微波技術(shù)基礎(chǔ)-緒論-1

微波技術(shù)基礎(chǔ)_緒論_1第一頁，共54頁。關(guān)于考勤關(guān)于作業(yè)關(guān)于課件關(guān)于考試課程要求第二頁，共54頁。微波技術(shù)基礎(chǔ)緒論第三頁，共54頁。內(nèi)容提要

微波的概念及特點(diǎn)微波的發(fā)展及應(yīng)用研究方法及內(nèi)容緒論

第四頁，共54頁。微波在電磁波譜中的位置微波的概念及特點(diǎn)微波：頻率為300MHz3000GHz的電磁波，對應(yīng)的波長1m0.1mm。第五頁，共54頁。波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱分米波1m~10cm0.3~3GHz特高頻(UHF)厘米波10cm~1cm3~30GHz超高頻(SHF)毫米波1cm~1mm30~300GHz極高頻(EHF)亞毫米波1mm~0.1mm300~3000GHz超極高頻一般將微波分為四個(gè)波段：

分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波。微波的概念及特點(diǎn)第六頁，共54頁。微波的概念及特點(diǎn)1.波長短當(dāng)波長遠(yuǎn)小于物體尺寸，其性質(zhì)類似可見光，表現(xiàn)出似光性：直線傳播，有反射、折射、繞射、干涉等現(xiàn)象，某些幾何光學(xué)原理仍適用于微波。波長越短，傳播特性越與幾何光學(xué)相似。當(dāng)波長與物體尺寸屬同數(shù)量級，微波與聲波類似。第七頁，共54頁。微波的概念及特點(diǎn)2.微波能穿透電離層電離層對波長較長的電磁波產(chǎn)生強(qiáng)烈的折射和吸收。微波利用本身的高頻震蕩，可穿越電離層直至外層空間，從而開辟了無電線波譜中的一個(gè)“宇宙窗口”。電離層微波第八頁，共54頁。3.頻率高微波的概念及特點(diǎn)(1)微波頻率高，抗低頻干擾能力強(qiáng)。地球周圍充斥著各種各樣的噪聲和干擾。大多數(shù)干擾的電磁能量的頻譜集中在數(shù)兆、數(shù)十兆赫低、中頻域內(nèi)。在微波頻段,信號與干擾的頻率成分差別很大，低頻干擾易被微波濾波器阻隔。因微波受外界干擾小,且不受電離層變化的影響，其通信質(zhì)量高于普通無線電波。第九頁，共54頁。微波的概念及特點(diǎn)(2)微波波段頻率高，頻帶寬，信息容量大。微波波段：300MHz~3000GHz，頻帶寬為f1

，普通無線電波：3KHz~300MHz，總的頻帶寬為f2；f1/f2=10,000

第十頁，共54頁。(3)傳輸微波的電路是分布參數(shù)電路微波頻率高,振蕩周期(10-9_10-12s)與低頻器件電子的渡越時(shí)間(一般為10-9s)屬同一數(shù)量級。低頻電路可忽略的一些物理現(xiàn)象如極間電容、引線電感、集膚效應(yīng)和輻射效應(yīng)等,在微波段則特別明顯，必須考慮。因此，傳輸微波的電路是分布參數(shù)電路，使用的器件是特殊的微波器件。微波的概念及特點(diǎn)第十一頁，共54頁。內(nèi)容提要

緒論

微波的概念及特點(diǎn)微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用研究方法及內(nèi)容第十二頁，共54頁。二戰(zhàn)期間雷達(dá)的應(yīng)用導(dǎo)致了微波技術(shù)的大發(fā)展二十世紀(jì)三十年代后期英國在東南海岸秘密建立了名為ChainHome的雷達(dá)網(wǎng)，使用25米波長的短波脈沖微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用第十三頁，共54頁。單導(dǎo)體波導(dǎo)在二戰(zhàn)期間出現(xiàn)，并帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用第十四頁，共54頁。微波干線中繼通訊（現(xiàn)已基本被光纖代替）微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用第十五頁，共54頁。衛(wèi)星通信（只能用微波）微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用第十六頁，共54頁。微波爐微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用適應(yīng)微波相控陣治療體內(nèi)腫瘤第十七頁，共54頁。射頻識別(RFID)微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用第十八頁，共54頁。微波電路技術(shù)微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用微波化學(xué)第十九頁，共54頁。

生物電磁學(xué)微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用第二十頁，共54頁。太陽能利用微波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用利用空間站將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鳎俎D(zhuǎn)換成微波能量發(fā)射回地面接收站，最后將接收的微波能轉(zhuǎn)換成直流電能，供人類使用。第二十一頁，共54頁。電磁脈沖炸彈第二十二頁，共54頁。內(nèi)容提要

微波的概念及特點(diǎn)微波的發(fā)展及應(yīng)用研究方法及內(nèi)容緒論

第二十三頁，共54頁。研究方法及內(nèi)容微波技術(shù)是研究微波信號的產(chǎn)生、傳輸、變換、發(fā)射、接收和測量的一門學(xué)科。1.基礎(chǔ)部分：（三大理論）主要研究微波傳輸方面的基本理論，解決該學(xué)科中的主要概念和方法。

“長線理論”是微波傳輸線的工程計(jì)算基礎(chǔ)，從“路”的觀點(diǎn)出發(fā)，解決了沿縱向(傳輸方向)傳送中的工作狀態(tài)、工程計(jì)算、匹配等一系列問題。一、研究內(nèi)容第二十四頁，共54頁。

“波導(dǎo)理論”是微波傳輸線分析方法的理論基礎(chǔ)，從“場”的觀點(diǎn)出發(fā)，解決了傳輸線沿橫截面上的分布特性及相應(yīng)傳輸線的特性參數(shù)。

“網(wǎng)絡(luò)理論”是微波的等效電路理論，解決了“化場為路”的方法，并把“場”與“路”的描述統(tǒng)一起來。研究方法及內(nèi)容第二十五頁，共54頁。

“微波元件”是用三大理論來描述微波傳輸電路中所出現(xiàn)的各種不均勻性以及用來完成傳輸過程中的各種功能的機(jī)理。2.技術(shù)部分：研究方法及內(nèi)容第二十六頁，共54頁。研究方法及內(nèi)容二、研究方法“場”的分析方法:研究、解決不同邊界條件下的麥克斯韋方程組的求解問題?！奥贰钡姆治龇椒ǎ喊盐⒉▊鬏斁€作為分布參數(shù)電路處理,用基爾霍夫定律建立傳輸線方程，分析電壓電流的時(shí)空變化規(guī)律及各種傳輸特性。第二十七頁，共54頁。本課程將重點(diǎn)介紹微波技術(shù)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)和分析方法，著重于物理概念和工程應(yīng)用，盡可能避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。學(xué)習(xí)《微波技術(shù)基礎(chǔ)》對于從事無線通信、射頻電路和高速集成電路的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用具有十分重要的意義。電路分析微波技術(shù)基礎(chǔ)電磁場與電磁波研究與應(yīng)用先修課程研究方法及內(nèi)容第二十八頁，共54頁。1.微波是頻率為300MHz--3000GHz的電磁波，一般將微波分為分米波、厘米波、毫米波及亞毫米波四個(gè)波段。2.微波與普通無線電波相比，具有似光性、穿越電離層的透射特性、頻率高等特性。3.微波技術(shù)在雷達(dá)、通信、生物醫(yī)學(xué)和能源等方面都有重要的應(yīng)用。4.研究微波的傳輸特性有“場”的分析方法和“路”的分析方法，二者緊密相關(guān)、相互補(bǔ)充。小結(jié)第二十九頁，共54頁。微波技術(shù)基礎(chǔ)基本原理第三十頁，共54頁。Maxwell方程組波動(dòng)方程均勻平面波的正入射內(nèi)容提要

基本原理

第三十一頁，共54頁。內(nèi)容提要

基本原理Maxwell方程組波動(dòng)方程均勻平面波的正入射第三十二頁，共54頁。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家?？茖W(xué)史上，稱牛頓把天上和地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來，是實(shí)現(xiàn)第一次大綜合，麥克斯韋把電、光統(tǒng)一起來，是實(shí)現(xiàn)第二次大綜合，因此應(yīng)與牛頓齊名。1873年出版的《論電和磁》，也被尊為繼牛頓《原理》之后的一部最重要的物理學(xué)經(jīng)典。沒有電磁學(xué)就沒有現(xiàn)代電工學(xué)，也就不可能有現(xiàn)代文明。（1831-1879）第三十三頁，共54頁。海因里?！?shù)婪颉ず掌?/p>

1885到1889年HeinrichHertz制造了第一個(gè)米波范圍內(nèi)的電磁波發(fā)射和檢測裝置，證明電磁波的存在。第三十四頁，共54頁。1.Maxwell方程組全電流定律電磁感應(yīng)定律磁通連續(xù)性原理高斯定律(+Jm)(+ρm)第三十五頁，共54頁。1.Maxwell方程組動(dòng)陽生陰動(dòng)陰生陽孤陰不生獨(dú)陽不長動(dòng)磁生電動(dòng)電生磁靜磁不能生電靜電不能生磁第三十六頁，共54頁。討論麥克斯韋方程組中的兩個(gè)獨(dú)立方程：中間的等號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。電不斷轉(zhuǎn)換為磁，而磁又不斷轉(zhuǎn)成為電，才會發(fā)生能量交換和貯存。第三十七頁，共54頁。單擺電磁振蕩第三十八頁，共54頁。方程的左邊是空間的運(yùn)算(旋度)，方程的右邊是時(shí)間的運(yùn)算(導(dǎo)數(shù))，中間用等號連接。它深刻揭示了電(或磁)場任一地點(diǎn)的變化會轉(zhuǎn)化成磁(或電)場時(shí)間的變化；反過來，場的時(shí)間變化也會轉(zhuǎn)化成地點(diǎn)變化?？臻g波第三十九頁，共54頁。2.

頻域麥克斯韋方程：任何形式信號高頻分量都包含角頻率ω，才能確保電磁的有效轉(zhuǎn)換，直流情況沒有轉(zhuǎn)換。第四十頁，共54頁。3.麥克斯韋方程中還存在矛盾對抗：（2）（1）Maxwell方程本質(zhì)的不對稱性。探索磁流的存在，到目前為止始終未果。

波動(dòng)性不僅與ω有關(guān)，還與媒質(zhì)有關(guān)。

良導(dǎo)體情況下波動(dòng)性降為次要矛盾，波長縮短，波速減慢，且迅速衰減第四十一頁，共54頁。真空線性各向同性媒質(zhì)4.麥克斯韋方程組中—本構(gòu)關(guān)系：第四十二頁，共54頁。內(nèi)容提要

基本原理Maxwell方程組波動(dòng)方程均勻平面波的正入射第四十三頁，共54頁。無源區(qū)：

J=0、

=0波動(dòng)方程一階矢量偏微分方程（Maxwell方程組）波動(dòng)方程（定量描述電磁波運(yùn)動(dòng)規(guī)律）第四十四頁，共54頁。E的齊次波動(dòng)方程H的齊次波動(dòng)方程同理波動(dòng)方程第四十五頁，共54頁。設(shè)E=axEx(z,t)其通解為：波動(dòng)方程第四十六頁，共54頁。時(shí)變電磁場以波動(dòng)形式傳播---構(gòu)成電磁波波傳輸方程通解由入射波和反射波構(gòu)成；波傳輸速度是光速；波傳輸?shù)拿恳环N具體情況表現(xiàn)在入射波與反射波比例不同。這比例的具體情況由各個(gè)問題的邊界媒質(zhì)情況而定，即所謂邊界條件(BoundaryConditions)。討論第四十七頁，共54頁。波的傳播波的入射、反射與透射第四十八頁，共54頁。內(nèi)容提要

Maxwell方程組波動(dòng)方程均勻平面波的正入射第四十九頁，共54頁。波阻抗:均勻平面波的正入射波的