微波技术复习1

1、 微波及其特点 微波是电磁波谱中介于超短波于红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz（波长1m）至3000GHz（波长0.1mm）微波的特点（1）似光性微波具有类似光一样的特性，主要表现在反射性、直线传播性及集束性等几个方面 （2）穿透性。主要表现在云、雾、雪等对微波传播的影响较小。 （3）宽频带特性微波具有较宽的频带特性，其携带信息的能力远远超过中短波及超长波。 （4）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。 （5）散射特性当电磁波入射到物体上时，会在除入射方向外的其它方向上产生

2、散射。 （6）抗低频干扰特性地球周围充斥着各种各样的噪声和干扰。这些噪声一般在中低频区域，与微波波段的频率成分差别较大，它们在微波滤波器的阻隔下，基本不能影响微波通信的正常进行。第一章 传输线理论二、均匀传输线方程的解二、均匀传输线方程的解 将式(1-3)两边对z再求一次微分，并令，可得 (1-4) d U zdzU zd I zdzI z22222200 通解为 U zA eA eI zZA eA ezzzz120121 式中， ZRj LGj C00000Rj LGj Cj0000(1-5）第一章 传输线理论 1-2 传输线的特性参量传输线的特性参量 传输线的特性参量主要包括：传播常数、特

3、性阻抗、相速和相波长、输入阻抗、反射系数、驻波比(行波系数)和传输功率等。 一、传播常数一、传播常数 传播常数 一般为复数，可表示为 Rj LGj Cj0000对于低耗传输线有(无耗传输线 RG0000, )RCLGLCcd00000022L C00无耗000 L C第一章 传输线理论二、特性阻抗二、特性阻抗 传输线的特性阻抗定义为传输线上入射波电压Ui (z)与入射波电流Ii (z)之比，或反射波电压Ur (z)与反射波电流Ir (z)之比的负值，即 ZU zI zUzIzRj LGj Ciirr00000 对于无耗传输线( )，则RG0000, ZLC000对于微波传输线 ,也符合。在无耗

4、或低耗情况下，传输线的特性阻抗为一实数，它仅决定于分布参数L0和C0，与频率无关。 第一章 传输线理论三、相速和相波长三、相速和相波长相速是指波的等相位面移动速度。 入射波的相速为vdzdtp对于微波传输线vL Cp100所谓相波长定义为波在一个周期T内等相位面沿传输线移动的距离。即 pppv Tvff2第一章 传输线理论 四、输入阻抗四、输入阻抗 传输线终端接负载阻抗ZL时，距离终端z处向负载方向看去的输入阻抗定义为该处的电压U (z)与电流I (z)之比，即 ZzU zI zin均匀无耗传输线 ZzUzjI ZzjUzZIzZZjZzZjZzinLL220202000cos sin sin

5、 cos tgtg传输线的输入阻抗 第一章 传输线理论 对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入阻抗随至终端的距离l的不同而作周期(周期为)变化，且在一些特殊点上，有如下简单阻抗关系： ZlZlnnZlZZlnninLinL 201221401202, , , , ,1.传输线上距负载为半波长整数倍的各点的输入阻抗等于负载阻抗；2.距负载为四分之一波长奇数倍的各点的输入阻抗等于特性阻抗的平方与负载阻抗的比值，3.当Z0为实数，ZL为复数负载时，四分之一波长的传输线具有变换阻抗性质的作用。 在许多情况下，例如并联电路的阻抗计算，采用导纳比较方便 YzZzYYjYzYjYzininLL1000tg

6、tg 第一章 传输线理论 五、反射系数五、反射系数 距终端z处的反射波电压Ur(z)与入射波电压Ui(z)之比定义为该处的电压反射系数u(z)，即 urij zj zjzzUzU zA eA eAAe21212 电流反射系数 irijzuzIzI zAAez 212 终端反射系数 LjLjAAAAeeL212121传输线上任一点反射系数与终端反射系数的关系 zeeeLjzLjzLjL22 第一章 传输线理论输入阻抗与反射系数间的关系 ZzU zI zUzzI zzZzzinii11110负载阻抗与终端反射系数的关系 ZZLLL011上述两式又可写成 zZzZZzZinin00LLLZZZZ00

7、第一章 传输线理论 六、驻波比和行波系数六、驻波比和行波系数 电压（或电流）驻波比定义为传输线上电压（或电流）的最大值与最小值之比，即 UUIImaxminmaxmin 当传输线上入射波与反射波同相迭加时，合成波出现最大值；而反相迭加时出现最小值 UUUUUUUUiriirimaxmin11驻波比与反射系数的关系式为 UUmaxmin1111 行波系数K定义为传输线上电压（或电流）的最小值与最大值之比，故行波系数与驻波比互为倒数 KUUIIminmaxminmax111第一章 传输线理论 传输线上反射波的大小，可用反射系数的模、驻波比和行波系数三个参量来描述。 反射系数模的变化范围为驻波比的变

8、化范围为 011 行波系数的变化范围为 01K传输线的工作状态一般分为三种： (1)行波状态 011, K(2)行驻波状态 011 01K(3)驻波状态 10, K第一章 传输线理论1-3 均匀无耗传输线的状态分析均匀无耗传输线的状态分析 对于均匀无耗传输线，其工作状态分为三种：(1)行波状态；(2)驻波状态；(3)行驻波状态 一、行波状态一、行波状态(无反射情况无反射情况)u z tu z tAtzi z ti z tAZtzii,cos,cos110 由此可得行波状态下的分布规律： (1) 线上电压和电流的振幅恒定不变 (2) 电压行波与电流行波同相，它们的相位是位置z和时间t的函数 (3

9、) 线上的输入阻抗处处相等，且均等于特性阻抗 第一章 传输线理论 二、驻波状态二、驻波状态(全反射情况全反射情况) 当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波将被全反射，沿线入射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状态意味着入射波功率一点也没有被负载吸阿收，即负载与传输线完全失配。 1. 终端短路终端短路 UAAUUUUirir212222200 IZAAIIZUUUZIIIiririiir2012220222022201122复数表达式为 U zU eU eU eej Uzij zrj zij zj zi22222 sin I zI eI eI eeIzij zrj zij zj zi

10、22222 cos即：u z tUzti z tIztii,sincos,coscos2222222 第一章 传输线理论短路时的驻波状态分布规律： (1)瞬时电压或电流在传输线的某个固定位置上随时间t作正弦或余弦变化，而在某一时刻随位置z也作正弦或余弦变化，但瞬时电压和电流的时间相位差和空间相位差均为，这表明传输线上没有功率传输。 znn21201, , (2)当时，电压振幅恒为最大值，即 这些点称之为电压的波腹点和电流的波节点； 而电流振幅恒为零， UUimax 22znn201, , 电流振幅恒为最大值，而电压振幅恒为零，这些点称之为电流的波腹点和电压的波节点。 当时，(3)传输线终端短路

11、时，输入阻抗为 ZzjZzjZzjXinin002tg tg沿线电压电流的瞬时分布和振幅分布，如上图 第一章 传输线理论 2. 终端开路终端开路 由于负载阻抗 ZL 因而终端电流I20 IZAAIIIIirir0100122222 UAAUUUUUiriir021222222沿线电压、电流的复数表达式为u z tUzti z tIztii,coscos,sincos2222222 传输线终端开路时，输入阻抗为 ZzjZzin 0ctg 传输线终端开路时电压、电流及阻抗的分布 第一章 传输线理论 3. 终端接纯电抗负载终端接纯电抗负载 均匀无耗传输线终端接纯电抗负载时，沿线呈驻波分布。 终端电压

12、反射系数为LLLLLLjZZZZjXZjXZeL0000L1LLLX ZXZarctg20202 此电抗也可用一段特性阻抗为Z0、长度为l0 的短路线等效，长度l0可由下式确定 (1) 负载为纯感抗XZllXZLL000022tgarctg(2) 负载为纯容抗 lXZL002arctg因此，长度为l终端接电抗性负载的传输线，沿线电压、电流及阻抗的变化规律与长度为(l+l0)的短路线上对应段的变化规律完全一致，距终端最近的电压波节点在 范围内。04z纯感抗纯容抗24 z第一章 传输线理论 (a)感性负载 (b)容性负载终端接纯电抗负载时沿线电压、电流及阻抗的分布 综上所述，均匀无耗传输线终端无论

13、是短路、开路还是接纯电抗负载，终端均产生全反射，沿线电压电流呈驻波分布，其特点为： (i) 驻波波腹值为入射波的两倍，波节值等于零。短路线终端为电压波节、电流波腹；开路线终端为电压波腹、电流波节；接纯电抗负载时，终端既非波腹也非波节。 (ii) 沿线同一位置的电压电流之间相位差，所以驻波状态只有能量的存贮并无能量的传输。第一章 传输线理论 三、行驻波状态三、行驻波状态(部分反射情况部分反射情况) 当均匀无耗传输线终端接一般复阻抗 ZRjXLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLjZZZZRjXZRjXZRZXRZXjX ZRZXjeL000020220220022122 式中终端反射系数的模和

14、相角分别为LLLLLRZXRZX022022LLLLX ZRXZarctg202202传输线工作在行驻波状态。行波与驻波的 相对大小决定于负载与传输线的失配程度。 第一章 传输线理论 1. 沿线电压、电流分布沿线电压、电流分布 U zUzzI zIzziLLLiLLL2222122122cos cos 沿线电压电流振幅分布具有如下特点： (1) 沿线电压电流呈非正弦周期分布； (2) 当 时，即 22012 znnL , , ,znL 42在线上这些点处，电压振幅为最大值(波腹)，电流振幅为最小值(波节)，即UUIIiLiLmaxmin2211 (3) 当 时，即221012 znnL , , ,znL 4214在线上这些点处，电压振幅为最小值(波节)，电流振幅为最大值(波腹)，即UUIIiLiLminmax2211 第一章 传输线理论 (4)电压或电流的波腹点与波节点相距 。4(5) 当负载为纯电阻RL，且RLZ0时，第一个电压波腹点在终端。 当负载为纯电阻RL，且RLZ0时，第一个电压波腹点的位置为 当负载为感性阻抗时，第一个电压波腹点在 范围内。 04z 当负载为容性阻抗时，第一个