第六講微波學(xué)科介紹無處不在的電磁波

微波學(xué)科介紹

—無處不在的電磁波2024/11/8confidential微波的概念與特點(diǎn)微波的研究內(nèi)容微波所課程介紹現(xiàn)代微波技術(shù)的進(jìn)展科研實(shí)例內(nèi)容提要：2024/11/83TWIMS制導(dǎo)雷達(dá)一開機(jī)，“偵察員”和“猛犬”立即把截獲的無線電信號傳給早已等候在空中的E-2C"鷹眼"預(yù)警機(jī)，“鷹眼”再把這一信息傳給F-4“鬼怪”式戰(zhàn)斗機(jī)。"鬼怪"獲得信息后，發(fā)射"百舌鳥"反輻射導(dǎo)彈，準(zhǔn)確無誤地摧毀薩姆-6的制導(dǎo)雷達(dá)，使薩姆—6頓時(shí)變成"瞎子"。以色列通過短短6分鐘的攻擊就徹底摧毀了敘利亞和蘇聯(lián)苦心經(jīng)營10年耗資20億美元的19個薩姆導(dǎo)彈陣地。它是空戰(zhàn)史上具有劃時(shí)代意義的一個著名戰(zhàn)例，此戰(zhàn)充分顯示了電子技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的巨大作用。電子戰(zhàn)與微波技術(shù)有什么聯(lián)系呢？引子：貝卡谷空戰(zhàn)電磁空間控制權(quán)爭奪2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute4GoogleEarth晚間或霧霾微波成像微波帶來的好處2024/11/8微波爐手機(jī)ETC收費(fèi)自動門機(jī)場安檢雷達(dá)無處不在的電磁波智能硬件微波的定義微波的定義：頻率為300MHz-3000GHz的電磁波稱為微波，粗分為四個波段：分米波段厘米波段毫米波段亞毫米波段1cm10cm0.1cm0.01cm100cm微波的特點(diǎn)及應(yīng)用一信息容量大，當(dāng)一個通信系統(tǒng)相對帶寬一定時(shí)，頻率升高，絕對工作頻帶變寬，可傳送更多路數(shù)的信號。但是對于具體的應(yīng)用需要對頻率進(jìn)行合理的選擇，例如個人無線通信大多選擇6GHz以下的頻率微波的特點(diǎn)及應(yīng)用二似光性，微波波長短，直線傳播，當(dāng)遇到的障礙物尺寸若大于波長時(shí)，則產(chǎn)生反射。預(yù)警機(jī)?；走_(dá)微波的特點(diǎn)及應(yīng)用三穿透電離層距離地球60~80km以上的高層區(qū)域成為電離層微波入射到電離層時(shí)，不會被其反射和吸收，故微波成為衛(wèi)星通信、空間通信和射電天文研究的重要載體305m口徑的射電天文望遠(yuǎn)鏡(波多黎各)2024/11/8confidential微波的概念與特點(diǎn)微波的研究內(nèi)容微波所課程介紹現(xiàn)代微波技術(shù)的進(jìn)展科研實(shí)例內(nèi)容提要：電磁場理論與技術(shù)電路中的傳播（受限空間）電路到空間的轉(zhuǎn)換自由空間中的傳播（自由空間）應(yīng)用電磁系統(tǒng)2024/11/8微波研究內(nèi)容電磁場理論研究電磁場中各物理量之間的關(guān)系及其空間分布和時(shí)間變化的理論。（百度百科）2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute12Maxwell電路中的傳播2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute13375MHz5GHz電路到空間的轉(zhuǎn)換將電路中傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘栟D(zhuǎn)換為自由空間中傳播的電磁波：天線2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute14空間中的傳播2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute152024/11/815TWIMS雷達(dá)散射截面（RCS）應(yīng)用電磁系統(tǒng)2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute16MicrowaveBiomedicalEngineering&BioTechWirelessComm.&PropagationMicrowaveHeaterChipDesign&CircuitsLasers&OptoelectronicsMEMS&MicrowaveEngineeringRadarAntennaAnalysis&DesignEMC/EMIAnalysisRemoteSensing&SubsurfaceSensing&NDE2024/11/8confidential微波的概念與特點(diǎn)微波的研究內(nèi)容微波所課程介紹現(xiàn)代微波技術(shù)的進(jìn)展科研實(shí)例內(nèi)容提要：2024/11/818TWIMS微波專業(yè)的學(xué)科位置電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科19工作頻率器件尺寸lowfrequencymicrowaveTHz,optic<<λ~λ>>λ

電路理論電磁場

理論光學(xué)理論集成微波器件與系統(tǒng)雷達(dá)T/R組件

衛(wèi)星通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng):高數(shù)據(jù)率，小型化新型太赫茲和光學(xué)器件先進(jìn)微納米加工技術(shù)太赫茲檢測與成像經(jīng)典電磁學(xué)領(lǐng)域

電磁場理論與方法

微波電路與天線2024/11/8confidential電路中的傳播電路到空間的轉(zhuǎn)換應(yīng)用電磁系統(tǒng)微波課程體系2024/11/821DC~70GHz測試平臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：Agilent67GHz+X參數(shù)頻譜分析儀：

1)R&SFSW26支持160MHz分析帶寬

2)AgilentE4447A+Mixer77GHz探針臺：Cascade40GHz負(fù)載牽引：Focus18GHz示波器：4GHz，20Gbps采樣率實(shí)驗(yàn)條件2024/11/822總投資2500萬；暗室大小：20*12*12（m）國內(nèi)高校最大規(guī)模暗室之一可滿足天線測試、雷達(dá)散熱截面、電磁兼容等測試需要。的建設(shè)7*4*4（m）暗室和近場掃描暗室已完成。微波暗室2024/11/8confidential微波的概念與特點(diǎn)微波的研究內(nèi)容微波所課程介紹現(xiàn)代微波技術(shù)的進(jìn)展科研實(shí)例內(nèi)容提要：2024/11/824TWIMS1.計(jì)算電磁學(xué)快速多極子方法：計(jì)算復(fù)雜度由降低為，成功求解了VFY-218等模型飛機(jī)在8GHz頻率平面波照射下的雷達(dá)散射界面，目前世界上最高紀(jì)錄可求解8千萬個未知數(shù)。F117A的RCS值只有0.25平方米相當(dāng)于一只小鳥的RCS,沿方位RCS值0．001到0．01平方米.如此小的RCS值，部分是由于F—117A采用了各種吸波(或透波)材料和表面涂料，但更主要的是由于它采用了獨(dú)特的多面體外形B-2“幽靈”(Spirit)大型隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)，RCS值只有0.05-0.1平方米(沿鼻錐方向)。2024/11/827航母的電尺寸遠(yuǎn)大于飛機(jī)，因此計(jì)算規(guī)模將會空前增加，如何解決電磁隱身中的仿真設(shè)計(jì)問題？亟待解決的問題2024/11/828TWIMS2.相控陣天線技術(shù)2024/11/829TWIMS與蜻蜓的復(fù)眼類似，相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個到幾萬個。ffffff功分網(wǎng)絡(luò)2024/11/830TWIMS陣列設(shè)計(jì)也是急需解決的關(guān)鍵問題2024/11/8T/RT/RT/RT/RT/RT/R功分網(wǎng)絡(luò)THAAD后續(xù)重點(diǎn)：有源相控陣天線2024/11/832TWIMS提高集成度、降低制造成本；提高發(fā)射功率和效率、增加雷達(dá)作用范圍、減少功耗3.微波集成電路2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute3334人工電磁材料4.新型電磁傳播2024/11/835TWIMS隱形斗篷假想圖2024/11/836TWIMS隱形斗篷杜克大學(xué)的研究人員在《自然-材料》雜志發(fā)表的一篇研究論文描述了如用利用一個菱形斗篷實(shí)現(xiàn)完美隱形。37毫米波太赫茲相比于微波：頻譜資源豐富、分辨率高、設(shè)備尺寸小相比于光：氣候影響小、可全天候工作4.新型應(yīng)用38RadiationFeed-lineopeningUnder-fillmaterialpinI/OSilver-filledadhesiveLandgridarrayEncapsulationREFCLKChip60GHz毫米波通信3960GHzWiFiDemo2024/11/840太赫茲成像2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute41CMOS太赫茲成像系統(tǒng)2024/11/8confidential微波的概念與特點(diǎn)微波的研究內(nèi)容微波所課程介紹現(xiàn)代微波技術(shù)的進(jìn)展科研實(shí)例內(nèi)容提要：1.雙頻Doherty功放提出基于T型微帶線的雙頻Doherty功放，實(shí)現(xiàn)針對雙頻非恒包絡(luò)信號的同時(shí)高效放大；國際上首次成功實(shí)現(xiàn)雙頻Doherty功放原型。2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute43IEEET-MTTOct,20111.雙頻功放效率提升率先對雙頻同時(shí)工作效率下降問題進(jìn)行理論分析；提出了交調(diào)阻抗匹配概念和設(shè)計(jì)方法。2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute44交調(diào)分量IEEET-MTT,2013依據(jù)交調(diào)阻抗匹配原理，提出了一種新型的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在對雙頻功放的基頻進(jìn)行阻抗匹配的同時(shí)，

還對交調(diào)頻率分量上的阻抗進(jìn)行調(diào)諧。1.雙頻功放效率提升實(shí)現(xiàn)了公開報(bào)道中雙頻同時(shí)工作狀態(tài)下，平均效率最高（42.1%）的雙頻功放2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute45

電路結(jié)構(gòu)器件頻率(GHz)信號形式功率(dBm)ACPR(dBc,L/H)總功率(dBm)DE(%)PAE(%)瑞典Chalmers大學(xué)Doherty15WGaNHEMT×21.810MHzLTE7dBPAR33.4-46.3/-47.933.2N/A34.12.410MHzLTE7dBPAR33.2-49.4/-47.7本項(xiàng)目Doherty10WGaNHEMT×21.910MHzLTE7dBPAR35.11-49.42/-48.6838.144.842.12.615MHzLTE7dBPAR34.92-47.89/-45.452.單層三頻反射陣天線2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute46直徑0.566米的圓極化反射陣天線:

692個C波段交叉振子(7.1GHz):28.4dB

685個X波段方形環(huán)(8.4GHz):29.1dB

10,760個Ka波段圓環(huán)(32GHz):38.7dB首款單層、三頻平面反射陣天線，同時(shí)覆蓋C/X/Ka通信頻段2.單層三頻反射陣天線2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute47直徑0.566米的圓極化反射陣天線:

692個C波段交叉振子(7.1GHz):28.4dB

685個X波段方形環(huán)(8.4GHz):29.1dB

10,760個Ka波段圓環(huán)(32GHz):38.7dB首款單層、三頻平面反射陣天線，同時(shí)覆蓋C/X/Ka通信頻段平面反射陣列天線是一類將不同無源金屬諧振單元周期排布在平面反射面表面，通過控制每個單元對于饋源入射波的反射相移，在反射面口面上實(shí)現(xiàn)類似于拋物面的等相位平面，從而在所需方向上的獲得高增益的輻射特性。為了應(yīng)對未來空間應(yīng)用中對Ka頻段衛(wèi)星天線的需求，并兼容現(xiàn)有的C/X頻段通信系統(tǒng)，課題組開發(fā)了世界上第一款單層、三頻平面反射陣天線，同時(shí)覆蓋C/X/Ka三個通信頻段。2.多波束平面反射陣2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute4848仿真測量測量第一款單饋源四波束平面反射陣天線IEEET-TAPFeb,20122.多波束平面反射陣2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute4949仿真測量測量第一款單饋源四波束平面反射陣天線IEEET-TAPFeb,2012空間應(yīng)用中的衛(wèi)星通信也不再為通常的點(diǎn)對點(diǎn)通信，而是多個運(yùn)動目標(biāo)同時(shí)通信。課題組設(shè)計(jì)出第一款單饋源四波束的平面反射陣天線。通過陣面相位優(yōu)化，利用一個饋源，即可在四個不同方向上產(chǎn)生四個不同增益的高增益波束，從而實(shí)現(xiàn)與多個目標(biāo)同時(shí)通信。2.多波束平面反射陣2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute50ParabolicBi-FocalPSOMOPSO32GHz，D=160mm，848天線單元ParabolicBi-focalPSOMOPSO仿真測試50IEEET-TAPSept,20132.多波束平面反射陣2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute51ParabolicBi-focalPSOMOPSO仿真測試51IEEET-TAPSept,2013該天線實(shí)際為驗(yàn)證波束掃描，而不是多波束天線。講述時(shí)可緊接上頁內(nèi)容，該方法突破了傳統(tǒng)的拋物面