微波技术与天线总结
微波天线与技术课程报告汇总
微波天线与技术课程报告汇总《微波技术与天线》课程考察报告姓名：专业班级：学号：指导老师：许焱平绪论1．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
2．微波的定义：把波长从1m 到0.1mm 范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 300MHz ～3000GHz 。
在整个电磁波谱中，微波介于超短波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽1000倍。
一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波和毫米波和亚毫米四个波段。
3．微波具有如下主要特点：（1)似光性；（2)穿透性；（3)宽频带特性；（4)热效应特性；（5）散射特性；（6）抗低频干扰特性；（7）视距传输特性；（8）分布参数的不确定性；（9）电磁兼容和电磁环境污染。
4．微波技术的主要应用：（1)在雷达上的应用；（2)在通讯方面的应用；（3)在科学研究方面的应用；（4)在生物医学方面的应用；（5)微波能的应用。
f λ31081051010(m)(Hz)3103231063109-13101210-43101510-73101810-10无线电波宇宙射线射频目录绪论 (1)目录 (2)一、均匀传输线理论 (3)二、规则金属波导 (4)三、微波集成传输线……………………5四、微波网络基础 (5)五、微波元器件 (6)六、天线辐射与接收的基本理论 (7)七、电波传播概论 (8)八、线天线 (9)九、面天线 (10)十、微波应用系统 (11)心得体会 (12)本课程我们共学习了十章，主要学习了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波元器件、天线辐射与接收理论、电波传播概论、线天线、面天线、微波应用系统。
微波与天线总结
对称阵子天线：构成：有两根粗线和长度都相同的导线构成，中间为俩个馈电端原理: 若电线上的电流分布已知，则由电基本阵子的辐射场沿整个导线的积分，便得到对称振子的辐射场。
实际上，西振子天线可看成是开路传输线逐渐张开而成，而其电流分布与无耗开路传输线的完全一致，即按正弦驻波分布。
用途:对称振子分为半波对称振子和全波对称振子，半波对称振子广泛的应用于短波和超短波波段，它既可以作为独立天线使用，也可以作为天线阵的阵元，在微波波段还可以作为抛物面天线的馈源。
特点: 方向性比基本振子的方向性稍强一些，平均特性阻抗Z越低R和X随频率的变化越缓慢，其频率特性越好。
所以，欲展开对称振子的工作频带，常利用加粗振子直径的方法。
当h=λ/4n时，其输入阻抗是一个不大的纯电阻具有很好的频率特性，也有利于同馈线匹配，而在并联谐振点附近是一个高阻抗且输入阻抗随频率变化剧烈，特性阻抗不好。
阵列天线：构成:将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统。
构成天线阵地辐射单元，成为天线原或阵元原理：天线的辐射场是各天线元所产生的矢量叠加，只要各天线元上的电流，振幅和相位分布满足适当的关系，就可以得到所需要的辐射特性特点：天线阵的主瓣宽度和旁瓣电平是即相互依赖又相互对立的一对矛盾，天线阵方向图的主瓣宽度小，则旁瓣电平就高，反之，主瓣宽度大则旁瓣电平就低。
均匀直线阵的主瓣很窄，但旁瓣数目多，电平高，二项式直线振的主瓣很宽旁瓣就消失了，旁瓣分散了天线的辐射能量，增加量接受的信噪比，但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用。
直立阵子天线：构成:垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立阵子天性原理:单级天线可等效为一对对称振子，对称阵子可等效为一二元阵，但此时等效只是在地面或导体的上半空间成立。
理想导电平面上的单级天线的辐射场可直接应用到自由空间对称振子的公式进行计算。
用途:广泛应用于长，中，短波及超短波段。
特点: 当h《λ时辐射电阻很低。
单级天线效率也很低改善方法是提高辐射电阻降低损耗电阻。
天线基本理论《微波技术与天线》培训讲解
基于群体行为原理，通过个体间的协 作和竞争，寻找最优解。
模拟退火算法
基于物理退火过程，通过随机搜索， 寻找最优解。
天线优化算法与实现
梯度优化算法
基于梯度信息，通过迭代计算，寻找 最优解。包括最速下降法、牛顿法等。
随机优化算法
基于随机搜索，通过大量随机尝试， 寻找最优解。包括遗传算法、粒子群 算法等。
具有定向辐射特性的天线，通过螺旋形状的结构实现圆极化。
详细描述
螺旋天线广泛应用于卫星通信、雷达探测等领域。它可以实现圆极化波的发射和接收，增强信号的抗 干扰能力。螺旋天线的方向图可以通过改变螺旋的匝数和直径进行调整，以满足不同应用需求。
微带天线
总结词
一种薄型、轻量级的天线，由介质基片 上金属贴片构成。
均匀线阵列
均匀线阵列是指天线单元在一 条直线上等间距排列形成的阵 列。
在均匀线阵列中，各天线单元 的激励幅度相等，相位则根据 阵列的波束指向和天线单元的 排列位置确定。
均匀线阵列的主瓣宽度和副瓣 电平取决于阵列的单元数目、 单元间距以及波长等因素。
均匀圆阵列
均匀圆阵列是指天线单元在圆周上等 间距排列形成的阵列。
天线阻抗匹配与馈电系统
总结词
天线阻抗匹配是指天线输入阻抗与馈线阻抗相等的状态 ，馈电系统则是将信号功率传输到天线的装置。
详细描述
天线阻抗匹配是实现高效传输的关键，通过调整馈线的 特性阻抗可以使其与天线输入阻抗相匹配，从而提高信 号传输效率。馈电系统包括馈线和连接器等元件，其设 计应考虑信号传输的稳定性、可靠性和效率。在实际应 用中，需要根据天线的类型和规格选择合适的馈电系统 ，以确保信号传输的质量和稳定性。
导电材料
如铜、铝等，用于制作天线的辐射单元和反射面。
微波技术与天线实验报告
�����
=
2.65代入式子，可以计算出微带天线矩形
贴片的宽度，即
w = 46.26mm
（2）、有效介电常数ε������ 把h = 3mm w = 46.26mm ε������ = 2.65代入，可计算出有效介电常数，即
ε������ = 2.444 （3）、辐射缝隙的长度∆L
把h = 3mm w = 46.26mm ε������ = 2.444代入式子，可以计算出微带天线辐射 缝隙的长度，即
五、HFSS 的实验结果 根据之前的参数设计得出的 HFSS 模型如图.2,进行仿真后的结果如图.3。查
看天线信号端口回波损耗（即 S11）的扫频分析结果，给出天线的谐振点。生成 如图所示的 S11 在 1.8~3.2GHz 频段内的扫频曲线报告。从图中可以看出，当 S11 最小时，频率是 2.36GHz。
������
=
0.412ℎ
(������������ (������������
+ −
0.3)(���ℎ��� + 0.264) 0.258)(���ℎ��� + 0.8)
对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L和宽度������之后，还需要确
定同轴线馈电点的位置，馈电点的位置会影响天线的输入阻抗，在微波应用中通
算结果就可以达到足够的准确，因此设计中参考地的长度������������������������和宽度������������������������只需 满足以下两式即可
������������������������ > L + 6h ������������������������ > w + 6h
标(������������, ������������)，即
微波技术与天线总结
相速Vp :电压、电流入射波(或反射波)的等相位面沿传输方向的传播速度,用Vp 表示。
波长λ:传输线上电压(或电流)波的相位相差2π的两观察点间的距离称为波长,记为λ。
反射系数Γ:传输线上任一点z 处的反射波电压(或电流)和入射波电压(或电流)的比值,记作Γu(z)(或Γi(z)),它和阻抗本身有周期=λ/2,|Γ|与ρ为系统不变量,|Γ|∈[0,1], ρ∈[1,∞)。
驻波系数ρ:传输线上波腹点电压与波节点电压之比,记为ρ。
沿z 向传播的导行波的相速定义为导波的等相位面向前移动的速度,记为Vp 。
群速Vg :指一群具有非常接近的角频率ω和相移常数β的波,在传输过程中表现出来的共同速度,这个速度代表能量的传播速度,用Vg 表示。
无纵向场分量,即Ez=Hz=0。
只有横向电磁场分量,故称为横电磁模(TEM )。
有纵向场分量。
a)Ez ≠0,Hz=0,为横磁模(TM )。
只有电场才有纵向分量,故又称电模(E);b) Ez=0,Hz ≠0,为横电模(TE )。
只有磁场才有纵向分量,故又称磁模(H);c)Ez ≠0,Hz ≠0,为混合模,TE 、TM 线性叠加。
电基本振子:无限小的线性电流单元,即长度L 远小于工作波长λ,线上电流振幅和相位处处相通。
对称振子:由两根粗细和长度都相同的导线构成,中间为两个反馈点。
全波振子:对称振子的臂长为2h=λ的振子。
半波振子:对称振子的臂长为2h=λ/i 的振子。
谐振fo :在导体中，电储能等于磁储能。
谐振波长:光波长整数倍的波长。
方向性系数D :表示天线向某一个方向集中辐射电磁波的程度,即天线在远区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度(Smax)av 与平均辐射功率相同的无方向性天线在同一点的平均辐射功率密度(So)av 之比(Pr 、R 相同)。
增益系数G :天线在远区最大辐射方向上某点的平均功率密度与平均输入功率相同的无方向性天线在同一点的平均功率密度之比(Pin 、R 相同)。
自考 微波技术与天线02367 整理(科创学院)
第 1 章 电 磁 场 与 电 磁 波 的 基 本 原 理电 磁 场 的 基 本 方 程一、电磁场中的基本场矢量电磁场中的基本场矢量有四个:电场强度E,电位移矢量D,磁感应强度B 和磁场强度H 。
(一) 电场强度E 场中某点的电场强度E 定义为单位正电荷在该点所受的力,即 ： 电场强度E 的单位为伏/米(V/m)。
(二) 电位移矢量D如果电解质中存在电场,则电介质中分子将被极化,极化的程度用极化强度P 来表示。
此时电介质中的电场必须用电位移矢量D 来描写。
它定义为 ： 在SI 单位制中,D 的单位为库仑/米2(C/m2)。
对于线性媒质中某点的电极化强度P 正比于该点的电场强度E 。
在各向同性媒质中某点的P 和E 方向相同,即 ： 故 ，式中ε=ε0(1+χe)称为介质的介电常数,而εr=1+χe 称为介质的相对介电常数。
(三) 磁感应强度B磁感应强度B 是描写磁场性质的基本物理量。
它表示运动电荷在磁场中某点受洛仑兹力的大小。
磁感应强度B 定义为： (四) 磁场强度H如果磁介质中有磁场,则磁介质被磁化。
描写磁介质磁化的程度用磁化强度M 来表 示。
此时磁介质中的磁场必须引入磁场强度H 来描写,它定义为： M 和H 的单位为安培/米 (A/m)。
在各向同性媒质中M 和H 方向相同。
即有： 故 B=μ0(H+M)=μ0(1+χm)H=μ0μrH=μH 。
式中χm 称为媒质的磁极化率,它是一个没有量纲的纯数。
μ=μ0(1+χm)称为媒质的磁导率。
μr=1+χm 称为相对磁导率。
二、全电流定律式中Jc 和Jd 分别为传导电流密度和位移电流密度,ic 和id 分别为传导电流和位移电流。
三、电磁感应定律感应电场沿着任意的封闭曲线的积分应等于感应电势,用数学式子表示即为 ：由此得出一个结论:随时间变化的磁场会产生电场,而且磁通量的时间变化率愈大,则感应电动势愈大、电场愈强;反之则愈弱。
同时,穿过一个曲面S 的磁通量为：F E q =0D E P ε=+0e P x Eε=0000(1)e e r D E x E x E E E εεεεεε=+=+==F qv B=⨯0B H M μ=-m M Hχ=()()D e c l e d l Sc Sd H dl i i i dt H dl J J dS dD J dS dtφ===+=+=+⎰⎰⎰⎰ ml d e E dL dtφ==-⎰ m S l SB dS d E dL B dS dt φ==-⎰⎰⎰四、高斯定律 在普通物理中讨论了静电场的高斯定律,即： 式中V 是封闭曲面S 所包围的体积,∑q 为封闭曲面S 所包围的自由电荷电量的代数和，ρ为S 曲面所包围的自由电荷的体密度。
微波技术与天线总结
相速Vp:电压、电流入射波(或反射波)的等相位面沿传输方向的传播速度,用Vp 表示。
波长λ:传输线上电压(或电流)波的相位相差2π的两观察点间的距离称为波长,记为λ。
反射系数Γ:传输线上任一点z 处的反射波电压(或电流)和入射波电压(或电流)的比值,记作Γu(z)(或Γi(z)),它和阻抗本身有周期=λ/2,|Γ|与ρ为系统不变量,|Γ|∈[0,1], ρ∈[1,∞)。
驻波系数ρ:传输线上波腹点电压与波节点电压之比,记为ρ。
沿z 向传播的导行波的相速定义为导波的等相位面向前移动的速度,记为Vp 。
群速Vg:指一群具有非常接近的角频率ω和相移常数β的波,在传输过程中表现出来的共同速度,这个速度代表能量的传播速度,用Vg 表示。
无纵向场分量,即Ez=Hz=0。
只有横向电磁场分量,故称为横电磁模(TEM)。
有纵向场分量。
a)Ez ≠0,Hz=0,为横磁模(TM)。
只有电场才有纵向分量,故又称电模(E);b) Ez=0,Hz ≠0,为横电模(TE)。
只有磁场才有纵向分量,故又称磁模(H);c)Ez ≠0,Hz ≠0,为混合模,TE 、TM 线性叠加。
电基本振子:无限小的线性电流单元,即长度L 远小于工作波长λ,线上电流振幅和相位处处相通。
对称振子:由两根粗细和长度都相同的导线构成,中间为两个反馈点。
全波振子:对称振子的臂长为2h=λ的振子。
半波振子:对称振子的臂长为2h=λ/i 的振子。
谐振fo:在导体中，电储能等于磁储能。
谐振波长:光波长整数倍的波长。
方向性系数D:表示天线向某一个方向集中辐射电磁波的程度,即天线在远区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度(Smax)av 与平均辐射功率相同的无方向性天线在同一点的平均辐射功率密度(So)av 之比(Pr 、R 相同)。
p v ωβ=πλβ=2增益系数G:天线在远区最大辐射方向上某点的平均功率密度与平均输入功率相同的无方向性天线在同一点的平均功率密度之比(Pin、R相同)。
《微波技术与天线》第6章
比较电基本振子的远区场 Eθ与磁基本振子的远区场 Eφ , 可 以发现它们具有相同的方向函数 |sinθ|, 而且在空间相互正交 , 相位相差90°。所以将电基本振子与磁基本振子组合后 , 可构
成一个椭圆（或圆）极化波天线, 具体将在第8章中介绍。
磁基本阵子的应用
电磁测井
6.3 天线的电参数
1. 天线方向图及其有关参数 天线方向图，是指在离天线一定距离处, 辐射场的 相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图, 通常采 用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向 图来表示。
例：画出沿z轴放置的电基本振子的E平面和H平面方向图。
解: ① E平面方向图:
② H平面方向图:
给定r处, 对于θ=π/2, Eθ的归一化场强值为|sinθ|=1,与φ无关， 因 而 H平面方向图为一个圆, 其圆心位于沿z方向的振子轴上, 且半径为1
图 6 -5 (a) 电基本振子E平面方向图
6.2 基本振子的辐射 预备知识：时变场的达朗贝尔方程，滞后位及其解
磁矢位和电标位 线性、均匀各向同性的无耗媒质中， 时谐形式的麦克斯韦方程
天线辐射场的求解思路：
点 点 源 的 磁 矢 位 转 换 点 源 的 辐 射 场 计算 连续 分布 结构 的辐 射场
源
突破点源后利用 结果推导新结构 的结果
pm k2 k 1 H j sin ( j 2 j 3 )e jkr 2 r r r
与电基本振子做相同的近似得磁基本振子的远区场为:
2 rλ 1 ω μ 0 pm Hθ sin θ e jkr η 2 rλ
E j
μ 0 pm
sin θe jkr
(6-2-8)
1. 电基本振子
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相速Vp :电压、电流入射波(或反射波)的等相位面沿传输方向的传播速度,用Vp 表示。
波长λ:传输线上电压(或电流)波的相位相差2π的两观察点间的距离称为波长,记为λ。
反射系数Γ:传输线上任一点z 处的反射波电压(或电流)和入射波电压(或电流)的比值,记作Γu(z)(或Γi(z)),它和阻抗本身有周期=λ/2,|Γ|与ρ为系统不变量,|Γ|∈[0,1], ρ∈[1,∞)。
驻波系数ρ:传输线上波腹点电压与波节点电压之比,记为ρ。
沿z 向传播的导行波的相速定义为导波的等相位面向前移动的速度,记为Vp 。
群速Vg :指一群具有非常接近的角频率ω和相移常数β的波,在传输过程中表现出来的共同速度,这个速度代表能量的传播速度,用Vg 表示。
无纵向场分量,即Ez=Hz=0。
只有横向电磁场分量,故称为横电磁模(TEM )。
有纵向场分量。
a)Ez ≠0,Hz=0,为横磁模(TM )。
只有电场才有纵向分量,故又称电模(E);b) Ez=0,Hz ≠0,为横电模(TE )。
只有磁场才有纵向分量,故又称磁模(H);c)Ez ≠0,Hz ≠0,为混合模,TE 、TM 线性叠加。
电基本振子:无限小的线性电流单元,即长度L 远小于工作波长λ,线上电流振幅和相位处处相通。
对称振子:由两根粗细和长度都相同的导线构成,中间为两个反馈点。
全波振子:对称振子的臂长为2h=λ的振子。
半波振子:对称振子的臂长为2h=λ/i 的振子。
谐振fo :在导体中，电储能等于磁储能。
谐振波长:光波长整数倍的波长。
方向性系数D :表示天线向某一个方向集中辐射电磁波的程度,即天线在远区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度(Smax)av 与平均辐射功率相同的无方向性天线在同一点的平均辐射功率密度(So)av 之比(Pr 、R 相同)。
增益系数G :天线在远区最大辐射方向上某点的平均功率密度与平均输入功率相同的无方向性天线在同一点的平均功率密度之比(Pin 、R 相同)。
效率ηA :天线的平均功率Pr 与平均输入功率Pin 之比。
输入阻抗Zin :天线输入端(或传输线上任一点z 处)的复电压与复电流之比。
有效长度Lein :在保持实际天线最大辐射方向上场强不变的条件下,假设天线上电流为均匀分布时天线的有效长度,天线的有效长度越长，表明天线辐射能力越强。
电基本振子:近区场kr<<1，感应场，远区场kr>>1，辐射场。
品质因数Q :描述谐振系统选频特性优势和能量损耗度。
方向图:天线辐射的电磁波在固定距离上。
二元阵天线:两个形式和取向相同的天线单元沿直线坐标系的某一坐标轴排列。
p v ω
β=πλβ=
2
传输线方程:
无耗
C z G z L z R z
空心波导中不存在TEM 波:因为传输方向为z 方向，所有磁场闭合成环，故(a)(b)不是TEM 波,又根据安培环路定理 故(d)不是矩形波导，对于(e)Ez ≠0故不是TEM 波导。
传输线工作状态
:
特性阻抗:
传播常数
:
传输线无耗
相速与波长:
截至波长截止频率:
波导波长
相速度
群速度
谐振波长谐振频率:
方向性乘积定理
无耗网络p v ωβ=πλβ
=2Z 0βγj )j )(j (+=++≈a wC G wL R 12211122+()=ϕϕϕϕπ-+±（）
网络传输
归一化:Z=Zc* Y=/Zc in=in’+in”
21
T S
=
2121
=ϕ
Φ。