微波术基础课程复习要点2008版

《微波技术基础》课程复习知识要点

(2008版)

第一章 “微波技术基础引论”知识要点

本学期采用自编的精品课程教案。本章内容是全书的核心，一方面强调了微波技术在现代科技领域里的各类应用，同时也给出了贯穿全书的主线，需要重点阅读。在背景知识介绍方面虽然已经拓展了非常多，较为详细的给出了微波的工作波段、特点及其应用等传统内容，应用知识大体概括到2008年初。但在科技迅猛发展的今天，新技术、新应用是非常难在一本书中完整描述的。建议同学们采用关键词（Key Word ），利用通用搜索引擎，时刻关注微波、射频、微纳技术等最新发展动态，真正做到学以致用，拓展自己的知识面，特别是看看微波在现代无线和移动通信、射频电路设计（含RFID ）、卫星定位、宇航技术、遥感遥测等方面的应用，不要局限于本书的描述。(Microwaves have widespread use in

classical communication technologies, from long-distance broadcasts to short-distance signals within a computer chip. Like all forms of light, microwaves, even those guided by the wires of an integrated circuit, consist of discrete photons ….. NATURE| Vol 449|20 September 2007)1

在理论方面，本章的在导行波的分类的基础上推导了导行系统传播满足的基本方程，对传输体系做出了分类、分析了特点及应用（TE 、TM 、TEM ）和基本求解方法，给出了导行系统、导行波、导波场满足的方程；（Halmholtz Eq 、横纵关系）、本征值---纵向场法、非本征值---标量位函数法（TEM ）。{要求重点了解概念、线条性思维，能够用掌握的背景知识回答实际问题，比如考虑一下如按如下的份类，RFID 涉及那些应用？全球定位系统GPS 呢？遥感如何？宇航技术设计那些微波应用？军事、民用又有哪些？提高微波工作频率的好处及实现方法？微波的工作窗口如何？}

1．微波的定义 把波长从1米到1毫米范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3×

108Hz ～3×1011Hz 。在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，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、厘米波和毫米波三个波段。

2．微波主要特点：似光性、似声性、穿透性、非电离、信息性、量子特性

3．微波技术的主要应用：信息载体应用、微波能量应用、遥感全息、能量转换、电磁兼容、生物医

学等等。上网检索阅读相关科技新闻。

4．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。

需要重点记忆的公式：表1.7.1（要求会用）； 理解纵横关系、导行系统及分类（图1.4.1）

f λ3

10

8

10

5

10

10

(m)(Hz)3103

2

3106

310

9

-1

31012

10

-4

31015

10

-7

31018

10

-10

无线电波

光波

宇宙射线

频

射频

波

外线

射线射线

第二章 “传输线理论”学习知识要点

本章主要研究了均匀传输线的一般理论传输线的计算方法等问题。传输线理论本质上属于以为分

布参数电路理论。 传输线即可以作为传输媒介，也可以用来制作各种类型的器件，如谐振电路、滤波器、阻抗匹配电路、脉冲形成网络等等，现代天线也与传输线密切相关，相关内容将在后续课程中介绍。 原则上讲求解本章问题可以采用前半部分的理论推导方式，这也是相关现代软件编程工具比如MWO 、ADS 、HFSS 设计的基础，也可采用本章后半部分介绍的圆图方法，简便的得出问题的答案。

传输线基本方程、传输下分布参数阻抗、无耗工作状态（特例）、有耗工作状态、史密斯圆图（工具）、阻抗匹配问题；理解圆图的构成方法，会用它求解基本题（传输线的特性参数求解）及单枝节匹配、双枝节匹配问题。 深刻领会“你站在哪里？想往哪里走？准备走多远？”的意义。要理解原图上的各个关键点、阻抗圆图与导纳圆图的差异（会证明）

1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。微波传输线是一种分布参数电路（结构

图如何？要会由结构图推导他们满足的方程），线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。传输线方程是传输线理论中的基本方程。 2. 均匀无耗传输线方程为

()

()()()d U z dz

U z d I z dz

I z 2

2

22

2

2

-=-=ββ

其解为

()()(

)

U z A e A e

I z Z A e A e

j z

j z

j z

j z

=+=---120

121ββββ

其参量为 Z L C 000

=

，

βπ

λ

=

2p

，

v v p r

=

ε，λ

λεp

r

=

3. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态：（掌握推导方法）

(1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。线上只有入射波存在，电压电流振幅不变，相位沿传播方向滞后；沿线的阻抗均等于特性阻抗；电磁能量全部被负载吸收。

(2) 当Z L =0、∞和±jX 时，传输线工作于驻波状态。线上入射波和反射波的振幅相等，驻波的波腹为入射波的两倍，波节为零；电压波腹点的阻抗为无限大，电压波节点的阻抗为零，沿线其余各点的阻抗均为纯电抗；没有电磁能量的传输，只有电磁能量的交换。

(3) 当Z R jX L L L =+时，传输线工作于行驻波状态。行驻波的波腹小于两倍入射波，波节不为零；电压波腹点的阻抗为最大的纯电阻R Z m ax =ρ0，电压波节点的阻抗为最小的纯电阻R Z min =0ρ；电磁能量一部分被负载吸收，另一部分被负载反射回去。

4. 表征传输线上反射波的大小的参量有反射系数Γ，驻波比ρ和行波系数K 。它们之间的关系为