微波技术基础201X-第一章-概述ppt课件

.,微波技术基础教材微波工程第三版(DAVIDM.POZAR),微电子与固体电子学院课件撰写吕洪光,.,课程内容,一概述二传输线理论三传输线和波导四微波网络分析五阻抗匹配和调谐六微波谐振器,.,第一章概述,一.微波概念二.微波技术的发展三.Maxwell方程的意义四.波的主客观性五.波传输分析六.微波特点及应用,.,一.微波概念,什么是微波？微波就是一段特殊频率的电磁波，频率范围大致300MHz300GHz，波长范围1m1mm。1.1微波频段的划分（美国标准）,.,一.微波概念,1.2微波的左邻右舍,.,二.微波技术的发展,1785年，库伦通过实验揭示了带电粒子之间作用力及其规律库伦定律。1820年，奥斯特实验发现通电导线周围存在着磁场。之后毕奥-萨伐尔完善了奥斯特实验，得到了电流元与磁感应强度之间的关系毕奥-萨伐尔定律。1831年，法拉第发现一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生电磁感应定律。1861年，Maxwell提出位移电流概念，并总结前人得出的结论，于1864年归纳总结出了电磁波方程Maxwell方程。,.,三.Maxwell方程的意义,1.看等号两边物理量左边的磁可以转化为右边的电左边的电也可以转化为右边的磁2.看运算左边空间的变化可以转化右边时间的变化右边时间的变化又可以转化为左边空间的变化,.,三.Maxwell方程的意义,电与磁时间和空间的不断转化形成电磁波,.,三.Maxwell方程的意义,3.频率w是转化条件频率越高，电与磁越容易转化，容易产生波。,.,三.Maxwell方程的意义,4.媒质矛盾,越大，电磁转换效率越低，因此良导体内不能传输电磁波。,.,四.波的主客观性,电磁波是客观存在的，但是客观存在不一定为人类所认知。对人类来说，太大或者太小的物质都是很难认知和研究的。人类特征尺寸：身高1-2m0.1mm头发直径微波频段的波长与人类的特征尺寸相当，因此与人类的连系非常密切，我们应该研究它。,.,五.波传输分析,波技术与路技术的区别路技术：Local，按照人们的意愿有规则地在路内运行。波技术：Space，源产生波以后，波不以人们意愿运行。研究目的：得出微波的特性和传输规律，运用科学的方法使其按照我们的意愿来运行。,.,五.波传输分析,【例1】研究均匀平面波在无限大均匀无源媒质空间传输问题。设E只有x分量，H只有y分量，且E和H不随x，y变化。,.,五.波传输分析,写出Maxwell方程组：上面两组方程也称为均匀平面波传播方程,.,五.波传输分析,求解方法：再次对z求导其中c就是介质中的光速，上面两组方程称为波动方程。,.,五.波传输分析,采用场的时谐形式，其中时间因子为，可得：其中称为传播常数则电场微分方程的通解为：,解的意义：均匀平面波定向传输，在传输方向（z方向）只有两个波，一个入射波，一个反射波，反射的情况由边界条件决定。,.,五.波传输分析,问题1：哪一项表示入射波？考虑到时间因子，电场的完整表示为对于第一项，求相速度：等相位面表示为：对上式进行微分,.,五.波传输分析,对于第二项，等相位面表示为：同样方法，求其相速为：因此，第二项是沿-z方向的反射波。,第一项的相速为：因此第一项表示沿+Z传播的入射波。,.,五.波传输分析,问题2：磁场的波动方程与电场相同，通解是否相同？两个场的波动方程相同，但是电场和磁场的边界条件不同，因此通解不同。已知电场微分方程的通解为：带入Maxwell方程得：得到磁场的通解为：,.,五.波传输分析,则磁场的通解又可以表示为,与电场通解比较,可以得到：注意：电路里的阻抗是指R、L、C对电流的阻碍作用，而波阻抗是波传输媒质的相关。,.,五.波传输分析,通过对电场和磁场通解的讨论，可得到以下结论：均匀平面波定向传输时，只有沿+z方向的入射波和-z方向的反射波。波的传输速度就是介质中的光速。波传输的不同情况，表现在入射波和反射波的比例不同，而这一比例是由空间的边界媒质情况而定的，即所谓“边界条件”。波阻抗等于入射波电场与入射波磁场的比值，也等于反射波电场与反射波磁场比值的负值。,.,五.波传输分析,【例2】假设均匀平面波在两种半无限大媒质中传播时，在边界上有反射，反射的情况如图所示。0z,.,五.波传输分析,三个波的场分量分别为在边界z=0面上，电场和磁场的切向分量必须连续，根据这一边界条件有,.,五.波传输分析,解得：或,，准确的说是电场反射系数，,即反射波电场与入射波电场的比值。注记：反射是否存在，以及反射的程度只取决于两种媒质的波阻抗。当波阻抗不相等时，必然在两种媒质的边界面发生反射。两种媒质可以不同，只要波阻抗相同，反射系数为零，那