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微波技术

课程概述

“微波技术”是电子信息学院的一门重要专业基础课,其完整的课程定位可总结如下:

1、电路分析、电磁场理论等课程的知识延伸课;

2、关于射频和微波新现象、新概念、新理论的知识扩展课;

3、电子类、通信类专业必须掌握的基本概念、基础理论课;

4、进行深入电子科学与技术、电磁场与微波技术领域研究的必修课;

5、电子信息、无线通信等相关专业及行业从业人员,如射频工程师、微波工程师、天线工程师的入门课。

“微波技术”主要教学内容来自高等教育出版社出版的《微波技术基础》(全绍辉编著),具体包括:

1、绪论: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、课程内容安排等。所需1学时。

2、第一章 电磁场和电磁波基础:复习与微波技术相关的电磁场与电磁波知识、电路知识,为学习微波技术打下基础。所需1学时

3、第二章 传输线理论:基于分布参数电路理论学习微波传输线原理,针对的主要传输线类型是平行双导线和同轴线。所需14学时

4、第三章 波导理论:基于场的理论学习微波传输线原理,针对的传输线类型有矩形波导、圆波导、同轴线。所需14学时

5、第四章 微波网络:学习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。所需8学时

6、第五章 微波元件:学习常用的一端口、二端口、三端口、四端口微波元件及其原理和应用。所需4学时

7、天线结构和参量:通过微波传输线引入天线,介绍天线基本结构、基本概念和参量。所需2学时

雷达、通信、遥感、导航等无线系统是电磁场与微波技术应用的主要领域。早期以二次世界大战时间点(1939年-1945年)为界,把微波技术发展分为三个阶段:(1)二战以前的实验室研究阶段;(2)二次世界大战期间,以美国辐射实验室研究雷达技术为代表的快速发展应用阶段;(3)二战之后的广泛发展应用阶段。

在上世纪70年代,摩托罗拉公司发明世界上第一台移动电话,到80年代,推出第一台便携式手机,再到90年代,中国第一台国产“大哥大”产生,民用无线通信技术开始迅速发展。到现在,通信已成为电子信息类专业学生主要就业领域之一,电磁场与微波技术是无线通信系统的重要组成部分,其发展也迎来高峰,具体表现为:

1、高集成度、多频段、多模式等多样化的无线通信都需要电磁场与微波技术,如手机、无线局域网、蓝牙、无线键盘鼠标麦克耳机等。

2、无线通信技术的发展带动了电磁场与微波技术的发展,如宽带天线、可重构天线、智能天线、MIMO(多入多出)、MMIC(单片微波集成电路)等。

3、无线通信行业带来电磁场与微波技术专业的就业高峰,如射频工程师、微波工程师、天线工程师等,这些职业均要学习电磁场与微波技术。

证书要求:

1、平时成绩(含作业和实验、测验和讨论等)50%;

2、期末考试50%。

总成绩60-84分为合格,85分以上为优秀

常见问题

1 “微波技术”课用哪本教材?

答:目前课程所用教材有2本,分别为

[1]全绍辉,微波技术基础[M],北京:高等教育出版社,2011年4月。(北京高等教育精品教材,北航校级教学成果一等奖) [2]全绍辉等,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年8月。(全国普通高校通信工程专业规划教材,北航校级教学成果三等奖)

2 课程教材有何特点?

答:与国内外同类教材相比,本教材在微波技术基础知识讲解的逻辑性、规范性、清晰性、易读性等方面具有特色,适合初学者入门。

3 《微波技术基础一本通——概要、答疑、题解、实验、自测》有什么用?

答:该书包含《微波技术基础》一书的全部习题参考答案,同时是微波技术实验指导书。

4 什么是MOOC?

答:MOOC (massive open online courses)是大型开放式网络课程,通过录制课程教学视频,依托网络进行教学、考评,使教学效果达到甚至超过传统课堂教学效果。简而言之,MOOC平台就是提供了一个网络学习教室。

5 什么是翻转课堂?

答:翻转课堂译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”,意即将传统课堂的教师讲授以教学视频、网络资源、电子和纸质教材等方式转移到课外,而在传统课堂内,专注基于项目的学习、师生之间的交流讨论、教师对知识点的重点讲解、学生对知识点的参与讲解、教师针对性辅导、对学生的作业测验实验等内容。

6 微波技术教学视频效果怎么样?看教学视频不懂怎么办?

答:(1)微波技术教学视频能够满足基本教学要求。(2)如果同学利用视频学习有困难,可以随时在微波学堂论坛(weiboxuetang.com)提出,或者联系教师、教辅答疑,教师联系方式为eie205@sina.com,quanshao@buaa.edu.cn (3)我们也会在教学过程中循序渐进改进教学视频,欢迎同学多提宝贵意见。

7 课程作业如何提交?

答:要求在网络微波学堂提交作业,具体操作步骤是: (1)在网络微波学堂(weiboxuetang.com)以学号注册帐号;(2)点击“在线课程→微波技术→作业实验”栏目;(3)选择自己所在班级再点击;(4)点击发帖,创建小组或个人学习档案:标题应包含自己分组号、学号或姓名;(5)回复发帖,同时将要提交作业扫描上传;(6)教师教辅会在此发帖下批改作业、点评回复。

8 课程成绩如何构成?

答:(1)期末考试50%;(2)作业和实验30%;(3)测验和讨论20%。

9 课程持续多长时间,对学习进度有什么要求?

答:课程开放时间16周,原则上每周进度应不少于2次课。按2次课/周计算,完成全部课程共需要11周。鼓励学习者按自身情况加快进度。

10 微波学堂都有哪些网站?

答:(1)目前微波技术课所依托的MOOC平台是www.mooc.buaa.edu.cn,主要用于进行网络视频教学;(2)微波学堂论坛网址是:weiboxuetang.com,主要用于课程通知公告、课件资料下载、提交作业、交流答疑;(3)微波学堂门户网站是:wbxt.buaa.edu.cn,用于进行微波学堂网站总体介绍。

11 微波学堂微信、微博账号是什么?

答:(1)微波学堂网站的新浪微博用户名为:北航微波学堂(2)微波学堂网站的微信公众号为:buaa_wbxt

12 对“天线”学习有什么要求?

答:目前“天线”内容为选修,在期末考试中不会出现相关题目,感兴趣的同学可以与教师教辅协商教学安排。

授课大纲

第一周 第一次课

第1讲 什么是微波

第2讲 什么是微波技术

第3讲 微波技术发展历史

第4讲 为什么要学习微波技术(一)

第5讲 为什么要学习微波技术(二)

第6讲 为什么要学习微波技术(三)

第7将 课程内容及安排

第8讲 无界空间均匀平面波(一)

第9讲 无界空间均匀平面波(二)

第10讲 无界空间均匀平面波(三)

第11讲 有界空间的平面波

第12讲 时谐量的复数表示

第13讲 瞬时量方程和复数量方程的转换

第一周 第二次课

基本概念和理论

第14讲 微波传输线

第15讲 长线和短线

第16讲 集总参数和分布参数

传输线方程及通解

第17讲 长线微元dz的集总参数电路模型

第18讲 传输线方程及解

第19讲 端口条件

第20讲 解的物理意义

第二周 第一次课

第21讲 传输线一次特征量:分布参量

第22讲 传输线二次特征量:传播特性参量

第23讲 工作状态参量——反射系数

第24讲 工作状态参量——输入阻抗和导纳

第25讲 工作状态参量——驻波参量

第26讲 例题

第二周 第二次课

第27讲 行波

驻波

第28讲 终端短路

第29讲 终端开路

第30讲 终端接纯电抗性负载

第31讲 行驻波

第三周 第一次课

传输功率

第32讲 功率

第33讲 功率容量

传输线例题

第34讲 已知终端负载求其它状态参量

第35讲 已知驻波参量求其它状态参量

第36讲 包含信号源的问题

第37讲 多支节串联和并联问题

第三周 第二次课

史密斯圆图

第38讲 归一化阻抗和导纳

第39讲 等反射系数圆

第40讲 阻抗圆图

第41讲 导纳圆图

第42讲 阻抗圆图和导纳圆图的转换

第43讲 例题

第四周 第一次课

圆图例题

第44讲 圆图的应用

第45讲 已知终端负载阻抗求其它状态参量

第46讲 已知驻波参量求其它状态参量

第47讲 阻抗和导纳的转换

第48讲 已知输入阻抗求传输线长

第49讲 负载和传输线的匹配

第四周 第二次课

阻抗匹配

第50讲 波源匹配和负载匹配

第51讲 四分之一波长匹配器

第52讲 单支节匹配器

第53讲 双支节匹配器

第54讲 三支节匹配器

第五周 第一次课

基本概念和理论

第55讲 波导和导行波

第56讲 几种常用传输线比较

第57讲 波动方程和边界条件

规则金属波导的一般解法

第58讲 矢量场的纵横分离

第59讲 纵向场法

第60讲 横电波、横磁波、横电磁波

第61讲 纵向场分量方程和边界条件

第五周 第二次课

矩形波导

第62讲 TM波

第63讲 TE波

第64讲 波导模式和传播特性参量

第65讲 矩形波导传输性质

第六周 第一次课

矩形波导主模TE10(H10)模

第66讲 传播特性参量

第67讲 场结构

第68讲 管壁电流

第69讲 矩形波导高次模

第六周 第二次课

第70讲 波导色散和色散波

矩形波导功率传输和尺寸选择

第71讲 传输功率

第72讲 模式正交性

第73讲 功率容量

第74讲 衰减和损耗

第75讲 波导尺寸选择

第七周 第一次课

圆波导

第76讲 TM波

第77讲 TE波

第78讲 主要传输性质

第七周 第二次课

圆波导的三种主要模式

第79讲 TE11(H11)模

第80讲 TE01(H01)模

第81讲 TM01(E01)模

同轴线

第82讲 主模

第83讲 高次模

第84讲 尺寸选择

第八周 第一次课

波导的激励和耦合

第85讲 场的对称和反称

第86讲 激励耦合装置和方法

第八周 第二次课

第87讲 微波等效电路关系

波导模式等效为双导线

第88讲 等效的目的和原则

第89讲 功率关系与等效电压、等效电流

第90讲 阻抗的不确定性和等效特性阻抗

第91讲 相位常数

不均匀区等效为网络

第92讲 场量等效为电路量

第93讲 阻抗参量和导纳参量

第94讲 网络分类及网络性质

第95讲 网络参量的分类

第96讲 微波网络的特点

第九周 第一次课

第97讲 归一化参量

散射参量

第98讲 散射参量和散射矩阵定义

第99讲 散射参量物理意义

第100讲 用散射参量描述网络性质

第101讲 散射参量与阻抗、导纳参量的转换

第102讲 参考面移动对散射参量的影响

第九周 第二次课

二端口网络

第103讲 阻抗参量

第104讲 导纳参量

第105讲 散射参量

第106讲 二端口网络性质

第107讲 用散射参量表示常用网络外特性参量

第108讲 二端口网络的组合

第109讲 转移参量

第十周 第一次课

基本电路单元

第110讲 串联阻抗

第111讲 并联导纳

第112讲 不同特性阻抗的传输线直接连接

第113讲 理想变压器

第114讲 一段均匀传输线

第115讲 无耗三端口网络性质

第116讲 无耗四端口网络性质

第117讲 微波网络例题

第十周 第二次课

第118讲 一端口元件

二端口元件

第119讲 连接元件

第120讲 匹配元件

第121讲 衰减器和相移元件

第122讲 波型变换器

第十一周 第一次课

三端口元件

第123讲 E-T分支

第124讲 H-T分支

四端口元件

第125讲 双T

第126讲 魔T

第127讲 定向耦合器

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:weiboxuetang.com,wbxt.buaa.edu.cn

  1. 课程代码

    E02B3420
  2. 课程开始

    2017/09/18
  3. 课程结束

    2018/02/01
  4. 总计选修人数

    164
  5. 预期课程目标

    2
选修
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