微波理論及應(yīng)用經(jīng)典

微波理論及應(yīng)用物理與機(jī)電學(xué)院電子科學(xué)系2011.09.19劉顏回微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!有事聯(lián)系我Email:yanhuiliu@電話點(diǎn):物理館415#微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!考核方式作業(yè)：2~3次，15%項(xiàng)目/論文綜述：1次（2~3人/組），15%考勤：4次（隨機(jī)抽查），10%考試：1次，60%微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!一、什么是微波？二、微波理論的主要應(yīng)用三、電磁場(chǎng)理論及工程的發(fā)展簡(jiǎn)史四、課程內(nèi)容五、參考書(shū)目緒論微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!無(wú)線電電磁頻譜表2微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!雷達(dá)電磁頻譜表微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!

微波能像光線一樣在空氣或其他媒體中沿直線以光速傳播,在不同的媒體界面上存在入射和反射現(xiàn)象。這是因?yàn)槲⒉ǖ牟ㄩL(zhǎng)很短,比地球上的一般物體（如艦船、飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、汽車、房屋等）的幾何尺寸小的多或在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)微波照射到這些物體上時(shí)將產(chǎn)生明顯的反射,對(duì)于某些物體將會(huì)產(chǎn)生鏡面反射。因此,可以制成尺寸、體積合適的天線,用來(lái)傳輸信息,實(shí)現(xiàn)通信；可接收物體所引起的回波或其他物體發(fā)射的微弱信號(hào),用來(lái)確定物體的方向、距離和特征,實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測(cè)。1.2微波的基本特性似光性?微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!

非電離性

一般情況下,微波的量子能量還不夠大,不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞物質(zhì)分子的鍵結(jié)構(gòu)。由物理學(xué)可知,在外加電磁場(chǎng)周期力的作用下,物質(zhì)內(nèi)分子、原子和原子核會(huì)產(chǎn)生多種共振現(xiàn)象,其中,許多共振頻率就處于微波頻段。這就為研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)手段,從而形成了一門(mén)獨(dú)立的分支學(xué)科——微波波譜學(xué)。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!色散傳輸特性電波傳播大氣窗口36GHz(8mm),94GHz(3.2mm)電波傳播衰減峰22GHz(15mm),60GHz(5mm)微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!?

微波作為能量的一種形式，是當(dāng)今世界最重要的能源，其研究領(lǐng)域涉及電磁能量的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、變換、傳輸和綜合利用。?微波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)布和獲取信息的主要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔⒌漠a(chǎn)生、獲取、交換、傳輸、儲(chǔ)存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。?微波作為探測(cè)未知世界的一種重要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡姶挪ㄅc目標(biāo)的相互作用特性、目標(biāo)特征的獲取與重建、探測(cè)新技術(shù)等。如：遙感、遙測(cè)、遙控、無(wú)損電磁探傷等。微波理論的主要應(yīng)用微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!一、什么是微波？二、微波理論的主要應(yīng)用三、電磁場(chǎng)理論及工程的發(fā)展簡(jiǎn)史

四、課程內(nèi)容五、參考書(shū)目緒論微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!2．電磁場(chǎng)理論的建立18世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家謝林認(rèn)為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。

奧斯特是謝林的信徒，他從1807年開(kāi)始研究電磁之間的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!

麥克斯韋深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問(wèn)題，發(fā)展了場(chǎng)的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流的概念。這個(gè)概念的核心思想是：變化著的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)；與變化著的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。在此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!無(wú)線電報(bào)

1895年，意大利馬可尼成功地進(jìn)行了2.5公里距離的無(wú)線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。1896年，波波夫進(jìn)行了約250米距離的類似試驗(yàn),1899年,無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗(yàn)成功。馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了1909年的諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā)明，開(kāi)始了利用電磁波時(shí)期。有線電話1876年,美國(guó)A.G.貝爾在美國(guó)建國(guó)100周年博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明的有線電話。此后,有線電話便迅速普及開(kāi)來(lái)。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!雷達(dá)（RadioDetectionandRanging）二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機(jī)成為主要進(jìn)攻武器。英、美、德、法等國(guó)競(jìng)相研制一類能夠早期警戒飛機(jī)的裝置。1936年，英國(guó)的瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行。有效地警戒了來(lái)自德國(guó)的轟炸機(jī)。1938年，美國(guó)研制成部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá)。1940年，多腔磁控管的發(fā)明，微波雷達(dá)的研制成為可能。1944年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。1945年，能消除背景干擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)的發(fā)明,使雷達(dá)更加完善。在整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間,雷達(dá)成了電磁場(chǎng)理論最活躍的部分。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!衛(wèi)星定位技術(shù)1957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)噲D將雷達(dá)引入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對(duì)地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。1958年底，美國(guó)開(kāi)始研究實(shí)施這一計(jì)劃，于1964年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1973年美國(guó)提出了由24顆衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)新方案，即GPS計(jì)劃。它是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的字頭縮寫(xiě)NAVSTAR/GPS的簡(jiǎn)稱，其含義是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距。1990年最終的GPS方案是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!一、什么是微波？二、微波理論的主要應(yīng)用三、電磁場(chǎng)理論及工程的發(fā)展簡(jiǎn)史四、課程內(nèi)容五、參考書(shū)目緒論微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!2.課程內(nèi)容及安排電磁理論基礎(chǔ)9學(xué)時(shí)微波電路及元件21學(xué)時(shí)電波傳播與天線9學(xué)時(shí)計(jì)算電磁方法及軟件介紹3學(xué)時(shí)研究進(jìn)展綜述3學(xué)時(shí)微波系統(tǒng)及應(yīng)用3學(xué)時(shí)微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!主要參考書(shū) [1]RobertR.Yang等.ElectromagneticFieldsandWaves. [2]謝處方,饒克謹(jǐn).

電磁場(chǎng)與電磁波.第三版.北京:高等教育出版社[3]Balanis.

AdvancedEngineeringElectromagnetics.Wiley出版[4]傅君眉,馮恩信.

高等電磁理論.西安:西安交通大學(xué)出版社,2000[5]Pozar，MicrowaveEngineering，the3rdEdition[6]黃香馥等，微波固體電路[7]林為干,微波網(wǎng)絡(luò)[8]R.Ludwig,P.Bretchko,射頻電路設(shè)計(jì)-理論與應(yīng)用[9]中國(guó)傳播研究所,電波傳播[10]西電/成電,天線原理[11]汪茂光等,陣列天線分析與綜合[12]林昌祿主編,天線工程手冊(cè)[13]J.Salehi著,葉芝慧、趙新勝譯，通信系統(tǒng)工程[14]M.I.Skolnic,雷達(dá)手冊(cè)[15]W.C.Chew,聶在平、柳清伙譯,非均勻介質(zhì)中的場(chǎng)與波

微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!1.矢量和標(biāo)量標(biāo)量：有大小，無(wú)方向的量。如：電荷，電流，能量，高度，質(zhì)量等。矢量：即有大小，又有方向的量。如：電場(chǎng)，磁場(chǎng)，力，速度等。幅度,單位矢量微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!矢量相減可以表示成下列矢量相加的特殊形式：微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!3.2矢量的內(nèi)積運(yùn)算兩個(gè)矢量求內(nèi)積，則(1)不大于兩矢量的模的乘積;(2)即可以是正，也可以是負(fù)，取決于兩個(gè)矢量的夾角是否大于/2;(3)等于一個(gè)矢量的模與另一個(gè)矢量在該矢量上的投影的乘積;(4)當(dāng)兩矢量垂直時(shí)，內(nèi)積為0.微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!3.3矢量叉乘

矢量A與B叉乘的結(jié)果是得到矢量C，C的方向?yàn)榘从沂址▌t垂直于A和B的平面，其幅度等于ABsin。其中是A和B矢量間的夾角。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!三個(gè)矢量的叉乘:Theequationisknownasthe“back-cab”rule.注意：矢量不存在除法運(yùn)算，因此，類似于k/A和B/A之類的表達(dá)式是沒(méi)有意義的.微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!4.矢量的微分運(yùn)算微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!一、什么是微波？二、微波理論的主要應(yīng)用三、電磁場(chǎng)理論及工程的發(fā)展簡(jiǎn)史四、課程內(nèi)容五、參考書(shū)目緒論微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!頻段2音頻（VF)）8基低頻（VLF）4低頻（LF）5中頻（MF）6高頻（HF）7甚高頻（VHF）8特高頻（UHF）9超高頻（SHF）10極高頻（EHF）11121314超長(zhǎng)波（VLW）長(zhǎng)波（LW）中波（MW）超短波（VSW）（米波）分米波厘米波毫米波

3Hz30Hz300Hz3kHz30kHz300kHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz3THz30THz300THz105km104km103km102km10km1km100m10m1m10cm1cm1mm100101

（公里）（米）（厘米）（毫米）（微米）無(wú)線電電磁頻譜表1

短波（SW）音頻雷達(dá)頻率微波頻段紅外視頻1.1微波的頻率范圍微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!雷達(dá)電磁頻譜表微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!常用移動(dòng)通信電磁頻譜表微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!

微波照射某些物體時(shí),能夠深入物體的內(nèi)部。微波（特別是厘米波段）信號(hào)能穿透電離層，成為人們探測(cè)外層空間的宇宙窗口；能夠穿透云霧、植被、積雪和地表層,具有全天候的工作能力,是遙感技術(shù)的重要手段；能夠穿透生物組織,是醫(yī)學(xué)透熱療法的重要方法；能穿透等離子體，是等離子體診斷、研究的重要手段。穿透性?微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!

微波頻帶比普通的中波、短波和超短波的頻帶要寬幾千倍以上,這就意味著微波可以攜帶的信息量要比普通無(wú)線電波可能攜帶的信息量大的多。因此,現(xiàn)代生活中的移動(dòng)通信、多路通信、圖像傳輸、衛(wèi)星通信等設(shè)備全都使用微波作為傳送手段。微波信號(hào)還可提供相位信息、極化信息、多普勒頻移信息等。這些特性可以被廣泛應(yīng)用于目標(biāo)探測(cè)、

目標(biāo)特征分析、

遙測(cè)遙控、

遙感等領(lǐng)域。信息性微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!一、什么是微波？二、微波理論的主要應(yīng)用三、電磁場(chǎng)理論及工程的發(fā)展簡(jiǎn)史四、課程內(nèi)容五、參考書(shū)目緒論微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!

典型應(yīng)用介紹無(wú)線通信系統(tǒng)雷達(dá)探測(cè)與隱身遙感與遙測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航電磁設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)射頻識(shí)別能源勘探醫(yī)學(xué)影像微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!三、電磁場(chǎng)理論及工程發(fā)展簡(jiǎn)史1．電磁場(chǎng)理論的早期研究

電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)現(xiàn)象，也最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的有來(lái)頓、富蘭克林、伏打等科學(xué)家。19世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是由于這些研究（特別是伏打1799年發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁針到通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。

法拉第在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識(shí)到，電可以對(duì)磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開(kāi)始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。1831年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)；導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!3．電磁場(chǎng)理論的工程應(yīng)用和發(fā)展

1887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。從此開(kāi)始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代，并且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!廣播1906年，美國(guó)費(fèi)森登用50千赫頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。1919年，個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣播電臺(tái)在英國(guó)建成。次年，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座無(wú)線電廣播電臺(tái)。電視1884年，德國(guó)尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想，1927年，英國(guó)貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃霄金在1923和1924年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管。1931年，他組裝成世界上個(gè)全電子電視系統(tǒng)。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!衛(wèi)星通信技術(shù)1958年,美國(guó)發(fā)射低軌的“斯科爾”衛(wèi)星成功，這是顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。1964年,借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。1965年,顆商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。1969年,大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星,衛(wèi)星地球站已遍布世界各國(guó)，這些衛(wèi)星地球站又和本國(guó)或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)歷10年的發(fā)展，終趨于成熟。微波理論及應(yīng)用經(jīng)典共50頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!

全球定位系統(tǒng)GlobalPositioningSys