《《微波技术总结》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《微波技术总结》PPT课件（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、回顾与总结 本书重点内容包括三个部分：本书重点内容包括三个部分： 传输线理论传输线理论 微波网络（第五章）微波网络（第五章） 微波器件（第六章）微波器件（第六章）传传输输线线理理论论是是微微波波技技术术的的核核心心，引引入入了了传传输输线线方方程程。开开尔尔芬芬在在铺铺设设大大西西洋洋海海底底电电缆缆时时，发发现现了了长长线线效效应应，电电报报信信号号的的反反射射、传传输输与与低低频频有有很很大大的的差差别别。电电压压、电电流流不不但但是是时时间间的的函函数数，而而且且是是地地点点的的函函数数，存存在在反反射射、损损耗耗增增大大；也也就就是是当当线线长长与与波波长长可可以以比比拟拟时时，传传输
2、线为长线。输线为长线。长长线线理理论论还还是是一一种种电电路路理理论论、建建立立方方程程是是利利用用基基尔尔霍霍夫夫定定律律，存存在在行行波波、驻驻波波、行行驻驻波波，与与低低频频电电路路不不同。同。传输线理论从简到繁的分析过程从简到繁的分析过程从简到繁的分析过程从简到繁的分析过程传传输输线线理理论论：最最简简单单的的传传输输系系统统、它它把把截截面面、不不均均匀性都忽略了，只讨论传输方向的情况。匀性都忽略了，只讨论传输方向的情况。导导波波系系统统，我我们们只只考考虑虑具具体体的的截截面面；如如矩矩形形波波导导、圆圆形形波波导导、同同轴轴线线、微微带带线线、带带线线。不不仅仅考考虑虑一一维维传
3、传播方向的变化，还要考虑横截面的变化播方向的变化，还要考虑横截面的变化对对于于微微波波器器件件，不不仅仅要要考考虑虑横横截截面面的的变变化化，三三维维的的不连续性变化不连续性变化传输线理论（1 1 1 1）导波思想）导波思想）导波思想）导波思想低频低频低频低频封闭的导线封闭的导线封闭的导线封闭的导线 微波低端微波低端微波低端微波低端开放空间开放空间开放空间开放空间 高端高端高端高端封闭空间封闭空间封闭空间封闭空间图图图图 5-1 5-1导波系统 导波系统 分析问题的方法分析问题的方法分析问题的方法分析问题的方法 低低频频传传输输线线的的能能量量主主要要封封闭闭在在导导线线内内部部。随随着着频频
4、率率的的提提高高，能能量量开开放放在在导导线线之之间间的的空空间间( (Space)Space)。这这是由封闭是由封闭开放的第一过程。开放的第一过程。 随随着着频频率率的的进进一一步步提提高高，开开放放空空间间受受干干扰扰，影影响响太太大大。又又开开始始用用枝枝节节再再一一次次封封闭闭起起来来，使使能能量量在在内内部部传输。这是由开放传输。这是由开放封闭的第二过程。封闭的第二过程。 但但是是这这一一次次所所封封闭闭的的不不是是导导线线内内部部，而而是是空空间间内内部。部。这种做法使微波能量既在空间传输，又是封闭的。这种做法使微波能量既在空间传输，又是封闭的。这种做法使微波能量既在空间传输，又是
5、封闭的。这种做法使微波能量既在空间传输，又是封闭的。那是否有可能再开放？那是否有可能再开放？那是否有可能再开放？那是否有可能再开放？光光光光纤纤纤纤、介介介介质质质质波波波波导导导导。这这这这个个个个开开开开放放放放比比比比原原原原来来来来又又又又上上上上了了了了一一一一个个个个层层层层次次次次，整个导波系统就是在封闭、开放循环中向上发展。整个导波系统就是在封闭、开放循环中向上发展。整个导波系统就是在封闭、开放循环中向上发展。整个导波系统就是在封闭、开放循环中向上发展。导波系统 TETE1010波主要特性波主要特性波主要特性波主要特性MM代表沿宽边出代表沿宽边出现最大值（驻波现最大值（驻波的个
6、数。的个数。TETE1010,1 ,1是是MM，代，代表表x x方向变化的个方向变化的个数，数，0 0是是N N，代表，代表y y方向变化的个数方向变化的个数（2 2 2 2）矩形波导）矩形波导）矩形波导）矩形波导导波系统 TETE1010波主要特性波主要特性波主要特性波主要特性场结构场结构场结构场结构图图图图5-25-25-25-21 1、为什么电场两、为什么电场两边不能密？边不能密？2 2、能量是如何传、能量是如何传输的输的（1 1）曲折性传输）曲折性传输两个导体板无穷大，距两个导体板无穷大，距离为离为a a。直接传输无法。直接传输无法满足边界条件，只能曲满足边界条件，只能曲折性传输。折性
7、传输。矩形波导只能传输两种波矩形波导只能传输两种波TETE、TMTM波波TETE波波HH波波 横电波横电波Ez=0Ez=0；Hz0Hz0TMTM波波EE波波 横磁波横磁波Hz=0Hz=0；Ez0Ez0 x x导波系统 （2 2）相速大于光速）相速大于光速VpVpC CC=dr/dtC=dr/dt相速度：看过去等相位面在波导中走的是相速度：看过去等相位面在波导中走的是dzdz，实际走了，实际走了drdrVp=dz/dtVp=dz/dt（可视相速）（可视相速）dr=dzsindr=dzsin 能速能速Ve=CsinVe=CsinVpVe=CVpVe=C2 2（相速再大，能量是守恒的）（相速再大，能
8、量是守恒的） drdrdzdz 导波系统 （3 3）截止的概念）截止的概念曲折性传播解释最有力曲折性传播解释最有力 越大传播越好，当越大传播越好，当=0=0时，就不能传播了时，就不能传播了因此，曲折传播有个极限，因此，曲折传播有个极限，=0=0，sin=0sin=0 drdrdzdz c=2ac=2a，原地踏步，原地踏步导波系统 （3 3）截止的概念）截止的概念电磁波借助于波导的全反射在波导中进行传输电磁波借助于波导的全反射在波导中进行传输（a a）模式不同或者频率不同的电磁波具有不同的）模式不同或者频率不同的电磁波具有不同的 角，因角，因而具有不同的相速度和群速度而具有不同的相速度和群速度（
9、b b）当）当=0=0时，电磁波处于截止状态，电磁波在波导壁之时，电磁波处于截止状态，电磁波在波导壁之间来回震荡间来回震荡（c c）电磁波频率越高，）电磁波频率越高， 角越大角越大导波系统 (4)(4)高次模高次模 对对于于矩矩形形波波导导用用作作传传输输线线时时，TETE1010波波是是主主模模，传传输输模模。其其它它模模式式都都是是高高次次模模。在在均均匀匀波波导导中中不不出出现现任任何何高高次次模模，但但是是一一旦旦波导中有不均匀性，则在不均匀性周围就有高次模存在。波导中有不均匀性，则在不均匀性周围就有高次模存在。高次波相当流体中的涡旋。高次波相当流体中的涡旋。什么是涡旋？什么是涡旋？导
10、波系统 十九世纪，人们在考虑飞机的速度提高不上去？十九世纪，人们在考虑飞机的速度提高不上去？涡涡旋旋也也称称旋旋涡涡。是是指指一一种种半半径径很很小小的的圆圆柱柱在在静静止止流流体体中中旋旋转转引引起周围流体作起周围流体作圆周运动圆周运动的流动现象。的流动现象。旋旋涡涡是是飞飞行行器器绕绕流流中中的的重重要要流流动动现现象象，对对飞飞行行器器的的空空气气动动力力特特性性有有重重要要影影响响。 一一般般来来说说，流流水水形形成成的的涡涡旋旋被被称称做做漩漩涡涡，大大气气形成的涡旋则有可能形成形成的涡旋则有可能形成热带气旋热带气旋或者或者龙卷风龙卷风。导波系统 涡涡旋旋的的产产生生伴伴随随着着机机
11、械械能能的的耗耗损损，从从而而相相对对物物体体( (飞飞机机、船船舶舶、水轮机水轮机、汽轮机汽轮机）产生）产生流体阻力流体阻力或降低其或降低其机械效率机械效率。但是，另一方面，正是依靠涡旋，才使机翼获得举力。但是，另一方面，正是依靠涡旋，才使机翼获得举力。在在水水利利工工程程例例如如泄泄水水口口中中，为为了了保保护护坝坝基基不不被被急急泻泻而而下下的的水水流流冲冲坏坏，采采用用消消能能设设备备，人人为为地地制制造造涡涡旋旋以以消消耗耗水水流流的的动动能能。这这些就是研究涡旋的实际背景。些就是研究涡旋的实际背景。实实际际上上，我我们们要要消消除除涡涡旋旋，另另外外产产生生涡涡旋旋，把把形形成成的
12、的涡涡旋旋消消除除掉。掉。导波系统 6060、7070年代人类研究青蛙，年代人类研究青蛙，9090年代研究鲨鱼年代研究鲨鱼产生涡旋，降低水和空气的阻力产生涡旋，降低水和空气的阻力导波系统 昆虫靠漩涡在水上行走昆虫靠漩涡在水上行走昆虫靠漩涡在水上行走昆虫靠漩涡在水上行走实验表明，能在水面上行走的昆实验表明，能在水面上行走的昆虫是利用其多毛的长足，在水中虫是利用其多毛的长足，在水中制造出螺旋状的漩涡，借助漩涡制造出螺旋状的漩涡，借助漩涡的推动力，以每秒的推动力，以每秒6060英寸以上的英寸以上的速度向前行走。速度向前行走。昆虫在水面上行走的动力，主要昆虫在水面上行走的动力，主要来自于水表下形成的漩
13、涡。每秒来自于水表下形成的漩涡。每秒钟走自己身长的钟走自己身长的150-200150-200倍。倍。导波系统 图图 5 5-3-3流体中的涡旋流体中的涡旋 a.a.谐振窗高次模有利于传输谐振窗高次模有利于传输 b.b.喇叭高次模造成反射喇叭高次模造成反射 导波系统 图图 5 5-4-4不均性中高次模对于主模相当于不均性中高次模对于主模相当于jBjB。 涡旋，对于微波来说，就是高次模。从阻抗的概念上来说，涡旋，对于微波来说，就是高次模。从阻抗的概念上来说，如果电磁波非常通畅，阻抗匹配。所谓高次模，不是损耗，如果电磁波非常通畅，阻抗匹配。所谓高次模，不是损耗，而是反射；对于主模所有的电抗都是高次模
14、。而是反射；对于主模所有的电抗都是高次模。电抗就是高次模，如果只电抗就是高次模，如果只有有jBjB，一定会产生反射。，一定会产生反射。如何消除反射？如何消除反射？导波系统 导波系统 长长线线理理论论是是一一种种电电路路理理论论，基基本本参参量量是是电电压压和和电电流流，并并建建立立在在TEMTEM传传输输线线的的基基础础上上的的, , 因因此此电电压压和和电电流流有有明明确确的的物物理理意意义义, , 而且电压和电流只与纵向坐标而且电压和电流只与纵向坐标z z有关有关, , 与横截面无关。与横截面无关。而而实实际际的的非非TEMTEM传传输输线线如如金金属属波波导导等等, , 其其电电磁磁场场
15、E E与与H H不不仅仅与与z z有有关关, , 还还与与x x、 y y有有关关, , 这这时时电电压压和和电电流流的的意意义义十十分分不不明明确确, , 例例如如在在矩矩形形波波导导中中, ,电电压压值值取取决决于于横横截截面面上上两两点点的的选选择择, , 而而电电流流还还可可能能有有横横向向分分量量。因因此此有有必必要要引引入入等等效效电电压压和和电电流流的的概概念念, , 从从而而将将均均匀匀传传输输线线理理论论应应用用于于任任意意导导波波系系统统, , 这这就就是是等等效效传传输输线线理理论论，我我们们必必须须建建立立等等效效电电压压、电电流流和和阻阻抗抗的的概念。概念。 5.1
16、均匀波导系统与长线的等效 对对于于规规则则波波导导，讨讨论论的的主主要要问问题题是是电电磁磁波波在在波波导导横横截截面面上上分布规律和它沿波导纵向的传播特性。分布规律和它沿波导纵向的传播特性。我我们们从从功功率率入入手手，在在微微波波技技术术中中，功功率率不不仅仅有有明明确确的的物物理理意意义义，也可以直接测量的参数，所以通过功率引入等效参量比较自然。也可以直接测量的参数，所以通过功率引入等效参量比较自然。根据坡印廷矢量，均匀传输系统中传输的功率为：根据坡印廷矢量，均匀传输系统中传输的功率为：根据广义传输线定理根据广义传输线定理等效电压和等效电流等效电压和等效电流对于无耗传输线可表示为：对于无耗传输线可表示为：R=0R=0，G=0 G=0 这时方程写出这时方程写出 二次求导的结果二次求导的结果 (2-7)(2-7)(2-6)(2-6)等效电压和等效电流最后，求解的结果也作了类比最后，求解的结果也作了类比. .(2-8)(2-8)其中，特性阻抗其中，特性阻抗 均匀平面波中波阻抗均匀平面波中波阻抗等效电压和等效电流下面我们建立切向电场与电压之间的关系下面我们建立切向电场与电压之间的关系e(
