微波技术与天线

课程名称：微波技术与天线 课程代码：02367（理论）

第一部分 课程性质与目标

一、课程性质与特点

《微波技术与天线》是电子与信息工程专业、通信技术专业的一门专业基础课。该课程研究的基本内容是电磁场的基础理论、导行电磁波和导模概念、各个导行波场的求解方法、传输线的基本理论和计算方法、微波网络基础与器件、天线的基本概念、基本理论及天线的基本结构并且与现代通信紧密相关的新技术。

二、课程目标与基本要求

通过本课程的学习，可以使学生掌握微波与天线的基本概念、基本理论和基本分析方法。并在此基础上，学会利用所学知识去解决微波与天线领域的工程实际问题，为今后从事微波与天线研究和工程设计工作打下良好的基础。

三、与本专业其他课程的关系

本课程的前导课程是高等数学、电路分析基础、数学物理方法、电磁场理论。是无线通信技术的基础课程。

第二部分 考核内容与考核目标

第一章 场论与静态电磁场

一、学习目地与要求

本章主要研究静态电磁场的基本规律和分析方法。通过本章的学习，使学生能够理解电荷与电流密度的概念，理解并掌握电流连续性方程；理解并掌握静电场和恒定磁场的基础—库仑定律和安培力定律，牢固建立静电场和恒定磁场的概念，并能根据不同电荷分布和电流分布的相关电磁场强度计算表达式，计算一些典型电荷分布和电流分布的电场强度和磁感应强；牢固掌握静电场和恒定磁场的基本方程 ，深刻理解静电场和恒定磁场的基本性质；深刻理解电位和磁位的物理意义，掌握电位与电场强度、磁位与磁感应强度的关系；了解电介质极化和磁介质磁化的物理过程。

二、考核知识点与考核目标

（一）场论 （一般）

识记：矢量运算中的相关规则及矢量恒等式

理解：标量场与矢量场的概念、标量场的等值面和矢量场的矢量线、矢量场的散度与旋度、标量场的梯度。

应用：应学会应用矢量分析这一重要数学工具去研究电磁场在空间的分布和变化规律。

（二）静电场（次重点）

识记：电荷与电荷密度、电场强度、 均匀介质中的电场

理解：、电场强度的相关计算公式、库仑定律

应用：用静电场的基本方程高斯定律求解静电场、计算点电荷系统和一些连续分布电荷系统的电位

（三）稳恒电流场 （一般）

识记：电流密度、欧姆定律、焦耳定律的微分形式

理解:、电荷守恒定律、稳恒电流场的基本方程

（四） 恒定磁场 （次重点）

识记：磁感应强度、介质的磁化

理解：稳恒磁场的基本方程、矢量磁位、磁介质中的安培定律

应用：运用安培环路定律求解具有一定对称性分布的磁场、利用矢量磁位求解一些简单的磁场分布问题

第二章 电磁波原理

一、学习目地与要求

本章主要讨论了时变电磁场的普遍规律、电场和磁场在交替变化的过程中所形成的电磁波的相关特性，并重点讲述了均匀平面电磁波在无界空间的传播特性和在分界面上的反射和透射特性。通过本章的学习，要求学生们必须牢固掌握麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式，深刻理解其物理意义；必须正确理解和使用边界条件、深刻理解坡印廷矢量的物理意义并能用其分析计算电磁能量的传输情况；掌握电磁场的波动方程以及理解矢量位和标量位的概念和满足的相应方程；深刻理解和掌握均匀平面电磁波在无界理想介质中的传播特性，理解描述传播特性的参量的物理意义；掌握三种极化方式的产生条件；熟练掌握平面电磁波对理想导体和理想介质垂直入射时的分析方法和过程；理解平面电磁波向理想导体界面的斜入射。

二、考核知识点与考核目标

（一）时变电磁场 （重点）

识记：正弦电磁场的复数表示法、坡印廷定理、波动方程、唯一性定理

理解：麦克斯韦方程、时变场的边界条件、坡印廷矢量

应用：从麦氏方程出发，结合边界条件求解相关问题。

（二）平面电磁波 （重点）

识记：沿任意方向传播的平面波

理解：理想介质中的均匀平面波、波的极化

应用：计算在自由空间传播的均匀平面波的电场强度或磁场强度；计算描述均匀平面波传播特性的参量(如波矢量、波阻抗等)；计算坡印廷矢量

（三）平面电磁波的反射与折射 （次重点）

识记：垂直极化波、平行极化波、

理解：垂直极化波入射、平行极化波入射、全透射与全反射

（四）平面电磁波向理想导体界面的斜入射 （一般）

识记：垂直极化波斜入射、平行极化波斜入射

第三章 导行电磁波

一、学习目地与要求

本章主要讨论电磁波在导波系统中的传输问题。通过本章的学习，要求同学们必须掌握求解波导中场的重要方法—纵向场分析法，该方法中所涉及到的有关物理量，如传播常数、截止波数的物理意义必须深刻理解，计算公式必须牢固掌握；牢固掌握波沿规则波导传输的一般特性；熟知波沿不同形状的波导传输的相关特性，如矩形波导、圆形波导等，重点掌握矩形波导中的主要传输模式—模；必须了解同轴线中的传输模式，并能通过恰当选择尺寸的情况下，保证TEM波的传输；了解波导激励与耦合的方式。

二、考核知识点与考核目标

（一）规则波导的分析方法和一般特性（重点）

识记：波导中的波型—TE，TM和TEM波、波的速度—相速度，群速度、波导波长、波阻抗

理解：不同模式的传输条件、截止现象和截止波长

应用：能用纵向场法求解波导中电磁波的场解、应用相关公式求出波导中描述波传输特性的相关参量。

（二）金属矩形波导的场解（重点）

理解：矩形波导中不同波型的场解、矩形波导中的传输特性、波导的功率容量

应用：计算不同模式的截止波长、能确定波导中能传输或截止的模式、熟悉单模传输条件、能绘出模式的场结构，壁电流分布、计算模式的相关传输参量

（三）圆柱形波导（次重点）

识记：圆波导中不同波型的场解

理解：圆波导中的三个主要波型及其应用

（四）同轴传输线（次重点）

识记：、同轴线中的高模及尺寸选择

理解：同轴线中的TEM波

（五）波导的激励与耦合（一般）

识记：波导激励的方式及激励装置

第四章 微波传输线的基本理论

一、学习目地与要求

本章以双导线为例用路的分析方法主要讨论了微波传输线上的传输特性和电压电流的分布规律，同时推出了一种重要的计算工具—阻抗圆图，并将这一计算工具应用于工程实际中，如阻抗匹配技术。通过本章的学习，要求同学们必须深刻理解微波传输线的分布参数概念，了解传输线方程及其解以及传输线的工作特性参数；必须掌握传输线的三种不同工作状态的条件和特点；必须掌握用阻抗圆图来解决传输线应用中的计算问题；了解不同阻抗匹配器的匹配方法，学会在阻抗匹配时用阻抗圆图来进行计算；了解微波集成电路的主要组成部分—微带线

二、考核知识点与考核目标

（一）微波传输线的分析（次重点）

识记：分布参数概念、传输线方程及其一般解

理解：传输线方程的定解（已知终端电压和电流）、传输线的工作参数，如特性阻抗、反射系数、输入阻抗、传播常数、相速及波长。

应用：应用相关公式计算传输线上的电压和电流、反射系数、输入阻抗

（二）均匀无耗传输线的工作状态（重点）

理解：形成行波状态、驻波状态、行驻波状态的条件和特点

应用：求出不同工作状态下的电压、电流、输入阻抗、驻波比，并能绘制出相关图形。

（三）阻抗圆图（重点）

应用：在传输线问题的相关运算中使用阻抗圆图来进行计算。

（四）传输线的阻抗匹配（重点）

应用：会采用不同的阻抗匹配器进行传输线的阻抗匹配

（五）微带传输线（一般）

识记：对称微带和不对称微带的演变过程及结构、它们中所传输的波型

第五章 微波网络与元器件

一、学习目地与要求

本章主要讨论了微波等效电路的方法，这就是将本质上是场的问题转化为电路问题来处理的重要方法，这对处理横截面形状不均匀物体时极为有用，如微波元器件的分析和处理。通过本章的学习，要求同学们必须掌握如何将波导等效为双线传输线、不均匀体等效为网络，必须深刻理解模式电压和模式电流的意义；必须深刻理解网络参量的物理意义，并学会用任意网络参量去描述一个具体的微波电路。对于二端口网络的级联其重点放在A参量， 其余参量中的S参量是微波网络所乐于采用的重要参量；微波网络理论的主要应用场合就是对各种微波元器件的分析和处理，对于各种不同的元器件，必须了解其功能及结构，熟知其工作原理及应用场合。

二、考核知识点与考核目标

（一）微波网络的等效 （重点）

理解：模式电压和模式电流的概念、模式矢量函数的归一化条件、归一化模式电压和归一化模式电流的概念。

应用：根据相关条件求对应模式的模式电压和模式电流

（二）双端口网络的阻抗矩阵、导纳矩阵及A矩阵（A重点，Z、Y次重点）

识记: 阻抗矩阵、导纳矩阵的特点及性质

理解：A参量的特点及性质以及不同电路的A矩阵

应用：用A矩阵解决二端口网络的级联问题

（三）双端口网络的散射矩阵（重点）

理解：散射参量的物理意义、散射参量的性质

应用：求解具体电路的S参量

（四）多端口网络的散射矩阵（一般）

识记：多口网络的特点及性质

（五）微波元件（一般）

识记：各元件的功能及工作原理

第六章 天线基本原理

一、学习目地与要求

本章主要讨论了天线产生辐射场的基本原理和各种不同天线的辐射性能。通过本章的学习，要求同学们必须掌握基本振子的辐射性能；必须深刻理解为了增加辐射电阻，提高天线的辐射能力所采用的振子天线的工作原理；必须了解为了获得较强的方向性和其它特性所采用的天线阵列的性能；必须熟知发射天线和接收天线的电参数；简单了解各种线天线和面天线的辐射性能和应用场合。

二、考核知识点与考核目标

（一）基本振子的辐射（重点）

理解：电流的场解、电基本振子场解、电偶极子的近区场、电偶极子的远区场、磁基本振子。

应用：分析和计算天线的辐射场、辐射方向性、半功率宽度、零功率宽度和副瓣电平以及辐射电阻。

（二）振子天线 （重点）

理解：对称振子的场解、对称振子的方向性，辐射电阻，输入阻抗、发射天线的参数、天线的极化和天线的频带宽度

应用：对称振子天线的辐射与电长度之间的关系，重点掌握半波振子天线的方向图

（三）天线阵（次重点）

理解: 直线阵列天线的方向图、波瓣宽度、旁瓣电平等的分析与计算

（四）接收天线（一般）

识记：接收天线的电参数

（五）常用线天线（一般）

识记：各种常用线天线的工作原理

（六）面天线（一般）

识记：抛物面天线和双反射面天线的工作原理

说明：该项需编纲教师全面考量该课程内容，并对各章节都给出相应的知识层次（重点、次重点、一般），在知识层次下对各知识点提出相应的能力层次要求（识记、理解、应用）。在分配知识层次和能力层次过程中，应注意以下问题：

1、知识层次包括“重点、次重点、一般”三个层次，此三层次在命题中的固定比重分别为：65% ，25%，10%。要求编纲教师在分配知识层次时，除考虑知识点本身的重要性外，兼顾各层次在命题中的比例要求。避免出现某一层次知识点过少，不能满足命题中比例要求的情况。

2、①能力层次包括“识记、理解、应用”三个层次，此三层次在命题中无固定比重要求，需编纲教师结合本课程的具体考核要求给出比例（在“有关说明与实施要求”中给出比例），并在分配知识点能力层次时结合命题比例，做到大纲与试卷要求统一。

②大纲中知识点的能力层次分配应全面涵盖三个能力层次，尽量不要缺少，但各章节不是必须全有三个层次的知识点，应根据各章实际情况具体安排。

3、大纲中的考核知识点只具体到章，不需要将知识点细化到节。

第三部分 有关说明与实施要求

一、考核的能力层次表述

本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：

识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

说明：省考委统一加以说明，编纲教师不需自行解释。

二、教材

1、指定教材

电磁波工程 国防科技大学出版社 朱建清 （第一版）

2、参考教材

微波技术与天线 电子工业出版社 殷际杰 （第一版）

说明：

1、大纲中的指定教材为省自考委核准的指定教材，此次配合我省自考教材清理工作，部分课程教材已由主考校提出审核意见并要求调整为推荐教材，如编纲教师认为需更换指定教材或推荐教材不合理，需提交由主考校盖章的《教材变更报告》，经批准后，方可更改。

2、所列教材均需写明：书名、出版社、作者、版本，参考教材可以没有。

三、自学方法指导

1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。

3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。

说明：该项省考委统一说明，若编纲教师需做个别说明，该部分也可自行撰写。

四、对社会助学的要求

1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡"认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通"的方法。

5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。

8、助学学时：本课程共4学分，建议课时为72学时，其中助学学时分配如下：

说明：

1、该项1-7省考委统一说明。若编纲教师需做个别说明，该部分也可自行撰写。

2、该项中对助学学时的分配，需由编纲教师完成。高等教育自学考试规定每学分18学时，请教师按此规定分配学时。涉及实践考核的课程，实践与理论课时应分别列出。

五、关于命题考试的若干规定

(包括能力层次比例、难易度比例、内容程度比例、题型、考试方法和考试时间等)

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是："识记"为 20 %、"理解"为 30 ％、"应用"为 50％。

3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。

4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。

5、试题类型一般分为：试题类型一般分为:填空题、简答题、证明题、计算题等。

6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。

说明：

1、该部分1、3、4、6项省考委统一规定，编纲教师不用自行填写。

2、其中第2项“不同能力层次的试题比例”需编纲教师结合大纲中各章知识点能力层次分配给定。

3、第5项“试题类型”,也需编纲教师结合命题要求给出。应尽量全面的涵盖该课程考试中可能出现的试题类型，避免出现考试中出现的题型在大纲中没有举出的情况。

六、题型示例（样题）

一、填空题：

1、 已知在自由空间中传播的电磁波的电场强度为 v/m ,可见此波的波长为 ，自由空间的波数为 ，它是沿 方向传播的。

2、终端接任意负载时，距终端为整数倍的各处，其输入阻抗为 ；距终端为奇数倍的各处其输入阻抗为 。

二、简答题：

1、空气填充的矩形波导其单模传输条件是什么若兼顾功率容量，该条件有什么变化

3、何谓简并圆波导中有几类简并试举例说明。

三、证明题：

在无耗传输线某选定参考面上测得（接短路负载时）、（接开路负载时）、（接实际负载时），试证明负载阻抗

四、计算题：

1、有一个二端口网络，如下图，图中jx = j2 为归一化电抗，jb = j1为归一化电纳， 试求：

（1）散射参量矩阵。

（2）插入衰减（用分贝表示）及插入相移θ。

4、已知某天线在E平面上的方向函数为

（1）画出其E面方向图

（2）计算其半功率波瓣宽度。

微波技术与天线