射频与微波技术知识点总结

［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。
a1 b1
T11 T21
T12 T22
b2 a2
T
ab22
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Γs, Γo 和Γm, 代入
（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，减少反射。
场的极化方向具有不确定性, 使导行波的场分布在φ方向存在 cosmj 和 sinmj 两种可能的分布, 它们独立存在, 相互
正交, 截止波长相同, 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 波导的激励：电激励 磁激励 孔缝激励 微波集成电路： 优点：体积小、重量轻、低剖面、可靠性高、性能优越、一致性好、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：
在 0＜z＜λ /4 内, Zin=jX 相当于一个纯电感, 在λ /4＜z＜ λ /2 内, Zin=－jX 相当于一个纯电容，从终端起每隔
λ/4 阻抗性质就变换一次, 这种特性称为λ /4 阻抗变换性。
无耗传输线上距离为λ／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λ /4 阻抗变
共面波导 同轴线 带状线
微带线
槽线
分析方法
场分析法：麦克斯韦方程 满足边界条件的波动解 传输线上电磁场表达式 分析传输特性
等效电路法：传输线方程 满足边界条件的电压电流波动方程的解 沿线等效电压电流表达式 分析传输特性
Z0 (R jL) /(G jC) 称为传输线的特性阻抗 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决定而与负载及信源无关, 故称为特性
般为复数, 故不宜直接测量。
无耗传输线上任意相距λ /2 处的阻抗相同, 一般称之为λ /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。
传播常数γ: (R jL)(G jC) a j
具有相同的传输特性。
主模：在导行波中截止波长λc 最长的导行模称为该导波系统的主模, 因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, 则功率容量越大。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
当允许传输功率不能满足要求时，可采用下述措施：
（1）在不出现高次模的条件下，适当加大波导的窄边尺寸 b；
的负载为匹配负载。
对无耗传输线的行波状态有以下结论:
① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1;
② 电压和电流在任意点上都同相;
③ 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|Γl|=1。
传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处 Zin=0, 相当于串联谐振, 在电压波腹点处|Zin|→∞, 相当于并联谐振,
小越好)
当 Zl=Z0 时, Γl=0, 即负载终端无反射, 此时传输线上反射系数处处为零, 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, 若信源阻抗与传输线特性阻抗不相等时, 则它将再次被反射。
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ρ表示：
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λ小于某个模的截止波长λc 时, β2＞0, 此模可在波导中传输, 称为传导模; 当工作波长λ大于
某个模的截止波长λc 时, β2＜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
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，但若尺寸选择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率变化而变化，即具有色散特性； 频率 f↑→相速 vp↓、εe↑、特性阻抗 Z0↓ 偶模激励 对称面上磁场的切向分量为零，电力线平行于对称面, 对称面可等效为“磁壁”； 奇模激励 对称面上电场的切向分量为零, 对称面可等效为“电壁” 金属条带与地共面的优点：1.低色散宽频带特性 2.便于与其它元器件连接 3.特性阻抗调整方便 4.方便构成无源部 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：
换性。
传输效率取决于传输线的损耗和终端匹配情况。
插入损耗仅取决于失配情况，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，改变导体半径 a 可以使同轴线分别达到耐压最高、传输功率最大、衰减最小三种状
态。当填充介质为空气时：
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=S21 对于对称网络: S11=S22 对于无耗网络: [S]+[S]=[E]
b1 b2
S11 S21
S12 a1
S22
a2
[b] [S][a]
其中，[S]+是[S]的转置共轭矩阵，[E]为单位矩阵。
另外，工程上经常用的回波损耗和插入损耗与[S]参数的关系可表达为
光纤芯与包层相对折射率差： n1 n2 n1
将这一角度的正弦值定义为光纤数值孔径，即：
NA sin
NA 用相对折射率差Δ来描述： NA n1(2)1/ 2
为取得较大的数值孔径，相对折射率差Δ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 或很小的区域。1.55μm 零色散单模光纤即根据此原理制成。 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。
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
独特的特点：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
呈现分布特性。
缺点：精度不高 解决方法——多点测量
S11 m
S122
2(m
s )(0 0 s
m
)
S22
0
2m 0 s
s
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
α 为衰减常数, 单位为 dB/m β 为相移常数
对于均匀无耗传输线来说, 由于β与ω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, β不再与ω成线性关系, 使相速υp 与频率ω有关,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
阻抗
对于均匀无耗传输线, R=G=0, 传输线的特性阻抗为
Z0
L C
此时, 特性阻抗 Z0 为实数, 且与频率无关。
常用的平行双导线传输线的特性阻抗有 250Ω, 400Ω和 600Ω三种。
常用的同轴线的特性阻抗有 50 Ω 和 75Ω两种。
均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关, 且一
式中,
kc
mπ
2
nπ
2
a b
为矩形波导 TE 波的截止波数, 显然它与波导尺寸、传输波型有关。m 和 n 分别代
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
则场分量全部为零。
因此， 矩形波导能够存在 TEm0 模和 TE0n 模及 TEmn(m,n≠0)模; 其中 TE10 模是最低次模, 其余称为高次模。
Z 参数也不同。
互易网络：如果任意网络是线性互易的，或说线性可逆矩阵
ij
Z ji ,Yij
Y ji
对称网络：
Zii Z jj ,Yii Yjj
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
［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、
Z21 分别是端口“1”和“2”的互阻抗。
U1
U
2
Z11 Z 21
Z12 I1
Z
22
I
2
［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, 而且由于参考面选择不同, 相应的阻抗
b=2.72a，即特性阻抗为 60Ω时，耐压程度最高；
b=1.65a，即特性阻抗为 30Ω时，传输功率最大；
b=3.59a，即特性阻抗为 76.7Ω时，衰减最小；
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：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。
U max
U m in
目的：希望电磁波按一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Biblioteka Baidu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
分析和研究电波在空间的传播方式和特点
常用传输线机构：矩形波导
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。
无论是 TM 波还是 TE 波,其相速 vp=vp / c rr 均比无界媒质空间中的速度要快, 故称之为快波。
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、变换等和功率的分配、控制及滤波
天线：辐射或接收电磁波
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
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。
当|Γl|=0 即传输线上无反射时, 驻波比ρ=1; 而当|Γl|=1,即传输线上全反射时, 驻波比ρ→∞, 因此驻波比ρ的取
值范围为 1≤ρ＜∞。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Γl=0, 而负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即 Zl=Z0, 也可称此时