微波技术与天线论文.doc

微波技术与天线院系：万方科技学院电气系 班级： 通信11-1班 姓名： 李凯 学号： 1116303037 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，他们三者研究的对象和目的有所不同。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，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地传输，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向和特点。微波、天线与电波传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。微波技术主要研究引导电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输。微波是电磁波中介于超短波了红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz至3000GHz。微波具有似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗干扰特性。除了上述特性外，它还有以下特点：1、视距传播特性2、分布参数的不确定性3、电磁兼容与电磁环境污染。天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变为微波设备中的导行波。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。课程内容总结第15章为微波技术部分，主要讨论了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础和微波元器件第69章为天线与电波传播部分，主要叙述了天线辐射与接收的基本理论、电波传播概论、线天线及面天线，其中在线天线部分侧重介绍了在工程中常用的鞭天线、电视天线、移动通信基站天线、行波天线、宽频带天线、微带天线等，还对智能天线技术做了简要介绍。第10章为微波应用系统，主要讨论了雷达系统、微波通信系统及微波遥感系统三个经典系统。课程主要知识点一、均匀传输线理论（1）均匀传输线方程: 时谐传输线方程: （2）均匀传输线方程的解: （3）传输线的工作特性参数。特性阻抗;传播常数;相速与波长(4)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U1、终端电流Il的关系如下： (5)反射系数: 传输线上任意一点z处的反射波电压（或电流）与入射波电（或电流）之比为电压（或电流）反射系数, 即：(6)输入阻抗与反射系数的关系U(z)=U+(z)+U-(z)=A1e jz1+(z) I(z)=I+(z)+I-(z) = e jz1-(z)二、规则金属波导传输功率: 1) 截止波长。圆波导TEmn模、TMmn模的截止波数分别为： 三、微波集成传输线介质波导可分为两大类：一类是开放式介质波导，主要包括圆形介质波导和介质镜像线等；另一类是半开放介质波导，主要包括H形波导、G形波导等。四、微波网络基础（1）单口网络的传输特性令参考面T处的电压反射系数为l, 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：（2） 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。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。五、微波元器件(1) 短路负载 匹配负载 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(4) 定向耦合器 (5) 定向耦合器的性能指标耦合度 隔离度 定向度 输入驻波比工作带宽 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六、天线辐射与接收（1）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。 （2） 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。 （3）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。 （4） 天线效率天线辐射功率与输入功率之比, 记为A， 即（5） 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=DA（6） 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。（7） 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。（8） 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（9） 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。 七、电波传播概论(1) 视线距离：(2) 大气对电波的衰减大气对电波的衰减主要来自两个方面。一方面是云、雾、 雨等小水滴对电波的热吸收及水分子、氧分子对电波的谐振吸收。 另一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的散射。(3) 场分析在视距传播中, 除了自发射天线直接到达接收天线的直射波外, 还存在从发射天线经由地面反射到达接收天线的反射波， 如图 7-5 所示。因此接收天 线处的场是直射波与反射波的叠加。（1）垂直极化波沿非理想导电地面传播时,当地面的电导率越小或电波频率越高, 电场纵向分量 Ez1越大, 说明传播损耗越大。（2） 地面波的波前倾斜现象在接收地面上的无线电波中具有实用意义。在某些场合, 由于受到条件的限制, 也可以采用低架水平天线接收。（3） 地面波由于地表面的电性能及地貌、 地物等并不随时间很快地变化, 并且基本上不受气候条件的影响, 因此信号稳定, 这是地面波传播的突出优点。 八、线天线（1） 直立振子天线1) 单极天线的辐射场及其方向图2) 有效高度3) 提高单极天线效率的方法 （2） 水平振子天线水平振子天线经常应用于短波通信、电视或其它无线电系统中, 这主要是因为: 水平振子天线架设和馈电方便;地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小;工业干扰大多是垂直极化波, 因此用水平振子天线可减小干扰对接收的影响。 1) 水平振子天线尺寸的选择为保证水平振子天线在较宽的频带范围内最大辐射方向不发生偏移, 应选择振子的臂长h0.625, 以保证在与振子轴垂直的方向上始终有最大辐射,（3）电视发射天线1) 电视发射天线的特点 频率范围宽。 覆盖面积大。 在以零辐射方向为中心的一定的立体角所对的区域, 电视信号变得十分微弱。 我国的电视发射信号采用水平极化。 为了扩大服务范围, 发射天线必须架在高大建筑物的顶端或专用的电视塔上。2) 旋转场天线，设有两个电流大小相等I1=I2、相位差=90 的直线电流元, 在水平面内垂直放置。（4） 移动通信基站天线的特点天线应架设在很高的地方, 这就要求天线有足够的机械强度和稳定性;天线应采用垂直极化;采用扇形天线; 如果是中心激 励, 采用全向天线;天线增益应尽可能的高;天线与馈线应良好地匹配。（5） 移动通信基站天线 VHF和UHF移动通信基站天线一般是由馈源和角形反射器两部分组成的, 为了获得较高的增益, 馈源一般采用并馈