微波技术与天线课程考查报告.docx
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微波技术与天线课程考查报告
《微波技术与天线》
课
程
考
查
报
告
专业班级:
10通信2班
学号:
1016303008
姓名:
成绩:
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。
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。
(微波技术部分)
第一章:
均匀传输线理论
1、均匀传输线方程及其解
(1)均匀传输线方程:
时谐传输线方程:
(2)均匀传输线方程的解:
(3)传输线的工作特性参数。
特性阻抗
;传播常数
;相速
与波长
2、传输线阻抗与状态参量
(1)输入阻抗:
对无耗均匀传输线,线上各点电压U(z)、电流I(z)与终端电压U1、终端电流Il的关系如下:
(2)反射系数:
传输线上任意一点z处的反射波电压(或电流)与入射波电(或电流)之比为电压(或电流)反射系数,即:
(3)输入阻抗与反射系数的关系U(z)=U+(z)+U-(z)=A1ejβz[1+Γ(z)]I(z)=I+(z)+I-(z)=ejβz[1-Γ(z)]
3、无耗传输线的状态分布
(1)行波状态行波状态下传输线上的电压和电流:
(2)纯驻波状态纯驻波状态就是全反射状态,也即终端反射系数|Γl|=1。
在此状态下,由式(1-2-10),负载阻抗必须满足:
(3)行驻波状态
当微波传输线终端接任意复数阻抗负载时,由信号源入射的电磁波功率一部分被终端负载吸收,另一部分则被反射,因此传输线上既有行波又有纯驻波,构成混合波状态,故称之为行驻波状态。
4、传输线的传输功率、效率和损耗
(1)传输功率与效率
(2)回波损耗和插入损耗
5、阻抗匹配
(1)负载阻抗匹配
(2)源阻抗匹配(3)共轭阻抗匹配。
6、史密斯圆图及其应用
传输线上任意一点的反射函数Γ(z)可表达为:
反射系数圆图
第二章:
规则金属导波
1、导波原理
规则金属管内电磁波传输特性
1)相移常数和截止波数:
。
2)相速υp与波导波长λg。
电磁波在波导中传播,其等相位面移动速率称为相速,于是有:
。
3)波阻抗。
定义即:
。
4)传输功率:
2、圆形波导
(1)圆波导中的场与矩形波导一样,圆波导也只能传输TE和TM波型。
(2)圆波导的传输特性
1)截止波长。
圆波导TEmn模、TMmn模的截止波数分别为:
2)简并模。
在圆波导中有两种简并模,它们是E-H简并和极化简并。
第三章:
微波集成传输线
1、微带传输器对微波集成传输元件的基本要求之一就是它必须具有平面型结构,这样可以通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性,从而实现微波电路的集成化。
共分三种:
1.带状线2.微带线3.耦合微带线
2、介质波导介质波导可分为两大类:
一是开放式介质波导,主要有圆形介质波导和介质镜像线等;二是半开放介质波导,主要包括H、G形波导等。
3、光纤
(1)单模光纤和多模光纤
(2)三种常见的光纤波导
(3)光纤的传输特性1)光纤的损耗2)光纤的色散特性
第四章:
微波网络基础
1、单口网络
(1)单口网络的传输特性令参考面T处的电压反射系数为Γl,由均匀传输线理论可知,等效传输线上任意点的反射系数为:
(2)归一化电压和电流由于微波网络比较复杂,因此在分析时通常采用归一化阻抗,即将电路中各个阻抗用特性阻抗归一,与此同时电压和电流也要归一。
2、双端口网络的阻抗与转移矩阵
线性无源双端口网络各端口上电压和电流之间的关系。
(1)阻抗矩阵与导纳矩阵
(2)转移矩阵转移矩阵也称为[A]矩阵,它在研究网络级联特性时特别方便。
3、散射矩阵与传输矩阵
(1)散射参量与其它参量之间的相互转换
(2)参数测量
第五章:
微波元器件
短路负载
1、连接匹配元件终端负载元件匹配负载
失配负载
微波连接元件:
波导接头、衰减器、相移器、转换接头
螺钉调配器
阻抗匹配元件阶梯阻抗变换器
渐变型阻抗变换器
2、功率分配元件定向耦合器:
它是一种具有定向传输特性的四端口元件,由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。
功率分配器:
将一路微波功率按一定比例分成n路输出功率元件称为功率分配器。
可分为等功率和不等功率分配器。
波导分支器:
将微波能量从主波导中分路接出的元件称为波导分支器,常用的有E面T型分支、H面T型分支、匹配双T。
3、微波谐振元件:
在低频电路中,谐振回路是一种基本元件,它是由电感和电容串联或者并联而成,在振荡器中作为振荡回路,用以控制振荡器的频率;在放大器中用振荡回路;在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。
4、微波铁氧体元件:
它是非互易性的器件,电阻率很高,最常用的有隔离器和环行器。
(天线与电波传播部分)
第六章:
天线辐射与接收的基本理论
1、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。
(2)天线效率天线辐射功率与输入功率之比,记为ηA,即
(3)增益系数
增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数,它是方向系数与天线效率的乘积,记为G,即:
G=D·ηA
(4)极化和交叉极化电平
极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。
具体地说,就是在空间某一固定位置上,电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形,如果是直线,就称为线极化;如果是圆就称为圆极化。
(5)输入阻抗与驻波比
要使天线辐射效率高,就必须使天线与馈线良好地匹配,也就是天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗,才能使天线获得最大功率
(6)有效长度有效长度是衡量天线辐射能力的一个重要指标。
2、接收天线理论
接收天线主要考虑以下四个方面:
1.天线接收的物理过程及收发互易性2.有效接收面积3.等效噪声温度4.接收天线的方向性
第七章:
电波传播概论
1、视距传播
(1)视线距离:
(2)大气对电波的衰减
大气对电波的衰减主要来自两个方面。
一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收及水分子、氧分子对电波的谐振吸收。
另一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的散射。
(3)场分析
在视距传播中,除了自发射天线直接到达接收天线的直射波外,还存在从发射天线经由地面反射到达接收天线的反射波,如图7-5所示。
因此接收天线处的场是直射波与反射波的叠加。
2、天波传播
(1)电离层概况:
可将电离层分成许多薄片层,每一薄片层的电子密度是均匀的,但彼此是不等的。
3、地面波传播
(1)垂直极化波沿非理想导电地面传播时,当地面的电导率越小或电波频率越高,电场纵向分量Ez1越大,说明传播损耗越大。
(2)地面波的波前倾斜现象在接收地面上的无线电波中具有实用意义。
在某些场合,由于受到条件的限制,也可以采用低架水平天线接收。
(3)地面波由于地表面的电性能及地貌、地物等并不随时间很快地变化,并且基本上不受气候条件的影响,因此信号稳定,这是地面波传播的突出优点。
第八章:
线天线
1、对称振子天线
2、阵列天线
(1)二元阵
(2)均匀直线阵
3、直立振子天线与水平振子天线
(1)直立振子天线
1)单极天线的辐射场及其方向图2)有效高度3)提高单极天线效率的方法
(2)水平振子天线
水平振子天线经常应用于短波通信、电视或其它无线电系统中,这主要是因为:
水平振子天线架设和馈电方便;地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小;工业干扰大多是垂直极化波,因此用水平振子天线可减小干扰对接收的影响。
4、引向天线与电视天线
(1)引向天线
(2)电视发射天线
1)电视发射天线的特点
①频率范围宽。
②覆盖面积大。
③在以零辐射方向为中心的一定的立体角所对的区域,电视信号变得十分微弱。
④我国的电视发射信号采用水平极化。
⑤为了扩大服务范围,发射天线必须架在高大建筑物的顶端或专用的电视塔上。
2)旋转场天线,设有两个电流大小相等I1=I2、相位差ζ=90°的直线电流元,在水平面内垂直放置。
5、移动通信基站天线
(1)移动通信基站天线的特点
天线应架设在很高的地方,这就要求天线有足够的机械强度和稳定性;天线应采用垂直极化;采用扇形天线;如果是中心激励,采用全向天线;天线增益应尽可能的高;天线与馈线应良好地匹配。
(2)移动通信基站天线
VHF和UHF移动通信基站天线一般是由馈源和角形反射器两部分组成的,为了获得较高的增益,馈源一般采用并馈共轴阵列和串馈共轴阵列两种形式。
另外还有螺旋天线、行波天线、宽频带天线、缝隙天线、微带天线等。
第九章:
面天线
1、面天线所载的电流是沿天线体金属表面分布,且面天线的口径尺寸远大于工作波长,它常用在无线电频谱的高频端,特别是微波波段。
(1)惠更斯元的辐射:
惠更斯元具有单向辐射特性
(2)根据平面口径辐射的一般表达式进而了解矩形口径及圆口径的一般辐射特性
2、卡塞格伦天线:
优点:
(1)由于天线有两个反射面,几何参数增多,便于按照各种需要灵活地进行设计
(2)可以采用短焦距抛物面天线作主反射面,减少了天线的纵向尺寸
(3)由于采用了副反射面,馈源可以安装在抛物面顶点附近,使馈源和接收机之间的传输线缩短,减小了传输线损耗所造成的噪声。
学习心得
谈到《微波技术与天线》让我不禁想起当年的《电磁场与电磁波》。
那种感觉就像是电击了一样,瞬间汗毛直竖,对于这两门课我所能用语言表达的只有《电磁场与电磁波》难!
《微波技术与天线》难于上青天!
!
当然这两门课难并不是因为许老师讲的不好,只是这两门课确实难的云里来雾里去的,单单抛开这两门课,我还是比较喜欢听许老师讲课的。
个人感情表达完毕,言归正传。
《微波技术与天线》难归难但是作为通信工程专业的一门专业课我们还是要认真学习的,这一学期在许老师的讲解下,通过对这门课程的学习,我还是了解到许多日常生活中经常见到但无法理解的东西。
比如微波的传输,天线种类及工作原理等方面的知识。
虽然这些知识是理论的,非专业人士在日常生活中根本无法用到,但是这门课却让我们认识到生活中的太多东西并没有你想象的那么简单,特别是通信方面。
随着社会的发展,老的通信设备在慢慢淘汰,新的通信设备在逐渐产生,这就要求新的规格和条件去满足现状,所以这门《微波技术与天线》在今后的通信设备中的应用时不可忽视的。
其实在学习这门课的时候我最喜欢的还是许老师给我们讲的那些课外知识,因为有好多知识是实际应用中所见到得,因此那些知识可能是我们在理论书本上无法触及的,理论与实际相结合,这些知识更加开阔了我的视野,同时自己对所学专业也更加的清楚了。
这些知识对我们以后从事通信工作意义是深远的。
总的来说,在这几周对《微波技术与天线》的学习中,总结成一句话就是:
痛并快乐着。
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