天线的垂直波瓣宽度和水平波瓣宽度怎么理解？ - 问通信专家
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天线的垂直波瓣宽度和水平波瓣宽度怎么理解？
这两种波瓣宽带的大小对天线的覆盖有什么影响？？？？
提问者: &提问时间: &
• 求问天线底下的这两个东西是什么，电调吗？
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其他答案&(7)
天线打出的波形是一个空间结构 打到地面的截面形状 可以勉强认为是个椭圆形 椭圆上下两个顶点距离由垂直波半宽度决定 左右两个顶点的距离由水平波半宽度决定 有错误的话请明白人指正 谢谢
&&&&专家指数：2&&&&
我想也是这样，垂直波瓣辐射到地面上像个蝴蝶，但是垂直波瓣为60度时，与覆盖距离、增益是什么关系，有点搞不清楚。
天线就向电筒一样.左右覆盖角度就是水平方向.上下覆盖角度就是垂直角度.它是功率损耗3DB的角度
&&&&专家指数：4&&&&
波瓣宽度是以半功率角来衡量的
&&&&专家指数：5&&&&
l半功率波束宽度－半功率角(HPBW)
è相对于最大辐射方向功率下降一半(3dB)的两点间波束宽度。
è垂直面半功率波束，水平面半功率波束
è通常我们所说的65度、90度、120度天线，即是指该天线的水平面半功率波束宽度为65度、90度、120度
&&&&专家指数：216&&&&
水平波瓣可以表征水平覆盖距离及宽度垂直波瓣则表征垂直距离及宽度
&&&&专家指数：734&&&&
水平波瓣角是指天线发射信号的水平夹角大小，角度大在水平方向覆盖范围就大
垂直波瓣角是指天线发射信号的垂直夹角大小，角度越大在垂直方向上的覆盖范围就大
&&&&专家指数：16&&&&
要是整个图出来看看，那就相当的明确。
波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。&半功率点是天线传播方向上相对于信源功率有3dB衰耗的点，把这些点在水平方向上连起来就可以画出一个水平方向上的天线方向图，在垂直方向上把这些点连起来就是垂直方向图。以信源为中心，向方向图做两条切线，其夹角就是半功率角。波瓣宽度就是半功率角。&&
&&&&专家指数：176&&&&
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星载SAR中的天线距离波瓣设计
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[微波技术与天线]微波技术与天线课件4
篇一 : 微波技术与天线课件4第四章 常用线天线第四章 常用线天线4.1 地面对天线性能的影响 以上是假设天线位于自由空间，实际上， 以上是假设天线位于自由空间，实际上，天 线都是架设在地面 或附近有其他物体。 架设在地面， 线都是架设在地面，或附近有其他物体。 天线周围的物体，特别是附近的金属导体， 天线周围的物体，特别是附近的金属导体， 对天线性能有很大影响。 对天线性能有很大影响。第四章 常用线天线 产生影响的原因对天线产生 两方面影响第四章 常用线天线4.1.1 理想导电平面对天线性能的影响 1、思想：将地面看做无限大理想导体 、思想：将地面看做无限大理想导体——天线 天线 电磁场用镜像法求解。 电磁场用镜像法求解。 2、镜像法 在对称位置， 、镜像法——在对称位置，用与真实天线类型 在对称位置 和尺寸完全相同的所谓镜像天线来代替地面对该 和尺寸完全相同的所谓镜像天线来代替地面对该 天线的影响。 天线的影响。 此时，镜像天线上电流分布满足： 此时，镜像天线上电流分布满足： 振幅分布规律与真实天线相同 （1）电流振幅分布规律与真实天线相同。 ）电流振幅分布规律与真实天线相同。 （2）相位应根据镜面表面合成场的切向分量为 ）相位应根据镜面表面合成场的切向分量为 应根据镜面表面 这一条件来确定。 零这一条件来确定。第四章 常用线天线3、用镜像法分析理想导体上的电基本振子 、①垂直电基本振子电流等幅同相③倾斜电基本振子 ②水平电基本振子电流等幅反向第四章 常用线天线 镜像原则：正电荷的镜像为位于导电平面下对称位置 镜像原则：正电荷的镜像为位于导电平面下对称位置 处的负电荷 负电荷。 处的负电荷。负电荷的镜像为位于导电平面下对称位 置处的正电荷。 置处的正电荷。 （1）垂直电基本振子：镜像电流与原电流方向一致， ）垂直电基本振子：镜像电流与原电流方向一致， 称镜像为正镜像 正镜像。 称镜像为正镜像。 （2）水平电基本振子：镜像电流与原电流方向相反， ）水平电基本振子：镜像电流与原电流方向相反， 称镜像为负镜像 负镜像。 称镜像为负镜像。 （3）倾斜电基本振子：分解成水平和垂直两分量处理。 ）倾斜电基本振子：分解成水平和垂直两分量处理。 注意： 注意： （1）水平放置的天线镜像一定为负，但垂直放置时镜 ）水平放置的天线镜像一定为负， 像不一定总为正，和天线具体类型有关。 像不一定总为正，和天线具体类型有关。 （2）镜像电流相位与原电流相比，取同相为正，取反 ）镜像电流相位与原电流相比，取同相为正， 向为负。 向为负。第四章 常用线天线结论：水平放置的都是负像，而垂直放置的可以是正像， 结论：水平放置的都是负像，而垂直放置的可以是正像， 也可以是负像。 也可以是负像。第四章 常用线天线 4、场求解方法： 、场求解方法： 找出镜像天线后，取消地面理想导体， 找出镜像天线后，取消地面理想导体，只用天线和 镜像天线构成的二元天线阵来求观察点的场强。 二元天线阵来求观察点的场强 镜像天线构成的二元天线阵来求观察点的场强。 注意：仅对地面上半空间有效。 注意：仅对地面上半空间有效。 工程上，地面天线的角坐标常用仰角 表示。如图： 仰角△ 工程上，地面天线的角坐标常用仰角△表示。如图： M?H为天线中心与地面的距离 为天线中心与地面的距离 ?△为观察方向与地平面的仰 △ 角第四章 常用线天线 （1）真实天线与镜像天线构成的二元阵的归一化阵因 ）真实天线与镜像天线构成的二元阵的归一化阵因 子为：（2）架设高度对阵方向图的影响 ） 架设高度不同 对阵方向图的影响类同于间距 高度不同， 间距2H改 架设高度不同，对阵方向图的影响类同于间距 改 对二元阵阵方向图的影响。 增加 波瓣数目增加， 增加， 变对二元阵阵方向图的影响。H增加，波瓣数目增加，第四章 常用线天线 4.1.2 实际地面对天线性能的影响 地面对天线性能影响实例： 地面对天线性能影响实例：【例1】 】D第四章 常用线天线 面方向图： （1）H面方向图： ） 面方向图 等效为C和 等效为 和C’ A、B二元阵 面方向图： 二元阵H面方向图 、 二元阵 面方向图：A’ B’二元阵 面方向图和 、B二元阵 面方向图一样。 二元阵H面方向图和 二元阵H面方向图一样 二元阵 面方向图和A、 二元阵 面方向图一样。第四章 常用线天线 因此， 用位于AB中点的天线 代替， 因此，把A、B用位于 中点的天线 代替，将A’、B’ 、 用位于 中点的天线C代替 、 用位于A’ 中点的天线 代替。 中点的天线C’代替 用位于 B’中点的天线 代替。 天线C和 的方向性函数相同 的方向性函数相同： 天线 和C’的方向性函数相同：等效的天线C和 组成新的二元阵 等效的天线 和C’组成新的二元阵 天线C和 组成新的二元阵 其参考相位点在C 的 组成新的二元阵， 天线 和C’组成新的二元阵，其参考相位点在 C’的 中点D。 构成的二元阵的阵因子， 中点 。令F2C为C和C’构成的二元阵的阵因子，那么总 和 构成的二元阵的阵因子 的方向性函数为： 的方向性函数为：第四章 常用线天线第四章 常用线天线4．1 水平对称振子1、水平对称振子特点 、 水平对称阵子又称双极天线。 水平对称阵子又称双极天线。 双极天线 水平振子天线经常应用于短波通信、 电视或其它无 水平振子天线经常应用于短波通信、 线电系统中, 这主要是因为: 线电系统中 这主要是因为 水平振子天线的架设和馈电方便 架设和馈电方便; ① 水平振子天线的架设和馈电方便 地面电导率的变化对水平振子天线的影响 电导率的变化对水平振子天线的 ② 地面电导率的变化对水平振子天线的影响 比直立天线小; 比直立天线小 工业干扰大多是垂直极化波, ③ 工业干扰大多是垂直极化波 因此用水平振 子天线可减小干扰对接收的影响 减小干扰对接收的影响。 子天线可减小干扰对接收的影响。第四章 常用线天线 振子双臂支柱图4.1 架设在地面上方的水平振子天线（1）振子的双臂可用单根黄铜线、铜包钢线或多股软 ）振子的双臂可用单根黄铜线、 铜线做成。 铜线做成。 一般为10-20m，特性阻抗约为 欧姆。 （2）臂长 一般为 ）臂长l一般为 ，特性阻抗约为1000欧姆。 欧姆 （3）为了避免在拉线上感应起较大的电流，拉线用高 ）为了避免在拉线上感应起较大的电流， 频绝缘子分段。 频绝缘子分段。 欧姆的平行双线。 （4）馈线多采用特性阻抗为 ）馈线多采用特性阻抗为600欧姆的平行双线。 欧姆的平行双线第四章 常用线天线第四章 常用线天线 2、方向图： 方向图： 方向图研究地面上架高H的水平对称振子的方向性时， 研究地面上架高 的水平对称振子的方向性时， 的水平对称振子的方向性时 考虑地面的影响。此时可以采用镜像法， 要考虑地面的影响。此时可以采用镜像法，从而 变成研究二元阵天线系统。 变成研究二元阵天线系统。 对于地面上架设的天线，我们主要研究的平面。 对于地面上架设的天线，我们主要研究的平面。 ?垂直平面 （ 垂直平面xoz（ 垂直平面 ?垂直平面 （ 垂直平面yoz（ 垂直平面 ） )第四章 常用线天线水平对称振子图4-2 水平对称振子的辐射场第四章 常用线天线 如图所示： 如图所示对称振子的方向性函数 根据方向图乘法原理，方向图为： 根据方向图乘法原理，方向图为：第四章 常用线天线 因此整理得： 因此整理得：在垂直平面内（ ） 在垂直平面内（xoz）内在yoz平面内 平面内在给定仰角的平面内第四章 常用线天线 结论： 结论： （1）在垂直平面 内： ）在垂直平面xoz内 元函数与△无关，大地阵因子与△ 都有关。 元函数与△无关，大地阵因子与△和H都有关。 都有关 因此可以通过改变架设高度来控制垂直平面内的方向图。 因此可以通过改变架设高度来控制垂直平面内的方向图。 （2）当辐射方向沿地面时， △=0，因此阵因子： ）当辐射方向沿地面时， ，因此阵因子： 因此可得结论： 因此可得结论：无论架设高度 面方向辐射为零。 面方向辐射为零。 （3） ） 怎样变化， 怎样变化，沿地第四章 常用线天线的增加， （4）随着架设高度 的增加，波瓣数目增加，最靠 ）随着架设高度H的增加 波瓣数目增加， 近地面（ 近地面（△=0度）的波瓣的最大辐射方向仰角 m1减 度 的波瓣的最大辐射方向仰角? 这时天波通讯的距离增加。天波通讯时， 小，这时天波通讯的距离增加。天波通讯时，应使 等于最大辐射仰角? 天波通讯所需仰角?0等于最大辐射仰角 m1 。? m ,1 = arcsin( λ / 4 H )天线架设高度： 天线架设高度： H = λ / 4 sin( ? 0 ) （ 5） 在高度一定 ， 仰角为常数的平面内 ， 方向图 ） 在高度一定， 仰角为常数的平面内， 与自由空间对称振子在该平面的方向图相同。 与自由空间对称振子在该平面的方向图相同 。 当 l/ λ&0.625时，在垂直方向的辐射最强。当l/ λ&0.25， 时 在垂直方向的辐射最强。 ， 度时， 且?&60度时，方向图几乎为一个圆。 度时 方向图几乎为一个圆。时成立， （注：以上结论仅在H&0.2 λ时成立，因为没有考虑地表波） 以上结论仅在 时成立 因为没有考虑地表波）第四章 常用线天线 如图：随着△的增加，瓣变大， 度时， 如图：随着△的增加，瓣变大，当△&60度时，近似为 度时 全方向图。 全方向图。第四章 常用线天线辐射性增强第四章 常用线天线方向性系数fm考虑地面影响后，归算于波腹电流的方向性函 考虑地面影响后，数最大值。 是辐射电阻值。 数最大值。R∑m是辐射电阻值。 当把地面看作理想导电平面时， 当把地面看作理想导电平面时，忽略地面对辐射 阻抗的影响，方向性系数为自由空间的4倍 阻抗的影响，方向性系数为自由空间的 倍，实际 地面的情况下，方向性系数为自由空间的2.9－ 地面的情况下，方向性系数为自由空间的 －3.6 倍。第四章 常用线天线输入阻抗 利用镜像法求输入阻抗，实际地面的情况， 利用镜像法求输入阻抗，实际地面的情况， 通常采用实际测试的方法测量输入阻抗 尺寸选择 水平对称振子的结构尺寸包括： 水平对称振子的结构尺寸包括： 振子长度l; ①振子长度 振子直径d ②振子直径 架设高度H。 ③架设高度 。第四章 常用线天线? 振子长度 的选择： 振子长度l的选择 的选择：① 为了使天线在工作频段内保证在垂直振子轴平面（）内具有最强辐射，则必须使： 内具有最强辐射，则必须使：② 为了保证馈线上的行波系数不过低 ， l不易太短 ， 为了保证馈线上的行波系数不过低， 不易太短 不易太短，一般应使： 一般应使：因此，最终臂长 的选择范围 的选择范围： 因此，最终臂长l的选择范围：第四章 常用线天线? 架设高度 的选择： 架设高度 的选择： 高度H的选择 选择原则： 选择原则：在工作频段内保证通信仰角△方向上有足够强的辐射。 有足够强的辐射。以内： ①若通信在300km以内： 若通信在 以内 但不宜太低，否则地表波辐射增大，天波辐射能 但不宜太低，否则地表波辐射增大， 量减小，天线效率降低，因此， 量减小，天线效率降低，因此，通常架高不低于 7-8m。 。 若通信距离很远时，根据式： ②若通信距离很远时，根据式： 架设高度。 架设高度。 ?振子直径的选择：为了增加工作带宽，可以增加 振子直径的选择 振子直径的选择：为了增加工作带宽， 振子的等效直径， 振子的等效直径，第四章 常用线天线4.2 直立振子直立振子结构：两种结构——单级底馈天线和直立对 称振子。 分析方法：镜像法第四章 常用线天线第四章 常用线天线 单极底馈天线结构形式：铁塔形，桅杆形和鞭形 鞭天线的辐射鞭天线的特性参数（与等效双极天线比较） ? 方向图和波瓣参数相同（上半空间），极化特性和带 宽相同 ? 输入阻抗为双极天线的一半 ? 辐射阻抗是等效双极天线的一半 ? 方向性系数为等效双极天线的2倍第四章 常用线天线 ? 当天线高度较小时，方向图为半个8字形，随着h增加 辐射向地面方向集中，为了避免衰落现象，要消除高仰 角副瓣，最佳h=0.53λ 直立天线的存在的问题及其改进 垂直天线一般工作于长、中、短波波段，波长较 长，由于架设困难等因素，垂直天线不可能做得很高， 由此产生一系列问题 A、辐射电阻太小－&天线输入电流很大；天线的输入阻 抗呈现很大的容抗，输入电压很高，容易产生过压，从 而限制功率容量 B、天线输入电阻很小而电抗很大，天线的Q值高，天线 的通频带很窄第四章 常用线天线第四章 常用线天线 C、 天线的辐射电阻很小，其损耗电阻相对较大，效率 低。 D、在中波广播波段，在夜间的一定区域内，由于表面 波和电离层空间波的干涉而产生衰落现象。 解决措施：加顶负载、铺设地网 1、加顶负载：相对于在天线的顶端加上一个电容负载。 从等效高度的角度说相对于增加了等效高度；从输入阻 抗的角度说相当于降低了天线的输入电抗。 总之：加顶后，辐射电阻、效率增加而缓解了过 压问题，提高了功率容量，增加了带宽。 另：短波鞭天线常在天线中部接入电感，其效果 与天线顶部的电容加载相同。第四章 常用线天线 铺设地网：降低地电流损耗。 λRdA = A 4h抗衰落：抑制高仰角方向的辐射。第四章 常用线天线第四章 常用线天线4.3 引向天线结构对称振子的特点：结构简单牢固，馈电方便，易于制 作，成本低，风载小，方向性强，但带宽较窄第四章 常用线天线 寄生振子用作反射器或引向器 ? 有源振子和无源振子构成的二元阵 等效阻抗方程?U1 = Z11 I1 + Z12 I 2 ? ? 0 = Z 21 I1 + Z 22 I 2I2 Z12 jξ = me = ? I1 Z 22 m= R12 + X 12 X 12 X 22 ξ = π + arctg ? arctg 2 2 R12 R22 R22 + X 222 2所以：无源振子上的感应电流的幅度与相位取决于无源 振子本身的自阻抗和与有源振子的互阻抗。第四章 常用线天线 互阻抗：互阻抗随振子长度变化并不剧烈，主要取决 于振子间距。而间距通常为0.1～0.4λ，因此有arctg X 12 π ? (0 ~ ? ) R12 2自阻抗取决于振子的长度 （1）当无源振子的长度大于半波长时，X 22 π ? (0 ~ ) R22 2 X X 可以使： ξ = π + arctg 12 ? arctg 22 ? 0 & ξ & π R12 R22 arctg此时，无源振子上的感应电流相位超前有源振子，根 据线天线阵理论，最大辐射方向向电流相位滞后的振 子方向偏移。此时，寄生振子用作反射器。第四章 常用线天线 （2）当无源振子的长度小于半波长时arctg X 22 π ? (0 ~ ? ) R22 2ξ 可以使： = π + arctgX 12 X ? arctg 22 ? π & ξ & 2π R12 R22此时，无源振子上的感应电流相位滞后有源振子，根 据线天线阵理论，最大辐射方向向电流相位滞后的振 子方向偏移。此时，寄生振子用作引向器。 寄生振子上的电流振幅小于有源振子电流振幅 引向天线工作原理 按照上述“引向”和反射的原理构成多元端射 天线阵，即引向天线。可以通过增加引向器的数目增 加方向性。第四章 常用线天线第四章 常用线天线 分析方法：等效阻抗方程法或数值计算方法（矩量法） 工程估算公式： ? 主瓣宽度 ? 方向性系数 （阵因子）? 考虑元函数的方向性后，E,H平面的方向图不同第四章 常用线天线 引向天线实例 六元引向天线，有源振子长度0.47λ，反射器长度 0.5 λ，间距0.3 λ，增益第四章 常用线天线 八木天线设计：根据近似计算公式，图标曲线或经验 数据大致去定满足给定电参数所需的各项基本参数，再 通过实际测试和调整最后确定这些参数 确定初始参数的步骤 （1）由增益或波瓣宽度决定振子个数 （2）由方向图特性与阻抗特性决定振子间距 （3）确定振子长度。 （4）根据天线带宽选取振子半径。 设计图表实例第四章 常用线天线第四章 常用线天线 有源振子的选取－半波折合振子? 折合振子结构，电流分布和方向特性 电流分布与方向特性与对称振子相同。第四章 常用线天线 ? 工作原理：看作天线模式和传输线模式的叠加第四章 常用线天线 天线模式： 传输线模式：I1 Y1 = U 4 I2 Y = ? j 2 ctgβl U 2折合振子输入阻抗： YA =I1 + I 2 Y1 Y = ? j 2 ctgβl U 4 2结论：半波折合振子的输入阻抗为半波振子的4倍，带 宽较宽。 ? 不等臂折合振子的输入阻抗Z A = RA = kR11第四章 常用线天线 ? K的取值 注：可以通过调整折 合振子的相对粗细， 调整折合振子的输入 阻抗。折合振子的带 宽仍较窄。宽带的线 天线包括行波天线等第四章 常用线天线4.5 行波天线原理行波天线特点及种类 行波单导线（贝佛拉奇天线）的辐射 ? 结构? 简化条件：1、地面的影响可忽略。2、导线欧姆损耗 可忽略。 ? 电流分布：第四章 常用线天线 ? 远场?可见区KL KL (ζ ? 1) ≤ Ψ ≤ (ζ + 1) 2 2Ψ&π的部分对应方向图主 瓣，可见区其他部分对应 方向图副瓣。 ? 最大辐射方向（δ＝0）第四章 常用线天线 结论：ζ＝1时，主瓣较宽，副瓣电平较低 ζ&1时，主瓣较窄，副瓣电平较高 ? 归一化方向性函数F = C sin δ sin Ψ Ψ? ζ＝1时不同电长度的行波单导线的辐射方向图（下页） ? ζ＝1时不同电长度的行波单导线的最大辐射方向第四章 常用线天线第四章 常用线天线 ? 结论：(1) 沿导线轴方向无辐射（元函数决定） (2) 随着L增大，最大辐射方向靠近轴线，主瓣 变窄，副瓣变得又多又大 （3）当L很大时，最大辐射方向的变化很小，说 明终端接有匹配负载的行波单导线，不仅输入阻抗随频 率变化小，最大辐射方向的变化也不大。 ? 最大辐射方向 （长线，且ζ＝1）? 方向性系数（ ζ＝1，不考虑元函数）第四章 常用线天线 ? ζ&&1时的方向性系数其中： 最佳相位条件：第四章 常用线天线 ? 特性参数最佳相位条件对应的主瓣宽度较窄，而副瓣电平较高。第四章 常用线天线 菱形天线 结构 主要结构参数： 最大辐射方向：在通过菱 形锐角定点的垂直面内第四章 常用线天线 工作原理 单导线－&V形天线－&菱形天线 单导线：最大辐射方向 V形天线：用两根行波单导线可以组成V形天线。对于 一定长度l/λ的行波单导线, 适当选择张角2θ＝2δm, 可以 在张角的平分线方向上获得最大辐射, 如下图所示。由 于l/λ较大时, 工作波长改变而最大辐射方向δ m变化不大, 因此V形天线具有较好的方向图宽频带特性和阻抗宽频 带特性。由于其结构及架设特别简单, 特别适应于短波 移动式基站中。第四章 常用线天线l 匹配负载θm θ θmR l/2R l/2构成V形天线的两根单导线的辐射场强的相位关系：若 两导线上电流同相，则在对角线方向辐射场反相，而 两导线上电流反相，因此在对角线方向上辐射场同相！第四章 常用线天线 双V形天线构成菱形天线： 2吸收电阻1馈电32θ H4合成方向图各边产生的辐射场相位关系分析： 导线1－2上中点处微元段产生的辐射场和2－3中点微 元段产生的辐射场的相位差为第四章 常用线天线ΨP = π ΨI = ?kl ΨR = kl sin ? 0 = kl cos θ0 Ψ = π ? kl (1 ? cos θ 0 )kl (1 ? cos θ0 ) = π时长对角方向为最大 辐射方向菱形天线的天线的电参数及典型天线尺寸方向性 地面上菱形天线方向性由自由空间菱形天线的方向性和地 面影响共同形成自由空间菱形的辐射场的四根行波单导线辐 射场的矢量和。第四章 常用线天线由于各元取向不同，不能应用方向图乘法定理，只能 按矢量场相加，计算较繁，而地面影响可按镜像法处理。 通常我们只关心两个特殊平面内的方向图? cos(? 0 + ? ) cos(? 0 ? ? ) ? ? kl ? ? kl ? f (? ) = ? + sin ? [1 ? sin (? 0 + ? )]? sin ? [1 ? sin (? 0 ? ? )]? ? 1 ? sin (? 0 + ? ) 1 ? sin (? 0 ? ? ) ? ? 2 ? ?2 ? ?1、水平面2、通过长对角线的垂直平面f (?) = 4 cos ? 0 ? kl ? sin 2 ? (1 ? sin ? 0 cos ? )? ? 2 sin (kH sin ? ) 1 ? sin ? 0 cos ? ?2 ?第四章 常用线天线 实例图 4-24 和 图 4-25 分 别 绘 出 一 种 实 用 菱 形 天 线 （ L=100m ，? H=30m， = 0o 的垂直平面方向图和 ? = 10o ,20o 时的水平方向图。第四章 常用线天线图 4 –25 菱形天线水平平面方向图 —— ?=10o时水平平面方向图，----- ?=20o时水平平面方向图 (a) f=3MHz（l/λ=1, H/λ=0.3）(b) f=6MHz（l/λ=2, H/λ=0.6） (c) f=9MHz（l/λ=3, H/λ=0.9）第四章 常用线天线由图可以看出（a）当菱形天线尺寸确定后，随着频率 的升高，方向图主瓣变窄，副瓣数和副瓣电平显著增加； （b）水平面主瓣辐射方向不变，垂直面主辐射方向仰角下 降。垂直平面方向图的这种变化是限制菱形天线工作频率的 关键因素。菱形天线方向图带宽约为3个倍频程，比阻抗带 宽（5个倍频程）窄。 输入阻抗 菱形天线为性波天线，输入阻抗带宽为5个倍频程。输入 阻抗接近纯阻抗，约为600~800?。 方向性系数D和效率 方向性系数D：17~20dB；效率通常在40%~80%间。第四章 常用线天线菱形天线的典型尺寸0 水平单菱形天线的代表符号是DL，其主要尺寸用 DL a h 来表示。其中 ? 0 表示菱形钝角之半的度数；a表示 L λ0 的值； H ??h表示 λ0 的值；菱形天线尺寸参量 0 、L、H，应适应短波天 波传播的特点，按主瓣最大值仰角方向与给定的通信仰角 ? 0 一致；或按 在? 0方向上获得最大增益来选择。 采用折中法，即在允许增益下降不很多，可选取适中 的结构尺寸。 常用的几种菱形天线的典型尺寸第四章 常用线天线菱形天线的优缺点 优点：结构简单，架设容易，造价低廉，维护方便，方 向系数大，频带宽，容易控制射线仰角。 缺点：占地面积大，天线效率较低，方向图的副瓣较多， 第一副瓣太大，该天线的信噪比低。第四章 常用线天线§4.6 对数周期天线在许多场合中, 要求天线有很宽的工作频率范围。 按工程上的习惯用法, 若天线的阻抗、方向图等电特性 在一倍频程（fmax/fmin=2）或几倍频程范围内无明显 变化, 就可称为宽频带天线; 若天线能在更大频程范围内 （比如fmax/fmin≥10）工作, 而其阻抗、方向图等电特 性基本上不变化时, 就称为非频变天线如下图。rn＋1 rn图 4 – 27 平面等角螺旋天线第四章 常用线天线 本节介绍的对数周期天线就是一种非频变天线！ 非频变天线的工作原理 驻波天线的方向图和阻抗对天线电尺寸的变化 十分敏感。 能否设计一种天线, 当工作频率变化时, 天 线的尺寸也随之变化, 即保持电尺寸不变, 则天线能在 很宽频带范围内保持相同的辐射特性, 这就是非频变特 性。事实上, 天线只要满足以下两个条件, 就可以实现 非频变特性。 1、天线的形状仅取决于角度, 而与其它 尺寸无关。2、终端效应弱，有限长天线就具有近似无 限长天线的电性能第四章 常用线天线 对数周期偶极子天线(LPDA)工作原理：天线结构做τ 变换后仍等于原来的结构，则该天线在频率f上的性能与 1/ τf频率上的性能相同。2 n N Rl 2α 2l 1 1rn＋1 rndn d d n＋1第四章 常用线天线第四章 常用线天线 结构：ln +1 rn +1 d n +1 = = =r ln rn dn其中, l表示振子的长度; d表示相邻振子的间距; r表示由顶 , 点到振子的垂直距离。 其结构如图 4 - 29 所示, 天线的几何结 构主要取决于参数τ（周期率）、 α（张角）和σ（间隔因子）, 它们之间满足下列关系:??ln tan a = rnδ=dn 1? r = 4ln 4 tan a第四章 常用线天线 馈电：N个对称振子天线用双线传输线馈电, 且两相邻振子交叉连接。也可利用同轴线馈电。LPDA的馈线成为集合 线。LPDA特点：对数周期天线是端射型的、线极化天线, 其最 大辐射方向是沿连接各振子中心的轴线指向短振子方向, 电场 的极化方向平行于振子方向。 ?第四章 常用线天线LPDA的工作原理和天线参数 工作过程 天线馈电后，电磁能量将沿集合线传输，依次 对各阵子激励。通常可将LPDA分为3个区域：馈电点附近的 短振子区为传输区；振子臂长接近谐振长度（λ/2）的区域为 辐射区；振子臂更长的未激励区。当能量行至长度接近谐振长 度的振子, 或者说振子的长度接近于半波长时（谐振区）, 由于 发生谐振, 输入阻抗呈现纯电阻, 所以振子上电流大, 形成较强 的辐射场, 我们把这部分称为有效辐射区, 有效区以外的振子, 由于离谐振长度较远, 输入阻抗很大, 因而其上电流很小, 它们 对辐射场的贡献可以忽略。 当天线工作频率变化时, 有效辐射 区随频率的变化而左右移动, 但电尺寸不变, 因而, 对数周期天 线具有宽频带特性, 其频带范围为10或者是15倍频程。目前, 对 数周期天线在超短波和短波波段获得了广泛应用。第四章 常用线天线LPDA中各区的工作状态 传输区：短振子对集合线电容加载，影响输入阻抗，并降低 集合线的特性阻抗 谐振区：工作区域，影响LPDA的方向特性 ? 空间耦合 ? 集合线耦合 未激励区：电流很小，对天线性能影响不大 注：当天线工作频率变化时, 有效辐射区随频率的变化而左右 移动，不同频率的电磁波是由天线的不同部分辐射的。高频由 短振子辐射而低频由长振子辐射，因此：LPDA工作带宽的高 端由短振子的臂长决定而低段由长振子的臂长决定。第四章 常用线天线LPDA实例：第四章 常用线天线图4-30 LPDA方向图 (a) f=200MHz; (b) f=300MHz; (c) f=600MHz.第四章 常用线天线 LPDA设计原则 由最高工作频率决定最短振子的长度，由最低工作频 率决定最长振子的长度，传输区应该足够长。 辐射区要足够宽。 天线的终端效应应该足够小，集合线与天线振子间的 耦合应该足够大。篇二 : “微波技术与天线”课程教学法探讨【摘 要】本文探讨了在“微波技术与天线”课程理论教学学时数被压缩的情况下，如何提高课堂教学的教学质量，培养适应新环境下的具有自主学习能力和工程实践能力的高素质人才。主要从优化课时分配、丰富教学手段、改变实验教学模式、改革教学评价与考核方式四个方面进行了探究。【关键词】微波技术与天线；教学研究；课时压缩0 引言微波技术与天线是电气信息类专业的专业方向课，其先修课程有：“电路分析”、“电磁场理论”、“信号与系统”等，而且对数学基础要求高，学生在学习过程中，普遍存在“畏难”情绪[1-2]。但是随着信息时代的到来，微波即高频电磁波正是信息的主要载体，广泛应用于卫星通信、移动通信、计算机通信、雷达等各个领域[3-4]，市场上需要大量的电磁场与微波技术、无线技术专业的从业人员，如射频工程师、微波工程师、天线工程师等，而微波技术与天线正是相关工作人员的入门课，是电子科学与技术科学领域进行深入研究的必修课，因此，对于电子信息、通信工程专业的学生来说，该门课程在目前和将来都是重要而不可缺少的。另一方面，我国高等教育改革深入发展，素质教育被放在首位，加强了学生工程实践能力的培养，加大了实验教学及实践教学的比例，在此大背景下，许多课程的理论教学学时数都被压缩，例如我校的2012版人才培养方案中，微波技术与天线的理论教学课时数也由原来的32学时压缩到24学时，另外增加了16学时的实验教学，总共40个学时。那么如何在有限的学时数中，完成教学目标，取得好的教学效果，就成为必须探讨的问题。表1 教学学时安排表1 整合课程内容，优化课时分配“微波技术与天线”课程主要讲授传输线理论、微波网络、微波元件及天线，课程的教学目标是要求学生通过该课程的学习，掌握微波技术的基本概念、基本理论、基本分析方法和设计方法，培养学生分析问题解决问题的能力，提高动手能力，为后续课程的学习打下良好基础。根据教学内容和教学目标，我们注意合理安排各章节理论和实验教学的学时数。我校选用教材为王新稳的《微波技术与天线》[5]，针对2012年版人才培养方案，设定的教学学时安排如表1所示。需要说明的是，在我校对于电子信息专业，电磁场与电磁波是作为专业基础课，是必选课，课时为56学时；而且在电路分析中，分布参数电路理论也是作为必学内容，因此在介绍传输线理论时，只需将重点放在史密斯圆图、阻抗匹配、波导、同轴线等方面，在天线知识的讲解时，也只需将重点放在天线的参数方面，这样就可以将理论课时适当减少。2 丰富教学方法和手段“微波技术与天线”课程理论性强，概念抽象，推导计算过程繁杂，传统单一的教学模式不仅学生在学的过程中感到非常枯燥，作为讲授的教师也会觉得枯燥，因此为了提高教学效果，教师应充分利用教学资源，根据教学内容的特点，考虑工科学生以应用为主的特点，丰富教学手段和方法，改变理论教学的枯燥性，调动学生学习的积极性和主动性。首先，注重增加课堂教学的趣味性，理论联系实际，激发学生学习的兴趣。授课教师要善于观察日常生活，将授课内容与日常生活实际结合起来，有意识地搜集一些例子，例如在讲解群速度和相速度时，可以以生活中的电钻在墙上钻孔为例，将电钻旋转的速度类比为相速度，电钻轴向运动的速度类比为群速度，这可以使学生对原本抽象的两个概念有很好的理解。其次，将多媒体教学手段引入微波技术与天线课程。现在几乎所有课程的教学都引入了PPT教学，不可否认多媒体教学手段的引入，使得许多抽象的概念图形化、可视化，使学生能够比较容易的理解抽象复杂的内容，降低了理解难度，提高了学习效率。但是，过度的依赖PPT进行教学，其弊端也是显而易见的。微波技术与天线是一门严谨的学科，其中涉及到大量的数学公式及其推导，如果都用PPT讲解，使得授课速度加快，学生无法做笔记，学生理解不深刻，导致学生看着容易，无法动手或者动手就错。因此，这就需要教师精心备课，根据所授内容的特点，采用板书与多媒体合理结合的方式，以期达到最佳教学效果。第三，将工程软件引入课堂。目前，社会上(］的许多公司在招聘射频工程师和微波工程师时，都要求应聘者能够熟练地使用微波工程软件，比如HFSS、ADS、CST等。在课堂上，让学生学习一门微波工程软件，在当前严峻的就业压力下，学生觉得找工作时会“有用”，主观上就愿意去学；更重要的是，将工程软件引入课堂，能够帮助学生更好的理解该课程的基本概念、基本原理、分析方法，提高学习效率。在“微波技术与天线”的教学中，根据章节内容的特点，选择适当的教学方法：对于传输线理论和微波网络这一部分知识，主要是基本理论知识的介绍，我们以理论教学为主（见表一）；对于微波元件和天线部分的知识，则只需用较少的的理论课时进行基本概念的课堂讲解，然后用多数课时让学生在实验室中对相应的微波元件、天线进行模拟仿真，在仿真过程中加强对基本概念、元件参数及功能的理解。这样的仿真教学方式，使学生不再觉得课堂内容单调枯燥，消化了课堂知识，体现了工科教学的实践应用性，激发了学生主动学习的积极性，有利于提高课堂教学效率。最后，提供网络教学资源，鼓励学生自主学习。由于课时数的减少，课堂内的教学只能是让学生了解“微波技术与天线”最基本的理论和分析方法，掌握该门课程的学习方法和研究方法，学校可以建立网络化的多媒体课程资源库，让学生利用课外时间选择内容针对性的进行学习；还应该建立课程教学邮箱或课程论坛，进行教学活动的双向化。3 转变实验教学模式随着无线通讯技术的迅速发展，传统的“微波技术与天线”实验教学方法已落后于时代发展，在教学过程中存在许多问题，比如：实验仪器设备陈旧，当前企业和研究单位的一些微波测量工具价格昂贵，一般的高校本科实验教学只能望而却步，传统仪器功能固定，无法兼顾综合课程设计以及毕业设计。因此，在一般的普通高校中，将工程软件引入实验教学，将理论学习和实际操作有机结合，开设仿真实验，是一个切实可行的方案，不仅可以提高教学质量，还可以增强学生的社会竞争力，适应社会对人才素质的需求。4 改革教学评价与考核方式考核方式对于学生的学习积极性有重要影响，改变传统的一张试卷定乾坤的方式，减少学生对期末考试的压力，也可以减少学生学习该门课程的“畏难”情绪。增大学生平时成绩的比例，注重学习过程，降低期末试卷的难度，都可以取得好的效果。在期评成绩比例上：平时作业占10%；平时表现5%，实验成绩20%，小测验10%，如果建立了网络课程教学网站，还可以让学生登录课程网站的次数、论坛上讨论的情况占有一定的比例，这样平时成绩的比例就占到45%以上，使得学生感到只要有付出就会有回报，更加愿意去学这门课程。5 结束语在目前“微波技术与天线”课程理论教学学时数被压缩，而该门课程对于电子信息、通信工程专业的学生日趋重要的情况下，笔者从优化课时分配、丰富教学手段、改变实验教学模式、改革教学评价与考核方式等几个方面进行了探讨和研究，目的是提高课堂教学的教学质量和效率，培养适应新环境下的具有自主学习能力和工程实践能力的高素质人才。【参考文献】[1]李九生，裘国华.电磁场理论与微波技术教学改革研究[J].中国现代教育装备，（5）：57-58.[2]曹卫平，高喜，等.微波技术教学改革初探[J].大众科技，（6）：134-135.[3]全绍辉.微波技术基础[M].北京：高等教育出版社，2011.[4]袁海军，马云辉，等.《微波技术与天线》课程教学中理论性与工程应用性的结合探讨[J].科技资讯，2012（24）：169-170.[5]王新稳，李延平，李萍.微波技术与天线[M].3版.北京：电子工业出版社，2011.[责任编辑：杨玉洁]篇三 : 37《微波技术与天线》习题答案《微波技术与天线》习题答案章节 微波传输线理路1.1设一特性阻抗为50?的均匀传输线终端接负载R1?100?，求负载反射系数?1，在离负载0.2?，0.25?及0.5?处的输入阻抗及反射系数分别为多少？解：?1?(Z1?Z0)(Z1?Z0)?13 ?(0.2?)??1e?j2?z??(0.5?)?1313e?j0.8?（二分之一波长重复性）13?(0.25?)??Z1?jZ0tan?lZ0?jZ1tan?l2Zin(0.2?)?Z0?29.43??23.79??Zin(0.25?)?50/100?25?（四分之一波长阻抗变换性）Zin(0.5?)?100?（二分之一波长重复性）1.2求内外导体直径分别为0.25cm和0.75cm的空气同轴线的特性阻抗；若在两导体间填充介电常数?r?2.25的介质，求其特性阻抗及f?300MHz时的波长。 解：同轴线的特性阻抗Z0?则空气同轴线Z0?60ln当?r?2.25时，Z0?60ba60rlnba?65.9??rlnba?43.9?当f?300MHz时的波长：?p?cf?0.67mr1.3题设特性阻抗为Z0的无耗传输线的驻波比?，第一个电压波节点离负载的距离为lmin1，试证明此时的终端负载应为Z1?Z0?1?j?tan?lmin1??jtan?lmin1证明：对于无耗传输线而言：?Zin（lmin1）?Z0?Zin(lmin1)?Z0/??由两式相等推导出：Z1?Z0?1?j?tan?lmin1Z1?Z0jtan?lmin1Z0?Z1jtan?lmin1??jtan?lmin11.4传输线上的波长为：c?g?fr?2m因而，传输线的实际长度为：l??g4?0.5m终端反射系数为： ?1?R1?Z0R1?Z0??4951?0.961输入反射系数为： ?in??1e?j2?l?4951?0.961根据传输线的?Z024的阻抗变换性，输入端的阻抗为：Zin?R1?2500?1.5试证明无耗传输线上任意相距λ/4的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平方。?证明：令传输线上任意一点看进去的输入阻抗为Zin，与其相距处看进去的输入阻抗为4Zin?，则Z1?jZ0tan?zZ0?jZ1tan?zZin?Z0Zin?）Z?jZ0cot?z=Z01 ?Z0?Z0?jZ1cot?zZ0?jZ1tan?（z?）4Z1?jZ0tan?（z???2所以有： Zin?Zin?Z0故可证得传输线上相距的二点处阻抗的乘积等于传输线的特性阻抗。 1.7求无耗传输线上回波损耗为3dB和10dB时的驻波比。 解 ：由Lr??20lg? 又由????1??1当Lr?3dB时，??5.85 当Lr?3dB时，??1.92 1.9.特性阻抗为Z0?100?,长度为?/8的均匀无耗传输线,终端接有负载Z1?(200?j300)?,始端接有电压为500V?0,内阻为Rg?100?的电源求:① 传输线始端的电压。 ② 负载吸收的平均功率.。 ③ 终端的电压。 解:Z?jZ0tan(?z)?200?j300?jZ100① Zin()?Z0l?100?50(1?j3)8Z0?jZltan(?z)Z100?j200Uin?EgZinZin?Rg?in?372.7??26.56?② P?③?1?12Re[UinI]?1EgEg**2(Zg?Zin)(Zg?Zin)Rin?138.98WZ1?Z0Z1?Z0Zin?Z0?0.67?0.33j?in??0.33?0.67jZin?Z0U(z)?U?(z)?U??U?(z)?1??(z)?UinU1Ae8??1U?(0)?1??1?A1e1??11??ine?j?U?(?)?1??in?j??8?1??in?j?0?1??in?o（注意：U?(z)是位置的函数）?8U1?Uin?424.92??33.691.11设特性阻抗为Z0?50?的均匀无耗传输线,终端接有负载阻抗Z1?100?j75?为复阻抗时,可用以下方法实现λ/4阻抗变换器匹配：即在终端或在λ/4阻抗变换器前并接一段终端短路线, 如题1.11图所示, 试分别求这两种情况下λ/4阻抗变换器的特性阻抗Z01及短路线长度l。 （最简便的方式是:归一化后采用Smith圆图计算）解：（1）令负载导纳为Y1 ,并联短路线输入阻抗为Zin1 Y1?1100?j75Zin1?jZ0tan?lIm(Y1)??0.0048由于负载阻抗匹配 所以 加）所以 l?0.287? （如果在Smith圆图上l?0.037??0.25??0.287?） 令并联短路线和负载并联后的输入阻抗为Z2.Z2=1/Re[Y1]?156? 则 Z01?(2) 令?41jZ0tan?l?j*Im(Y1)?0 （注意易错：+75j用-75j抵消，阻抗是不能直接相Z0Z2=88.38?特性阻抗为Z01，并联短路线长为lZ1?Z01jtan????4?75Z201Zin2?Z01Z01?Z1jtan?Z01Z12所以 Yin2?1Zin2?Z1Z201?100Z201jZin1?jZ0tan?l?Yin1?1Zin1??jZ0tan?l由于匹配 则(Yin1?Yin2)/Y0?1Yin1?Im(Yin2)?0Re(Yin2)?Y0?jZ0tan?l?75jZ201?0得l?0.148? Z01?70.7?1.13终端反射系数为： ?1?Z1?Z0Z1?Z0?0.707?45?驻波比为： ??1??11??1?5.8串联支节的位置为： l1??2?arctan1???4??1?2.5cm串联支节的长度为： l2?1.16 解：由题意可得：Rmin=4.61?，Rmax=1390? 特性阻抗Zo?pp76 题33.设有标准矩形波导BJ—32型，a =72.12mm，b=34.04mm。 （1）当工作波长?0=6cm时，该波导中可能传输哪些模式？（2）若波导处于驻波工作状态时测得相邻两波节点之间的距离为10.9cm，求波导波长?g和工作波长?0各等于多少？（3）设?0=10cm并工作于TE10模式，求相位常数?、波导波长?g、相速度vp、群速度vgRmin?Rmax=4.61???2?arctan??1??3.5cm37《微波技术与天线》习题答案_微波技术与天线和模式阻抗ZTE。10【解】（1）计算各模式的截止波长：?c(m?n)??2?m???n??a??b??????0??60TE02?c(0?2)?34.04?r??1TE11?TM11?c(1?1)?61.567TE01?c(0?1)?68.08TE20?c(2?0)?72.12TE10?c(1?0)?144.2422结论：可传TE10 TE01 TE11 TM11 TE20共五种模式。注TMmn中的mn都必须不为零。 （2）?gg??2?109?c(1?0)?144.24?gg?218?00??211?1??????????gg???c(1?0)?2?00?120.293（3）?0??100mmv??3?108ms?0??120?fcTE10??v?c(1?0)?10?3fcTE10?2.08?109Hz?g???0mm2?g?138.762??0?1?????c(1?0)???0.045rad/mmvp??v???2??gm/s2vp?4.163?108??0?1?????c(1?0)?vg??v2vpvg?2.162?108ZTE10??1??0ZTE10?523.1192??0?????c(1?0)?11．计算一段特性阻抗为50?微带线的宽度和长度，这段微带线在2.5GHz有90?的相移。微带板的厚度为0.127cm,填充介质的相对介电常数?r为2.20。 【解】用Txline软件W=0.3969cm, L=2.1691cm12．设计一段特性阻抗为100?的微带线，微带板的厚度为0.158cm，填充介质的相对介电常数?r为2.20。当传输线工作频率为4GHz，试求其导波波长?g。 【解】用Txline软件波导波长等于5.5823cm第4章 微波网络基础习题4.5 习题（返回）【6】求图4-19所示π型网络的转移矩阵。图4-19 习题6图【解】（返回）思路：分解成单元电路，利用级联网络转移矩阵U1U2U2U1?A11U2?A12I2I1?A21U2?A22I2U1?U2?I2ZI1??I2?1?A???0Z??1?U1?U2I1?YU2?I2?1?A???Y0??1??1Atotal???Y0??1??1??0Z??1??1??Y0??1???1??Y??1??YZ?1??YZ0??1?YZ???21???2Y?YZ??1?YZ??Z【7】求图4-20所示电路的Z矩阵和Y矩阵。图4-20 习题7图【解】（返回）?Z1?Z3Z???Z3Z3??Z2?Z?3?1??j?C??2j?L?j?L1??LC???321j2?L?j?LC2?j?Cj?L1???2Y11?Y22?YA?YA?YB2YA?YB?1j2?L?j?LC32Y12?Y21??YA22YA?YB?1??j?L??12?j?L??1j?L2??LCj?C?2???37《微波技术与天线》习题答案_微波技术与天线I1VYY22【解】求其阻抗和导纳矩阵I1?Y11V1?Y12V2I2?Y21V1?Y22V2I1?Y11V1?Y12V2I2?Y21V1?Y22V2Y11?I1V1V2?0V1?Z11I1?Z12I2V2?Z21I1?Z22I2??YA??YA?YB?1?YAYA??YA?YB?YA?YA?YB2YA?YB2Y22?Y11Y?YV211?YAYA?YBV2Y12?I1V2V1?0???YA?Y?Y??1??Y?A???YA22YA?YBY12?Y21【8】求图4-21 所示电路的散射矩阵。图4-21 习题8图【解】（返回） (a)?Sa??0???j???ee?j???0??(b)单个并联电容构成的网络，查表4-2知，S参数：??y?2?y??2??2?y?2?y???y??2?y?2其中y?j?c0利用参考面移动对S参数的影响，可得，其中S11=S22，S12=S21：?0S??b???j???e??y?j???e2?y???20????2?y?2?y??0???y??e?j???2?y?2e?j???0??【13】求图4-24所示电路中T1与T2参考面所确定网络的归一化转移参量矩阵和归一化散射参量矩阵。图4-24 习题13图 【解】思路：把原电路分解成单元电路，并利用单元电路结果（表4-2）、参量矩阵转换及级联网络A矩阵特点进行计算。 (a)详解：将(a)图分解成：??Yp2???j0??1???jcot?l?jcot其中等效的并联归一化输入导纳为：Yp??查表4-2知，单个并联导纳网络的归一化转移参量：A1?cos????jsin?jsin???cos???81???A3??y?传输线的归一化转移参量：A2，?4对应的?为?2。???A11?A22??A12?A21 利用表4-1的转换公式计算归一化散射参量矩阵：detA??S11???S12???S?21???S22??A11??A12??A21??A22?A11??A12??A21??A22?2detA?A11??A12??A21??A222?A11??A12??A21??A22??A11??A12??A21??A22?A11??A12??A21??A22??S11???S12???S?21???S22??j?2?j2?2?j2?2?jj?2?j??1?2j?5??????A11??A12??A21??A22?j???1?detA??????A11?A12?A21?A22??2?j???????A11?A12?A21?A22?j????4?2j?5????4?2j?5???1?2j?5(b)中间段是短路短截线，Zin?jZ0tan?l?jZ0??1??0??l??4zin?jz??1?查表4-2知：??S11???S12???S?21???S22??????A11??A12??A21??A22?A11??A12??A21??A22?2detA?A11??A12??A21??A222?A11??A12??A21??A22??A11??A12??A21??A22?A11??A12??A21??A22??A11??A12??A21??A22?0???1?detA??????A11?A12?A21?A22?2j???????A11?A12?A21?A22?0?S11??S12??S21?S?22?0??j?0 ???j?j?0j??0?(c)第1和第3是短路短截线，Zin?jZ0tan?l?jZ0?Yin?1jZ0??jY0yin??j?1??y0??1???l??4查表4-2知：?? 代入得：A11???A3???j0??1???S11???S12???S?21???S22??????A11??A12??A21??A22?A11??A12??A21??A22?2detA?A11??A12??A21??A222?A11??A12??A21??A22??A11??A12??A21??A22?A11??A12??A21??A22??A11??A12??A21??A22?4j???1?detA??????A11?A12?A21?A22?4?2j???????A11?A12?A21?A22?4j??S11???S12???S?21??S?22?????2j2?j12?j12?j2j2?j?????2?4j52?j52?j5?2?4j5?2 ???3jj??2??L，而?【14】如图4-25所示二端口网络参考面T2处接归一化负载阻抗ZA11、?A12、?A21、?A22 为二端口网络的归一化转移参量，试证明参考面T1处的输入阻抗为：【证明】 回顾定义：???????U1?A11U2?A12(?I2)????????I1?A21U2?A22(?I2)简记为：?A11A???A21A12??A22???A?A??11??A21?A1??A12??A22? ?2U??A1?(?I2)12?in有： Z??2???)2?UA11UA1(2?I1?????????I1A21U2?A2(2?I)2?U2A21??A22?2)(?I??L???UA11ZA122??因为：ZL?，代入上式即得：Zin? ?????I2A21ZL?A22【证毕】【19】已知二端口网络的散射参量矩阵为：?0.2ej3?/2S??j??0.98e? j3?/2?0.2e?0.98ej?求二端口网络的插入相移?、插入衰减L(dB)、电压传输系数T及输入驻波比?。 【解】37《微波技术与天线》习题答案_微波技术与天线14．两端面开路的同轴线谐振器，其长度为5cm，同轴线内充填介质，介质的同轴线内导体半径为1cm，外导体半径为2.5cm。求： (1) 谐振器的基波谐振频率（开路端效应忽略）；(2) 当谐振器一端面短路，另一端开路时，确定其基波谐振频率。 【解】 半波长：l?5?cm?l??g2??r?9。?0?2?30?cm?3?100.38?f0?min??c?0??1?10?1 ?GHz?9四分之一： f0?10．有一只(10?11mi?n?0.5? GH? zZ0?100??0/4型同轴腔，腔内充以空气，其特性阻抗l?0.22?0，开路端带有电容/2?)F，采用短路活塞调谐，当调到时的谐振频率是多少？【解】l??j?0L?jZ0tan?2???j100tan?0.44?????11?102?6?11?0C?1?0L1??0?1?0L?C??1.2?109?rad?100tan?0.44???1f0?2???0L?C?100tan?0.44???1?10?11?191?10?Hz??191?MHz?17．试证明图5-110为一个J变换器，并求出变换器的输入导纳Yin。图5-110 习题17图?0?A???0jJ??0jJ????jJ0?????jJ0???J??B2?1?L?1?j?Lj?L??0? ?15．如图5-109所示,一个谐振腔，其无载Q为1000，其与特性阻抗为Z0的无耗传输线耦合，在线上测得谐振时的电压驻波比是2.5。求： （1）腔体的有载Q；（2）当信源入射功率为400mw时，谐振腔所吸收的功率。图5-109 习题15图【解】以串联谐振为例：Q0??LR0Qe??LRL? Qe0?RLR0??Z0RL?Z0, ??2.5, R0???Z0???Qe0????1?Q?01?1???714Q0Qe?QL??????????Qe?1???286Q0?1????L???1??1?1.53.52?37PL?Pin1??L??2????Pin?1?????Pin???326.5?mW4949?7??????28．如图5-118所示，一支对称的定向耦合器，其方向性为无穷大，耦合度为20dB，用此定向耦合器监视输送到负载2.0，功率计（1）负载pBZL的功率，功率计pA读数为8mw，它对臂4产生的驻波比为读数为2mw，它对臂3匹配，求：ZL上吸收的功率；（2）臂 2上的驻波比。图5-118 习题28图【解】?A???1??1?131??PA??1??PAin?89??PAin?98PA?9,PA(r)?1,98PA?800?98?900 ?mW?Pin?100PAin?100?PBin?PA(r)?Pcouple?2?Pcouple?2?1?1 ?mW??Pin(r)?Pcouple?100?100 ?mW?L2?19??L?13???235．写出图5-122所示的波导匹配双T和理想环行器组合的电路的S矩阵。图5-122 习题35图???S?????0100000????1??? ?0??0??037《微波技术与天线》习题答案_微波技术与天线19．试绘图5-112 中滤波器结构的等效电路，并说明它是带通还是带阻滤波器？图5-112 习题19图20．画出图5-113中各滤波器电路的可能的微波结构。图5-113 习题20图21．用K、J变换器表示图5-114中的滤波器的等效电路，并说明是什么滤波器？图5-114 习题21图22．试判别如图5-115所示定向耦合器的耦合端和隔离端。图5-115 习题22图23．如图5-116所示，有一反向定向耦合器。其耦合度为4.8dB，现用于微波测量中改作为合路器。即在适当端口上接入二个微波信号源，其频率分别为f1、f2，在输出端口上获得功率的合路输出。问：(1)用哪两个端口作为信号输入端，哪一个端口作为输出端，哪一个端口接匹配负载？ (2)若要求输出端上，f1、f2各输出lmw，问f1、f2输入功率各为多少？(f1、f2信 号源接何端口请自定标明）21图5-116 习题23图24．试证明两个耦合度k=8.34dB定向耦合器按图5-117所示连接后，可以得到一个3dB定向耦合器。图5-117 习题24图25．如何利用一个理想的魔T和一个匹配负载这两个元件组成一个定向耦合器？其过渡衰减量是几分贝？方向性如何？26．写出00、900和1800混合电路的S矩阵。27．有一无耗二口网络，各口均接以匹配负载，已知其S矩阵为?0?1S?0?j10j00j01j??0? 1??0?当高频功率从①口输入时，试间②、③、④口的输出功率以及反射回①口的功率各为多少？若以①回输入波为基准，各口的输出波相位关系是怎样的？28．如图5-118所示，一支对称的定向耦合器，其方向性为无穷大，耦合度为20dB，用此定向耦合器监视输送到负载ZL的功率，功率计pA读数为8mw，它对臂4产生的驻波比为2．0，功率计pB读数为2mw，它对臂3匹配，求： （1）负载ZL上吸收的功率；（2）臂 2上的驻波比。22图5-118 习题28图29．如图5-119所示,一个平行耦合微带线定向耦合器在中心频率时的耦合系数为x0，已知②、④口接上反射系数为?D的负载，试求其输入端反射系数和输出端的传输系数。若?D?1，或x0?2 输入端反射系数和输出端的传输系数又如何？图5-119 习题29图30．如图5-120所示，写出由二个匹配双T组成的三口电路的S矩阵。图5-120 习题30图31．如图5-121所示的双T接头作为测量阻抗的电桥，若U1i?1，试证明④口输出相对功率为 p4?14(1?S11)(1?S44)22?1?S22?2图5-121 习题31图32．写出下列各种理想二口网络的S矩阵：23(1) 理想衰减器； (2) 理想移相器； (3) 理想隔离器。33．有—个三口网络，其S矩阵为 ?0?S?0.995???0.10.995000.1??0 ?0??问此元件中有无吸收物质？它是一个什么样的微波元件？ 34．写出理想四端环行器的S矩阵。35．写出图5-122所示的波导匹配双T和理想环行器组合的电路的S矩阵。图5-122 习题35图36．如上述电路中⑤口和②口通过相移为?的移相器相连结，求新电路的S矩阵。 37．有一环行器如图5-123(a)所示，环行器的 S矩阵为 ?0?S???????0??? ??0???若①口接匹配信号源，②口接匹配负载，③口接短路活塞，图中短路面离③距离为l，今?r2/U?i1?l关系如图5-123(b)所示，求?和?的数值。测得U图5-123 习题37图24
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