华中科技大学微波第一章改2011.02.21剖析.ppt

微 波 技 术 基 础 华中科技大学电信系微波中心 陈 柯 chenke@mail.hust.edu.cn 微波技术 微波的利用：信息or能量？ 微波技术：微波信号的产生、传输、变换（包括放大、调制、变频）、检测、发射和测量，与此相对应的微波器件与设备。 本课程作为基础课：主要内容是讲授微波在传输线中的传输问题，包括传输线理论与以传输为基础构成的微波谐振器。 微波技术 通信系统使用的微波电路 第一章 传输线的基本理论 §1.1 概述 §1.2 长线方程及其解 §1.3 长线的参量 §1.4 均匀无耗长线工作状态的分析 §1.5 应用举例 §1.6 史密斯（Smith）圆图 §1.7 长线的阻抗匹配 第一章 传输线的基本理论 在微波技术的研究中，传输线理论具有基础性和极大的重要性。传输线是能量和信息的载体及传播工具，而且是构成各种微波元件和电路的基础。 §1.1 概 述 一.微波传输线及其分类 1. 定义： 凡能够引导微波沿一定方向传输的导波装置 称为传输线。 2. 作用： 引导微波传输 构成各种微波元器件 §1.1 概 述 3. 分类 根据传输线结构和电磁波的特点可分为： TEM波及准TEM波传输线 例如：双导线、同轴线、带状线、微带线 TE波和TM波传输线 例如：矩形波导、圆波导等 表面波传输线 例如：介质波导、介质镜像线等 §1.1 概 述 §1.1 概 述 图1.1-1 传输线的种类 §1.1 概 述 4. 传输线的性能要求及应用范围 性能要求：工作频带宽；功率容量大；工作稳 定性好；损耗小；尺寸小和成本低。 实际应用： 米波或分米波：双导线、同轴线 厘米波：空心金属波导管、带状线、微带线 毫米波：空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、 微带线 光 波： 光波导（光纤） §1.1 概 述 5. 传输线理论的研究内容 横向问题：研究电磁波在传输线横截面内电场、磁场的分布规律，即场结构、模、波型； 采用的方法：通过求解电磁场的边值问题来解决 纵向问题：研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律； 采用的方法：场的分析方法、路的分析方法。路的分析方法简便、易懂，本章采用路的方法来研究双导线的纵向问题。 §1.1 概 述 二.长线与分布参数电路 1. 长线与短线 定义：如果传输线的几何长度L与工作波长λ可以相比拟，或 时，传输线称为长线，否则称为短线。 §1.1 概 述 以一简单电路为例： 设电源与负载间的铜导线长度1.5cm(所处介质的介质系数 )信号频率为1MHz时，导线内信号94.86m， ，此时这段铜线为短线。 信号频率为10GHz时，导线内信号波长为0.949cm， ，此时这段铜线为长线 所以微波传输线均可视为长线。微波传输线理论又称为长线理论。 §1.1 概 述 2. 集总参数电路与分布参数理论 低频时： 参数R、L、C、G集中在元件中，连接元件的导线上无R、L、C、G。 ,电压，电流只随时间变化，不随空间变化。 此时的电路称为集总参数电路。 §1.1 概 述 §1.1 概 述 三. 分析方法 1.场的方法：以E、H为研究对象，从麦克斯韦尔方程出发, 解满足边界条件的波动方程, 得出传输线上电场和磁场的解, 进而研究传输特性的横向分布及纵向传输特性。该方法较为严格, 但数学上比较繁琐。 2. 路的方法：在一定的条件下，以U、I为对象，从传输线方程出发, 求出满足边界条件的电压、 电流波动方程的解, 分析电压波和电流波随时间和空间的变化规律,即用电路理论来研究纵向传输特性。本质上是化场为路。该方法有足够的精度, 数学上较为简便, 因此被广泛采用。 长线理论就是研究TEM波传输线的分布参数的电路理论。 §1.1 概 述 四. 均匀传输线及其分布参数 一般将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边