西電微波課件 第1章 引論課件

微波技術(shù)基礎(chǔ)主講教師：李海英

副教授教材：1、廖承恩《微波技術(shù)基礎(chǔ)》2、梁昌洪《簡明微波》3、DavidM.Pozar著，張肇儀譯《微波工程》先修課程：《電磁場與電磁波》《電動(dòng)力學(xué)》2023/2/321、引論（4學(xué)時(shí)）微波及其特點(diǎn)；微波技術(shù)的應(yīng)用；導(dǎo)行波及其一般傳輸特性；2、傳輸線理論（12學(xué)時(shí)）傳輸線方程及其解；分布參數(shù)阻抗；無耗傳輸線工作狀態(tài)分析；有耗線的特性與計(jì)算；史密斯圓圖；阻抗匹配；習(xí)題課。3、規(guī)則金屬波導(dǎo)（8學(xué)時(shí)）矩形波導(dǎo)；圓波導(dǎo)；同軸線；波導(dǎo)正規(guī)模的特性；習(xí)題課。4、微波集成傳輸線（6學(xué)時(shí)）計(jì)算傳輸線特性阻抗的保角變換法；帶狀線；耦合帶狀線和耦合微帶線；其他型式平面?zhèn)鬏斁€。微波技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)計(jì)劃2023/2/335、介質(zhì)波導(dǎo)與光纖（6學(xué)時(shí)）表面波及其特性；簡單介質(zhì)波導(dǎo)；光纖。6、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（8學(xué)時(shí)）微波接頭的等效網(wǎng)絡(luò)；一端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性；阻抗和導(dǎo)納矩陣；散射矩陣；轉(zhuǎn)移參數(shù)矩陣；傳輸散射矩陣；習(xí)題課。7、微波諧振器（6學(xué)時(shí)）微波諧振器的基本特性與參數(shù)；傳輸線諧振器；金屬波導(dǎo)諧振腔；介質(zhì)諧振器；諧振器的激勵(lì)；諧振腔的微擾理論。8、常用微波元件（6學(xué)時(shí)）端口微波元件及其特性（包括一端口，二端口，三端口與四端口）。2023/2/34麥克斯韋創(chuàng)立現(xiàn)代電磁學(xué)的基本概念，作為微波技術(shù)的理論基礎(chǔ)，已有100多年的歷史。從第二次世界大戰(zhàn)微波技術(shù)第一個(gè)主要應(yīng)用-雷達(dá)的強(qiáng)勁發(fā)展，到如今高頻固態(tài)器件、微波基層電路及MEMS微機(jī)電機(jī)系統(tǒng)等微波技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展，它已成為一門比較成熟的學(xué)科。2023/2/35第1章引論對與電磁場相關(guān)的專業(yè)，《微波技術(shù)》是一門最重要的基礎(chǔ)課程。電磁波按波長(或頻率)劃分，大致可以把300MHz—3000GHz，(對應(yīng)空氣中波長λ是1m—0.1mm)這一頻段的電磁波稱之為微波。它處于超短波和紅外光波之間。3000GHz—300GHz—30GHz—3GHz（3000MHz）—300MHz亞毫米波（THz）毫米波厘米波分米波GammaraysX-raysUltra-violetVisibleInfraredMicrowavesTVRadio1-1微波及其特點(diǎn)2023/2/36微波:1mmto1mwavelength.bands:(1GHz=109Hz)

Pband:0.3-1GHz(30-100cm)Lband:1-2GHz(15-30cm)Sband:2-4GHz(7.5-15cm)Cband:4-8GHz(3.8-7.5cm)Xband:8-12.5GHz(2.4-3.8cm)Kuband:12.5-18GHz(1.7-2.4cm)Kband:18-26.5GHz(1.1-1.7cm)Kaband:26.5-40GHz(0.75-1.1cm)2023/2/37微波似光性頻率高頻帶寬

穿透電離層量子特性衛(wèi)星通信多路通信

空間探測研究微波波譜學(xué)微波的特點(diǎn)2023/2/381.微波的兩重性微波的兩重性指的是對于尺寸大的物體，如建筑物、火箭、導(dǎo)彈等，它顯示出粒子特點(diǎn)——即似光性或直線性；而對于相對尺寸小的物體，又顯示出——波動(dòng)性。2.微波與“左鄰右舍”的比較微波的“左鄰”是超短波和短波，而它的“右舍”又是紅外光波（或亞毫米波,太赫茲）。

擴(kuò)展通訊通道，微波通信和衛(wèi)星通信光波通過雨霧衰減很大，微波段穿透力強(qiáng)2023/2/39對流層微波傳播電離層短波傳播與微波地空傳播3.微波傳播2023/2/3104.不少物質(zhì)的能級躍遷頻率落在微波的短波段，所以有微波生物醫(yī)療、微波催化等應(yīng)用。5.計(jì)算機(jī)的運(yùn)算次數(shù)進(jìn)入十億次，其頻率也是微波頻率。超高速集成電路的互耦也是微波互耦問題。當(dāng)今熱點(diǎn)：微波集成電路（MIC）。6.微波研究方法主要有兩種：場論的研究方法和網(wǎng)絡(luò)的研究方法。這也是本門課程要學(xué)習(xí)的重要方法。其中場論方法的基礎(chǔ)是本征模理論。網(wǎng)絡(luò)方法的基礎(chǔ)是廣義傳輸線理論。

2023/2/311一、微波技術(shù)的發(fā)展二、微波技術(shù)的應(yīng)用1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用工作頻段向高頻段發(fā)展小型化寬帶化自動(dòng)化智能化發(fā)展方向微波應(yīng)用雷達(dá)通信科學(xué)研究生物醫(yī)藥微波能2023/2/312麥克斯韋方程克希霍夫定律場與路相結(jié)合場路研究方法基本內(nèi)容1-3微波技術(shù)的研究方法和基本內(nèi)容2023/2/313一、Maxwell方程組的物理意義

從理論上講，一切電磁波(包括光波)在宏觀媒質(zhì)中都服從Maxwell方程組。均勻、各向同性、線性介質(zhì)1-4導(dǎo)行波及其一般傳輸特性2023/2/314對于無源、均勻、各向同性、線性空間波動(dòng)方程2023/2/315這兩個(gè)方程左邊物理量為磁(或電)，而右邊物理量則為電(或磁)。深刻揭示了電與磁的相互轉(zhuǎn)化，相互依賴，相互對立，共存于統(tǒng)一的電磁波中。其中，正好是光速，這也是光的電磁學(xué)說的重要依據(jù)。2023/2/316頻率為ω的時(shí)諧場Maxwell方程令復(fù)介電常數(shù)復(fù)傳播常數(shù)赫姆霍茲方程時(shí)間因子2023/2/317第一項(xiàng)為正向傳播波。如沿z正向傳播，相位因子全微分上式波傳播速度

等相位面相速度電磁波場2023/2/318對應(yīng)磁場通解的表達(dá)形式令，或稱為特征阻抗電場強(qiáng)度通解的表達(dá)形式(略去時(shí)間因子）由2023/2/319二、導(dǎo)行波概念及其場分析

導(dǎo)行系統(tǒng)導(dǎo)行波概念和分類導(dǎo)模特點(diǎn)2023/2/320在均勻、無耗、各向同性、無源導(dǎo)行系統(tǒng)中設(shè)導(dǎo)波沿z向傳播，坐標(biāo)z與橫向坐標(biāo)無關(guān)2023/2/3212023/2/322在規(guī)則導(dǎo)行系統(tǒng)中，導(dǎo)波場的橫向分量可用縱向分量完全確定。2023/2/323橫向場縱向場2023/2/3241、分離變量法令分離變量常數(shù)——本征值方程2023/2/3252、色散關(guān)系為導(dǎo)波的傳播常數(shù)或相移常數(shù)。解：3、本征值方程為在特定邊界條件下的本征值，稱為導(dǎo)波的橫向截止波數(shù)。2023/2/326所以：規(guī)則導(dǎo)行系統(tǒng)中沿正z方向傳播的導(dǎo)波縱向場分量4、橫－縱向場的關(guān)系2023/2/327阻抗導(dǎo)納2023/2/3285、導(dǎo)波的種類橫磁波（TM）或電（E）波——橫電波（TE）或磁（H）波——導(dǎo)行系統(tǒng)橫向?yàn)檎{(diào)和（振動(dòng)）解形式相速，快波，有色散性。2023/2/329橫電磁波（TEM）——及2023/2/330又由固有阻抗且同靜態(tài)場，導(dǎo)波的相速、群速與無耗媒質(zhì)平面波相同，無色散現(xiàn)象。(TEM波）2023/2/331混合波——導(dǎo)行系統(tǒng)橫向?yàn)樗p解形式，場被束縛在導(dǎo)行系統(tǒng)表面——表面波。三、導(dǎo)行波的一般傳輸特性

1、導(dǎo)模的截止波長與傳輸條件導(dǎo)行系統(tǒng)中某導(dǎo)模無衰減能傳播的最大波長——截止波長導(dǎo)波的傳播常數(shù)為虛數(shù)時(shí)，導(dǎo)模不能傳播。當(dāng)導(dǎo)模截止。2023/2/332截止頻率截止波長2、相速度和群速度相速度：導(dǎo)