重要知识点提要

1、重要知识点绪论1 微波的波长范围和频率范围波长： 1m-0.1mm; 频率： 300MHZ-3000GH；Z第一章 传输线理论1 导行波类型 ( 须了解各类传输线的主模 ) ：(1) TEM波(横电磁波 ): 在导行波传播的方向 (纵向)上，没有电磁场分量的电磁 波(双导体传输线，同轴电缆) ；(2) TE 波(横电波)：纵向 Ez 0，但 Hz 0(3) TM波(横磁波) ：纵向 Hz 0，但 Ez 02 传输线的分类：(1) 双导体传输线，同轴线，主模 TEM；(2) 金属波导 ( 矩形波导，圆形波导 ), 不能传输 TEM波(3) 介质传输线；3 传输线方程及其解(1) 分析思路：化场为

2、路，使用电阻 R、电导 G、电感 L 和电容 C 将传输线化为 电网络；(2) 传输线模型及其坐标系： 注 坐标系以终端为原点，坐标方向从负载至信源；(3) 传输线方程的推导和解：理解4 传输线的特性参数(1) 特性阻抗 Z0 R jL ，对于均匀无耗传输线 Z0 L 为纯电阻；0 G Jc0 C(2) 传播常数 (R j L)(G j C)= j ，其中 为衰减常数， 为相移 常数；(3) 相速 p 与波长 ：反射系数 z ZZll ZZ00 e j2 z=j( l 2 z) le5 传输线输入阻抗、反射系数和驻波比 输入阻抗 Zin Z0 Zl jZ0 tan zZ0 jZ l tan z

3、 输入阻抗归一化值 Zin= Zin Zl jZ 0 tan z in Z0 Z0 jZl tan z反射系数和输入阻抗的关系(反射系数的取值范围)1z1zZin (z) Z0Zin (z) Z0ZinZ0驻波比 1 l 11l 注 ：证明输入阻抗和反射系数的/ 2周期性， / 4变换性，注意相应的作业题。6 无耗传输线的状态分析(1) z 0即 Zl Z0 处，行波状态的描述；A 沿线电压和电流振幅不变，驻波比 =1 ；B 电压和电流在任意点上都同相；C 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗；(2) 纯驻波状态： l 1 即 Zl 0或 ；(3) 行驻波状态：介于行波状态和纯驻波状态之间。7

4、 Smith 圆图(1) 组成：A 反射系数圆图 z l ejB 归一化电阻圆图C 归一化电抗圆图；(2) 重要概念A Smith 阻抗圆图是反射系数圆图，归一化电阻圆图和归一化电抗圆图的合成；B 圆图上一点既代表一个归一化阻抗，又代表这个阻抗值对应的反射系数( 阻抗和反射系数是一一对应的 ) ；C 由归一化阻抗的 /2 的周期性，因此在圆图上旋转一圈，即是在传输线 上移动 / 2的距离；D 向顺时针方向旋转， 相当于从负载端向信源端移动； 向逆时针方向旋转， 相当于从信源端向负载端移动；，与实轴负半轴交E 在旋转时与实轴正半轴交点所对应电阻值为驻波比 点所对应电阻值为 1/(3) 重要的点线

5、面8 阻抗匹配(1) 阻抗匹配的作用 在微波电路中，若不匹配，将导致严重的反射，降低传输线效率，甚至会击 穿传输线。(2) 阻抗匹配的分类A 终端负载匹配；匹配条件： Zl Z0 ； 匹配结果：终端负载无反射波B 信源匹配；匹配条件： Zg Z0匹配结果：信源将吸收传输线中的反射波C 共轭匹配； 匹配条件： Zin Zg* 信源输出功率达到最大值(3) 阻抗匹配的实现方法 ( 例题讲解 )A/ 4 的阻抗变换器法，使用前提：终端负载为纯电阻。B 并联单支节调配法；第二章 规则金属波导1 规则金属波导要满足的条件：(1) 波导管的边界和尺寸沿着轴向不变；(2) 波导内填充的介质是均匀、线性、各向

6、同性的；(3) 波导管内为时谐场。2 规则金属波导分析方法：电磁场分析方法，使用麦克斯韦方程和边界条件 精确求解波导管内电磁场分布。3 矩形波导(1) 只能存在 TE波和 TM波；2c c a bn 为矩形波导工作模式的编号； (3) 截止波长 c 2 2(a) (b(5)TE 模的最低工作模次是 TE10，TM模的最低工作模次为 TM11 ，最低次模的(2) 截止波数 kcm2， a 和 b 为矩形波导长边与宽边长度， m和( 例题讲解 )2截止波长是最大的。一般希望波导工作在单模状态下(5) 矩形波导尺寸选择a 0.7b (0.4 0.5)a4 圆形波导 ( 半径外 R)：最低次模为 TE

7、11 ，其截止波长为 c 3.41R第三章 带状线和微带线1 对微波集成传输元件的基本要求是必须具有平面化结构， 以便实现微波集成 电路的平面化；2 微带传输线有两种基本结构：带状线和微带线；3 带状线可理解为由同轴线演化而来，传输的主要是 TEM波；4 微带线中存在纵向分量 Ez和 H z ，但通过微带线的尺寸选择，纵向分量可以 很小，因此场结构与 TEM模很相似，被称为准 TEM模。第四章 微波网络基础1 微波网络分析的 3 个问题：(1) 确定参考面，将微波网络的均匀区 ( 传输线 ) 和非均匀区 ( 一般而言是不规 则的微波元件区域 ) 分隔开；(2) 由横向电磁场的分布，定义等效电流

8、 I(z) 和等效电压 U(z) ，将传输线等 效为双导体传输线；(3) 将不规则区域化为多端口电网络进行分析2 参考面选取的原则(1)(2)(3)必须是横截面； 要尽可能深一点，以便将高次模屏蔽； 一旦选定，对应着一个确定参数的电网络，因此不能轻易改变3 将微波传输线等效为双导体传输线，通过坡印廷定理引入等效电流 I(z) 和等效电压 U(z) 。4 对等效电流和等效电压进行归一化：U(z) U(z)/ Z0I (z) I(z) Z05 二端口网络的分析(1) 阻抗矩阵 ZT2面开路(I2 = 0)时，T1 面的输入阻抗定义为T1面开路(I1 = 0)时，T1面开路(I1 = 0)时，T2

9、面的输入阻抗定义为端口 (2) 至端口 (1) 的转移阻抗为T2面开路(I2 = 0)时，端口 (1) 至端口 (2) 的转移阻抗为阻抗矩阵的归一化对互易网络 Z12 Z21对对称网络 Z11 Z22(2) 导纳矩阵 Y其参数定义和归一化参见阻抗矩阵 Z。 对互易网络 Y12 Y21 对对称网络 Y11 Y22(3) 转移矩阵 AU1 A11U2 A12I2I1 A21U2 A22I2A 转移矩阵的归一化a11a21a12a22A21 Z01Z02A12Z01Z02A22Z01A11 A22 A12 A21 1A11 =A22B A 矩阵的性质 对互易网络 对对称网络(4) 散射矩阵 S：S

10、参数是以微波电路端口的反射系数为基础定义的。A 引入散射矩阵 S 的原因： Z、Y、A 矩阵以等效电流和等效电压为基础， 但 U、 I 为虚拟的数学概念，不能测量，不具有实际意义。因此须引入一个可以 测量的参数 - 反射系数为基础的散射矩阵 S。B 二端口散射矩阵 S 的定义S11U1S12S21U1 S11U1 S12U 2 U 2 S21U1 S22U2U1 U2 0 ，相当于端口阻抗匹配1 0 ，相当于端口阻抗匹配U2U1U 2 0 ，相当于端口阻抗匹配U2S222 U1 0 ，相当于端口阻抗匹配U2 1C 散射矩阵 S的归一化(相关例题习题： P107 例 2-7 及作业题)Ui对任一

11、端口入射波而言， 归一化电压值等于归一化电流值； 对于反射波而 言，归一化电压值等于归一化电流值的相反数。对于互易网络 S12 S21对于对称网络 S11 S22第五章 微波元器件1 微波元器件的分类：(1) 线性互易元器件；(2) 线性非互易元器件；(3) 非线性元器件；2 终端负载元件(1) 短路负载：使传输线终端短路，主要指短路活塞，分为接触式短路活塞和 扼流式短路活塞；(2) 匹配负载：在一段波导的末端放置一块劈型元件，面上附着碳粉，用以吸 收微波能量，产生的热能可用散热片或流水元件带走。(3) 失配负载：在传输线上产生反射系数为特定值的驻波场，用于微波测量；3 微波连接元件(1) 波

12、导接头A 法兰盘：平法兰、扼流法兰；B 扭转元件；C 弯曲元件(2) 衰减元件和相移元件：用于改变波导中电磁波的幅度和相位(3) 转换接头A 工作模式转换接头：如方圆波导转换器B 极化转换器：改变电磁波极化方式4 阻抗匹配元件(1) 螺钉调配器：广泛应用于低功率微波装置中，实现终端的匹配。根据调节 螺钉的深度，等效为不同的电抗，以实现阻抗匹配；第六章 天线的辐射与接收1 天线的功能性描述：天线将发射机中的高频电流转化为空间中传播的电磁波( 天线的辐射 ) ，并可接收空间中的电磁波， 将其转化为微波电路中的高频电流 ( 接 收)；2 天线的基本功能要求：(1) 天线是电磁开放系统，且天线与发射机

13、或接收机阻抗匹配；(2) 天线应具有方向性；(3) 天线应有适当的极化特性；(4) 天线应有足够的工作频带。3 天线的分类：(1) 线天线：构成天线的金属导体远小于波长， 适用于长波、 中波和短波波段；(2) 面天线：由尺寸远大于波长的金属或介质面构成，适用于超短波和微波波 段；4 电基本振子： 一段长度远小于工作波长的导线， 导线上各处电流的赋值和相位 可认为处处相等。根据参数 kr 的取值，可将电基本振子周围的电磁场分为 3 个区域：1(1) kr = 1, 近场感应区， 其坡印廷矢量 S 1(E H * ) 为纯虚数， 因此其辐射功2 率也为纯虚数，辐射功率为无功功率， 只有电磁能量的相

14、互转换， 而没有有功功 率的向外辐射；1(2) kr ? 1,远场辐射区，其坡印廷矢量 S 1(E H*) 为实数，因此其辐射功率 也为实数，辐射功率为有功功率， 只有电磁能量的向远方传递， 而存在有功功率 的向外辐射，且 E 和 H都与 sin 成正比，因此辐射具有方向性；(3) 处于 2 区之间，称为菲涅尔区域。(4) 方向图函数 f ( , ) sin ，方向系数 D 1.5, 主瓣宽度 90 度。5 对称振子方向图函数 f ( , ) cos( hcos ) cos( h)sin2h 1半波对称振子 2h 1 方向系数 D 1.64, 主瓣宽度 78度。2全波对称振子 2h 16 天线

15、的电参数(1) 天线的方向图A 方向图是一个三维图形， 其坐标为 (Pr, , )，其中 Pr 为归一化辐射功率， 可以表示为 Pr f ( , ) ，即为方向图函数；B 一般使用三维方向图的 2 垂直剖面来表示方向图性质，一般为 E 平面或 H平面；C 方向图的组成： 主瓣（ 方向图中的最大辐射方向 ） 、旁瓣（ 方向图中其它次 要辐射方向 ）、后瓣（ 方向图中与主瓣相反的辐射方向 ）D 主要参数：主瓣宽度、旁瓣电平，前后比E 方向系数 D（ 可以全面描述天线的方向型 ） 一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度 Smax 与同输出功率的无方向性 天线在同一距离处的辐射功率密度 S 的比值。（

16、2）天线效率 A因此，天线效率若要更高， Rr 应更大。由电基本振子 Rr 80 2（ l ）2，若l比 小太多，则 Rr小，效率低。（3）增益系数 GG 是方向系数 D和天线效率 A 的合成参数， G D A一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度 Smax 与同输出功率的理想 （天 线效率 A 100%） 无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度 S的比值。（4）天线的极化方式：线极化、圆极化和椭圆极化。7 线天线的相关知识（1） 方向图乘积定理：由相似元天线构成的天线阵的方向函数等于各阵元单独 存在是的方向函数 （单元因子 ）和阵方向函数 （阵因子）的乘积。 条件：必须是相似元天线，且均匀同方向排列组阵。（2） 相控阵天线的原理：均匀直线阵中，阵元相位差在一定范围内周期变化， 直线阵的最大辐射方向将实现 360度往返运动，即实现方向图扫描。 这种通过改 变相邻元电流相位差实现方向图扫描的天线阵，称为相控阵。第七章 电磁波的空间辐射1 空间辐射的分类：（1） 视距传播 （ 工作波