描述传输线上导行波的衰减和相移的参数，其中，α和β分别称为 衰减常数和相移常数，其一般的表达式为γ=传输线上电压、电 流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度称为相速，即 p v ωβ= ；4）传输线上电磁波的波长λ与自由空间波长0λ 的关系2π λβ==。

7. 传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的，有何特点，并分析 三者之间的关系 答：输入阻抗：传输线上任一点的阻抗Z in 定义为该点的电压和电流之比，与导波系统的状态特性无关，10001tan ()tan in Z jZ z Z z Z Z jZ z ββ+=+ 反射系数：传输线上任意一点反射波电压与入射波电压的比值称为传输线在该点的反射系数，对于无耗传输线，它的表达式为2(2)10110 ()||j z j z Z Z z e Z Z βφβ---Γ==Γ+ 驻波比：传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅的比值为电压驻波比，也称为驻波系数。 反射系数与输入阻抗的关系：当传输线的特性阻抗一定时，输入阻抗与反射系数一一对应，因此，输入阻抗可通过反射系数的测量来确定；当10Z Z =时，1Γ=0，此时传输线上任一点的反射系数都等于0，称之为负载匹配。 驻波比与反射系数的关系：111||1|| ρ+Γ=-Γ，驻波比的取值范围是1ρ≤<∞；当传输线上无反射时，驻波比为1，当传输线全反射时，驻波比趋于无穷大。显然，驻波比反映了传输线上驻波的程度，即驻波比越大，传输线的驻波就越严重。 8. 均匀传输线输入阻抗的特性，与哪些参数有关？ 9. 均匀传输线反射系数的特性 10. 简述传输线的行波状态，驻波状态和行驻波状态。 11. 什么是行波状态，行波状态的特点 12. 什么是驻波状态，驻波状态的特性 13. 分析无耗传输线呈纯驻波状态时终端可接哪几种负载，各自对应的电压电流分 布 14. 介绍传输功率、回波损耗、插入损耗 15. 阻抗匹配的意义，阻抗匹配有哪三者类型，并说明这三种匹配如何实现？

微波技术与天线傅文斌习题答案第4章

第4章 无源微波器件 4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。 4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为 () () ?? ?-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为 ?? ?+=+=2221212 2 121111I Z I Z U I Z I Z U ?? ?? ??????-=??????=c d c c bc ad c a Z Z Z Z 1 2221 1211 Z 4.3从I S S =* T 出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。 解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为 ???? ? ?????=1123 13 231112 131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =* T ，即 ?????? ????=????????? ???????????100010001*11*23 *13*23 *11* 12 * 13 * 12* 11 1123 13 2311121312 11 S S S S S S S S S S S S S S S S S S 得

实用文档之微波技术与天线课后题答案

1-1 实用文档之"解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> " 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低 频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线 上每一点的电磁波传播，故称其为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''==

微波技术与天线复习知识要点

《微波技术与天线》复习知识要点 绪论 微波的定义： 微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段。 微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~ 0.1mm 微波的特点（要结合实际应用）： 似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量子特性（微波波谱的分析） 第一章均匀传输线理论 均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性） 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注： 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。 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Z in(z)=Z in(z+λ／2)

2、λ／4变换性:Zin(z)-Z in(z+λ／4)=Z 02 证明题： (作业题) 均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断）参数 |Γ|ρZ 1行波01 匹配驻波1∞ 短路、开路、纯 电抗行驻波 0＜|Γ|＜1 1＜ρ＜∞ 任意负载 能量电磁能量全部 被负载吸收电磁能量在原 地震荡 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 传输线的三类匹配状态（知道概念） 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。源阻抗匹配： 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 共轭阻抗匹配： 对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。 共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 传输线的阻抗匹配（λ／4阻抗变换）(P15和P17) 阻抗圆图的应用（*与实验结合）

微波技术与天线复习大纲

微波技术与天线复习大纲 绪论 一、基本概念 1、什么是微波，微波的波段如何划分？ 答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率围从300MHz到30 00GHz，波长从0.1mm到1m。 通常，微波波段分为米波、厘米波毫米和亚毫米波四个波段。 2、微波有何特点及特性？ 答：似光性；穿透性；宽频带特性；热效应性；散射性；抗低频干扰性；视距传播性；分布参数的不确定性；电磁兼容和电磁环境污染。 第一章均匀传输线理论 一、基本概念 1、什么是微波传输线（或导波系统）？ 答：微波传输线（或导波系统）是用以传输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的方向传输，因此又称为导波系统，它所引导的电磁波称为导行波。 2、什么是均匀传输线，它是如何分类的？ 答：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成为规则导波系统或均匀传输线。 可大致分为三种类型： （1）双导体传输线（或TEM波传输线）；由两根或两根以上的平行导体构成，主要包括平行双线、同轴线、带状线和微带线等。由于其上传输的电磁波是TEM波或准TEM波，所以又称为TEM波传输线。 （2）波导：均匀填充介质的金属波导管，主要包括矩形波导，圆波导、脊形波导和椭圆波导等。 （3）介质传输线：因电磁波沿此类传输线表面传播，故又称为表面波波导，主要包括介质波导，镜像线和单根表面波传输线等。 二、计算题（一般是课后练习题） 1.1 设一特性阻抗为50Ω的均匀传输线终端接负载R1=100Ω，求负载反射系数。在负载0.2，0.25及0.5处的输入阻抗及反射系数分别为多少？

解：， ，， 由于，，故当分别为0.2，0.25及0.5时有： ， 将上述所算得的反射系数带入求输入阻抗的公式则有 （化简略） 1.4 有一特性阻抗=50Ω的无耗均匀传输线，导体间的媒质参数= 2.25，=1，终接=1Ω的负载。当=100MHz时，其线长度为。试求： （1）传输线的实际长度。（2）负载终端反射系数。（3）输入端反射系数。（4）输入端阻抗。 解：先求波长，欲求波长应知道波的传播速度（一下简称为波速）。 波速 其中，分别是自由空间中电介质常数和磁导率常数，分别是相对电介质常数和相对磁导率常数，为光速。 ，，于是， （1）传输线的实际长度 （2）负载终端反射系数 （3）输入端反射系数 （4）输入端阻抗 1.11 设特性阻抗为=50Ω的无耗均匀传输线，终端接有负载阻抗Ω为复阻抗时，可以用一下方法实现阻抗变换器匹配：即在终端或在阻抗变换器前并接一段终端短路线，试分别求这两种情况下阻抗变换器的特性阻抗及短路线长度。 解：图(a)中的短路线的输入导纳为，， 由，可得到短路线的长度，此时终端等效为纯电阻，即。因此阻抗变换器的特性阻抗为。

《微波技术与天线》实验指导书

微波技术与天线实验指导书 南京工业大学信息科学与工程学院 通信工程系

目录 实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -

实验一 微波测量系统的熟悉和调整 一、实验目的 1. 熟悉波导测量线的使用方法； 2. 掌握校准晶体检波特性的方法； 3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。 二、实验原理 1. 传输线的三种状态 对于波导系统，电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --== ) /ln(0 (1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( 00π π -=- 在x=a/2处 z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+- 其模值为：z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为： 2min 0max ==r r r E E E (2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( ' 00π π +=- 在x=a/2处 z E e E E e E e E e E e E e E e E E y ift y y fit y fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0 ' 0'0 '0'00'00+-=++-=+=----- 由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为：

微波技术与天线复习题

微波技术与天线复习题 一、填空题 1微波与电磁波谱中介于（超短波）与（红外线）之间的波段，它属于无线电波中波长（最短）的波段，其频率范围从（300MHz）至（3000GHz）,通常以将微波波段划分为（分米波）、（厘米波）、（毫米波）和（亚毫米波）四个分波段。 2对传输线场分析方法是从（麦克斯韦方程）出发，求满足（边界条件）的波动解，得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式，进而分析（传输特性）。 3无耗传输线的状态有（行波状态）、（驻波状态）、（行、驻波状态）。 4在波导中产生各种形式的导行模称为波导的（激励），从波导中提取微波信息称为波导的（耦合），波导的激励与耦合的本质是电磁波的（辐射）和（接收），由于辐射和接收是（互易）的，因此激励与耦合具有相同的（场）结构。 5微波集成电路是（微波技术）、（半导体器件）、（集成电路）的结合。 6光纤损耗有（吸收损耗）、（散射损耗）、（其它损耗），光纤色散主要有（材料色散）、（波导色散）、（模间色散）。 7在微波网络中用（“路”）的分析方法只能得到元件的外部特性，但它可以给出系统的一般（传输特性），如功率传递、阻抗匹配等，而且这些结果可以通过（实际测量）的方法来验证。另外还可以根据

微波元件的工作特性（综合）出要求的微波网络，从而用一定的（微波结构）实现它，这就是微波网络的综合。 8微波非线性元器件能引起（频率）的改变，从而实现（放大）、（调制）、（变频）等功能。 9电波传播的方式有（视路传播）、（天波传播）、（地面波传播）、（不均匀媒质传播）四种方式。 10面天线所载的电流是（沿天线体的金属表面分布），且面天线的口径尺寸远大于（工作波长），面天线常用在（微波波段）。 11对传输线场分析方法是从（麦克斯韦方程）出发，求满足（边界条件）的波动解，得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式，进而分析（传输特性）。 12微波具有的主要特点是（似光性）、（穿透性）、（宽频带特性）、（热效应特性）、（散射特性）、（抗低频干扰特性）。 13对传输线等效电路分析方法是从（传输线方程）出发，求满足（边界条件）的电压、电流波动解，得出沿线（等效电压、电流）的表达式，进而分析（传输特性），这种方法实质上在一定条件下是（“化场为路”）的方法。 14传输线的三种匹配状态是（负载阻抗匹配）、（源阻抗匹配）、（共轭阻抗匹配）。 15波导的激励有（电激励）、（磁激励）、（电流激励）三种形式。

微波与天线习题

第一章 均匀传输线理论 1．在一均匀无耗传输线上传输频率为3GHZ 的信号，已知其特性阻抗0Z =100Ω，终端接 l Z =75+j100Ω的负载，试求： ① 传输线上的驻波系数； ② 离终端10㎝处的反射系数； ③ 离终端2.5㎝处的输入阻抗。 2．由若干段均匀无耗传输线组成的电路如图，已知g E =50V ,Z 0=g Z = 1l Z =100Ω,Z 01=150Ω,2l Z =225Ω,求： ① 分析各段的工作状态并求其驻波比； ② 画出ac 段电压、电流振幅分布图并求出极值。 3．一均匀无耗传输线的特性阻抗为500Ω，负载阻抗l Z =200-j250Ω,通过4 λ 阻抗变换器及并联支节线实现匹配，如图所示，已知工作频率f =300MHZ ，求4 λ 阻抗变换段的特性阻抗01Z 及并联短路支节线的最短长度min l 。

4．性阻抗为0Z 的无耗传输线的驻波比为ρ，第一个电压波节点离负载的距离为min1l ，试证明此时终端负载应为 min1 min1 1tan tan l j l Z j l ρβρβ-Z =- 5 明无耗传输线上任意相距 4 λ 的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平方。 6某一均匀无耗传输线特性阻抗为0Z =50Ω，终端接有未知负载l Z ，现在传输线上测得电压最大值和最小值分别为100mV 和200mV ，第一个电压波节的位置离负载min13 l λ =，试求 负载阻抗l Z 。 7．传输系统如图，画出AB 段及BC 段沿线各点电压、电流和阻抗的振幅分布图，并求出电压的最大值和最小值。（图中R=900Ω） 8．特性阻抗0150Z =Ω的均匀无耗传输线，终端接有负载250100l j Z =+Ω，用 4 λ 阻抗

《微波技术与天线》傅文斌-习题标准答案-第章

《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第章

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17 第2章 微波传输线 2.1什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。 答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将1.0

微波技术与天线考试试卷(A)

一、填空（102?） 1、充有25.2r =ε介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为 mm b mm a 72,22==，传输线上的特性阻抗Ω=__________0Z 。（同轴线的单位分布电容和单位分布电感分别()() 70120104,F 1085.8,ln 2ln 2--?==?===πμμεπμπεm a b L a b C 和m H ) 2、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最_ __________处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。 3、 平行z 轴放置的电基本振子远场区只有________和________ 两 个分量，它们在空间上___________（选填：平行，垂直），在 时间上_______________（选填：同相，反相）。 4、 已知某天线在E 平面上的方向函数为()?? ? ??-=4sin 4sin πθπθF ，其半功率波瓣宽度_________25.0=θ。 5、 旋转抛物面天线由两部分组成， ___________ 把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来 的球面波沿抛物面的___________向反射出去，从而获得很强 ___________。 二、判断（101?） 1、传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm ，当信号频率为20GHz 时， 该传输线为短线。（ ） 2、无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。（ ）

3、由于沿smith 圆图转一圈对应2λ，4λ变换等效于在图上旋转180°， 它也等效于通过圆图的中心求给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对 应的导纳（或阻抗）。（ ） 4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大 功率。（ ） 5、微带线在任何频率下都传输准TEM 波。（ ） 6、导行波截止波数的平方即一定大于或等于零。（ ） 7、互易的微波网络必具有网络对称性。（ ） 8、谐振频率、品质因数和等效电导是微波谐振器的三个基本参量。（ 对） 9、天线的辐射功率越大，其辐射能力越强。（ ） 10、二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。（ ） 三、简答题（共19分） 1、提高单级天线效率的方法？（4分） 2、在波导激励中常用哪三种激励方式？（6分） 3、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？(9分) 四、计算题（41分） 1、矩形波导BJ-26的横截面尺寸为22.434.86a mm b ?=?，工作频率为3GHz ，在终端接负载时测得行波系数为0.333，第一个电场波腹点距负载6cm ，今用螺钉匹配。回答以下问题。 （1）波导中分别能传输哪些模式？（6分） （2）计算这些模式相对应的p νλ,p 及。（9分）

微波技术与天线试卷B

1 2007 /2008学年第 2 学期 课程名称：微波技术与天线 共 5 页 试卷： B 考试形式： 闭 卷 一、 填空题（每空1分，共10分） 1、微波的频率范围从 到 。 2、圆波导的主模是 。 3、微带线的高次模有两种模式，其中波导模式存在于 与 之间。 4、无耗传输线上任意相距λ/2处的阻抗 。 5、矩形波导中传输的主模是__________。 6、圆波导中损耗最小的的模式是_______________。 7、电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传输的 电磁波。 8、天线的有效长度越长，表明天线的辐射能力___________。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、若传输线上全反射时，驻波比等于 。 A ：0 B ：1 C ：2 D ：∞ 2、双导体传输系统中传输的是 。 A ：TE 波 B ：TM 波 C ：TEM 波 D ：TE 和TM 波 3、匹配双T 的四个端口 。 A ：只有两个端口匹配 B ： 完全匹配 C ：只有三个端口匹配 D ：完全不匹配 4、当单极天线的高度h<<λ时，其有效高度约为实际高度的 。 A ：2/3 B ：1/3 C ： 1/2 D ：1/4

5、无耗传输线，终端断短路时在电压波腹点处，相当于。A：并联谐振B：串联谐振C：纯电感D：纯电容 6、在微波视距通信设计中，为使接收点场强稳定，希望反射波的成分 _________。 A：愈小愈好B：愈大愈好C：适当选择D：不确定 7、传输线的工作状态与负载有关，当负载开路时，传输线工作在何种状态?( ) A.混合波 B.行波 C.驻波 D.都不是 8、可以导引电磁波的装置称为导波装置，传播不受频率限制的导波装置是( ) A. 方波导 B.同轴线 C. 圆波导 D.以上都可以 9.天线是发射和接收电磁波的装置，其关心的主要参数为( ) A.增益 B.驻波比 C. 方向图 D.以上都是 10、在规则金属波导中波的传播速度比无界空间媒质中传播的速度。A：快B：慢C：相等D：无法确定 三、简答题（每题6分，共24分） 1、对均匀传输线的分析方法通常有哪两种？各自特点是什么？ 2

最新微波技术与天线 考试重点复习归纳

第一章 1.均匀传输线（规则导波系统）：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。 2.均匀传输线方程， 也称电报方程。 3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速v p 与频率无关, 称为无色散波。色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为色散特性。 1101 0010110 cos()sin()tan() ()tan()cos()sin() in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z j z Z ββββββ++==++ 2p v f πλβ===/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载 221021101()j z j z j z j z Z Z A e z e e Z Z A e ββββ----Γ===Γ+ 1 10 1110 j Z Z e Z Z φ-Γ= =Γ+ 终端反射系数 均匀无耗传输 线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性 4. 00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ 111ρρ-Γ= + 1 111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波比 其倒数称为行波系数, 用K 表示 5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1; ② 电压和电流在任意点上都同相; ③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗 6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e -j2β z 此时传输线上任意一点z 处的输入阻抗为 0()tan in Z Z jZ z β= ① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输; ② 在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A 1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。 ③ 传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处Z in =0, 相当于串联谐振, 在电压波腹点处|Z in |→∞, 相当于并联谐振, 在0＜z ＜λ/4内, Z in =jX 相当于一个纯电感, 在λ/4＜z ＜λ/2内, Z in =-jX 相当于一个纯电容，从终端起每隔λ/4阻抗性质就变换一次, 这种特性称为λ/4阻抗变换性。 短路线ls l 110arctan()2s X l Z λπ= 开路线loc 0cot() 2c oc X l arc Z λ π= 9.无耗传输线上距离为λ／4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特 性称之为λ/4阻抗变换性。 10.负载阻抗匹配的方法 基本方法：在负载与传输线之间接入一个匹配装置（或称匹配网络），使其输入阻抗等于传输线的特性阻抗Z 0. 对匹配网络的基本要求：简单易行、附加损耗小、频带宽、可调节以匹配可变的负载阻抗。 实现手段分类：串联λ/4阻抗变换器法、支节调配器法 (1)因此当传输线的特性阻抗 01 Z = 时, 输入端的输入阻抗Z in =Z 0, 从而实现了负载和传输 线间的阻抗匹配(2)串联

《微波技术与天线》习题答案

《微波技术与天线》习题答案 章节 微波传输线理路 1.1 设一特性阻抗为Ω50的均匀传输线终端接负载Ω=1001R ，求负载反射系数 1Γ，在离负载λ2.0，λ25.0及λ5.0处的输入阻抗及反射系数分别为多少？ 解：31)()(01011=+-=ΓZ Z Z Z πβλ8.0213 1 )2.0(j z j e e --=Γ=Γ 31 )5.0(=Γλ （二分之一波长重复性） 31 )25.0(-=Γλ Ω-∠=++= 79.2343.29tan tan )2.0(10010 l jZ Z l jZ Z Z Z in ββλ Ω==25100/50)25.0(2λin Z （四分之一波长阻抗变换性） Ω=100)5.0(λin Z （二分之一波长重复性） 1.2 求内外导体直径分别为0.25cm 和0.75cm 的空气同轴线的特性阻抗；若在两导体间填充介电常数25.2=r ε的介质，求其特性阻抗及MHz f 300=时的波长。 解：同轴线的特性阻抗a b Z r ln 60 0ε= 则空气同轴线Ω==9.65ln 600a b Z 当25.2=r ε时，Ω== 9.43ln 60 0a b Z r ε 当MHz f 300=时的波长： m f c r p 67.0== ελ 1.3题 设特性阻抗为0Z 的无耗传输线的驻波比ρ，第一个电压波节点离负载的距离为1m in l ，

试证明此时的终端负载应为1 min 1 min 01tan tan 1l j l j Z Z βρβρ--? = 证明： 1 min 1min 010)(1 min 101min 010in tan l tan j 1/tan tan 1min 1min l j Z Z Z Z l j Z Z l j Z Z Z Z l in l βρβρρ ββ--? =∴=++?=由两式相等推导出：对于无耗传输线而言：）（ 1.4 传输线上的波长为： m f r 2c g == ελ 因而，传输线的实际长度为： m l g 5.04 ==λ 终端反射系数为： 961.051 49 01011≈-=+-= ΓZ R Z R 输入反射系数为： 961.051 49 21== Γ=Γ-l j in e β 根据传输线的4 λ 的阻抗变换性，输入端的阻抗为： Ω==25001 2 0R Z Z in 1.5 试证明无耗传输线上任意相距λ/4的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平方。 证明：令传输线上任意一点看进去的输入阻抗为in Z ，与其相距 4 λ 处看进去的输入阻抗为' in Z ，则有： z jZ Z z jZ Z Z ββtan tan Z 10010 in ++=

微波技术与天线实验4利用HFSS仿真分析矩形波导

实验3：利用 HFSS 仿真分析矩形波导 一、 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k =2 2 m n a b ππ???? ? ????? +而mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模， m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即

c k （mn TM ）=c k （mn TE ） = 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ

微波技术与天线实验3利用ADS设计集总参数匹配电路

一、实验目的 学会用ADS进行集总参数匹配电路设计。 二、实验步骤 1、打开“ADS（Advanced Design System）”软件：点击图标。 2、点击“Close”键，关闭Getting start with ADS窗口（如图1）。 图1 3、在“Advanced Design System 2009（Main）”窗口中点击“File>New Project”（如图2）， 图2 在“New project”窗口中的“C:\users\default\”后输入“matching”，点击“OK”（如图3）。

图3 4、默认窗口中的选项（如图4（a）），关闭窗口“Schematic Wizard:1”，进入 “[matching-prj]untitled1(Schematic):1”窗口（如图4（b））。 图4（a） 图4（b） 5、找到“Smith Chart Matching”，并点击（如图5）。

图5 点击“Palette”下的“Smith chart”图标，弹出“Place SmartComponent:1”窗口,点击“OK”按钮（如图6（a））。在操作窗口中点击出一个smith chart，然后点击鼠 标右键选择“End Command”（如图6（b））。 图6 （a）

图6（b） 6、点击“Tools>Smith Chart”（如图7（a）），出现“Smith Chart Utility”以及 “SmartComponent Sync”窗口，点击“Smartcomponent Sync”窗口中的“OK”（如 图7（b））。 图7 （a）

《微波技术与天线实验》2

《微波技术与天线实验》课程实验报告 实验二: 学院通信工程 班级13083414 学号13041403 姓名李倩 指导教师魏一振 2015年11 月12 日

实验名称：集总参数滤波器设计 1.实验目的 （1）通过此次实验，我们需要熟悉集总参数滤波器软件仿真过程，且通过亲自实验来进一步熟悉MWO2003 的各种基本操作。 （2）本次实验我们需要用到MWO2003 的优化和Tune 等工具，要求熟练掌握MWO 提供的这些工具的使用方法和技巧。 2.实验内容 设计一个九级集总参数低通滤波器，要求如下： 通带频率范围：0MHz～400MHz 增益参数S 21：通带内0MHz～400MHz S 21 >--0.5dB 阻带内600MHZ以上S 21 <-50dB 反射系数S 11：通带内0MHz～400MHz S 11 <-10dB 3.实验结果 实验电路原理结构图：

运行结果： 4.思考题 （1）如果要你设计的是高通滤波器，与前面相比，需要变化那几个步骤？ 带宽和截止频率参数的设计、结构图的设计需要改变，所以原理图属性设置、画结构图、元件参数设置、参数优化步骤需要改变。 首先需要改变电路图的结构，如下图

将原来的电容接地改成电感接地。 之后在优化参数进行重新设置。也就是将原来0~400MHZ的优化条件改成400MHZ~MAX的频率范围。原来的600~MAX的改为0~600MHZ的频率范围。如下图

之后重复上述仿真可以得到如下结果 可见这样设计并不是十分的完美，在0~300MHZ内基本满足条件，在之后增益略微有偏差。反射系数在某个区域内比较符合。 （2）你在优化设计过程中，那些参量调解对优化结果影响最大？（最敏感）在优化过程中，电容c1和c0的参量调节对优化结果影响最大。

微波技术与天线(重点)

微波：是电磁波中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，其频率范围从300Mhz（波长1m）至3000GHz（波长0.1m）. 微波的特性：1.似光性2.穿透性3.宽频带特性4.热效应特性5.散射特性6.抗低频干扰特性. 与低频区别：趋肤效应，辐射效应，长线效应，分布参数。 微波传输线的三种类型:1.双导体传输线，2.金属波导管3.介质传输线。 集总参数：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。 这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯一地确定了电压电流。 分布参数： 电路是指电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外，还是空间坐标的函数。 分布参数电路的实际尺寸能和电路的工作波长相比拟。 对于分布参数电路由传输线理论对其进行分析。 均匀传输线方程（电报方程）： t t z i L t z Ri z t z u ? ? + = ? ?) , ( ) , ( ) , (， t t z u C t z Gi z t z i ? ? + = ? ?) , ( ) , ( ) , ( 传输线瞬时电压电流： ) cos( ) cos( ) , ( 2 1 z t e A z t e A t z u z zβ ω β ωα α- + + =- + )] cos( ) cos( [ 1 ) , ( 2 1 z t e A z t e A Z t z i z zβ ω β ωα α- + + =- + 特性阻抗: C j G L j R Z ω ω + + = (无耗传输线R=G=0.) 平行双导线(直径为d,间距为 D): d D Z r 2 ln 120 ε = 同轴线（内外导体半径a,b）: a b Z r ln 60 ε = 相移常数： λ π ω β 2 = =LC 输入阻抗： ) tan( ) tan( 1 1 0z Z Z z Z Z Z Z inβ β + + = 反射系数：z j z j e e Z Z Z Z zβ β- -Γ = + - = Γ 1 1 1 ) ( 终端反射系数:1 | | 1 1 1 1 φj e Z Z Z Z Γ = + - = Γ