微波技术复习1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,微波及其特点,微波是电磁波谱中介于超短波于红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz（波长1m）至3000GHz（波长0.1mm）,微波的特点,（1）似光性,微波具有类似光一样的特性，主要表现在反射性、,直线传播性及集束性等几个方面,（2）穿透性。,主要表现在云、雾、雪等对微波传播的影响较小。,（3）宽频带特性,微波具有较宽的频带特性，其携带信息的能力远远超过中短波及超长波。,（4）热效应特性,当微波电磁能量传送到有耗物体的内部时，就会使物体的分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热，这就是微波的热效应特性。,（5）散射特性,当电磁波入射到物体上时，会在除入射方向外的其它方向上产生散射。,（6）抗低频干扰特性,地球周围充斥着各种各样的噪声和干扰。这些噪声一般在中低频区域，与微波波段的频率成分差别较大，它们在微波滤波器的阻隔下，基本不能影响微波通信的正常进行。,第一章 传输线理论,二、均匀传输线方程的解,将式(1-3)两边对,z,再求一次微分，并令，可得,(1-4),通解为,式中，,(1-5）,第一章 传输线理论,1-2,传输线的特性参量,传输线的特性参量主要包括：,传播常数、特性阻抗、相速和相波长、输入阻抗、反射系数、驻波比,(,行波系数,),和传输功率,等。,一、传播常数,传播常数,一般为复数，可表示为,对于低耗传输线有(无耗传输线,),无耗,第一章 传输线理论,二、特性阻抗,传输线的,特性阻抗,定义为传输线上入射波电压,U,i,(,z,),与入射波电流,I,i,(,z,),之比，或反射波电压,U,r,(,z,),与反射波电流,I,r,(,z,),之比的负值，即,对于无耗传输线()，则,对于微波传输线,也符合。,在无耗或低耗情况下，传输线的特性阻抗为一实数，它仅决定于分布参数,L,0,和,C,0,，与频率无关。,第一章 传输线理论,对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入阻抗随至终端的距离,l,的不同而作周期(周期为)变化，且在一些特殊点上，有如下简单阻抗关系：,1.传输线上距负载为半波长整数倍的各点的输入阻抗等于负载阻抗；,2.距负载为四分之一波长奇数倍的各点的输入阻抗等于特性阻抗的,平方与负载阻抗的比值，,3.当,Z,0,为实数，,Z,L,为复数负载时，四分之一波长的传输线具有变换阻,抗性质的作用。,在许多情况下，例如并联电路的阻抗计算，采用导纳比较方便,第一章 传输线理论,五、反射系数,距终端,z,处的反射波电压,U,r,(,z,)与入射波电压,U,i,(,z,)之比定义为该处的,电压反射系数,u,(,z,)，即,电流反射系数,终端反射系数,传输线上任一点反射系数与终端反射系数的关系,第一章 传输线理论,输入阻抗与反射系数间的关系,负载阻抗与终端反射系数的关系,上述两式又可写成,第一章 传输线理论,六、驻波比和行波系数,电压（或电流）,驻波比,定义为传输线上电压（或电流）的最大值与最小值之比，即,当传输线上入射波与反射波同相迭加时，合成波出现最大值；而反相迭加时出现最小值,驻波比与反射系数的关系式,为,行波系数,K,定义为传输线上电压（或电流）的最小值与最大值之比，故行波系数与驻波比互为倒数,第一章 传输线理论,传输线上反射波的大小，可用反射系数的模、驻波比和行波系数三个参量来描述。,反射系数模的变化范围为,驻波比的变化范围为,行波系数的变化范围为,传输线的工作状态一般分为三种：,(1),行波状态,(2),行驻波状态,(3),驻波状态,第一章 传输线理论,1-3,均匀无耗传输线的状态分析,对于均匀无耗传输线，其工作状态分为三种：,(1),行波状态,；,(2),驻波状态,；,(3),行驻波状态,一、行波状态(无反射情况),由此可得行波状态下的分布规律：,(1),线上电压和电流的振幅恒定不变,(2)电压行波与电流行波同相，它们,的相位是位置,z,和时间,t,的函数,(3)线上的输入阻抗处处相等，且均,等于特性阻抗,第一章 传输线理论,二、驻波状态(全反射情况),当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波将被全反射，沿线入射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状态意味着入射波功率一点也没有被负载吸阿收，即负载与传输线完全失配。,1.终端短路,复数表达式为,即：,第一章 传输线理论,短路时的驻波状态分布规律：,(1),瞬时电压或电流在传输线的某个固定位置上随时间,t,作正弦或余弦变化，而在某一时刻随位置,z,也作正弦或余弦变化，但瞬时电压和电流的时间相位差和空间相位差均为，这表明传输线上没有功率传输。,(2),当,时，电压振幅恒为最大值，即,这些点称之为电压的波腹点和电流的波节点；,而电流振幅恒为零，,电流振幅恒为最大值，而电压振幅恒为零，这些点称之为电流的波腹点和电压的波节点。,当,时，,(3)传输线终端短路时，输入阻抗为,沿线电压电流的瞬时分布和振幅分布，如上图,第一章 传输线理论,2.终端开路,由于负载阻抗,因而终端电,流,沿线电压、电流的复数表达式为,传输线终端开路时，输入阻抗为,传输线终端开路时电压、电流及阻抗的分布,第一章 传输线理论,3.终端接纯电抗负载,均匀无耗传输线终端接纯电抗负载时，沿线呈驻波分布。,终端电压反射系数为,此电抗也可用一段特性阻抗为,Z,0,、长度为,l,0,的短路线等效，长度,l,0,可由下式确定,(1),负载为纯感抗,(2),负载为纯容抗,因此，长度为,l,终端接电抗性负载的传输线，沿线电压、电流及阻抗的变化规律与长度为(,l,+,l,0,)的短路线上对应段的变化规律完全一致，距终端最近的电压波节点在 范围内。,纯感抗,纯容抗,第一章 传输线理论,(a)感性负载 (b)容性负载,终端接纯电抗负载时沿线电压、电流及阻抗的分布,综上所述，均匀无耗传输线终端无论是短路、开路还是接纯电抗负载，终端均产生全反射，沿线电压电流呈驻波分布，其特点为：,(i)驻波波腹值为入射波的两倍，波节值等于零。短路线终端为电压波节、电流波腹；开路线终端为电压波腹、电流波节；接纯电抗负载时，终端既非波腹也非波节。,(ii)沿线同一位置的电压电流之间相位差，所以驻波状态只有能量的存贮并无能量的传输。,第一章 传输线理论,三、行驻波状态(部分反射情况),当均匀无耗传输线终端接一般复阻抗,式中终端反射系数的模和相角分别为,传输线工作在行驻波状态。行波与驻波的 相对大小决定于负载与传输线的失配程度。,第一章 传输线理论,1.沿线电压、电流分布,沿线电压电流振幅分布具有如下特点：,(1)沿线电压电流呈非正弦周期分布；,(2),当 时，即,在线上这些点处，电压振幅为最大值(波腹)，电流振幅为最小值(波节)，即,(3)当 时，即,在线上这些点处，电压振幅为最小值(波节)，电流振幅为最大值(波腹)，即,第一章 传输线理论,(4)电压或电流的波腹点与波节点相距 。,(5),当负载为纯电阻,R,L,，且,R,L,Z,0,时，第一个电压波腹点在终端。当负载为纯电阻,R,L,，且,R,L,Z,0,时，第一个电压波腹点的位置为,当负载为感性阻抗时，第一个电压波腹点在 范围内。,当负载为容性阻抗时，,第一个电压波腹点在 范围内。,行驻波条件下沿线电压电流及阻抗幅分布如右图,第一章 传输线理论,2.沿线阻抗分布,线上任一点处的输入阻抗为,它具有如下特点：,(1),阻抗的数值周期性变化，在电压的波腹点和波节点，阻抗分别为最大值和最小值,(波腹),(,波节,),(2)每隔 ，阻抗性质变换一次；每隔 ，阻抗值重复一次。,