微波第一章引论

微波技术基础,厦门大学嘉庚学院电子工程系,1引论,微波通信中的常规分段,在雷达通信及常规微波技术中常用拉丁字母表示微波的分段。参见书上的表1.1a、b其中：,U、Ka68mm为80s中期用的较多的通信频段,W(3mm)实际上是卫星通信的主流频段,家用电器、通信频率相对较低：KHz3G,CK为早期的微波通信频段，80s后较少,电磁观点看微波的特性,1.似光性和似声性：尺寸上与我们日常生活中的物体相当分析类似于几何光学。,优点：设计器件体积小波束方向性强、高增益天线反射波定位、定型,电磁观点看微波的特性（续1）,波长上与实验室的设备（物体）尺寸相当-同量极，使其的特点又与声波相近。,似声性：波导传声筒喇叭天线声学喇叭谐振腔声学共鸣箱,电磁观点看微波的特性（续2）,2.穿透性可以穿入介质物体:微波食品内部发热在特定波长(Windows)穿透电离层穿透云、雾、雨、植被、积雪气象预报穿透地表探地雷达穿透等离子体远程导弹、航天遥控等,3.非电离性：能量还不够大不能改变分子内部的共价键可引起共振,电磁观点看微波的特性（续3）,4.信息性：由于微波频率相对较高，所以在不太大的相对带宽下频带较宽（数百兆）大大优于低频无线电波多路通信卫星通信,1.2微波的应用,载体应用与微波能载体应用-即传统的雷达、通信雷达：利用微波可使用尺寸较小的天线，狭窄的的波束-多信息军事、民用：导航、气象、大地测量、工业监测、交通管制,1.2a微波的应用1通信,通信：微波多路通信、中继通信、散射通信、移动通信、卫星通信cm波段（SKu）适合作地面为基地通信mm波段适合于空间对空间通信60GHz(V波段）大气衰减较大，适合于短距离保密通信90GHz(W波段）大气衰减较小，适合于长距离通信,1.2b微波的应用2微波能,强功率：微波加热弱功率：电量及非电量的测量（长度、速度、温度）微波对人体有一定的伤害。8小时连续辐射38mw/cm2一天中的总照射剂量300mw/cm2,1.3导行波及其一般传输特性,1.基本概念,A）导行系统(guidedsystem)约束或导引电磁能量定向传播,作用：*无辐射损耗的将电磁波从一处传到另一处。*设计成微波元件：滤波器、阻抗变换器、定向耦合器等,结构上看导行波（3类）,TEM或准TEM传输线：,封闭金属波导（TE、TM波）,表面波导（表面波导）,特点：在导行系统横截面上电场是驻波，且完全确定。（与位置和频率无关）导模是离散的，对于确定的f有唯一的传波常数。相互正交、独立、无耦合具有截止特性(型状、系统）,(B)导行波(GuidedWave)沿导行系统定向传播的电磁波（导波）(C)导模（guidedmode）导行波的模式（传输模）,D)规则导行系统（ragularguidedsystem)无限长、笔直、尺寸、介电系数、边界沿轴向均不变化。,2.导行波场的分析,对于规则导行系统，媒质无耗，均匀各向同性，无源。设E及H为时谐场，则它们满足麦克斯韦方程：,采用广义圆柱坐标：(u,v,z),t代表横向分量将57带入麦克斯韦方程有：,广义纵横关系,展开有：,1.4.8b乘jwm有：,对1.4.9b作运算有：,利用ABC=(AC)B-(AB)C,这样可以消去项有：,即：,其中k2=w2me。这两式表明：在规则导行系统中，导波场的横向分量可由纵向分量表示。求出纵向分量所有场分量,同理可得：,广义纵横关系,横向场满足的方程,对1.4-9a作t运算有：,横向场满足的方程（续1）,横向场满足的方程（续2）,于是1.4-12变成:,同理：,即：,上面两式表明导波的横向场分量满足亥姆霍兹(Halmholtz)方程。（仅在直角坐标下可分解成两个标量方程。）,纵向场满足的方程,对于方程1.4-11作t运算：,利用1.4-8a消去Ht有：,由于z为常矢量，可以提到微分符号外消除有：,上面两式表明导波场的纵向场分量也满足亥姆霍兹(Halmholtz)方程。,纵向场满足的方程（续1）,色散关系,设：,将其带入纵向分量的亥姆霍兹方程（15，16）有：,色散关系（续）,应用分离变量法：,化简并除以Eoz(t)Z(z)有：,色散关系（续）,要此式成立，上面两项均必须为某常数，令其为kc及b则可得两个常微分方程：,传播方程,本征方程,两个方程均满