微波技术基础1
微波技术基础(微波技术与天线)第1章
g
2
0
r
其中， r 为传输线周围填充介质的相对介电常数。
均匀无耗传输线上的导行波为无色散波，有耗线的波为色散波。
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•均匀传输线方程及其解
1.2 传输线的阻抗与状态参量
当传输线特性阻抗一定时，输入阻抗与反射系数有一一对应 的关系，因此，输入阻抗可通过反射系数的测量来确定。
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•均匀传输线方程及其解
4. 驻波比（standing wave ratio (VSWR)）
电压驻波比—传输线上电压最大 值与电压最小值之比
U U
max min
输入阻抗 —传输线上任意一点处的电压和电流之比值
Z l jZ 0 tan(z ) U ( z) Z in ( z ) Z0 I ( z) Z 0 jZ l tan(z )
均匀无耗传输线的输入阻抗为
结论
均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、 传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关，且一 般为复数，故不宜直接测量。 由于tan(z+/2)= tan(z)，所以Zin (z+/2)= Zin(z)，即传输 线上的阻抗具有/2的周期性。
Z l jZ 0 tan l Z in Z 0 100() Z 0 jZ l tan l
结论：若终端负载为复数，传输线上任意点处输入阻抗一般 也为复数，但若传输线的长度合适，则其输入阻抗可变换为 实数，这也称为传输线的阻抗变换特性。
《微波技术与天线》
微波技术基础课程学习知识要点
《微波技术基础》课程学习知识要点第一章 学习知识要点1．微波的定义— 把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz ～3×1012Hz 。
在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽10000倍。
一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
2．微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。
3．微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。
4．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
第二章 学习知识要点1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。
微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。
传输线方程是传输线理论中的基本方程。
2. 均匀无耗传输线方程为()()()()d U z dz U z d I z dzI z 2222220-=-=ββ 其解为 ()()()U z A e A e I z Z A e A e j z j zj z j z=+=---120121ββββ 对于均匀无耗传输线,已知终端电压U 2和电流I 2，则:对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则:()()⎪⎭⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ其参量为 Z L C 000=，βπλ=2p ，v v p r =0ε，λλεp r=03. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态： (1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。
微波技术基础
摘要本文主要介绍了微波的基础知识，在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用，在第二章中介绍了微波传输线理论，主要介绍了TE型波的理论和传输特性。
10This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.微波技术基础第一章微波简介1.1 什么是微波微波是频率非常高的电磁波，就现代微波理论的研究和发展而论，微波是指频率从GHz300的电磁波，其相应的波长从1m~0.1mm，这段电磁频谱包~MHz3000括分米波（频率从300MHz~3000MHz），厘米波（频率从3GHz~30GHz），毫米波（频率从30GHz~300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz~3000GHz）四个波段。
下图为电磁波谱分布图：1.2微波的基本特点1.似光性和似声性微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多，当微波辐射到这些物体上时，将产生显著地反射、折射，这和光的反射折射一样。
同时微波的传播特性也和几何光学相似，能够像光线一样直线传播和容易集中，即具有似光性。
这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种物体发射或反射的微弱信号，从而确定该物体的方向和距离，这就是雷达及导航技术的基础。
微波技术基础-概述(1)
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应用
基础理论作用
高频通信技术基础 高频器件设计、高频电路设计基础 天线设计技术基础 电磁兼容技术基础 后续课程理论基础：
“光纤通信”、 “天线技术”、 “电磁兼容”、 “移动通信”、……
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应用
从事专业领域——
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微波技术发展史
1831 : Faraday’s Electromagnetism Induction Phenomenon 1864 : Maxwell’s Equation Publication 1887 : Hertz’s Experiment for the Existence of Electromagnetic Field 1893 : Waveguide Theory for Propagation of Microwaves in a Guided Structure
互耦问题
计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。超高速 集成电路的互耦也是微波互耦问题。因此，微波的研究已进入 集成电路和计算机。
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微波的特点
微波的特点（5）
趋肤效应：即频率越高、导线中的电磁能量越紧贴导 线表面传输。材料的电导率越高、趋肤效应越明显； 量子特性：电磁辐射能量不是连续的，而是由“能量 子”组成，每个量子的能量与其频率成正比。不少物 质的能级跃迁频率恰好落在微波的短波段，因此近年 来微波生物医疗和微波催化等领域已是热点。在特定 条件下当微波与物质相互作用时，须考虑量子效应； 热效应：穿透性强，可深入物质内部产生热效应，加 热速度快而均匀。 ……
微波技术基础第一章
G
140.0～220.0
Ku
12.40～18.00R220.0～325.0
K
18.00～26.50
某些波段习惯上的称谓：
S 波段 — 10 cm 波段， C 波段 — 5 cm 波段， X 波段 — 3 cm 波段， Ku波段 — 2 cm 波段， K 波段 — cm波段， Ka波段 — 8 mm 波段， U 波段 — 6 mm 波段， F 波段 — 3 mm 波段等等。
❖ 微波的波长范围大约从1米到毫米左右。
❖ 微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz～ 3×1012Hz，是频率非常高的电磁波，所以又 称为超高频。
第
普通无线电波频段划分 如下:
一 章
波段名称
波长范围
频率范围
绪 超长波 论
长波
105~104m 3KHz~30KHz 104~103m 30KHz~300KHz
U 波段 — 6 mm 波段， 微波可作为一种能源，用于加热和烘干。 用微波进行疾病诊断和治疗，如用微波理疗仪对病灶进行局部 微波可作为一种能源，用于加热和烘干。 某些波段习惯上的称谓：
300KHz~3MHz 如利用微波与水分子相互作用产生热效应，用大功率微波辐射， S 波段 — 10 cm 波段， §1-1 什么是微波 一、什么是微波 Ka波段 — 8 mm 波段， 普通无线电波频段划分 如下: 如利用微波与水分子相互作用产生热效应，用大功率微波辐射， 图2-4 我国对空警戒引导雷达REL-1 微波也是无线电波，但它是一个比普通无线电波段的波长更短(频率更高)的波段，故名微波 。 二、微波技术的应用 和速度, 从而对运动目标实现定位、跟踪和识别。 卫星，就能实现全球通信和电视实况转播。 卫星，就能实现全球通信和电视实况转播。 普通无线电波频段划分 如下:
微波技术基础
《微波技术基础》复习要求第一章引言1.微波的工作频段2.微波的主要特点第二章微波传输线理论1.微波传输线与低频传输线的对比2.均匀传输线的电报方程（时域形式、频域形式）和波动方程3.已知负载的解型（无损形式）4.传输特性参数：特性阻抗、传播常数、相速、波长5.输入阻抗和反射系数：定义、公式和关系第二章微波传输线理论（续）6.无损传输线的工作状态分析7.传输功率（重点），功率容量和效率（一般）8.掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成原理、圆图的主要特性（圆图作题不要求）9.阻抗匹配：三种阻抗匹配问题（重点）、阻抗匹配方法及其特点（一般）10.时域分析方法：时空图解法第三章金属规则波导1.规则波导的纵向场法公式（TE和TM）、波动方程和边界条件、波型分类等。
2.矩形波导：场的求解过程、下标含义和范围、场结构简易绘制方法的原理、传输特性（三种波长、截止条件、简并概念、主模、相速和群速、波阻抗等）3.圆波导：纵向场的求解形式、下标含义和范围，三种主要模式的基本特点第三章金属规则波导（续）4.同轴线：主模的特性、设计原则5.激励与耦合的主要方法和举例6.损耗问题：导体损耗（微扰思想）、介质损耗和消失波衰减第四章微波集成传输线1.增量电感法：基本思想和物理解释、解题方法2.对称耦合传输线的奇偶模分析：对称耦合传输线的奇偶模分解（场特性）奇偶模分析的主要特点奇偶模分析的主要结果（偶模阻抗、奇模阻抗、K等参数的关系）第五章介质波导1.介质波导的工作原理：H平面波和E平面波以及独立方程组；两种平面波的反射系数；全反射、全折射的形成条件及其证明；两种基本波型（表面波和辐射模）。
2.圆形介质波导：主要工作模式和主模、截止条件和含义相速度特性第五章介质波导（续）3.平板介质波导：TE和TM的色散方程、基本模式的对称场分布、路的求解方法4.矩形介质波导：EDC方法与马氏方法的主要区别EDC方法的求解（分区、拉伸方向、电场与介质交界面的关系、波阻抗、横向谐振条件、有效介电常数等）第六章微波谐振器1.微波谐振器的基本特性：三个特性；基本参数（谐振波长和品质因数，p值的选取范围）2.金属波导谐振器：矩形谐振腔（波动方程和边界条件、纵向场法公式、下标的含义和范围、主模等）圆形谐振腔（下标的含义和范围、主模、模式图、虚假模式及其定义等）第六章微波谐振器（续）3.传输线谐振腔：横向谐振条件4.非传输线谐振腔（一般）5.谐振腔的微扰理论：基本公式介质微扰（重点是有损情况）腔壁微扰（谐振频率与储能变化的关系）第七章微波网络基础1.微波网络与低频网络的主要不同2.网络阻抗和反射系数与损耗、储能的关系3.[Z]和[Y]的定义、元素含义和主要性质4.[S]的定义、元素含义和主要性质5.[A]和[T]的定义、元素含义和主要性质。
最新微波技术基础课程学习知识要点
《微波技术基础》课程学习知识要点 第一章 学习知识要点1 •微波的定义一 把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围 为：3X108H Z 〜3X 1012H Z 。
在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的 无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽 10000倍。
一般情况下，微波又可划分为 分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
2 •微波具有如下四个主要特点：1）似光性、2）频率高、3）能穿透电离层、4）量子特性。
3 •微波技术的主要应用：1）在雷达上的应用、2）在通讯方面的应用、3）在科学研究方面的 应用、4）在生物医学方面的应用、5）微波能的应用。
4•微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理 论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方 法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析 电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用 克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输 特性。
第二章学习知识要点1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。
微波传输线是一种分布参数电路, 线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。
传 输线方程是传输线理论中的基本方程。
2. 均匀无耗传输线方程为其解为U Z i= A “e 八 A 2e jZ I Z 丁 Z — A 2e j 'ZZ o 对于均匀无耗传输线，已知终端电压U 2和电流丨2,则:U Z =U 2COS ：Z jl 2Z 0sin ：zd 2U Z d平2Z dz 2 -：2U Z ]=0 -■21 Z = 0 I Z = l 2 COS ：Z jU对于均匀无耗传输线，已知始端电压U 和电流丨1,则:3. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态:（1） 当Z L 二Zo 时，传输线工作于行波状态。
Chapter1微波概念微波技术基础 幻灯片
三、场的方法向路的方法转化
注意在波中出现了阻抗概念, 它与R、L、C的低频阻 抗有所不同。 (1-11) 令Γ为反射系数 (1-12)
三、场的方法向路的方法转化
［讨论］衡量电磁波的反射和传输, 我们引入了反 射系数 和波阻抗 ,波阻抗η与媒质特性( ) 相关。 换句话说，媒质的变化影响波的传输。
一、Maxwell方程组的物理意义
图 1-5
一、Maxwell方程组的物理意义
3. Maxwell方程还指出: 电磁转化有一个重要条 件，即频率ω。让我们写出单色波频域的 Maxwell方程 (1-4) (1-5) 只有较或者说任何形式的信号高频分量都包含很少 高的ω，才能确保电磁的有效转换，直流情况没有 转换。可以这样说，在高频时封闭电路才有可能变 成开放电路。不过很有意思的是频率愈高，越难出 功率，这也是一个有趣的矛盾。
一、Maxwell方程组的物理意义
值得指出: 人类对于电磁的相互转化在认识上走了很多 弯路。其中Faraday起到关键的作用。Oersted首先 发现电可转化为磁(即线圈等效为磁铁)，而Faraday坚 信磁也可以转化为电。但是无数次实验均以失败而告 终。只是在10年无效工作后，沮丧的Faraday鬼使神 差地把磁铁一拔，奇迹出现了，连接线圈的电流计指 针出现了晃动。
三、场的方法向路的方法转化
[例3]无限大无源 空间的均匀平面波研究波传输
问题。设 只有x分量, 只有y分量并不失一般性
。波只有可能(±)z方向, 且均匀平面波
不随x, y
变化。
图 1-10 均匀平面波传播
三、场的方法向路的方法转化
写出Maxwell方程组
均匀无源媒质
均匀平面波
上面这两个方程也称为均匀平面波的传播方程。
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频段名称 超低频(ULF)
长波
中波
104~103m 30KHz~300KHz 低频（LF）
103~102m 300KHz~3MHz 中频(MF)
短波
超短波
102~10m
10~1m
3MHz~30MHz
高频(HF)
30MHz~300MHz 超高频(VHF)
第 微波波段划分 如下: 一 章 波段名称 波长范围 频率范围 绪 0.3GHz~3GHz 论 分米波 1m~10cm
厘米波 毫米波 10cm~1cm 1cm~1mm
3GHz~30GHz 30GHz~300GH z
频段名称 特高频 （UHF） 超高频 （SHF）
极高频 (EHF) 亚毫米波 1mm~0.1m 300GHz~3000G 超极高频 Hz m
微波波段的代号及对应的频率范围
第 一 章 绪 论
波 段 UHF L LS S C
电波段的波长更短(频率更高)的波段，故名微 波。 微波的波长范围大约从1米到0.1毫米左右。 微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz～ 3×1012Hz，是频率非常高的电磁波，所以又 称为超高频。
普通无线电波频段划分 如下: 第 一 波段名称 波长范围 频率范围 章 105~104m 3KHz~30KHz 超长波 绪 论
第 一 章 绪 论
一、微波技术的发展
发展方向
工作频段向高频段发展
小型化、宽带化
自动化、智能化
二、微波技术的应用
微波应用
雷达
通信
科学研究
生物医学
微波能
1-3 微波技术的研究方法和基本内容 第 一 章 绪 论
麦克斯韦方程 场 研究方法 第三章
场与路相结合 第四章 路
基本内容 克希霍夫定律
第二章
5.85～8.20
8.20～12.40 12.40～18.00 18.00～26.50
F
G R
90.00～140.0
140.0～220.0 220.0～325.0
二、微波在电磁波谱中的位置
无线电波 视频 射频 微波 光波 可见光 红外线 紫外线 宇宙射线
x 射线
射线
f
(Hz) 3
8
3
10 10
微波技术基础
姚爱琴
第一章 绪论
§1-1 什么是微波 一、什么是微波 二、微波在电磁波谱中的位置 三、微波的特点与应用 §1-2 微波技术的发展 一、微波技术的发展 二、微波技术的应用 § 1-3 微波技术的研究方法和基本内容
§1-1 什么是微波 一、什么是微波
微波也是无线电波，但它是一个比普通无线
频率范围(GHz) 0.30～1.12 1.12～1.70 1.70～2.60 2.60～3.95 3.95～5.85
波 段 Ka Q U M E
频率范围(GHz) 26.50～40.00 33.00～50.00 40.00～60.00 50.00～75.00 60.00～90.00
XC
X Ku K
5
3
3
10 10
2
6
3 10Biblioteka 10-193
10 10
-4
12
3
10 10
-7
15
3
10 10
-10
18
(m) 10
三 、 微 波 的 特 点 与 应 用
似光性
似声性
卫星通信 天线 天文学研究 多路通信 非电离性 微波波谱学 真空器件 特殊元器件
微 波
穿透性 信息性 量子特性
共度性
分析方法独特性
1-2 微波技术的发展和应用