《简明微波》课件第一讲

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一、Maxwell方程组的物理意义
还需要提到： 还需要提到：电磁转换为电磁波的出现提供了 可能，但不一定是现实 现实。 可能，但不一定是现实。例如电磁振荡也是典型的 电磁转换。而没有引起波(Wave)。 电磁转换。而没有引起波(Wave)。 作为力学类比，电磁转换犹如单摆问题中的动 作为力学类比， 能与势能的转化。 能与势能的转化。
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小故事
理论大师牛顿： 理论大师牛顿： 1.力不是与V相关，而是与a相关 力不是与V相关，而是与a 2.地上力与天上力统一，万有引力 地上力与天上力统一， 我之所以能够看到更远， “我之所以能够看到更远 ， 是因为我站在巨人的 肩膀上的缘故” 巨人： 肩膀上的缘故 ” 巨人 ： 伽利略 可怜的胡克 引 力平方反比定律。 力平方反比定律。 詹姆斯.克拉克. 10岁 Maxwell 詹姆斯.克拉克.麦克斯韦 早慧 10 岁 14发表关于二次曲线论文 16岁上爱丁堡 入爱丁堡 14 发表关于二次曲线论文 16 岁上爱丁堡 48。与法拉第在电磁方向交流。 大学 48。与法拉第在电磁方向交流。 “聪明 数学 物理实质” 法拉第： 电磁 物理实质 ” 法拉第 ： 卖报纸 火车 印刷所 助手。天上掉下个Maxwell 大化学家 David 寄信 助手。天上掉下个Maxwell
《微波技术基础》廖承恩 微波技术基础》
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本讲内容
什么是“微波” 什么是“微波”？ Maxwell方程组的物理意义 Maxwell方程组的物理意义 波动的客观性和主观性 从波到路 微波特点
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第1讲
微波概念
Microwave Concept
对电磁场与微波专业，《微波技术》是一门最重 对电磁场与微波专业， 微波技术》 要的基础课程。 要的基础课程。 IT技术：计算机技术、路技术、波技术。 IT技术：计算机技术、路技术、波技术。 技术 学习本门课程要注意三结合： 学习本门课程要注意三结合： 数学与概念相结合； 数学与概念相结合； 理论与实践相结合； 理论与实践相结合； 方法与思想相结合。 方法与思想相结合。
v v v ∇ × H = jωεE + J v v ∇ × E = − jωµH
高的ω 才能确保电磁的有效转换（ ），直 高的ω，才能确保电磁的有效转换（日光灯），直 ）， 流情况没有转换。可以这样说， 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。 有可能变成开放电路。自然界不会把优点都集中在一 个物体上。频率愈高，越难出功率， 个物体上。频率愈高，越难出功率，这也是一个有趣 的矛盾。 的矛盾。米波雷达 P->KW,MW 。毫米波 P->KW 激光 超高功率激光
超短波
红外光
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Note：只用一个波长λ不能确定是何种波。 Note：只用一个波长λ不能确定是何种波。 注意到声波也有几cm的波长， 注意到声波也有几cm的波长，这样就可构成声波与 cm的波长 微波的相互作用，声表面波滤波器(SAW 微波的相互作用，声表面波滤波器(SAW filter). 20Hz海豚音>2KHz 20Hz-20KHz 海豚音>2KHz 对于任何波，波长和频率与波速相关: 对于任何波，波长和频率与波速相关:
v v ∂D v ∇ × H = ∂t + J v v ∇ × E = − ∂B ∂t
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一、Maxwell方程组的物理意义
这里，首先让我们来探讨一下上面方程内含的哲学思想: 这里，首先让我们来探讨一下上面方程内含的哲学思想 哲学思想: 1. 这两个方程左边物理量为磁(或电)，而右边物理量 这两个方程左边物理量为磁(或电) 则为电(或磁) 这中间的等号(3步 等号(3 则为电(或磁)。这中间的等号(3步)深刻揭示了电与磁 的相互转化，相互依赖，相互对立， 的相互转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电 磁波中。正是由于电不断转换为磁， 磁波中。正是由于电不断转换为磁，而磁又不断转成 为电，才会发生能量交换和贮存。 为电，才会发生能量交换和贮存。
v = λf
超音速， 超音速， 光速是相对论的极限速度 18公里远两个 8.15 瑞士 同源纠缠光子 光子拆散 18公里远两个 量子信息传递速度>C 接收站 特殊探测器 光子颜色 量子信息传递速度>C 微 波：micro wave 矛盾的两个方面
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一、Maxwell方程组的物理意义
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第1章
微波概念
Microwave Concept
究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。 究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。 微波 微波是电磁波，是一段特殊频率的电磁波！ 微波是电磁波，是一段特殊频率的电磁波！ 从现象看，如果把电磁波按频率波长(或波长)划 从现象看，如果把电磁波按频率波长(或波长) 则大致可以把300MHz—3000GHz 300MHz 3000GHz， 分，则大致可以把300MHz 3000GHz，(对应空气中波 长λ是1m－0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。纵 0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。 这一频段的电磁波称之为微波 左邻右舍”它处于超短波和红外光波之间。 观“左邻右舍”它处于超短波和红外光波之间。
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二、波动的客观性和主观性
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现 现象是客观存在的， 出来吗?未必。 它的表现与观察者及环境有关。 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) 是一个圆球 ( 严格地说是似椭圆球 ) 。 但直至麦哲伦 郑和？ 发现新大陆才算最后解决。 （郑和？）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， 上的尺寸比太微小了。现在，宇航员通过航天飞机清 晰地看到了地球。 晰地看到了地球。 Einstein也精辟地说过：如果存在假想的“ Einstein也精辟地说过：如果存在假想的“电影 也精辟地说过 银幕二维人”，这些人类能设想第三维吗?同样，波 银幕二维人” 这些人类能设想第三维吗?同样， 动性客观存在。但是， 动性客观存在。但是，观察波动性却与主观和仪器有 与尺寸有关，与时间有关。 关，与尺寸有关，与时间有关。
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一、Maxwell方程组的物理意义
于是，历史选择了Maxwell，一批年青的学者总结 于是，历史选择了 ， 出电磁运动规律， 方程组。 出电磁运动规律，即Maxwell方程组。同时，提出了 方程组 同时， Newton力学所没有的崭新概念 力学所没有的崭新概念——场 (Field的概念 。 的概念)。 力学所没有的崭新概念 场 的概念 Maxwell方程组中独立方程主要表现为前面二个， 方程组中独立方程主要表现为前面二个， 方程组中独立方程主要表现为前面二个 即
v v v ∂D v v ∂B ∇× H = + J ∇× E = − ∂t ∂t
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一、Maxwell方程组的物理意义
Maxwell方程还指出 电磁转化有一个重要条件 方程还指出： 重要条件， 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 Maxwell方程 即频率ω。让我们写出单色波频域的Maxwell方程
v v ∂D v + J = ( jωε + σ ) E ∂t
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一、Maxwell方程组的物理意义
所以，也可以说是 σ 和导体， 要反映媒质情况。当 σ > > ωε 称为导体，这种情况下波 动性降为次要矛盾，其情况是波长缩短，波速减慢， 动性降为次要矛盾 ， 其情况是波长缩短 ， 波速减慢 ， 且迅速衰减。波一进入导体会“短命夭折” 且迅速衰减 。 波一进入导体会 “ 短命夭折 ” ， 这一问 题将在波导理论中作详尽讨论。波动性不仅与ω有关， 题将在波导理论中作详尽讨论 。 波动性不仅与 ω 有关 ， 还与媒质有关。 还与媒质有关。 0 波在导体中的衰减 微波炉，潜艇 微波炉，
电磁振荡
单摆
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一、Maxwell方程组的物理意义
进一步研究Maxwell方程两边的运算 Maxwell方程两边的运算， 2. 进一步研究Maxwell方程两边的运算，从物理 上看，运算反映一种作用(Action) 上看，运算反映一种作用(Action)。 方程的左边是空间的运算(旋度) 空间的运算 方程的左边是空间的运算(旋度)；方程的右边是 时间的运算 导数) 中间用等号连接。 的运算( 时间的运算(导数)，中间用等号连接。它深刻揭示了 或磁)场任一地点的变化会转化成磁(或电) 转化成磁 电(或磁)场任一地点的变化会转化成磁(或电)场时间 的变化；反过来，场的时间变化也会转化成地点变化。 的变化；反过来，场的时间变化也会转化成地点变化。 正是这种空间和时间的相互变化构成了波动 空间和时间的相互变化构成了波动的外在形 正是这种空间和时间的相互变化构成了波动的外在形 用通俗的一句话来说，即一个地点出现过的事物， 式。用通俗的一句话来说，即一个地点出现过的事物， 过了一段时间又在另一地点出现了。 过了一段时间又在另一地点出现了。
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课程简介： 授课教师：李磊 授课教师：李磊 联系方式： leili@ 作业批改：大约每两周收一次作业。 教材：《简明微波》梁昌洪等 高等教育出版社 教材： 简明微波》 参考书目：《微波工程（第三版）》POZAR著 参考书目： 微波工程（第三版） POZAR著 张肇仪 周乐柱 译 电子工业出版社 西电出版社
v v v ∂D v v ∂B ∇× H = + J ∇× E = − ∂t ∂t