课程概述

   “微波技术”是电子信息类专业的专业基础课,几乎所有电磁场与微波技术学科相关的工作和研究都需要“微波技术”课理论的支撑。雷达、通信、遥感、导航等无线系统是微波技术应用的主要领域,尤其雷达和通信的发展极大地促进了微波技术,手机就是典型的微波技术载体。

                                        

           图1 无线通信系统中的电磁波

 参考图1,无线通信系统的电磁波问题可分为三类:

    (1)发射天线和接收天线之间,在近似无界空间中的电磁波传播问题;

    (2)构成发射机和接收机的电路与系统中的电磁波传播问题;

    (3)发射和接收天线上的电磁波传播、转换、辐射问题。

对应的课程分别为:

    (1)电磁场与电磁波;

    (2)微波技术;

    (3)天线。

微波技术课起到承前启后的作用,将对电磁场与电磁波的学习进行巩固加深,对天线的学习进行入门导入。

             图2 微波技术课学习内容

        为此,我们设计的微波技术课学习内容如图2所示,共包括7章和微波技术实验,其中虚线所包围的第1章到第6章为核心内容。课程将主要围绕微波传输线和波导,从“纵”向、“横”向两个方面学习。

        0. 绪论:本章作为课程入口,介绍微波和微波技术的含义、为什么学习微波技术、课程定位、课程内容安排。

        1. 第1章 电磁场与电磁波基础:学习与微波技术相关的电磁场、电磁波、电路基础知识,为学习微波技术打下基础。在第1章之后可以选择学习第2章或第3章。

        2. 第2章 传输线理论:基于分布参数微波电路理论,学习微波传输线的纵向功率传输问题,针对的主要传输线类型是平行双导线和同轴线。

        3. 第3章 波导理论:基于电磁场理论,学习微波传输线的横向电磁波模式场分布问题,针对的主要传输线类型有矩形波导、圆波导、同轴线。

        4. 第4章 微波网络:学习多传输线连接的微波结等效为微波网络的方法、常用网络参量(散射参量、转移参量等)及网络性质。本章为波导理论和传输线理论的综合:将电磁波模式用微波等效电路表示,将单传输线扩展为多传输线。

        5. 第5章 微波元件:主要针对波导型传输线,学习常用的一端口、二端口、三端口、四端口微波元件原理。本章可以视为微波网络模型针对波导类型传输线的实际应用。

        6. 第6章 天线基础:天线是一种特殊的微波元件,本章将从传输线终端等效负载、转换器、辐射器等视角学习天线基础知识,介绍天线基本结构、基本概念和参量。

        7. 第7章 微带传输线和天线:本章定位为课程出口,是全部微波技术基础理论针对微带类型传输线的实际应用,包括微带线、带状线、微带元件、微带天线等。

        8. 微波技术实验:主要用来辅助基础理论教学,提升教学效果,包括微波测量线实验、网络分析仪实验、分体微波通信实验,实验频段覆盖常用的射频无线通信频段(30MHz-3GHz)以及典型的微波频段(中心频率为10GHz的X波段)。

        通过上述微波技术课学习,使学生对微波、射频、天线技术和基本原理有较充分的理解和掌握,达到在电子信息类学科深造发展以及通信、雷达等行业从事相关工作的要求。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


预备知识

电路分析,电磁场与电磁波

授课大纲

绪论

第0-1讲 什么是微波

第0-2讲 什么是微波技术

第0-3讲 微波技术发展历史

第0-4讲 为什么要学习微波技术(一)

第0-5讲 为什么要学习微波技术(二)

第0-6讲 为什么要学习微波技术(三)

第0-7讲 微波技术课定位和基本内容

第0-8讲 微波技术课教学内容图示

第0-1次单元测验

第1章 电磁场与电磁波基础

第1-1讲 无界空间均匀平面波(一)

第1-2讲 无界空间均匀平面波(二)

第1-3讲 无界空间均匀平面波(三)

第1-4讲 有界空间的平面波

第1-5讲 时谐量的复数表示

第1-6讲 瞬时量方程和复数量方程的转换

第1-1次单元测验

第1-1次作业

第2章-2.1 传输线理论基本概念

第2-1讲 微波技术问题引入

第2-2讲 微波传输线与直流低频导线比较

第2-3讲 微波传输线定义和类型

第2-4讲 长线和短线

第2-5讲 集总参数和分布参数——以短线和长线为例

第2-1次单元测验

第2章-2.2 传输线方程及通解

第2-6讲 长线微元dz的集总参数电路模型

第2-7讲 传输线方程及解

第2-8讲 端口条件

第2-9讲 解的物理意义

第2-2次单元测验

第2-1次作业

第2章-2.3 传输线一次特征量

第2-10讲 传输线一次特征量:分布参量

第2-3次单元测验

第2章-2.4 传输线二次特征量

第2-11讲 传输线二次特征量:传播特性参量

第2-4次单元测验

第2章-2.5 工作状态参量

第2-12讲 工作状态参量——反射系数

第2-13讲 工作状态参量——输入阻抗和导纳

第2-14讲 工作状态参量——驻波参量

第2-15讲 例题

第2-5次单元测验

第2-2次作业

第2章-2.6 行波

第2-16讲 行波

第2-6次单元测验

第2章-2.7 驻波

第2-17讲 终端短路

第2-18讲 终端开路

第2-19讲 终端接纯电抗性负载

第2-7次单元测验

第2章-2.8 行驻波

第2-20讲 行驻波

第2-8次单元测验

第2-3次作业

第2章-2.9传输功率

第2-21讲 功率

第2-22讲 功率容量

第2-9次单元测验

第2章-2.10 传输线例题

第2-23讲 传输线例题--已知终端负载求其它状态参量

第2-24讲 传输线例题--已知驻波参量求其它状态参量

第2-25讲 传输线例题--包含信号源的问题

第2-26讲 传输线例题--多支节串联和并联问题

第2-27讲 总结:包含波源的传输线工作状态参量和电压电流求解

第2-4次作业

第2章-2.11史密斯圆图

第2-28讲 归一化阻抗和导纳

第2-29讲 等反射系数圆

第2-30讲 阻抗圆图(一)

第2-31讲 阻抗圆图(二)

第2-32讲 导纳圆图

第2-33讲 阻抗圆图和导纳圆图的转换

第2-34讲 例题

第2-10次单元测验

第2-5次作业

第2章-2.12 圆图例题

第2-35讲 圆图的应用

第2-36讲 已知终端负载阻抗求其它状态参量

第2-37讲 已知驻波参量求其它状态参量

第2-38讲 阻抗和导纳的转换

第2-39讲 已知输入阻抗求传输线长

第2-40讲 负载和传输线的匹配

第2-6次作业

第2章-2.13 阻抗匹配

第2-41讲 波源匹配和负载匹配(一)

第2-42讲 波源匹配和负载匹配(二)

第2-43讲 四分之一波长匹配器

第2-44讲 单支节匹配器(一)

第2-45讲 单支节匹配器(二)

第2-46讲 双支节匹配器(一)

第2-47讲 双支节匹配器(二)

第2-48讲 三支节匹配器

第2-11次单元测验

第2-7次作业

第3章-3.1 基本概念和理论

第3-1讲 电磁波类型及参量

第3-2讲 波导和导行波

第3-3讲 几种常用传输线比较

第3-4讲 波动方程和边界条件

第3-1次单元测验

第3章-3.2 规则金属波导的一般解法

第3-5讲 矢量场的纵横分离

第3-6讲 纵向场法

第3-7讲 横电波、横磁波、横电磁波

第3-8讲 纵向场分量方程和边界条件

第3-2次单元测验

第3-1次作业

第3章-3.3 矩形波导

第3-9讲 TM波(一)

第3-10讲 TM波(二)

第3-11讲 TE波

第3-12讲 波导模式和传播特性参量

第3-13讲 矩形波导传输性质

第3-3次单元测验

第3-2次作业

第3章-3.4 矩形波导主模TE10模式

第3-14讲 传播特性参量

第3-15讲 场结构

第3-16讲 管壁电流

第3-4次单元测验

第3章-3.5 矩形波导高次模式

第3-17讲 矩形波导高次模

第3-5次单元测验

第3-3次作业

第3章-3.6 波导色散和色散波

第3-18讲 波导色散和色散波

第3-6次单元测验

第3章-3.8 矩形波导功率传输和尺寸选择

第3-19讲 传输功率

第3-20讲 模式正交性

第3-21讲 功率容量

第3-22讲 衰减和损耗

第3-23讲 波导尺寸选择

第3-7次单元测验

第3-4次作业

第3章-3.9 圆波导

第3-24讲 TM波(一)

第3-25讲 TM波(二)

第3-26讲 TE波

第3-27讲 主要传输性质

第3-8次单元测验

第3-5次作业

第3章-3.10 圆波导的三种主要模式

第3-28讲 TE11(H11)模

第3-29讲 TE01(H01)模

第3-30讲 TM01(E01)模

第3-9次单元测验

第3章-3.11 同轴线

第3-31讲 主模

第3-32讲 高次模

第3-33讲 尺寸选择

第3-10次单元测验

第3-6次作业

第3章-3.12 波导的激励和耦合

第3-34讲 激励和耦合、场的对称和反称

第3-35讲 激励耦合装置和方法

第3-36讲 波导激励与耦合演示

第3-7次作业

第3-11次单元测验

第3-12次单元测验

第4章-4.1 微波等效电路关系

第4-1讲 微波等效电路关系

第4-1次单元测验

第4章-4.2 均匀波导传输模式等效为双导线

第4-2讲 等效的目的和原则

第4-3讲 功率关系与等效电压、等效电流

第4-4讲 阻抗的不确定性和等效特性阻抗

第4-5讲 相位常数

第4-2次单元测验

第4章-4.3 不均匀区等效为网络

第4-6讲 场量等效为电路量

第4-7讲 阻抗参量和导纳参量

第4-8讲 网络分类和网络性质

第4-9讲 网络参量和分类

第4-10讲 微波网络的特点

第4-3次单元测验

第4-1次作业

第4章-4.4 归一化参量

第4-11讲 归一化参量

第4-4次单元测验

第4章-4.5 散射参量

第4-12讲 散射参量和散射矩阵定义

第4-13讲 散射参量物理意义

第4-14讲 用散射参量描述网络性质

第4-15讲 散射参量与阻抗、导纳参量的转换

第4-16讲 参考面移动对散射参量的影响

第4-5次单元测验

第4-2次作业

第4章-4.6 二端口微波网络

第4-17讲 阻抗参量

第4-18讲 导纳参量

第4-19讲 散射参量

第4-20讲 二端口网络性质

第4-6次单元测验

第4章-4.7 用散射参量表示常用网络外特性参量

第4-21讲 用散射参量表示常用网络外特性参量

第4-7次单元测验

第4章-4.8 二端口网络的组合

第4-22讲 二端口网络的组合

第4-8次单元测验

第4章-4.9 转移参量

第4-23讲 转移参量

第4-9次单元测验

第4-3次作业

第4章-4.10 基本电路单元

第4-24讲 基本电路单元和串联阻抗

第4-25讲 并联导纳

第4-26讲 不同特性阻抗的传输线直接连接

第4-27讲 理想变压器

第4-28讲 一段均匀传输线

第4-10次单元测验

第4章-4.11 无耗三端口网络性质

第4-29讲 无耗三端口网络性质

第4-11次单元测验

第4章-4.12 无耗四端口网络性质

第4-30讲 无耗四端口网络性质

第4-12次单元测验

第4章-4.13 微波网络例题

第4-31讲 销钉滤波器等效电路的转移参量和散射参量

4.32讲 基本电路单元的散射参量计算

第4-4次作业

第5章-5.1 一端口元件

第5-1讲 一端口元件

第5-1次单元测验

第5章-5.2 二端口元件

第5-2讲 连接元件

第5-3讲 匹配元件

第5-4讲 衰减器和相移元件

第5-5讲 波型变换器

第5-2次单元测验

第5-1次作业

微波测量线实验(上)

E1-1 微波测量线实验系统介绍

E1-2 测量线晶体检波特性校准

E1-3 微波阻抗测量

E1-4 阻抗匹配技术

第E-1次单元测验

第5章-5.3 三端口元件

第5-6讲 E-T分支

第5-7讲 H-T分支

第5-3次单元测验

第5章-5.4 四端口元件

第5-8讲 双T

第5-9讲 魔T

第5-10讲 定向耦合器

第5-4次单元测验

第5-2次作业

第6章 天线基础

第6-1讲 目录

第6-2讲 无线系统中的电磁与微波技术

第6-3讲 天线基本结构

第6-4讲 分析天线问题的视角

第6-5讲 天线等效电路模型

第6-6讲 天线作为辐射器:辐射场区划分

第6-7讲 天线相位中心、方向图

第6-8讲 天线极化

第6-9讲 场和功率方向图以及主瓣、副瓣、零点

第6-10讲 定向性、增益、有效口径、波束范围

第6-11讲 天线参量汇总

第6-12讲 天线实例:开口波导和角锥喇叭

第6-1次单元测验

微波测量线实验(下)

E1-5 金属销钉电纳测量

E1-6 二端口微波网络参量测量

第E-2次单元测验

第7章 微带传输线和天线

第7-1讲 微带传输线和天线概述

第7-2讲 特性阻抗和导带基片尺寸互求的图示法

第7-3讲 微带线的损耗

第7-4讲 微带线电磁仿真

第7-1次作业

微波技术开放实验(课程设计)

微波技术开放实验(课程设计)

往届课程设计案例摘录

HFSS微带线建模指导

网络分析仪实验(上)

E2-1 传输线阻抗变换和阻抗圆图

E2-2 阻抗圆图用作导纳圆图

E2-3 同轴电缆驻波、插损测量

网络分析仪实验(下)

E2-4 同轴电缆特性阻抗测量

E2-5 同轴电缆的时域故障定位检查

分体无线微波通信实验

E3-1 分体无线微波通信实验系统介绍

E3-2 天线极化

E3-3 天线阻抗匹配

E3-4 天线方向性

E3-5 电磁波透射

E3-6 电磁波反射

天线门

E4-1 “天线门”事件

E4-2 天线基本知识

E4-3 实验平台说明

E4-4 解析“天线门”

参考资料

[1] 全绍辉,微波技术基础[M]. 北京:高等教育出版社,2011.

[2] 全绍辉,曹红燕. 微波技术基础一本通——概要、答疑、题解、实验、自测[M]. 北京:清华大学出版社,2013.

[3] 微波学堂公众号:buaa_wbxt

[4] 微波学堂系列网站:weiboxuetang.com, wbxt.buaa.edu.cn

[5] David M. Pozar. Microwave Engineering. John Wiley &Sons, 2005.

   David M. Pozar著. 张肇仪等译. 微波工程. 北京:电子工业出版社,2008.

[6] 清华大学《微带电路》编写组,微带电路[M],北京:清华大学出版社,2017.

常见问题

1. 微波技术课有实用性吗?

答:当然有,学好后可以到通信公司应聘射频工程师、天线工程师。

2. 微波技术理论是否很难?

答:只要掌握正确的学习方法就不难。在教学中会尽可能指明学习思路、强调物理概念、简化数学分析。

3. 我电磁场理论基础较差,能学好微波技术吗?

答:可以。一方面本课程教学会适当补充电磁场与电磁波基础,另方面本课程主要内容之一就是将复杂电磁波场问题简化为等效电路分析问题。

4. 听讲和看书仍有不懂问题怎么办?

答:有学习疑问可随时在课程论坛或网络微波学堂论坛(weiboxuetang.com)提出,我们一般会在24小时之内回复;另外建议通过手机微信关注“ 北航微波学堂”公众号buaa_wbxt,可以通过该公众号答疑并获取更多课程教学信息。


5. 作业和作业答案如何查询?

答:作业题可查阅《微波技术基础》,作业参考答案可查阅《微波技术基础一本通》 ,全部作业题和作业参考答案均可通过 “ 北航微波学堂 ”公众号查询。

6. 对学习进度有什么要求?

答:本课程教学时间为16周,课程基础理论和实验教学视频总时长不超过24小时,平均进度约为1.5小时/周。在高校开学前2周开始,并延后2周关闭,课程总开放时间为20周。

7. 天线基础有什么学习要求?

答:主要用于微波技术课程项目,期末考试不要求。

8. 微波技术实验有什么学习要求?

答:主要用于辅助基础理论学习,期末考试不要求。

9. 如何获取课程最新通知?

答:请及时查看课程公告。