微波技术基础各类导波的特性共32页PPT资料
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微波技术基础导波的分类跟各类导波的特性
2 2 pe e20 ( j )2 Γe ( j ) pe eff ( ) 1 2 2 e0 jΓe ( j )2 Γe ( j ) e20
1.3 实现方法
3. 传输线上加载串联电容和并联电感构成的复合介质
。
z LR z CR
临界（截止）角频率
临界（截止）频率
③ k kc
2
2
2 k 2 kc2 0
j kc2 k 2
Z ( z) Z1ez Z 2ez
这时场的振幅沿z方向呈指数变化而相位不变，它不 再是行波而是衰减场。式中第一项代表沿+z方向衰减的， 第二项代表沿-z方向衰减的场。这种状态称为截止状态或 过截止状态。
kc
2
c 0 2 p g k k k rr rr 这种导行波的相速小于无界媒质中的波速，而波长小于无 界媒质中的波长，这是一种慢波→可用周期结构实现。
2 2 c
0
回旋振荡管
-慢波
特点：发展最早，现在已经比较成熟； 工作频率从厘米波段到亚毫米波段。
3).Ez≠0，Hz ≠ 0的波称为混合波(EH波或HE波)。 这种波可视为TE波和TM波的线性叠加。
TM11
1.Ez=0，Hz≠0的波称为横电波(TE波)或磁波(H波)。 2.Ez≠0，Hz=0的波称为横磁波(TM波)或电波(E波)。 3.Ez≠0，Hz ≠ 0的波称为混合波(EH波或HE波)。 前两种波，TE波和TM波可以独立存在于金属柱面波 导、圆柱介质波导和无限宽的平板介质波导中。
相速：是没有受到任何调制的单频稳态正弦波的波前 ( 等 相位面)在传播方向上推进的速度＝ω/β。 这种“早就开始振荡和传播，并且持续不断的”波，不载 有任何信息。
《微波技术基础》课件
微波具有高频率、短波长、高传输速率、穿透力强等特点。这些特性使得微 波在通信、雷达和射频领域有着广泛的应用。
微波技术的应用领域
பைடு நூலகம்
通信
微波技术在无线通信领域发挥重要作用，包 括移动通信、卫星通信和无线局域网等。
医疗诊断
微波医疗设备可用于乳腺癌检测、皮肤病诊 断等，具有无创、高分辨率的特点。
雷达
微波雷达广泛应用于气象预测、航空导航、 智能交通等领域，实现目标探测与跟踪。
循环器
循环器是一种用于控制信号方向流动的微波器 件，常用于无线通信和雷达系统中。
微波电路的设计原则
1 匹配
保证信号的最大能量传输，减少反射损耗。
2 稳定性
设计电路时考虑温度、供电和尺寸等因素，保持稳定的工作性能。
3 带宽
设计宽带电路以满足不同频率范围的应用需求。
微波技术的未来发展趋势
未来，随着5G通信、物联网和人工智能等技术的快速发展，微波技术将在更 多领域展示出巨大潜力，为人类社会的进步和创新提供支撑。
工业加热
微波加热技术广泛应用于食品加工、材料烧 结等领域，具有快速、节能的特点。
常见的微波器件
波导
波导是一种用于传输和导向微波的金属管道， 常用于通信、雷达等高频电路中。
功分器
功分器用于将一个输入信号分成两个或多个输 出信号，常用于天线阵列和无线通信系统。
微波滤波器
微波滤波器用于选择性地传输或屏蔽特定频率 的信号，常用于通信和雷达系统中。
结论和要点
微波技术是一门重要的学科，应用广泛且前景广阔。深入了解微波技术的基 础知识对于我们掌握相关领域的应用和发展趋势至关重要。
微波技术基础
本PPT课件将带你深入了解微波技术的基础知识，包括微波技术的定义、物 理特性、应用领域、常见器件、电路设计原则以及未来发展趋势。
微波技术的应用领域
பைடு நூலகம்
通信
微波技术在无线通信领域发挥重要作用，包 括移动通信、卫星通信和无线局域网等。
医疗诊断
微波医疗设备可用于乳腺癌检测、皮肤病诊 断等，具有无创、高分辨率的特点。
雷达
微波雷达广泛应用于气象预测、航空导航、 智能交通等领域，实现目标探测与跟踪。
循环器
循环器是一种用于控制信号方向流动的微波器 件，常用于无线通信和雷达系统中。
微波电路的设计原则
1 匹配
保证信号的最大能量传输，减少反射损耗。
2 稳定性
设计电路时考虑温度、供电和尺寸等因素，保持稳定的工作性能。
3 带宽
设计宽带电路以满足不同频率范围的应用需求。
微波技术的未来发展趋势
未来，随着5G通信、物联网和人工智能等技术的快速发展，微波技术将在更 多领域展示出巨大潜力，为人类社会的进步和创新提供支撑。
工业加热
微波加热技术广泛应用于食品加工、材料烧 结等领域，具有快速、节能的特点。
常见的微波器件
波导
波导是一种用于传输和导向微波的金属管道， 常用于通信、雷达等高频电路中。
功分器
功分器用于将一个输入信号分成两个或多个输 出信号，常用于天线阵列和无线通信系统。
微波滤波器
微波滤波器用于选择性地传输或屏蔽特定频率 的信号，常用于通信和雷达系统中。
结论和要点
微波技术是一门重要的学科，应用广泛且前景广阔。深入了解微波技术的基 础知识对于我们掌握相关领域的应用和发展趋势至关重要。
微波技术基础
本PPT课件将带你深入了解微波技术的基础知识，包括微波技术的定义、物 理特性、应用领域、常见器件、电路设计原则以及未来发展趋势。
微波技术基础-TE-TM特性概要
kc2
hezz
0
利用边界条件，求出kc，利用橫场和纵场之间的关系式， 进而可求出导波的其他所有参量。
三TE波、TM波的特性分析
1.4 导波的传输功率、能量及衰减
一 传输功率 二 导波的能量 三 导波的衰减
1.5 模式正交性 1.6 导波系统中截止状态下的场
一传输功率
vg
d d
1
d d
(1.66) (1.67)
三TE波、TM波的特性分析
由式(1.67) 可得TE波、TM波的群速度
vg 1
d d
v
1
fc f
2
v
2
1
c
(1.68)
vp
v
1 fc f 2
传输功率的一般表达式，对各类导波均适用。
一传输功率
一.传输功率
P
1 Re
2
S E H * azdS
1 Re 2
S Et
Ht azdS
(1.78)
et ZTEM ht az
ht YTEMaz et
(1.35)
对TEM波，由(1.78)式并考虑式(1.35)的关系可得
2
m
式中 ， 。合成波为
E E1 E2 2Em cost z e jtz (1.64)
可见合成场为一调幅波，振幅函数是一个慢变化的波，它 叠加在高频载波上形成合成波的幅度包络线(或称为合成 波的波包)。合成波的变化规律如图1.4所示。
az
微波技术基础各类导波的特性
TEM波
2 2 1 1 PTEM Z TEM H t dS YTEM Et dS 2 2 s s 2 2 1 1 Z TEM H 0t dS YTEM E0t dS 2 2 s s
TE、TM波
2 1 PTE Z TE H t dS 2 s 2 1 YTE Et dS 2 s 2 2 1 1 Z TE H 0t dS YTE E0t dS 2 2 s s
S
2
dl (Np/m)
c
TM
Rm
l
2ZTM
S
2 2 H 0t dl Rm E n 0 z dl l ( Np / m) 2 2 H 0t dS 2ZTM kc 2 E0 z dS
S
介质损耗引起的衰减（简称介质衰减）
假定导体是理想的，导波的衰减仅由介质损耗造成。在 这种情况下，因为导体边界仍是理想的，所以介质有耗 并不影响无耗场解的形式，只是将无耗解的介质常数由 实数换成复数:
式中 Z m 为导体表面阻抗， Zm Rm jX m 。这里将进入 导体壁内的波近似为均匀平面波，故波阻抗就等于导体 表面阻抗。上式变为： 1 PL R m n ( H H ) ( n )dS S 2 2 1 Re H dS S 2 2 1 Pl Re H dl l 2 2 Rm H dl Pl l c ( Np / m) 2 2 P 2Z H dS
如果我们研究的波导是一个空金属管那么在波导内壁这个等位面内电场是不能存在的这是静电场问题中一个熟知的现象但是如果在金属管中还有另一导体存在那么因为有了两个电位不等的导电面所以在导电面之间可能存在着电位梯度或电场
微波技术基础课件第三章规则金属波导
仿照TE10模，TEm0模的场结构便是沿b边不变化，沿a边 有m个半驻波分布; 或者说是沿b边不变化，沿a边有m个TE10 模场结构“小巢”。图3.1-2(b)表示TE20模的场结构。
第3章 规则金属波导
(2) TE01模与TE0n模的场结构TE01模只有Ex、Hy和Hz三个 场分量，其场结构与TE10模的差别只是波的极化面旋转了 90°，即场沿a边不变化，沿b边有半个驻波分布，如图3.1-2 (c)所示。
(3.1-4) (3.1-5)
E0z (x, y) 0, y 0, aTM导波 E0z (x, y) 0, y 0, b
(3.1-6)
第3章 规则金属波导
(1) TE模(TE modes) 其Ez=0，Hz(x,y,z)=H0z(x,y)e-jβz≠0。应用分离变量法，即 令
H0z(x,y)=X(x)Y(y)
(3.1-7)
代入本征值方程，得到
1 X (x)
d 2 X (x) dx2
1 Y ( y)
d 2Y ( y) dy2
k
2 c
0
(3.1-8)
第3章 规则金属波导
此式要成立，每项必须等于常数。定义分离变数为kx和ky，
则得到方程:
d
2X dx
(
2
x)
k
2 x
X
(
x)
0
(3.1-9)
d
2Y ( y) dy2
第3章 规则金属波导
(1) TE10模与TEm0模的场结构 TE10(m=1,n=0)模的场分量由式(3.1-16１)求得为
Ey
ja
H10
sin
x
a
e jz
Hz
ja
第3章 规则金属波导
(2) TE01模与TE0n模的场结构TE01模只有Ex、Hy和Hz三个 场分量，其场结构与TE10模的差别只是波的极化面旋转了 90°，即场沿a边不变化，沿b边有半个驻波分布，如图3.1-2 (c)所示。
(3.1-4) (3.1-5)
E0z (x, y) 0, y 0, aTM导波 E0z (x, y) 0, y 0, b
(3.1-6)
第3章 规则金属波导
(1) TE模(TE modes) 其Ez=0，Hz(x,y,z)=H0z(x,y)e-jβz≠0。应用分离变量法，即 令
H0z(x,y)=X(x)Y(y)
(3.1-7)
代入本征值方程，得到
1 X (x)
d 2 X (x) dx2
1 Y ( y)
d 2Y ( y) dy2
k
2 c
0
(3.1-8)
第3章 规则金属波导
此式要成立，每项必须等于常数。定义分离变数为kx和ky，
则得到方程:
d
2X dx
(
2
x)
k
2 x
X
(
x)
0
(3.1-9)
d
2Y ( y) dy2
第3章 规则金属波导
(1) TE10模与TEm0模的场结构 TE10(m=1,n=0)模的场分量由式(3.1-16１)求得为
Ey
ja
H10
sin
x
a
e jz
Hz
ja
微波技术基础引论PPT课件
1011 109 108 107 106
102
1 101
2021/7/12
3000GHz — 300GHz — 30GHz — 3GHz（3000MHz）— 300MHz
亚毫米波（THz）毫米波 5厘米波
第5页/共35页
分米波
微波:
1 mm to 1 m wavelength. bands: (1 GHz = 109 Hz) •P band: 0.3 - 1 GHz (30 - 100 cm) •L band: 1 - 2 GHz (15 - 30 cm) •S band: 2 - 4 GHz (7.5 - 15 cm) •C band: 4 - 8 GHz (3.8 - 7.5 cm) •X band: 8 - 12.5 GHz (2.4 - 3.8 cm) •Ku band: 12.5 - 18 GHz (1.7 - 2.4 cm) •K band: 18 - 26.5 GHz (1.1 - 1.7 cm) •Ka band: 26.5 - 40 GHz (0.75 - 1.1 cm)
及
Et
j
kc2
[t Ez
Zht H z
zˆ]
(0 形式) 0
Ht
j
kc2
[t H z
Ye zˆ
tEz ]
kc 0
k 2 kc2 2
k
2021/7/12
29
第29页/共35页
k 0 k2 kc2 k 1 (kc / k)2
c
k
又由 t Et jzˆHz t Ht j zˆEz
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30
第30页/共35页
混合波——
kc2 0
导行系统横向为衰减解形式，场被束缚在导行系统表面——表面波。
微波技术基础导波的分类及各类导波的特性共32页文档
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
微波技术基础导波的分类及各 类导波的特性
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
微波技术基础 ppt课件
由此两式消去 H t ：
k2 z2 2 E vt z tE zja vz tH z ⑤
同理，由①、③可得：
k2 z2 2 H vt z tH zja vz tE z ⑥
k2 2 →无界媒质中电磁波的传播常数
★重要结论：规则导行系统中，导波场的横向分量可 由纵向分量完全确定。
再由③出发：
结构—两根平行导线； 缺点—随着信号频率升高，导线电阻损耗增大，不能有效引
导微波。
➢ 微波频段导波系统
米波频段结构—改进型双导线即平行双导体线； 分米波～厘米波频段结构—封闭式双导体导波系统即同轴线； 厘米波～毫米波频段结构—柱面金属波导；
毫米波～亚毫米波频段结构—柱面金属波导、介质波导。
导波系统的主要功能 1）、无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能
× H vjE v
× E vj H v
v H0
v E0
采用广义柱坐标系（u，υ，z），设导波沿z向（轴向）传播， 微分算符▽和电场Ε、磁场Η可以表示成：
E v ( u , v t, z ) a v z E /v t ( z u , v , z ) a r z E z ( u , v , z )
H v ( u , v , z ) H v t ( u , v , z ) a v z H z ( u , v , z )
展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等
两边乘以
jωμ
v
t× H t j
a v zE v z ①
ta v zH za v z H zt j
v E t②
两边作
★重要结论：规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥 姆霍兹方程 。
色散关系式
纵向场分量可以表示成横向坐标r和纵向坐标z的函数，即
《微波及其特点》课件
国家标准
各国政府根据本国情况制定了相 应的微波炉安全标准，如中国的 GB4706.1-1998《家用和类似用 途电器的安全通用要求》。
微波的安全防护措施
01
02
03
防泄漏
选用密封性能好的微波炉 ，使用时保持微波炉门紧 闭，避免微波泄漏。
防辐射
使用微波炉时，保持一定 距离，避免直接接触微波 炉表面，以减少电磁辐射 的影响。
通信
雷达
微波是现代通信的重要手段之一，可以实 现长距离、高速、大容量的数据传输，广 泛应用于卫星通信、移动通信等领域。
微波雷达可以用于目标检测、测距、测速 等方面，具有精度高、抗干扰能力强等优 点。
加热
其他
微波可以用于加热物体，具有快速、均匀 加热的特点，常用于食品加工、材料处理 等领域。
微波还可以应用于科学研究、医疗等领域 ，如微波炉、微波治疗仪等。
《微波及其特点》 ppt课件
目 录
• 微波简介 • 微波的特点 • 微波的产生与传输 • 微波的设备与仪器 • 微波的安全与防护
01
微波简介
微波的定义
微波是指频率在300MHz300GHz之间的电磁波，具有波
长短、频率高的特点。
微波的波长通常在1mm-1m之 间，介于无线电波和红外线之间
。
微波的频率范围非常广泛，根据 不同的分类标准，可以分为不同 的类型，如长波、中波、短波等
在空气中传输时，微波会受到空气中 的水分、氧气和氮气等分子的影响， 导致其传播距离和能量衰减。
在真空中传输时，微波的传播速度最 快，但因为没有介质吸收微波能量， 所以能量衰减非常快。
04
微波的设备与仪器
微波炉
微波炉是一种利用微波能量快速加热食物的家用电器。
各国政府根据本国情况制定了相 应的微波炉安全标准，如中国的 GB4706.1-1998《家用和类似用 途电器的安全通用要求》。
微波的安全防护措施
01
02
03
防泄漏
选用密封性能好的微波炉 ，使用时保持微波炉门紧 闭，避免微波泄漏。
防辐射
使用微波炉时，保持一定 距离，避免直接接触微波 炉表面，以减少电磁辐射 的影响。
通信
雷达
微波是现代通信的重要手段之一，可以实 现长距离、高速、大容量的数据传输，广 泛应用于卫星通信、移动通信等领域。
微波雷达可以用于目标检测、测距、测速 等方面，具有精度高、抗干扰能力强等优 点。
加热
其他
微波可以用于加热物体，具有快速、均匀 加热的特点，常用于食品加工、材料处理 等领域。
微波还可以应用于科学研究、医疗等领域 ，如微波炉、微波治疗仪等。
《微波及其特点》 ppt课件
目 录
• 微波简介 • 微波的特点 • 微波的产生与传输 • 微波的设备与仪器 • 微波的安全与防护
01
微波简介
微波的定义
微波是指频率在300MHz300GHz之间的电磁波，具有波
长短、频率高的特点。
微波的波长通常在1mm-1m之 间，介于无线电波和红外线之间
。
微波的频率范围非常广泛，根据 不同的分类标准，可以分为不同 的类型，如长波、中波、短波等
在空气中传输时，微波会受到空气中 的水分、氧气和氮气等分子的影响， 导致其传播距离和能量衰减。
在真空中传输时，微波的传播速度最 快，但因为没有介质吸收微波能量， 所以能量衰减非常快。
04
微波的设备与仪器
微波炉
微波炉是一种利用微波能量快速加热食物的家用电器。
三、矩形波导管中电磁波的传输特性 微波技术基础 课件 PPT
c
2
1
m
2
n
2
a b
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——三、矩形波导管中电磁波的传输特性
❖ 简并现象：不同波型具有相同截止波长（或截止频率）的现象
简并波型的kc、fc、vg、vp以及g都是相同的 kc
o 一般情况下： ▪ TE0n和TEm0是非简并模（TM最低次模为TM11）
2 m 2 n 2 a b
矩形波导管管壁电流立体分布图
❖ 左右两侧壁的电流 ❖ 只有Jy分量 ❖ 大小相等，方向相同。
❖ 上下宽壁内的电流 ❖由Jz和Jx合成， ❖ 同一位置上下宽壁内的管壁电流大小 相等，方向相反。
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——四、矩形波导管的管壁电流
了解管壁电流的分布情况，对解决某些实际问题有帮助
ax
s
in
2
a
x dxdy
Em2 axb
2ZTE10
a sin 2
0
a
x dx ab
2ZTE10
Em2 ax
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——三、矩形波导管中电磁波的传输特性
▪ 功率容量Pbr：波导能够传输（承受）的最大允许功率（极限功率）
Emax Ey xa / 2 Ebr
a 0.7
b 0.4 ~ 0.5a
▪ 使用的波导已标准化：可根据需要选用
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——
四、矩形波导管的管壁电流
▪ 导行波在金属波导内壁表面上将感应出高频电流，称为管壁电流。
▪ 管壁电流如何分布？
假定内表面是理想导体， ▪ Js表示内表面上的表面电流密度矢量 ▪ H表示内表面处切线方向的磁场强度 ▪ an表示内表面法线方向的单位矢量
2
1
m
2
n
2
a b
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——三、矩形波导管中电磁波的传输特性
❖ 简并现象：不同波型具有相同截止波长（或截止频率）的现象
简并波型的kc、fc、vg、vp以及g都是相同的 kc
o 一般情况下： ▪ TE0n和TEm0是非简并模（TM最低次模为TM11）
2 m 2 n 2 a b
矩形波导管管壁电流立体分布图
❖ 左右两侧壁的电流 ❖ 只有Jy分量 ❖ 大小相等，方向相同。
❖ 上下宽壁内的电流 ❖由Jz和Jx合成， ❖ 同一位置上下宽壁内的管壁电流大小 相等，方向相反。
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——四、矩形波导管的管壁电流
了解管壁电流的分布情况，对解决某些实际问题有帮助
ax
s
in
2
a
x dxdy
Em2 axb
2ZTE10
a sin 2
0
a
x dx ab
2ZTE10
Em2 ax
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——三、矩形波导管中电磁波的传输特性
▪ 功率容量Pbr：波导能够传输（承受）的最大允许功率（极限功率）
Emax Ey xa / 2 Ebr
a 0.7
b 0.4 ~ 0.5a
▪ 使用的波导已标准化：可根据需要选用
§2-3 矩形波导管中电磁波的传输特性——
四、矩形波导管的管壁电流
▪ 导行波在金属波导内壁表面上将感应出高频电流，称为管壁电流。
▪ 管壁电流如何分布？
假定内表面是理想导体， ▪ Js表示内表面上的表面电流密度矢量 ▪ H表示内表面处切线方向的磁场强度 ▪ an表示内表面法线方向的单位矢量
微波特点及其应用精品PPT课件
微波特点及应用
微波的基本概念
电磁波谱中介于无线电波与红外线之间的波段。 属于无线电波中波长最短即频率最高的波段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 通常：波长1米～1毫米，频率300MHz ～300GHz。
(中国:1米-1毫米,美国:30厘米-0.3毫米) 分为：米波、厘米波和毫米波。 有时用一些特定字母来代表微波中的某一波段。
GPS 简介
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从历时20年，耗资 200亿美元于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能 力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天 候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地 应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、 工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻 的技术革命。
微波的特点与应用
（c）穿透电离层（电离层距地高约 84km）；
视距传播传输距离依赖于天线高度
– 长波：沿地球弯曲表面传播（地波） – 中波过渡到短波，地波衰减增大 – 短波：60-300公里电离层的折射（天波） – 超短波和微波：视距直线传播（空间波穿透电离层）
限制作用范围到所需区域，减少干扰 中继通信、卫星通信、天文观测、深空探测
主要应用领域
（a）雷达：军用、民用（防撞、测速、气象）
（b）电子战( EW )：侦察、欺骗、干扰、摧毁 （c）无线通信：卫星通信与导航、微波中继通信 （d）微波能： 和平利用……
§1.3 微波的应用
军事应用：
雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、测量、预警 通讯点对点（保密） 电子对抗干扰和抗干扰 微波武器微波炮、微波弹、微波武器平台(集雷达 侦察与火控制导、超强干扰和定向能攻击于一体的多 功能电子对抗平台)
微波的基本概念
电磁波谱中介于无线电波与红外线之间的波段。 属于无线电波中波长最短即频率最高的波段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 通常：波长1米～1毫米，频率300MHz ～300GHz。
(中国:1米-1毫米,美国:30厘米-0.3毫米) 分为：米波、厘米波和毫米波。 有时用一些特定字母来代表微波中的某一波段。
GPS 简介
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从历时20年，耗资 200亿美元于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能 力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天 候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地 应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、 工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻 的技术革命。
微波的特点与应用
（c）穿透电离层（电离层距地高约 84km）；
视距传播传输距离依赖于天线高度
– 长波：沿地球弯曲表面传播（地波） – 中波过渡到短波，地波衰减增大 – 短波：60-300公里电离层的折射（天波） – 超短波和微波：视距直线传播（空间波穿透电离层）
限制作用范围到所需区域，减少干扰 中继通信、卫星通信、天文观测、深空探测
主要应用领域
（a）雷达：军用、民用（防撞、测速、气象）
（b）电子战( EW )：侦察、欺骗、干扰、摧毁 （c）无线通信：卫星通信与导航、微波中继通信 （d）微波能： 和平利用……
§1.3 微波的应用
军事应用：
雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、测量、预警 通讯点对点（保密） 电子对抗干扰和抗干扰 微波武器微波炮、微波弹、微波武器平台(集雷达 侦察与火控制导、超强干扰和定向能攻击于一体的多 功能电子对抗平台)
《微波知识培训》课件
详细描述
微波滤波器通常采用电抗元件和传输线结构，根据不同的设 计要求，可实现带通、带阻和陷波等不同的频率响应特性。
微波混频器
总结词
微波混频器是用于将两个不同频率的 信号转换为另一个频率的电子器件， 其工作原理是通过非线性效应将两个 信号相互调制。
详细描述
微波混频器通常采用固态电子器件， 如晶体管或场效应管，通过将两个不 同频率的信号输入到混频器中，实现 频率的变换和信号的解调。
微波的应用领域
总结词
微波的应用领域非常广泛，包括通信、 雷达、导航、加热、医学诊断和治疗等 。
VS
详细描述
在通信领域，微波用于无线通信、卫星通 信和光纤通信等领域，是现代通信的重要 手段之一。在雷达和导航领域，微波用于 目标检测、定位和导航等。在加热领域， 微波用于微波炉、物料干燥、物料熔化和 化学反应等领域。在医学领域，微波用于 医学成像、肿瘤治疗和疼痛缓解等。
微波振荡器
总结词
微波振荡器是产生微波信号的电子器 件，其工作原理是将直流电能转换为 微波能量。
详细描述
微波振荡器利用非线性效应，如谐波 产生、调频或反馈放大，在微波频段 产生振荡信号。常见的微波振荡器有 晶体振荡器和负阻振荡器等。
微波放大器
总结词
微波放大器是用于放大微波信号的电子器件，其工作原理是通过增加信号的幅度 来提高信号的功率。
详细描述
微波放大器通常采用固态电子器件，如晶体管或场效应管，利用其放大功能对微 波信号进行放大。根据工作频段和用途，微波放大器可分为低噪声放大器、功率 放大器和中频放大器等。
微波滤波器
总结词
微波滤波器是用于选择特定频率信号的电子器件，其工作原 理是通过设计特定的频率响应来选择性地传输或抑制特定频 率的信号。
微波滤波器通常采用电抗元件和传输线结构，根据不同的设 计要求，可实现带通、带阻和陷波等不同的频率响应特性。
微波混频器
总结词
微波混频器是用于将两个不同频率的 信号转换为另一个频率的电子器件， 其工作原理是通过非线性效应将两个 信号相互调制。
详细描述
微波混频器通常采用固态电子器件， 如晶体管或场效应管，通过将两个不 同频率的信号输入到混频器中，实现 频率的变换和信号的解调。
微波的应用领域
总结词
微波的应用领域非常广泛，包括通信、 雷达、导航、加热、医学诊断和治疗等 。
VS
详细描述
在通信领域，微波用于无线通信、卫星通 信和光纤通信等领域，是现代通信的重要 手段之一。在雷达和导航领域，微波用于 目标检测、定位和导航等。在加热领域， 微波用于微波炉、物料干燥、物料熔化和 化学反应等领域。在医学领域，微波用于 医学成像、肿瘤治疗和疼痛缓解等。
微波振荡器
总结词
微波振荡器是产生微波信号的电子器 件，其工作原理是将直流电能转换为 微波能量。
详细描述
微波振荡器利用非线性效应，如谐波 产生、调频或反馈放大，在微波频段 产生振荡信号。常见的微波振荡器有 晶体振荡器和负阻振荡器等。
微波放大器
总结词
微波放大器是用于放大微波信号的电子器件，其工作原理是通过增加信号的幅度 来提高信号的功率。
详细描述
微波放大器通常采用固态电子器件，如晶体管或场效应管，利用其放大功能对微 波信号进行放大。根据工作频段和用途，微波放大器可分为低噪声放大器、功率 放大器和中频放大器等。
微波滤波器
总结词
微波滤波器是用于选择特定频率信号的电子器件，其工作原 理是通过设计特定的频率响应来选择性地传输或抑制特定频 率的信号。
微波技术基础导波的分类及各类导波的特性课件PPT学习
三TE波、TM波的特性分析
记一下
相对论：宇宙间任何物体的运动速度，任何信号或能量的 传播速度不可能超过光速。
相速：是没有受到任何调制的单频稳态正弦波的波前(等 相位面)在传播方向上推进的速度＝ω/β。
这种“早就开始振荡和传播，并且持续不断的”波，不载 有任何信息。
群速：波包中心行进的速度＝dω/dβ，代表能量或信号的
jk
0,
k 2
此式表明导波中TEM波的传播常数与无界均匀媒电磁波的
传播常数相同。
➢再由
ZTEM
j
j
ZTEM
k
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➢波的相位速度vp定义为波的等相位面向前移动的速度
p
dz dt
k
1
波的相速与频率无关，这种特性为无色散（波的速度随 频率变化而变化的现象称为色散），TEM波为无色散波。
t2u,v 0
于是求解TEM波的场就是求满足边界条件的拉普拉斯方程的解
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谢谢观看！
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( j)2 ( j)2
Γm
(
j
)
2 pm
Γ
m
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j
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2 m0
eff
()
1
2
2 pe
2 e0
2 e0
jΓe
( j)2 ( j)2
Γe
(
j
)
2 pe
Γe
(
j
)
2 e0
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1.3 实现方法
3. 传输线上加载串联电容和并联电感构成的复合介质
。
LR z
CR z
。
z
纯右手材料
微波技术基础课PPT资料【优质版】
２００１ 年用“棱镜实验”演示电磁波斜入射到左手材料和常规介质的分界面时，折 射波与入射波处于分界面法线的同侧，揭示出材料具有负折射特性，证明了左手材料 的存在。
应用：隐身衣
磁化强度微扰外恒磁场 的进动方程为 忽略阻尼作用时，磁矩的 称动量矩） 和一个磁矩 （又称玻尔磁子），它们的 动受到阻尼，此时进动方程改写为： 表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、 分为右旋和左旋圆极化波，因此，只要恒定磁场方向不 同，即极化面发生了旋转。 铁氧体的相对介电常数在10～20之间,εr较大; 1、电磁带隙结构（EBG） 将系统沿一定方向移动一个距离，若移动后的系统与原系统重合，则称该系统在该方向上具有平移对称性。 （回顾）规则导行系统或均匀导行系统（前面章节介绍的）：电磁波传输方向（设为z 方向）满足连续平移对称性，系统的横截面形状 、尺寸和材料沿z 不变，即边界条件沿z 方向是均匀的。 由于电子有自旋运动，外加转矩的作用使 围绕着 表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、
周期结构的应用
3、左手材料
是人工合成的特殊材料或媒质，呈现出自然界中的材料不易 或不能实现的某些特殊属性。具体来说，它是能够同时呈现 出负介电常数和负磁导率的材料，即所谓“双负媒质” ， 又称超材料。这种“双负”特性造成了很多独特的、具有与 自然界中的右手材料不同的物理现象。
Hale Waihona Puke １９６８ 年，Victor Veselago首先从理论上证明了左手材料满足麦克斯韦方程组。
相速度越慢。 由于各次谐波的相速度不同，在传播过程中，各空间谐波
之间的相位关系将会不断发生变化，由它们叠加而成的总 场在传播过程中会发生相位畸变，即波形在不断变化。
色散特性
应用：隐身衣
磁化强度微扰外恒磁场 的进动方程为 忽略阻尼作用时，磁矩的 称动量矩） 和一个磁矩 （又称玻尔磁子），它们的 动受到阻尼，此时进动方程改写为： 表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、 分为右旋和左旋圆极化波，因此，只要恒定磁场方向不 同，即极化面发生了旋转。 铁氧体的相对介电常数在10～20之间,εr较大; 1、电磁带隙结构（EBG） 将系统沿一定方向移动一个距离，若移动后的系统与原系统重合，则称该系统在该方向上具有平移对称性。 （回顾）规则导行系统或均匀导行系统（前面章节介绍的）：电磁波传输方向（设为z 方向）满足连续平移对称性，系统的横截面形状 、尺寸和材料沿z 不变，即边界条件沿z 方向是均匀的。 由于电子有自旋运动，外加转矩的作用使 围绕着 表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、
周期结构的应用
3、左手材料
是人工合成的特殊材料或媒质，呈现出自然界中的材料不易 或不能实现的某些特殊属性。具体来说，它是能够同时呈现 出负介电常数和负磁导率的材料，即所谓“双负媒质” ， 又称超材料。这种“双负”特性造成了很多独特的、具有与 自然界中的右手材料不同的物理现象。
Hale Waihona Puke １９６８ 年，Victor Veselago首先从理论上证明了左手材料满足麦克斯韦方程组。
相速度越慢。 由于各次谐波的相速度不同，在传播过程中，各空间谐波
之间的相位关系将会不断发生变化，由它们叠加而成的总 场在传播过程中会发生相位畸变，即波形在不断变化。
色散特性
精品课件-微波技术基础(廖承恩)-第1章
封闭金属波导使电磁波能量完全限制在金属管内沿轴向传 播，其导行波是横电(TE)波和横磁(TM)波。
开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围(波导内和波 导表面附近)沿轴向传播，其导行波是表面波。
第1章 引论
● 导模(guided mode) 导行波的模式，又称传输模、 正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是: ①在 导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的。这 一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；② 导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具 有唯一的传播常数；③导模之间相互正交，彼此独立，互不耦 合；④具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和模式 而异。
第1章 引论
第1章 引论
从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有不同于 其它波段的如下重要特点:
● 似光性和似声性 微波的波长很短，比地球上一般物 体(如飞机、舰船、汽车、坦克、火箭、导弹、建筑物等)的尺 寸相对要小得多，或在同一量级。这使微波的特点与几何光学 相似，即所谓似光性。因此，使用微波工作，能使电路元件尺 寸减小；使系统更加紧凑；可以设计制成体积小、波束很窄、 方向性很强、增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间 各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离， 分析目标的特征。
第1章 引论
第1章 引 论
1.1 微波及其特点 1.2 微波的应用 1.3 本书的内容框图 1.4 导行波及其一般传输特性 本章提要 习题
第1章 引论
1.1 微波及其特点 就现代微波理论和技术的研究和发展而论，微波 (microwave)是指频率从300 MHz至3 000 GHz范围内的电磁波， 其相应的波长从1 m至0.1 mm。这段电磁频谱包括分米波(频率 从300 MHz至3 000 MHz)、厘米波(频率从3 GHz至30 GHz)、 毫米波(频率从30 GHz至300 GHz)和亚毫米波(频率从300 GHz 至3 000 GHz)四个波段。 在雷达、通信及常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示 微波的分波段。表1.1- 1(a)、(b)分别示出常用微波分波段代 号和家用电器的频段。
开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围(波导内和波 导表面附近)沿轴向传播，其导行波是表面波。
第1章 引论
● 导模(guided mode) 导行波的模式，又称传输模、 正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是: ①在 导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的。这 一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；② 导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具 有唯一的传播常数；③导模之间相互正交，彼此独立，互不耦 合；④具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和模式 而异。
第1章 引论
第1章 引论
从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有不同于 其它波段的如下重要特点:
● 似光性和似声性 微波的波长很短，比地球上一般物 体(如飞机、舰船、汽车、坦克、火箭、导弹、建筑物等)的尺 寸相对要小得多，或在同一量级。这使微波的特点与几何光学 相似，即所谓似光性。因此，使用微波工作，能使电路元件尺 寸减小；使系统更加紧凑；可以设计制成体积小、波束很窄、 方向性很强、增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间 各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离， 分析目标的特征。
第1章 引论
第1章 引 论
1.1 微波及其特点 1.2 微波的应用 1.3 本书的内容框图 1.4 导行波及其一般传输特性 本章提要 习题
第1章 引论
1.1 微波及其特点 就现代微波理论和技术的研究和发展而论，微波 (microwave)是指频率从300 MHz至3 000 GHz范围内的电磁波， 其相应的波长从1 m至0.1 mm。这段电磁频谱包括分米波(频率 从300 MHz至3 000 MHz)、厘米波(频率从3 GHz至30 GHz)、 毫米波(频率从30 GHz至300 GHz)和亚毫米波(频率从300 GHz 至3 000 GHz)四个波段。 在雷达、通信及常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示 微波的分波段。表1.1- 1(a)、(b)分别示出常用微波分波段代 号和家用电器的频段。
chap134导波场分析2分类导波特性-PPT课件
(a) (b) 平行双线的横截面及电磁场分布
1.1 导波和导波系统
－同轴线
图(b)给出的传输线叫做同轴线。它是封闭式双导体导波系统即 同轴线。同轴线是由内、外导体构成的，它对电磁波能量具有屏蔽、 约束的作用，因此可以避免辐射损耗。 其间填充介质系数为εμ的无 耗介质。 但是，随着电磁波频率的继续升高，趋肤效应加重，流经导体 的电流越来越“挤向”导体表面，这相当于导体的横截面变小。
1.1 导波和导波系统
－平行双线
图(a)给出的平行双线类似于日常生活中的电力传输线。这种传 输线可以用来传输短波和超短波的信号。 平行双线都是由良导体和优质绝缘体构成的，如果其几何长度 不特别长就可忽略线上的损耗，看成是无耗的理想传输线。 “低频”(0-300MHz)-两根导线-辐射损耗、电阻损耗很小。 微波的低端－米波－采用线径较大、线间距较小的平行双导体构成 平行双线两根导线对应位置的电流相位相反，如果两导线紧挨 着，从理论上来说它们的辐射彼此抵消。但是，平行双线是开放系 统，两根导线的辐射不能完全彼此抵消。
1.1 导波和导波系统 1.2 导波的场分析 1.3 导波的分类及各类导波的特性 1.4 导波的传输功率、能量及衰减
1.5 模式正交性
1.6 导波系统中截止状态下的场
1.1 导波和导波系统
1.1 导波和导波系统
时变电场产生时变磁场，时变磁场又产生时变电场， 如此进行下去，变化着的电场和磁场就能传播开去而形 成电磁波。 波。 按照传播环境的不同，电磁波可分为自由空间波和导 自由空间波----指在无界空间传播的电磁波。
各种形式的微波传输线
1.1 导波和导波系统
1平行双导线、同轴线、带状线、微带线及共面波导 2矩形波导、圆波导、脊波导、椭圆波导及槽线等。这一类 为单一导体或介质衬底带有槽缝金属贴面的传输线 3镜象线、介质线、空心介质波导、填充介质的介质波导。
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P 1 2R esE v H v a v zd S1 2R esE v t H v ta v zd S
➢ TEM波
PTEM 12ZTEMs
v Ht
2
dS
12YTEMs
v2 Et dS
12ZTEMs
v H0t
2 dS12YTEMs
v E0t
2
dS
➢ TE、TM波
PTE
1 2 ZTE
s
W esw e平 均 dS4sE vE vdS r r
W msw m 平 均 dS4sHH dS
➢ TEM波
v2
WeTEM
4
s
E0t v
dS
2
WmTEM4 s H0t dS
➢ TE、TM波
v2
WeTE
4
s
E0t
dS
v2 v2
W m T E4s H 0t H 0z dS
v2 v2
对论原理
TE波和TM波的相速为
g
dz dt
0, 0g1/d d 1ffc21c2
➢ 波长
TE波、TM波的波导波长由定义可得：
gfp
1/c2
1fc/f2
工作波长 截止波长
f
c fc
1
2 g
1
2 c
1
2
对于可传播TE或TM波的金属柱面波导，为获取导波 的传输特性，分析思路和具体方法是什么？
波阻抗
ZTEY 1 TEj kZTEM
➢ TM波场分量
采用与TE波完全类似的分析方法，可得TM波的场分量
关系式和表达为：
v E0t
kc2
t Ez
v H0t
j
kc2 tEz
avz
v E0t
j
v H0t
avz
传播特性
v H0t
j
avz
v E0t
ZTMYT 1Mj kZTEM
➢ 截止特性
v Ht
2
dS
1 2 YTE s
v Et
2
dS
1 2
Z TE
s
v H 0t
2
dS
1 2
YTE
s
v E0t
2
dS
1
v2
1
v2
PTM 2ZTMs Ht dS 2YTMs Et dS
12ZTMs
v H0t
2 dS 12YTMs
v E0t
2
dS
存在纵向场的TE波和TM波，由于它们的横向场可由纵向 场表出，因此传输功率也可由纵向场来表示：
场分量
➢ TE波的场分量
将 E z ，0 H z代入0 横-纵场的关系式有：
v
H0t kc2 tHz
v E0t
jkc2v tHzvavz
E TvE0t波 的场H v分0t成量 右E手a v 0,tz螺H与旋0传关t 播系方。向
v E0t
j
v H0t
avz
v H0t
j
avz
v E0t
互a相v z 垂直,并按
答：采用纵向场法。首先(利用分离变量法)求解hz(TE波) 或ez(TM波)所满足的标量波动方程：
2t
hezz
kc2
hezz
0
利用边界条件，求出kc，利用橫场和纵场之间的关系式， 进而可求出导波的其他所有参量。
1.4 导波的传输功率、能量及衰减
1.4.1 传输功率
设导波系统的横截面为S，则导波的传输功率为：
TE波、TM波存在截止频率fc或截止波长λc。它们分别为
fc
kc
2
c
2 kc
➢ 速度、色散
TE波和TM波的相速为
其中
p
1fc/f2 1/c2
1/ c/ rr
在空气填充的导波系统中TE波、TM波的相速
大于光速c; TE波、TM波的相速不代表能
p
量或信号的传播，它是波前或波的形状沿导
波系统的纵向所表现的速度。没有违背了相
如果我们研究的波导是一个空金属管，那么在波导内壁 这个等位面内，电场是不能存在的－这是静电场问题中一 个熟知的现象，但是，如果在金属管中还有另一导体存在， 那么，因为有了两个电位不等的导电面，所以在导电面之 间可能存在着电位梯度或电场。因而，对应于(kc=0
fc 0,c)的 波只能在多导线传输系统中存在，而不能在
P T E1 2Z T Ekc2 2sH vz2d S1 2Z T Ekc2 2sH v 0z2d S
1 2 v2 1 2 v2
P T M 2Y T M kc2sE z dS2Y T M kc2sE 0z dS
1.4.2 导波的能量
单位长导波系统中传播波的电能和磁能可由能量密度时
均值积分求得。
在自由空间中，没有边界条件需要满足。而 TEM波是满足Maxwell方程的，也就是说，TEM 波是Maxwell方程的一个解，因此TEM可以在自 由空间中存在。
至于说怎样可以产生TEM波，实际上是不容 易的。无限大平板电容器是可以产生TEM波。但 “无限大”实际上无法实现，近似上说才可以。
➢ 由TEM波场在横平面的分布与静态场相同这 一点，可判断具体的导波系统能否传输TEM 波，例如空心金属柱面（单导体）波导，因 其横截面内无法建立起静态场（导体表面上 存在异性电荷时不可能有静止状态）。所以 空心（单导体）波导中不存在TEM波，而同 轴线则可建立起静态场，故可存在TEM波。 由此推得TEM波只能存在于多导体构成的导 波系统中。
空心金属管中存在。
对于可传播TEM波的导波系统，为获取导波的传输
特性，分析思路和具体方法是什么？
记一下
答：求解满足边界条件的拉普拉斯方程。
t2(u,v) 0
求出 u，v 后，利用边界条件求出Φ中的系数，再
ert tu， v
r
u u r
h t Y T E M a z t u ， v
1.3.3 TE、TM波的特性分析
W eTM4s E0t E0z dS
v2
WmTM4 s H0t dS
提问:试定性解释为什么空心金属波导中不能传输TEM波？
解释一：
记一下
因为TEM波是指电场和磁场分量均在于传输线横截 面内的一种波，即TEM波沿波的传播方向没有电场和磁 场分量。因此，假若波导管内可存在TEM波，则闭合的 磁力线应完全在横截面内。由麦克斯韦方程可知，沿闭合 磁力线的线积分应等于回线所交链的轴向电流，在空心波 导中无内导体，因而无轴向传导电流，只可能存在有位移 电流，但轴向位移电流的存在表明沿轴向应有交变电场存
在( Jzd Dz /t)，而这与TEM波的定义相矛盾。故波导
管中不可能存在TEM波。
记一下
解释二：
传TEM播波时，kc=ez=hz=0， t2(u，,v位) 函0数Φ满足拉
普拉斯方程。位函数Φ和静电场中的电位一样，适合波导 横截面上坐标的二维标量拉普拉斯方程，因而，在这种特 殊情形下，波导横截面上场的分布就和静电场的分布一样 [Φ＝常数的面代表一系列的等位面，波导内壁代表在边 界上的等位面]。