现代微波跟天线测量技术_第1讲
微波技术基础(微波技术与天线)第1章
本节要点：
• 输入阻抗 • 状态参量 • 阻抗与状态参量的关系
2021/6/23
1. 输入阻抗(input impedance)
输入阻抗 —传输线上任意一点处的电压和电流之比值
均匀无耗传输线的输入阻抗为
结论
Zin (z)U I((zz))Z0Z Zl0 jjZ Z 0 ltta a n n z z))((
2021/6/23
(1) 终端短路(short circuit)
负载阻抗Zl=0 ，终端反射系数l= 1，而驻波比，
此时，传输线上任意点处的反射系数为(z)= e-j2z
纯驻波状态下传输线上的电压和电流：
U(z)UU j2A1sinz
I(z)II
2A1cosz
Z0
传输线上任意一点z处的输入阻抗为：
2I
(
z)
0
其中 2 Z Y (R jL )G ( jC )
通解为
UzA1ezA2ez
I z A1ezA2ez Z0
Z0 (RjL)/(GjC)称为传输线的特 。性阻
A1 ,A 2 为积分常数，由边界条件决定
2021/6/23
传输线的边界条件通常有以下三种
已知始端电压和始端电流Ui、Ii 已知终端电压和终端电流Ul、Il
2021/6/23
对很小的z ，应用基尔霍夫定律，有：
u(z z,t)u(z,t)R z(z i,t)L zi(z,t) t
i(z z,t)i(z,t)G z(u z z,t)C zu(z z,t) t
将上式整理，并忽略高阶小量，可得：
u(z,t) R(iz,t)Li(z,t)
微波技术与天线第一章第二节
入射波电压 反射波电压
U+ (z)＝Ae 1 −γz U− (z)＝A2e
γz
1 γz 入射波电流 I+ (z)＝ A e 1 Z0 1 反射波电流 I (z)＝ A e−γz 2 − Z0
（8）式表明：传输线上任意位置的电压和电流都是入射波与 反射波的叠加。 对于有耗长线Z 都是复数，其中具有阻抗量纲， 对于有耗长线 0和γ都是复数，其中具有阻抗量纲，称其为传 输线的特性阻抗， 称为传播常数； 输线的特性阻抗， γ 称为传播常数；α为 减 数，β为 数。 为实数时，电压入射波与电流入射波相位相同， 当Z0为实数时，电压入射波与电流入射波相位相同，电压反射 波与电流反射波相位相反， 波与电流反射波相位相反，沿线入射波与反射波的瞬时分布如 下图所示： 下图所示：
∂u(z, t ) 2 ∂u(z, t ) ∂2u( z, t ) ∂i(z, t ) G∆zu(z, t ) + ∆z + C∆z + C∆z2 − ∆z = 0 ∂z ∂t ∂z∂t ∂z
∂i( z, t ) ∂u( z, t ) u( z, t ) + R∆zi( z, t ) + L∆z − u( z, t ) − ∆z = 0 ∂t ∂z
∂u(z, t ) u(z + ∆z, t ) −u( z, t ) = ∆z ∂z ∂i( z, t ) ∆z i z + ∆z, t −i z, t = ∂z
(
) ( )
}
（1） ）
应用基尔霍夫的回路电压 定律
∆u = u( z + ∆z, t ) −u( z, t )
= uR + uL
应用基尔霍夫的节点电流 定律
微波技术与天线课件
其中一对匹配:
S12 S34 0 S11 S22 0
(20-6) (20-7)
符合上述条件的即可称为定向耦合器，其［S］矩阵是
微波技术与天线课件
三、四口网络的一般性质
0 0 S13 S14
[S]
0
0
S23
S24
S13 S14
S23 S24
微波技术与天线课件
多口元件
如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S 矩阵来分析多端口元件。
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
微波技术与天线课件
多口元件
它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励
波 a1,a2……an ， 通 过 网 络 ， 出 来 变 成 b1,b2……bn 。 因 此 上 面 矩 阵 可 以 简 化 为
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的微波网技术络与天都线课可件以全匹配。
一、三口网络的一般性质
2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：Sij≠Sji ［性质］无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。 典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同 的环行器：
微波技术与天线课件
平
等 端
分相位
幅输入 反相等
二、三口元件
2. 铁氧体环行器——环行元件
3
1
2
0 0 1 [S] 1 0 0
0 1 0
理想s矩阵
[例1] 理想环行器端口③接匹配负载 L，即o 可构成二 端口隔离器。
第1章刘学观的微波技术与天线ppt课件
可见, 损耗很小时的特性阻抗近似为实数。
对于直径为d、间距为D的平行双导线传输线, 其特性阻
抗为
Z0
120 ln
r
2D d
式中, εr为导线周围填充介质的相对介电常数。 常用的平 行双导线传输线的特性阻抗有250Ω, 400Ω和600Ω三种。 对于内、外导体半径分别为a、b的无耗同轴线, 其特性阻抗为
1 2(R0YG0Z)jwLC
于是小损耗传输线的衰减常数α和相移常数β分别为
第1章 均匀传输线理论
α=12(RY0+GZ0) β=ω LC 3) 相速vp与波长λ 传输线上的相速定义为电压、电流入射波〔或反射波〕等 相位面沿传输方向的传播速度, 用vp来表示。 由式〔1- 1- 8〕 得等相位面的运动方程为
第1章 均匀传输线理论
将式〔1- 1- 1〕代入式〔1- 1- 2）, 并忽略高阶小量, 可得 u(z, t)z=Ri(z, t)+Li(z, t)t L i(z,t) t i(z, t)z=Gu(z, t)+Cu(z, t)t c i(z,t) t
这就是均匀传输线方程， 也称电报方程。 对于时谐电压和电流, 可用复振幅表示为 u(z, t)=Re［U(z)e jωt］ i(z, t)=Re［I(z)e jωt］
U(z) = Chγz
Z0shγz
Ul
I(z)
1
Z 0 shγz
chγz
Il
可见, 只要已知终端负载电压Ul、 电流Il及传输线特性参数
γ、Z0, 则传输线上任意一点的电压和电流就可由式〔1- 1- 12〕
求得。
第1章 均匀传输线理论
3.
1) 特性阻抗Z0
将传输线上导行波的电压与电流之比定义为传输线的特性 阻抗, 用Z0来表示, 其倒数称为特性导纳, 用Y0来表示。
(整理)天线测量与微波测量实验讲义1
天线测量与微波测量实验讲义（试用）实验一、喇叭天线方向图的测量一、 实验目的：1、 了解喇叭天线的方向图特性；2、 掌握天线方向图的测量方法。
二、 实验原理：H 面和E 面方向图的计算公式为E H θ)E 0b[(λR H )/8]1/2{exp[j(π/4)λR Hθ/λ))2][C(u 1)+C(u 2)-jS(u 1)-jS(u 2)]+exp[j(π/4)λR H ((1/a h )-(2sin θ/λ))2][C(u 3)+C(u 4) -jS(u 3)-jS(u 4)]}E E 2]1/2cos θ}{[C(w 1)+C(w 2)]2+[S(w 1)+S(w 2)]2}1/2±j(π/2)t 2]dt=C(x)±jS(x)u1=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u2=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u3=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]}u4=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]} w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w2=[b h/(2λg R E)1/2]-{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}三、实验装置：测量方向图所需的基本设备可分为发射系统和接收系统两大部分。
《微波技术与天线》课件
这个PPT课件将为您介绍微波技术与天线的基本概念和应用，从微波技术的 发展历程，到微波器件、微波天线、微波信号传输、微波测量技术、微波辐 射安全等多个方面进行深入讲解。
一、微波技术概述
微波技术的发展历程，基本特征以及在通信领域的应用。
二、微波器件
微波器件的分类
介绍不同类型的微波器件，如微波管、半导 体器件和微波集成电路。
微波天线的设计 与制造
提供设计和制造微 波天线的关键步骤 和技术。
四、微波信号传输
1 微波信号的特点
2 微波信号的传输方式
介绍微波信号的特点，如频率和传输距离。
讲述微波信号的不同传输方式，如无线和 光纤传输。
3 微波信号的功率损耗ຫໍສະໝຸດ 4 微波信号的干扰与抗干扰方法
解释微波信号传输中的功率损耗问题及其 影响。
半导体器件
讲述半导体器件在微波技术中的重要性和功 能。
微波管
深入解释微波管的工作原理和应用。
微波集成电路
介绍微波集成电路的设计和制造过程。
三、微波天线
微波天线的基本 原理
解释微波天线的工 作原理和其在通信 中的作用。
微波天线的分类
介绍不同类型的微 波天线，如方向性 天线和宽带天线。
微波天线的参数
讲述微波天线的常 见参数和它们的意 义。
提供微波信号干扰及其抗干扰方法的详细 信息。
五、微波测量技术
微波测量的基本 原理
介绍微波测量的基 本原理和常见应用。
微波频率计的工 作原理
解释微波频率计的 工作原理以及它在 微波测量中的作用。
微波功率计的工 作原理
深入讲解微波功率 计的工作原理和它 在微波测量中的应 用。
天线技术第1章PPT课件
第1章 习题与解答
1.1 天线基础知识 1.2 典型天线 1.3 电波传播
第1章 习题与解答
1.1 天线基础知识
本节内容与教材第1章习题一相对应。 1-1-1 电基本振子如图放置在z轴上(见题1-1-1图)， 请解 答下列问题： （1） 指出辐射场的传播方向、 电场方向和磁场方向； （2） 辐射的是什么极化的波？ （3） 指出过M点的等相位面的形状。 （4） 若已知M点的电场E， 试求该点的磁场H。 （5） 辐射场的大小与哪些因素有关？ （6） 指出最大辐射的方向和最小辐射的方向。 （7） 指出E面和H面， 并概画方向图。
解 电基本振子向自由空间辐射的总功率为
则 因此
P r S Sav ds4π 0 2I2 l 2 WFra bibliotekIl
2
Pr 40π2
1
πIl Pr 2 10
40 4
再由
第1章 习题与解答
可得 而且
E
j60πIls
r
inejk
r
E
60πIl
r
sin
Hj
E
E 1 2 0π
所以， 当θ=0°时， 在r=20×103 m处， |Eθ|=0, |Hj|=0。
(1) 将接收的电基本振子垂直放置； (2) 任意转动密封的盒子， 使接收信号最大； (3) 水平转动盒子(即绕垂直地面的轴线转动盒子)， 若接 收信号不发生变化， 则盒内装的是电基本振子； 若接收信号 由大变小， 则盒内装的是磁基本振子。
第1章 习题与解答
1-1-4 一小圆环与一电基本振子共同构成一组合天线， 环面和振子轴置于同一平面内， 两天线的中心重合。 试求此 组合天线E面和H面的方向图。 设两天线在各自的最大辐射 方向上远区同距离点产生的场强相等。
现代微波与天线测量技术_第1讲
现代微波与天线测量技术第一讲：概述彭宏利博士2008.09微波与射频研究中心上海交通大学－电信学院－电子工程系1.意义谈论“现代微波与天线测量技术”的意义，不能不先从“电磁场与微波技术”的意义谈起。
1870年，Maxwell创立的电磁场方程组标志人类对于电场和磁场本质认识的统一。
这一认识后被Richard Feynman称之为19世纪人类科学的最高成就。
在21世纪之初的今天，全世界仍然有无数的电磁科学家和工程师继续在采用计算机，努力地在寻找19世纪Maxwell方程组的解。
针对这种现象，人们不禁会问：“投入大量资源，继续研究电磁场与微波技术对于当今社会意义何在？”下面回答这个问题。
20年前，人们研究“电磁场与微波技术”的动力主要来自于国防军事需要。
近20年来，电磁场与微波技术的研究主要动力迅速从军用转到了高速通信和高速计算等民用需要方面。
1.1.军用领域2战期间，UHF和微波雷达对于拯救England以及盟军的后来胜利，发挥了至关重要的作用。
随后的45年，雷达技术与反雷达技术在空中防御力量的较量，一刻也没有停止过。
雷达技术，始终是围绕着一系列电磁技术而开展工作的。
图1给出了用100MHz雷达波束照射喷气式飞机，在飞机导体上激起表面电流的计算结果。
图1 100MHz雷达波束在飞机导体上激起表面电流的计算结果问题1:这架飞机能承受多强的照射？能隐性吗？如何进行测试验证？1960年后，刺激人们研究电磁技术的因素是原子弹爆炸后会产生强烈的电磁脉冲EMP，该EMP能量巨大，足以烧地面上方圆数百英里之内的所有电子设备。
由此产生了EMP预测和防护技术。
问题2:如何进行EMP测试验证？1980年后，高功率微波HPM尖锐波束技术的出现，吸引人们研究HPM透射机理图1 10GHz雷达HPM波束穿过导弹表面介质层瞬间（计算结果）问题3：如何进行HPM测试验证？1.2.民用领域高速电子器件的EM设计以下是来自于Intel、Motorala、IBM等公司的认识：超高速光集成电路直径5.0um的AlGaAs谐振器与线宽0.3um的AlGaAs光波导耦合间距0.1um微谐振腔激光设计基于Maxwell电磁场方程组的大尺度解，构造人工光子晶体阵列，成果设计出世界上最小的激光源。
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现代微波与天线测量技术
第一讲：概述
彭宏利博士
2008.09
微波与射频研究中心
上海交通大学－电信学院－电子工程系
1.意义
谈论“现代微波与天线测量技术”的意义，不能不先从“电磁场与微波技术”的意义谈起。
1870年，Maxwell创立的电磁场方程组标志人类对于电场和磁场本质认识的统一。
这一认识后被Richard Feynman称之为19世纪人类科学的最高成就。
在21世纪之初的今天，全世界仍然有无数的电磁科学家和工程师继续在采用计算机，努力地在寻找19世纪Maxwell方程组的解。
针对这种现象，人们不禁会问：“投入大量资源，继续研究电磁场与微波技术对于当今社会意义何在？”
下面回答这个问题。
20年前，人们研究“电磁场与微波技术”的动力主要来自于国防军事需要。
近20年来，电磁场与微波技术的研究主要动力迅速从军用转到了高速通信和高速计算等民用需要方面。
1.1.军用领域
2战期间，UHF和微波雷达对于拯救England以及盟军的后来胜利，发挥了至关重要的作用。
随后的45年，雷达技术与反雷达技术在空中防御力量的较量，一刻也没有停止过。
雷达技术，始终是围绕着一系列电磁技术而开展工作的。
图1给出了用100MHz雷达波束照射喷气式飞机，在飞机导体上激起表面电流的计算结果。
图1 100MHz雷达波束在飞机导体上激起表面电流的计算结果
问题1:这架飞机能承受多强的照射？能隐性吗？如何进行测试验证？
1960年后，刺激人们研究电磁技术的因素是原子弹爆炸后会产生强烈的电磁脉冲EMP，该EMP能量巨大，足以烧地面上方圆数百英里之内的所有电子设备。
由此产生了EMP预测和防护技术。
问题2:如何进行EMP测试验证？
1980年后，高功率微波HPM尖锐波束技术的出现，吸引人们研究HPM透射机理
图1 10GHz雷达HPM波束穿过导弹表面介质层瞬间
（计算结果）
问题3：如何进行HPM测试验证？
1.2.民用领域
高速电子器件的EM设计
以下是来自于Intel、Motorala、IBM等公司的认识：
超高速光集成电路
直径5.0um的AlGaAs谐振器与线宽0.3um的AlGaAs光波导耦合
间距0.1um
微谐振腔激光设计
基于Maxwell电磁场方程组的大尺度解，构造人工光子晶体阵列，成果设计出世界上最小的激光源。
图6显示了光是如何被约束在微型谐振腔的。
首先，半波长厚折射率介质板在垂直方向囚禁电磁场；其次，水平方向构造人工光子晶体禁带，局域化电磁场能量。
这样化电磁场能量之内沿着既定路线传播。
图6 微型激光谐振腔
飞秒级光开关
人体组织的微波成像
1.3.电磁场与微波技术又是支撑现代无线电技术的三大基石之一
错误！链接无效。
微波与天线测量技术是电磁场与微波技术学科的重要组成部分；它与电磁场理论（场理论）、微波网路理论（路理论）一起，是研究和解决电磁场与微波技术问题的3种手段之一。
2.主要特点
体现在以下3方面
基本测试量：场分布、功率、频率，不是低频电路的电流和电压；
基本测量域：时域、频域、空域、极化域，不是低频电路的时域和频域；
测量电路是分布参数电路，不是低频电路的集总参数电路。
上述特点，决定了现代微波与天线测量对测量环境、测试仪器和测试方法有更高的要求。
？
3.基本任务和主要内容
3.1.基本任务
通过实验手段，了解和评价试验对象的微波、天线特性参数；例如，新设计的微波部件、天线部件等。
通过实验手段，验证微波与天线新概念、新理论；光子晶体、左手材料、微波纳米材料、纳米天线新理论。
通过实验手段，揭示微波、天线与其它物质新的作用机理或者效应。
比如，电磁波在周期媒质中的传播新机理。
3.2.主要测量内容
特性参数测量
信号特性参数测量；
信号的频率和波长、场强和功率、波形和频谱、振荡器的振荡特性、接收机的噪声特性等。
网络特性参数测量
反射特性参数、传输特性参数
天线特性参数测量
主要为电路特性和辐射特性两个方面，前者与馈电电路特性有关，包括阻抗特性、频率特性、效率和匹配等。
后者与辐射特性有关，包括方向图（相位、幅度）、主瓣宽度、副瓣电平、增益、方向系数、极化、相位特性以及有效面积、有效高度等。
媒质电磁特性参数测量
（复）介电常数、（复）磁导率以及导电率参数测量
散射特性参数测量
散射截面、散射谱等
4.微波与天线测量技术发展新趋势
4.1.开发频谱、扩大微波资源
微波资源的开发和利用，推动着微波与天线测量技术的进步。
目前THz频段是尚未开垦的频段，微波与天线测量技术必然会向上述频段发展。
4.2.宽带、多参数测量
目前网路分析仪可测范围达到了10Hz－300GHz，动态范围可达150dB。
在测量平台上完成多进程、多任务、多参数测量。
4.3.数字化、智能化和自动化
数字化是所有仪器的发展方向，目前8位分辨率的AD采用速率已达GHz量级，微波信号取样的数字化时代已经来临，为智能化和自动化测试创造了有利的条件。
4.4.标准化和模块化
是产业化保障。
4.5.虚拟仪器测量
4.6.微波测量网络化。