微波技术和天线(第四版)刘学观 第4章

第四章 微波网络基础之?引言
第四章 微波网络基础
前面我们介绍了多种规则传输系统，通过用场的分析法得到其传输
特性。然而在实际的微波应用系统中，除了有规则传输系统外，还包含
具有独立功能的各种微波元件如谐振元件、阻抗匹配元件、耦合元件等。
这些元件的边界形状与规则传输线不同，从而在传输系统中引入了不均
匀性。例如：
4
7
1
2
3
5
6
微波测量线系统示意图 《微波技术与天线》

第四章 微波网络基础之?引言
这些不均匀性在传输系统中除产生主模的反射与透射外，还
会引起高次模，严格分析必须用场的分析法，但由于实际的微波 元件的边界条件一般都比较复杂，因此用场的分析法往往十分繁 杂，有时甚至不太可能，同时，在实际分析中往往不需要了解元 件的内部场结构，而只关心它对传输系统工作状态的影响。
入射
入射
反射 微波元件 反射
《微波技术与天线》
会产生 高次模

第四章 微波网络基础之?引言
微波网络是在分析场分布的基础上，用路的分析方法将微波 元件等效为电抗或电阻元件，将实际的导波传输系统等效为传输 线，从而将实际的微波系统简化为微波网络。尽管用“路”的分 析法只能得到元件的外部特性，但它却可给出系统的一般传输特 性，如功率传递，阻抗匹配等，而且这些结果可以通过实际测量 的方法来验证。另一方面还可以根据微波元件的工作特性综合出 要求的微波网络，从而用一定的微波结构实现它，这就是微波网 络的综合。微波网络的分析与综合是分析和设计微波系统的有力 工具。
衰减器
电阻
任意导波系统
传输线
《微波技术与天线》

第四章 微波网络基础之?引言
本章内容
? 4.1 等效传输线 ? 4.2 单口网络 ? 4.3 双口网络的阻抗与转移矩阵 ? 4.4 散射矩阵与传输矩阵 ? 4.5 多口网络的散射矩阵 ? 4.6微波网络参数的测量
《微波技术与天线》

第四章 微波网络基础之?等效传输线
4.1 等效传输线
（1）均匀传输理论是建立在TEM传输线基础上的，因 此电压和电流有明确的物理意义，而且电压和电流只与纵 向坐标z有关，与横截面无关；
（2）实际的非TEM传输线如金属波导等，其电磁场与 不仅与z有关，还与x、y有关，这时电压和电流的意义十分 不明确，例如在矩形波导中，电压值取决于横截面上两点 的选择，而电流还可能有横向分量。
引入等效电压和电流的概念，从而将均匀传输线理论应 用于任意导波系统，称此为等效传输线。
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第四章 微波网络基础之?等效传输线
1.等效电压和等效电流
为定义任意传输系统某一参考面上的电压和电流，作以下规定：
规定(1): 电压U(z)和电流I(z)分别与Et和Ht成正比，即
∑ Et (x, y, z) = ek (x, y)Uk (z) ∑ Ht (x, y, z) = hk (x, y)Ik (z)
式中 ek (x, y)、hk ( x, y) 是二维实函数，代表了横向场的模式横
向分布函数，Uk(z)、Ik(z)都是一维标量函数。它们反映了横向电 磁场各模式沿传播方向的变化规律，故称为模式等效电压和模式 等效电流。 应该指出：这里定义的等效电压、等效电流是形式上的，它具 有不确定性，上面的约束只是为讨论方便。 《微波技术与天线》

第四章 微波网络基础之?等效传输线
规定(2) :电压U(z)和电流I(z)共轭乘积的实部应等于平均 传输功率；
由电磁场理论，各模式的传输功率，可由下式给出：
∫ Pk
=
1 2
Re
Ek
(
x,
y,
z
)
×H
? k
(
x,
y,
z)
?
dS
[ ]∫ =
1 2
Re
Uk
(z)I
?
(z)
ek (x, y) × hk (x, y) ? dS
由规定2）可知：ek 、hk 应满足：
∫ ek (x, y) × hk (x, y) ? dS = 1
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第四章 微波网络基础之?等效传输线
规定(3): 电压和电流之比应等于对应的等效特性阻抗值
由电磁场理论，各模式的波阻抗为：
Zw
=
Et Ht
=
ek (x, y)Uk (z) hk (x, y)Ik (z)
=
ek hk
Z ek
其中，Zek为该模式等效特性阻抗。
综上所述，为唯一地确定等效电压和电流，在选定模式特性阻 抗条件下各模式横向分布函数应满足以下两个条件：
∫ ek × hk ? dS = 1
ek = Zw hk Zek
(4-1)
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第四章 微波网络基础之?等效传输线
[例4-1]求出矩形波导TE10模的等效电压、等效电流和等
效特性阻抗。
解：由第二章可知：
Ey
=
E10
sin
πx
a
e ? jβz
=
e10 ( x)U ( z )
Hx
=
?
E10 Z TE 10
sin
πx
a
e ? jβz
=
h10 ( x) I ( z )
其中， TE10模的波阻抗
Z = TE10
μ0 / ε0 1? (λ / 2a)2
(4-1-1) (4-1-2)
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第四章 微波网络基础之?等效传输线
根据均匀传输线理论，所求的模式等效电压、等效电流可表示为：
U (z) = A1e? jβz
I (z) = A1 e? jβz
Ze
其中，Ze为模式特性阻抗，现取
Ze
=
b a
Z TE10
将式（4-1-3）与式（4-1-1）比较可得：
e10 (x)
=
E10 A1
sin
πx
a
h10
(x)
=
?
E10 A1
由式（4-1）可推得： E120 Z e
Ze
πx
sin
Z TE10
a
ab = 1
A Z 2
1
TE10
2
《微波技术与天线》
A1 =
b 2
E10
(4-1-3)

第四章 微波网络基础之?等效传输线
于是唯一确定了矩形波导模的等效电压和等效电流，即：
U(z) =
b 2
E10e? jβz
I (z) = a E10 e? jβz 2 ZTE10
此时波导任意点处的传输功率为：
[ ] P = 1 Re U (z)I ?(z) = ab E120
2
4 ZTE10
可见与用场分析法得到相同的结论。
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第四章 微波网络基础之?等效传输线
2.模式等效传输线(equivalence transmission line)
不均匀性的存在使传输系统中出现多模传输(multimode transmission)，由于每个模式的功率不受其它模式的影响，而且各模式 的传播常数也各不相同，因此每一个模式可用一独立的等效传输线来 表示。这样可把传输n个模式的导波系统等效为n个独立的模式等效传 输线，每根传输线只传输一个模式，其特性阻抗及传播常数各不相同。
Ze1 βe1 Ze2 βe2
不均匀性
Zen βen
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微波技术与天线实验10利用HFSS仿真对称振子阵列天线

一实验目的 1 学会使用Ansoft软件hfss工具包分析阵列天线的基本步骤。 2 计算四元阵的方向图，并观察馈电电压相位改变时方向图的变化。 图0 对称振子四元阵 二实验原理及步骤 1、建立天线模型 按照教材P199图5.2-17给出的四元阵的示意图，计算出天线各单元的尺寸和坐标位置，建立模型进行仿真（如图0）。 工作频率为3GHz，波长lbd=100mm。四分之一波长振子单臂长度l0=lbd/4=25mm, 阵列单元间距d=lbd/250mm，各振子臂为以z轴各为轴的圆柱体，模型如表1。其中r0=1mm，l0= 25mm，d=50mm。 表1 振子模型

各振子的激励加在矩形平面上（平行于yz面），模型如表2。 表2 激励源模型 Airbox为立方体，顶点坐标为(-lbd/4-r0, -lbd/4-r0, -lbd/4- l0-0.5mm)，尺寸为xsize=2*(lbd/4+r0), ysize=2*lbd/4+4*r0+3*d，zsize=2*(lbd/4+l0+0.5mm)。其中lbd=100 mm，材料为vaccum，边界条件为radiation。 2、设置频率3GHz，运行计算。 3、设置立体角度 在Project Manager窗口中，选择dipole>HFSSDesign1>Radiation，点击鼠标右键，选择Inser Farm Field Setup>Infinite Sphere，出现远场辐射球设置界面“Far Field Radiation Sphere”，设置如图1，点击确定。

图1 远场辐射球设置界面 4、仿真结果 （1）等幅同相激励 选择project manger窗口中的Field Overlays，点击鼠标右键Edit Source，按照图2所示设置各端口的激励源，等幅同相激励。

《微波技术与天线》课程教学大纲

《微波技术与天线》课程教学大纲 课程编号：学时数：48 学分数：先修课程：《电磁场与电磁波》 考核方式：期末笔试考试与平时作业相结合 一、课程的性质和任务 本课程是电子信息与通信工程等专业的必修课。本课程在学习《电磁场与电磁波》理论的基础上，较系统地介绍微波技术与天线的基本原理、基本技术及典型的工程应用实例。在保持理论体系完整性的同时，尽量避开繁杂的数学推导，使学生易于理解和接受。通过本课程的学习，要求学生掌握微波技术与天线的基本概念、分析方法，并能较熟练地应用。为今后从事相关工作打下良好的基础。 二、教学内容要求和学时安排 第1章均匀传输线理论（10学时） 传输线方程及其求解过程；掌握传输线阻抗与状态参量的计算方法、传输线状态的分析方法和阻抗匹配概念；了解传输线的传输功率、效率、损耗，同轴线特性阻抗的一般计算方法。 第2章规则金属波导（6学时）： 学习导波原理，导行波的分类；掌握矩形波导TE 模的场结构及主要特性；掌握波导激励与耦合的方法。 第3章微波集成传输线（4学时）： 掌握微带传输线结构，原理及特性；了解介质波导及光纤的工作原理。第4章微波网络（2学时）： 学习阻抗与转移矩阵，理解S参数。 第5章微波元器件（6学时）： 理解典型的微波负载元件，连接元件，阻抗匹配元件和功率分配元器件；熟悉基本参数和工作原理。 第6章天线辐射基本理论（5学时） 理解电基本振子和磁基本振子的辐射，掌握天线电参数的定义和物理含义；了解接收天线理论。 第7章电波传播概论（3学时） 理解视距传播，天波传播，地面波传播原理及特性。 第8章线天线（8学时） 掌握对称振子、阵列天线的分析方法，了解引向天线、电视天线和移动通信基站天线的基本特点和原理。了解螺旋天线、行波天线，宽频带天线，微带天线等的基本工作原理。 第9章面天线（4学时） 掌握惠更斯元、平面口径的辐射，掌握旋转抛物面天线的工作原理。

微波技术与天线考试复习重点(含答案)

微波技术与天线复习提纲（2011级） 一、思考题 1. 什么是微波？微波有什么特点？ 答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHZ 到3000GHZ ， 波长从0.1mm 到1m ；微波的特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。 2. 试解释一下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有 哪些？一般是采用哪些物理量来描述？ 答：长线是指传输线的几何长度与工作波长相比拟的的传输线； 以长线为基础的物理现象：传输线的反射和衰落； 主要描述的物理量有：输入阻抗、反射系数、传输系数和驻波系数。 3. 均匀传输线如何建立等效电路，等效电路中各个等效元件如何定义？ 4. 均匀传输线方程通解的含义 5. 如何求得传输线方程的解？ 6. 试解释传输线的工作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长） 答：传输线的工作特性参数主要有特征阻抗Z 0，传输常数错误!未找到引用源。，相速及波长。 1)特征阻抗即传输线上入射波电压与入射波电流的比值或反射波电压与反射波电流比值的负值， 其表达式为0Z =它仅由自身的分布参数决定而与负载及信号源无关；2）传输常数j γαβ=+是描述传输线上导行波的衰减和相移的参数，其中，α和β分别称为 衰减常数和相移常数，其一般的表达式为γ=传输线上电压、电 流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度称为相速，即 p v ωβ= ；4）传输线上电磁波的波长λ与自由空间波长0λ 的关系2π λβ==。

7. 传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的，有何特点，并分析 三者之间的关系 答：输入阻抗：传输线上任一点的阻抗Z in 定义为该点的电压和电流之比，与导波系统的状态特性无关，10001tan ()tan in Z jZ z Z z Z Z jZ z ββ+=+ 反射系数：传输线上任意一点反射波电压与入射波电压的比值称为传输线在该点的反射系数，对于无耗传输线，它的表达式为2(2)10110 ()||j z j z Z Z z e Z Z βφβ---Γ==Γ+ 驻波比：传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅的比值为电压驻波比，也称为驻波系数。 反射系数与输入阻抗的关系：当传输线的特性阻抗一定时，输入阻抗与反射系数一一对应，因此，输入阻抗可通过反射系数的测量来确定；当10Z Z =时，1Γ=0，此时传输线上任一点的反射系数都等于0，称之为负载匹配。 驻波比与反射系数的关系：111||1|| ρ+Γ=-Γ，驻波比的取值范围是1ρ≤<∞；当传输线上无反射时，驻波比为1，当传输线全反射时，驻波比趋于无穷大。显然，驻波比反映了传输线上驻波的程度，即驻波比越大，传输线的驻波就越严重。 8. 均匀传输线输入阻抗的特性，与哪些参数有关？ 9. 均匀传输线反射系数的特性 10. 简述传输线的行波状态，驻波状态和行驻波状态。 11. 什么是行波状态，行波状态的特点 12. 什么是驻波状态，驻波状态的特性 13. 分析无耗传输线呈纯驻波状态时终端可接哪几种负载，各自对应的电压电流分 布 14. 介绍传输功率、回波损耗、插入损耗 15. 阻抗匹配的意义，阻抗匹配有哪三者类型，并说明这三种匹配如何实现？

《微波技术与天线》教学大纲

《微波技术与天线》教学大纲 一、课程概述 《微波技术与天线》是通信工程专业的选修课。内容包括微波传输理论、微波元器件、微波电路、微波天线设计方法及微波技术在通信电视、加热和雷达、遥感遥测等方面的应用。初步掌握一般微波设备的功能及其防护知识。先修课程为通信原理、概率论与数理统计、信号与系统、电磁场与电磁波 二、课程目标 本课程是高频电路的后继课程，要求学生首先巩固电磁场与电磁波和高频传输线的理论基础，然后再学习本课程的内容。本课程要求重点掌握如下几个方面的内容： 1、速调管、行波管、磁控管等三种典型电真空器件的工作原理。 2、掌握体效应二极管、雪崩二极管、变容二极管、阶跃恢复二极管、PIN二极管、微波场效应二极管等微波固体器件在结构、工作原理、应用场合等方面的异同。 3、掌握微波固体器件的混频、振荡、放大、倍频、控制、测量等电路的工作原理及典型应用电路。 4、掌握微波天线的分类、特性、设计原理和应用方法。 5、熟悉实用的微波元件和仪器。基本了解其性能和使用方法。 三、课程内容和教学要求 这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下： 知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。 理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象、进行简单的电路计算。 掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的功能电路进行解释，说明其工作过程，估计电路的有关参数。 学会——是指在利用电子仪表和工具完成对某些功能电路的设计、组装、参数测量，并根据理论知识计算相关参数，理论与实训作比较。能识别操作中的一般差错。 教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。 本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。

螺旋天线的仿真设计微波课设

理工大学现代科技学院 课程设计任务书

指导教师签名：日期：

专业班级 学号 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 （1）熟悉Ansoft HFSS 软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S 参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线（helical antenna ）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线 组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地 的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G ，分析其远区场辐射特性以及S 曲线。 本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=4GHz ， λ=75mm ； … … …… …… ………………… …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… ……………………………… …线 …… …… …… …… … ………………

螺旋导体的半径 d=0.15λ=11.25mm ； 螺旋线导线的半径 a=0.5mm ； 螺距 s=0.25λ=18,75mm ； 圈数 N=3； 轴向长度 l=Ns ； 五、设计仿真步骤 在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 1、建立新的工程 运行HFSS ，点击菜单栏中的Project>Insert Hfss Dessign ，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。 （2）在弹出的Solution Type 窗口中 （a ）选择Driven Modal 。 （b ）点击OK 按钮。 3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。 （2）设置模型单位： （a ）在设置单位窗口中选择：mm 。 （b ）点击OK 按钮。 4、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ，在设置材料窗口中选择copper （铜）材料， 点击OK 按钮（确定）确认。 5、创建螺旋天线模型 （1）创建螺旋线Helix 。 在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的 半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性（Porperties ）窗口中将Axis 改为Y 。点击确认。在历史操作树中选中该circle 。在菜单键点击Draw>Helix ，在右下角的输入栏中 … … …… …… …… ……………装……………………………………订……………… …… …… …… …… …线 … …… …… …… …… ……… …… …… …

微波技术与天线傅文斌习题答案第4章

第4章 无源微波器件 4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。 4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为 () () ?? ?-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为 ?? ?+=+=2221212 2 121111I Z I Z U I Z I Z U ?? ?? ??????-=??????=c d c c bc ad c a Z Z Z Z 1 2221 1211 Z 4.3从I S S =* T 出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。 解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为 ???? ? ?????=1123 13 231112 131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =* T ，即 ?????? ????=????????? ???????????100010001*11*23 *13*23 *11* 12 * 13 * 12* 11 1123 13 2311121312 11 S S S S S S S S S S S S S S S S S S 得

微波技术与天线复习题

微波技术与天线复习题 一、填空题 1微波与电磁波谱中介于（超短波）与（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）,通常以将微波波段划分为（分米波）、（厘米波）、（毫米波）和（亚毫米波）四个分波段。 2对传输线场分析方法是从（麦克斯韦方程）出发，求满足（边界条件）的波动解，得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式，进而分析（传输特性）。 3无耗传输线的状态有（行波状态）、（驻波状态）、（行、驻波状态）。 4在波导中产生各种形式的导行模称为波导的（激励），从波导中提取微波信息称为波导的（耦合），波导的激励与耦合的本质是电磁波的（辐射）和（接收），由于辐射和接收是（互易）的，因此激励与耦合具有相同的（场）结构。 5微波集成电路是（微波技术）、（半导体器件）、（集成电路）的结合。 6光纤损耗有（吸收损耗）、（散射损耗）、（其它损耗），光纤色散主要有（材料色散）、（波导色散）、（模间色散）。 7在微波网络中用（“路”）的分析方法只能得到元件的外部特性，但它可以给出系统的一般（传输特性），如功率传递、阻抗匹配等，而且这些结果可以通过（实际测量）的方法来验证。另外还可以根据

微波元件的工作特性（综合）出要求的微波网络，从而用一定的（微波结构）实现它，这就是微波网络的综合。 8微波非线性元器件能引起（频率）的改变，从而实现（放大）、（调制）、（变频）等功能。 9电波传播的方式有（视路传播）、（天波传播）、（地面波传播）、（不均匀媒质传播）四种方式。 10面天线所载的电流是（沿天线体的金属表面分布），且面天线的口径尺寸远大于（工作波长），面天线常用在（微波波段）。 11对传输线场分析方法是从（麦克斯韦方程）出发，求满足（边界条件）的波动解，得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式，进而分析（传输特性）。 12微波具有的主要特点是（似光性）、（穿透性）、（宽频带特性）、（热效应特性）、（散射特性）、（抗低频干扰特性）。 13对传输线等效电路分析方法是从（传输线方程）出发，求满足（边界条件）的电压、电流波动解，得出沿线（等效电压、电流）的表达式，进而分析（传输特性），这种方法实质上在一定条件下是（“化场为路”）的方法。 14传输线的三种匹配状态是（负载阻抗匹配）、（源阻抗匹配）、（共轭阻抗匹配）。 15波导的激励有（电激励）、（磁激励）、（电流激励）三种形式。

微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析波导膜片

HFSS仿真分析波导膜片 1.实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b，在矩形波导传播的电磁波可分为TE模和TM模。 图1 矩形波导 1）TE模，0 = z E。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γ ππ - = 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k eγ πππ ωμ- = 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γ ωμπππ - =- 2 sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γ λπππ - = 2 cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γ λπππ - = 其中， c k22 m n a b ππ ???? ? ? ???? +mn H是与激励源有关的待定常数。 2）TM模

Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222 ??? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ

微波技术与天线课后题答案

1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?

微波技术与天线实验报告-利用HFSS仿真分析波导膜片2

HFSS 仿真分析波导膜片 1. 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k 2 2 m n a b ππ???? ? ????? +mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模

Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ

微波技术与天线考试试卷(A)

一、填空（102?） 1、充有25.2r =ε介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为 mm b mm a 72,22==，传输线上的特性阻抗Ω=__________0Z 。（同轴线的单位分布电容和单位分布电感分别()() 70120104,F 1085.8,ln 2ln 2--?==?===πμμεπμπεm a b L a b C 和m H ) 2、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最_ __________处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。 3、 平行z 轴放置的电基本振子远场区只有________和________ 两 个分量，它们在空间上___________（选填：平行，垂直），在 时间上_______________（选填：同相，反相）。 4、 已知某天线在E 平面上的方向函数为()?? ? ??-=4sin 4sin πθπθF ，其半功率波瓣宽度_________25.0=θ。 5、 旋转抛物面天线由两部分组成， ___________ 把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来 的球面波沿抛物面的___________向反射出去，从而获得很强 ___________。 二、判断（101?） 1、传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm ，当信号频率为20GHz 时， 该传输线为短线。（ ） 2、无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。（ ）

3、由于沿smith 圆图转一圈对应2λ，4λ变换等效于在图上旋转180°， 它也等效于通过圆图的中心求给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对 应的导纳（或阻抗）。（ ） 4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大 功率。（ ） 5、微带线在任何频率下都传输准TEM 波。（ ） 6、导行波截止波数的平方即一定大于或等于零。（ ） 7、互易的微波网络必具有网络对称性。（ ） 8、谐振频率、品质因数和等效电导是微波谐振器的三个基本参量。（ 对） 9、天线的辐射功率越大，其辐射能力越强。（ ） 10、二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。（ ） 三、简答题（共19分） 1、提高单级天线效率的方法？（4分） 2、在波导激励中常用哪三种激励方式？（6分） 3、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？(9分) 四、计算题（41分） 1、矩形波导BJ-26的横截面尺寸为22.434.86a mm b ?=?，工作频率为3GHz ，在终端接负载时测得行波系数为0.333，第一个电场波腹点距负载6cm ，今用螺钉匹配。回答以下问题。 （1）波导中分别能传输哪些模式？（6分） （2）计算这些模式相对应的p νλ,p 及。（9分）

微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导

微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导

微波技术与天线实验报 告 实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导 学生班级： 学生姓名： 学生学号：

实验日期：2011年月日

2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k 22m n a b ππ???? ? ????? +mn H 是与激励源有关的待定常数。 1） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和 mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ）22 m n a b ππ???? ? ?????+所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222 ?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ）2με22 m n a b ???? ? ?????+ 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ

微波技术与天线试卷A

1 2007 /2008学年第 2 学期 课程名称：微波技术与天线 共 6 页 试卷： A 、 考试形式： 闭 卷 一、 填空题（每空1分，共10分） 1、微波是电磁波谱中介于 与 之间的波段。 2、对于无耗传输线来说，任意点反射系数大小___________。沿线相位按周期变化，其周期为 。 3、矩形波导中传输的主模是__________。 4、圆波导中损耗最小的的模式是_______________。 5、微带线的高次模有两种模式： 和 。 6、电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传输的 电磁波。 7、天线的有效长度越长，表明天线的辐射能力___________。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、若传输线上无反射时，驻波比等于 。 A ：0 B ：1 C ：2 D ：∞ 2、矩形金属波导中只能存在 。 A ：TE 波 B ：TM 波 C ：TEM 波 D ：TE 和TM 波 3、匹配双T 的四个端口 。 A ：完全匹配 B ：只有两个端口匹配 C ：只有三个端口匹配 D ：完全不匹配 4、当单极天线的高度h<<λ时，其有效高度约为实际高度的 。 A ：1/2 B ：1/3 C ：2/3 D ：1/4 5、对于无耗传输线的行波状态，电压和电流在任意点上的相位

2 A ：相同 B ：相反 C ：相差π/2 D ：π/4 6、无耗传输线，终端断短路时在电压波节点处，相当于 。 A ：并联谐振 B ：串联谐振 C ：纯电感 D ：纯电容 7、单模光纤所传输的模式是 。 A ：TE 10模 B ：TM 11模 C ：TEM 模 D ：H E 11模 8、可以导引电磁波的装置称为导波装置，传播不受频率限制的导波装置是 ( ) A.方波导 B.圆波导 C.同轴线 D.以上都可以 9.天线是发射和接收电磁波的装置，其关心的主要参数为( ) A.增益 B.方向图 C.驻波比 D.以上都是 10.传输线的工作状态与负载有关，当负载短路时，传输线工作在何种状态?( ) A.行波 B.驻波 C.混合波 D.都不是 三、简答题（每题6分，共24分） 1、有一三端口元件，测得其[S]矩阵为：00.9950.1[]0.995000.100s →---????=?????---? --- 问：此元件有那些性质？它是一个什么样的元件？

微波专业技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导

微波技术与天线实验报告 实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 实验日期：2011年月日

一、 实验目的 学会HFSS 仿真波导的步骤，画出波导内场分布随时间变化图，理解波的传播与截止概念；计算传播常数并与理论值比较。 二、 实验原理 矩形波导的结构如图1，波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 x y z 图 1矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=-

2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222 ??? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ

微波天线应用综述

微波天线应用综述 随着无线通信技术的迅速发展，微波技术的应用范围也非常的广泛。最普遍的应用就是用来传递信息，称之为微波通信。微波天线则是微波通信系统中最重要的部分，可以说是核心部分。凡是能利用电磁波来传递的信息几乎都依靠微波天线传递与互换的，同时微波天线也可辐射电磁波等能量。微波天线是微波通信系统收发设备的“出口”兼“入口”，天线的性能直接影响整个系统的运行。因此对微波天线的要求非常的苛刻。同时在天线的选择及位置确定上也要求的非常严格，必须要考虑到各个方面因素的影响。 微波信号在传输过程中会受到大气、海面、地面、高大建筑物、山峰的折射和绕射等影响，导致信号衰落和失真，甚至中断。因此对微波传输天线的选择和进行优化时，必须根据微波通信的基本特点，研究微波在传输过程中受到的影响因素，进而进行优化以减少信号衰落和失真。 微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。 地面反射对视距传播有重要影响，它是产生电平衰落的主要原因之一。但当微波传输路径上有刀刃形障碍物(或山峰)阻挡时，情况就会不一样。如果障碍物的尖峰恰好落在两个相邻微波站的收信天线和发信天线的连线上，微波传输会增加6 dB电平衰耗；当障碍物的尖峰超出连线时，电平衰耗将增加更快，实际应用中应避免出现这种情况，可通过改动微波传输线路或增高天线来改动传输特性。大气的不均匀使大气的成分、压强、温度和湿度都随高度变化，引起大气折射率也随高度发生变化，这将导致电波传播方向发生变化，并同地面反射和直射造成微波的多径衰落。 在不能使用传统布线方式的地方或传统布线比较困难的区域，微波扩频技术可轻而易举的实现网络的传输和链接，而且网络建设速度快，设备安装方便灵活，建设周期短，省时省力省费用。 军事雷达是微波天线应用的一个重要领域。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息。 还有移动通信中的天线应用。无论是GSM 还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。蜂窝系统中基站天线最常采用的天线形式是印制振子天线，此类半波振子天线在驻波比（VSWR, voltage standing wave ratio）小于2.0时有大于15％的频带宽度。通过在天线的下方加反射板的办法可以把振子天线的H面全向方向图压制成一个扇区波瓣形状。 参考文献：

《微波技术与天线》傅文斌-习题标准答案-第章

《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第章

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17 第2章 微波传输线 2.1什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。 答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将1.0

2010版微波技术与天线教学大纲

《微波技术与天线》课程教学大纲 课程代码： 课程英文名称：Wicrowave Technology and Antennas 课程总学时：56 讲课：52 实验：4 上机：0 适用专业：电子信息工程 大纲编写（修订）时间：2011.9 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 微波技术与天线是无线电技术的一个重要组成部分，是电子信息工程、通信工程等信息技术类专业的一门技术基础课。通过本课程的学习，要求了解微波技术与天线的基本概念、理论，掌握基本分析方法，同时培养正确的思维方式，提高分析问题的能力。为今后的学习和工作打下坚实的理论基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 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）实施说明 1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 高等数学、复变函数、数理方程与特殊函数、电路理论、电子线路、电磁场与电磁波 （五）对习题课、实践环节的要求 根据学习进度完成相应习题，循序渐进，逐步深入。对典型习题一定要掌握。 微波技术与天线实践性较强，实验要自己动手，进而达到理论联系实际的目的。 1．对重点、难点章节应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。 2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。 3．每个学生要完成大纲中规定的必修实验，通过实验环节，学生应掌握典型器件的基

微波技术与天线实验4魔T仿真.doc

一 实验要求 利用HFSS 建立一个波导魔T,尺寸为50mmx20mm,端口顺序如图1。 图1 魔T 端口顺序 二实验过程 1. 画图 魔T 的四个分支可以由三个长方体构成。 2. 组合 将所有的图形选,Modeler>Boolean>Unite,将四个在 分支组合为一个整体。 3. 设置激励源 分别将波导的4各端口按图1的wave port1、wave port2、wave port3、wave port3。 4. 设置求解条件 在HFSS>Analysis Setup>Add Setup 中将频率设置为3.7GHz;,AdaptiveSolution 下的Number of 设为10,Maximum deta S 设为0.001（如图 ）。点击确定。 名称 形状 顶点(mm) (x,y,z) 尺寸(mm) (dx,dy,dz) 材料 Arm1 box vacuum Arm24 box vacuum Arm3 box vacuum

图2 设置求解条件点击HFSS>Analysis Setup>Add Frequency Sweep,设置如图3 图3 扫频设置5.检查及运行计算。 点击检查,显示无错（如图4）,然后点击运行。

图4 检查无错窗口 6.查看仿真结果 HFSS>Results>Creat Modal Solution Data Report>Rectangular Plot,出现界面如图5,Category列设为缺省值S Parameter,Quantity列设为缺省值S(1,1),Function列设为缺省值dB,然后点击New Report；接着Quantity列设为S(1,2),点击Add Trace；Quantity列设为S(1,3),点击Add Trace；Quantity列设为S(1,4),点击Add Trace。最终图形如图6（a）（颜色已经改过）。同样可以得到S31、S32、S33、S34曲线如图6（b）。 图5 报告窗口 （a）S11、S12、S13、S14曲线