電磁場(chǎng)與電磁波

1、目錄第一部分-電工基本概念21.1 相對(duì)介電常數(shù) 磁導(dǎo)率 電導(dǎo)率21.2 電阻 電導(dǎo) 電感 電容21.3 復(fù)阻抗 復(fù)導(dǎo)納31.4 品質(zhì)因數(shù)31.5 鐵磁性 鐵氧體 錳鋅 鎳鋅3第二部分-場(chǎng)與波基本概念42.1 自由空間的場(chǎng)定律42.2 靜電場(chǎng)的標(biāo)量位 靜磁場(chǎng)的標(biāo)量位 磁矢位52.3 有物質(zhì)存在時(shí)的宏觀場(chǎng)定律62.4 電磁場(chǎng)的能量 坡印廷矢量62.5 電路理論與電磁場(chǎng)理論的關(guān)系72.6 電磁波7第三部分-電磁兼容基本概念93.1 EMC三要素9第四部分-天線與微波基本概念103.1 微波技術(shù)103.2 天線基礎(chǔ)113.3 振子天線與寬帶天線123.4 計(jì)算電磁學(xué)13第五部分-信號(hào)完整性基本概念1

2、35.1 信號(hào)完整性13Appendix13第一部分-電工基本概念1.1 相對(duì)介電常數(shù) 磁導(dǎo)率 電導(dǎo)率相對(duì)介電常數(shù)Relative permittivity/Dielectric constant表征介質(zhì)極化或電容率的能力，為無(wú)介質(zhì)填充電容與有介質(zhì)填充的電容的比值，其中電容，表征介質(zhì)存儲(chǔ)電能的能力和削弱外場(chǎng)的能力，單位是?？諝庀鄬?duì)介電常數(shù)為1，其他介質(zhì)介電常數(shù)均大于1，導(dǎo)體在外場(chǎng)作用下達(dá)到靜電平衡，但是理想相對(duì)介電常數(shù)為1。對(duì)于時(shí)變電磁場(chǎng)，相對(duì)介電常數(shù)與頻率有關(guān)，稱為相對(duì)介電系數(shù)。如果相對(duì)介電常數(shù)較大的話，介質(zhì)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)將會(huì)可觀的削弱。電磁波穿過(guò)該介質(zhì)波速變慢，波長(zhǎng)變短，但頻率不會(huì)變化。自由空間

3、的介電常數(shù)： 磁導(dǎo)率Magnetic permeability計(jì)算公式為：，其中為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為磁場(chǎng)強(qiáng)度。表征介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的導(dǎo)通能力，順磁質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率大于1，抗磁質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率小于1，相對(duì)磁導(dǎo)率等于1稱為鐵磁質(zhì)。磁通密度與磁導(dǎo)率相關(guān)，進(jìn)而影響磁通量。真空中的磁導(dǎo)率：。電導(dǎo)率Specific conductance計(jì)算公式為：，其中為電導(dǎo)率，單位。表征電荷在導(dǎo)體中流動(dòng)的難易程度，即導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。1.2 電阻 電導(dǎo) 電感 電容電阻Resistance，一般電阻器的電壓與電流是相位一致的，對(duì)于繞線電阻在高頻情況下則要考慮相關(guān)特性，單位為。電導(dǎo)Conductance(純電阻特性)，交流電路則定義為復(fù)導(dǎo)納

4、的實(shí)部，單位為。電感Inductor存儲(chǔ)磁能的元件，扼制電流的變化，電壓相位超前電流相位，單位為 。電容Capacitor存儲(chǔ)電能的原件，電流相位超前電壓相位，單位為。1.3 復(fù)阻抗 復(fù)導(dǎo)納復(fù)阻抗一段無(wú)源支路兩端的電壓與其中的電流的比值稱為該支路的復(fù)阻抗，它是反映一段無(wú)源電路或無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的物理量。，其中為電阻，為電抗。其中感抗為，復(fù)感抗為。其中容抗為，復(fù)容抗為。復(fù)導(dǎo)納，其中為電導(dǎo)，為電納。1.4 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Quality factor表征儲(chǔ)能與耗能的性質(zhì)，諧振回路中存儲(chǔ)能量與消耗能量之比，對(duì)于選頻特性，品質(zhì)因數(shù)越大時(shí)選頻性能越好。為了避免選頻特性突出，增加電阻以減弱Q值。1.5 鐵

5、磁性 鐵氧體 錳鋅 鎳鋅鐵磁性過(guò)渡族金屬（如鐵）及它們的合金和化合物所具有的磁性叫做鐵磁性。在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，如同順磁性物質(zhì)，有很多未配對(duì)電子。由于交換作用，這些電子的自旋趨于與相鄰未配對(duì)電子的自旋呈相同方向。由于鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部又分為很多磁疇，雖然磁疇內(nèi)部所有電子的自旋會(huì)單向排列，造成“飽合磁矩”，磁疇與磁疇之間，磁矩的方向與大小都不相同。未被磁化的鐵磁性物質(zhì)，其凈磁矩與磁化矢量都等于零。假設(shè)施加外磁場(chǎng)，這些磁疇的磁矩還趨于與外磁場(chǎng)呈相同方向，從而形成有可能相當(dāng)強(qiáng)烈的磁化矢量與其感應(yīng)磁場(chǎng)。 隨著外磁場(chǎng)的增高，磁化強(qiáng)度也會(huì)增高，直到“飽和點(diǎn)”，凈磁矩等于飽合磁矩。這時(shí)，再增高外磁場(chǎng)也不會(huì)改變磁化

6、強(qiáng)度。假設(shè)，減弱外磁場(chǎng)，磁化強(qiáng)度也會(huì)跟著減弱。但是不會(huì)與先前對(duì)于同一外磁場(chǎng)的磁化強(qiáng)度相同。磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)的關(guān)系不是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。磁化強(qiáng)度比外磁場(chǎng)的曲線形成了磁滯回線。假設(shè)再到達(dá)飽和點(diǎn)后，撤除外磁場(chǎng)，則鐵磁性物質(zhì)仍能保存一些磁化的狀態(tài)，凈磁矩與磁化矢量不等于零。所以，經(jīng)過(guò)磁化處理后的鐵磁性物質(zhì)具有“自發(fā)磁矩”。鐵氧體鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物。 鐵氧體的電阻率比金屬、合金磁性材料大得多，而且還有較高的介電性能。鐵氧體的磁性能還表現(xiàn)在高頻時(shí)具有較高的磁導(dǎo)率。因而，鐵氧體已成為高頻弱電領(lǐng)域用途廣泛的非金屬磁性材料。由于鐵氧體單位體積中儲(chǔ)存的磁能較低，飽合磁化強(qiáng)度也較低（通常只有純鐵的1/3

7、1/5），因而限制了它在要求較高磁能密度的低頻強(qiáng)電和大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。軟磁材料，易磁化易退磁。永磁材料，易磁化難退磁。鎳鋅鐵氧體鎳鋅鐵氧體由于具有高頻、寬頻、高阻抗、低損耗的特點(diǎn)，在近幾年越來(lái)越受到重視，成為在高頻范圍(1-100MHz)內(nèi)應(yīng)用最廣、性能優(yōu)異的軟磁鐵氧體材料。鎳鋅鐵氧體材料的磁導(dǎo)率目前從15-2000不等均有應(yīng)用，常用的材料磁導(dǎo)率在100-1000之間。按磁導(dǎo)率分類，可分為高磁導(dǎo)率材料、常規(guī)材料和低磁導(dǎo)率材料。磁導(dǎo)率在1000以上的習(xí)慣上稱為高磁導(dǎo)率材料，磁導(dǎo)率在200-1000的稱為常規(guī)材料，磁導(dǎo)率在200以下的稱為低磁導(dǎo)率材料。通常情況下，材料磁導(dǎo)率越低，適用的頻率范圍越寬

8、；相反，材料磁導(dǎo)率越高，適用的頻率范圍越窄。錳鋅鐵氧體低頻段優(yōu)于鎳鋅第二部分-場(chǎng)與波基本概念2.1 自由空間的場(chǎng)定律積分形式法拉第電磁感應(yīng)定律 -磁通量的變化率的減少是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原因，動(dòng)磁生電。修正的安培環(huán)路定理-電通量的增加和電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的源。動(dòng)電生磁。電場(chǎng)高斯定理 -靜電荷是產(chǎn)生電場(chǎng)的源。磁場(chǎng)高斯定理-沒(méi)有磁荷電荷守恒定律-電荷的變化只能通過(guò)電流的形式。微分形式法拉第電磁感應(yīng)定律-產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)的源是變化的磁場(chǎng)。 修正的安培環(huán)路定理-電流和變化的電場(chǎng)是產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng)的源。電場(chǎng)高斯定理磁場(chǎng)高斯定理-磁場(chǎng)是無(wú)散場(chǎng)，螺管場(chǎng)。電荷守恒定律邊界條件【微分形式+邊界條件】切向邊界條件法向邊界條件切

9、向電場(chǎng)分量連續(xù)邊界上有面電荷分布則越過(guò)邊界時(shí)，電通法向分量要變，改變的值為面電荷密度。邊界上有面電流存在時(shí)，越過(guò)邊界磁場(chǎng)強(qiáng)度是不同的，其差值為面電流密度。法向磁場(chǎng)分量連續(xù)電荷是守恒的2.2 靜電場(chǎng)的標(biāo)量位 靜磁場(chǎng)的標(biāo)量位 磁矢位靜電場(chǎng)的標(biāo)量位，其中稱為靜電場(chǎng)的標(biāo)量位，電位。已知各種類型源的電位分布，求解散度即可得到電場(chǎng)分布。其意義是單位電荷由參考點(diǎn)位移至某點(diǎn)所需要消耗的能量的數(shù)值為該處的電位值，或者由該處移至參考點(diǎn)位所減少的能量的數(shù)值。確定參考點(diǎn)位是研究靜電場(chǎng)標(biāo)量位的前提。標(biāo)量位的微分方程與邊界條件，泊松方程，拉普拉斯方程，無(wú)源條件。一般邊界條件，電位連續(xù)條件。導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電流導(dǎo)體內(nèi)有恒定電流電

10、流歐姆定律，無(wú)電場(chǎng)，電位為常數(shù)，等勢(shì)體。滿足電位連續(xù)條件，和因?yàn)閷?dǎo)體為等勢(shì)體，電位變化為0，條件。導(dǎo)體-導(dǎo)體導(dǎo)體-自由空間導(dǎo)體-理想導(dǎo)體若倆個(gè)導(dǎo)體中均有均勻的電流，則分別滿足公式/，根據(jù)邊界電流條件，面電流為零，其散度為零，求得，同時(shí)滿足電位連續(xù)條件。【邊界處的電流條件】 自由空間的電導(dǎo)率為0，根據(jù)邊界電流條件也有公式可以推導(dǎo)，但是其物理含義和列1中的含義是不同的。使用邊界條件時(shí)，同樣形式的邊界條件不一定反映同樣的物理概念。理想導(dǎo)體電導(dǎo)率為無(wú)窮大，存在電流時(shí)，其電場(chǎng)為零。電位為常數(shù)。相關(guān)性質(zhì)：極值定理，平均值定理，唯一性定理。磁矢位畢奧-沙伐定律，由電流分布計(jì)算磁場(chǎng)的定律，。為了簡(jiǎn)化矢量積分，

11、引入磁矢位,，同時(shí)應(yīng)滿足，散度方程和旋度方程可以唯一確定一個(gè)矢量-亥姆霍茲定理。數(shù)學(xué)手段+物理意義。磁標(biāo)位靜磁場(chǎng)的標(biāo)量位和靜電場(chǎng)的標(biāo)量位計(jì)算存在一點(diǎn)不同，就是磁標(biāo)位積分與路徑有關(guān)。2.3 有物質(zhì)存在時(shí)的宏觀場(chǎng)定律基本概念物質(zhì)只是以不同形式運(yùn)動(dòng)的各種帶電粒子的組合，各式的電荷和電流均應(yīng)看作電磁場(chǎng)的源，物質(zhì)存在條件下的場(chǎng)問(wèn)題則可以通過(guò)利用電荷分布和電流分布之后進(jìn)行求解，在有物質(zhì)存在時(shí)，電磁場(chǎng)所遵循的基本定律仍是真空中的電磁場(chǎng)定律，只是將此時(shí)物質(zhì)作用下的形成的場(chǎng)分布等效為電荷和電流分布，作為場(chǎng)的源來(lái)求解。極化，外加電場(chǎng)對(duì)原電場(chǎng)分布造成的影響成為極化，物質(zhì)在外加電場(chǎng)中會(huì)被極化，但是極化產(chǎn)生的場(chǎng)又會(huì)反過(guò)

12、來(lái)影響總電場(chǎng)。平行板電容器為例。填充介質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)大于1)會(huì)使得介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)分布削弱。極板使得介質(zhì)極化，極化反過(guò)來(lái)影響場(chǎng)分布。相對(duì)介電常數(shù)與極化率有關(guān)，越容易被極化的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)就越大，越容易對(duì)場(chǎng)分布造成影響。磁化，安培電流環(huán)模型。可以呈現(xiàn)很強(qiáng)磁化現(xiàn)象的物質(zhì)成為鐵磁性，磁導(dǎo)率和磁化強(qiáng)度是相關(guān)的，越容易被磁化的物質(zhì)，磁導(dǎo)率越強(qiáng)，表征了對(duì)磁場(chǎng)導(dǎo)通的能力，磁導(dǎo)率越高的介質(zhì)磁場(chǎng)就越難跑出去。介質(zhì)特性：均勻非均勻，各向同行各向異性，線性非線性。2.4 電磁場(chǎng)的能量 坡印廷矢量靜電磁場(chǎng)的能量密度 交變電磁場(chǎng)的能量坡印廷適量，電磁場(chǎng)與電磁波傳播能量傳播的方向與場(chǎng)波的方向一致。傳播速度為光速，能量傳播

13、不依賴于導(dǎo)體，能量是通過(guò)場(chǎng)的建立進(jìn)行傳播，導(dǎo)體只起了引導(dǎo)作用。具有假說(shuō)的的性質(zhì)，因?yàn)椴荒芙o出嚴(yán)格的證明。(1)基礎(chǔ)理論能量守恒引申為功率守恒；(2)靜態(tài)條件下適用引申為交變情況下適用。(3)如果在適量上添加無(wú)散適量函數(shù)或者在能量密度上添加與時(shí)間無(wú)關(guān)的函數(shù)，公式仍然成立。2.5 電路理論與電磁場(chǎng)理論的關(guān)系電路理論描述的電磁場(chǎng)現(xiàn)象，一定滿足電磁場(chǎng)理論，因此電磁場(chǎng)理論一定可以推導(dǎo)電路理論?；鶢柣舴螂娏鞫桑我夤?jié)點(diǎn)流入的電流和流出的電流是相等的。根據(jù)電荷守恒定律可知靜態(tài)條件下，在靜態(tài)條件下或者低頻條件下滿足，此時(shí)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該為不存在電容量的理想節(jié)點(diǎn)，也是不同大小的電流源不能串聯(lián)的原因?；鶢柣舴螂妷憾?，

14、任意回路的電壓和為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律也可以近似推導(dǎo)，靜態(tài)或者低頻的近似結(jié)果，這也是不同大小的電壓源不能并聯(lián)的結(jié)果。電路是一種現(xiàn)象，電磁場(chǎng)就是這種現(xiàn)象的本質(zhì)。電磁場(chǎng)分布在器件內(nèi)部，反應(yīng)為端口的點(diǎn)路特性，此時(shí)元器件的參數(shù)是由電磁場(chǎng)的分布決定的！2.6 電磁波平面波等相面為平面的波均勻波等相面與等幅面重合的波UPW均勻平面波橫電磁波 (2)均勻平面波在自由空間中傳播速度為光速 (3)空間任意一點(diǎn)的電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量的比值為空間波阻抗 (4)空間任意一點(diǎn)電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量垂直(5)均勻平面波的電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能是相等的。時(shí)諧場(chǎng)/單頻場(chǎng)復(fù)矢量乘積的含義，正弦時(shí)間矢量叉乘的時(shí)間平均是對(duì)應(yīng)復(fù)矢量共軛叉乘

15、的實(shí)部的一半，正弦時(shí)間矢量點(diǎn)乘的時(shí)間平均是對(duì)應(yīng)復(fù)矢量共軛點(diǎn)乘的實(shí)部的一半。純駐波：3個(gè)，時(shí)間空間和指向。復(fù)數(shù)的坡印廷矢量 根據(jù)復(fù)矢量乘積的意義可以知道，時(shí)變坡印廷矢量的時(shí)間平均就是復(fù)數(shù)坡印廷矢量的實(shí)部。也就是有功功率，用于消耗的功率。其虛部為無(wú)功功率，是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的功率。平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播均勻平面波不能在有耗媒質(zhì)中傳播，電場(chǎng)和磁場(chǎng)也不是同相的了。無(wú)耗媒質(zhì)的電導(dǎo)率為零，有耗媒質(zhì)的電導(dǎo)率不再為零。在導(dǎo)體中的電場(chǎng)就要引起傳導(dǎo)電流，導(dǎo)致了能量的損耗。介電常數(shù)和波阻抗均為復(fù)數(shù)。傳播常數(shù) 也變?yōu)閺?fù)傳播常數(shù)，其中決定了相位特性，決定了衰減特性。為衰減系數(shù)，電磁波在有耗媒質(zhì)中傳播幅度呈指數(shù)衰減。良導(dǎo)體的趨

16、膚效應(yīng)良導(dǎo)體的電導(dǎo)率很大，其傳導(dǎo)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于位移電流，波在良導(dǎo)體中的衰減，稱幅度衰減到的深度為趨膚深度。，使用金屬板進(jìn)行電磁波屏蔽都是基于電磁波在良導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)的。相速 群速 色散相速，等相面移動(dòng)的速度，可能大于光速(視在速度)， 。群速，包絡(luò)/能量移動(dòng)的速度，。色散，相速與頻率相關(guān)的媒質(zhì)稱為色散媒質(zhì)，由于相速不同產(chǎn)生的波的失真現(xiàn)象稱為色散。色散分類：(1)色散媒質(zhì)(有耗媒質(zhì)均為色散媒質(zhì))(2)波導(dǎo)中的色散波，由于不滿足邊界條件(3)高頻波的色散，頻率極高時(shí)相速為頻率的函數(shù)，光的三棱鏡實(shí)驗(yàn)。色散的利用：脈沖壓縮雷達(dá)，大時(shí)寬增加探測(cè)距離，大帶寬增加距離分辨力，脈沖壓縮技術(shù)使得時(shí)寬帶寬積大于1。

17、極化電磁波的極化利用電場(chǎng)分量在垂直傳播方向的平面上掃描的形狀來(lái)定義線極化、圓極化和橢圓極化。波的合成與分解，一個(gè)極化狀態(tài)已知的波分解為一對(duì)極化狀態(tài)線性無(wú)關(guān)的波和一對(duì)極化狀態(tài)線性無(wú)關(guān)的波合成一個(gè)所需極化狀態(tài)的波?！舅綐O化+垂直極化】【左旋圓極化+右旋圓極化】一個(gè)線極化波，一定可以分解為兩個(gè)狀態(tài)正交的線極化波，正交分解，可見(jiàn)只要不是完全正交的兩個(gè)天線，一定會(huì)接收到部分電磁波能量。一個(gè)線極化波也可以分解為一對(duì)正交的圓極化波，可見(jiàn)圓極化天線可以接受線極化波的一半能量。同樣的橢圓極化波也可以及分解為一對(duì)正交的線極化波或圓極化波。圓極化波可以分解為兩個(gè)正交的線極化波，但不能分解為兩個(gè)正交的圓極化波，圓極

18、化天線只能接收相同極化方向的圓極化波。頻率極高時(shí)介質(zhì)中的波當(dāng)電磁波的頻率與介質(zhì)振動(dòng)頻率一致的時(shí)候，介質(zhì)與電磁波有強(qiáng)烈的吸收作用，因此介質(zhì)的固有頻率又稱為吸收頻率，吸收了電磁波的能量。當(dāng)頻率高于一定值時(shí)，電磁波通過(guò)導(dǎo)體介質(zhì)衰減很小，例如x射線可以對(duì)金屬介質(zhì)進(jìn)行透視。電離層，只有滿足一定頻率的波才能穿透電離層，因此場(chǎng)波可以利用電離層反射進(jìn)行通信，短波可以穿透電離層跟衛(wèi)星，導(dǎo)彈等設(shè)備通信，同樣的可以利用長(zhǎng)波對(duì)隱身飛機(jī)進(jìn)行探測(cè)。斯耐爾定理入射線和反射線均在入射面內(nèi)，入射角等于反射角， 電磁波由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，發(fā)生全反射。光密介質(zhì)中的波速要小于光疏介質(zhì)中的波速。第三部分-電磁

19、兼容基本概念3.1 EMC三要素電磁兼容：一種狀態(tài)。所有使用電磁頻譜的設(shè)備和裝置，在特定的電磁環(huán)境下各自完成特定任務(wù)的一種狀態(tài)。電磁兼容性：Electromagnetic compatibility，一種能力，所有使用電磁頻譜的設(shè)備和裝置在特定的電磁環(huán)境下能夠正常工作，并且不對(duì)其他設(shè)備造成不能接受或者未預(yù)知的性能降級(jí)。未預(yù)知意味著要保留一定的裕度。電磁環(huán)境復(fù)雜電磁環(huán)境，只有電磁環(huán)境影響到了設(shè)備的正常工作，稱電磁環(huán)境為復(fù)雜的。電磁環(huán)境效能，描述電磁環(huán)境對(duì)設(shè)備工作性能的影響。此時(shí)電磁環(huán)境指的是自然電磁環(huán)境，而不是電子戰(zhàn)中的威脅電磁環(huán)境。三要素電磁兼容：干擾源-耦合通道-敏感體,，主要集中到傳導(dǎo)發(fā)射

20、，傳導(dǎo)敏感，輻射發(fā)射，輻射敏感。GJB151給了明確的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法。電磁兼容發(fā)展問(wèn)題解決階段(發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題)-規(guī)范設(shè)計(jì)階段(設(shè)計(jì)分系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn))-系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)階段(設(shè)計(jì)系統(tǒng)的指標(biāo)，進(jìn)行指標(biāo)分配)【自頂向下，量化/系統(tǒng)級(jí)，設(shè)計(jì)】試驗(yàn)場(chǎng)開闊場(chǎng)，全波暗示，半波暗示，混響室，TEM小室EMC測(cè)試原則正常的工作下+最差的工作狀態(tài)+最差的數(shù)據(jù)灰盒子模型經(jīng)驗(yàn)積累，測(cè)量確定模塊的特性曲線，進(jìn)行設(shè)計(jì)之初的行為級(jí)別仿真。區(qū)別黑盒子，經(jīng)驗(yàn)是使黑盒子變灰的那一部分。第四部分-天線與微波基本概念3.1 微波技術(shù)頻段范圍：300 -3000，300對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為1，同一頻率的波在不同的介質(zhì)中的波速和波長(zhǎng)是不同的0.3G-

21、3G：分米波(特高頻)，3G-30G：厘米波(超高頻)，30G-300G：毫米波(極高頻)，300G-3000G:亞毫米波(超級(jí)高頻)。核心內(nèi)容就是匹配。特點(diǎn)似光性，波長(zhǎng)越短與光的傳播特定越類似，定向性好?？梢源┩鸽婋x層，與衛(wèi)星，飛船和火箭導(dǎo)彈通信，反之利用長(zhǎng)波對(duì)電離層進(jìn)行探測(cè)。頻率范圍廣泛，容量大，可以廣泛利用和發(fā)展，低頻段的飽和應(yīng)用。穿透金屬，加熱烘干等應(yīng)用。分布特性，當(dāng)傳輸線尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的時(shí)候，表現(xiàn)為短線，集中參數(shù)，此時(shí)相位滯后，輻射，趨膚效應(yīng)可以忽略，電壓電流有明確的定義，在穩(wěn)態(tài)下，電壓和電流也只是關(guān)于時(shí)間的變量。當(dāng)傳輸線尺寸與波長(zhǎng)相比擬和小于波長(zhǎng)時(shí)，表現(xiàn)為分布特性，參數(shù)與位置有關(guān)，

22、稱為長(zhǎng)線，相位滯后，輻射，趨膚效應(yīng)不能忽略，電壓和電流沒(méi)有明確的物理含義，同時(shí)是位置和時(shí)間的變量。傳輸線凡是能夠?qū)б姶挪▊鞑サ牡膶?dǎo)體，介質(zhì)和他們組合體均稱為傳輸線。阻抗失配是產(chǎn)生反射的原因，反射系數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)，是一個(gè)與空間位置有關(guān)的復(fù)數(shù)，但是反射系數(shù)的模值在傳輸線任意位置是不變的常數(shù)。駐波比，指在傳輸線上電壓最大值與最小值的比值電壓駐波比是一個(gè)大于1的常數(shù)，駐波比反映的是反射的強(qiáng)度，反射越強(qiáng)駐波比越大，反射越弱駐波比越小。行波狀態(tài)，傳輸線完全匹配，沒(méi)有反射，反射系數(shù)為0，駐波比為1，能量全部傳遞至負(fù)載。純駐波狀態(tài)，傳輸線完全失配，全部反射，反射系數(shù)為1，駐波比為無(wú)窮大，能量完全被反射。終端開

23、路，短路，純電抗發(fā)生全反射。行駐波狀態(tài)就是中間狀態(tài)，是傳輸線失配的結(jié)果，能量被浪費(fèi)，形成信號(hào)的干擾，波形的失真等。匹配方式，阻抗變換器，共軛匹配法等。圓圖反射圓圖，可見(jiàn)反射系數(shù)在傳輸線上的模值是一定的。電阻圓圖，半徑為，左端點(diǎn)為短路點(diǎn)，電阻為零，半徑為一，此時(shí)反射系數(shù)為1。右端點(diǎn)為開路點(diǎn)，電阻無(wú)窮大，半徑為零，此時(shí)反射系數(shù)為1。原點(diǎn)為阻抗匹配點(diǎn)，此時(shí)反射系數(shù)為0。電抗圓圖，半徑為 上半部分為感抗，下半部分為容抗。【歸一化的概念，輸入阻抗和特性阻抗的比值為歸一化圓圖】阻抗匹配阻抗匹配是微波技術(shù)中常遇見(jiàn)的問(wèn)題，信號(hào)源與傳輸線的共軛匹配，傳輸線特性阻抗與負(fù)載的匹配。為了使得信號(hào)源穩(wěn)定，盡量減少返回波

24、，都是阻抗匹配要解決的問(wèn)題。阻抗變換利用阻抗變換器進(jìn)行變換。波導(dǎo)傳播色散波，這是邊界條件造成的，區(qū)分光學(xué)中的色散和色散媒質(zhì)。波導(dǎo)不能夠傳導(dǎo)TEM波，是因?yàn)闆](méi)有滿足TEM，沒(méi)有靜電荷和恒定電流的存在使得靜態(tài)場(chǎng)分布不能存在波導(dǎo)中。截止頻率，大于該頻率的才能夠被傳播，反之被截止。品質(zhì)因數(shù)，是傳輸線的存儲(chǔ)能量與消耗能量的比值。微帶線質(zhì)量小。體積小，頻帶寬的特點(diǎn)。微帶線可以看成是平行雙線的演變。介質(zhì)基質(zhì)一般采用損耗小。一面是銅腐蝕電路，另一層是銅做的接地板。準(zhǔn)TEM波，具有一定的色散。隨著頻率的增加色散現(xiàn)象越明顯。3.2 天線基礎(chǔ)輻射與場(chǎng)區(qū)天線，對(duì)電磁波進(jìn)行輻射和接受的裝置，也是導(dǎo)行波和自由波之間的換能

25、器。天線場(chǎng)區(qū)劃分為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)(輻射場(chǎng))，又稱為夫稂禾費(fèi)區(qū) ，近場(chǎng)區(qū)(感應(yīng)區(qū)) ，又稱為菲涅爾區(qū)。感應(yīng)復(fù)數(shù)區(qū)坡印廷為純虛數(shù)，能量存在于電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能之間的轉(zhuǎn)換，僅有少有的一部分用于輻射，輻射場(chǎng)的復(fù)數(shù)坡印廷為實(shí)數(shù)，表示能量的輻射和消耗，并且也包含一部分的感應(yīng)能量存儲(chǔ)。輻射的求法則為磁矢位，磁場(chǎng)和電場(chǎng)的求解。電磁波的輻射是以包絡(luò)面的形式向前傳播，惠更斯原理。輻射阻抗和效率，輸入阻抗為輸入端口看進(jìn)去的阻抗，包含了歐姆阻抗和輻射阻抗，其效率，表示用于輻射的功率與總輸入功率的比值。輻射方向圖，輻射和坐標(biāo)的關(guān)系圖，一般有場(chǎng)強(qiáng)方向圖，功率方向圖等(歸一化)。輻射強(qiáng)度U，表示單位立體角輻射功率。方向性系數(shù)，描述某個(gè)

26、方向的輻射能力， ，描述的是方向性。增益，描述在最大輻射方向的輻射能力。有效口徑，最大有效口徑，有效口徑輸送給負(fù)載的功率與輸入(接收到的)功率密度之比。雷達(dá)方程。極化，極化方式與輻射的電磁波有關(guān)，電磁波的計(jì)劃方式就是天線的極化方式。天線家族振子天線，喇叭天線，八木-宇田天線，螺旋天線，貼片天線，對(duì)數(shù)周期天線，雙錐天線，陣列天線等。天線陣列方向圖乘積定理：陣列天線的方向圖為元因子和陣因子的乘積。相控陣天線，利用相位控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)陣列天線方向圖的陣列天線，稱為相控陣天線。相比機(jī)械掃描具有掃描速度快，方位捷變等優(yōu)點(diǎn)。相比單個(gè)天線元具有方向圖和輻射的優(yōu)勢(shì)。線陣列天線中常見(jiàn)的柵瓣問(wèn)題，就是由于，如果d過(guò)大的時(shí)候在一個(gè)2pi之內(nèi)就可能出現(xiàn)多個(gè)與主瓣一樣的柵瓣，應(yīng)該保證d滿足小于一個(gè)波長(zhǎng)的條件。 通過(guò)調(diào)整初相，以損失增益為代價(jià)減小主瓣的寬度，提高定向性。漢森-伍德陣列。3.3 振子天線與寬帶天線電偶極子如果有和兩個(gè)大小相等極性相反的電荷，他們之間的距離為，當(dāng)趨于0而 的數(shù)值不變時(shí)(應(yīng)趨于無(wú)限