中山学院微波技术与天线2015B
《微波技术与天线》课程教学大纲
本门课程的目的是要求学生通过教学与实验，了解微波技术与天线发展的最新技术与现状，初步掌握微波技术与天线的基本知识，基本理论和基本方法，培养学生综合应用的能力。
要求掌握传输线理论、规则金属波导理论、微波网络理论、天线的辐射与接受的基本理论。
在教学环节中，重点讲授微波与天线的基本理论，同时简要介绍微波技术与天线在主要系统中的应用，力求基本理论讲解与工程实践并重。
三、先修课程高等数学、电路分析、电磁场与电磁波。
四、课程教学重、难点教学重点：传输线理论、规则金属波导理论、微波网络理论、天线的辐射与接收的基本理论；教学难点：天线方向图函数、主瓣宽度、副瓣电平、天线极化特性、天线效率及辐射电阻、天线方向系数与增益、输入阻抗、天线有效长度等天线特性电参数的定义等天线相关应用基础。
五、课程教学方法与教学手段课堂教学为主，计算机仿真与实验为辅。
六、课程教学内容第一章绪论（2学时）1. 教学内容（1）微波及其传输的特点；（2）微波研究的主要内容；（3）微波的发展及应用；（4）微波传输的分析方法。
2. 重、难点提示（1）重点是微波传输的分析方法。
第二章均匀传输线理论（7学时）1. 教学内容（1）均匀传输线方程的建立及其求解；（2）传输线的特征参量与状态参量；（3）无耗传输线的状态分析；（4）阻抗匹配；（5）阻抗圆图及其应用。
2. 重、难点提示（1）重点是传输线方程的建立及其正弦波解，输入阻抗、反射系数、驻波比、行波系数的计算及其各参数之间的关系，短路线、开路线电压电流及阻抗的分布特点，λ/4阻抗变换器法，利用阻抗圆图计算阻抗和导纳；（2）难点是传输线方程的建立，驻波比的理解，行驻波状态电压、电流及阻抗的分布特点，λ/4传输线阻抗匹配计算，理解三族圆的基本特征。
第三章规则金属波导（7学时）1. 教学内容（1）导波原理；（2）矩形波导；（3）圆形波导；（4）金属谐振腔。
2. 重、难点提示（1）重点是导行电磁波的传播模式及其传播特性，矩形波导传输条件及传输特性，圆形波导的传播参数及特点，矩形谐振腔基本参数的计算；（2）难点是纵向场分析方法，纵向场求解矩形波导中的场量表达式，圆形波导TE波和TM波的表达式。
《微波技术与天线》课程教学大纲
课程编号：05064403《微波技术与天线》课程教学大纲（Microwave Technology and Antenna）适用于本科电子信息工程专业总学时：32学时总学分： 2学分开课单位：物理系课程负责人：郑洁执笔人：郑洁审核人：白心爱一、课程的性质、目的、任务《微波技术与天线》是电子信息工程专业的一门重要技术课，属于专业选修课。
是在学习了“电路分析基础”和“电磁场与电磁波”等课程基础上，深入学习无线电频谱中极为重要的波段—微波领域的重要课程，是理论与工程性、实践性较强的课程。
本课程的任务是使学生获得微波技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析和解决实际问题的能力，为今后的深入学习和实际运用打好基础。
二、教学基本要求本课程适用于电子信息工程本科专业。
课程教学要求：掌握传输线的基本理论、传输特性及圆图的应用和阻抗匹配；掌握微波传输线的工作原理，结构特点，传输特性和分析方法；了解微波网络的矩阵参量；了解一些常用微波元器件；掌握天线基本特性参量的物理意义；了解一些常用的天线设备。
三、教学内容、目标要求与学时分配总学时为32学时（其中理论：24学时，实验8学时）（一）绪论教学内容：1、微波的概念2、微波的特点3、微波的历史回顾及现代应用教学目标要求：了解微波频段的划分、微波技术的研究对象、内容，课程的性质、特点、任务和学习方法。
学时分配：2学时（二）传输线理论教学内容：1、传输线方程及其求解2、传输线的特性参量3、均匀无耗传输线工作状态分析4、阻抗圆图及其应用5、传输线的阻抗匹配教学目标要求：了解分布参数，传输线的阻抗特性，行波系数和驻波系数等概念；掌握行波系数和驻波系数的计算、史密斯圆图、传输线的抗阻匹配、支节匹配、线路间的阻抗匹配；理解传输线方程、正弦波解与传输特性，终端短路与开路、终端接纯电抗负载、行驻波、沿线电压电流分布特性。
教学重点：行波系数和驻波系数的计算、史密斯圆图、传输线的抗阻匹配、支节匹配、线路间的阻抗匹配教学难点：传输线方程、正弦波解与传输特性学时分配：8学时（三）微波传输线教学内容：1、交变电磁场基本关系式2、导波系统的传输特性3、常用微波传输线教学目标要求：了解矩形波导、圆波导中TE波、TM波的波场结构、传输特性、壁电流、波导的激励与耦合；了解同轴线，微带线、带状线，平面传输线等的特性。
微波技术与天线
河南理工大学微波技术与天线课程报告学院：计算机学院专业班级：通信09学号：姓名：成绩：绪论《微波技术与天线》是通信技术专业的主要专业基础课之一，是现代通信工程技术人员必备的知识。
微波技术、天线技术与电波传播是无线通信系统的三个重要环节。
他们共同的基础是电磁场理论,但三者研究的对象和目的有所不同。
微波技术主要研究引导电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输。
微波是电磁波中介于超短波了红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz 至3000GHz。
微波具有似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗干扰特性。
除了上述特性外，它还有以下特点：1、视距传播特性2、分布参数的不确定性3、电磁兼容与电磁环境污染。
天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变为微波设备中的导行波。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。
电波传播探究电波在空间的传播方式和特点。
课程内容总结本课程共分为10章，包括微波技术、天线与电波传播和微波应用系统三个部分。
第1~5章为微波技术部分，主要讨论了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础和微波元器件，其中在微波集成传输线部分主要讨论了带状线、微带线、耦合微带线及介质波导的传输特性，并对光纤的传输原理及特性做了介绍；在“微波元器件”一章中，从工程应用的角度出发，重点介绍了具有代表性的几组微波无源元器件，主要包括连接匹配原件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。
第6~9章为天线与电波传播部分，主要叙述了天线辐射与接收的基本理论、电波传播概论、线天线及面天线，其中在线天线部分侧重介绍了在工程中常用的鞭天线、电视天线、移动通信基站天线、行波天线、宽频带天线、微带天线等，还对智能天线技术做了简要介绍。
微波技术与天线课后习题答案(西电版刘学观、郭辉萍).docx
反射系数的模值
I rd- T
p~I 3
由.二叙+令=牛
求紂反豺条数的相位0」予•因向圮反射•条数
乙=乙= 82. 4/64.3°
1一几
[1.7]求无耗传榆线上冋波损耗为3(IB和10dB时的庇波比"
I?根抿回波揽耗的定义$
/.
Lr=-20 lg厂|・UP/1 1= 10
因而驻波比
_1 +1几]
★了解同轴线的特性阴抗及分类。
1.4
[L1]设-特性殂抗为50Q的均匀传输线终璀接负^/< =ICO Q.求负戎反射系故
人・在离负我0.2入，0.25入及0.5入处的输入阳抗及反射系数分别为多少？
解终瑞反肘系教为
R-Z=100 —3D二丄
& +Z。一100 4- 50 —T
根加传输线上任恿心的反射系数和输入Ffl抗的公式
p~ I T「I
所以.当冋波损耗分别为3dk和10db时的驻波比分别为5.85和1.92。
【1・8】 设某传输系统如题1.8图戍爪.咖出八”段及BC段沿线4点电压、电流和B1
抗的振幅分巾图•并求出电压的J6人值和駁小值.(图中R-soon)
fi 1.8图
解 传输线AH段为行波状态•其匕电H1大小不变.幅值等于430 V；阳抗等于450 0・电流大小不变.幅值竽于1.
Z|=Z-1- =322.87 —)736.95Q
并联支节的W
/j — T"<«rvtiin世+0.13入一0.22入 加©
并联支廿的长度,
/» =-j- -*- y- arctan卩厂］0.12A
1
[1.13]一均匀无耗传输线的特性飢抗为70Q.负裁俎抗为乙=70+jMOQ・匸作波 长人20 cm。试设计串联支彷匹配器的位置和长度.
电子科技大学中山学院考试试卷.doc
2012—2013学年第1学期一期末 考试拟题人： 袁海军 日期:2012-12-22 学院：电子信息学院 _____________学号：O■E电子科技大学中山学院考试试卷课程名称： 微波技术基础 试卷类型： A 卷 __________考试方式：闭卷 __________审题人： ______________________ 班 级：09无线技术姓 名： ________________________提示：考试作弊将取消该课程在校期间的所有补考资格，作结业处理，不能正常毕业 和授位，请诚信应考。
题号—二二四五六七总分得分一、填空题（共26分，每空2分）1. 微波传输线是一种分布参数电路，其线上的电压电流分布规律可由 _________________ 来描述。
2. 矩形波导传输的主模是 ____________ ,圆波导传输的主模是 _____________ 。
3. 按传输模式分类，光纤分为 _____________ 和 ______________ 。
4. 微带线屮岀现的高次模种类有 ___________ 和 ___________ 。
5. 测得一微波传输线的反射系数模为丨二1/2,则行波系数K= ____________ ,若特性阻抗Z （）=75Q,则 波节点的输入阻抗为Rin= ____________ 。
6•阻抗匹配的方法屮最基木的是采用 ___________________ 和 ________________ 作为匹配网络。
7.-波导匹配双T,其③端口为E 臂，④端口为H 臂，若③端口输入功率为1W,则①端口输出功率 为 ,若①端口理想短路，②理想开路，则④端口输出功率为 __________________________ 。
二、如图为波导扼流式短路活塞，试说明原理。
（7分）□三、圆图完成（要求写出必要的步骤，并在圆图上标示出来）（21分）1. 已知传输线的特性阻抗为Zo ，T 作波长X ＜）=8cm,负载阻抗Z L =（O.2-jO.5）Z o ＞求第一个电压波节点至终端的距离/,驻波比p,行波系数K。
《微波技术与天线》试题
第4页（共6页）
，该五元阵的
可见区为
。
20. 阵元 A、B 组成的二元阵，相距 d=λ，IA = IB，则二元阵的阵因子为 F1（θ，
φ），元函数为 F2（θ，φ），则天线阵的方向性函数为：
.
本题分数 得分
二、 解答题：（5 题，共 60 分）
1．（12 分）已知传输线的特性阻抗 Z=0 50Ω ，负载阻抗 ZL =60 − j80Ω ，如图 5 所示，用开路单分支匹配器进行匹配，求接入分支线的位置 d 和分支线长度 l 。（请 在圆图上标明相应的参数和作图线）
南京航空航天大学
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二○一一 ～ 二○一二 学年 第二学期《微波技术与天线》考试试题
考试日期：2012 年 05 月 27 日 试卷类型： A 试卷代号：
班号
学号
姓名
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分
得分
本题分数 得分
一、 填空题：（每题 2 分，共 40 分）
1．长度为 L 的终端开路无耗传输线，特性阻抗为 Z0，其输入阻抗 Zin= ，当 L<λ/4 时等效电抗为 (容、感) 性。
变换器的特性阻抗为
。若要展宽其带宽，可以采用的方法有
______________
__。
13. 设电基本振子的中心置于坐标系的坐标原点，并使振子轴沿 z 轴方向。则电基
本振子的归一化方向函数为 F (θ ,φ ) =
，H 平面为
平面。
14．矩形口径非均匀场的口面利用系数 v _____1，设相同尺寸的矩形口径，均匀场的 方向性系数为 D1 ，半功率主瓣宽度为θ0.5,1 ；余弦场的方向性系数为 D2 ，半功率主瓣 宽度为θ0.5,2 ；则 D1 （大于，等于，小于） D2 ，θ0.5,1 （大于，等于，小于）θ0.5,2 。
【精品】《微波技术与天线》习题答案.docx
《微波技术与天线》习题答案章节微波传输线理路1.1设一特性阻抗为50Q的均匀传输线终端接负载& =100Q,求负载反射系数L，在离负载0.22, 0.25/1及0.52处的输入阻抗及反射系数分别为多少？解：r i=(Z1-Z0)/(Z1+Z0) = l/3「(0.2人)=二〃"=：疽° 服「(0.5/1) = | (二分之一波长重复性)r(0.252) = -|Z,,(0.22) = Z o Zi + jZ°tan 例=29 43z _ 23.79g0 Z o + tan/?/Z,… (0.252) = 502/100 = 25Q (四分之一波长阻抗变换性)Z,,(0.52) = 100Q (二分之一波长重复性)1. 2求内外导体直径分别为0. 25cm和0. 75cm的空气同轴线的特性阻抗；若在两导体间填充介电常数& =2.25的介质，求其特性阻抗及f = 300MHz时的波长。
解：同轴线的特性阻抗Z0=-^ln-山.ah则空气同轴线Z.=601n- = 65.9Qa当&=2.25 时，Z0=4L In-= 43.90A a当f = 300MHz时的波长：C = 0.67m1.3题设特性阻抗为Z o的无耗传输线的驻波比p ,第一个电压波节点离负载的距离为/mini，试证明此时的终端负载应为Z] = Z0X—土_七耍min 1 1 u • .07X?-jtan/?/minl证明：对于无耗传输线而言：..7_ 7 *Z] +Zo/tan—mini■ i"— ° Z°+Z"tan% 函=ZJ P由两式相等推导出：Z|=Z°x上些久些Q — J tan 风顽11.4传输线上的波长为：C/f久=# = 2m因而，传输线的实际长度为：2I =里=0.5m4终端反射系数为：=R I-Z Q =_竺如96]&+Z。
(整理)《微波技术与天线》课程标准.
《微波技术与天线》课程教学标准目录一、课程名称二、适用专业三、必备基础知识四、课程的地位和作用五、主要教学内容描述六、重点和难点七、内容及要求模块一：电磁场理论基础1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法模块二：微波技术1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法模块三：天线技术1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法模块四：电波传播1、教学内容2、教学要求3、教学手段及方法八、说明1、建议使用教材和参考资料2、模块学时分配3、考核方法及手段4、注意事项5、其他说明一、课程名称：微波技术与天线二、适用专业：通信技术、通信网络与设备、移动通信技术、电子信息工程技术等通信工程系各专业。
三、必备基础知识1．应当学习的课程（1）高等数学知识（2）普通物理知识（3）电路分析基础（4）低频电子线路（5）高频电子线路（6）数字电子线路2．应当掌握的基本知识（1）微积分知识（2）矢量代数知识（3）极坐标与球坐标知识（4）场与场论知识（5）电磁波的相关知识（6）麦克方程组知识3．应当具有的技能（1）电路安装与调试技能（2）通信设备的使用技能（3）通信网络的安装与调试技能（4）电路的安装与调试技能四、课程的地位和作用1、课程的地位《微波技术与天线》是通信工程系通信技术、通信网络与设备、移动通信技术、电子信息工程技术等各专业的一门专业方向课程。
2、课程的作用《微波技术与天线》是通信技术专业的主要专业基础课之一，是现代通信工程技术人员必备的知识。
微波技术、天线技术与电波传播是无线通信系统的三个重要环节。
本课程的任务是理解麦克斯韦方程组，了解电磁波的形成、分类与极化；了解天线在无线通信系统中作用以及天线的分类；熟悉天线辐射的基本原理；熟悉发射天线与接收天线的主要特性参数；熟悉对称天线、折合天线、引向天线、电视发射天线、移动通信基站天线等线天线的结构、特点、工作原理与安装调试方法；熟悉螺旋天线、对数周期天线等宽频带天线的结构、特点、工作原理与安装调试方法；熟悉天线阵的原理、分类以及辐射特性；熟悉缝隙天线与微带天线的结构、主要特点、辐射原理与方向特性；熟悉喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线等面天线的结构、主要特点、辐射原理与方向特性；熟悉各种天线的安装、调试与测试技术；熟悉地波传播、天波传播与视距传播等电波传播知识；熟悉均匀传输线、波导、微波集成传输线、微波网络与微波元器件等微波技术知识。
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一、选择题（共10题，每小题2分，共20分）
（选择题答案务必填写在下表中！！！）
1．以下_____传输线的主模不是横电磁波。
A.同轴线
B. 双导体
C.带状线 D . 矩形波导 2．微波传输线反射系数的取值范围是_____。
A.[0 1] B . [-1 1] C.[0 +∞] D. [-∞ +∞] 3．对无耗传输线，_____下，终端反射系数l Γ=1。
A.行波状态 B .纯驻波状态 C.行驻波状态 D.故障状态
4．使用/4λ阻抗变换器实现终端匹配的前提是，终端负载必须为_____。
A.容性阻抗 B.感性阻抗 C .纯电阻 D. 复数阻抗 5．以下_____选项不是Smith 阻抗圆图的组成部分。
A. 归一化电阻圆
B. 归一化电抗圆
C.反射系数圆 D . 驻波比圆图
6．截面尺寸为(/2)a b b a ⨯<的矩形波导，10TE 波在其中传播的条件为_____。
(注：0λ为工作波长)
A. 00a λ<<
B. 022b a λ<< C . 02a a λ<< D. 02a λ> 7．在任何微波电路中都可以被测量的物理量是_____。
A ．阻抗 B ．导纳 C ．驻波比 D ．反射系数
8．微波网络分析中，某端口等效电压()U z 的归一化形式为_____。
电子科技大学中山学院考试试卷
课程名称: 微波技术与天线 试卷类型： B 卷 2015 —2016 学年第 1 学期 期末 考试 考试方式： 闭卷 拟题人： 王桓 日期：2015.12.22 审 题 人： 学 院： 电子信息学院 班 级：
学 号： 姓 名：
提示：考试作弊将取消该课程在校期间的所有补考资格，作结业处理，不能正常毕业和授位，请诚信应考。
A.0()()U z U z Z =
B.
()U z = C.0()()*U z U z Z =
D. ()(U z U z =9．半波对称振子的主瓣功率宽度为_____度。
A.37.5
B.45 C .78 D. 90
10．以下的天线方向图电参数中，______可较为全面的描述天线的方向性强弱。
A.主瓣宽度 B.旁瓣电平 C.前后比 D .方向系数
二、填空题（共20分，每空1分）
1．微波的频率范围从_____300MHz _____到_____3000GHz _____。
2．某双导体传输线系统的特性阻抗050Z =Ω，其终端负载100l Z =Ω，那么其终端反射系数l
Γ为_____1/3 _____。
3．特性阻抗为50Ω的传输线终端接(75100)j +Ω的负载阻抗，传输线上的电波状态为_____行
驻波______，若终端开路，传输线电波状态为_______纯驻波________。
4．负载引起的反射波越大，传输线上的驻波比越___大__，在匹配状态下的驻波比为___1__。
5．在平面型传输线中，带状线主要传输的是_ TEM 波__，微带线主要传输的是__准TEM 波 ___。
6．矩形波导尺寸为8, 3.5a cm b cm ==，则11TE 模的截止波长为 6.4cm 。
7．电磁波的极化方式分别为 线极化 、 圆极化 、 椭圆极化 。
8．长度远小于__工作波长__，其上高频电流近似____同相____分布的直载流导体称为电基本振子，其方向函数为___sin θ_____，方向系数为_____1.5____。
9．在无线电波的传输过程中，造成传输失真的主要原因有色散效应和___多径传输效应_______。
10．天线的功能是_______辐射电波 _________和________接收电波________。
三、简答题（共2题，每小题10分，共20分）
1．请简述负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配的实现条件。
负载阻抗匹配：0l Z Z = （3分） 信源匹配条件：0g Z Z = (3分)
共轭匹配条件：*
in g Z Z = (4分)
2．请简述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；(3分)
(2) 天线应具有方向性； (3分) (3) 天线应有适当的极化特性； (2分) (4) 天线应有足够的工作频带。
(2分)
四、计算证明题（共3题，共40分）
1．请证明微波电路输入阻抗()in Z z 的周期为/2λ。
（10分）
000000tan (/2)tan(/2)()2tan (/2)tan(/2)
l l
in l l Z jZ z Z jZ z Z z Z Z Z jZ z Z jZ z βλββλλ
βλββλ+++++==++++（4分） 2=
=2/2=π
ββλπβλπλ
⇒⇒由 （4分）
000000tan()tan ()()2tan()tan l l in in l l Z jZ z Z jZ z Z z Z Z Z z Z jZ z Z jZ z
βπβλ
βπβ++++===+++ （2分）
2．特性阻抗为050Z =Ω的均匀无耗传输线，终端接有负载10075l Z j =+Ω，终端为复阻抗，可以用以下方法实现/4λ阻抗变换器匹配，即在终端并接一段终端短路线，如下图所示。
试求/4λ阻抗变换器的特性阻抗01Z 及短路线长度l 。
（15分）
解：在接入面有 1Im()0l in Y Y += (4分) 114
3
10075
625
625
l l Y j Z j =
==-+ (2分) 101011cot tan in in Y jZ l Z jZ l
ββ===- (4分)
03
c o t 0.287625
Z l l βλ=-⇒= (3分)
011
156.2588.384/625
R Z ==Ω⇒=Ω (2分)
3．矩形波导的横截面尺寸为a=22.86cm ，b=10.16cm ，将自由空间波长为20cm ，30cm 和50cm 的信号接入此波导，能否传输？若能传输，会出现哪些工作模式？（15分）
解：cmn λ=
且由已知2a b > (5分)
则该矩形波导各模式截止波长排序为 10245.72c a cm λ== 2022.86c a cm λ== 01220.32c b cm λ==
1118.57c cm λ=
= (5分)
因此50g cm λ=不能在该波导中传输；
30g cm λ=可以在该波导中传输，传输模式为10TE ；
20g cm λ=可以在该波导中传输，传输模式为10TE 、20TE 、01TE ；(5分)。