微波測量陳彥E-mail:yanchen@Tel:61831012-802主樓C2-216主要內容(40學時)1.微波技術基礎2.測量用信號源微波信號產生掃頻信號源合成信號發(fā)生器3.微波頻率測量微波頻率測量信號頻譜測量4.微波功率測量晶體管測量電平量熱式功率測量微波功率計誤差分析5.網絡參數測量矢量網絡分析儀測量原理網絡分析儀誤差分析和處理網絡分析儀時域測量功能

考試形式與過程管理1.開卷筆試（占總成績的80%）2.平時成績（占總成績的20%）作業(yè)、實驗和課堂作業(yè)必須按時交本次課的作業(yè)：收集有關微波測量的書籍（提供書名、作者、出版時間）、PPT和文獻（提供文獻原文）。本次作業(yè)第四周的周五提交（9月26日），根據你提交的內容進行評價?？偡?分。主要參考書：1.“微波測量”，湯世賢，電子工業(yè)出版社，1990年再版2.“微波測量”，董樹義，電子工業(yè)出版社3.“微波測量技術”，周清一，國防工業(yè)出版社需要的基礎知識:

電磁場與電磁波,電子測量，微波技術,微波工程等微波技術基礎1.微波的特點以及應用

電磁波頻段劃分微波：300MHz—3000GHz的電磁波（波長：1m—0.1mm)通常分為分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波。它處于超短波和紅外光波之間微波技術基礎微波技術基礎

微波的基本特點

高頻特性:電子慣性、延時效應、趨膚效應、輻射效應等短波特性：反射和折射顯著（似光行）、分布參數散射特性：波入射后在各個方向產生的散射穿透性：能穿透高空電離層，天文觀測窗口量子特性：微波量子能量范圍是----電子伏特，在低功率電平下，量子特性明顯。

微波的應用

雷達:軍用雷達、氣象雷達、導航雷達、汽車防撞雷達通信：利用三個互120度的位于外層空間的同步衛(wèi)星可進行全球的電視傳播科學研究手段：原子鐘、射電天文觀察、等離子體參量測量、精細頻譜分析微波遙感：散射計、輻射計、高度計和SAR等微波能的應用：加熱、醫(yī)學、化學、生物學微波檢測技術：雷達測速微波在線濕度測量GPS(GlobalPositioningSystem

)微波飛灰測碳微波技術基礎1.微波的傳輸傳輸線微波的傳輸微波傳輸特點分布參數長線：傳輸線的幾何尺寸與傳輸的電磁波波長之比大于等于0.05。

10cm長的X波段的波導是地道的長線,大約是波長的3倍.短線：傳輸線的幾何尺寸與傳輸的電磁波波長之比小于0.05。

30km長的輸電線不算長線,50Hz工作頻率的波長是

6000km!

長線為分布參數傳輸線，短線為集總參數傳輸線。微波傳輸線集總參數傳輸線：傳輸線上電壓、電流的幅度、相位與空間位置無關。傳輸線上的阻性、容性、感性特征集中在電阻、電容、電感上。微波傳輸線分布參數傳輸線：傳輸線上的電壓、電流既隨時間變化，也隨空間變化。傳輸線的阻性、容性、感性沿著傳輸線呈一定分布。若傳輸線的分布參數沿線均勻分布，在稱之為均勻傳輸線。微波技術基礎2.均勻傳輸線上行波的傳播特性沿線電壓、電流復振幅的表達式為：

欲知電流和電壓隨時間的變化規(guī)律，則只需將和分別乘以時間因子后再取其實（虛）部即可。

長線及其等效電路微波傳輸參數

特征阻抗對于雙導線：2rD微波傳輸參數同軸線：Dd微波傳輸參數

傳播常數

一般傳播常數為復數，其中實部α為衰減常數，單位為dB/m。虛部β為相移常數，單位為弧度/米。對于無耗線，因，故傳播常數為純虛數，即因此，行波場在無耗線中傳播時其振幅不衰減微波傳輸參數

相速和相波長相速：行波的等相位面運動的速度。設z1、t1時行波的相位為：此相位在t2時刻運動到z2處，則有：行波相速為：微波傳輸參數相波長：行波在一個周期內，等相位面沿傳輸方向移動的距離。3.傳輸線1）.利用傳統“線理論”求解分布參數傳輸線問題等效電路由基爾霍夫定律：對于角頻率為ω的余弦波有：上式兩端對z求導，得其中傳輸線上電壓和電流波動方程上述方程的解為：已知終端電壓U2和電流I2時：傳輸線上的電壓和電流以波的形式存在，且由入射波和反射波組成，并可以寫為：式中方程的解還可以寫成雙曲函數已知源端電壓U1和電流I1，聯立求解得：于是2).均勻無耗傳輸線傳播常數（對于均勻無耗傳輸線有：R0=0,G0=0）特性阻抗輸入阻抗在輸入端處的電壓和電流為：輸入阻抗為：已知終端負載輸入阻抗有如下性質：1）

輸入阻抗隨位置變化，與負載有關2）均勻無耗傳輸線的輸入阻抗沿傳輸線呈周期變化，變化周期與傳輸信號的頻率有關。反射系數：參考面處電壓反射波與電壓輸入波之比為電壓反射系數。傳輸線上的電壓為：電壓反射系數：參考面處電流反射波與電流輸入波之比為電流反射系數。傳輸線上的電流為：電流反射系數：利用（電壓）反射系數可將傳輸線上的電壓、電流表示為：設終端坐標Z=0,則其反射系數為：所以傳輸線的反射系數為：

為反射系數的相角。反射系數與輸入阻抗的關系：在負載終端：傳輸線的工作參數1.輸入阻抗式中為終端負載阻抗對于無耗線則輸入阻抗為：幾種特殊情況下的輸入阻抗（1）終端短路線阻抗為純電抗，可以為電感性，也可以為電容性，視ｚ值而定。（2）終端開路線這時終端開路的無耗傳輸線的輸入阻抗也呈純電抗。根據這一關系式可采用“開路-短路法”確定（3）終端負載等于特性阻抗（4）線這時則（5）線這時則經無耗傳輸的輸入阻抗不變，這種性質稱為阻抗還原性。2.反射系數（1）反射系數與電流、電壓的關系（2）反射系數與輸入阻抗的關系（3）終端反射系數與負載阻抗的關系3.駐波系數與行波系數傳輸線上電壓最大值與電壓最小值之比，稱為電壓駐波系數或電壓駐波比：也可以用電流定義駐波系數，一般用電壓。對于無耗線，由于，于是即，無耗線上的駐波系數與z無關。行波系數定義為駐波系數的倒數。傳輸線的工作狀態(tài)傳輸線存在三種不同的工作狀態(tài)，即行波狀態(tài)、駐波狀態(tài)和混合波狀態(tài)。由傳輸線終端所接負載決定。1.行波狀態(tài)：傳輸線上無反射，只存在入射波的工作狀態(tài)當時，為行波狀態(tài)，此時式中為的初位相，上式的瞬時值形式為：行波狀態(tài)下，無耗線的特點：（1）沿線電壓、電流振幅不變。（2）電流、電壓同相位。（3）沿線各點的輸入阻抗均等于其特性阻抗。（當時，有）1.駐波狀態(tài)：當傳輸線終端開路（）或短路（）或接純電抗負載（）時，線上的反射波振幅與入射波振幅相等，兩者疊加，在線上形成全駐波。三種負載的駐波分布，其區(qū)別是傳輸線終端處波的相位不同。當，即傳輸線短路，此時終端反射系數為：于是線上電壓、電流為表示為瞬時值形式全駐波狀態(tài)下無耗線的特點：（1）不在具有行波的轉輸特性，而是在線上作簡諧振蕩，表現為相鄰波節(jié)之間的電壓（或電流）同相，波節(jié)點兩側的電壓（或電流）反相。（2）傳輸線上電壓和電流的振幅是位置z的函數，出現最大（波腹點）和零值（波節(jié)點）。（3）傳輸線上各點的電壓和電流在時間上有T/4的相位差。在空間位置上也有的相移，因此全駐波狀態(tài)下沒有功率傳輸。3.混合波狀態(tài)在一般狀態(tài)下，線上同時存在入射波和反射波，且兩者的振幅不等，疊加后形成混合波狀態(tài)。對于無耗傳輸線，線上的電壓和電流表示為第一部分為由電源向負載傳輸的單向行波，第二部分為駐波行波與駐波成分取決于反射系數，也可以用駐波系數表示當傳輸線工作在行波狀態(tài)時駐波狀態(tài)時混合波狀態(tài)時例題有一段的無耗線，當終端短路時，測得始端的阻抗為的感抗，求該傳輸線的最小長度；如果該傳輸線的終端為開路，長度又為多少？解（1）終端短路的輸入阻抗為即于是將代入求得：（2）終端開路線的輸入阻抗為終端的阻抗應為容性，即，于是同軸傳輸線總結（1）電流波和電壓波方程及其解的物理意義（2）傳輸線的特性參數：特性阻抗、傳播常數、相速度和波長（3）傳輸線的工作參數輸入阻抗：五種特殊情況下的結果

反射系數：與其他參數的關系，用反射系數表示其他參數。（4）傳輸線的工作狀態(tài)行波、駐波和混合波狀態(tài)。微波技術基礎4.矩形波導傳輸線1）.Maxwell方程與波動方程Maxwell方程微波技術基礎對于簡諧場：所以：微波技術基礎邊界條件：兩種理想介質介面：理想良導體表面：微波技術基礎波動方程微波技術基礎Z向行波的波動方程且：微波技術基礎Z向傳播常數為：其中λc和fc分別為截止波長和截止頻率。微波技術基礎設波沿Z向傳播，即:則有各場分量之間的關系為：微波技術基礎整理后有：微波技術基礎橫電波（TE波）：微波技術基礎橫磁波（TM波）：微波技術基礎橫電磁波（TEM波）：要使電磁場各分量不全部為零，必需kc和fc為零，即任何頻率下TEM波均能傳播。此時：微波技術基礎矩形波導：微波技術基礎TE波解：微波技術基礎TM波解：微波技術基礎能在傳播系統中獨立存在的電磁場結構稱為模式：微波技術基礎a=7.2cm,b=3.4cm波導中各模式的λc分布752.單模傳輸TE10TE20TE01TE11,TM11TE30TE12,TM122ba2aⅠⅡⅢ

截止區(qū)（Ⅰ）：

>2a

單模區(qū)（Ⅱ）：a<