微波技術(shù)第一章----緒論last.

1、微波技術(shù)基礎(chǔ)安徽建工學(xué)院電子系課程要求課程性質(zhì)：考查課課程要求：聽課、 作業(yè)、課堂小測試、 考試 課程參考教材廖承恩廖承恩 等等微波技術(shù)基礎(chǔ)微波技術(shù)基礎(chǔ) 1983年版；國防工業(yè)出版社； 1994年版，西安電子科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社吳群吳群 宋朝暉宋朝暉 ，微波技術(shù)微波技術(shù) 2004年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社董金明，林萍實董金明，林萍實 微波技術(shù)微波技術(shù) 2003年，機械工業(yè)出版社陳振國，陳振國，微波技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用微波技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 北京郵電大學(xué)出版社 復(fù)習(xí)教材李翰遜，電路分析基礎(chǔ)* 謝處方，電磁場與電磁波*高等數(shù)學(xué) *普通物理（光學(xué)）*課時安排第一章 2學(xué)時；第二章 16學(xué)時；第三章 12學(xué)時；第四

2、章 9學(xué)時；第五章、第七章合并 2學(xué)時；第六章 3學(xué)時；總復(fù)習(xí) 1學(xué)時第一章 緒論1.1 微波技術(shù)概述1.2 微波概念及其特點1.3 微波應(yīng)用及發(fā)展方向1.4 微波研究方法1.5微波技術(shù)主要研究內(nèi)容（本課程主要講授內(nèi)容） 推薦網(wǎng)站1.1 微波技術(shù)概述 微波技術(shù)是一門研究頻率為300MHz3000GHz(即波長為1m0.1mm)電磁波的產(chǎn)生、放大、發(fā)射、傳播、接收、測量和應(yīng)用的學(xué)科。 微波技術(shù)的發(fā)展可追溯到1864年麥克思韋（Maxwel,J.C.18311879）提出的電磁場動力學(xué)以及1887年赫茲（Hertz，H.R.1831 1894）用實驗證實的電磁波學(xué)說。第一章第一章 緒論緒論返回 最

3、初，微波研究的進展與雷達的研制密切相關(guān)。隨著微波技術(shù)在通信及其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，今天，微波技術(shù)已成為一門理論與技術(shù)上都相當成熟的學(xué)科。 無線電技術(shù)的發(fā)展使得無線電波工作頻率不斷升高。當頻率升高到微波頻段時，低頻時所用的電路定律（基爾霍夫電流、電壓定律）已不適用，所以必須尋求分析和解決問題的新方法。 -利用利用“場場”與與“路路”相結(jié)合的方相結(jié)合的方法。法。第一章第一章 緒論緒論1.2微波及其特點一、微波的概念及波段劃分一、微波的概念及波段劃分 微波是一種頻率非常高的電磁波。把波長從1米到0.1毫米范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。微波波段對應(yīng)的頻率范圍為: 3108Hz31012Hz。如下圖所示。f31

4、081051010(m)(Hz)3 10323 1063 109-13 101210-43 101510-73 101810-10無線電波光波宇宙射線視頻射頻微波紅外線可見光紫外線x射線射線第一章第一章 緒論緒論返回電磁波波段（選自MIT)第一章第一章 緒論緒論微波波段劃分 如下:波 段波長范圍頻率范圍波段名稱分米波1m10cm0.33GHz特高頻(UHF)厘米波10cm1cm330GHz超高頻(SHF)毫米波1cm1mm30300GHz3003000GHz極高頻(EHF)超極高頻 亞毫米波1mm0.1mmhttp:/ 電波主要傳播方式電波主要傳播方式電波主要傳播方式 電波傳輸不依靠電線，也不

5、象聲波那樣，必須依靠空氣媒介幫它傳播，有些電波能夠在地球表面?zhèn)鞑?，有些波能夠在空間直線傳播，也能夠從大氣層上空反射傳播，有些波甚至能穿透大氣層，飛向遙遠的宇宙空間。 任何一種無線電信號傳輸系統(tǒng)均由發(fā)信部分、收信部分和傳輸媒質(zhì)三部分組成。傳輸無線電信號的媒質(zhì)主要有地表、對流層和電離層等，這些媒質(zhì)的電特性對不同波段的無線電波的傳播有著不同的影響。根據(jù)媒質(zhì)及不同媒質(zhì)分界面對電波傳播產(chǎn)生的主要影響，可將電波傳播方式分成下列幾種： 地表傳播地表傳播 對有些電波來說，地球本身就是一個障礙物。當接收天線距離發(fā)射天線較遠時，地面就象拱形大橋?qū)烧吒糸_。那些走直線的電波就過不去了。只有某些電波能夠沿著地球拱起的

6、部分傳播出去，這種沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姴ň徒械夭?，也叫表面波。地面波傳播無線電波沿著地球表面的傳播方式，稱為地面波傳播。其特點是信號比較穩(wěn)定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。因此，這種傳播方式主要適用于長波長波和中波波段和中波波段。 天波傳播 聲音碰到墻壁或高山就會反射回來形成回聲，光線射到鏡面上也會反射。無線電波也能夠反射。在大氣層中，從幾十公里至幾百公里的高空有幾層“電離層”形成了一種天然的反射體，就象一只懸空的金屬蓋，電波射到“電離層就會被反射回來，走這一途徑的電波就稱為天波或反射波。在電波中，主要是短波具有這種特性電波中，主要是短波具有這種特性。 電離層是怎樣形成的呢？電離

7、層是怎樣形成的呢？原來，有些氣層受到陽光照射，就會產(chǎn)生電離。太陽表面溫度大約有6000，它輻射出來的電磁波包含很寬的頻帶。其中紫外線部分會對大氣層上空氣體產(chǎn)生電離作用，這是形成電離層的主要原因。 電離層一方面反射電波，另一方面也要吸收電波。電離層對電波的反射和吸收與頻率(波長)有關(guān)。頻率越高，吸收越少，頻率越低，吸收越多。所以，短波的天波可以用作遠距離通訊。此外，反射和吸收與白天還是黑夜也有關(guān)。白天，電離層可把中波幾乎全部吸收掉，收音機只能收聽當?shù)氐碾娕_，而夜里卻能收到遠距離的電臺。對于短波，電離層吸收得較少，所以短波收音機不論白天黑夜都能收到遠距離的電臺。不過，電離層是變動的，反射的天波時強

8、時弱，所以，從收音機聽到的聲音忽大忽小，并不穩(wěn)定。 視距傳播、散射傳播及波導(dǎo)模傳播 視距傳播是指：若收、發(fā)天線離地面的高度遠大于波長，電波直接從發(fā)信天線傳到收信地點(有時有地面反射波)。這種傳播方式僅限于視線距離以內(nèi)。目前廣泛使用的超短波通信和衛(wèi)星通信的電波傳播均屬這種傳播方式。 散射傳播是利用對流層或電離層中介質(zhì)的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用來實現(xiàn)超視矩傳播。這種傳播方式主要用于超短波和微波遠距離通信。 超短波的傳播特性比較特殊，它既不能繞射，也不能被電離層反射，而只能以直線傳播。以直線傳播的波就叫做空間波或直接波。由于空間波不會拐彎，因此它的傳播距離就受到限制。發(fā)射

9、天線架得越高，空間波傳得越遠。所以電視發(fā)射天線和電視接收天線應(yīng)盡量架得高一些。盡管如此，傳播距離仍受到地球拱形表面的阻擋，實際只有50km左右。 超短波不能被電離層反射，但它能穿透電離層，所以在地球的上空就無阻隔可言，這樣，我們就可以利用空間波與發(fā)射到遙遠太空去的宇宙飛船、人造衛(wèi)星等取得聯(lián)系。此外，衛(wèi)星中繼通訊，衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播衛(wèi)星中繼通訊，衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要是利用天波傳輸途徑。 波導(dǎo)模傳播電波是指：在電離層下緣和地面所組成的同心球殼形波導(dǎo)內(nèi)的傳播。長波、超長波或極長波利用這種傳播方式能以較小的衰減進行遠距離通信。 在實際通信中往往是取以上五種傳播方式中的一種作為主要的傳播途徑，但也有幾種傳播方

10、式并存來傳播無線電波的。一般情況下都是根據(jù)使用波段的特點，利用天線的方向性來限定一種主要的傳播方式。 第一章第一章 緒論緒論微波波段的代號及對應(yīng)的頻率范圍 波 段頻率范圍(GHz)波 段頻率范圍(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、微波的特點微波的特點 微波

11、似光性衛(wèi)星通信 頻率高 多路通信 穿透電離層 天文學(xué)研究 量子特性 微波波譜學(xué) 第一章第一章 緒論緒論1微波的波長很短微波的波長很短，典型的數(shù)值約為厘米級，與地球上的一想物體如房屋，輪船，飛機等尺1(約幾十米)相比小得多，可以認為是無窮小。此時，微波的行為完全可以用幾何光學(xué)理論來描述，因而呈現(xiàn)似光特性。當其照射到物體上時會產(chǎn)生顯著的反射，這正是微波雷達的應(yīng)用基礎(chǔ)。此外，由于天線的方向性增益和天線尺寸與波長比的平方成正比，因此在微波波段使用尺寸不大的天線就可提供很高的增益和極強的方向性。 2微波的頻率很高微波的頻率很高，每秒振動10億次以上。因此在不太大的相對頻寬下，其可頻帶極寬，可達致百或上千

12、兆赫。因而其信息容量很大。在通信應(yīng)用方面有著巨大的潛力。 3由于頻率極高頻率極高，因而周期很短，電子在電子器件中的痘越時間效應(yīng)已不能忽略，這意味著必須用與低頻電子器件不同的嶄新的物理原理，來研制新的微波電子器件。 4 微波在傳播特性方面也具有一系列的斯特點，由于它的似似光性，光性，表現(xiàn)出直視傳播特性，且在大氣中傳播穩(wěn)定，這一特點適于發(fā)展地面微波接力通信。由于它可以穿透電寓層，因而它是無線電技譜中的又一個“窗口，這導(dǎo)致了射電天文學(xué)和衛(wèi)星通信射電天文學(xué)和衛(wèi)星通信的發(fā)展。 5由于微波的波長已可與通常的電路元件(只，L，C)的尺寸相比擬，因而在這些元件中及元件附近，場的分布變化巳很大，達時元件的特性巳

13、不再能用一個參數(shù)來表示，而必須考慮到分布效分布效應(yīng)，應(yīng)，電路參數(shù)需由集總參數(shù)過渡到分布參數(shù)。 6在理論與研究方法上與低頻電路也很不同，主要應(yīng)用場理理論與研究方法上與低頻電路也很不同，主要應(yīng)用場理論，而不是路理論論，而不是路理論，例如波導(dǎo)與電磁諧振腔理論就是典型的場理論，在研究方法上也愈來愈多地與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，例如應(yīng)用幾何光學(xué)理論研究反射面天線，透鏡天線。用邁克爾遜干涉儀作為通振腔等等。 7量子特性量子特性。根據(jù)量子理論，電磁波具有波粒二象性，頻率為f的電磁波是由能量B一6f的光子組成，式中6662616”焦耳秒，為普朗克常數(shù)，當頻率極高時每個量子的能量巳不再能視為無窮小，因而在一束功率較低的

14、電磁波中，粒子特性開始表現(xiàn)出來，這時研究它們就必須應(yīng)用量子規(guī)律。這方面的例子就是微波量子放大器。第一章第一章 緒論緒論1.3 微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用二、微波技術(shù)的發(fā)展 工作頻段向高頻段發(fā)展小型化、寬帶化自動化、智能化發(fā)展方向一、微波技術(shù)的應(yīng)用一、微波技術(shù)的應(yīng)用 雷達通信科學(xué)研究生物醫(yī)學(xué)微波能微波應(yīng)用返回http:/ 微波研究方法 “場”為主； “場”與“路”相結(jié)合例如波導(dǎo)與電磁諧振腔理論就是典型的場理論，在研究方法上也愈來愈多地與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，例如應(yīng)用幾何光學(xué)理論研究反射面天線，透鏡天線。用邁克爾遜干涉儀作為通振腔等等。第一章第一章 緒論緒論返回1.5 微波技術(shù)研究的主要內(nèi)

15、容一、微波傳輸線理論微波傳輸線理論 它是研究微波在各種傳輸線（雙導(dǎo)線、同軸線、波導(dǎo)、介質(zhì)波導(dǎo)、微帶線和帶狀線）上傳播時的特性。傳輸線理論(長線理論）； 金屬波導(dǎo)帶狀線與微帶第一章第一章 緒論緒論返回 二、微波元件二、微波元件 微波和低頻電路一樣，也需要進行信號的放大、濾波、調(diào)制等。于是就有相應(yīng)的微波元件： 微波電抗元件、終端元件、連接元件、衰減器及移相器、功率分配器、匹配雙T及微波電橋、定向耦合器、微波鐵氧體元件等。 第一章第一章 緒論緒論三、微波網(wǎng)絡(luò)三、微波網(wǎng)絡(luò) 微波網(wǎng)絡(luò)是研究微波元件的一種理論方法，將微波元件等效為微波網(wǎng)絡(luò)，將微波傳輸線等效為長線，用長線理論和網(wǎng)絡(luò)理論進行分析本課程重點內(nèi)容

16、傳輸線理論(長線理論）微波傳輸線微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)諧振腔返回微波技術(shù)基礎(chǔ)研究內(nèi)容概述實際上，就是按照實際上，就是按照微波元件的發(fā)展過程微波元件的發(fā)展過程，從用從用路路的方法轉(zhuǎn)到的方法轉(zhuǎn)到用場與路相結(jié)合用場與路相結(jié)合的方的方法來分析電磁波的傳輸問題的學(xué)科。法來分析電磁波的傳輸問題的學(xué)科。返回推薦網(wǎng)站http:/ 德國CST公司 - Computer Simulation Technology - 是一家集開發(fā)與銷售為一體的軟件公司，專業(yè)開發(fā)二維及三維電磁場仿真軟件，適用于靜電、靜磁、穩(wěn)恒電流、瞬態(tài)場、簡諧場、帶電粒子及熱動力場等的分析和綜合。 返回推薦網(wǎng)站http:/.http:/.http:/htt

17、p:/CadenceCadence 是目前世界上規(guī)模最大的關(guān)于電子設(shè)計技術(shù)、方法論服務(wù)以及設(shè)計服務(wù)的提供商。Cadence公司的解決方案主要是針對半導(dǎo)體產(chǎn)品、電子計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和通訊設(shè)備、消費性電子產(chǎn)品，以及其它種類繁多的電子產(chǎn)品。返回推薦網(wǎng)站/OcwWeb麻省理工學(xué)院 (Massachussett Institute of Technology 公開課件http:/ 天線 一、天線概述天線概述 各種微波傳輸線的基本功能是傳輸電磁能量，導(dǎo)引電磁波沿傳輸線傳播，是一個封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)。各種天線的基本功能是向空間輻射或接收電磁能量，它是由傳輸線演變而成的，是一個

18、開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)。 任何需要輻射和接收電磁波的無線電技術(shù)設(shè)備（例如通信、電視、廣播、雷達、導(dǎo)航和衛(wèi)星設(shè)備等）都配有天線。天線是這些設(shè)備中必不可少的組成部分。第一章第一章 緒論緒論雷達與導(dǎo)航 微波技術(shù)的早期發(fā)展是和雷達交織在一起的，事實上，正是由于第二次世界大戰(zhàn)期間對于雷達的需要，微波技術(shù)才迅速地發(fā)展起來。為了適應(yīng)各種不同的要求，現(xiàn)代雷達的種類很多，性能也日益提高。例如，超遠程預(yù)警雷達的作用距離達1萬Km以上，可對洲際導(dǎo)彈的突然襲擊給出1520min的預(yù)警時間。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論雷達（Radar)雷達這個名稱是美國海軍在第二次世界大戰(zhàn)的1910年使用的一個保密代號。它是

19、“無線電探測和測距” (Radio Detection and Ranging)這句英文的縮寫。雷達有著廣泛的用途。其中有些特殊的應(yīng)用可能包含極其復(fù)雜和極為完善的工程技術(shù)和設(shè)計。不過，大多數(shù)雷達的基本構(gòu)成形式都非常筒單，如圖12所示，雷達的基本任務(wù)是探測感興趣的目標，并從中提取諸如目標距離、角坐標、速度和反射特征方面的信息。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論雷達與導(dǎo)航 又如現(xiàn)代相控陣雷達，利用電子計算機控制其天線陣列的波束相位，能夠?qū)崿F(xiàn)快速電掃描，并能根據(jù)需要形成多波束，可同時探測許多目標。 除了軍用以外，還發(fā)展了多種民用雷達，如氣象雷達、

20、導(dǎo)航雷達、汽車防撞雷達、盲人雷達、防盜雷達、遙感用側(cè)視雷達。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論電子對抗 微波設(shè)備是電子設(shè)備中不可缺少的組成部分。敵我雙方利用電子設(shè)備進行的電磁斗爭叫電子對抗或電子戰(zhàn)。其主要內(nèi)容包括電子偵察、干擾兩方面，目的是使敵方電子設(shè)備的效能降低或失效，同時保證我方電子設(shè)備的效能得到充分發(fā)揮?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭總是伴隨電子戰(zhàn)的。 第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論知己知彼，百戰(zhàn)百勝第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論發(fā)生在年的馬島戰(zhàn)爭和黎巴嫩戰(zhàn)爭是現(xiàn)代戰(zhàn)爭史上的分水嶺，標志著戰(zhàn)爭已進入高技術(shù)時代。在阿以黎巴嫩戰(zhàn)爭中，尤以貝卡谷地空戰(zhàn)最受

21、兵家注目。年月日上午，以色列空軍放出了引誘敘利亞發(fā)射導(dǎo)彈的無人駕駛飛機；貝卡谷地敘軍的雷達捕捉到以色列空軍“飛機”后，隨著指揮員的命令，薩姆導(dǎo)彈一次次射向以空軍“飛機”。此時，以色列空軍的架、戰(zhàn)斗機和、轟炸機對貝卡谷地的薩姆導(dǎo)彈陣地進行了猛烈攻擊，頃刻間，個薩姆導(dǎo)彈陣地變成了一片廢墟。敘利亞立即起飛架米格和米格戰(zhàn)機，向貝卡谷地上空的以軍攻擊編隊進行反撲。然而以色列空軍對此早有防范，在這次空戰(zhàn)中取得了擊落敘軍架，自己沒有損失一架飛機的戰(zhàn)績。貝卡谷地空戰(zhàn)中，以色列空軍，以未損傷一架飛機，擊毀敘軍架飛機。從此，空戰(zhàn)進入了高技術(shù)時代，世界空戰(zhàn)史揭開了新的一頁。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒

22、論廣播電視 原先的廣播與電視所采用的頻率大都在微波以下。但是，由于電臺增多，無線電波段日益擁擠，電臺之間的相互干擾變得嚴重。解決的唯一辦法是向高頻發(fā)展。 我國已利用微波進行衛(wèi)星電視直播。借助互成120的位于外層空間的同步衛(wèi)星，就能完成全球的電視轉(zhuǎn)播。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論微波多路接力通信 微波多路接力通信是利用微波中繼站把微波信號連續(xù)接收、放大、發(fā)射而實現(xiàn)高、容量大的遠距離通信，兩個中繼站之間的典型距離為40-50Km。 微波衛(wèi)星通信實際上是一種中繼站在空中的微波中繼通信。第一章第一章 緒論緒論微波加熱 微波加熱是指一些有耗介質(zhì)，特別是含水或含脂肪的材料，吸收微波能量，并把它轉(zhuǎn)化為熱能。其優(yōu)點是，加熱均勻且內(nèi)外同熱，熱效率高，不需要傳熱過程，加熱時間短，便于自動控制與連續(xù)生產(chǎn)。這是因為微波加熱不是借助于輻