微波课程论文

第1页电子与信息工程系通信工程专业1221班学号1230119124姓名陈海松┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉密┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉封┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉线┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉试卷类型：A苏州科技学院天平学院微波技术与天线试题使用专业年级通信12考核方式：课程论文共3页题号一二三四五六合计得分一、论文写作基本要求1、选题要求，题目自拟，每人一题，独立完成。2、主要论述内容：第一部分为本课程的各章节内容简要总结（300字以内）。第二部分为自选课题。在以下范围内选择一个方向，根据课程中所学的基本知识，结合现代技术发展，阐述你的理解和看法。可选方向（1）：史密斯圆图基本原理及其应用。可选方向（2）：新型天线技术的发展及其应用。可选方向（3）：微波仿真技术进展及其应用。可选方向（4）：开放性试题，选取与本课程有关的课题，阐述该课题与本课程的联系，以及该课题的原理、特征与应用。3、论文字数2000-3000字，参考文献不少于3篇。4、文稿请交电子稿一份以及打印稿一份，版面按格式要求排版。第2页第一部分：课程总结本课程第一章介绍了传输线理论。在长线理论中，介绍了行波、驻波和行驻波三种工作状态以及它们的特性参数。在分析长线工作状态中，用到由等反射系数圆、阻抗圆图和导纳圆图构成的Smith圆图，以及用圆图来求解。在波导和同轴线部分，用场理论和长线理论进行分析，并且就导波的类型求解波阻抗、磁场分量和电场分量等。在平面传输线中，介绍了带状线和微带线的传输参数和特性阻抗以及衰减等。第二章微波网络中，将微波元件等效为网络并且导出双端口网络的Z、Y、A参数以及归一化的参数。从归一化的入射波和反射波出发，定义出S参数，并且介绍了S参数的互易和对称性、无耗性以及参考面移动S参数幅值不变性和工作增益、特性参数。第三章微波元器件中，介绍了阻抗匹配和变换元件，比如用电抗补偿法的膜片和销钉，阻抗变换法中的入/4阻抗变换器等。还介绍了由微带线或带状线构成的定向耦合器、混合环、功率分配器等。第四章的天线基本理论，介绍了电基本振子和对称振子的辐射场、辐射功率、辐射电阻以及小电流环的辐射场等。第二部分：史密斯圆图原理及应用摘要：史密斯圆图是在反射系散平面上标绘有归一化输入阻抗或导纳值的计算图。阻抗圆图由等电阻圆系、等电抗圆系和圆系构成。在直角坐标系中，绘制的曲线图称为直角坐标阻抗圆图；在极坐标系中，圆图称为史密斯圆图。它采用归一化的方式简化运算，广泛应用于天线与微波工程的设计。关键字：阻抗；导纳；归一化Smithchart包含两部分，一部分是阻抗圆图，由等反射系数圆和阻抗圆图构成；另外一部分是导纳圆图，由等反射系数圆和导纳圆图构成。在复平面上，以原点为圆心、反射系数为半径所画的圆称为等反射系数圆，或反射系数圆。反射系数和驻波比是对应关系，所第3页以称等驻波比圆。因为||小于等于1，所以全部的反射系数圆都在单位圆内。若终端反射系数为L，且位于反射系数圆上的L位置，则传输线上的任意一点的反射系数在反射系数圆上的位置都可以由L决定。传输线上不同位置处的反射系数的辐角变化只与2z，所以是一个周期为入P的周期性函数。离开负载向波源方向移动时，相位连续滞后，所以在反射系数圆上，向波源方向是顺时针方向；向负载方向是逆时针方向。图1等反射系数圆当反射系数的幅角改变2PI，对应的电长度是0.5，那么对应的电长度是1/720，这样就可以用电长度改变量来描述反射系数幅角的变化。为了使所有物理零点一致，所以选择电长度的零点位于（-1,0），也就是单位圆上的π点。发射系数圆上，不同点的点代表传输线上不同位置的反射系数。此外，不同的工作状态对应的反射系数位于反射系数圆的不同区域，匹配工作时反射系数对应单位圆圆心；驻波工作时反射系数对应单位圆周；行驻波工作时反射系数模值在（0，1）之间。右半实轴上的点对应是纯电阻负载或电压波腹点输入阻抗反射系数的轨迹，左半实轴对应纯电阻负载或电压波节点输入阻抗反射系数的轨迹。在阻抗圆图中，等r圆的半径为1/（1+r），圆心坐标为（1/（1+r），0）。当半径r不同时，圆的半径和圆心也不同，但是圆心横坐标r/（1+r）和1/（1+r）之和恒等于1，也就是所有第4页的圆切于（1，0）。同理等x圆半径为1/x，圆心坐标为（1,1/x）。圆的半径和圆心位置不同，圆心纵坐标为1/x恒等于半径1/x，即x圆族都切于（1,0）点。等电阻r圆：2221()()11uvRRR等电抗x圆：22211(1)()()uvXX等r圆如图2所示：图2等r圆等x圆如图3所示：第5页图3等x圆由以上可知，r、x都被限制在反射系数模为1的单位圆内，这也就是用一个圆图表示无限的量。将等r圆和等x圆与等反射系数圆套在一起，就是阻抗圆图。Smith圆图（阻抗圆图）上半圆内归一化阻抗为感抗，下半圆内的归一化阻抗为容抗。X、R、和相位；在横坐标上半部分电抗呈感性，横坐标下半部分电抗呈容性；在坐标为（1，0）处表示传输线终端呈开路；（-1，0）对应于终端短路点；开路点与短路点之间相差相位；电压波腹都落在正的横坐标轴，电压波节落在负的横坐标轴上；处于最外边的圆（||=1）代表驻波状态，其上半个圆代表纯电感，其下半圆代表纯电容；坐标原点代表阻抗匹配点（||=0）。中间的横线与向上和向下散出的线则代表阻抗的虚数值，即等电抗圆，圆心为1/x，半径为1/x。由于反射系数是小于等于1的，所以在等电抗圆落在单位圆以外是圆图最中间的点(Z=1+j0，=0)代表已匹配(matched)的电阻数值（此ZL=Z0，即Z＝1），同时其反射系数的值会是零。圆图的边缘代表其反射系数的幅度是1，即100%反射。导纳圆图在I平面上的映像曲线圆与史密斯圆图完全一样，任意点的对应的是该点的归一导纳和电流反射系数。因为I=-，所以导纳圆图在平面上的映像只要将史密斯圆图旋第6页转180°，这样smith圆图就是阻抗圆图，也是导纳圆图。导纳运算时应该注意：（1）在进行阻抗和导纳互换运算时，沿着等反射系数圆旋转180°；（2）计算导纳时，认为是归一化导纳；（3）由导纳求电压反射系数时，沿着反射系数圆旋转180°；（3）特殊点值不变，但是含义发生了变化。Smith的应用：圆图是由很多圆周套在一起的，可以在不作任何计算的前提下得到一个表面上看非常复杂的系统的匹配阻抗，唯一需要作的就是沿着圆周线读取并跟踪数据，史密斯圆图是反射系数的极座标图反射系数也可以从数学上定义为单端口散射参数S11。通过验证阻抗匹配的负载产生的这里我们不直接考虑阻抗，而是用反射系数L，反射系数可以反映负载的特性，在处理RF频率的问题时L更加有用。史密斯圆图是用阻抗建立的一旦作出了史密斯圆图，就可以用它分析串联和并联情况下的参数可以添加新的串联元件，确定新增元件的影响只需沿着圆周移动到它们相应的数值即可。参考文献：(1)王新稳.微波技术与天线[M].电子工业出版社.(2)董金明、邓晖.微波技术[M].北京：机械工业出版社(3)廖承恩.微波技术基础[M].北京：西安电子科技出版社