电磁场微波技术第一章解读
01-微波-第一章-2014
波、双导线上的波有什么异同？
双（（导54））线这这上种种的波波波会传有有播什色的么散相异吗速同？度？都v p与=哪ωβ些、因v素g 有= 关ddωβ系都？是多少？与无第 波界三 导空章 理间论的波、
U (z) = A(z)e jφ(z)
[ ] u(z,t) = Re U (z)e jωt
Z O
iI(z(,zt)
u(Az,ct)o=s(Aω(tz)+coφs[)ωt + φ(z)] U (z) =AAe(jφz)e jφ(z)
uU( z(,zt))
( ) Re Ue jωt
U = Ae jφ
无到有产生的已调波，包括不同的频率成分。
不同频信号各有各的相速。对于窄带信号，当一群 ω, β 相近的
波运动时，表现出的波群整体的共同的速度，称为群速 。对调制信号，
包络等相位面移动的相速度即可视为群速度。群速度可以表示为
t
vg
=
dω dβ
（1.1-11）
沿传播方向经过单位长度波形整体延迟的时间，称为群时延，以
1.1.1 无界空间的含义
无界空间指除理想激励源外，空间全部填充同 一种均匀媒质，并延伸到无边无际。特殊的一 种无界空间情况为全空间均是真空，即全空间 都不存在任何媒质，称为无界自由空间。
有时某空旷区域的 局部空间可以近似 当作无界空间 。
⎯理⎯想⎯激励⎯源→
在无界空间可以存在的无穷多种 可能形式的电磁波中， 最简单、 最基本形式的电磁波即是均匀平面波。平面波是指其等相位面是平面， 均匀波是指其等相位面和等幅度面重合。特点：
微波(第一章第一节)(12-13-2)
微波技术与天线
u( z , t ) Re[U ( z ) e jt ]
A1 e z cos(t z 1 ) A2 ez cos(t z 2 )
ui ( z, t ) ur ( z, t )
表明传输线上任意位置的电压都是入射波和反射波的 叠加。
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微波技术与天线
U1 I1 Z0 z U1 I1 Z0 z I (z) e e 2 Z0 2 Z0 U1 shz I1 ch z Z0
（2）已知终端条件的解 U（l）=U2，I（l）=I2，得 U 2 I 2 Z 0 l U 2 I 2 Z 0 l A2 e A1 e , 2 2 U 2 I 2 Z0 ( l z ) U 2 I 2 Z0 ( l z ) U (z) e e 2 2 U 2 I 2 Z0 ( l z ) U 2 I 2 Z0 ( l z ) I (z) e e 2 Z0 2 Z0
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微波技术与天线
1.1 长线理论
1.1.1 分布参数电路的模型
1、TEM波传输线的结构特点 结构上的最大特点是：都是双导体结构。 几种常见的TEM波传输线单位长度的等效电感和 等效电容： 表示单位长度 2D , C1 。 （1）双导线： L1 ln d ln(2 D d ) D和d分别是两导线间的距离和导线的直径。 2 D 。 ln , C1 （2）同轴线：L1 ln(D d ) 2 d D和d分别是外导体和内导体的直径。
Ui ( z) Ur ( z)
U ( z) U2 ch z I2 Z0 shz
U2 I ( z ) shz I 2 ch z Z0
电磁场与微波技术+课件PPT(黄玉兰)第1章
(1.26)
式中积分区域面S的外围线为C。
A x, y e x x 2 e y x y 2 。现有 例1.4 已知 一个在 x y 面内的闭合路径C，此闭合路 径由 0,0 和 2, 2 之间的一段抛物线 y 2 x 和两段平行于坐标轴的直线组成， 如图1.9所示。
图1.9
x y z A 3 x y z x y z A x A y A z
r （2） 的方向与 dS 的方向相同，所以有：
S
A dS r dS adS a dS 4 a 3
S S S
1.2.4散度定理
散度定理也称高斯散度定理，表示为
C
A dl x dx
2 0
2
2 0
2 y dy
2 2
0 2
2 x x x dx 2
0
x 3
3 2
0
2y 3
3
0
x 3
3 0
x
5/ 2
2
5
2
8 2 15
（3）
S
A dS
2
0
2 dx y 2 dy 2 2 y 2 y 2 dy 2 y y2 0 3
两个矢量相减，等于两个矢量相应的 分量分别相减，它们的差依旧是一个矢量。 如图1.1(c)所示。
A-B=A+(-B)=ex(Ax-Bx)+ey(Ay-By)+ez(Az-Bz) (1.5)
图1.1 矢量加减法
1.1.2 标量与矢量相乘
标量k与矢量A相乘，结果是A的方向未 变，大小改变了k倍， kA=eAkA=exkAx+eykAy+ezkAz (1.6)
电磁场与微波技术
电磁场与微波技术电磁场与微波技术引言电磁场和微波技术是现代科学与技术领域中重要的研究方向。
电磁场是由电磁波构成的物理现象，其在无线通信、电磁隔离、能量传输等方面具有广泛应用。
微波技术作为电磁波的一种，其频率范围在0.3 GHz到300 GHz之间，被广泛应用于通信、雷达、医疗、材料处理等领域。
本文将探讨电磁场的基本概念、特性以及微波技术在不同领域中的应用。
第一部分电磁场的基本概念与特性1. 电磁场的概念电磁场，顾名思义，是由电场和磁场组成的物理现象。
电场是由电荷引起的一种物理现象，磁场则是由电流引起的物理现象。
当电流变化时，会产生磁场。
电磁场可以通过电磁波的方式传播，包括无线电波、微波、可见光等。
2. 电磁场的特性电磁场具有许多特性，包括电磁波的强度、频率、相位等。
电磁波的强度代表了电磁辐射的能量大小，频率代表了电磁波的振动次数，相位则表示了电磁波在空间中的相对位置。
此外，电磁波还具有传导性、辐射性以及相对论效应等特性。
第二部分微波技术的应用领域1. 通信领域微波技术在通信领域中有着重要应用，尤其是无线通信和卫星通信。
无线通信利用微波进行信号传输，实现了人与人之间的远程通信，比如手机通话、无线网络等。
卫星通信则利用微波将信号从地面传输到卫星，再由卫星传输到其他地方，实现了全球通信的覆盖。
2. 医疗领域微波技术在医疗领域中也有广泛应用。
微波能够穿透物体，因此可以用于医学影像学中的透视、断层扫描等技术。
此外，微波技术还可以用于治疗，比如微波物理疗法、微波治疗仪等，可以用于疼痛治疗、肿瘤治疗等。
3. 雷达技术雷达技术是微波技术的重要应用之一。
雷达是利用微波进行距离测量和目标探测的装置。
它通过向目标发射微波信号，并接收其反射信号来实现目标的探测和定位。
雷达在军事、民航、气象等领域中起着重要作用，比如飞机导航、天气预报等。
4. 材料处理微波技术还可以用于材料处理，包括物体加热、干燥、焙烧等。
微波加热可以快速、均匀地加热物体，用于食品加热、橡胶硫化等。
电磁场与微波技术实验教程 第1章
如果入射波波长为λ， 两波的波程差为δ, 当δ=kλ(k=0， ±1， ±2， …)时, 接收天线检波后电流 表有极大指示; 当δ=(2k+1)/2λ(k=±1， ±2， ±3, …)时， 接收天线检 波后电流表有极小指示。
B板固定不变， 从端点移动A板改变波程差δ， 当出现 电流表指示极小时， A板位置在某处(由千分尺读出)， 再同 方向继续移动A板又再次出现电流表指示极小时， A板的移 动位置改变恰好为λ/2。 继续同方向移动A板， 当出现m+1 个电流表指示极小时， 移动距离就为m/2个波长， 由此可测 出微波源的波长。
图1.1.2 静电场测试电路
五、 1.
2. 本实验方法很简单， 但它是工程上很有效的一种方法。 因此， 除测出所需点电位分布外， 还要深入理解有关的一 些问题。 在做实验报告时除一般要求内容数据外， 还要回 答下列问题： (1) 将平行板电容器的被测模型所测的数据画成距离－ 电位图， 与平行板电容器理论上的距离－电位比较， 并解 释为什么在Y=0及Y=10 cm附近(“电极”附近)电位有急剧变 化。 (2) 若要模拟有边缘效应的情况， 其被测模型应如何改
(3) 调节可移动反射板A， 测出电流表指示极小点时A板 的位置S0、 S1、 S2、 S3、 S4， 求出电磁波的波长λ。
在实验时也可以测量其极大点， 但通常测量极小点比 测量极大点准确。
使用微波干涉仪也可以测量介质的相对介电常数Er。 在图1.2.1中， 固定反射板B前插入一块介电常数为Er、 厚度 为d的介质板。 这时在这一路径中电磁波传播的波程改变了， 由于插有介质板的这一路电磁波波程增加了Δδ， 即
Δ 2d ( r 1) (1.2.1)
(1.1.1)
在恒定电流场中， 电场强度E、 电流密度J及电位Ф满 足下列方程：
电磁场与微波技术(第1章)
ˆ ˆ ˆ e , e , e
x y z
ˆ e
ˆ ˆ , e , ez
qi＝qi x , y , x C
曲面单位法矢量：
ˆ eqi 曲面单位法矢量
ˆ eqi
qi x, y, x qi x, y, x qi x, y, x ˆ ˆ ˆ ex ey ez x y z qi x, y, x qi x, y, x qi x, y, x x y z
(混合积)
5. 并矢
AB 二阶张量 3 AB Ai B j ei e j
i , j 1
§1.3 标量场的梯度
1.场的概念 任何物理过程总是在一定空间上发生，对应 的物理量在空间区域按特定的规律分布。如 电荷在其周围空间激发电场的分布 电流在周围空间激发磁场的分布 地球上太阳及其他原因激发温度的分布 在空间区域上每一点有确定物理量与之对应， 称在该区域上定义了该物理量的场
台湾海峡表面流速场数值分布
关于的场三个基本问题：
（1）场的基本性质及其分析方法
（2）场与激励源的关系及相互作用
（3）场与场的相互联系与相互作用
2. 标量场的等值面
标量场同一数 值各点在空间 形成的曲面
u x , y , z C
3. 方向导数
实际应用中不仅需要了解宏 观上场在空间的数值，还需 要知道场在不同方向变化。
P , , z
三维空间中同一点可以用不同的 正交曲线坐标系描述。不同坐标 系之间存在相互变换关系，这种 变换关系只能是一一对应的
在任何正交曲线坐标系有一组 与坐标轴对应的单位矢量。如 直角坐标系和圆柱坐标系等。 坐标变量单位矢量特点： 空间某点坐标变量的单位 矢量的方向为对应坐标变 量为常数的曲面的法矢
电磁场与微波技术2篇
电磁场与微波技术电磁场与微波技术（第一篇）导引电磁场是物理学中一个重要的概念，它在我们日常生活中扮演着重要的角色。
微波技术作为一种应用电磁场的技术，也在现代社会中得到广泛应用和发展。
本文将探讨电磁场的基本概念、性质以及微波技术的原理、应用和发展趋势。
电磁场的基本概念与性质电磁场是一种具有电场和磁场相互耦合而成的物理场。
电场是由电荷构成的粒子在空间中产生的力场，具有电荷之间相互作用的性质。
磁场则是由电流在空间中产生的力场，具有磁性物质与外磁场相互作用的性质。
电磁场具有许多基本性质。
首先，电磁场具有连续性。
在空间中任何一点，电磁场的数值和方向都是连续变化的，不存在突变。
其次，电磁场具有叠加性。
即多个电荷或电流所产生的电磁场可以叠加在一起，形成一个合成的电磁场。
此外，电磁场的传播速度是有限的，即光速。
根据麦克斯韦方程组的推导，电磁波在真空中传播的速度为光速，约为每秒300000公里。
微波技术的原理与应用微波技术是一种应用电磁场的技术，其原理基于电磁波的特性和传播规律。
微波指的是频率介于300MHz至300GHz之间的电磁波，其具有波长短、穿透力强等特点。
微波技术具有广泛的应用。
首先，微波技术在通信领域中有重要的应用。
无线电通信、卫星通信等都离不开微波技术的支持。
其次，微波技术在雷达和无线电导航系统中也有广泛应用。
雷达通过发送和接收微波信号来测量目标的距离和速度，实现目标探测和定位。
此外，微波技术还应用于微波炉、无线电频率识别等领域。
微波技术的发展趋势随着科技的进步和需求的不断增长，微波技术正在不断发展和创新。
未来，微波技术将朝着以下几个方向发展。
首先，微波技术的频率范围将进一步扩展。
随着物联网和5G通信的兴起，对更高频率的微波技术需求增加。
因此，微波技术将向毫米波甚至太赫兹波段发展，以满足更高速率、更大容量的通信需求。
其次，微波技术将越来越多地与其他技术结合。
例如，微波与纳米技术的结合，可以实现更小尺寸、更高性能的微波器件。
微波课件绪论
3．全球卫星导航定位系统
应用：用以帮助舰船和空中飞行器拟定它们旳位置，
目前已扩展到涉及陆地上及外层空间中一切需要定位旳 物体（如车辆、导弹等）。 工作频段：卫星导航系统需要地面与卫星间旳信息传播， 而微波具有穿透电离层旳特征，所以卫星导航系统都工 作在微波波段。 种类：
(1）GPS全球卫星导航系统（美国） (2）伽利略卫星定位系统（欧盟和中国）
2．微波元器件及整机设备不断向小型化、宽频带方 向发展。
微波元器件经历了从电真空器件向半导体微波器件、 从分离元件到集成电路旳发展过程。整机设备不断向体 积小、重量轻、频带宽、可靠性高旳方向发展。
3．微波系统向自动化、智能化和多功能化方向发展。
各学科间旳相互渗透，促使微波设备、系统和测试 仪表逐渐实现了自动化、智能化和多功能一体化。
卫星通信示意图
（3）移动通信 早期旳移动通信利用短波和超短波。 近年来其工作频率大部分已进入微波旳低频段。如
个人数字蜂窝系统(PDC, Personal Digital Cell )、 个人通信系统(PCS, Personal Communication System)、 数字蜂窝系统(DCS, Digital Cellular System )、 无线局域网(WLAN, Wireless Local Area Network)、 蓝牙技术（Blue Teeth Technique)。
表 0.1.2 常用微波分波段代号
波段代号
频率范围(GHz)
波长范围(cm)
标称波长(cm)
L
1~2
30~15
22
S
2~4
15~7.5
10
C
4~8
7.5~3.75
5
X
微波技术第1章-传输线理论1
电磁波传播问题概述
• 时域一般波动方程
r r r 2 r ∂E ∂ E 1 ∂J 2 ∇ E − µε − µε 2 = ∇ρ + µ ∂t ∂t ε ∂t r r 2 r r ∂H ∂ H 2 ∇ H − µε − µε 2 = −∇ × J ∂t ∂t
(9)
一阶时间偏导数代表损耗，二阶代表波动。 一阶时间偏导数代表损耗，二阶代表波动。
(5)
r r r r D = εE , B = µH
短路面（理想导体边界）
r r n×E = 0 S r r r n×H =α S r r n•D =σ S r r n•B =0
S
→
Et
S
= 0,
Hn S = 0 Ht
S
En S ≠ 0,
≠0
(6)
切向电场为零， 切向电场为零，切向磁场不为零的界 电壁）均可视为等效短路面 等效短路面。 面（电壁）均可视为等效短路面。
第1章 微波传输线
§1.1 引言
*传输系统：把微波能量从一处传到另一处的装置。 传输系统：把微波能量从一处传到另一处的装置。
传输系统也叫导波结构或导波系统。 传输系统也叫导波结构或导波系统。 微波中常用传输系统： 微波中常用传输系统： 传输线：由两根或两根以上平行导体构成。 *传输线：由两根或两根以上平行导体构成。 通常工作在其主模（ 通常工作在其主模（TEM波或准TEM波） 。 故又称为TEM波传输线。（含平行双线、同轴线和微带线等） 波传输线。 含平行双线、同轴线和微带线等） 波导管：由单根封闭柱形导体空腔构成。 *波导管：由单根封闭柱形导体空腔构成。 电磁波在管内传播，简称波导。 电磁波在管内传播，简称波导。 表面波波导：由单根介质或敷介质层导体构成。 *表面波波导：由单根介质或敷介质层导体构成。 电磁波沿其表面传播。 电磁波沿其表面传播。
微波课件第1章6
反射系数图最重要的概念是相角走向：
(z) le j2 z （1-6-2）
式中 z是向电源的。
向电源是反射系数的负角方向,即顺时针方向； 向负载是反射系数的正角方向，即逆时针方向。
2. 套覆阻抗图
已知
Z in (z) 1 (z)
1 (z)
(1-6-3)
设
(z) r j i
Zin (z) r jx
又代表驻波比ρ。
③ 圆图旋转一周为λ/2。
④ |Γ|=1
⑤ 实轴左端点为短路点， 右端点为开路点，中心点 处有 Z 1 j0 ，是匹配点。
⑥ 在传输线上由负载向电源方向移动时，在圆图上 应顺时针旋转；反之，由电源向负载方向移动时，应 逆时针旋转。
图 1-6-6 阻抗圆图上的重要点、线、面
4. 导纳情况
Smith圆图，亦称阻抗圆图。其基本思想有三条：
1. 特征参数归一思想
特征参数归一思想，是形成统一Smith圆图的最关键 点，它包含了阻抗归一和电长度归一。
阻抗归一 电长度归一
Zin (z)
Zin (z) Z0
Zin
(
z
)
1 1
( (
z) z)
(z) Zin (z) 1 Zin (z) 1
2 l 360 l
1 r r2 2rr 1 r i2 1 r
r2
2r
1 r2
r
r 1
r
2
i2
1 1
r r
r2
1 r2
得到圆方程
r
r 1
r
2
i2
1 1 r
2
(1-6-7)
相应的圆心坐标是
r 1
r ，,0 而半径是
《电磁场与微波技术教学课件》1.1 引言幻灯片PPT
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§1.1 引言
传输线
双导线
§1.1 引言
(a) 矩形波导
(b) 共面波导
(a) 同轴线
(b) 带状线
§1.1 引言
(a) 微带线
(b) 槽线
§1.1 引言
一、传输线的概念
1.定义： 传输线就是能够引导电磁波沿着一定方向传输 的导体、介质或由它们组成的波导系统 .
TE波 M传输线：双 轴导 线线 、、 带同 状线、微带
2.分类：TE 波或 TM 波传输线：矩 圆形 波波 导导 、、 脊形 圆波 波
任何传输线可分解为横向问题和纵向问题 对于任何传输线，纵向问题的形式是一样的
§1.1 引言
二、传输线理论的内容
传输线理论研究的是电磁波如何在传输线中传播和分布。 ● 纵向问题就是电磁波沿传输线轴线的传播情况；
● 横向问题就是电磁波在横向 方向上的分布状态，也叫波 型、场构造或者模，具有特 殊性。
纵向问题：行波、驻波或行驻波，具有普遍性。
(3) Surface wave
一 般 实 际 应 用 中
• 米波或分米波—双导线或同轴线 • 厘米波—空心金属波导管,带状线,
微带线等 • 毫米波—空心金属波导管,介质波导,
介质镜像线,微带线 • 光频波段—光波导(光纤)
பைடு நூலகம்以上划分主要是从减少损耗和构造工艺上的可实现性等方面来考虑的, 这只是大致的情况, 其界限并不十分严格. 例如, 同轴线也可用于厘米波 和毫米波范围.
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第一章
高斯定理
物理含义：1、电场强度通过任一封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电量与真空介电常数之比。
2、电场强度在某点的散度等于该点的电荷体密度与真空介电常数之比。
环路定理
物理意义：1、在静电场中将单位电荷沿任一闭合路径移动一周，静电力做功为零——静电场为保守场。
2、真空中静电场的电场强度的旋度处处为零。
由此可见，真空中静电场是有散无旋场。
电位（标量）选择场中某点P 作为参考零电位点,单位正电荷在电场力的作用下，自该点
沿任一条路径移至P 点的过程中电场力作的功 等位面：电位相等的曲面 电场线与等位面一定处处保持垂直，等位面分布的疏密程度也可表示电场强度的
强弱，（规定相邻的等位面之间的电位差保持恒定），那么等位面密集处表明电位变化较快，场强较强
电位梯度( ) 电位：大小等于(d φ/dl)max,方向为使d φ/dl 获得最大增量的方向的矢量
电场强度和电位梯度的关系：1.梯度方向总是垂直于等位面2.电场强度的方向为电位梯度的负方向3.梯度的大小等于电场强度的大小
介质极化
极化：在电场作用下，介质中束缚电荷发生位移的现象
χe 称为极化率，它是一个正实数 介质中的高斯定理积分形式：
物理意义：介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。
微分形式： 物理意义：介质中微分形式的高斯定律表明，某点电位移的散度等于该点自由电荷的体密度。
两种介质的边界条件 1、切向边界条件 物理意义：在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的切向分量相等，或者说，电场强度的切向分量是连续的。
2、法向分量边界条件 物理意义：在两种介质边界上电位移的法向分量相等，或者说，电位移的法向分量是连续的。
介质与导体的边界条件 ：1.静电平衡：当孤立导体放入静电场中以后，导体中自由电子发生运动，电荷重新分布产生与原电场方向相反的二次电场，使导体中的合成电场消失为零。
2.边界上电场分布：3.空腔内外电荷分布：
做恒定电场：将一块导体与电源的两个极板相连，由于两个电极之间始终存在一定的电位差，在导体中形成电场，使电子维持持续不断的定向运动，若外加电压与时间无关，导体中的电流就是恒定的，导体中的电场也是恒定的。
导电媒质中的电场的基本方程为 物理意义： 1. 恒流电场为保守场。
2.恒流电场的电场强度的旋度处处为零，无旋场 P A A E dl φ=⎰q W =ϕE
P e 0χε=q S =⋅⎰ d S D ρ=⋅∇D 2t 1t E E =2n 1n D D =00E J J E σ∇⨯=⎧⎪∇=⎨⎪=⎩
电流密度J ：单位时间内垂直穿过单位面积的电荷，其方向为正电荷的运动方向,表示电流密度J 与该点的电场强度E 成正比
恒流电场的边界条件：切向边界条件： 物理意义：在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的切向分量相等，或者说，电场强度的切向分量是连续的。
法向边界条件： 物理意义：在两种导电媒质的边界上，电流密度矢量的
法向分量连续。
恒流磁场：恒定电流产生的磁场。
磁场不随时间变化
磁化： 外加磁场时，各个磁矩重新排列，宏观的合成磁矩不再为零。
安培环路定理 微分形式 物理意义： 1.真空中磁感应强度 B 沿任一闭合有向曲线 l 的环量等于该闭合曲线包围的传导电流强度 I 与真空磁导率 μ 0 的乘积
2.恒流磁场是有旋场,即在有电流分布的空间任意点磁场强度H 的旋度等于该处的电流密度。
磁通连续性定理： 微分形式 物理意义：恒流磁场是无源场,磁感应强度的散度处处为零,恒定磁场通过任一闭合面的磁通为0，即磁感应线是无头无尾的封闭线。
恒定
磁场的边界条件 若分界面上没有面电流分布时
当边界上不存在表面电流时，磁场强度的切向分量和磁感应强度的法向分量是连续的
麦克斯韦方程组
积分形式 微分形式 对于各向同性媒质,则有 2t 1t E E =2n 1n J J =I ⎰=⋅l l B 0 d μH J ∇⨯=⎰=⋅S S B 0d 0
B ∇=1212t t t n n H H J B B -=⎧⎨=⎩0()S v S l S c l
S D dS dV B dS B E dL dS t D H dL J dS t ρ⎧=⎪⎪=⎪⎪∂⎨=-⎪∂⎪∂⎪=+⎪∂⎩⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰0c D B B E t D H J t ρ
∇=⎧⎪∇=⎪⎪∂⎨∇⨯=-∂⎪⎪∂∇⨯=+⎪∂⎩c D E B H
J E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩。