重要知识点提要(精简)

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-3000GHZ；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0zE，但0zH(3)TM波(横磁波)：纵向0zH，但0zE2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0RjωLZGJωc，对于均匀无耗传输线0LZC为纯电阻；(2)传播常数()()=RjLGjCj，其中为衰减常数，为相移常数；(3)相速p与波长：p2pf5传输线输入阻抗、反射系数和驻波比输入阻抗000tantanlinlZjZzZZZjZz输入阻抗归一化值000tan=taninlinlZZjZzZZZjZz反射系数(2)200=ljzjzlllZZzeeZZ反射系数和输入阻抗的关系（反射系数的取值范围）011inzZZz00()()ininZzZzZzZ驻波比11ll1[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)0z即0lZZ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：1l即0lZ或；(3)行驻波状态：介于行波状态和纯驻波状态之间。7Smith圆图(1)组成：A反射系数圆图jlzeB归一化电阻圆图C归一化电抗圆图；(2)重要概念ASmith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；E在旋转时与实轴正半轴交点所对应电阻值为驻波比，与实轴负半轴交点所对应电阻值为1/。(3)重要的点线面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：0lZZ；匹配结果：终端负载无反射波B信源匹配；匹配条件：0gZZ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：*ingZZ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；(2)截止波数22cmnkab，a和b为矩形波导长边与宽边长度，m和n为矩形波导工作模式的编号；(3)截止波长2222()()cckmnab(例题讲解)(5)TE模的最低工作模次是10TE，TM模的最低工作模次为11TM，最低次模的截止波长是最大的。一般希望波导工作在单模状态下(5)矩形波导尺寸选择0.7(0.40.5)aba4圆形波导(半径外R)：最低次模为11TE，其截止波长为3.41Rc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zE和zH，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)必须是横截面；(2)要尽可能深一点，以便将高次模屏蔽；(3)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：0()()/UzUzZ0()()IzIzZ5二端口网络的分析(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，T2面的输入阻抗定义为T1面开路(I1=0)时，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1221ZZ对对称网络1122ZZ(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1221YY对对称网络1122YY(3)转移矩阵A11121221212222UAUAIIAUAIA转移矩阵的归一化02121101010211122122012101022202ZAAZZZaaaaZAZZAZBA矩阵的性质对互易网络112212211AAAA对对称网络1122=AA(4)散射矩阵S：S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11111222211222USUSUUSUSU211101UUSU，相当于Ⅱ端口阻抗匹配111202UUSU，相当于Ⅰ端口阻抗匹配222101UUSU，相当于Ⅱ端口阻抗匹配122202UUSU，相当于Ⅰ端口阻抗匹配C散射矩阵S的归一化(相关例题习题：P107例2-7及作业题)0iiiUUZ0000iiiiiiiiiUUIIZZUZZ0iiiUUZ0000iiiiiiiiiUUIIZZUZZ对任一端口入射波而言，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1221SS对于对称网络1122SS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)1kr=,近场感应区，其坡印廷矢量*1()2SEH为纯虚数，因此其辐射功率也为纯虚数，辐射功率为无功功率，只有电磁能量的相互转换，而没有有功功率的向外辐射；(2)1kr?,远场辐射区，其坡印廷矢量*1()2SEH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(,)sinf，方向系数1.5D,主瓣宽度90度。5对称振子方向图函数cos(cos)cos()(,)sinhhf半波对称振子212h方向系数1.64D,主瓣宽度78度。全波对称振子21h6天线的电参数(1)天线的方向图A方向图是一个三维图形，其坐标为(,,)rP，其中rP为归一化辐射功率，可以表示为(,)rPf，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maxS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。(2)天线效率A1rArRRR因此，天线效率若要更高，rR应更大。由电基本振子2280()rlR，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，AGD一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度maxS与同输出功率的理想(天线效率100%A)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(工作波段：超短波和微波)(2)天波传播(工作波段：短波)电离层反射的原理：电离层下层折射率大于上层折射率，因此折射角大于入射角。随着折射率逐步减小，电磁波将连续下折，直至到达某一高度时，电波开始被折回地面。因此反射是电离层连续折射的结果。天波静区的原理：对某频率的电磁波，有最小入射角min，大于此角度，电离层才能将电磁波反射回地面，而小于此角度，电磁波将穿越电离层进入宇宙空间。因此，在信源附近的地面，不会有电磁波反射，将出现一个天波静区。(3)地波传播(工作波段：长波、中波、短波低频段)