微波传输线ADS仿真与负载特性测量
本科实验报告
课程名称：电磁场与微波实验
姓名：李昂诺
学院：信息与电子工程学院系：
专业：电子科学与技术
学号：3130000766
指导教师：王子立
2015年6 月8 日
实验报告
课程名称：___电磁场与微波实验________________指导老师：___王子立________成绩：__________________
实验名称：____微波传输线 ADS 仿真与负载特性测量__实验类型：___设计实验___同组学生姓名：__韩天啸___
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1. 了解基本传输线、微带线的特性。 2．熟悉 ADS 软件的基本使用方法。
3．利用 ADS 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。 4．掌握矢量网络分析仪测量的方法。
二、实验内容和原理
考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示，假设此传输线无耗，且传输系数γ= j β，则传输线上电压及电流可用下列二式表示：
()z z U z U e U e ββ+--=+ ()z z I z I e I e ββ+--=-
专业：_电子科学与技术_ 姓名：___李昂诺_______
学号：___3130000766___ 日期：___2015.6.10_____ 地点：__东四
-227______
1、负载端（z = 0）处情况
可得负载阻抗为
0()L L L U U U Z Z I U U +-
+-
+==-
定义归一化负载阻抗为011L L
L L
Z z Z +Γ=
=
-Γ 其中定义L Γ为负载端的电压反射系数1
||1
L j L L L L z e z ?-Γ=
=Γ+ 当0L Z Z =或为无限长传输线时，0L Γ=，无反射波，是行波状态或匹配状态。 当L Z 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，||1L Γ=，全反射，为驻波状态。 当L Z 为其他值时，||1L Γ≤，为行波驻波状态。 线上任意点的反射系数为2||L j j z
L L e ?β-Γ=Γ
2、 输入端（z = ?L ）处情况
反射系数()z Γ应改成2()L
j L L e β-Γ=Γ
输入阻抗为00
0tan()
tan()
L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+
由上式可知：
（ 1）当L →∞时， 0in Z Z →。 （ 2）当L = λ?2时， in L Z Z =。
（ 3）当L = λ?4时， 2
0in L
Z Z Z =。
三、主要仪器设备
1、装有 ADS 软件的电脑 一台
2、矢量网络分析仪 一台
3、微带电路 一套
四、操作方法和实验步骤
实验内容1．用ADS 软件计算微带电路尺寸，并分别仿真微带传输线负载为短路、开路、匹配、纯电抗和复阻抗情况下的特性。
计算及仿真条件如下：
（1）工作频率2.5GHz；
（2）特性阻抗50 欧姆；
（3）微波介质基板特性：相对介电常数4.6，介质层厚度0.765mm，铜箔厚度0.035mm(1OZ)，损耗正切0.015；
五、实验数据记录和处理
1、负载端短路（SC）
⑴在ADS中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在SC 的情况下，=0L Z ，||1L Γ=，反射系数
在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈，和仿真实验是一致符合的。当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的左端点。
对于输入阻抗，此时0tan in Z jZ L β=，我们观察输入阻抗的公式可以得出，当频率为2.5GHz 时，tan 00in L Z β==，；然而当频率不为2.5GHz 时，0tan 0tan in L Z jZ L ββ≠=，，虚部不为0并且随着频率的变化而变化，其实图中还显示出Zin 在2.5GHz 处并不完全为0，这微小的偏差是由于传输线本身是具有一部分阻抗的。下图为Zin 的实虚部，可以更为直观看出阻抗。
由于传输线本身带有一部分阻抗，那么在2.5GHz处的下降峰就可以得到解释了。故仿真符合实验预期。
在微带线模型中，相较于理想情况，反射系数的模并不为1，而是略小于1，因此由图中可以看出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。这是因为在实际中，微带线是存在边界效应的，所以不能完全等效成平行板波导来进行计算，所以产生了一部分偏差。
2、负载端开路（OC）
⑴在ADS中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在OC 的情况下，=L Z ∞，||1L Γ=，反射系
数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈，和仿真实验是一致符合的。当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的右端点。
对于输入阻抗，此时0
tan in Z Z j L
β=
，我们观察输入阻抗的公式可以得出，当频率为2.5GHz 时，
tan 0in L Z β→→∞，；然而当频率不为2.5GHz 时，0
tan 0tan in Z L Z j L
ββ≠=
，，虚部不为0并
且随着频率的变化而变化。偏差与SC 的情况一致，同理。故仿真符合实验预期。
在微带线模型中，相较于理想情况，反射系数的模并不为1，而是略小于1，因此由图中可以看
出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。这是因为在实际中，微带线是存在边界效应的，所以不能完全等效成平行板波导来进行计算，所以产生了一部分偏差。
不管是在SC 还是OC 的情形中，微带线仿真结果曲线带宽较宽，宽于理想带线曲线，而且峰
值略小于理想带线的情况。微带线中是有损耗的，所以会导致峰值降低，峰值降低会导致带宽增加。
3、负载端匹配
⑴在ADS 中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在负载端匹配的情况下，0=L Z Z ，||0L Γ=，
反射系数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的中心，和仿真实验是一致符合的。当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的右端点。
对于输入阻抗，此时0in Z Z =。
在微带线模型中，相较于理想情况，模变化不大，然而出现了一个微小的相角，较之于理想情
况。偏差应该是与微带线损耗以及软件误差造成的。故仿真符合实验预期。
4、负载端纯电抗
⑴在ADS 中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在L Z 为纯阻抗的情况下，||1L Γ=，产生全反
射，传输线工作于驻波状态，反射系数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈（除开左端点），和仿真实验是一致符合的。Zin 曲线在2.78GHz 处产生下坠峰。
微带线在非工作频率下，tan 0L β≠，L Z 本身具有虚部，相较于理想情况，反射系数的模并不
为1，而是略小于1，因此由图中可以看出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。仿真符合实验预期。
5、负载端为复阻抗的情况
⑴在ADS 中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
随着复阻抗的变化其实可以得到之前实验的许多类似图形，原理一致，仿真实验和理论推导是一致符合的。峰值在2.82GHz时。
在微带线模型中，相较于理想情况，微带线仿真结果曲线带宽较宽，宽于理想带线曲线，而且峰值略小于理想带线的情况。微带线中是有损耗的，所以会导致峰值降低，峰值降低会导致带宽增加。
六、实验结果与分析
思考题：
1、微带线的长度为什么选半波长，对应的电长度是多少？
根据公式00
0tan()
tan()
L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+，我们可以发现若取/2L λ=，则由于2/βπλ=，所以
tan()L β式即为0，那么可以得到in L Z Z =使得输入阻抗等于负载阻抗。长度若不取半波长，则微
带线会呈现电抗性，影响仿真结果。根据电长度公式L
d λ
=
，我们得电长度为
12
； 2、 仿真过程中，为什么扫描的频率变化时，结果曲线呈现电抗性？
实验中由于预先设定了微带线的物理长度是半波长，当扫描频率变化时，波长变化，此时
tan()L β式不再为0，in Z 具有了虚部，仅当频率为2.5GHz 时才会使in L Z Z =，当频率不为2.5GHz
时，微带线会呈电抗性，曲线自然呈现电抗性。
七、讨论、心得
与微波传输线负载特性矢量网络分析仪测量实验报告的讨论心得放在一起，见实验报告最后。
微波基本参数测量
浙江师范大学实验报告 实验名称微波基本参数测量班级物理071 姓名陈群学号07180116 同组人刘懿钧实验日期09/10/27 室温气温 微波基本参数测量 摘要：微波是一种波长较短的电磁波。在电磁波波谱表中，微波的波长介于无线电波与光波之间。波长较长的分米波和无线电波的性能相近，波长较短的毫米波则 与光波的性质相一致。本实验有以下目的（1）了解微波传输系统的组成部分。 （2）掌握微波的基本测量：频率、功率、驻波比和波导波长 关键词：微波功率驻波比频率特性阻抗波长可变衰减器 引言：微波通常是指波长从1米（300MHZ）到1毫米（300GHZ）范围内的电磁波，其低频端与超短波波段相衔接，高频端与远红外相邻，由于它比一般无线电波的 波长要短的多，故把这一波段的无线电波称为微波，可划分为分米波，厘米波 和毫米波。微波有以下基本特征：1.微波的波长极短，比地球上一些物体的几 何尺寸小得多，因此当微波照射到这些物体上时，产生显著的反射，其传播特 性与几何光学相似，具有“似光性”直线传播的特点；2.微波的频率极高，即 振荡周期极短（10-9~10-12秒），与一般电真空器械中的电子渡越时间同一数量 级；3.微波可以毫无阻碍地穿过电离层，具有穿透性；4.许多的原子和分子发 射和吸收原子电磁波波长正好处于微波波段内；5.研究方法和测量技术上，要 从“电磁场”的概念去研究和分析，测量功率、驻波比、频率和特性阻抗等。 近年来，微波边缘学科，如微波超导、微波化学、微波生物学、微波医学都得 到长足的发展。 实验方案： 1、实验原理 微波的波长通常被认为在1mm～1M之间，其频率范围相当于300GHz～300MHz。如此之高的振荡频率，势必会引起一系列新的问题。现将微波与无线电波的主要不同点简述如下：（1）微波的产生具有其独特性 电子管中，电子由阴极到达阳极的时间称为“电子渡越时间”，一般是在s的数 量级。这对频率较低的无线电波来讲，几乎可被忽略。但对频率高于300 MHZ的微波，则将受到制约。若想从电子管中获得微波信号，只能借助于电子流与谐振腔相互交换能量的方式来进行。 （2）在研究方法上两者有明显的不同 在低频电路中，工作波长已远远超出实际电路的几何尺寸（例如：对应于50Hz的电磁波其波长值为6000KM）。电路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来。
传输线特性阻抗基知识
什么叫传输线的特性阻抗？传输线特性阻抗基知识 传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟， 在这里，我们主要讨论特性阻 抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传 输线的分布参数通常用单位长度的电感 L 和单位长度的电容C 以及单位长度上 的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。 分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数， 给定某一种传输线，这些参 数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输 线的一系列重要特性。 一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下： 传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示: 从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就 是微分线段的特性阻抗。 卄联原抗为： Z F = ------- --------- - =— i(G + joe) 传输线可等效为: IR IL U_ IR IR IL iR IL 半耻用比巧： 乙、iR + jE)
Z E,￥=Z Z Z O Zc + Zr 叭鬲■独返 呼4阳粽 內为1是懒井14*F J9（可 产5 =卩5=爲 G + j 肚 |G + Jex 皆赖宰址骼窩时＜f^lOOKHZ）. 3=2n監掘借損女.3. uefg±. R、G可黑略.L 中单懂怅度线的固打电臥住为肛拉忙度蜒的H有电皐此的 当墓車迥惟艸rf^lKHZh 肛2卫片櫃水.可以耐.此时 Z0就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。 传输线分类 当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。 单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。 心J 4 电路窗化 m —
微波基本参数的测量原理
微波基本参数的测量 一、实验目的 1、了解各种微波器件； 2、了解微波工作状态及传输特性； 3、了解微波传输线场型特性； 4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量； 5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。 二、实验原理 微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。 １、导行波的概念： 由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）： TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即：0=Z E ,0=Z H 。电场E 和磁场H ，都是纯横向的。TEM 波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在波导中传播的。 (B) 横电波（TE 波）： TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。 (C) 横磁波（TM 波）： TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。 TE 波和TM 波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mm TM 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。 ２、波导管： 波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微带等，波导的功率容量大，损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导，本实验用矩形波导。 矩形波导的宽边定为x 方向，内尺寸用a 表示。窄边定为y 方向，内尺寸用b 表示。10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到： ()sin()j t z o y x E j e ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x x H j e ωβμαππα -=
传输线的特性阻抗分析
传输线的特性阻抗分析 传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。 一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下： 传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示： 从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。
传输线可等效为：
Z0 就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。 传输线分类 当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。 单端传输线路 下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。 单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。 这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同 高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为： 其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。 单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下： ?? 与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比 ?? 与迹线的线宽成反比
射频及传输线基础知识
传输线的基本知识 传输射频信号的线缆泛称传输线，常用的有两种:双线与同轴线。频率更高则会用到微带线与波导，虽然结构不同，用途各异，但其基本传输特性都由传输线公式所表征。 不妨先让我们作一个实验，在一台PNA3620上测一段同轴线的输入阻抗。我们会发现在某个频率上同轴线末端开路时其输入阻抗却呈现短路，而末端短路时入端反而呈现开路。通过这个实验可以得到几个结论或想法：首先，这个现象按低频常规电路经验看是想不通的，因此一段线或一个网络必须在使用频率上用射频仪器进行测试才能反映其真实情况。其二，出现这种现象时同轴线的长度为测试频率下的λ/ 4或其奇数倍；因此传输线的特性通常是与长度的波长数有关，让我们习惯用波长数来描述传输线长度，而不是绝对长度，这样作就更通用更广泛一些。最后，这种现象必须通过传输线公式来计算（或阻抗圆图来查出），熟悉传输线公式或圆图是射频、天馈线工作者的基本功。 传输线公式是由著名的电报方程导出的，在这里不作推导而直接引用其公式。对于一般工程技术人员，只需会利用公式或圆图即可。 这里主要讲无耗传输线，有耗的用得较少，就不多提了。 射频器件（包括天线）的性能是与传输线（也称馈线）有关的，射频器件的匹配过程是在传输线上完成的，可以说射频器件是离不开传输线的。先熟悉传输线是合理的，而电路的东西是比较具体的。即使是天线，作者也尽量将其看成是个射频器件来处理，这种作法符合一般基层工作者的实际水平。 1.1 传输线基本公式 1.电报方程 对于一段均匀传输线，在有关书上可 查到，等效电路如图1-1所示。根据线的 微分参数可列出经典的电报方程，解出的 结果为： V 1= 2 1（V 2+I 2Z 0）e гx + 2 1 (V 2-I 2Z 0)e -гx （1-1） I 1= 21Z （V 2+I 2Z 0）e г x - 21Z (V 2-I 2Z 0)e -г x (1-2) 2 x 为距离或长度，由负载端起算,即负载端的x 为0 2г= α+j β, г为传播系数，α为衰减系数, β为相移系数。无耗时г = j β. 一般情况下常用无耗线来进行分析，这样公式简单一些,也明确一些，或者说理想化一些。而这样作实际上是可行的，真要计算衰减时，再把衰减常数加上。 2 Z 0为传输线的特性阻抗。 2 Z i 为源的输出阻抗(或源内阻)，通常假定亦为Z 0；若不是Z 0，其数值仅影响线上电压的幅度大小，并不影响其分布曲线形状。
微波基本参数的测量实验报告
微波基本参数的测量 【目的要求】 1.学习微波的基本知识，了解波导测量系统，熟悉基本微波元件的作用； 2.了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术； 3.掌握驻波测量线的正确使用方法； 4.掌握电压驻波系数的测量原理和方法。 【仪器用具】 微波参数测试系统，包括：三厘米固态信号源，三厘米驻波测量线，选频放大器，精密衰减器，隔离器，谐振式频率计（波长表），匹配负载，晶体检波器，单螺调配器等。 【原理】 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此 它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特占 八、、 A /it |钏 1 I「F X-io? LU 1 1 1 1 1i I J KT* IN JQ-U 1 1 』」1 p\\r in 1 1 1 n i 1 1 II P 1 卿]□'" 阿見充￥卅 电 恢 图1电磁波的分类 1 ?波长短（1m1mm）：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微 波波段制成 方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信 号，从而 确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2 ?频率高：微波的电磁振荡周期（10-9—10-12s）很短，已经和电子管中电子在电极间 -9
器、放大器和检波器）中，而必须采用原理完全不同的微波电子管（速调管、磁控管和行波管等）、微波固体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻、电容、电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件（波导管、波导元件、谐振腔等）来代替。 3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4.量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10-6?10-3eV, 而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。 5.能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 在微波波段，随着工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应增大，使得普通的导线不能完全传输微波能量，而必须改用微波传输线。常用的微波传输线有平行双线、同轴线、带状线、微带线、金属波导管及介质波导等多种形式的传输线，本实验用的是矩形波导管，波导是指能够引导电磁波沿一定方向传输能量的传输线。 根据电磁场的普遍规律——Maxwell 方程组以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播：①横电波（又称为磁波），简写为TE 波（或H 波），磁场可以有纵向和横向的分量，但电场只有横向分量。
微波检测原理
微波检测原理 微波是指频率为300MHz-3000GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到0.1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性．微波量子的能量为1 99×l0 -25～1．99×10-22j。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。 从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点： 穿透性 微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。 选择性加热 物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。 热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。 似光性和似声性 微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多，或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小；使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。 由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似与声学喇叭，萧与笛；微波谐振腔类似于声学共鸣腔非电离性 微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键。再有物理学之道，分子原子核原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用这一特性，还可以制作许多微波器件。信息性
传输线基本公式2008.1.12
传输线基本公式 1、电报方程 对于一段均匀传输线，在有关书上可查到，等效电路如下图所示。 Z i V1V2 Z2 等效电路 根据线的微分参数可列出经典的电报方程，解出的结果为： V1= 2 1(V 2 +I2Z0)eγχ+ 2 1(V 2 －I2Z0)e-γχ I1= Z 2 1(V 2 +I2Z0)eγχ-0 Z 2 1(V 2 －I2Z0) e-γχ 式中，x是传输线上距离的坐标，它由负载端起算，即负载端的x为0。 γ为传输线的传输系统，γ=α+jβ，α为衰减常数，β为相移常数。无耗时γ=jβ。一般情况下常用无耗线来进行分析，这样公式简单一些，也明确一些，或者说理想化一些。而这样做实际上是可行的，真要计算衰减时，再把衰减常数加上。 Z0为传输线的特性阻抗。 Z i为源的输出阻抗（或源内阻），通常假定亦为Z0；若不是Z0，其数值仅影响线上电压的幅度大小，并不影响其分布曲线形状。
上述两式中，前一项x 越大值越大，相位也越领先，即为入射波。后一项x 越大值越小，相位也越落后，即为反射波。 由于一般只对线上的电压、电流的空间分布感兴趣，因此上式中没有写时 间因子e j ωt (下同)。 2、无耗线上的电压电流分布 上面式（1.1）和式（1.2）中，下标2为负载端，下标1为源端，而x 可为任意值，那么V 1、I 1可以泛指线上任意一点的电压与电流，因此下面将V 1、I 1的下标1字省掉。 V=2 1(V 2+I 2Z 0)e j β χ +2 1(V 2－I 2Z 0) e -j βχ =2 1(V 2+I 2Z 0)e j β χ ｛1+Γ e -j (2β χ－ψ )｝ I=2 1｛ (V 2+I 2Z 0)/ Z 0｝e j β χ ｛1－Γ e -j (2β χ－ψ )｝ 式中，发射系数Γ＝Γ∠ψ＝ 22022Z I V Z I V +-＝ 202Z Z Z Z +- Γ ≤1，要想反射为零，只要Z 2 =Z 0即成。 上式中，首项不是x 的函数，而e j β χ 为相位因子，不影响幅度。只是末项 影响幅度分布。 现在让我们看看电压分布： V x ＝V(1+ Γ e -j (2β χ－ψ ) 显然：2βx －ψ＝０或２Ｎπ时，电压最大，V MAX =V （1+Γ） 2βx －ψ＝π或（２Ｎ－1）π时，电压最小，V MIN =V （1－Γ）
微波测量复习题
微波测量复习题 1.表征微波信号的三个重要基本参数，简要阐述微波测量与低频电子电路测量的区别和联 系。 （1）功率、频率、阻抗。 （2) ①低频电子电路的几何尺寸通常远小于工作波长，属于集中参数电路。便于测量的电压电流和频率是基本测试量。 微波元器件的几何尺寸通常和工作波长相比拟，属于分布参数电路。功率，频率和阻抗是基本测试量。 ②非TEM波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如单导体传输线波导－模式 电压，模式电流。而在TEM波传输线系统工作于主模且在行波条件下，行波电压V、电流I和传输功率P仍满足与低频电路相同关系式。 ③它们在测量任务测量方法和测量仪器方面都有所不同。 2.测量的基本要素与之间互动关系 被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境 测量过程—基本要素之间的互动关系: 1制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序） 2选择测试仪器，组建测试系统。 3分析测量误差并显示测量出结果。 3.什么是测量环境，举例说明 测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。比如温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。 4.测量误差来源有哪些？ （1）测量对象变化误差（对应测量基本要素）（2）仪器误差（3）理论误差和方法误差（4）人身误差（5）环境影响误差 5.计量与测量的关系 ?计量的任务是确定测量结果的可靠性。 ?计量是测量的基础和依据。 ?没有计量，也谈不上测量。 ?测量发展的客观需要才出现了计量。 ?测量是计量应用的重要途径。 ?没有测量，计量将失去价值 6.微波信号源的主要性能指标与含义 微波信号源就是产生微波信号的装置，又称为微波信号发生器。 主要性能指标：频率特性，输出特性，调制特性。 （1）频率特性--频率范围，频率的准确度和稳定度，频率分辨率，频率切换时间，频谱纯度。 （2）输出特性--输出电平，电磁兼容性，输出电平的稳定度、平坦度、准确度 （3）调制特性--让微波信号的某个参数值随外加控制信号而改变 *微波三极管的主要特征是利用静电控制原理控制交变电子流的大小，来实现信号产生和放大的功能。这种控制是借助改变控制栅极电压，影响阴极附近的电场来实现的。
微波测量实验报告一
近代微波测量实验报告一 姓名：学号： 学院：时间：年月 一实验名称 频谱仪的使用及VCO测量 二实验目的 了解频谱仪原理，熟悉频谱仪的参数设置及使用方法；掌握信号频率、功率、相位噪声和谐波的测试方法。 三实验内容 1、点频信号测试 测试信号源输出点频信号1GHz的二次和三次谐波抑制比（输出功率分别为-20dBm和20dBm），测试信号的相噪（@10KHz、@100KHz、@1MHz），考察仪器分辨力带宽、视频带宽等设置对测试结果的影响； 2、VCO测试 测试VCO的输出频率范围、输出功率（包括对应的控制电压），测试某频率点的相噪（@1MHz）和二次、三次谐波抑制比。 四实验器材 RS公司SMBV信号源、FSL6频谱仪、APS3005S直流稳压电源、VCO、微波同轴电缆、微波转接头。 五实验原理及实验步骤 相位噪声：在频域内，一个理想正弦波信号的表现是一个单谱线；实际信号除了主信号之外还包括一些离散的谱线，它们是随机的幅度和相位的抖动，在正常信号的左右两边以边带调制的形式出现。在频域内信号的所有不稳定度总和表现为载波两侧的噪声边带，边带噪声是一个间接的测量与射频信号功率频谱相关噪声功率的指标。边带噪声可以表述为调频边带噪声和调幅边带噪声。大多数的被相位噪声测试系统测量信号的调幅边带功率相对调频边带功率来说都很小，所以对大多数信号来说测量的边带噪声就是调频边带噪声（即相位噪声也称单边带相位噪声）。它的定义为1Hz带宽内相位调制边带的功率和信号总功率的比值，
单位为dBc/Hz。在信号频谱分析仪上，边带噪声是相位噪声和幅度噪声的总和，通常当已知调幅噪声远小于相位噪声时(小于10dB以上)，在频谱仪上读出的边带噪声即为相位噪声。 实验步骤 a)设置矢量信号源，分别产生产生频率为1GHz，功率为20dBm和-20dBm 的正弦信号； b)连接信号源与频谱仪； c)设置频谱分析仪，设置中心频率为1GHz，通过调整Res BW和Video BW， 显示被测信号； d)测试在偏离信号10KHz、100KHz、1MHz时的相位噪声； e)调整频谱仪起始、终止频率或带宽使得屏幕足够显示频率为1GHz信号 的二次和三次谐波； f)通过Mkr键选择Delta设置，测量并标示出二次谐波和三次谐波抑制比； g)关闭矢量信号源，连接直流稳压电源、VCO及频谱分析仪； h)通过调节直流稳压电源的电压大小，在频谱仪上观察信号的频率和输出 功率的变化，记录下最大和最小功率，可得VCO的输出频率范围； i)选定频率点：控制电压7.4V，输出功率14.38dBm，频率1.502817GHz， 测试该频率点的相噪（@1MHz）和二次、三次谐波抑制比。 六实验结果 1、点频信号测试数据及图片 数据图片： a)输入功率为20dBm时 二次、三次谐波抑制比
用谐振腔微扰法测量微波介质特性 2
用谐振腔微扰法测量微波介质特性 微波技术中广泛使用各种微波材料，其中包括电介质和铁氧体材料。微波介质材料的介电特性的测量，对于研究材料的微波特性和制作微波器件，获得材料的结构信息以促进新材料的研制，以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。 本实验是采用反射式矩形谐振腔用微扰法来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属板，构成谐振腔，它具有储能、选频等特性。而微扰法则是通过分析腔体的微小变形对谐振频率的影响，来测量谐振腔的一些主要参数的，它不仅对加深谐振腔的理解有帮助，而且在谐振腔的设计和调试中也有实际的应用。 2.1 实验目的 1．了解谐振腔的基本知识。 2．学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法 实验原理： 一、谐振腔的基本知识 谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件，它是一个任意形状的导电壁（或导磁壁）包围的，并能在其中形成电磁振荡的介质区域，它具有储存电磁能及选择一定频率信号的特性。 1、谐振腔的基本参数 谐振腔通常采用谐振频率0f (或谐振波长0λ)、品质因数0Q 及等效电导0G 作为它的基本参数。 （1） 谐振频率0f (或谐振波长0λ) 谐振频率描述电磁能量在谐振腔中的运动规律。它是指在谐振腔中激起的电磁振荡的工作频率（或工作波长）。比较普遍的求解谐振频率的方法是“场分析的方法”，它从求解谐振腔的电磁场边值问题入手，导出谐振频率或波长。 从电磁场理论可知，在自由空间中，电磁场满足的波动方程及边界条件为 02 2 =+?E k E 0=?E n 02 2 =+?H k H 0=?H n 1 式中,2 2022022βγμεω+?? →?-==k k k 无耗，μ、ε为谐振腔中介质参数,n 是由腔壁导体指向外的法向单位矢量,k 是与谐振腔的几何形状、尺寸及波型有关的数值。在谐振腔内满足式1的电磁场对应于一系列的确定的n k 值(称为本征值)。即 εμ?0n n k = 2 或 εμ π20n n k f = 3
传输线特性阻抗基知识
什么叫传输线的特性阻抗? 传输线特性阻抗基知识 传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。 一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下： 传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示： 从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。 传输线可等效为：
Z0 就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。 传输线分类 当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。 单端传输线路 下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。 这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同 高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为： 其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。 单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下：与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比 与迹线的线宽成反比 与迹线的高度成反比 与介电常数的平方根成反比 单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为25Ω至120Ω，几个较常用的值是28Ω、33Ω、50Ω、52.5Ω、58Ω、65Ω、75Ω。 差分传输线路 下图为典型的差分（通常称为平衡式）传输线电路。 差分传输线适用于对噪声隔离和改善时钟频率要求较高的情况。在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。由于信号在一对迹线中进行传输，在其中一条迹线上出现的任何电子噪声与另一条迹线上出现的电子噪声完全相同（并非反向），两条线路之间生成的场将相互抵消，因此与单端非平衡式传输线相比，只产生极小的地线回路噪声，并且减少了外部噪声的问题。 这是一个平衡线路的示例-- 信号线和回路线的几何尺寸相同。平衡式传输线不会对其他线路产生噪声，同时也不易受系统其他线路产生的噪声的干扰。 差分模式传输线的特性阻抗（也就是通常所说的差分阻抗）指的是差分传输线中两条导线之间的阻抗，它与差分传输线中每条导线对地的特性阻抗是有区别的，
微波传输线ADS仿真与负载特性测量
本科实验报告 课程名称：电磁场与微波实验 姓名：李昂诺 学院：信息与电子工程学院系： 专业：电子科学与技术 学号：3130000766 指导教师：王子立 2015年6 月8 日
实验报告 课程名称：___电磁场与微波实验________________指导老师：___王子立________成绩：__________________ 实验名称：____微波传输线 ADS 仿真与负载特性测量__实验类型：___设计实验___同组学生姓名：__韩天啸___ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 了解基本传输线、微带线的特性。 2．熟悉 ADS 软件的基本使用方法。 3．利用 ADS 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。 4．掌握矢量网络分析仪测量的方法。 二、实验内容和原理 考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示，假设此传输线无耗，且传输系数γ= j β，则传输线上电压及电流可用下列二式表示： ()z z U z U e U e ββ+--=+ ()z z I z I e I e ββ+--=- 专业：_电子科学与技术_ 姓名：___李昂诺_______ 学号：___3130000766___ 日期：___2015.6.10_____ 地点：__东四 -227______
1、负载端（z = 0）处情况 可得负载阻抗为 0()L L L U U U Z Z I U U +- +- +==- 定义归一化负载阻抗为011L L L L Z z Z +Γ= = -Γ 其中定义L Γ为负载端的电压反射系数1 ||1 L j L L L L z e z ?-Γ= =Γ+ 当0L Z Z =或为无限长传输线时，0L Γ=，无反射波，是行波状态或匹配状态。 当L Z 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，||1L Γ=，全反射，为驻波状态。 当L Z 为其他值时，||1L Γ≤，为行波驻波状态。 线上任意点的反射系数为2||L j j z L L e ?β-Γ=Γ 2、 输入端（z = ?L ）处情况 反射系数()z Γ应改成2()L j L L e β-Γ=Γ 输入阻抗为00 0tan() tan() L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+ 由上式可知： （ 1）当L →∞时， 0in Z Z →。 （ 2）当L = λ?2时， in L Z Z =。 （ 3）当L = λ?4时， 2 0in L Z Z Z =。 三、主要仪器设备 1、装有 ADS 软件的电脑 一台 2、矢量网络分析仪 一台 3、微带电路 一套
微波技术实验报告
微波技术实验指导书目录 实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验目的 （1）熟悉基本微波测量仪器； （2）了解各种常用微波元器件； （3）学会功率的测量。 实验内容 一、基本微波测量仪器 微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。 微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。 测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。 图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统 二、常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件： （1）检波器（2）E-T接头（3）H-T接头（4）双T接头 （5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载 （9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器 三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。 微波元器件的认识 螺钉调配器 E-T分支与匹配双T 波导扭转 匹配负载 波导扭转 实验总结：在实验中我们认识了各种的微波元器件，让我们更好的理解课本上的知识，更是为了以后的实验做了准备。 实验二测量线的调整与晶体检波器校准 实验目的
高速PCB设计的传输线及其特性阻抗
高速PCB设计的传输线及其特性阻抗 一. 什么是传输线 我们经常会用到传输线这一术语，可是讲到其具体定义时，很多工程师都是欲言又止，似懂非懂…… 我们知道，传输线用于将信号从一端传输到另一端，下图说明了所有传输线的一般特征 所以，可以这样理解：传输线由两条一定长度导线组成，一条是信号传播路径，另一条是信号返回路径。 1. 分析传输线，一定要联系返回路径，单根的导体并不能成为传输线 2.和电阻，电容，电感一样，传输线也是一种理想的电路元件，但是其特性却大不相同，用于仿真效果较好，但电路概念却比较复杂 3.传输线有两个非常重要的特征：特性阻抗和时延 二. 传输线分类 经常用到的双绞线，同轴电缆都是传输线
对于PCB来说，常有微带线和带状线两种 微带线通常指PCB外层的走线，并且只有一个参考平面 带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线 下图为微带线和带状线示意图及其阻抗计算公式，可以从这个公式中看出，阻抗和那些因素有关，但是实际工程应用中，都是用一些专业软件进行阻抗计算，比如Polar
三. 传输线阻抗 先来澄清几个概念，经常会看到阻抗，特性阻抗，瞬时阻抗，严格来讲，他们是有区别的，但是万变不离其宗，它们仍然是阻抗的基本定义. 将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗 将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗 如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗 特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗，这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素 如果没有特殊说明，一般用特性阻抗来统称传输线阻抗
简单的来说，传输线阻抗可以用上面的公式来说明，但如果往深里说，我们就要分析信号在传输线中的行为，Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity :Simplified》里面有很详细的说明，读者可以找原著来进行细究，这里只做一个简述： *以下分析收自与网络资料网际星空网站oldfriend 老师的作品* 当讯号沿着一条具有同样横截面的传输线移动时，假定把1V的阶梯波(step function)加到这条传输线中(如把1V的电池连接到传输线的发送端，电压跨在发送线和回路之间)，一旦连接，这个电压阶梯波沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/ns。这个信号是发送线路和回路之间的电压差，它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。 讯号能量在第一个0.01n s前进了0.06英寸，这时发送线路有多余的正电荷(由电池提供)，而回路有多余的负电荷，正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1V电压差，且这两个导体间也形成了一个电容器。在下一个0.01n s中，又要将下一段0.06英寸传输线的电压从0 调整到1V，这必须再加一些正电荷到发送线路，与加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸，必须把更多的正电荷加到发送线路，而把更多的负电荷加到回路。每隔0.01n s，必须对传输线路的另外一段进行充电，然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池，当讯号沿着这条线移动时，就给传输线的连续部份充电，因而在发送线路和回路之间形成了1V的电压差。每前进0.01ns,就从电池中获得一些电荷(±Q)，恒定的时间间隔(±t)内从电池中流出的恒定电量(±Q)就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等，而且正好在信号波的前端，交流电流藉由上、下线路组成的电容，结束整个循环过程。
微波的光特性
微波的光特性 微波技术是近代发展起来的一门新兴学科，在国防、通讯、工业、农业，以及材料科学中有着广泛应用。随着社会向信息化、数字化的迈进，微波作为无线传输信息的技术手段，将发挥更为重要的作用。特别在天体物理，射电天文、宇航通信等领域，具有别的方法和技术无法取代的特殊功能。 微波有“似光性”，用可见光、X光观察到的反射、干涉和衍射现象都可以用微波再现出来，对于微波的波长为0.01m量级的电磁波，用微波设备作波动实验要显得形象、直观，更容易理解，通过观测微波的反射干涉、衍射及偏振等现象，能加深理解微波和光都是电磁波，都具有波动这一共同性。 一、微波的特性及应用 1．微波的特性 什么是微波？微波是波长很短（也就是频率很高）的电磁波，一般把波长从1 米到1毫米，频率在300—300000MHZ范围内的电磁波称作微波。广义的微波包括波长从10米到10微米（频率从30MHZ到30THZ）的电磁波。微波具有以下特点。 （1）波长短：它不同于一般的无线电波，因微波波长短到毫米,它具有类似光一样有直线传播性质。 （2）频率高：微波已成为一种电磁辐射，趋肤效应、辐射损耗相当严重。所以在研究微波问题时要采用电磁场和电磁波的概念和方法。不能采用集中参数元件。需要采用分布参数元件，如波导、谐振腔、测量线等。测量的量是驻波比，频率。特性阻抗等。 （3）量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围约为10-6～10-3eV。许多原子和分子发射和吸收的电磁波能量正好处于微波波段内，人们正是利用这
一特点研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学、量子电子学等新兴学科，并研制了量子放大器、分子钟和原子钟。 （4）能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿过地球周围的电离层，是进行卫星通信，宇航通信和射电天文学研究的一种有效手段。 基于微波具有上述特点，微波作为一门独立学科得到人们的重视，获得迅速的发展。 2．微波的应用 （1）雷达与通信 微波的早期发展与雷达密切相关：利用微波直线传播的特性，可制成军用的如超远程预警雷达，相控阵雷达。民用的气象雷达，导航雷达等。 在通信方面，微波的可用频带很宽，信息容量大，现代移动通信和卫星通信中都在微波波段。 （2）受邀辐射原理——频标、计量标准 在微波波谱学深入研究的基础上，1957年根据受激辐射原理发明了微波受激辐射放大器，即“脉塞”（MASER），这就是大家知道的量子放大器。1960年发明了光受激辐射放大器，即“莱塞”（LASER）这就是激光器。激光的发明，是本世纪科学技术上的一个重大突破，但是追根寻源，不难看出激光器的发明只是将微波技术中的（受激辐射原理）成果（量子放大器）“移植”到可见光波段的一项新成就。 量子频率标准（原子钟）是利用波谱学成就制作的精确时间频率测量设备，目前量子频标的频率稳定度和准确度已分别达到10-14和10-15的数量级，在精确测量频率的基础上，物理学理论如量子电动力学和广义相对论所预言的某些效应，兰姆（Lamb）移位，电子反常磁矩、引力“红移”和引力波等已得到验证。
什么是特征阻抗
高速设计领域一个越来越重要也是越来越为设计工程师所关注议题就是受控阻抗的电路板设计以及电路板上互联线的特征阻抗。然而，对于非电子的设计工程师来说，这也是一个最容易混淆也最不直观的问题。甚至很多的电子设计工程师对此也同样感到困惑。这篇资料将对特征阻抗作一个简要而直观的介绍，希望帮助大家了解传输线最基本的品质。什么是传输线？什么是传输线？两个具有一定长度的导体就构成传输线。其中的一个导体成为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。）。在一个多层的电路板设计中，每一个PCB互联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。什么样的PCB互联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Ω到70Ω之间。从信号的角度来考察考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。给该传输线加入幅度为1V 的阶跃信号。阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s，这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线上任何一点与之临近的信号返回通路之间的电压差值来获得。信号沿传输线方向以6英寸/ns的速度向前传输。在传输的过程中信号会遇到什么样的情况呢？在最开始的10ps时间间隔内，信号沿传输线方向行进了0.06英寸的距离。假定锁定时间在这一时刻，来考虑传输线发生的情况。在行进的这一段距离上，信号的传输为这一段传输线和相应临近的信号返回通道之间建立起了稳定的幅度为1V的常量信号。这意味着在行进的这一段传输线和对应的返回路径上已经积聚起了额外的正电荷和额外的负电荷来建立这一稳定的电压。也正是这些电荷的差异在这两个导体之间建立并维持了一个稳定的1 V 电压信号，而导体之间稳定的电压信号就为两个导体之间建立了一个电容。传输线上位于这一时刻信号波前后面的传输线段并不清楚会有信号要传播过来，因而仍然维持信号线同返回通路之间的电压为零。在接下来的10ps时间间隔内，信号又会沿传输线行进一定的距离，信号继续传播的结果是又会在另一段长度为0.06英寸的传输线段同对应的信号返回通路之间的建立起1V的信号电压。而为了做到这一点，必须为信号线注入一定量的正电荷，同时为信号的返回通路注入同等数量的负电荷。信号沿传输线每传播0.06英寸的长度，都会有更多的正电荷注入该信号线，也会有更多的负电荷注入信号返回通路。每隔10ps时间间隔，就会有另外一段传输线被充电到1 V，同时信号也会沿传输线方向继续向前传播。这些电荷从何而来？答案是来自信号源，也就是我们用来提供阶跃信号、连接在传输线前端的电池。随着信号在传输线上的传播，信号不断地为传播经过的传输线段充电，确保信号传输过程中所到之处信号线与返回路径之间建立并维持起1 V的电压。每隔10ps时间间隔，信号会在传输线上传播一定的距离，并且从电源系统中汲取一定数量的电荷δQ。电池在一段时间间隔δt内的向外提供一定数量的电荷δQ，就形成了恒定的信号电流。正的电流会从电池流入信号线，而与此同时同样大小的负电流会流经信号的返回路径。流经信号返回通路的负电流同流入信号线的正电流大小完全一致。而且，就在信号波前的位置，AC电流流经由信号线和信号返回通路构成的电容，完成了信号环路。传输线的特征阻抗从电池的角度来看，一旦设计工程师将电池的引线连入传输线的前端，就总有一个常量值的电流从电池中流出，并且保持电压信号的稳定不变。也许有人会问，是什么样的电子元器件具有这样的行为？加入恒