微波基础与微波器件
微波元器件介绍
• 3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离；
功分器
典型的功分器有微带和腔体两种。 ①腔体功分器：
腔体功分器是同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用 内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以良好的与两个输出50Ω的并联阻抗 匹配。
②微带功分器
2
1
3
Wilkinson功率分配器是在T分支上加隔离电阻形成的。 它可以进行任意比率的功率分配。 工作原理：
•
若储存的主要是电场能量，则不均匀区域相当于一个储存电能的电容；若储存的主要是磁场能量，
则不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。
波导电抗元件
谐振窗：
3、谐振窗：
a
b
a’ b’
谐振波长：
2a
r
ab ab
2
1 b b2
• 谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），无反射； • 失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大； • 作用：一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振的频率就是可通过的频率。
经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。
c
• 一段窄的短微带线可等效为串联电感； 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出；
最大正向损耗：0.
一段窄的短微带线可等效为串联电感；
一段宽的短微带线可等效为并联电容。
L Zcl 2 2v p C Ycl
vp
•用高阻抗微带短线实现串联电感
如，波导中，电感、电容就可以用波导膜片、销钉来实现，微带电 路中也可用微带间隙、分支等来实现电感、电容。
三、微带滤波器
1、低通滤波器1
• 微带电路实现方案 L
集总元件电路 L （电感）
C（交指电容）
微波技术
4-8
5
1218
2
1827
1.25
80100
0.3
•C~K 为早期的微波通信频段，80’s 后较少 •W(3mm) 实际上是卫星通信的主流频段 广播电视、通信频率相对较低： KHz~ 3G 在实验中使用厘米波中的X波段， 其标称波长为3.2cm，中心频率为9375MHz。
国际上对各微波频段用途的规定
2.频率极高，穿透性强
由于微波既能穿透电离层 (低频电磁波不行) 也能穿透 尘埃、云、雾 (光波不行)， 因此，微波就成了卫星通讯、 空间通讯和射电天文研究的 重要手段。 可以容易穿入介质内部： 如微波加热——食品发热
近代物理实验专题讲座 2003.8
3. 频带宽，信息性好
可用频带很宽 (数百兆甚至上千兆赫兹)，是低频 无线电波无法比拟的。因此，微波在通讯领域内得 到了广泛的应用。 微波通讯系统的工作频带宽、信息容量大、机动 性好，特别适合于卫星通讯，宇航通讯和移动通讯 等，因而在现代通讯系统中占有相当重要的地位。
λ(m)
广播 电视 微波 红外可见光 紫外
无 线 电 波 光 波
波长处于光波和无线电波之间
近代物理实验专题讲座 2003.8
微波频段的划分： 分米波, 厘米波，毫米波和亚毫米波
常用波段代号
波段代号 频率范围 （GHz） 标称波长 (cm) L S C X 8-12 3 Ku K W
1-2 2-4
微 波 技
术
山东师范大学物理实验中心
一、微波基础知识
按照国际电工委员会（IEC）的定义，微波 （Microwaves）是：
“波长足够短，以致在发射和接收中能实际 应用波导和谐振腔技术的电磁波”
微波是指：波长为１m至0.１mm,频率在 300MHz-3000GHz之间的电磁波或无线电波。
微波课件3-微波技术与微波器件-栾秀珍-清华大学出版社
集总参数电感：在某一个区域中只含有磁能； 集总参数电容： 在某一个区域中只含有电能。
微波信号是交变电磁场，电场和磁场是铰链在一 起的，没有单独的电场区域或磁场区域, 不存在集总参数
的电感和电容。
推广： 1）如果在某区域磁场储能大于电场储能，可等效为电感； 2）如果在某区域电场储能大于磁场储能，可等效为电容。
L(0) 10lg P1 (dB) : z=0处的起始衰减量。
P0
L(l) L(0) 8.68l (dB)
截止式衰减器的特点:
(1)衰减量(dB)数与移动距离l之间成线性关系, 可作为标准衰 减器。
(2)当 C 时，衰减系数很大，移动不太长的一段距
离就可得到很大的衰减量。
2 c
( c )
第 3 章 基本微波元件和阻抗变换器
(Basic Microwave Elements)
3.1 概 论 3 . 2 微波电阻性元件 3 . 3 微波电抗性元件 3 . 4 微波移相器 3 . 5 极化变换器 3 . 6 抗流式连接元件 3 . 7 阻抗变换器
3.1 概 论
基本电路元件:电阻、电感和电容。 微波元件的外形、结构与集总参数的电路元件差异
可以证明：微波传输线中传输模所携带的电能和磁能是 相等的，而截止模所含电能和磁能是不均衡的。
(1) 若截止模为TE模，则其磁能大于电能，可等效为 电感；
(2) 若截止模为TM模，则其电能大于磁能，可等效为 电容。
在传输系统人为引入某些不均匀性，则在不均匀 性区域将激发起高次截止模。
传输线中的不均匀性: 传输线的尺寸或形状或填充介质 发生了变化。
微波电阻性元件:衰减器和匹配负载。
衰减器:用来控制微波传输线中传输功率的装置，通过 对波的吸收、反射或截止来衰减微波能量。
微波课件1-微波技术与微波器件-栾秀珍-清华大学出版社
2．集中参数(Lumped Parameters) 集中参数电路：电参数集中在一个小的空间的电路。
在低频电路中，电能量集中在电容器中，磁能量 集中在电感器中，只有电阻元件消耗能量，连接各元 件的导线是一个理想导线，不消耗能量，属于集中参 数电路。 特点：传输线上各点的电压(电流)处处相等，不随位 置变化。
Y1 = G1 + jC1
d2I dz 2
Z1Y1I
令 Z1Y1 (R1 jL1)(G1 jC1) j
——传播常数
d2V dz2
2V
0 ，（1）
——波动方程。 电压的通解
d2I dz2
2I
0
（2）
V(z) = Aez + Bez = Vi(z) + Vr(z)
dV dz
Z1I
dI dz
1 . 2 . 1 基本概念 1 . 2 . 2 传输线方程及其解
1 . 2 . 1 基本概念
1．TEM波传输线的结构特点
（1）双导体结构；
（2）电场可看成 是由一个导体的 正电荷指向另一 导体的负电荷；
结论1：传输线同 一横截面对应位 置的两导线上的 电流 等幅、反向。
（3）磁场可看 成是由导体上的 电流激发。
Y1V
V(z) = Aez + Bez = Vi(z) + Vr(z)
Z1Y1 (R1 jL1 )(G1 jC1 ) j
I (z) dV
Aez
Bez
Z1dz Z1 / Z1 /( )
A ez B ez
Z0
Z0
Ii(z) Ir(z)
Z0
Z1
Z1 Y1
微波课件4-微波技术与微波器件-栾秀珍-清华大学出版社
的填充介质无关，仅决定于腔的型式、尺寸和工作模式。
2．品质因数(Q0)
品质因数：描述谐振系统的频率选择性优劣和能量损耗
程度的物理量。
定义：谐振时腔中储能W与一个周期内腔中损耗能量之
比的2π倍，即
Q0
2
W WT
PL :一周期内腔的平均损耗功率 ， WT PL T
对于非色散波(TE于色散波(TE、TM 波)
p g
谐振波长为
1 ( c )2
o
1
1
c
2
p 2l
2
TEM 波
TE 波、TM 波
o
2l p
o
1
1
c
2
p 2l
2
注意：谐振波长 o 是指谐振时电磁波在腔内填充介质中的
介质波长，仅当腔中为真空(或空气填充)时，它才相应于
波节间距 p/2 的整数(p)倍，即
l p p , ( p 1,2,....)
2
p
2l p
结论：在一定的腔体尺寸下，不是任意波长的电磁波都
能在腔中振荡的，只有那些能够在腔中满足一定驻波分
布的电磁波才能够振荡，它们的相波长由腔的尺寸决定，
即
p
2l p
谐振波长：能形成稳定驻波振荡的电磁波所对应的波长。
第 4 章 微波谐振腔
(Microwave Resonant Cavity)
4 . 1 概论 4 . 2 谐振腔的基本参量 4 . 3 矩形谐振腔 4 . 4 圆柱形谐振腔 4 . 5 同轴腔和微带线谐振腔
第 4 章 微波谐振腔
4 . 6 谐振腔的调谐、激励与耦合 4 . 7 谐振腔的等效电路 和它与
第5章 微波元件
螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元件 , 它 是在波导宽边中央插入可调螺钉作为调配元件, 如图 5 - 7 所示。 螺钉深度的不同等效为不同的电抗元件, 使用时为了避免波导 短路击穿, 螺钉都设计成容性, 即螺钉旋入波导中的深度应小于 3b/4(b为波导窄边尺寸)。 由第1章的支节调配原理可知：多个 相距一定距离的螺钉可构成螺钉阻抗调配器, 不同的是这里支 节用容性螺钉来代替。
波导连接头除了法兰接头之外, 还有各种扭转和弯曲元件 (如图 5 - 4 所示)以满足不同的需要。当需要改变电磁波的极 化方向而不改变其传输方向时，用波导扭转元件; 当需要改变 电磁波的方向时，可用波导弯曲。波导弯曲可分为E面弯曲和 H面弯曲。 为了使反射最小, 扭转长度应为(2n+1)λg/4, E面波 导弯曲的曲率半径应满足R≥1.5b, H面弯曲的曲率半径应满足 R≥1.5a。
(b) 所示 , 它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处 ,
而向波源方向移动λg/2的距离。
第5章 微波元器件
这种结构是由两段不同等效特性阻抗的 λg/4 变换段构成 , 其工作原理可用如图 5 - 1(c)所示的等效电路来表示, 其中cd段
相当于λg/4终端短路的传输线 , bc 段相当于λg/4终端开路的传
第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
5.1 连接匹配元件 5.2 功率分配元器件 5.3 微波谐振器件
5.4 微波铁氧体器件Leabharlann 返回主目录第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
无论在哪个频段工作的电子设备, 都需要各种功能的元器件, 既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等无源 元器件, 以实现信号匹配、 分配、 滤波等; 又有晶体管等有源
微波期末复习题
微波期末复习题微波期末复习题微波工程作为电子信息工程专业的重要课程之一，是电磁场与微波技术的基础，对于学生的专业素养和就业竞争力具有重要意义。
期末考试是对学生所学知识的综合考验，因此复习备考是至关重要的。
本文将从微波的基本概念、传输线理论、微波器件和微波系统设计等方面，为大家总结一些常见的期末复习题。
一、基本概念1. 什么是微波？微波的频率范围是多少？微波是指频率范围在300MHz至300GHz之间的电磁波。
它是电磁波谱中介于射频波和红外线之间的一部分。
2. 请简述微波的特点和应用。
微波具有高频率、短波长、高传输速率、大带宽、穿透力强等特点。
在通信、雷达、卫星通信、医疗诊断、无线电频率干扰测试等领域有广泛应用。
二、传输线理论1. 什么是传输线？请简述传输线的特点。
传输线是用来传输电信号的导线或导体，由两个或多个导体构成。
传输线具有传输电信号、阻抗匹配、波的反射和传输损耗等特点。
2. 什么是行波方程？请写出传输线的行波方程。
行波方程是描述传输线上电压和电流随时间和位置变化的方程。
传输线的行波方程为：∂^2V/∂z^2 = LC ∂^2V/∂t^2∂^2I/∂z^2 = LC ∂^2I/∂t^2其中，V为电压，I为电流，z为传输线上的位置，t为时间，L为电感，C为电容。
三、微波器件1. 请简述微波管的工作原理和应用。
微波管是一种利用电子束与电磁场相互作用来放大和调制微波信号的器件。
它由阴极、阳极、聚束极和螺旋线等部分组成。
微波管广泛应用于雷达、通信、卫星通信等领域。
2. 什么是微带线？请简述微带线的特点和应用。
微带线是一种将导体带贴在介质基板上的传输线结构。
它具有体积小、重量轻、制作简单、易于集成等特点。
微带线广泛应用于微波集成电路、天线、滤波器等微波器件中。
四、微波系统设计1. 请简述微波天线的原理和分类。
微波天线是将电信号转换为电磁波或将电磁波转换为电信号的装置。
根据天线的方向性，可以将微波天线分为定向天线和非定向天线两类。
微波组件、微波器件生产工艺
微波组件和微波器件的生产工艺非常复杂，涉及到多个步骤和关键技术。
以下是一些常见的生产工艺：
1. 基板/载体大面积接地互连：这是微波组件组装的关键工艺技术之一，它涉及到基板与盒体的大面积接地互连，直接影响微波组件的接地效果。
实现基板大面积接地互连有三种工艺方法：螺钉压紧接地法、钎焊接地法和导电胶接地法。
2. 芯片贴装技术：微波组件使用的微波及控制元器件较多，为了提高组装密度和降低封装损耗，绝大多数微波及控制元器件都以裸芯片形式安装。
实现芯片安装的方法有两种：合金贴装法和粘结剂贴装法。
3. 引线键合互连：这是实现微波组件电气互连的关键工序。
引线键合根据键合机原理不同，分为球键合和楔键合；根据键合条件的不同，可分为热压焊、冷超声、热超声键合。
4. 微深孔加工：这是制造电子微波器件的常用工艺之一，可以制造出精度高、质量稳定的高频微波元件，如滤波器、功分器、耦合器等。
这种工艺可以在硅基、氮化硅、蓝宝石、氧化锆等材料上打孔，孔径一般在0.15mm以内，孔深可达50mm以上。
以上信息仅供参考，如需更多信息，建议咨询专业人士或查阅相关书籍文献。
微波技术基础修订版教学设计
微波技术基础修订版教学设计一、课程背景微波技术是一门独立的学科，其在通信、雷达、导航等领域具有广泛的应用。
本课程旨在让学生从理论认识微波技术到应用实践中掌握该领域的相关知识。
二、教学目标1.掌握微波技术的基本概念、原理、特点及其在通信、雷达、导航等领域中的应用。
2.熟悉微波电路的设计方法和基本系统的组成。
3.深入了解微波射频器件的特性、制作工艺和测试方法。
4.掌握微波天线的基本概念、特点和设计方法。
5.能够独立完成一个简单的微波电路设计和测试实验。
三、教学内容第一讲微波天线和传输线理论基础1.微波信号的基本特性。
2.微波天线的基本理论和特点。
3.传输线的基本理论和应用。
4.实验：基本传输线参数的测试。
第二讲微波导波管和铁氧体元器件1.微波导波管的基本原理和性能。
2.铁氧体元器件的基本结构和特性。
3.微波开关和滤波器的设计和实现。
4.实验：微波导波管和铁氧体元器件的特性测量。
第三讲微波功率放大器和混频器1.微波功率放大器和混频器的基本原理和实现方法。
2.微波功率放大器和混频器的组成和工作原理。
3.微波混频器的设计和实现。
4.实验：微波功率放大器和混频器的特性测量。
第四讲微波射频器件和调制解调技术1.微波射频器件的制作工艺和特性。
2.微波射频调制解调技术的基本原理和应用。
3.实验：微波射频器件的制作和调制解调实验。
四、教学方法本课程采用理论讲授和实验实践相结合的方式，采用小组讨论、课堂互动等教学方法，强调学生的参与和自主学习。
理论讲解中重点讲解微波技术的基本概念、原理和特点；实验部分强调实践能力的培养，学生需按照实验指导书进行实验操作，重点是实验数据的处理和结果分析。
五、考核方式本课程的考核方式采用闭卷笔试和实验报告相结合的方式，笔试占50%的成绩，实验报告占50%的成绩。
六、教材及参考书目1.《微波技术导论》，周立功，电子工业出版社。
2.《微波射频技术基础》，刘秀峰，中国科学技术出版社。
3.《微波通信》，张俊华，中国电力出版社。
微波工程基础第1章
波动方程的形式
波动方程的一般形式为▽²E + ₀²c²²E
= 0，其中E是电场强度，₀是真空中的
电常数，c是光速。
02
03
波动方程的解
对于特定的边界条件和初始条件，可
以通过求解波动方程得到电磁波的传
播特性。
微波的导波系统
导波系统的定义
导波系统是指能够引导电
磁波在其中传播的系统，
微波新器件的研发
总结词
详细描述
新型微纳加工技术的发展，新型微波器件如
的应用领域，提升微波系统的性能。
平面天线、集成电路、微波传感器等不断涌
现。这些新器件具有体积小、重量轻、功耗
低等优点，可广泛应用于通信、雷达、导航
、电子战等领域，提升系统的整体性能。
微波系统的集成化与小型化
微波工程基础第1章
目录
• 引言
• 微波基础知识
• 微波器件与电路
• 微波系统与应用
• 微波工程展望
01
引言
微波的定义与特性
微波是指频率在300MHz到300GHz
之间的电磁波，具有波长短、频率高
的特点。
微波具有穿透性、反射性、吸收性和
散射性等特性，这些特性使得微波在
通信、雷达、加热等领域具有广泛的
微波的传输线理论
传输线的定义
传输线是指用来传输电磁波的媒介，如同轴线、波导
等。
传输线的分类
根据结构和工作原理，传输线可分为均匀传输线和非
均匀传输线。
传输线的等效电路
传输线可以用等效电路来表示，其中电导和电感代表
能量损失，电容和电感代表波动效应。
微波的波动方程
波动方程的定义
微波课件5-微波技术与微波器件-栾秀珍-清华大学出版社
VV12
Z11 I1 Z 21 I1
Z12 I 2 Z22 I 2
V1 V2
Z11 Z21
Z12 I1 Z22 I2
Z11
V1 I1
I2 0
Z22
V2 I2
I1 0
Z12
V1 I2
I1 0
Z21
V2 I1
2. 如何将微波系统化为微波网络
不均匀区：与均匀传输线具有 不同边界或不同介质的区域。
微波系统化为微波网络的基本步骤： (1)选定微波系统与外界相连接的参考面，它应是单模均 匀传输的横截面(在远区) 。 (2) 参考面以内的不均匀区等效为微波网络。 (3) 参考面以外的单模均匀传输线等效为平行双线。
5．3．1 网络参考面
网络参考面位置的选择原则： (1)参考面必须是微波传输线的横截面，因为这样参考面上 的场为横向场，从而参考面上的等效电压、等效电流才有 确切意义。
网络参考面位置的选择原则：
(1)参考面必须是微波传输线的横截面，因为这样参考面上 的场为横向场，从而参考面上的等效电压、等效电流才有 确切意义。 (2)对于单模传输线，参考面通常应选择在高次模可忽略的 远离不均匀性的远区。 (3)除了上述限制外，参考面位置的选择是任意的，可根据 解决问题的方便而定。
E H ds 1
S
2
S
(E
T
H
T
)
ds
ET = iEx + jEy，
HT = iHx + jHy
ET = eE + eE ， HT = eH + eH
平行双线传输线中传输线的复功率 P 1 VI* 2
P 1 2
E H ds 1
S
天线和微波技术中的微波器件介绍
天线和微波技术中的微波器件介绍微波器件是天线和微波技术中不可或缺的组成部分，它们在无线通信、雷达系统、卫星通信等领域发挥着重要的作用。
本文将介绍几种常见的微波器件，包括衰减器、耦合器、滤波器和功分器，并对它们的工作原理和应用进行详细介绍。
一、衰减器衰减器是微波器件中常用的被动器件之一，其主要作用是将微波信号的功率进行衰减，以满足系统对信号功率的要求。
衰减器一般分为固定衰减器和可调衰减器两种类型。
固定衰减器的衰减量在设计时就被固定下来，一般使用电阻、衰减元件等来实现。
可调衰减器则可以通过改变其内部的电阻、电容或电感等参数来实现对衰减量的调节。
衰减器广泛应用于微波通信系统中，用于调节信号的功率水平，确保信号的传输质量。
二、耦合器耦合器是微波器件中常用的被动器件之一，它常用于将一个信号分为两个或多个信号，或者将两个或多个信号合并成一个信号。
耦合器通常通过电磁场的作用实现信号的分合。
常见的耦合器包括定向耦合器、隔离器和反射器。
定向耦合器能够将信号的一部分从一个端口耦合到另一个端口，隔离器则能够将输入端口和输出端口之间的信号分离，反射器则能够使信号在一个输入端口和多个输出端口之间反射。
耦合器在无线通信、雷达系统和卫星通信等领域广泛应用，用于信号的分配、合并和分离等操作。
三、滤波器滤波器是微波系统中常见的一类器件，它用于对特定频率的信号进行选择性地透过或阻断，从而实现对信号频率的过滤。
滤波器一般分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
低通滤波器允许低于一定截止频率的信号通过，而高通滤波器则允许高于一定截止频率的信号通过。
带通滤波器则允许某一特定频率范围内的信号通过，而带阻滤波器则将某一特定频率范围内的信号阻断。
滤波器广泛应用于无线通信系统中，用于去除干扰信号、选择特定信号等。
四、功分器功分器又称功率分配器，是微波系统中常见的一类器件，它用于将一个输入信号按照一定的功率分配比例分配到多个输出端口上。
微波器件简介
滤波器抽头模型（阀门）
抽头为带通滤波器的馈 电装置。其结构关系到馈电 强度，以及与外部接口的匹 配，不同带宽，不同种类的滤
波器所用到的抽头是不一样的。 总的来讲有两种形式： 电耦合：通过电流或者电场 来进行耦合。 磁耦合：通过磁场进行耦合， 也称感性耦合。
a
b
对于同轴谐振器带通滤 波器，必须将输入/输出端的 抽头都设计到位，才能保证 通带驻波较小。不合理的抽 头设计，会导致输入能量较 多被反射，S11较大，驻波 调不下来，通带插损增大。
TMA简介ຫໍສະໝຸດ TMA技术产生的背景TMA的组成-单塔放
TMA-双塔放
TMA产品附件
TMA产品附件
目 录
一：微波无源器件 1.滤波器介绍（重点讲带通滤波器） 2.双工器介绍 3.耦合器介绍 4.功分器介绍 二：塔顶放大器（TMA）
滤波器
滤波器用途与分类
最普通的滤波器具有下图所示的低通、高通、带通、带阻衰减特性。
(
四种普通滤波器的特性曲线 可以从不同角度对滤波器进行分类： (a)按功能分，有低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器， 带阻滤波器，可调滤波器。 (b)按滤波器的组成元件分，有集总参数滤波器，分布参数 滤波器，无源滤波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面 波滤波器，等等。
波导耦合器
成熟设计 功率容量大 损耗小 生产制造简单 适用频率高 用于波导系统 常作为独立器件使用
功分器
功分器是功率分配器的简称，它是一种将一路输入信号能量 分成两路或多路相等或不相等能量的器件，也可反过来将多 路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。功分器的 输出端口之间应保证一定的隔离度。 功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔 离电阻的搭配，具有很宽的频带特性。 参数说明： 插入损耗：器件直通（s21/s12)损耗，其计算公式为所有路 插入损耗 数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损 耗减去理想的分配损耗. 隔离度： 当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减 隔离度 量。 幅度平衡： 幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。 相位平衡：指频带内所有输出端口之间相对于输入端口相移 相位平衡 量起伏程度。
微波技术基础-概述(1)
微波器件——谐振器、功分器、 耦合器等 微波基础理论 传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配 波导理论(矩形波导、圆波导、同轴线) 器件原理(谐振腔、功分器、耦合器等)
北京邮电大学——《微波技术基础》
31
学习内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端 接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹 配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；(第2、5章) 微波传输线、波导理论，矩形、圆柱形波导中的传输特 性和模式理论，单模传输条件，为“光纤通信”类课程 做基础理论准备； (第3章) 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； (第4章) 微波基本元器件（微波谐振器、微波无源器件和微波滤 波器）的分析及其基本工作原理，以及在通信设备中的 应用，为“无线通信”类课程作准备。 (第6、7章)
合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料
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
从频谱认识微波
我国移动通信所用频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
29
学习本课程的作用与意义
北京邮电大学——《微波技术基础》
30
学习什么内容？
围绕信号、功率的传输，学习微波 在器件中传输的基本分析方法，学 习微波器件的基本原理 微波传输——传输线、波导
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现出 来吗?未必。它的表现与观察者及环境有关。地球是一 个圆球(严格地说是似椭圆球)。但直至麦哲伦发现新 大陆才算最后解决，因为人与地球上的尺寸比太微小 了。现在，宇航员在太空中能够清晰地看到地球是圆 形。 同样，波动性是客观存在的。但是，观察波动性却 与主观性、仪器、尺寸、时间等有关。
北京邮电大学——《微波技术基础》
微波器件的作用及应用介绍
微波器件的作用及应用介绍
一、微波器件简介工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件，称为微波器件。
微波器件是工作在微波波段的一系列相关器件的统称。
如连接元件、终端元件、匹配元件、衰减与相移元件、分路元件、滤波元件等。
通过电路设计，可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路，微波期间和微波电路共同构成了微波系统。
二、微波器件的分类微波器件按结构可分为：波导型、同轴线型、微带线型
按工作波形分为：单模器件、多模器件
按网络端口可分为：一端口网络、二端口网络、三端口网络、四端口网络。
三、微波器件的作用1．终端负载元件：为一端口互易元件，主要包括短路负载、匹配负载和失配负载
1）短路负载，要求：
（1）保证接触处的损耗小，
（2）当活塞移动时，接触损耗变化小；
（3）大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。
可用作调配器，纯电抗元件
结构方式：接触式、扼流式（金属片）
2）匹配负载
全部吸收输入功率的元件主要技术指标：工作频率f、输入驻波比、功率容量。
作为匹配标准、等效天线、吸收负载等。
3）失配负载
作为标准失配负载。
吸收一部分功率，反射一部分功率。
2.微波连接元件：二端口互易元件。
主要包括：波导接头、衰减器、相移器、转换接头。
作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。
无耗互易二端口网络的基本性质：。
微波技术总结知识点
微波技术总结知识点微波技术的基本原理微波是电磁波的一种，波长短于毫米级的电磁波称为微波。
微波技术利用微波进行通信和处理信号，主要包括微波通信技术、微波信号处理技术以及微波器件技术。
微波通信技术是指利用微波进行通信的技术，通常采用微波天线和微波谐振器等设备来传送和接收信号。
微波通信技术在军事和民用领域都有着广泛的应用，可以实现远距离、高速率和大容量的数据传输。
微波信号处理技术是指利用微波对信号进行处理的技术，包括微波滤波器、微波放大器、微波混频器等器件。
这些器件可以对信号进行放大、滤波、混频等操作，以满足不同的通信需求。
微波器件技术是指用于处理微波信号的器件技术，主要包括微波天线、微波电路、微波集成电路等。
这些器件可以完成微波信号的发送、接收和处理，是微波技术的重要组成部分。
微波技术的应用领域微波技术已经广泛应用于通信、雷达、医疗、无线电视、卫星通信等领域，使得这些领域的设备更加高效、精密和方便。
下面将分别介绍微波技术在这些领域的应用。
在通信领域，微波技术主要应用于微波通信系统、微波网络和微波设备中。
微波通信系统利用微波进行信号传输，可以实现高速率和大容量的数据传输，适用于长距离通信。
微波网络是指采用微波进行连接的通信网络，可以覆盖大范围的区域，适用于城市和农村的通信需求。
微波设备包括微波发射器、微波接收器和微波天线等设备，可以实现对微波信号的发送、接收和处理。
在雷达领域，微波技术主要应用于雷达系统、雷达信号处理和雷达器件中。
雷达系统利用微波进行目标检测和跟踪，可以实现对目标的远程监测和控制。
雷达信号处理是指对雷达信号进行处理和分析，以获得目标的位置、速度等信息，是雷达系统中的重要环节。
雷达器件包括雷达天线、雷达电路和雷达传感器等器件，可以实现对雷达信号的发送、接收和处理。
在医疗领域，微波技术主要应用于医疗设备、医疗通信和医疗图像处理中。
医疗设备利用微波进行医疗诊断和治疗，可以实现对人体的无损检测和治疗。
微波技术微波技术第五章(1)
当GA、GB 都远小于1 时，在A-A’处的总反射系数可近似为
令q = l，得
j 2l0
G = G = GA GBe 4 G = GA GBe j2q = GA (1+e j2q )
= GAe jq (e jq e jq ) = 2GAe jq cos q
(3-158)
以保证接头处 (如图示1、2之间) 有良好的电接触。扼流接头安装方
便、功率容量大；但频带较窄。
扼流接头
平接头
2. 拐角、弯曲与扭转元件
改变电磁波的传输方向用拐角、弯曲元件；改变电磁波的极化
方向而不改变其传输方向用扭转元件。要求r 小、频带宽、功率容 量大。为使反射最小, 拐角和扭转段长度l =(2n+1)lg/4。E面弯波
Γ = Z Z0 Z Z0
1
r=
1
Γ Γ
=
Z
e
Z
=
b
a
b
Z0 b0
Z0 = b0 Zb
(Z Z0) (Z Z0)
(5 5) ( 5 – 6)
第二节 二端口元件
无耗二端口网络的基本性质（已在课件第四章(1) 讲解）
一、连接元件 连接元件的作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。 要求接触损耗小, 驻波比小, 功率容量大, 工作频带宽。 这里只介绍单纯起连接作用的接头、拐角、弯曲和扭转元件。
Rmax Z0 Rmax Z0
B-B’处的局部反射系数为
GB
=
Rmax Rmax
Z01 Z01
=
Rmax Rmax
微波技术的理论与应用案例分析
微波技术的理论与应用案例分析微波技术是一种近年来快速发展的新兴技术，在物联网、5G 通信、雷达探测等领域具有广泛应用。
本文将对微波技术的理论及其应用案例进行深入分析。
一、微波技术的基本理论微波技术的基本理论包括电磁波理论、微波器件及电路理论、微波传输线理论等。
其中，电磁波理论是微波技术的核心理论，它揭示了电磁波在空间中传播的规律，包括电磁波的波长、频率和速度等。
微波器件及电路理论是微波技术的基础，它主要研究微波器件的设计及其电路的布局，如微波管、微波晶体管、微波集成电路等。
此外，微波传输线理论研究了在微波频段内的电磁场等效电路模型、传输线参数的计算、阻抗匹配等关键技术。
这些基本理论的掌握对于微波技术的应用具有重要意义。
二、微波技术在雷达探测中的应用雷达探测是微波技术的一个典型应用领域，由于微波具有穿透性强、抗干扰能力好等特点，所以在雷达探测中具有广泛的应用。
雷达探测主要包括气象雷达、海洋雷达、地球观测雷达等。
气象雷达主要用于对大气中云和降水的探测，其工作频率通常为S波段（2~4GHz）。
海洋雷达主要用于对海洋水面的探测，其工作频率通常为X波段（8~12GHz）。
而地球观测雷达主要用于对地球表面的探测，如地质勘探、环境监测等，其工作频率通常为Ku波段（12~18GHz）。
三、微波技术在通信中的应用微波技术在通信中的应用也十分广泛。
在移动通信方面，5G通信正式商用，它采用的是28GHz和60GHz等超高频微波信号，具有更高的传输速率和更低的延迟，可以实现更加高效的数据传输，为智能制造、智慧城市等领域的发展提供了新的动力。
在卫星通信方面，微波通信技术也得到广泛应用，如卫星通信、导航系统、卫星地球传感器等。
它具有信号传输距离远、抗干扰性好等特点，能够满足遥感数据传输、卫星导航等需要。
此外，在军事通信等领域也有着重要的应用。
四、微波技术在应急救援中的应用微波技术在应急救援中的应用也十分重要。
在自然灾害和突发事件中，微波技术可以通过无线通信、遥感探测等方式实现快速救援和灾后评估。
微波传输特性的基础知识
微波传输特性的基础知识“微波”通常是指波长在m 1—mm 1的电磁波，对应的频率范围为：MHz300—GHz 300，它介于无线电波和红外线之间，又可分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波。
微波与低频电磁波一样，具有电磁波的一切特性，但由于微波的波长较短、频率高因此又具有许多独特的性质，主要表现在：1、 描述方法：由于电磁波的波长极短，与使用的元件和设备的尺寸可以相比拟，在低频段由于能量集中其传播性质用“路”的概念来描述，使用的元件称为集中参数元件（电阻、电容、电感等）；而微波的传播应利用“场”的概念来处理，使用的元件为分布参数元件（波导管、谐振腔等）。
因此低频电路的电流、电压、电阻等不再适用，而是采用等效方法处理；微波测量则以功率、波长、阻抗取代了电流、电压、电阻等。
2 、产生方法：微波的周期在910-—s 1210-与电子管内电子的渡越时间（约为s 910-）相近，因此微波的产生和放大不能再使用普通的电子器件，取而代之的是结构和原理完全不同的微电子元件——速调管、磁控管、行波管及微波固态器件。
3、 光似性：由于微波介于无线电波和红外线之间，因此不仅具有无线电波的性质同时具有光波的性质：以光速直线传播、反射、折射、干涉、衍射等。
4、 能量强：由于微波的频率高，故可用频带宽、信息容量大，且能穿透大气层因此可广泛用于卫星通讯、卫星广播电视、宇宙通讯和射天天文学的研究。
由于微波的这些特性，使微波在通信、雷达、导航、遥感、天文、气象、工业、农业、医疗、以及医学等方面得到广泛应用。
一、 微波元件简介1. 固态振荡器（固态信号源）微波振荡器（信号源）是产生微波信号的装置，常见的有磁控管振荡器、速调管振荡器和固态振荡器几种。
磁控管振荡器功率大体积大，常用来提供大功率信号；速调管振荡器结构简单、使用方便，但效率低一般只有0.5%—2.5%，输出功率小一般在，因此比较适合实验室使用。
固态振荡器则是一种较新型的信号源，可分为微波晶体管振荡器、体效应管振荡器、雪崩二极管振荡器等。
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耦合比例
1/3 1/4 1/5 1/10 1/32 1/100 1/1000
耦合度
-5dB -6dB -7dB -10dB -15dB -20dB -30dB
直通损耗
-1.65dB -1.25dB -0.97dB -0.46dB -0.14dB -0.044dB -0.0043dB
微波基础
工作频带：满足指标要求的工作频率范围。 工作频带 耦合度：耦合端输出信号与输入信号功率的比值，是衡量耦合大 耦合度 小及区分耦合器规格的参数，可按照需要提出不同的耦合度指标， 通常以分贝（dB）表示。
微波基础
圆波导：
圆波导是横截面为圆形的空心金属管，如图所示，其尺寸半径为R。
由于圆波导具有损耗较小和双 极化的特性，所以常用作天线 馈线和微波谐振腔，也可作较 远距离的传输线。 圆波导具有轴对称性，故宜采 用圆柱坐标来分析。
微波基础
同轴线：是一种双导体传输线，
如图所示。同轴线按结构可分为两种： 硬同轴线和同轴电缆。硬同轴线内外 导体之间媒质通常为空气，内导体用 高频介质垫圈支撑。同轴电缆的内外 导体之间填充高频介质，内导体由单 根或多根导线组成，外导体由铜线编 织而成，外面再包一层软塑料等介质。
微波基础
滤波器(filter)：
滤波器是允许某一部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号则受 到较大的抑制，实质上是一个选频电路。
微波基础
衰减器：(attenuator) 在相当宽的频段范围内一种相移为零、其 衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的 四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。 微波衰减器按照接口形式可分为同轴衰减器，微带衰减器和波 导衰减器。按照衰减量的型式又可分为衰减值固定的固定衰减 器以及衰减量范围可调的可调衰减器。
能穿透生物体，为微波生物医学打下基础
微波基础
非电离性
量子能量不够大，不能改变分子内部结构， 分子、原子和原子核呈现出谐振现象。
可以探索物质内部结构
可以研制适用于微波波段的器件
微波基础
热效应
微波电磁能量传送到有耗物体内部，会使物 体分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热
可以进行微波加热，用于粮食、茶叶、卷烟、木 材、皮革等各种行业 热效率高、热透深度大（约4cm）、加热均 匀（里外一起热）、加热迅速
微波基础
耦合器：从主干通道中提取出部分 信号的器件。按耦合度大小分为5、 10、15、20…. dB不同规格；从基 站提取信号可用大功率耦合器 （300W），其耦合度可从 30~65dB中选用；同轴耦合器的接 头多采用N头。 其他耦合器还有波导耦合器，微带 耦合器等。
定向耦合器
5dB耦合器 5dB耦合器 6dB耦合器 6dB耦合器 7dB耦合器 7dB耦合器 10dB耦合器 10dB耦合器 15dB耦合器 15dB耦合器 20dB耦合器 20dB耦合器 30dB耦合器 30dB耦合器
微波基础
其他应用：
军事应用：目标检 测、监 视、目标确 认、绘图等
环境应用：沙子潮湿的测量、 海洋表面的风速、洪水绘图、 大气层温度的轮廓、雪层/冰 层的测绘等
天文学应用：行星绘图、银河 星系射电噪声目标的测绘、太 阳辐射测绘、宇宙黑体辐射的 测量
微波基础
适用范围及发展：
微波的发展还表现在应用范围的扩大。微波的最重要应用是雷达和通 信。雷达不仅用于国防，同时也用于导航、气象测量、大地测量、工业检 测和交通管理等面。通信应用主要是现代的卫星通信和常规的中继通信。 射电望远镜、微波加速器等对于物理学、天文学等的研究具有重要意义。 毫米波微波技术对控制热核反应的等离子体测量提供了有效的方法。微波 遥感已成为研究天体、气象和大地测量、资源勘探等的重要手段。微波在 工业生产、农业科学等方面的研究，以及微波在生物学、医学等方面的研 究和发展已越来越受到重视。
二、插入损耗(Insertion Loss)： 插损：在传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率 的损耗，它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插 入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。
微波基础
三、驻波比- Voltage Standing Wave Ratio （回波损耗）： 驻波比就是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 驻波比 SWR 的值等于1， 则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全 部发射出去，这是最理想的情况。如果SWR 值大于1， 则表示有一 部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。被反射的电 波在发射台输出口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。
微波基础
插入损耗：系统因定向耦合器的加入而使主线通道增加的损耗。因 插入损耗 为耦合信号越大、直通信号越小，所以不同耦合度定向耦合器的插 入损耗也不同。 耦合平坦度 耦合平坦度：在工作频带内耦合端输出信号电平的起伏大小。输出 平坦度 越平坦性能越好。 电压驻波比（ 电压驻波比（VSWR）：评价输入信号到耦合器各端口时被反射 ） 回来的大小，一般要求小于1.2。 功率容量 功率容量：能承受的最大输入功率，通常为50W－100W。 容量
C（dB）＝10log(P4/P1)
其中：P4为耦合输出功率，P1为输入信号功率。
微波基础
隔离度：隔离度定义为输入信号功率P1与隔离端输出功率P3之比的分贝 隔离度 数。
I（dB)=10log（P1/P3)
方向性：方向性定义为耦合输出功率P4与隔离端输出功率P3之比的分贝 方向性 数。
Hale Waihona Puke D（dB)=10log（P4/P3)
微波基础
常用专业术语：
一、微波常用单位：dB（分贝）
1.dB（分贝）：描述功率传输增益或插损或相对功率电平。若有功率P1(输入)和P2(输出) 定义: N(dB)=10log10(P2/P1) 若N为正，则称P2大于P1NdB 若N为负，则称P2小于P1NDb dB（分贝）：描述电压传输增益或插损或相对电平。若有电压V1(输入)和V2(输出) 定义： GV(dB)=20log10(V2/V1)
微波基础
dBW(分贝瓦)：P1取1W N(dBW)=10log10(P2/1W)
定义
dBm(分贝毫瓦)： P1取1mW=10-3 W， 定义 N(dBm)=10log10(P2/1mW) dBmW(分贝微瓦)： P1取1µW=10-6 W，定义 N(dBmW)=10log10(P2/1µW)
微波基础
微波基础
微波技术的发展和应用：
一、发展方向：
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
微波基础
微波技术的发展和应用：
二、技术应用：
微波应用
雷达 通信 科学研究 生物医学 微波能
微波基础
微波技术的发展和应用：
由于微波频带宽，信息 容量大，因此微波可用 于多路通信。在有线通 方面，利用同轴电缆可 以同时传送机千路和几 路电视信号；在无限通 信方面，利用微波的中 继接力传送电视信号， 利用微波能穿透电离层 的特性，可进行卫星通 信和宇航通信，利用外 层空间三颗互成120° 角的同步卫星，就能实 现全球通信和电视实况 转播。
微波基础
频率高
振荡频率3亿次以上，周期短，10-9~10-12 s
低频电子器件的渡越时间10-8~10-9s
需要考虑完全新颖的微波电子器件
可用频带很宽，在大容量通信场合得到广泛应用， 如卫星通信、多路通信。具有通信容量高、抗干 扰能力强的特性
微波基础
穿透性
在特定波长穿透电离层，可以卫星通信、宇 宙通信、遥感、定位 穿透云、雾、雨、植被、积雪，并对微波有不同 程度的吸收与反射，可以利用厘米波或这毫米波 雷达来观测它们的存在和流动。气象预报 穿透地表，作为探地雷达
微波与光波段比较 光通过雨雾衰减很大，特别是
微波与超短波、短波相比较
雾天兰光、紫光几乎看不见，这
大大扩展了通讯通道，开辟
正是采用红光作警戒的原因。而
了微波通讯和卫星通讯
微波波段穿透力强。
微波基础
微波的传输过程
微波基础
微波与射频的区别： 微波与射频的区别：
射频（RF）是Radio Frequency的缩写。是普通无线技术里常用来发射的 电磁波频率。 从传统定义上，“射频” freq＝[300KHz，30GHz]，再往上面就是微波 的范畴了。 因此对于“射频”，多见的是“路”概念， 到了微波范畴，分布参数 随着频率越高，“场”的概念就变强了！
微波基础
带状线： 带状线 结构如图所示，带状线属
双导体类传输线，传输的主模是TEM 模。 对于带状线的分析可以用传输线理 论来分析。表征带状线的主要特性参 量有传播常数、相速、相波长和特性 阻抗。
微波基础
微带线： 微带线 微带线是一种重要的微波
传输线，其结构如下图所示。它是由 介质基片上的导带和基片下面的接地 板构成。微带线容易实现微带电路的 小型化和集成化，所以微带线在微波 集成电路中获得了广泛的应用。
微波基础与微波器件
上 海 和 旭 微 波 科 技 有 限 公 司
Shanghai Hexu Microwave Technology Co.,Ltd
研 发 部
R&D Department
微波基础
微波的概念：
微波的频率在300MHz-300GHz之间，波长在1米（不含1米）到1毫米之间， 是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电 波频率高，通常也称为“超高频”。
微波基础
微波的特性： 微波的特性：
性
微 波
特性 微波波
微波基础
似光性——微波与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样地传播和集中。
自由空间中以光速沿直线传播 在不同媒质的分界面上要发生反射和折射 如果分界面的线性尺寸不比波长大很多，会 出现干涉和衍射现象 遵守波动基本规律 微波波长和一般物体的线性尺寸相当，可 以采用成熟的几何光学方法来设计各种微 波仪器和设备，比如用透镜或反射面来设 计微波天线 设计器件体积小，波束方向性强