微波技術(shù)與天線第0章緒論

微波技術(shù)與天線

授課教師：耿志卿微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!課程性質(zhì)：本課程為考查課學(xué)科基礎(chǔ)：電路理論，電磁場(chǎng)與電磁波考核形式：開卷考試or大作業(yè)缺勤一次扣3分，作業(yè)未交一次扣三分，總共累計(jì)4次及以上按掛科處理。特殊情況需提供導(dǎo)員簽字的請(qǐng)假條，按出勤計(jì)算。上課回答問(wèn)題正確：額外獎(jiǎng)勵(lì)3分。全勤獎(jiǎng)：點(diǎn)名全到，作業(yè)全交，額外獎(jiǎng)勵(lì)5分。（不包括請(qǐng)假并提供假條者。）微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!教學(xué)參考書2、《微波技術(shù)基礎(chǔ)》全紹輝編著高等教育出版社1、《微波技術(shù)與天線》第三版郭輝萍、劉學(xué)觀編著西安電子科技大學(xué)出版社微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!微波技術(shù)與相關(guān)課程之間的關(guān)系微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!

電磁波譜低頻(Audio/RF)微波光學(xué)頻率30M~4GHz，射頻（RF）微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!常用微波波段的劃分微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!對(duì)于低頻電磁波，其波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于電路的實(shí)際尺寸，主要強(qiáng)調(diào)“路”的概念，在實(shí)際的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，集總參數(shù)的使用相對(duì)來(lái)說(shuō)占主導(dǎo)地位，分布參數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很明顯；對(duì)于微波，由于頻率越高，波長(zhǎng)較短，可與電系統(tǒng)的實(shí)際尺寸相比擬，實(shí)質(zhì)上是“場(chǎng)”的概念在主導(dǎo)。

由于微波波長(zhǎng)的特殊性，它具有以下特點(diǎn)：1.穿透性2.似光性3.熱效應(yīng)特性4.寬頻帶特性5.抗低頻干擾特性6.散射特性7.視距傳播特性8.電磁兼容與電磁環(huán)境污染9.分布參數(shù)的不確定性微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!2.似光性微波具有類似光一樣的特性，主要表現(xiàn)在反射性、直線傳播性及集束性等幾個(gè)方面。由于微波的波長(zhǎng)與地球上的一般物體（如飛機(jī)、輪船、汽車等）的尺寸相比要小得多，或在同一數(shù)量級(jí)，因此當(dāng)微波照射到這些物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，基于此特性人們發(fā)明了雷達(dá)系統(tǒng)；微波如同光一樣在空間直線傳播，如同光可聚焦成光束一樣，微波也可通過(guò)天線裝置形成定向輻射，從而可以定向傳輸或接收由空間傳來(lái)的微弱信號(hào)，實(shí)現(xiàn)微波通信或探測(cè)。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!4.寬頻帶特性任何通信系統(tǒng)為了傳遞一定的信息必須占有一定的頻帶，為傳輸某信息所需的頻帶寬度叫做帶寬。要傳輸?shù)男畔⒃蕉?，所用的頻帶就越寬。通常一個(gè)傳輸信道的相對(duì)帶寬（即頻帶寬度與中心頻率之比）不能超過(guò)百分之幾，所以為了使多路電視、電話能同時(shí)在一條線路上傳送，就必須使信道中心頻率比所要傳遞的信息總帶寬高幾十至幾百倍。而微波具有較寬的頻帶特性，其攜帶信息的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中短波及超短波，因此現(xiàn)代多路無(wú)線通信幾乎都工作在微波波段。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，單位頻帶所能攜帶的信息越來(lái)越多，這為微波通信提供了更加廣闊的應(yīng)用前景。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!6.散射特性當(dāng)電磁波入射到某物體上時(shí)，會(huì)在除入射波方向外的其他方向上產(chǎn)生散射。散射是入射波和該物體相互作用的結(jié)果，所以散射波攜帶了大量關(guān)于散射的信息。這個(gè)信息就是通過(guò)大氣或云對(duì)陽(yáng)光的散射作用而傳遞給人們的。由于微波具有頻域信息、相位信息、極化信息、時(shí)域信息等多種信息，人們通過(guò)對(duì)不同物體的散射特性的檢測(cè)，從中提取目標(biāo)特性信息，從而進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，這是實(shí)現(xiàn)微波遙感、雷達(dá)成像等的基礎(chǔ)。另外，還可以利用大氣對(duì)流層的散射實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離微波散射通信。

微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!8.電磁兼容與電磁環(huán)境污染隨著無(wú)線電技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)線設(shè)備在相同的區(qū)域同時(shí)工作，勢(shì)必會(huì)相互干擾。尤其是在飛行器、艦船上不同的通信設(shè)備之間的距離極小就會(huì)相互干擾。另外，在十分擁擠的公共場(chǎng)合，眾多的移動(dòng)用戶之間的相互影響也是顯而易見(jiàn)的，這就必須考慮電磁兼容的問(wèn)題。另一方面，越來(lái)越多的無(wú)線信號(hào)充斥于人們的生活空間，必然對(duì)人體產(chǎn)生影響。因此從某種意義上說(shuō)，電磁環(huán)境污染已成為新的污染源。這一點(diǎn)，已引起各國(guó)政府和科技界的廣泛重視。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!微波和微波技術(shù)的早期應(yīng)用和發(fā)展是與第二次世界大戰(zhàn)對(duì)雷達(dá)的需求分不開的。在第二次世界大戰(zhàn)中及其戰(zhàn)后的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，微波產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域是在軍事中。近幾十年來(lái)，由于國(guó)際形勢(shì)的變化，以及微波產(chǎn)品價(jià)格的下降，微波產(chǎn)品在民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。微波的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域和潛在應(yīng)用領(lǐng)域是相當(dāng)廣泛的，我們這里只能就幾個(gè)主要方面做些簡(jiǎn)單介紹。二、微波應(yīng)用領(lǐng)域微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!雷達(dá)與隱形飛機(jī)隱形飛機(jī)雷達(dá)英國(guó)研制獨(dú)特隱形飛機(jī)的Replica計(jì)劃中的隱形機(jī)模型微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!2、信息技術(shù)領(lǐng)域微波通訊系統(tǒng)的工作頻帶寬、信息容量大、機(jī)動(dòng)性好，特別適合于衛(wèi)星通訊，宇航通訊和移動(dòng)通訊等，因而在現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中占有相當(dāng)重要的地位。微波、毫米波通訊系統(tǒng)不但頻帶寬、信息容量大，而且還具有便于架設(shè)、機(jī)動(dòng)性好、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。目前常見(jiàn)的蜂窩移動(dòng)電話、尋呼機(jī)、微波電話網(wǎng)、微波電視網(wǎng)、衛(wèi)星電視網(wǎng)等等，都屬于微波通訊系統(tǒng)。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!4、其它領(lǐng)域微波加熱——微波是一種特殊的能源，利用微波的熱效應(yīng)可以對(duì)一些物質(zhì)進(jìn)行加熱。----微波爐微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!在電磁波頻譜中，微波的位置處于甚高頻和光波之間。研究低頻電磁波系統(tǒng)的理論有：電磁學(xué)和電子線路等等，研究光波的理論有幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)等等。研究微波的理論就是微波技術(shù)。概括地講，微波技術(shù)包含兩種基本分析方法：一)經(jīng)典電磁理論——微波技術(shù)的基本研究方法是“場(chǎng)解法”。場(chǎng)解法就是在一定的邊界條件下，求解麥克斯韋方程組。從理論上講，所有微波技術(shù)中的問(wèn)題都可以用“場(chǎng)解法”求解。遺憾的是，除了在非常簡(jiǎn)單的邊界條件下，我們可以得到封閉的場(chǎng)解，在某些邊界條件下，可以借助于電子計(jì)算機(jī)得到數(shù)值解外（計(jì)算電磁學(xué)），在大多數(shù)的邊界條件下，我們不可能得到封閉的場(chǎng)解。三、微波的研究方法微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!四、天線用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線。發(fā)射天線用于發(fā)射電磁波，它將發(fā)射機(jī)通過(guò)饋線送來(lái)的高頻振蕩能量轉(zhuǎn)換成電磁波的能量向預(yù)定的方向輻射。接收天線將在空間接收到的電磁波能量變?yōu)楦哳l振蕩能量經(jīng)饋線送入接收機(jī)。無(wú)線系統(tǒng)均需要天線，微波天線是天線的一種。研究天線問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是研究天線在空間所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)分布。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!卡塞格倫天線微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!北京天文臺(tái)密云觀測(cè)站的射電望遠(yuǎn)鏡天線陣微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!一、微波及其特點(diǎn)

微波是頻率非常高的電磁波，通常我們將頻率為300MHz至3000GHz的電磁波稱作微波，又將微波波段分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波四個(gè)波段。一般地說(shuō)，微波在電磁波頻譜中所處的位置在甚高頻(UHF)和光波之間。微波在電磁波頻譜中所處的位置決定了它的許多特點(diǎn)，并使得微波技術(shù)具有許多不同于低頻電路理論和光學(xué)理論的概念及獨(dú)特分析方法。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!根據(jù)電磁波頻率、波長(zhǎng)與速度的關(guān)系：f

3108米/秒可知，微波的波長(zhǎng)范圍在1米至0.1毫米之間。整個(gè)微波頻段又可以劃分為幾段，它們是：微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!為了充分利用微波頻譜資源，避免相互干擾，國(guó)際上對(duì)各射頻微波頻段的用途都有一些規(guī)定。頻段基本用途備注VHF、UHF(30MHz~3GHz)電視廣播、警察、防災(zāi)、道路、電力、礦山、汽車、火車、航空、衛(wèi)星通信、行業(yè)專用指揮系統(tǒng)、個(gè)人無(wú)線電、氣象雷達(dá)、地面雷達(dá)、海事雷達(dá)、二次雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)加熱等技術(shù)發(fā)展成熟，應(yīng)用范圍最廣，頻譜最擁擠SHF(3GHz~30GHz)公用微波中繼通信、行政專用中繼通信、衛(wèi)星電視、導(dǎo)航、遙感、射電天文、宇宙研究、探測(cè)制導(dǎo)、軍用雷達(dá)、電子對(duì)抗等。穿透大氣層，廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)EHF(30GHz~3000GHz)各種小型雷達(dá)、專門用途通信、外太空研究、核物理工程、無(wú)線電波譜學(xué)。尺寸更小，接近紅外線，與近代物理學(xué)相關(guān)微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!1.穿透性微波照射到介質(zhì)時(shí)具有穿透性，主要表現(xiàn)在云、霧、雪等對(duì)微波傳播影響較小，這為全天候微波通信和遙感技術(shù)打下了基礎(chǔ)；微波能穿透生物體，這為微波生物醫(yī)學(xué)打下基礎(chǔ)；另一方面，微波具有穿越電離層的透射特性，實(shí)驗(yàn)證明：微波波段的幾個(gè)分波段如1～10GHz、20～30GHz及91GHz附近受電離層的影響較小，可以較為容易地由地面向外層空間傳播，從而成為人類探索外層空間的“無(wú)線電窗口”，它為空間通信、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感和射電天文學(xué)的研究提供了難得的無(wú)線電通道。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!3.熱效應(yīng)特性當(dāng)微波電磁能量傳送到有耗物體的內(nèi)部時(shí)，就會(huì)使物體的分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱，這就是微波的熱效應(yīng)特性。利用微波的熱效應(yīng)特性可以進(jìn)行微波加熱，由于微波加熱具有內(nèi)外同熱、效率高、加熱速度快等特點(diǎn)，因而被日益廣泛應(yīng)用于糧食、茶葉、卷煙、木材、紙張、皮革、食品等各種行業(yè)中。另外，微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)也是微波生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!5.抗低頻干擾特性地球周圍充斥著各種各樣的噪聲和干擾，主要?dú)w納為：由宇宙和大氣在傳輸信道上產(chǎn)生的自然噪聲，由各種電氣設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的人為噪聲。由于這些噪聲一般在中低頻區(qū)域，與微波波段的頻率成分差別較大，它們?cè)谖⒉V波器的阻隔下，基本不會(huì)影響微波通信的正常進(jìn)行。這就是微波的抗低頻干擾特性。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!7.視距傳播特性各波段的傳播特性是不一樣的，長(zhǎng)波可沿地表傳播，短波可利用電離層反射實(shí)現(xiàn)天波傳播，而超短波和微波只能在視距內(nèi)沿直線傳播，這就是微波的視距傳播特性。但由于地球表面的彎曲和障礙物（高山、建筑物等）的阻攔，微波不能直接傳播到很遠(yuǎn)的地方去（一般不超過(guò)50km），因此在地面上利用微波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時(shí)，必須建立中繼接力站，并使站與站之間的距離不超過(guò)視距，微波信號(hào)就像接力棒一樣，一站一站地傳遞下去。增加了通信的復(fù)雜程度。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!9.分布參數(shù)的不確定性在低頻情況下，電系統(tǒng)的元器件尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電波的波長(zhǎng)，因此穩(wěn)定狀態(tài)的電壓和電流源效應(yīng)可以被認(rèn)為是在整個(gè)系統(tǒng)各處同時(shí)建立起來(lái)的，系統(tǒng)各種不同的元件可用既不隨時(shí)間、也不隨空間變化的參量表征，這就是集總參數(shù)元件。而微波的頻率很高，電磁震蕩周期極短，與微波電路中從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的電效應(yīng)的傳播時(shí)間相比是可比擬的，因此就必須用隨時(shí)間、空間變化的參量，即分布參量來(lái)表征。由于分布參量具有明顯的不確定性，增加了微波理論與技術(shù)的難度，從而增加了微波設(shè)備的成本。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!1、雷達(dá)(Radar=RadioDetectionAndRanging)雷達(dá)是微波技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。雷達(dá)、青霉素和原子彈被稱為二戰(zhàn)期間的三大科學(xué)發(fā)明。1931年至1935年，英國(guó)皇家無(wú)線電研究所的科學(xué)家首先發(fā)明了雷達(dá)，當(dāng)時(shí)雷達(dá)的作用距離僅為80公里。雷達(dá)在第二次世界大戰(zhàn)中投入實(shí)用，并在許多重要戰(zhàn)役中起到了決定性的作用，其中包括著名的不列顛空戰(zhàn)和中途島海戰(zhàn)。由于雷達(dá)在第二次世界大戰(zhàn)中的重要作用，第二次世界大戰(zhàn)之后，世界各國(guó)都很重視發(fā)展雷達(dá)技術(shù)?，F(xiàn)代雷達(dá)的種類很多，性能也日益提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也從軍事領(lǐng)域向民用領(lǐng)域擴(kuò)展。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!雷達(dá)的其它應(yīng)用：公眾應(yīng)用：機(jī)場(chǎng)監(jiān)視、海上導(dǎo)航、氣象雷達(dá)、測(cè)量學(xué)、飛機(jī)著陸、夜間防盜、速度測(cè)量（警戒雷達(dá)）、測(cè)繪等軍事應(yīng)用：空間和海事導(dǎo)航，飛機(jī)、導(dǎo)彈、空間飛行器的檢測(cè)和跟蹤，導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，導(dǎo)彈和火炮的點(diǎn)火控制，武器保險(xiǎn)、偵察等

科學(xué)應(yīng)用：天文學(xué)、繪圖和成像，精密距離測(cè)量，自然資源遙感等

微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!3、科學(xué)研究微波作為一種科學(xué)研究的手段也得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)——銫（se）133原子時(shí)鐘的譜線就是處在微波頻段。微波在物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、氣象學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域里的應(yīng)用導(dǎo)致了許多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和進(jìn)展。所謂20世紀(jì)60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)——類星體、中子星、2.7OK微波背景輻射和星際有機(jī)分子都是利用微波作為主要觀測(cè)手段而發(fā)現(xiàn)的。微波技術(shù)與天線第0章緒論共35頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!微波治療——微波可以對(duì)人體內(nèi)的炎癥、潰瘍、腫瘤和其它病變產(chǎn)生抑制或治療作用。目前，已經(jīng)有很多類型的微波治療儀器投入了實(shí)用。微波武器——微波武器的工作原理與微波爐基本相同。高能微波束可以干擾甚至摧毀敵方的各種電子設(shè)備；可以引爆敵方的炮彈、導(dǎo)彈甚至核武器等；可以干擾敵方人員的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的思維，可以灼傷人的眼睛和人體組織，破壞大腦、心臟和呼吸系統(tǒng)的工作，直至殺傷敵方的人員。