2022年射频与微波技术知识点总结.docx

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1、精品_精品资料_射频 /微波的特点 : 1.频率高 2.波长短 3.大气窗口 4.分子谐振微波频率 ： 300MHz-3000GHz波长 ：0.1mm-1m特殊的特点 ：RF/MW 的波长与自然界物体尺寸相比拟在 RF/MW 波段,由于导体的趋肤效应、介质损耗效应、电磁感应等影响,期间区域不再是单纯能量的集中区,而出现 分布特性 .长线概念 ： 通常把 RF/MW 导线（传输线）称为长线,传统的电路理论已不适合长线；RF/MW系统的组成：传输线 ：传输 RF/MW 信号微波元器件 ：完成微波信号的产生、放大、变换等和功率的安排、掌握及滤波天线 ：辐射或接收电磁波可编辑资料 - - - 欢迎下载

2、精品_精品资料_微波、天线与电波传播的关系： （ 简答）微波 ：对象：如何导引电磁波在微波传输系统中的有效传输目的：期望电磁波按肯定要求沿微波传输系统无辐射的传输. 天线任务：将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波,或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波作用： 1.有效辐射或接收电磁波.2.把无线电波能量转换为导行波能量电波传播分析和讨论电波在空间的传播方式和特点常用传输线机构 ： 矩形波导共面波导同轴线带状线微带线槽线分析方法U maxU min可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Z0RjL /GjC称为 传输线的特性阻抗可编辑

3、资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_特性阻抗 Z0 通常是个复数 , 且与工作频率有关.它由传输线自身分布参数打算而与负载及信源无关, 故称为 特性可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_阻抗对于匀称无耗传输线 , R=G=0,传输线的特性阻抗为Z0LC此时 , 特性阻抗 Z0 为实数 , 且与频率无关.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_常用的 平行双导线 传输线的特性阻抗有250 , 400 和 600 三种.常用的 同轴线 的特性阻抗有 50 和 75 两种.匀称无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观看点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关, 且一般

4、为复数 , 故不宜直接测量 .无耗传输线上任意相距 /2 处的阻抗相同 , 一般称之为 /2 重复性 .传输线上电压和电流以波的形式传播, 在任一点的电压或电流均由沿-z 方向传播的行波 （ 称为入射波 ）和沿 +z 方向传播的行波（称为 反射波 ）叠加而成.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_传播常数 :RjL GjCaj可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_为衰减常数 , 单位为 dB/m为相移常数对于匀称无耗传输线来说, 由于 与 成线性关系 , 故导行波的相速与频率无关, 也称为 无色散波 .当传输线有损耗时, 不再与 成线性关系 , 使相速 p 与频率 有关 ,

5、这就称为 色散特性 .定义传输线上任意一点z 处的反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）之比为电压（或电流）反射系数 越小越好 当 Zl=Z0 时, l=0, 即负载终端无反射 , 此时传输线上反射系数到处为零, 一般称之为 负载匹配 .而当 Zl Z0 时, 负载端就会产生一反射波, 向信源方向传播 , 如信源阻抗与传输线特性阻抗不相等时, 就它将 再次被反射 .定义传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比为电压驻波比 , 用表示：电压驻波比有时也称为电压驻波系数 , 简称驻波系数 , 其倒数称为 行波系数 , 用 K 表示.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_当| l|=

6、0 即传输线上 无反射 时, 驻波比 =1; 而当 | l|=1,即传输线上 全反射 时, 驻波比 , 因此驻波比 的取值范畴为 1 .可见,驻波比和反射系数一样可用来描述传输线的工作状态.行波状态 就是无反射的传输状态, 此时反射系数 l=0, 而负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即 Zl=Z0,也可称此时的负载为 匹配负载 .对无耗传输线的行波状态有以下结论: 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比 =1; 电压和电流在任意点上都同相; 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗.纯驻波状态就是全反射状态, 也即终端反射系数| l|=1.传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处 Zin=0,相当于串联

7、谐振 , 在电压波腹点处 |Zin| , 相当于并联谐振 , 在 0 z /4 内, Zin=jX相当于一个纯电感 , 在 /4 z /2 内, Zin= jX相当于一个纯电容, 从终端起每隔 /4 阻抗性质就变换一次 , 这种特性称为 /4 阻抗变换性 .无耗传输线上距离为 4 的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特性称之为 /4 阻抗变换性.传输效率取决于传输线的损耗和终端匹配情形.插入损耗仅取决于失配情形,故又称为失配损耗 .传输线的三种匹配状态： 1 负载阻抗匹配2 源阻抗匹配3 共轭阻抗匹配保持同轴线外导体半径b 不变,转变导体半径a 可以使同轴线分别达到耐压最高

8、 、传输功率最大 、衰减最小 三种状态.当填充介质为空气时：b=2.72a,即特性阻抗为 60 时,耐压程度最高. b=1.65a,即特性阻抗为 30 时,传输功率最大. b=3.59a,即特性阻抗为 76.7 时,衰减最小.在规章波导中波的传播的速度要比在无界空间媒质中传播的速度要快.群速 ：它表征了波能量的传播速度kc=0 意味着该导行波既无纵向电场又无纵向磁场, 只有横向电场和磁场 , 故称为 横电磁波 ,简称 TEM 波.任意频率均能在此类传输线上传输.将 Ez 0 而 Hz=0 的波称为磁场纯横向波, 简称 TM 波 , 由于只有纵向电场故又称为E 波.将 Ez=0 而 Hz 0 的

9、波称为电场纯横向波, 简称 TE 波, 此时只有纵向磁场,故又称为H 波.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_无论是 TM 波仍是 TE 波,其相速 vp= vp/crr均比无界媒质空间中的速度要快, 故称之为 快波 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_kc式中 ,22mnab为矩形波导 TE 波的截止波数 ,明显它与波导尺寸、传输波型有关.m和 n 分别代可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_表 TE波沿 x 方向和 y 方向分布的半波个数 ,一组 m、n,对应一种 TE波,称作 TEmn模;但 m和 n 不能同时为零 ,否就场重量全部为零.因此,矩形波导

10、能够存在TEm0模和 TE0n模及 TEmnm,n 0 模;其中 TE10 模是最低次模 ,其余称为 高次模 .TM11 模是矩形波导 TM波的 最低次模 ,其它均为高次模.可见当工作波长 小于某个模的截止波长 c 时, 2 0,此模可在波导中传输 ,称为传导模 ;当工作波长 大于某个模的截止波长 c 时,2 0,此模在波导中不能传输,称为截止模.一 个模能否在波导中传输取决于波导结构和工作频率 （或波长）.对相同的 m和 n, TEmn和 TMmn模具有相同的截止波长,称为 简并模 ,虽然场分布不同 ,但具有相同的传输特性.主模： 在导行波中截止波长 c 最长的导行模称为该导波系统的主模,因

11、而也能进行单模传输矩形波导的主模为TE10 模波导尺寸越大 , 频率越高 , 就功率容量越大 .而当负载不匹配时 , 由于形成驻波 , 电场振幅变大 , 因此功率容量会变小当答应传输功率不能满意要求时,可采纳下述措施：（ 1）在不显现高次模的条件下,适当加大波导的窄边尺寸b.（ 2）密闭波导并充以压缩空气或惰性气体来提高介质的击穿强度.（ 3）保持波导内壁清洁和干燥.（ 4）提高行波系数,削减反射.场的极化方向具有不确定性, 使导行波的场分布在 方向存在 cosmj 和 sinmj 两种可能的分布 , 它们独立存在 , 相互可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_正交 , 截止波长相同

12、 , 构成同一导行模的极化简并模 .由于圆波导具有轴对称性,对m 0 的任意非圆对称模式,横向电磁场可以有任意的极化方向而截波数相同,任意极化方向的电磁波可以看成是偶对称极化波和奇对称极化波的线性组合.偶对称极化波和奇对称极化波具有相同的场分布, 故称之为极化简并.圆形波导中, TE11 模的截止波长最长,是圆波导中的最低次模,也是主模.TM01模是圆波导的第一个高次模.由于它具有圆对称性故不存在极化简并模比 TM01 模低的模式有 TE11、TM01 、TE21 模,它与 TM11 模是简并模.它也是 圆对称 模, 故无极化简并波导的鼓励： 电鼓励磁鼓励孔缝鼓励微波集成电路：优点： 体积小、

13、重量轻、低剖面、牢靠性高、性能优越、一样性好、成本低. 缺点： 损耗大、功率容量小、品质因数Q 较低各种 微波集成传输系统 ,归纳起来可分为四大类：平面型传输线的基本结构有两种形式： 带状线 、 微带线 .它们均属于双导体传输线,主要传输的是TEM波.一般来说衰减主要是由导体损耗 及介质损耗 引起的带状线传输的主模是TEM 模,但如尺寸挑选不合理也会引起高次模TE 模和 TM 模.微带线 所传输的波为 准 TEM波微带线的色散特性：色散 是指电磁波的相速、特性阻抗等随频率而变的现象.当频率较低时,微带线上传播的波基本上是准TEM 模, 故可不考虑色散.当频率较高时,微带线的特性阻抗与相速随着频

14、率变化而变化,即具有色散特性 .频率 f相速 vp、 e、特性阻抗 Z0偶模鼓励对称面上磁场的切向重量为零,电力线平行于对称面, 对称面可等效为“磁壁” . 奇模鼓励对称面上电场的切向重量为零, 对称面可等效为“电壁”金属条带与的共面的优点：1.低色散宽频带特性2.便于与其它元器件连接3.特性阻抗调整便利4.便利构成无源部件及平面天线的馈电介质波导的应用 ：应用在毫米波段的传输器件介质波导的分类 ： 开放式介质波导 ：圆形介质波导和介质镜像线.半开放式介质波导 ： H 形波导和 G 形波导光纤折射率：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_光纤芯与包层相对折射率差：学习好资料欢迎下载n

15、n12n1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_将这一角度的正弦值定义为光纤数值孔径,即：NAsin可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_NA 用相对折射率差 来描述：NAn121/ 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_为取得较大的数值孔径,相对折射率差 应取大一些.零色散工作原理： （简答）光纤色散主要有材料色散、波导色散和模间色散三种色散效应.材料色散和波导色散随波长的变化呈相反的变化趋势,因此总会存在着两种色散大小相等符号相反的波长区,即总色散为 0 或很小的

16、区域. 1.55 m 零色散单模光纤即依据此原理制成.光纤的损耗影响 了传输距离,而光纤的色散影响了传输带宽和通信容量. U为电压矩阵 , I为电流矩阵 , 而 Z 是阻抗矩阵 , 其中 Z11、 Z22 分别是端口“ 1”和“ 2”的自阻抗 ; Z12 、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Z21 分别是端口“ 1”和“ 2”的互阻抗.U1Z11U 2Z21Z12I 1Z22I 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ Z矩阵 中的各个阻抗参数必需使用开路法测量 , 故也称为 开路阻抗参数 , 而且由于参考面挑选不同, 相应的阻抗可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精

17、品资料_参数也不同.互易网络： 假如任意网络是线性互易的,或说线性可逆矩阵对称网络 ：Z ij =Z ii=Z jiZ jj,Yij =,Yii =YjiYjj可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_无耗网络： 即对于无耗网络,阻抗矩阵的各项的实部均等于零.即阻抗矩阵为虚数矩阵 .同理无耗网络的导纳矩阵各导纳的实部也等于零,导纳矩阵亦为虚数矩阵 . S矩阵 的各参数是建立在端口接匹配负载基础上的反射系数或传输系数.这样利用网络输入输出端口的参考面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_上接匹配负载即可测得散射矩阵的各个参量.对于 互易网络 :S12=S21b1S11b2S21S

18、12a1S22a2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_对于 对称网络 :S11=S22对于 无耗网络 :S+S=E其中, S+ 是S 的转置共轭矩阵, E 为单位矩阵. b S a可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_另外,工程上常常用的回波损耗和插入损耗与S 参数的关系可表达为 T为双端口网络的传输矩阵.其中T11 表示参考面 T2 接匹配负载时 , 端口“ 1”至端口“ 2”的电压传输系数的倒数 , 其余三个参数没有明确的物理意义.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_a1T11b1T21T12b2T22a2Tb2 a2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_

19、精品资料_三点测量法令终端短路、开路和接匹配负载时, 测得的输入端反射系数分别为 s, o 和 m, 代入可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_缺点：精度不高解决方法多点测量S11S212m2 ms 0m 0s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_S2202 ms0s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_线性非互易元器件 ：主要是指铁氧体器件,它的散射矩阵不对称,但仍工作在限行区域,主要包括隔离器、环行器等.扼流短路活塞的特点优点：损耗小,而且驻波比可以大于100.缺点：这种活塞频带较窄, 一般只有 10%15% 的带宽同轴 S 型扼流短路活塞具有宽带特性波导法兰

20、接头 ：常用低功率、宽频带的场合.扼流法兰接头 ：一般用于高功率、窄频带的场合.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_波导扭转元件可以转变电磁波的极化方向,而不转变其传输方向微波连接元件： 衰减元件 和 相移元件衰减元件 是用来转变导行系统中电磁波幅度的元件.对于抱负的衰减器,其散射矩阵为：S0elel0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_常用吸取式衰减器：在一段矩形波导中平行与电场方向放置衰减片而构成.有固定式 和可变式 两种.j可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_相移元件 是用于转变导行系统中电磁波相位的元件.抱负相移元件的散射矩阵为： 将衰减器中的衰减片

21、换成介电常数 r 1 的无耗介质片时 , 就构成了移相器0eSe j0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_慢波结构 ：多螺钉极化转换器和 介质极化转换器.它们在空间相互垂直,且都是主模TE11微带环形电桥基本原理（简答）从端口输入信号,一路经过b 到达端口,行程为 g/4,另一路经过 a,b,c 到达端口,行程为5 g/4,因此, 两路信号同相相加,端口与端口的两路信号完全类似,所以,端口是等幅同相输出.而从端口经过a,b 和 b,c 到达端口的两条信号的行程正好相差 g/2,因此,两路信号反相相消,端口无输出.铁磁谐振效应 是指：当磁场的工作频率 等于铁氧体的谐振角频率 0 时,

22、铁氧体对微波能量的吸取达到最大值.匹配双 T 特点： 四个端口完全匹配. 端口对称,即有S11=S22. 当端口输入,端口有等幅同相波输出,端口隔离. 当端口输入,端口有等幅反相波输出,端口隔离. 当端口或输入时,端口等分输出而对应端口或隔离.S11S220011S13 S14S23S24S1201011010S33S440S3401100 当端口同时加入信号,端口输出两信号相量和的1/ 2 倍,端口输出两信号差的1/ 2 倍匹配双 T S 矩阵可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_谐振频率由振荡模式、腔体尺寸以及腔中填充介质 , 所确定 , 而且在谐振器尺寸肯定的情形下, 与振荡模式相对应有 无穷多个谐振频率.隔离器： 也称为反向器, 基本特性是 ：电磁波正向通过时几乎无衰减,反向通过时衰减很大.常用的隔离器有谐振式和场移式两种.可编辑资料 - - - 欢迎下载