微波技术第一章绪论last

1、微波技术基础安徽建工学院电子系课程要求课程性质：考查课课程要求：听课、 作业、课堂小测试、 考试 课程参考教材廖承恩廖承恩 等等微波技术基础微波技术基础 1983年版；国防工业出版社； 1994年版，西安电子科学技术大学出版社吴群吴群 宋朝晖宋朝晖 ，微波技术微波技术 2004年，哈尔滨工业大学出版社董金明，林萍实董金明，林萍实 微波技术微波技术 2003年，机械工业出版社陈振国，陈振国，微波技术基础与应用微波技术基础与应用 北京邮电大学出版社 复习教材李翰逊，电路分析基础* 谢处方，电磁场与电磁波*高等数学 *普通物理（光学）*课时安排第一章 2学时；第二章 16学时；第三章 12学时；第四

2、章 9学时；第五章、第七章合并 2学时；第六章 3学时；总复习 1学时第一章 绪论1.1 微波技术概述1.2 微波概念及其特点1.3 微波应用及发展方向1.4 微波研究方法1.5微波技术主要研究内容（本课程主要讲授内容） 推荐网站1.1 微波技术概述 微波技术是一门研究频率为300MHz3000GHz(即波长为1m0.1mm)电磁波的产生、放大、发射、传播、接收、测量和应用的学科。 微波技术的发展可追溯到1864年麦克思韦（Maxwel,J.C.18311879）提出的电磁场动力学以及1887年赫兹（Hertz，H.R.1831 1894）用实验证实的电磁波学说。第一章第一章 绪论绪论返回 最

3、初，微波研究的进展与雷达的研制密切相关。随着微波技术在通信及其他领域的广泛应用，今天，微波技术已成为一门理论与技术上都相当成熟的学科。 无线电技术的发展使得无线电波工作频率不断升高。当频率升高到微波频段时，低频时所用的电路定律（基尔霍夫电流、电压定律）已不适用，所以必须寻求分析和解决问题的新方法。 -利用利用“场场”与与“路路”相结合的方相结合的方法。法。第一章第一章 绪论绪论1.2微波及其特点一、微波的概念及波段划分一、微波的概念及波段划分 微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3108Hz31012Hz。如下图所示。f31

4、081051010(m)(Hz)3 10323 1063 109-13 101210-43 101510-73 101810-10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射线射线第一章第一章 绪论绪论返回电磁波波段（选自MIT)第一章第一章 绪论绪论微波波段划分 如下:波 段波长范围频率范围波段名称分米波1m10cm0.33GHz特高频(UHF)厘米波10cm1cm330GHz超高频(SHF)毫米波1cm1mm30300GHz3003000GHz极高频(EHF)超极高频 亚毫米波1mm0.1mmhttp:/ 电波主要传播方式电波主要传播方式电波主要传播方式 电波传输不依靠电线，也不

5、象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。 任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种： 地表传播地表传播 对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的

6、部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。因此，这种传播方式主要适用于长波长波和中波波段和中波波段。 天波传播 声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。在电波中，主要是短波具有这种特性电波中，主要是短波具有这种特性。 电离层是怎样形成的呢？电离

7、层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。太阳表面温度大约有6000，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。 电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。所以，短波的天波可以用作远距离通讯。此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。对于短波，电离层吸收得较少，所以短波收音机不论白天黑夜都能收到远距离的电台。不过，电离层是变动的，反射的天波时强

8、时弱，所以，从收音机听到的声音忽大忽小，并不稳定。 视距传播、散射传播及波导模传播 视距传播是指：若收、发天线离地面的高度远大于波长，电波直接从发信天线传到收信地点(有时有地面反射波)。这种传播方式仅限于视线距离以内。目前广泛使用的超短波通信和卫星通信的电波传播均属这种传播方式。 散射传播是利用对流层或电离层中介质的不均匀性或流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散射作用来实现超视矩传播。这种传播方式主要用于超短波和微波远距离通信。 超短波的传播特性比较特殊，它既不能绕射，也不能被电离层反射，而只能以直线传播。以直线传播的波就叫做空间波或直接波。由于空间波不会拐弯，因此它的传播距离就受到限制。发射

9、天线架得越高，空间波传得越远。所以电视发射天线和电视接收天线应尽量架得高一些。尽管如此，传播距离仍受到地球拱形表面的阻挡，实际只有50km左右。 超短波不能被电离层反射，但它能穿透电离层，所以在地球的上空就无阻隔可言，这样，我们就可以利用空间波与发射到遥远太空去的宇宙飞船、人造卫星等取得联系。此外，卫星中继通讯，卫星电视转播卫星中继通讯，卫星电视转播等也主要是利用天波传输途径。 波导模传播电波是指：在电离层下缘和地面所组成的同心球壳形波导内的传播。长波、超长波或极长波利用这种传播方式能以较小的衰减进行远距离通信。 在实际通信中往往是取以上五种传播方式中的一种作为主要的传播途径，但也有几种传播方

10、式并存来传播无线电波的。一般情况下都是根据使用波段的特点，利用天线的方向性来限定一种主要的传播方式。 第一章第一章 绪论绪论微波波段的代号及对应的频率范围 波 段频率范围(GHz)波 段频率范围(GHz)UHF0.301.12Ka26.5040.00L1.121.70Q33.0050.00LS1.702.60U40.0060.00S2.603.95M50.0075.00C3.955.85E60.0090.00XC5.858.20F90.00140.0X8.2012.40G140.0220.0Ku12.4018.00R220.0325.0K18.0026.50 二、二、微波的特点微波的特点 微波

11、似光性卫星通信 频率高 多路通信 穿透电离层 天文学研究 量子特性 微波波谱学 第一章第一章 绪论绪论1微波的波长很短微波的波长很短，典型的数值约为厘米级，与地球上的一想物体如房屋，轮船，飞机等尺1(约几十米)相比小得多，可以认为是无穷小。此时，微波的行为完全可以用几何光学理论来描述，因而呈现似光特性。当其照射到物体上时会产生显著的反射，这正是微波雷达的应用基础。此外，由于天线的方向性增益和天线尺寸与波长比的平方成正比，因此在微波波段使用尺寸不大的天线就可提供很高的增益和极强的方向性。 2微波的频率很高微波的频率很高，每秒振动10亿次以上。因此在不太大的相对频宽下，其可频带极宽，可达致百或上千

12、兆赫。因而其信息容量很大。在通信应用方面有着巨大的潜力。 3由于频率极高频率极高，因而周期很短，电子在电子器件中的痘越时间效应已不能忽略，这意味着必须用与低频电子器件不同的崭新的物理原理，来研制新的微波电子器件。 4 微波在传播特性方面也具有一系列的斯特点，由于它的似似光性，光性，表现出直视传播特性，且在大气中传播稳定，这一特点适于发展地面微波接力通信。由于它可以穿透电寓层，因而它是无线电技谱中的又一个“窗口，这导致了射电天文学和卫星通信射电天文学和卫星通信的发展。 5由于微波的波长已可与通常的电路元件(只，L，C)的尺寸相比拟，因而在这些元件中及元件附近，场的分布变化巳很大，达时元件的特性巳

13、不再能用一个参数来表示，而必须考虑到分布效分布效应，应，电路参数需由集总参数过渡到分布参数。 6在理论与研究方法上与低频电路也很不同，主要应用场理理论与研究方法上与低频电路也很不同，主要应用场理论，而不是路理论论，而不是路理论，例如波导与电磁谐振腔理论就是典型的场理论，在研究方法上也愈来愈多地与光学技术相结合，例如应用几何光学理论研究反射面天线，透镜天线。用迈克尔逊干涉仪作为通振腔等等。 7量子特性量子特性。根据量子理论，电磁波具有波粒二象性，频率为f的电磁波是由能量B一6f的光子组成，式中6662616”焦耳秒，为普朗克常数，当频率极高时每个量子的能量巳不再能视为无穷小，因而在一束功率较低的

14、电磁波中，粒子特性开始表现出来，这时研究它们就必须应用量子规律。这方面的例子就是微波量子放大器。第一章第一章 绪论绪论1.3 微波技术的发展和应用微波技术的发展和应用二、微波技术的发展 工作频段向高频段发展小型化、宽带化自动化、智能化发展方向一、微波技术的应用一、微波技术的应用 雷达通信科学研究生物医学微波能微波应用返回http:/ 微波研究方法 “场”为主； “场”与“路”相结合例如波导与电磁谐振腔理论就是典型的场理论，在研究方法上也愈来愈多地与光学技术相结合，例如应用几何光学理论研究反射面天线，透镜天线。用迈克尔逊干涉仪作为通振腔等等。第一章第一章 绪论绪论返回1.5 微波技术研究的主要内

15、容一、微波传输线理论微波传输线理论 它是研究微波在各种传输线（双导线、同轴线、波导、介质波导、微带线和带状线）上传播时的特性。传输线理论(长线理论）； 金属波导带状线与微带第一章第一章 绪论绪论返回 二、微波元件二、微波元件 微波和低频电路一样，也需要进行信号的放大、滤波、调制等。于是就有相应的微波元件： 微波电抗元件、终端元件、连接元件、衰减器及移相器、功率分配器、匹配双T及微波电桥、定向耦合器、微波铁氧体元件等。 第一章第一章 绪论绪论三、微波网络三、微波网络 微波网络是研究微波元件的一种理论方法，将微波元件等效为微波网络，将微波传输线等效为长线，用长线理论和网络理论进行分析本课程重点内容

16、传输线理论(长线理论）微波传输线微波网络基础谐振腔返回微波技术基础研究内容概述实际上，就是按照实际上，就是按照微波元件的发展过程微波元件的发展过程，从用从用路路的方法转到的方法转到用场与路相结合用场与路相结合的方的方法来分析电磁波的传输问题的学科。法来分析电磁波的传输问题的学科。返回推荐网站http:/ 德国CST公司 - Computer Simulation Technology - 是一家集开发与销售为一体的软件公司，专业开发二维及三维电磁场仿真软件，适用于静电、静磁、稳恒电流、瞬态场、简谐场、带电粒子及热动力场等的分析和综合。 返回推荐网站http:/.http:/.http:/htt

17、p:/CadenceCadence 是目前世界上规模最大的关于电子设计技术、方法论服务以及设计服务的提供商。Cadence公司的解决方案主要是针对半导体产品、电子计算机系统、网络和通讯设备、消费性电子产品，以及其它种类繁多的电子产品。返回推荐网站/OcwWeb麻省理工学院 (Massachussett Institute of Technology 公开课件http:/ 天线 一、天线概述天线概述 各种微波传输线的基本功能是传输电磁能量，导引电磁波沿传输线传播，是一个封闭系统封闭系统。各种天线的基本功能是向空间辐射或接收电磁能量，它是由传输线演变而成的，是一个

18、开放系统开放系统。 任何需要辐射和接收电磁波的无线电技术设备（例如通信、电视、广播、雷达、导航和卫星设备等）都配有天线。天线是这些设备中必不可少的组成部分。第一章第一章 绪论绪论雷达与导航 微波技术的早期发展是和雷达交织在一起的，事实上，正是由于第二次世界大战期间对于雷达的需要，微波技术才迅速地发展起来。为了适应各种不同的要求，现代雷达的种类很多，性能也日益提高。例如，超远程预警雷达的作用距离达1万Km以上，可对洲际导弹的突然袭击给出1520min的预警时间。第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论雷达（Radar)雷达这个名称是美国海军在第二次世界大战的1910年使用的一个保密代号。它是

19、“无线电探测和测距” (Radio Detection and Ranging)这句英文的缩写。雷达有着广泛的用途。其中有些特殊的应用可能包含极其复杂和极为完善的工程技术和设计。不过，大多数雷达的基本构成形式都非常筒单，如图12所示，雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，并从中提取诸如目标距离、角坐标、速度和反射特征方面的信息。第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论雷达与导航 又如现代相控阵雷达，利用电子计算机控制其天线阵列的波束相位，能够实现快速电扫描，并能根据需要形成多波束，可同时探测许多目标。 除了军用以外，还发展了多种民用雷达，如气象雷达、

20、导航雷达、汽车防撞雷达、盲人雷达、防盗雷达、遥感用侧视雷达。第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论电子对抗 微波设备是电子设备中不可缺少的组成部分。敌我双方利用电子设备进行的电磁斗争叫电子对抗或电子战。其主要内容包括电子侦察、干扰两方面，目的是使敌方电子设备的效能降低或失效，同时保证我方电子设备的效能得到充分发挥。现代战争总是伴随电子战的。 第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论知己知彼，百战百胜第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论发生在年的马岛战争和黎巴嫩战争是现代战争史上的分水岭，标志着战争已进入高技术时代。在阿以黎巴嫩战争中，尤以贝卡谷地空战最受

21、兵家注目。年月日上午，以色列空军放出了引诱叙利亚发射导弹的无人驾驶飞机；贝卡谷地叙军的雷达捕捉到以色列空军“飞机”后，随着指挥员的命令，萨姆导弹一次次射向以空军“飞机”。此时，以色列空军的架、战斗机和、轰炸机对贝卡谷地的萨姆导弹阵地进行了猛烈攻击，顷刻间，个萨姆导弹阵地变成了一片废墟。叙利亚立即起飞架米格和米格战机，向贝卡谷地上空的以军攻击编队进行反扑。然而以色列空军对此早有防范，在这次空战中取得了击落叙军架，自己没有损失一架飞机的战绩。贝卡谷地空战中，以色列空军，以未损伤一架飞机，击毁叙军架飞机。从此，空战进入了高技术时代，世界空战史揭开了新的一页。第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪

22、论广播电视 原先的广播与电视所采用的频率大都在微波以下。但是，由于电台增多，无线电波段日益拥挤，电台之间的相互干扰变得严重。解决的唯一办法是向高频发展。 我国已利用微波进行卫星电视直播。借助互成120的位于外层空间的同步卫星，就能完成全球的电视转播。第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论微波多路接力通信 微波多路接力通信是利用微波中继站把微波信号连续接收、放大、发射而实现高、容量大的远距离通信，两个中继站之间的典型距离为40-50Km。 微波卫星通信实际上是一种中继站在空中的微波中继通信。第一章第一章 绪论绪论微波加热 微波加热是指一些有耗介质，特别是含水或含脂肪的材料，吸收微波能量，并把它转化为热能。其优点是，加热均匀且内外同热，热效率高，不需要传热过程，加热时间短，便于自动控制与连续生产。这是因为微波加热不是借助于辐