贺鹏飞 13665353960 光电学院 hpf_972@ytu.edu.cn 微波技术 重点复习 贺鹏飞 13665353960 光电学院 hpf_972@ytu.edu.cn

绪 论 微波频段：300MHz－3000GHz 微波波长：0.1mm—1m （分米波 ，厘米波，毫米波，亚毫米波） 微波的特点：似光性，穿透性，宽频带特性，热效应特性，散射特性， 抗低频干扰特性，视距传播特性，分布参数的不确定性，电磁兼容和电磁环境污染。 分析方法：场的分析方法， 路的分析方法。（微波网络）

第1章 均匀传输线理论 传输线的分类：双导体传输线，金属波导管，介质传输线。 分析方法: 场分析法，等效电路法。 均匀传输线方程：（单位长分布电阻、漏电导、电感和电容） z z+z z 传播常数

传输线的边界条件通常有以下三种 已知始端电压和始端电流Ui、Ii 已知终端电压和终端电流Ul、Il 已知信号源电动势Eg和内阻Zg以及负载阻抗Zl 。 传输线上任意点上的电压和电流都由二部分组 成，在任一点处电压或电流均由沿-z方向传播的 入射波和沿+z方向传播的反射波叠加而成。

传输线的工作特性参数 特性阻抗—传输线上行波的电压与电流的比值 对于均匀无耗传输线 传播常数 对于无耗传输线 ， ，此时 （ ） 对于无耗传输线 ， ，此时 （ ） 相速—传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度。 传输线上的波长

均匀无耗传输线三个重要的物理量 输入阻抗—传输线上任意一点处的输入电压和输入电流之比值。 反射系数—传输线上任意一点处的反射波电压（或电流） 与入射波电压（或电流）之比。 对无耗传输线 电压驻波比—传输线上电压最大值与电压最小值之比。

三个参量之间的关系 终端反射系数 当 时， ，它表明传输线上没有反射波，只存 在由电源向负载方向传播的行波—行波状态。 。 当终端开路 或短路 或接纯电抗负载 时，终端反射系数 ，此时表明入射到终端的电磁波 全部被反射回去—纯驻波状态。 。 而当终端负载为任意复数时，一部分入射波被负载吸收， 一部分被反射回去—行驻波状态。

传输线的三种工作状态 行波状态 沿线电压和电流振幅不变，驻波比等于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。 Z0 U I z

纯驻波状态 终端短路 U I z 终端短路 并联谐振 串联谐振

终端开路 U I z 终端短路 相当于此处开路 串联谐振 并联谐振

终端接纯电抗 Zin= ±j X

终端短路

行驻波状态

无耗传输线两个重要的特性 /4 阻抗变换性—无耗传输线上距离为/4的任意两点处输入阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方。 /2 重复性—无耗传输线上距离为/2的任意两点处，电压、电流的大小（绝对值）；输入阻抗；反射系数的值相等，具有/2 的周期性。

传输线的传输功率、效率和损耗 传输功率 传输线上任一点处的传输功率为 传输线总长为l，则始端传输功率和负载吸收功率分别为 传输效率—传输线终端负载吸收到的功率PL与始端的传输功率Pt (l)之比，即 当终端负载与传输线匹配时，此时传输效率最高，其值为 。 当终端短路或者开路时，此时传 输效率为0。

回波损耗和反射损耗 回波损耗—入射波功率与反射波功率之比 对于无耗线 若负载匹配，则Lr - ，表示无反射波功率。 反射损耗—信源匹配条件下，表征由负载不匹配引起的负载功率减 少程度。 回波损耗取决于反射信号本身的损耗，|l|越大，则|Lr|越小；反射损耗LR则表示反射信号引起的负载功率的减小， |l|越大，则| LR|也越大。

阻抗匹配： 负载阻抗匹配 Zl=Z0 信号源阻抗匹配 Zg=Z0 共轭阻抗匹配 Zin=Zg* 负载阻抗匹配—负载阻抗等于传输线的特性阻抗。此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 源阻抗匹配—电源的内阻等于传输线的特性阻抗。 对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。 共轭阻抗匹配—对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗等于电源内阻的共轭值时，负载得到最大功率值：

阻抗匹配的方法：/4阻抗变换器法；支节调配器法 /4阻抗变换器法—已知终端负载，在传输线的某个位置 l1（？）处插入一个长度为/4、阻抗为Z01 （？）的无耗传输线。

支节调配器法—由距离负载的某固定位置上（？）的串联或并联终端短路或开路的传输线（Z0 Y0同原传输线， 长度？）构成。 (a)串联单支节调配器 Z0 Zl 此处为第一波腹点 此处输入阻抗应等于特性阻抗 已知负载可求得反射系数l和驻波比

(b) 并联单支节调配器 Y0 此处为第一波节点 此处输入导纳应等于特性导纳

史密斯圆图及其应用 阻抗圆图 向电源 向负载 实轴右半边为电压波腹点又代表驻波比 实轴左半边为电压波节点又代表行波系数K 将反射系数圆图、归一化电阻圆图和归一化电抗圆图画在一起，为完整的阻抗圆图，也称为史密斯圆图。 向负载

结论：阻抗圆图上的重要点、线、面 上半圆电感性 下半圆电容性 图中任一点都可读出四个量： ， 已知其中两个量，就可以根据圆图求另外两个量。 r=1的电阻圆 开路点 短路点 匹配点 纯电阻线 纯电抗圆 x=-1电抗圆弧 x=+1电抗圆弧 上半圆电感性 下半圆电容性 图中任一点都可读出四个量： ， 已知其中两个量，就可以根据圆图求另外两个量。

阻抗圆图→导纳圆图上的重要点、线、面 上半圆电容性 下半圆电感性 b=+1电纳圆弧 g=1的电导圆 纯电导线 短路点 开路点 匹配点

同轴线的特性阻抗 特性阻抗 耐压最大时的特性阻抗为60 传输功率最大时的特性阻抗为30 衰减最小时的特性阻抗为76.7 实际使用的同轴线特性阻抗一般有50 和 75两种。 50的同轴线兼顾了耐压、功率容量和衰减的要求，是一种通用型同轴传输线；75的同轴线是衰减最小的同轴线，它主要用于远距离传输。

习 题 1.1 1.6 1.8 1.10 给定传输线系统，分析传输线的工作状态，计算 沿线电压、电流、反射系数、驻波比、输入阻抗。 习 题 1.1 1.6 1.8 1.10 给定传输线系统，分析传输线的工作状态，计算 沿线电压、电流、反射系数、驻波比、输入阻抗。 进行阻抗匹配的计算。 史密斯圆图的重要的点、线、面、圆，利用其进行分析计算。

第2章 规则金属波导 导波理论 场分析方法：先由矢量齐次亥姆霍兹方程结合边界条件分离变量求解纵向场分量，然后由麦克斯韦方程组求解横向场分量。 每一个解对应一个波型也称之为模式，不同的模式具有不同的传输特性。 kc2= k2 2， kc为截止波数。

波的传输特性—描述波导传输特性的主要参数有：相移常数、截止波数、相速、波导波长、群速、波阻抗及传输功率。 相移常数和截止波数 相速度与波导波长 对导行波来说k > kc，故 即在规则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 波阻抗—横向电场和横向磁场之比 传输功率

导 行 波 分 类

为什么规则金属波导内不能传输TEM波？

TEM波 kc=0 则齐次波动方程变为： 这正是拉普拉斯方程。这表明，导波系统中TEM波在横截面上的场分量满足拉普拉斯方程。因此其分布应该与静态场中相同边界条件下的场分布相同。正是由于这一点，我们断定凡能维持二维静态场的导波系统，都能传输TEM波。例如二线传输线、同轴线等。也即为了传输TEM波必须要有二个以上的多导体系统。     空心金属波导管为单导体金属管，由于其内部不能维持二维静态场，故不能传输TEM波。这是波导管中电磁波显著的特点之一。

矩形波导 矩形波导中的场 矩形波导的传输特性 TEmn 和 TMmn 互为简并模

标准波导BJ-32各模式截止波长图 单模传输区域 截止区 判断 b 和 a/2 的大小，决定单模工作区。

矩形波导主模—TE10 (a) TE10模场分布 矩形波导TE10模的场分布图

(b) TE10模的传输特性 1) 截止波长与相移常数 截止波长为 相移常数为 2) 波导波长与波阻抗 3) 相速与群速 4) 传输功率

矩形波导尺寸选择原则 波导带宽问题：保证在给定频率范围内的电磁波在波导中都能以单一的模传播，其它高次模都应截止。 波导功率容量问题：在传播所要求的功率时，波导不致于发生击穿。适当增加b可增加功率容量，故b应尽可能大一些。 波导的衰减问题：通过波导后的信号功率不要损失太大。增大b也可使衰减变小，故b应尽可能大一些。 综合上述因素，矩形波导的尺寸一般选为：

圆波导 圆波导中的场—场分析法，圆柱坐标下求解 圆波导的传输特性— TE模 TM模

简并模 三种典型模式的截止波长分别为 :TE11,TM01,TE01. 由于贝塞尔函数具有 的性质，所以一阶贝塞尔函数的根和零阶贝塞尔函数导数的根相等， 故 ，从而形成了TE0n模和TM1n模的简并。 ) ( 1 x J - = ¢ (a)E-H简并 (b) 极化简并 圆波导具有轴对称结构。对于m0的任意非圆对称模式,由于场沿方向存在sinm和cosm两种场分布，两者的截止波数相同传播特性相同，但极化面互相垂直，称之为极化简并。 在圆波导中除TE0n和TM0n 外的所有模式均存在极化简并。

波导的激励和耦合的方法—电激励，磁激励，电流激励 习 题 2.1 2.3 2.8 2.10 2.12 分析矩形波导主模的场分布特点。 给定矩形波导、圆波导尺寸、工作频率（波长），分析传输的模式，计算传输特性参量。

第3章 微波集成传输线 微波集成传输线

微带传输线—带状线，微带线，耦合微带线 带状线 特性阻抗 衰减常数—带状线的衰减主要由导体损耗和介质损耗引起。 相速和波导波长 同轴线带状线，传输TEM模 特性阻抗 常用等效电容法和保角变换法求解分布电容。 工程应用上，给出了一组比较实用的公式，这组公式分为导带厚度为零(S. B. Cohn 科恩)和导带厚度不为零(H. A. Wheeler惠勒) 两种情况。 衰减常数—带状线的衰减主要由导体损耗和介质损耗引起。 导体衰减可由增量电感法求解，可给出近似公式。 相速和波导波长

微带线 特性阻抗 引入有效介电常数 有效介电常数的取值就在1与 之间 工程上，用填充因子q来定义有效介电常数 平行双导体传输线微带线， h w 微带线 平行双导体传输线微带线， 当频率不很高时,传输准TEM模 特性阻抗 引入有效介电常数 有效介电常数的取值就在1与 之间 工程上，用填充因子q来定义有效介电常数 只要求得空气微带线的特性阻抗Z0a及有效介电常数e，就可求得介质微带线的特性阻抗。（经验近似公式）

各类传输线内传输的主模及其截止波长和单模传输条件列表如下： 传输线类型 主 模 截止波长c 单模传输条件 矩形波导 TE10模 2a a<<2a，>2b 圆波导 TE11模 3.41R 2.62R<<3.41R 同轴线 TEM模  >/2(D+d) 带状线 ， 微带线 准TEM模 对应于尺寸选择原则

耦合微带线 一般采用准TEM模的奇偶模法进行分析 对于对称耦合微带线，我们可以将激励分为奇模激励和偶模激励 偶模激励：将振幅相等、相位相同的电压Ue加在耦合线上，以形成偶对称的激励状态。 奇模激励：将振幅相等、相位相反的电压Uo和- Uo加在耦合线上，以形成奇对称的激励状态。 奇模激励U1=–U2=Uo 偶模激励U1=U2=Ue

偶模激励 奇模激励 偶模激励时电力线 偶模电容C0e=C(1–KC)= Ca。 奇模激励时电力线 磁壁 偶模激励时电力线 偶模电容C0e=C(1–KC)= Ca。 电壁 奇模激励 奇模激励时电力线 奇模电容C0o=C(1+KC)= Ca+2 Cab。

奇偶模有效介电常数与耦合系数 和 分别为空气耦合微带的奇偶模特性阻抗。 qo、qe分别为奇、偶模的填充因子。 和 分别为空气耦合微带的奇偶模特性阻抗。 当介质为空气时，KL= KC=K K称为耦合系数 是考虑到另一根耦合线存在条件下空气填充时单根微带线的特性阻抗。 是空气填充时孤立单线的特性阻抗。

介质波导 波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导(介质波导），前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。 场特征：介质波导边界内外都有电磁场存在，需要全空间求解，能量主要约束在介质波导的周围。 表面波特点：电磁场沿两个媒质分界面法线方向按指数衰减，一般来说，它是一种慢波，它沿波导结构传播的速度小于光速。 介质波导(dielectric waveguide)分为两大类:一类是开放式介质波导主要包括圆形介质波导和介质镜像线等，另一类是半开放介质波导主要包括H形波导、G形波导等。

1n是一阶贝塞尔函 数J1(x)的第n个根 单模光纤大多也工作在HE11模。 圆形介质波导 圆形介质波导不存在纯TEmn和TMmn模，但存在TE0n和TM0n模，一般情况下为混合模HEmn和EHmn模。 可见圆形介质波导的TE0n和TM0n模在截止时是简并的，它们的截止频率均为： 0n是零阶贝塞尔函数J0(x)的第n个根。 1） m=0 1n是一阶贝塞尔函 数J1(x)的第n个根 2） m=1 HE11模是圆形介质波导传输的主模，而第一个高次模为TE01或TM01模。 单模光纤大多也工作在HE11模。

为避免高次模的出现(cTM01)，单模光纤的直径D必须满足以下条件： 光 纤 分类 按组成材料可分为石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层玻璃芯光纤和全塑料光纤。其中，石英玻璃光纤损耗最小，最适合长距离、大容量通信。 按折射率分布形状可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。 按传输模式可分为多模光纤和单模光纤。 为避免高次模的出现(cTM01)，单模光纤的直径D必须满足以下条件： 单模光纤在1.3µm和1.55µm波长附近损耗较低，且带宽较宽， 适合用于远距离光纤通信。 （1300nm 和 1550nm） 习 题： 3.6 3.8 3.12 实际工程应用中，分析设计微带线 、带状线 、耦合微带线。

第4章 微波网络基础 微波网络: 是在分析场分布的基础上，用路的分析方法将微波元件等效为电抗或电阻等集中元件网络，将实际的导波传输系统等效为传输线，从而将实际的微波系统简化为微波网络。 网络分析: 借助于“路”的分析法,通过分析网络(微波元件)的外部特性，给出系统的一般传输特性。如功率传递，阻抗匹配等，而且网络分析的结果可以通过实际测量的方法来验证。 网络综合：根据微波元件的工作特性综合出要求的微波网络，从而用一定的微波结构实现它。

等效传输线 引入等效电压和电流的概念，将均匀传输线理论应用于任意导波系统。 规定(1): 电压U(z)和电流I(z)分别与Et和Ht成正比； 规定(3): 电压和电流之比应等于对应的等效特性阻抗值； 、 是二维实函数，代表了横向场的模式横向分布函数；Uk(z)、Ik(z)都是一维标量函数，模式等效电压和模式等效电流。 Zek为该模式等效特性阻抗，Zw 为波阻抗。

矩形波导TE10模的等效电压、等效电流 每一个模式可用一独立的等效传输线来表示。这样可把传输n个模式的导波系统等效为n个独立的模式等效传输线，每根传输线只传输一个模式，其特性阻抗及传播常数各不相同。 由不均匀性引起的高次模，通常不能在传输系统中传播，而是其振幅按指数规律衰减。因此高次模的场只存在于不均匀区域附近，它们是局部场。通常把参考面选在离不均匀较远的地方，从而将不均匀性问题化为等效网络来处理。 不均匀性 T1 T2 Ze 微波 网络

微波技术： 麦克斯韦方程法 微波网络方法 低频电路： 基尔霍夫方程法 低频网络方法 微波网络理论低频网络理论的区别： （1）不同模式有不同的等效网络结构和参量。 （2）对于波导，电压和电流是一个等效概念，不是单值。 （3）需要确定网络的参考面。 （4）微波中的网络及其参量只对一定频段适用。

单口网络 当一段规则传输线端接其它微波元件时，则在连接的端面引起不连续性，产生反射。若将参考面T选在离不连续面较远的地方，则在参考面T左侧的传输线上只存在主模的入射波和反射波，可用等效传输线来表示，而把参考面T以右部分作为一个微波网络，把传输线作为该网络的输入端面，这样构成了单口网络。 归一化

双口网络 任意具有两个端口的微波元件均可视之为双口网络。 T1 T2 描述双口网络的五个矩阵： 不均匀性 T1 T2 双 口网 络 I1 I2 U1 U2 Ze1 Ze2 T1 T2 描述双口网络的五个矩阵： 描述端口面电压、电流（U1 I1，U2 I2 ）关系的阻抗矩阵，导纳矩阵，转移矩阵。(归一化后 u1 i1，u2 i2） 描述端口入射波和反射波归一化的电压、电流（a1 b1, a2 b2) 关系的散射矩阵，传输矩阵。

[Z]矩阵中的各个阻抗参数必须使用开路法测量，故也称为开路阻抗参数。 取I1、I2为自变量，U1、U2为因变量，对线性网络有： 互易网络 对称网络 无耗网络 [Z]矩阵中的各个阻抗参数必须使用开路法测量，故也称为开路阻抗参数。 适合于微波网络的串联

导纳矩阵 Y 互易网络 对称网络 无耗网络 取U1、U2 为自变量， I1、I2为因变量，对线性网络有： 适合于微波网络的并联

转移矩阵 A 用端口2的电压U2电流–I2作为自变量，而端口1的电压U1和电流I1作为因变量，则可得如下线性方程组： 互易网络 对称网络 无耗网络 适合于微波网络的级联

已知终端负载阻抗Zl 与[A]矩阵，求 Zin ？ 参考面T2处电压U2和电流–I2之间关系为 而参考面T1处的输入阻抗为：

对于线性网络，归一化入射波和归一化反射波之间是线性关系，故有线性方程： 散射矩阵S 对于线性网络，归一化入射波和归一化反射波之间是线性关系，故有线性方程： 已知a1 a2,求 b1 b2. 表示端口2接匹配负载时，端口1的反射系数 表示端口1接匹配负载时，端口2的反射系数 表示端口1接匹配负载时，端口2到端口1的反向传输系数 表示端口2接匹配负载时，端口1到端口2的正向传输系数 结论： [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。

散射参数与损耗的关系？ S22=2 回波损耗？ 插入损耗？ S11=1

T11其中表示参考面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. [S]矩阵的性质 互易网络 对称网络 无耗网络 当用a1、b1作为输入量，a2、b2作为输出量，此时有以下线性方程： 传输矩阵T T11其中表示参考面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. 互易网络 对称网络 无耗网络 适合于微波网络的级联

网络端口参考面上无反射波，对于该端口必有 匹 配 端口接负载匹配： 网络某端口外接均匀传输线是匹配状态的，对于该端口必有 散射矩阵[S]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。 端口匹配： 网络端口参考面上无反射波，对于该端口必有 网络第i口匹配，指的是其他各口均接匹配负载时，该口的反射系数为零，即 Sii =0。 网络完全匹配，是指所有端口都达到匹配，即 Sjj = 0 （j= 1，2，3… N ) 存在完全匹配的 线性无耗互易 二口网络，四口网络； 不存在完全匹配的 线性无耗互易 三口网络。

基本电路单元的参量矩阵（常用的双端口网络）（书上有错误！） 名称 电路图 [A]矩阵 [S]矩阵 备注 串联阻抗 并联导纳 理想变压器 短截线 Z0 Z0 Z0 Z0 Y0 Y0 Y0 Y0 l Z0 l Z0 l Z0 l Z0

元件级联时，先考虑A T矩阵，然后转换！ [S]与[a]的转换 要求输入端无反射， [a][s] , S11=0，可求解 Z Y的关系？

习 题 ：4.2 4.5 4.6 4.7 4.8 推导基本微波双口网络的 Z Y A S T矩阵！ 给定级联电路，通过矩阵求解匹配条件？ a2=b2l ，代入散射矩阵表达式，有 于是输入端参考面T1处的反射系数为： 现在 a2不等于0. 习 题 ：4.2 4.5 4.6 4.7 4.8 推导基本微波双口网络的 Z Y A S T矩阵！ 给定级联电路，通过矩阵求解匹配条件？

第5章 微波元器件 在微波系统中，实现对微波信号的产生、放大、变频、匹配、 分配、滤波等功能的部件，统称为微波元器件。 微波元器件按其变换性质可分为三大类: 线性互易元器件：只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性并满足互易定理，主要包括：各种微波连接匹配元件、功率分配元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等； 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，但仍工作在线性区域，主要包括：隔离器、环行器等； 非线性器件：能引起频率的改变，从而实现放大、调制、变频等，主要包括微波电子管、微波晶体管、微波固态谐振器、微波场效应管及微波电真空器件等。

连接匹配元件 微波连接匹配元件包括三大类: 终端负载元件是连接在传输系统终端实现终端短路、匹配或标准失配等功能的元件； 微波连接元件是将作用不同的两个微波系统按一定要求连接起来，主要包括：波导接头、衰减器、相移器及转换接头等； 阻抗匹配元器件是用于调整传输系统与终端之间阻抗匹配的器件，主要包括螺钉调配器、多阶梯阻抗变换器及渐变型变换器等。

终端负载元件：短路负载（短路活塞），匹配负载(吸收片），失配负载。 微波连接元件：波导接头（法兰盘），衰减和相移元件，转换接头。 阻抗匹配元件：螺钉调配器，多阶梯阻抗变换器，渐变型阻抗变换器。

功率分配元件 在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率分配问题。 实现上述功能的元件称为功率分配元器件，主要包括：定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。 这些元器件一般都是线性多端口互易器件，因此可用微波网络理论进行分析。

定向耦合器 耦 合装 置 P4 P3 定向耦合器的性能指标：耦合度，隔离度，定向度， 输入驻波比，工作带宽。 ①②是一条传输系统，称为主线 输入端 1 4 2 3 P1 P2 P3 P4 耦 合装 置 直通端 耦合端 隔离端 ①②是一条传输系统，称为主线 ③④为一条传输系统，称为副线 定向耦合器的性能指标：耦合度，隔离度，定向度， 输入驻波比，工作带宽。

1)耦合度C—输入端①的输入功率P1与耦合端③的输出功率 2)隔离度I—输入端①的输入功率P1和隔离端④的输出功率 P4之比 3)定向度D—将耦合端③的输出功率P3与隔离端④的输出功率 P4之比 4)输入驻波比—端口②③④都外接匹配负载时的输入端口①的 驻波比 5)工作带宽—指定向耦合器的上述等参数C、I、D、均满足 要求时的工作频率范围。

主、副波导通过其公共窄壁上两个相距d=(2n+1)g0/4的小孔实现耦合 波导双孔定向耦合器 主、副波导通过其公共窄壁上两个相距d=(2n+1)g0/4的小孔实现耦合 一般取n=0。 d 2 3 d 1 4 端口③ 端口④ 耦合度 定向度 d=/2, 此时D。

双分支定向耦合器 波程理论，分析端口输出特性 假设输入电压信号从端口①经A点输入，则到达D点的信号有二路， 一路是由分支线直达，其波行程为g/4， 另一路由ABCD， 波行程为3g/4 ，故两条路径到达的波行程差为g/2，相应的相位差为，即相位相反，因此若选择合适的特性阻抗，使到达的两路信号的振幅相等，则端口④处的两路信号相互抵消，从而实现隔离。 同样由AC的两路信号为同相信号，故在端口③有耦合输出信号，即端口③为耦合端。耦合端输出信号的大小同样取决于各线的特性阻抗。

端口①为输入口，端口②为直通口，端口③为耦合口，端口④为隔离口。 反向定向耦合器 平行耦合微带定向耦合器 耦合输出端与主输入端在同一侧面 端口①为输入口，端口②为直通口，端口③为耦合口，端口④为隔离口。 设各端口均接阻抗为Z0的负载，根据奇偶模分析，可等效为下图。

大功率往往采用同轴线而中小功率常采用微带线。 功率分配器 大功率往往采用同轴线而中小功率常采用微带线。 1) 两路微带功率分配器 Z0 1 2 +U2 +U3 R2 R3 3 g/4 Z02 Z03 功率分配器的基本要求如下 : a) 端口①无反射； b)端口②③输出电压相等且同相； c)端口②③输出功率比值为任意指定值，设为1/k2

设R2=kZ0，于是由上两式可得其他参数： R2=kZ0 g/4

2）微带环形电桥 　　微带环形电桥是由全长为3g/2的环及与它相连的四个分支组成，分支与环的关系为并联关系。 隔离端无输出 等幅同相输出 输入端 利用波程理论分析 端口2 3 4 的输出特性？

波导分支器： E面T型分支， H面T型分支，匹配双T或魔T。 将微波能量从主波导中分路接出的元件称为波导分支器。 1) E面T型分支 E―T分支相当于分支波导与主波导串联 结构 等效电路 当微波信号从端口③输入时，平均地分给端口①②，但两端口是等幅反相的；当信号从端口①②反相激励时，则在端口③合成输出最大；而当同相激励端口①②时，端口③将无输出。 由传输特性，分析推导波导分支器的散射矩阵！

H―T分支相当于分支波导与主波导并联 2) H面T型分支 当微波信号从端口③输入时，平均地分给端口①②，这两端口得到是等幅同相的波；当在端口①②同相激励时，则在端口③合成输出最大，而当反相激励时端口③将无输出。H―T分支的散射矩阵为：

3)匹配双T或魔T 将E―T分支和H―T分支合并，并在接头内加匹配以消除各路的反射，则构成匹配双T ，也称为魔T 。它有以下特征： (1) 四个端口完全匹配； (2) 端口①②对称，即有S11= S22 ； (3)当端口③输入，端口①②有等幅同相波输出，端口④隔离； (4)当端口④输入，端口①②有等幅反相波输出，端口③隔离； (5)当端口①或②输入时，端口③④等分输出而对应端口②或①隔离； (6)当端口①②同时加入信号，端口③输出两信号相量和的1/2倍，端 口④输出两信号差的1/2倍。 H臂或和臂

根据以上分析，魔T各散射参数有以下关系： 网络是无耗的，则有： 经推导可得魔T的S矩阵为 魔T具有对口隔离，邻口3dB耦合及完全匹配的关系，因此它在微波领域获得了广泛应用，尤其用在雷达收发开关、混频器及移相器等场合。

微波谐振器件 微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传输线谐振器两大类。传输线型谐振器是由一段两端短路或开路的微波导行系统构成的。 作用：振荡器中作为振荡回路用以控制振荡器的频率；在放大器中用作谐振回路；在带通或带阻滤波器中作为选频元件。 谐振腔 ， 减小L和C，谐振频率 增大

Q00/ ，由于仅为几微米，对厘米波段,Q0值将在 量级。 微波谐振器件的基本参量 (1)谐振频率f0 谐振频率由振荡模式、腔体尺寸以及腔中填充介质(,)所确定，而且在谐振器尺寸一定的情况下，与振荡模式相对应有无穷多个谐振频率。 (2)品质因数 W为谐振器中的储能，WT为一个周期内谐振器损耗的能量，Pl为谐振器的损耗功率。 式中， 为导体内壁趋肤深度。因此只要求得谐振器内场分布，即可求得品质因数。 Q00/ ，由于仅为几微米，对厘米波段,Q0值将在 量级。 未考虑外接激励与耦合的情况，因此称之为无载品质因数或固有品质因数

(3)等效电导 矩形空腔谐振器 所以有 (1)谐振频率 对TE101模， （2）品质因数 等效电导G0是表征谐振器功率损耗特性的参量。 等效电导具有多值性，与所选择的点c,d有关。 矩形空腔谐振器 所以有 (1)谐振频率 对TE101模， （2）品质因数 由TE101模的场表达式可得储能： 导体损耗功率为： 于是品质因数为

微带谐振器：微带线谐振器的品质因数主要取决于导体损耗。 微带谐振器的损耗主要是由导体损耗、介质损耗和辐射损耗，于是总的品质因数为： 有载品质因数： 耦合系数来表征外接电路和谐振器相互影响的程度， 越大，耦合越紧，有载品质因数越小；反之越小，耦合越松，有载品质因数越接近无载品质因数。

微波铁氧体器件—非互易性的器件 隔离器 一类器件具有单向通行、反向隔离的功能，称为隔离器。另一类非互易器件是环行器，它具有单向循环流通功能。 特性： 1）微波铁氧体(ferrite)的电阻率很高，比铁的电阻率大1012~1016倍，当微波频率的电磁波通过铁氧体时，导电损耗是很小的。 2）它是一种非线性各向异性磁性物质，它的磁导率随外加磁场而变， 即具有非线性；再加上恒定磁场以后，它在各方向上对微波磁场的磁导率是不同的，就是说各向异性的。由于这种各向异性，当电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体时，便呈现一种非互易性。 隔离器

第10章 微波应用系统 雷达探测原理 　　雷达利用从目标反射或散射回来的电磁波中提取相关信息，从而实现测距、测向、测速及目标识别与重建等。 1 测距 设雷达与目标之间的距离为s，由发射机经天线发射的雷达脉冲，经目标反射后回到雷达，共走了2s的距离，若能测得发射脉冲与回波脉冲之间时间间隔t，则目标距雷达的距离为：s=0.5c t 传统雷达是利用尖锐的天线波束瞄准目标，从而来确定目标的方位。天线波束越尖锐，则测向就越精确。为了实现窄波束全方位搜索，传统的雷达系统必须使天线波束按一定规律在要搜索的空间进行扫描以捕获目标，当发现目标时，停止扫描，微微转动天线，使接收信号最强时，天线所指的方向就是目标所在方向。 2 测向

3 测速 由振荡源发射的电磁波以不变的光速传播时，如果接收者相对振荡源是不动的，那么它收到的信号频率与振荡源产生的相同；如果振荡源与接收者之间有相对接近运动，则接收者收到的信号频率比它不动时频率要高，当两者相反方向运动时接收到的频率会下降，这就是多卜勒效应。当飞行目标向雷达靠近运动时，接收到的频率f与雷达振荡源发出的频率f0的频差为：fd= f– f0= 2f0vr /c fd称为多卜勒频率，vr为飞行目标相对雷达的运动速度。 可见，只要测得飞行目标的多卜勒频率就可利用上式求得飞行目标的速度。

4 目标识别原理 几种典型雷达系统：单脉冲雷达，相控阵雷达，合成孔径 雷达（SAR）。 微波中继转接方式：基带转接，中频转接，微波转接。 所谓的目标识别就是利用雷达接收到的飞行目标的散射信号，从中提取特征信息并进行分析处理，从而分辨出飞行目标的类别和姿态。目标识别的关键是目标特征信息的提取，这涉及到对目标的编码、特征选择与提取、自动匹配算法的研制等过程。 现代许多雷达系统正是根据上述原理不仅能探测飞行目标的距离、方位及速度，而且能分辨目标的类别和姿态，以便采取恰当的进攻或防御策略。 几种典型雷达系统：单脉冲雷达，相控阵雷达，合成孔径 雷达（SAR）。 微波中继转接方式：基带转接，中频转接，微波转接。

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