微波技術(shù)基礎(chǔ)緒論

1、Heinrich Hertz(1831-1879)(1857-1894)(1831-1879)James C. Maxwell(1831-1879)Heaviside，Oliver (18501925 ) 建立了麥克斯韋方程組建立了麥克斯韋方程組 創(chuàng)立了經(jīng)典電動力學(xué)創(chuàng)立了經(jīng)典電動力學(xué) 預(yù)言了電磁波的存在預(yù)言了電磁波的存在提出了光的電磁說。提出了光的電磁說。 消除了數(shù)學(xué)復(fù)消除了數(shù)學(xué)復(fù)雜性雜性 建立了系統(tǒng)的建立了系統(tǒng)的矢量符號矢量符號190019001910191019201920 19301930 19401940 19501950 19601960 19701970 19801980 1990

2、1990 20002000電話電話廣播無線電廣播無線電雷達(dá)雷達(dá)衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感手機(jī)手機(jī)DBSDBS商用商用GPSGPSAuto&HighwayAuto&Highway個人通信系統(tǒng)個人通信系統(tǒng)衛(wèi)星個人通信系統(tǒng)衛(wèi)星個人通信系統(tǒng)單位芯片上集成的晶體管數(shù)量單位芯片上集成的晶體管數(shù)量將每年翻一番將每年翻一番全面發(fā)展全面發(fā)展廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用固體器件、固體集成電路固體器件、固體集成電路和固體平面電路和固體平面電路, ,小型化小型化2 2年年19651965：30;197830;1978：650006500019891989：140140萬萬 ;25MHz (i486);25M

3、Hz (i486)20022002：55005500萬萬; 3.06GHz; 3.06GHz看看不不見見的的微微波波看看不不見見的的微微波波影影1 12 2z z微波網(wǎng)絡(luò)理論微波網(wǎng)絡(luò)理論傳輸線理論傳輸線理論SmithSmith圓圖，匹配圓圖，匹配實(shí)際應(yīng)用：矩形波導(dǎo)，圓波導(dǎo)，同軸線，微帶線，諧振腔，實(shí)際應(yīng)用：矩形波導(dǎo)，圓波導(dǎo)，同軸線，微帶線，諧振腔，功分器，耦合器，濾波器功分器，耦合器，濾波器看看不不見見的的微微波波影影微微波波波波微微波波波波段段中中的的一一課課程程內(nèi)內(nèi)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)注注Out傳輸線理論傳輸線理論 什么是什么是“傳輸線傳輸線”：l長長線線理理 電路理論和傳輸線理論的區(qū)別電路理論和傳輸

4、線理論的區(qū)別 信號的電流密度沿導(dǎo)體橫界面的徑向自外而內(nèi)呈指數(shù)下降。當(dāng)信號幅度降低到導(dǎo)體表面處信號幅度值的1/e或36.8%時的徑向臨界深度叫趨膚深度或滲透深度，表示為： 求銅和銀作為傳導(dǎo)媒質(zhì)，工作頻率為1GHz時的趨膚深度 銅=5.8107S/m 2.1um 銀=6.17107S/m 2um1Sf 對圓導(dǎo)線，交流阻抗對圓導(dǎo)線，交流阻抗RACRAC由導(dǎo)線直徑為由導(dǎo)線直徑為D D且厚度且厚度等于趨膚深度等于趨膚深度ss的空心導(dǎo)線的橫截面部分決定的空心導(dǎo)線的橫截面部分決定 該導(dǎo)線的直流阻抗僅為該導(dǎo)線的直流阻抗僅為0.32810.3281/um/um，但是在，但是在1GHz1GHz它的阻抗為它的阻抗為

5、10.510.5/mm /mm ， 大出大出3232倍多倍多 ACSlRDDC2(4)lRDAC6DC(0.010in. 0.0254m in.)3244(2 10 m)SRDRD D0.254mm f=1GHz0.254mm f=1GHzAlRD Dii+diR0: /mL0：H/mG0：S/mC0：F/mi(z,t)+ +- -+ +- -i(z+dz,t)ABCDR0.dzL0.dzG0.dzC0.dzv(z,t)v(z+dz,t)( , )i z ttL dz(, )v z dz ttC dz電電報(bào)報(bào)方方( , )00(, )00( , )() ( , )(, )0( , )()(,

6、)(, )0i z ttv z dz ttv z tRdzi z tLdzv zdz ti z tGdzv zdz tCdzi zdz t( , )( , )(, )( , )(, )( , )v z tzi z tzv zdz tv z tdzi zdz ti z tdz基爾霍夫第一定律電電報(bào)報(bào)方方( , )( , )00( , )( , )00( , )( , )v z ti z tzti z tv z tztRi z tLGv z tC 0000dV zdzdI zdzRjLI zGjCV z電電報(bào)報(bào)方方電報(bào)方程 0000RjLGjCj 222222d V zdzd I zdzV zI

7、z 0000dV zdzdI zdzRjLI zGjCV z傳傳輸輸線線的的特特征征 0000RjLGjCj0jL CjjkmNp/mRad / 0000(1/)RjLGjCjm.TjTedB/mdB/m8.686dB8.686dB0000( )( )zzzzV zVeVeI zIeIe 222222d V zdzd I zdzV zI z通解通解常系數(shù)二階常微分方程常系數(shù)二階常微分方程常數(shù)由邊界條件決定常數(shù)由邊界條件決定0000( )( )zzzzV zVeVeI zIeIe 0000dV zdzdI zdzRjLI zGjCV z 0000zzI zV eV eRj L 222222d V

8、 zdzd I zdzV zI z 0000zzI zV eV eRj L0000000Rj LRjLZGjC定義特性阻抗定義特性阻抗Z Z0 0 0000zzVVI zeeZZ0000( )( )zzzzV zVeVeI zIeIe 特特性性 電報(bào)方程的穩(wěn)態(tài)形式解電報(bào)方程的穩(wěn)態(tài)形式解000000( )( )zzzzV zVeVeVVI zeeZZ increfincrefVVVIII令令0incincVZI特性阻抗：入射波電壓與入射波電流之比（只有入射波）；特性阻抗：入射波電壓與入射波電流之比（只有入射波）；反射波電壓與反射波電流之比（只有反射波）反射波電壓與反射波電流之比（只有反射波）行波

9、電壓與行波電流之比行波電壓與行波電流之比0000000Rj LRjLZGjC？refrefIVZ 0Z Z0 0為實(shí)數(shù)，表明行波電壓與行波電流的時間相位相同為實(shí)數(shù)，表明行波電壓與行波電流的時間相位相同傳傳輸輸線線的的特特征征00000RjLVVZIIGjC 000LZC000000( )( )jzjzjzjzV zVeVeVVI zeeZZ在無損耗線上，電壓和電流波的一般解可以寫為在無損耗線上，電壓和電流波的一般解可以寫為00,coscoszzv z tVtzeVtze0022L C001pvL C電壓時域波形電壓時域波形例例題題1 1：已已知知000100(0)(0)ZVVVIVV(0)(0

10、)LLVVII00001212LLLLVVI ZVVI Z000000()22()22llLLLLllLLLLVI ZVI ZVleeVI ZVI ZIleeZZ 00()()LLLLVlV chlI Z shlVIlI chlshlZ2)sinh(xxeex2)cosh(xxeex例例題題2 2：已已知知(0)(0)SSVVII0001000(0)(0)ZVVVIVVRjLZGjC00.VV傳傳輸輸線線的的特特征征000000( )( )jzjzjzjzV zVeVeVVI zeeZZ0LV + +- -Z ZL LV(z),I(z)V(z),I(z)0 0z z-lZ Z0 0 00inLVZZI 00()()LLLLVlV chlI Z shlVIlI chlshlZ00()()()LLinLLV chlI Z shlVlZlVI