《微波技术与天线》课程教学大纲 课程名称：微波技术与天线（含实验）课程代码： 英文名称：Microwave Technology and Antennas 课程性质：专业必修课/选修课 学分/学时：3.5学分/72学时(54+18) 开课学期：第6学期 适用专业：通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等电子信息类专业 先修课程：普通物理、复变函数、电磁场与电磁波、信号与系统等课程 后续课程：无线通信、光纤通信等专业课程 开课单位：电子信息学院 课程负责人：刘学观 大纲执笔人：郭辉萍 大纲审核人： 一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学 生需掌握知识与能力及其应达到的水平) 课程性质：微波技术与天线是电子信息类本科专业重要的专业课程，它包括微波技术、 天线设计两个部分。微波技术部分主要讨论均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输 线、微波网络基础和微波元器件，其中在微波集成传输线部分主要讨论了带状线、微带线、 耦合微带线及介质波导的传输特性，并对光纤传输原理及特性做了介绍：在微波元器件一章 中从工程应用的角度出发，重点介绍了具有代表性的几组微波无源元器件，主要包括连接匹 配元件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。天线设计部分，主要讨论天线 辐射与接收的基本理论以及天线结构与设计。与此同时将仿真软件介绍给学生，让同学亲自 设计相关微波部件或天线，实现理论与工程设计的结合。本课程为成为优秀的射频(RF)与 微波工程师打下坚实的基础。 教学目标：《微波技术与天线》主要论述微波技术与天线的基本原理、基本技术及其典 型的应用系统，它为电子信息类本科生的专业课。通过本课程的学习，使学生了解微波技术 与天线在现代通信中所处的位置及作用，掌握微波信号的产生、处理、传输、辐射及接收等 微波通信的基本理论，熟悉微波部件或天线的设计过程。为使学生更好的掌握本课程，还配 合了18学时的实验(9学时验证实验+9学时微波部件设计)。 本课程的具体教学目标如下： 1、了解微波技术与天线在现代通信中所处的位置及作用，掌握微波信号的产生、处理、传 输、辐射及接收等微波通信的基本理论，掌握各种微波传输线的传输机理，常见微波部件和 天线的基本结构和工作原理，能表达各部件在通信系统中的作用：【22】 2、熟悉微波部件和天线设计方法和设计过程，能针对具体指标要求在给定的约束条件下进 行需求分析、提出微波部件和天线的设计方案：【3.2】 3、能根据微波部件和天线的性能测量要求选择可行的研究和实验方案：【4.2】 4、能利用电磁仿真工具为微波部件和天线建模，计算分析微波部件和天线的性能参数，优 化微波部件和天线的结构。【5.2】
《微波技术与天线》课程教学大纲 课程名称：微波技术与天线（含实验） 课程代码： 英文名称：Microwave Technology and Antennas 课程性质：专业必修课/选修课 学分/学时：3.5 学分/72 学时（54+18） 开课学期：第 6 学期 适用专业：通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等电子信息类专业 先修课程：普通物理、复变函数、电磁场与电磁波、信号与系统等课程 后续课程：无线通信、光纤通信等专业课程 开课单位：电子信息学院 课程负责人：刘学观 大纲执笔人：郭辉萍 大纲审核人： 一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学 生需掌握知识与能力及其应达到的水平） 课程性质：微波技术与天线是电子信息类本科专业重要的专业课程，它包括微波技术、 天线设计两个部分。微波技术部分主要讨论均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输 线、微波网络基础和微波元器件，其中在微波集成传输线部分主要讨论了带状线、微带线、 耦合微带线及介质波导的传输特性，并对光纤传输原理及特性做了介绍；在微波元器件一章 中从工程应用的角度出发，重点介绍了具有代表性的几组微波无源元器件，主要包括连接匹 配元件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。天线设计部分，主要讨论天线 辐射与接收的基本理论以及天线结构与设计。与此同时将仿真软件介绍给学生，让同学亲自 设计相关微波部件或天线，实现理论与工程设计的结合。本课程为成为优秀的射频（RF）与 微波工程师打下坚实的基础。 教学目标：《微波技术与天线》主要论述微波技术与天线的基本原理、基本技术及其典 型的应用系统，它为电子信息类本科生的专业课。通过本课程的学习，使学生了解微波技术 与天线在现代通信中所处的位置及作用，掌握微波信号的产生、处理、传输、辐射及接收等 微波通信的基本理论，熟悉微波部件或天线的设计过程。为使学生更好的掌握本课程，还配 合了 18 学时的实验（9 学时验证实验+9 学时微波部件设计）。 本课程的具体教学目标如下： 1、了解微波技术与天线在现代通信中所处的位置及作用，掌握微波信号的产生、处理、传 输、辐射及接收等微波通信的基本理论，掌握各种微波传输线的传输机理，常见微波部件和 天线的基本结构和工作原理，能表达各部件在通信系统中的作用；【2.2】 2、熟悉微波部件和天线设计方法和设计过程，能针对具体指标要求在给定的约束条件下进 行需求分析、提出微波部件和天线的设计方案；【3.2】 3、能根据微波部件和天线的性能测量要求选择可行的研究和实验方案；【4.2】 4、能利用电磁仿真工具为微波部件和天线建模，计算分析微波部件和天线的性能参数，优 化微波部件和天线的结构。【5.2】
二、课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符 合标准哪几条毕业要求指标点) 毕业要求 指标点 课程目标 2、问题分析 2.2能通过文献研究表达复杂工程问题 教学目标1 3.2能适当考虑社会、健康、安全、法律、文化 3、设计、开发解决 及环境因素，根据设计目标进行需求分析，设计 教学目标2 方案 解决方案 4.2能基于专业理论，针对通信模块和系统，选 4、研究 择研究路线，设计可行的实验方案 教学目标3 5、使用现代工具 5.2能针对复杂工程问题，选择并合理使用软硬 教学目标4 件设计与仿真平台 三、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容 和要求，指明重点内容和难点内容)（重点内容：★：难点内容：△） 1、绪论(3学时、支撑课程目标1) 1.1微波及其特点 1.2本课程在专业中的位置及本课程的体系结构 女目标及要求： 1)通过绪论的介绍，使得学生掌握微波技术与天线的课程地位、主要内容、学习 目的、基础和主要特点： 2)重点把握微波的特点（★） 令作业内容： 微波波长在电磁波谱中位置，微波的特点，分析方法特点 令讨论内容： 微波与无处不在的无线通信的关系 ◇自学拓展： 微波技术在通信系统中的作用 2、均匀传输线理论（12学时、支撑课程目标1,2) 2.1均匀传输线方程及其解 2.2传输线的阻抗与状态参量 2.3无耗传输线的状态分析 2.4传输线的传输功率、效率和损耗 2.5阻抗匹配 2.6同轴线的特性阻抗 ◇目标及要求： 1)了解均匀传输线上波传输的一般规律，重点掌握传输线的特性阻抗、输入阻抗、 驻波比、反射系数等核心参数之间的基本关系：（★） 2)了解传输线的三种基本状态，掌握负载与状态的关系： 3)了解传输线产生损耗的激励，熟悉工程上常用的回波损耗、插入损耗的含义及 分析方法。（△） 4)掌握阻抗匹配的原理以及阻抗匹配的方法，重点掌握四分之一阻抗匹配法和枝 节匹配法，针对不同负载特点选择不同匹配实现方案（★）
二、课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符 合标准哪几条毕业要求指标点） 毕业要求 指标点 课程目标 2、问题分析 2.2 能通过文献研究表达复杂工程问题 教学目标 1 3、设计、开发解决 方案 3.2 能适当考虑社会、健康、安全、法律、文化 及环境因素，根据设计目标进行需求分析，设计 解决方案 教学目标 2 4、研究 4.2 能基于专业理论，针对通信模块和系统，选 择研究路线，设计可行的实验方案 教学目标 3 5、使用现代工具 5.2 能针对复杂工程问题，选择并合理使用软硬 件设计与仿真平台 教学目标 4 三、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容 和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：；难点内容：） 1、绪论（3 学时、支撑课程目标 1） 1.1 微波及其特点 1.2 本课程在专业中的位置及本课程的体系结构 目标及要求： 1） 通过绪论的介绍，使得学生掌握微波技术与天线的课程地位、主要内容、学习 目的、基础和主要特点； 2） 重点把握微波的特点（） 作业内容： 微波波长在电磁波谱中位置，微波的特点，分析方法特点 讨论内容： 微波与无处不在的无线通信的关系 自学拓展： 微波技术在通信系统中的作用 2、均匀传输线理论（12 学时、支撑课程目标 1，2） 2.1 均匀传输线方程及其解 2.2 传输线的阻抗与状态参量 2.3 无耗传输线的状态分析 2.4 传输线的传输功率、效率和损耗 2.5 阻抗匹配 2.6 同轴线的特性阻抗 目标及要求： 1） 了解均匀传输线上波传输的一般规律，重点掌握传输线的特性阻抗、输入阻抗、 驻波比、反射系数等核心参数之间的基本关系；（） 2） 了解传输线的三种基本状态，掌握负载与状态的关系； 3） 了解传输线产生损耗的激励，熟悉工程上常用的回波损耗、插入损耗的含义及 分析方法。（） 4） 掌握阻抗匹配的原理以及阻抗匹配的方法，重点掌握四分之一阻抗匹配法和枝 节匹配法，针对不同负载特点选择不同匹配实现方案（）
5)熟悉同轴线的结构、特征参数以及工程应用。 ☆作业内容： 传输线阻抗与状态参量的分析与计算：传输线传输效率分析：学会针对不同 负载特点选择不同匹配实现方案：同轴线参数分析及工程设计。 女讨论内容： 同轴线的特性阻抗与工程应用 ◇自学拓展： 阻抗匹配的意义及工程应用 3.规则金属波导(9学时，支撑课程目标1,2) 3.1导波原理 3.2矩形波导 3.3圆形波导 3.4波导的激励与耦合 ◇目标及要求： 1)了解规则金属管内场的特点及其一般表达式：掌握相移常数和截止波数、 相速和波导波长、波阻抗、传输功率的含义及工程应用：了解波导中不存 在TEM波的原因，熟悉TE和TM波特点及其边界条件（△） 2)了解矩形波导中TE和TM波场的表达式：模式（主模、高次模）的概念： 掌握矩形波导的传输特性，包括：截止波数和截止波长、模式传输条件、 主模的场分布及其工作特性等：了解工程上矩形波导尺寸的选择原则（综 合考虑带宽问题、功率容量和衰减等)（★） 3)了解圆波导中的场圆波导中TE和TM波场的表达式：掌握模式简并及圆 波导的常用几种常用模式的特点及其工程应用。 4)了解波导的激励原理及方法，掌握电激励、磁激励、电流激励三种典型激 励的特点及工程应用。 令作业内容： 波导参数的分析与计算：矩形波导模式存在分析：主模参数的分析：圆形波 导模式分析：激励与耦合机理。 令讨论内容： 矩形波导的结构特点与工程应用 ◇自学拓展： 波导与其他传输线的连接方法及工程应用 4.微波集成传输线(6学时，支撑课程目标1,2) 4.1平面传输线 4.2介质波导 4.3光纤 ◇目标及要求： 1)了解平面传输线的特点及工程应用 2)了解带状线的结构、特点、场分布、主模和传输特性 3)掌握微带线的结构、特点、场分布、主模和传输特性，工程设计方法（★） 4)了解耦合微带线传输特性（△） 5)掌握介质波导的传输原理，圆形介质波导的结构、特点、场分布、主模和 传输特性
5） 熟悉同轴线的结构、特征参数以及工程应用。 作业内容： 传输线阻抗与状态参量的分析与计算；传输线传输效率分析；学会针对不同 负载特点选择不同匹配实现方案；同轴线参数分析及工程设计。 讨论内容： 同轴线的特性阻抗与工程应用 自学拓展： 阻抗匹配的意义及工程应用 3. 规则金属波导（9 学时，支撑课程目标 1，2） 3.1 导波原理 3.2 矩形波导 3.3 圆形波导 3.4 波导的激励与耦合 目标及要求： 1） 了解规则金属管内场的特点及其一般表达式；掌握相移常数和截止波数、 相速和波导波长、波阻抗、传输功率的含义及工程应用；了解波导中不存 在 TEM 波的原因，熟悉 TE 和 TM 波特点及其边界条件（） 2） 了解矩形波导中 TE 和 TM 波场的表达式 ；模式（主模、高次模）的概念； 掌握矩形波导的传输特性，包括：截止波数和截止波长、模式传输条件、 主模的场分布及其工作特性等；了解工程上矩形波导尺寸的选择原则（综 合考虑带宽问题、功率容量和衰减等）（） 3） 了解圆波导中的场圆波导中 TE 和 TM 波场的表达式；掌握模式简并及圆 波导的常用几种常用模式的特点及其工程应用。 4） 了解波导的激励原理及方法，掌握电激励、磁激励、电流激励三种典型激 励的特点及工程应用。 作业内容： 波导参数的分析与计算；矩形波导模式存在分析；主模参数的分析；圆形波 导模式分析；激励与耦合机理。 讨论内容： 矩形波导的结构特点与工程应用 自学拓展： 波导与其他传输线的连接方法及工程应用 4. 微波集成传输线（6 学时，支撑课程目标 1，2） 4.1 平面传输线 4.2 介质波导 4.3 光纤 目标及要求： 1） 了解平面传输线的特点及工程应用 2） 了解带状线的结构、特点、场分布、主模和传输特性 3） 掌握微带线的结构、特点、场分布、主模和传输特性，工程设计方法（） 4） 了解耦合微带线传输特性（） 5） 掌握介质波导的传输原理，圆形介质波导的结构、特点、场分布、主模和 传输特性
6)了解介质镜像线、H型波导的结构与传输特性 7)熟悉光纤的传输原理，了解单模光纤、多模光纤异同点：掌握光纤的而主 要参数：光波波长、相对折射率、折射率分布因子和数值孔径等：了解光 纤的损耗、色散、零色散单模光纤的原理、光纤的应用领域（★） ◇作业内容： 带状线模式的分析，微带线有效介电常数的计算，微带线的设计，耦合微带 线的分析计算：光纤单模工作范围的计算：零色散光纤的原理分析 ◇讨论内容： 如何利用仿真软件，实现微带线的设计 ◇自学拓展： 微带线与同轴接头的连接方法及工程应用 5.徽波网络基础(9学时，支撑课程目标1,2) 5.1等效传输线 5.2单▣网络 5.3双口网络的阻抗与传输矩阵 5.4散射矩阵与传输矩阵 5.5多口网络的散射矩阵 5.6网络参数的测量 ◇目标及要求： 1)了解等效电压和等效电流的概念及其应用 2)掌握模式等效传输线的概念与等效传输线 3)熟悉单口网络的定义及其分析：归一化电压与电流定义及意义（△） 4)了解阻抗和导纳各参数的定义及其与网络性质的关系：转移矩阵各参数的定义 及其与网络性质的关系、三种参数之间的相互转换 5) 掌握散射矩阵各参数的定义、意义及其与网络性质的关系：传输矩阵各参数的 定义及其与网络性质的关系：熟悉各种参数之间的相互转换：工程上的插入损 耗、回波损耗、隔离度等参数与散射参数的关系（★） 6)了解多端口网络散射参数的定义、性质：掌握无耗网络幺正性（★） 7)了解网络参数的测量方法 令作业内容： 给定网络计算阻抗矩阵或导纳矩阵、散射矩阵：利用A矩阵的级联特性计算多 网络级联后的网络参数：利用网络参数计算输入阻抗、反射系数以及满足无反 射条件等：证明无耗网络的么正性。 ◇讨论内容： 如何用网络参数理论来理解枝节匹配的原理 ◇自学拓展： 网络参数测量及工程应用 6.微波无源器件(9学时，支撑课程目标1,2) 6.1连接匹配元件等效传输线 6.2功率分配器件 6.3微波谐振器件 6.4微波铁氧体器件 6.5多口网络的散射矩阵 6.6网络参数的测量 ◇目标及要求： 1)了解短路负载、匹配负载、失配负载：波导接头、衰减元件和相移元件、转换 接头；螺钉调配器、多阶梯阻抗变换器、渐变型阻抗变换器等器件的结构及工
6） 了解介质镜像线、H 型波导的结构与传输特性 7） 熟悉光纤的传输原理，了解单模光纤、多模光纤异同点；掌握光纤的而主 要参数：光波波长、相对折射率、折射率分布因子和数值孔径等；了解光 纤的损耗、色散、零色散单模光纤的原理、光纤的应用领域（） 作业内容： 带状线模式的分析，微带线有效介电常数的计算，微带线的设计，耦合微带 线的分析计算；光纤单模工作范围的计算；零色散光纤的原理分析 讨论内容： 如何利用仿真软件，实现微带线的设计 自学拓展： 微带线与同轴接头的连接方法及工程应用 5. 微波网络基础（9 学时，支撑课程目标 1，2） 5.1 等效传输线 5.2 单口网络 5.3 双口网络的阻抗与传输矩阵 5.4 散射矩阵与传输矩阵 5.5 多口网络的散射矩阵 5.6 网络参数的测量 目标及要求： 1） 了解等效电压和等效电流的概念及其应用 2） 掌握模式等效传输线的概念与等效传输线 3） 熟悉单口网络的定义及其分析；归一化电压与电流定义及意义（） 4） 了解阻抗和导纳各参数的定义及其与网络性质的关系；转移矩阵各参数的定义 及其与网络性质的关系、三种参数之间的相互转换 5） 掌握散射矩阵各参数的定义、意义及其与网络性质的关系；传输矩阵各参数的 定义及其与网络性质的关系；熟悉各种参数之间的相互转换；工程上的插入损 耗、回波损耗、隔离度等参数与散射参数的关系（） 6） 了解多端口网络散射参数的定义、性质；掌握无耗网络幺正性（） 7） 了解网络参数的测量方法 作业内容： 给定网络计算阻抗矩阵或导纳矩阵、散射矩阵；利用 A 矩阵的级联特性计算多 网络级联后的网络参数；利用网络参数计算输入阻抗、反射系数以及满足无反 射条件等；证明无耗网络的幺正性。 讨论内容： 如何用网络参数理论来理解枝节匹配的原理 自学拓展： 网络参数测量及工程应用 6. 微波无源器件（9 学时，支撑课程目标 1，2） 6.1 连接匹配元件等效传输线 6.2 功率分配器件 6.3 微波谐振器件 6.4 微波铁氧体器件 6.5 多口网络的散射矩阵 6.6 网络参数的测量 目标及要求： 1） 了解短路负载、匹配负载、失配负载；波导接头、衰减元件和相移元件、转换 接头；螺钉调配器、多阶梯阻抗变换器、渐变型阻抗变换器等器件的结构及工
作原理 2)了解定向耦合器的定义及性能参数；熟悉波导双孔定向耦合器、双分支定向耦合 器、平行耦合微带定向耦合器等的结构和工作原理 3)掌握功率分配器的定义：学会两路微带功率分配器、微带环行电桥等结构、工 作原理以及设计方法（★） 4)了解E-T分支、H-T分支和匹配双T(魔T)的结构和工作原理（△） 5)了解微波谐振器件的演化过程以及相关参数如谐振频率、品质因数、等效电导 等 6)掌握矩形空腔谐振器的结构、工作原理和性能参数（★） 7)了解微带谐振器的结构、工作原理和性能参数 8)熟悉谐振器的耦合和激励的形式及其对谐振器性能的影响（△） 9)了解隔离器的结构和工作原理及其性能参数 10)铁氧体环行器的结构和工作原理及其性能参数 11)了解LTCC器件特点及工艺过程 ◇作业内容： 波导调配机理：渐变阻抗变换器原理与应用：微波器件的网络参数及器件特点： 微带型功率分配器的设计与实现 ◇讨论内容： 不同器件性能设计参数表述方法 女自学拓展： 微波器件在通信领域中的应用 7.天线的基础知识（6课时，支撑课程目标1,2) 7.1天线概论 7.2天线的电参数 7.3典型天线介绍 7.4天线的设计过程 ◇目标及要求： 1)天线的定义、性能及其作用，天线的分类及分析方法 2)天线输入阻抗、驻波比、方向图、增益、极化、带宽 3)单极子天线、偶极子天线、微带天线 4)掌握利用HFSS仿真设计天线 ◇作业内容： 天线性能参数：单极子天线的仿真设计 女讨论内容： 天线馈电点的重要性 ◇自学拓展： 仿真软件中参数优化的实现 8、实验（18学时，支撑课程目标2,3,4)实验内容：必开实验9学时。 序 实验项目名称 目的要求 学时 实验类 每组 必开、 号 分配 型 人数 选开 1 微波测量线及波导 熟悉微波测量线，利用测 3 验证型 2 必开 波长的测量 量线测量波导波长，验证 理论计算结果 传输线负载与状态 利用测量线观察不同负载3 验证型 2 必开
作原理 2） 了解定向耦合器的定义及性能参数;熟悉波导双孔定向耦合器、双分支定向耦合 器、平行耦合微带定向耦合器等的结构和工作原理 3） 掌握功率分配器的定义；学会两路微带功率分配器、微带环行电桥等结构、工 作原理以及设计方法（） 4） 了解 E-T 分支、 H-T 分支和匹配双 T（魔 T）的结构和工作原理（） 5） 了解微波谐振器件的演化过程以及相关参数如谐振频率、品质因数、等效电导 等 6） 掌握矩形空腔谐振器的结构、工作原理和性能参数（） 7） 了解微带谐振器的结构、工作原理和性能参数 8） 熟悉谐振器的耦合和激励的形式及其对谐振器性能的影响（） 9） 了解隔离器的结构和工作原理及其性能参数 10） 铁氧体环行器的结构和工作原理及其性能参数 11） 了解 LTCC 器件特点及工艺过程 作业内容： 波导调配机理；渐变阻抗变换器原理与应用；微波器件的网络参数及器件特点； 微带型功率分配器的设计与实现 讨论内容： 不同器件性能设计参数表述方法 自学拓展： 微波器件在通信领域中的应用 7.天线的基础知识（6课时，支撑课程目标1，2） 7.1 天线概论 7.2 天线的电参数 7.3 典型天线介绍 7.4 天线的设计过程 目标及要求： 1） 天线的定义、性能及其作用，天线的分类及分析方法 2） 天线输入阻抗、驻波比、方向图、增益、极化、带宽 3） 单极子天线、偶极子天线、微带天线 4） 掌握利用 HFSS 仿真设计天线 作业内容： 天线性能参数；单极子天线的仿真设计 讨论内容： 天线馈电点的重要性 自学拓展： 仿真软件中参数优化的实现 8、实验（18 学时，支撑课程目标 2，3，4）实验内容：必开实验 9 学时。 序 号 实验项目名称 目的要求 学 时 分配 实验类 型 每 组 人数 必开、 选开 1 微波测量线及波导 波长的测量 熟悉微波测量线，利用测 量线测量波导波长，验证 理论计算结果 3 验证型 2 必开 2 传输线负载与状态 利用测量线观察不同负载 3 验证型 2 必开