1 1 微波及其特点

1、微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一,门比较成熟的学科。在雷达、通信、导航、遥感,电子对抗以及工农业和科学研究等方面，微波技术,都得到了广泛的应用。微波技术是无线电电子学中,一门相当重要的学科，对科学技术的发展起着重要,的作用,第一章,绪论,微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从,1m,到,0.1mm,范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为,3,10,8,Hz,3,10,12,Hz,如下图所示,f,3,10,8,10,5,10,10,m,Hz,3,10,3,2,3,10,6,3,10,9,1,3,10,12,10,4,3,10,15,10,7,3,10,18,10,10,无线电波

2、,光波,宇宙射线,视频,射频,微,波,红外线,可见光,紫外线,x,射线,射线,1-1,微波及其特点,一、微波的概念及波段划分,f,3,10,8,10,5,10,10,m,Hz,3,10,3,2,3,10,6,3,10,9,1,3,10,12,10,4,3,10,15,10,7,3,10,18,10,10,无,线电,波,光,波,宇,宙射,线,视,频,射,频,微,波,红,外线,可,见光,紫,外线,x,射,线,射,线,纵观“左邻右舍”它处于,超短波,和,红外光波,之间,波长范围,频率范围,GHz,波段名称,按波长,按频率,代号,1m,10cm,0.3,3,分米波,特高频,UHF,普通无线电波,与微波

3、的过渡,10cm,1cm,3,30,厘米波,超高频,SHF,1cm,1mm,30,300,毫米波,极高频,EHF,微波（超高频,1mm 0.1mm,3003000,亚毫米波,特高频,UHF,微波与红外,的过渡,微波波段划分如下,f,c,微波波段的代号及对应的频率范围,波段,代号,标,称,波长,cm,频率范围,GHz,波段,代号,标,称,波长,cm,频率范围,GHz,L,22,1.12,1.70,Ka,0.8,26.50,40.00,LS,14,1.70,2.60,Q,0.72,33.00,50.00,S,10,2.60,3.95,U,0.60,40.00,60.00,C,5,3.95,5.85

4、,M,0.48,50.00,75.00,XC,4.2,5.85,8.20,E,0.40,60.00,90.00,X,3,8.20,12.40,F,0.26,90.00,140.0,Ku,2,12.40,18.00,G,0.17,140.0,220.0,K,1.25,18.00,26.50,R,0.11,220.0,325.0,其中,S,C,X,分别代表,10cm,5cm,3cm,波段,U,Ka,6,8mm,为,80,s,中期用得较多的通信频段,W(3mm,实际上是,卫星通信,的主流频段,CK,为早期的微波通信频段,80s,后较少用,家用电器、通信频率相对较低,KHz3G,名称,频率范围,调幅无

5、线电,5351605kHz,短波无线电,330MHz,调频无线电,88108MHz,商用电视,频率范围,13,频道,48.572.5MHz,45,频道,7692MHz,612,频道,167223MHz,1324,频道,470566MHz,2568,频道,606968MHz,微波炉,2.45GHz,家,用,电,器,的,频,段,二、微波的特点,1,似光性,波长短,微波波长较短时,当微波的波长比地球上的宏观物体,如飞机、舰船、导弹,卫星、建筑物等,的几何尺寸,小得多时,微波照射到这些物,体上时将产生强烈的,反射,此直线传播的特点与几何光学相似，故可以说微波具有,似光性,。利用这一特殊，可以制成体积小

6、、方向性很强,的微波天线，用来发射或接收微弱的微波信号，从而为雷达,微波中继通信、卫星通信和导弹等提供必要条件,微波最早的应用实例,雷达,微波波长较长时,当微波的波长与实验设备（比如波导、微带、谐振腔呈其,它微波元件）的尺寸相比在同数量级时，使得电磁能量分布,于整个微波电路之中，形成所谓,分布参数,系统,这与低频电路有原则区别，因为低频时电场和磁场能量是,分别集中于所谓,集总参数,的各个元件中,因为微波波段的振荡周期在,10,9,10,13,s,数量级，而普通电真,空器件中电子的渡越时间一般为,10,9,s,数量级，就是说二者属于,同一数量级。于是，在低频时被忽略了的,电子惯性,亦即电磁,波与

7、电子间的相互作用、极间电容和引线电感等的影响就不能,再忽视了。普通电子管已不能用做微波振荡器、放大器或检波,器了，代之而来的则是建立在新的原理基础上的,微波电子管,微波固体器件,和,量子器件,同时伴随频率的升高、高频电流的,趋肤效应、传输系统的辐射效应以及电路的延时效应（相位滞,后）等明显地表露出来,由于微波频率极高，它的实际可用频带很宽，可达,10,9,Hz,数,量级，这是低频无线电波无法比拟的。频带宽意味着信息容量,大，因而微波可作为多路通信的载频。另外，微波受外界干扰,小，且不受电离层变化影响，通信质量高于低频无线电波,2,频率高,3,具有穿透性,利用微波本身的高频振荡，微波可以穿透电离

8、层。由于微,波不能被电离层所反射，所以微波的地面通信只限于天线的视,距范围之内，远距离微波通信需要用中继站接力。另一方面,利用微波能穿透电离层，可以利用微波进行宇航通信、卫星通,信和射电天文学研究等，因此微波开辟了电磁波谱中的一个的,宇宙窗口,微波还可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部,研究分子和原子核的结构,是近代,微波波谱学,和,量子电子学,所,依据的基本物理基础,宇,宙,窗,口,在微波波段有若干个可以通过电离层的“宇宙窗口”，因,而微波是独特的宇宙通讯手段,4,量子特性,由于低频电波的频率很低，量子能量很小，不足以改变物质,分子的内部结构或破坏分子间的键，量子特性不明显,微波波段的电磁波，单个量子的能量为,10,6,10,3,eV,而一般,顺磁物质在外磁场中所产生的能级间的能量差额介于,10,5,10,4,eV,之间，因而电子在这些能级间跃迁时所释放或吸收的量子的频率,是属于微波范畴的。因此，微波可用来研究分子和原子的精细结,构。同样在超低温时物体吸收一个微波量子也可