微波专业理论基础知识
微波毫米波技术基本知识
微波毫米波技术基本知识目录一、内容概要 (2)1. 微波毫米波技术的定义 (2)2. 微波毫米波技术的历史与发展 (3)二、微波毫米波的基本特性 (4)1. 微波毫米波的频率范围 (5)2. 微波毫米波的传播特性 (6)3. 微波毫米波的波形与调制方式 (7)三、微波毫米波的传输与辐射 (8)1. 微波毫米波的传输介质 (10)2. 微波毫米波的辐射方式 (10)3. 微波毫米波的天线与馈电系统 (11)四、微波毫米波的探测与测量 (12)1. 微波毫米波的探测原理 (13)2. 微波毫米波的测量方法 (14)3. 微波毫米波的检测器件 (15)五、微波毫米波的应用 (16)1. 通信领域 (18)2. 雷达与导航 (19)3. 医疗与生物技术 (20)4. 材料科学 (21)六、微波毫米波系统的设计 (22)1. 系统架构与设计原则 (24)2. 混频器与中继器 (25)3. 功率放大器与低噪声放大器 (26)4. 检测与控制电路 (27)七、微波毫米波技术的未来发展趋势 (29)1. 新材料与新结构的研究 (30)2. 高速与高集成度的发展 (31)3. 智能化与自动化的应用 (32)八、结论 (34)1. 微波毫米波技术的贡献与影响 (35)2. 对未来发展的展望 (36)一、内容概要本文档旨在介绍微波毫米波技术的基本知识，包括其定义、原理、应用领域以及发展趋势等方面。
微波毫米波技术是一种利用微波和毫米波进行通信、雷达、导航等系统的关键技术。
通过对这一技术的深入了解，可以帮助读者更好地掌握微波毫米波技术的相关知识，为在相关领域的研究和应用提供参考。
我们将对微波毫米波技术的概念、特点和发展历程进行简要介绍。
我们将详细阐述微波毫米波技术的工作原理，包括传输方式、调制解调技术等方面。
我们还将介绍微波毫米波技术在通信、雷达、导航等领域的应用，以及这些领域中的主要技术和设备。
在介绍完微波毫米波技术的基本概念和应用后，我们将对其发展趋势进行分析，包括技术创新、市场前景等方面。
微波电路及设计的基础知识
微波电路及设计的基础知识1. 微波电路的基本常识2. 微波网络及网络参数3. Smith圆图4. 简单的匹配电路设计5. 微波电路的电脑辅助设计技术及常用的CAD软件6. 常用的微波部件及其主要技术指标7. 微波信道分系统的设计、计算和指标分配8. 测试及测试仪器9. 应用电路举例微波电路及其设计1.概述所谓微波电路，通常是指工作频段的波长在10m～1cm(即30MHz～30GHz)之间的电路。
此外，还有毫米波〔30～300GHz〕及亚毫米波〔150GHz～3000GHz〕等。
实际上，对于工作频率较高的电路，人们也经常称为“高频电路”或“射频〔RF〕电路”等等。
由于微波电路的工作频率较高，因此在材料、结构、电路的形式、元器件以及设计方法等方面，与一般的低频电路和数字电路相比，有很多不同之处和许多独特的地方。
作为一个独立的专业领域，微波电路技术无论是在理论上，还是在材料、工艺、元器件、以及设计技术等方面，都已经发展得非常成熟，并且应用领域越来越广泛。
另外，随着大规模集成电路技术的飞速发展，目前芯片的工作速度已经超过了1GHz。
在这些高速电路的芯片、封装以及应用电路的设计中，一些微波电路的设计技术也已得到了充分的应用。
以往传统的低频电路和数字电路，与微波电路之间的界限将越来越模糊，相互间的借鉴和综合的技术应用也会越来越多。
2.微波电路的基本常识2.1 电路分类2.1.1 按照传输线分类微波电路可以按照传输线的性质分类，如：图1 微带线图2 带状线图3 同轴线图4 波导图5 共面波导2.1.2 按照工艺分类微波混合集成电路：采用别离组件及分布参数电路混合集成。
微波集成电路〔MIC〕：采用管芯及陶瓷基片。
微波单片集成电路〔MMIC〕：采用半导体工艺的微波集成电路。
图6微波混合集成电路例如图7 微波集成电路〔MIC〕例如图8微波单片集成电路〔MMIC〕例如2.1.3 微波电路还可以按照有源电路和无源电路分类。
精选微波技术基础知识
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstrip line）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanar line）
式中
微波集成传输线－带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数（特性阻抗）。2、在馈线、功分器，耦合器，滤波器，混频器，开关的设计中，体积小，重量轻，大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计，适用于多层微波电路，LTCC等，辐射小。4、封闭的电路，调试难。5、电路需要同轴或波导馈入，引入不连续性，需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中，存在不同节点常数的介质之间的连接，介质与金属导体的连接，分析方法非常复杂，尤其对3D电路，尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式，采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生
微波集成传输线－微带线
射频微波(知识点)
一、射频/微波技术及其基础1、射频/微波技术的基础 ✓ 什么是微波技术研究微波的产生、放大、传输、辐射、接收和测量的科学。
射频/微波技术是研究射频/微波信号的产生、调制、混频、驱动放大、功率放大、发射、空间传输、接收、低噪声放大、中频放大、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个电路及器件模块的设计和生产的技术，利用不同的电路和器件可以组合成相应的射频/微波设备。
微波技术主要是指通信设备和系统的研究、设计、生产和应用。
✓ 微波技术的基本理论是以麦克斯韦方程为核心的场与波的理论2、射频/微波的基本特性✓ 频率高、穿透性、量子性、分析方法的独特性射频频段为30 ～ 300MHz ，微波频段为300MHz ～ 3000GHz ，相对应波长为1m ～0.1mm ，照射于介质物体时能深入到该物质的内部。
根据量子理论，电磁辐射能量不是连续的，而是由一个个的“光量子”组成，单个量子的能量与其频率的关系为e = h ·f式中,h = 4×10-15电子伏·秒 (eV ·S) 成为普朗克常数3、射频/微波技术在工程里的应用✓ 无线通信的工作方式1、单向通信方式通信双方中的一方只能接收信号，另一方只能发送信号，不能互逆，收信方不能对发信方直接进行信息反馈2、双向单工通信方式3、双向半双工通信方式通信双方中的一方使用双频双工方式，可同时收发；另一方则使用双频单工方式，发信时要按下“送话”开关。
4、双向全双工通信方式通信双方可以通信进行发信和收信，这时收信与发信一般采用不同的工作频率，通-讲 开关按-讲 按-讲 受话器受话器二、电磁波频谱12、射频/✓GSM900系统的频道配置GSM-900系统采用等间隔方式，频道间隔为200KHz，同一信道的收发频率间隔为45MHz, 频道序号和频道标称中心频率的关系为F上行（n）= 890.2 +（n-1）×0.2 MHzF下行（n）= F上行（n）+ 45 MHz式中：频道序号 n = 1 ～ 124在我国的GSM900网络中，1～94号载频分配给中国移动使用，96～124号载频分配给中国联通使用，95号载频作为保护隔离，不用于业务。
微波技术与天线 必考知识点 复习
微波必考知识点复习1、微波是一般指频率从300M至3000GHz范围内的电磁波，其相应的波长从1m 至0.1mm。
从电子学和物理学的观点看，微波有似光性、似声性、穿透性、非电离性、信息性等重要特点。
2、导行波的模式，简称导模，是指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波呈驻波分布，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因模式而异。
3、广义地讲，凡是能够导引电磁波沿一定的方向传播的导体、介质或由它们组成的导波系统，都可以称为传输线。
若按传输线所导引的电磁波波形（或称模、场结构、场分布），可分为三种类型：（1）TEM波传输线，如平行双导线、同轴线、带状线和微带线，他们都是双导线传输系统；（2）TE波和TM波传输线，如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，他们是由金属管构成的，属于单导体传输系统；（3）表面波传输系统，如介质波导（光波导）、介质镜象线等，电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般是TE或TM波的叠加。
对传输线的基本要求是：工作频带宽、功率容量大、工作稳定性好、损耗小、易耦合、尺寸小和成本低。
一般地，在米波或分米波段，可采用双导线或同轴线；在厘米波段可采用空心金属波导管及带状线和微带线等；在毫米波段采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线；在光频波段采用光波导（光纤）。
以上划分主要是从减少损耗和结构工艺等方面考虑。
传输线理论主要包括两方面的内容：一是研究所传输波形的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律（也称场结构、模、波型），称横向问题；二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。
横向问题要通过求解电磁场的边值问题来解决；各类传输线的纵向问题却有很多共同之处。
微波技术基础
微波技术基础微波技术是现代通信和雷达系统中不可或缺的技术之一。
它广泛应用于无线通信、卫星通信、雷达探测等领域。
掌握微波技术的基础知识对于从事相关领域的技术人员来说至关重要。
本文将介绍微波技术的基础知识，帮助读者更好地理解和应用微波技术。
一、微波技术的定义和特点微波技术是指利用微波（300MHz-300GHz）进行信息传输和探测的技术。
微波技术具有以下特点：1. 高频特性：微波技术的工作频率较高，能够提供较大的带宽，实现高速数据传输。
2. 穿透力强：微波具有很强的穿透力，可以穿透大气层，适用于远距离通信和雷达探测。
3. 直线性好：微波的传播路径近似直线，适合于直线传播的应用场景。
4. 天线尺寸小：与低频通信相比，微波通信所需的天线尺寸较小，便于集成和应用。
二、微波技术的关键组件微波技术的关键组件包括：1. 微波振荡器：微波振荡器是微波技术中的核心部件，它能够产生稳定的微波信号。
2. 微波放大器：微波放大器用于放大微波信号，提高信号的传输功率。
3. 微波混频器：微波混频器用于实现微波信号与其他信号（如射频信号）的混合，实现信号的调制和解调。
4. 微波天线：微波天线用于发射和接收微波信号，是微波通信和雷达探测的关键组件。
三、微波技术在通信领域的应用微波技术在通信领域的应用广泛，包括：1. 无线通信：微波技术是无线通信技术的重要组成部分，如4G、5G等通信标准都采用了微波技术。
2. 卫星通信：微波技术是卫星通信的关键技术，可以实现全球范围内的通信覆盖。
3. 深空通信：微波技术是实现深空通信（如火星探测、月球探测等）的重要手段。
四、微波技术在雷达探测领域的应用微波技术在雷达探测领域也有广泛应用，包括：1. 雷达探测：微波技术可以用于雷达系统的发射和接收部分，实现目标的探测和跟踪。
2. 气象雷达：微波技术是气象雷达的关键技术，用于气象观测和天气预报。
3. 航空雷达：微波技术在航空雷达中也有广泛应用，如空中交通管制、飞行器探测等。
微波专业理论基础知识
Pfd +sd
=
Pfd I sd
=
Pmf I fd ⋅ Isd
30
•
【例1】现有一数字微波通信系统，某中继段
d=50km，处在C型端面，f=5GHz，自由空间收信电平
Pr0 = -43.6dBm，接收机实际门限电平Pr门= 74.8dBm(BER≤10-3),实际门限载噪比（C实/N固） =23.1dB，系统采用6：1波道备份和二重空间分集接收
4
技术表现 ¾抗干扰能力弱(雨水、温度、电磁等) ¾易受自然灾害影响 ¾容量受限 ¾设备便宜易组网 ¾建设速度快 ¾是光纤网络的补充
5
光纤、微波传输方式比较
传输媒介
光纤 光纤
微波 自由空间
抗自然灾害能力
弱
强
灵活性
较低
高
建设费用
高
低
建设周期 传输速率
长 频带宽、速率高
短 频带窄、速率低
6
微波通信的应用场合
根据查表（6-4）可知 C 型端面的 KQ=2.88×10-5, C=2.2， 并且 B=1，那么由式（6-9）可以计算出：
Pmf
=
2.88×10−5
×5×502.2
−31.2
×10 10
=
0.6×10-3
Pms=
2.88×10−5
×5×502.2
−33
×10 10
=
0
.4×10-3
32
因为采用了二重空间分集接收技术，如果两接 收系统的收信电平相等的话，平衰落储备应比Mf增 加3dB，对应的 0.3×10（-3），那么该中继段的衰 落概率为：
47
组网及监控-监控 9信道利用：微波传输系统专用监控 及公务信道或占用主用信道 9功能：主要完成信道切换、使用状 态报警等功能 9独立性：微波系统的监控可以自成 系统
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
微波辐射测量基础知识
微波辐射测量基础知识（为方便查询，以词条的形式展现）一、引论1、微波：频率为300MHz-300GHz的电磁波，即波长在1m(不含1m)到1mm之间的电磁波。
2、微波辐射测量学：又称为被动微波遥感，是关于微波频段内非相干辐射电磁能量的一门科学和技术。
3、遥感应用微波的三个理由：（1）微波具有穿透云层和在某种程度上穿透雨区的能力，不依赖于太阳作为辐射源；（2）比光波能更深入地穿入植被；（3）用微波可得到与用可见光、红外波段可得到的信息不同。
三者结合运用，能更好更全面地分析研究对象。
二、被动微波遥感的电磁学基础1、电导率：是电阻率的导数σ=1/ρ。
其物理意义表示物质导电的性能，电导率越大，导电性能越强。
2、介电常数：又称电容率，符号ε。
介电常数是被动微波遥感的一个重要物理参数。
特此做详尽说明。
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为相对介电常数(permittivity),又称相对电容率，以εr表示。
则介质介电常数ε=εrε0，其中，ε0是真空绝对介电常数。
对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。
在一些工具书或学术文献上的解释：指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。
介电常数愈小绝缘性愈好。
空气和CS2的ε值分别为1.0006和2.6左右，而水的ε值特别大，10℃时为 83.83。
3、波阵面：空间相位相同的点构成的曲面，即等相位面。
4、平面波：等相位面为无限大平面的电磁波。
5、均匀平面波：等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变的平面波。
其电场强度和磁场强度都垂直于波的传播方向（TEM 波）。
6、电磁波的三种重要模式：7、时谐电磁场：如果场源以一定的角频率随时间呈时谐（正弦或余弦）变化，则所产生电磁场也以同样的角频率随时间呈时谐变化。
这种以一定角频率作时谐变化的电磁场，称为时谐电磁场或正弦电磁场。
微波理论和工程的基础知识
V SWR
| (z ) | 1 1
Z(z ) 1 j tan (z z) j tan (z z)
U(z )
mzx
U(z )
m in
第1章 微波理论和工程的基础知识
从表1-2-1 (1)三个工作参数的值之间是相互联系的。 (2)无耗传输线上任一点处的反射系数的模值为常数，
等于负载ZL处的反射系数ΓL（尽管线上距离负载电长度
1．1．1 麦克思韦方程组 电磁波的运动规律遵从19世纪给出的麦克思韦方程组，
是英国科学家麦克思韦对法拉第（Faraday）等前人的实 验成果的总结和发展。麦克思韦方程组是描述宏观电磁场 规律的基本方程。微分形式的麦克思韦方程组在空间中的 任何一点都成立，它由以下四个方程组成：
第1章 微波理论和工程的基础知识
第1章 微波理论和工程的基础知识
E jB
（1－1－10）
H jD J （1－1－11）
D
（1－1－12）
B 0
（1-1-13）
【注意】这里的复数量是前文瞬时值的有效值，它们
不再是时间的函数，但仍然是位置的函数。这种选择的理
由是：①在实际工程中,这些物理量通常是用有效值来标明
或测量的；②复数功率和能量的方程能同它们的瞬时值对
第1章 微波理论和工程的基础知识
一个工作在边界Γ包围的区域Ω内的实际工程问题中
(1)第一类边界条件，也称为狄利克莱（Dirichlet） 边界条件。这种边界条件直接给出变量在边界上的值：
U 1 U1
（1-1-16）
式中，Γ1为第一类边界，U1为已知函数，可以为常数或0。
第1章 微波理论和工程的基础知识
应式保持同样的比例因子。
第1章 微波理论和工程的基础知识
微波产品基础知识1(1)
微波产品基础知识1.滤波器的概念及作用:用来分开及组合不同的频率,选取需要的信号频率,抑制不需要的信号频率.2.滤波器的四种形式:低通.高频.带通.带阻.3.调谐及耦合杆:根据需要,用于调谐频率及带宽4.谐振杆:滤波器中决定谐振频率的关键器件5.飞杆:根据客户需要,改变通带外抑制度,根据其特性阻抗可分为容飞和感飞两种6.IN及OUT:射频信号输入输出端口7.N型接插件:连接器的一种,一般根据客户需要进行选定,常用的接插件还有SMA.7/16等.8.功率/电平:放大器的输出能力,一般单位为W. MW.dBm9.增益:即放大倍数,单位可表示为分贝.即dB=10Log10.插损:当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减,单位用dB表示.11.驻波比:行驻波状态时,波腹电压与波节电压之比.12.耦合度:耦合端口与输入端口的功率比.单位用dB13.隔离度:本振或信号泄露到其它端口功率与原有功率之比,单位用dB14.单工:亦称单频单工制,即收发使用同一频率,由于接收和发送使用同一个频率,所以收发不能同时进行,称为单工.15.双工:亦称异频双工制,即收发使用两个不同频率,任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话16.放大器:用以实现信号放大的电路17.滤波器:通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备.18.功分器:进行功率分配的器件19.耦合器:从主干通道中担取出部分信号的器件20.负载:终端在某一电路或电器输出端口,接收电功率的元器件.部件或装置统称为负载.对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率.21.环形器:使信号单方向传输的器件22.馈线:是传输高频电流的传输线.23.天线:是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备.24.合路器:用来对RF信号进行最后一级的合路,该器件的主要用途为对两路或多路平均输入功率的RF信号进行合路,可同时将两个或两个以上的RF信号进行合路后送至天线进行发射.25.散热片:由于功率的因素导致腔体过热,主要用散热片来对合路器腔体进行散热.26.合路器印制板:运用分支线原理,进行合路的一种方式.27.双向耦合器:双向耦合器提供一个测试界面端口来监测双工器主端口和天线.定向耦合器是一个四端口装置.它允许小数量的信号越过天线通道作为系统诊断的样本.天线信号可以在前向(朝天线)或者反射(朝双工器)两个方向取样.28.驻波披警器:驻波比告警所针对的对象是对双工器天线端口的驻波比进行检测告警,驻波比从根本上来说是指在均匀无耗传输线上,电压U(z)的最大振幅值与电压U(z)的最小振幅之比.29.中心频率带通或带阻滤波器两个截止频率的几何平均值。
微波技术基础知识
传输媒质为空气和介质的非均匀媒质，微带线的电磁场存 在纵向分量，不能传播纯TEM波。
但是，主模的纵向场分量远小于横向场分量。因此， 主模具有纯TEM相似的特性； 纯TEM的分析方法也对微带线适用。 ———准TEM近似法
D. D. Grieg and H. F. Englemann, “Microstrip—A New Transmission Technique for the Kilomegacycle Range,” Proc. IRE, Vol. 40, pp. 1644– 1650, Dec. 1952.
微波集成传输线－微带线
最后，抑制波导模和表面波，保证单模传输为
min
r (2W 0.8h) 4 r 1h
微带线设计中，金属屏蔽盒高度取H ≥（5 ~ 6）h， 接地板宽度取L≥（5 ~ 6）W
微波集成传输线－微带线
有效相对介电常数→准TEM波引入的
H. A. Wheeler, Transmission-line properties of parallel wide strips by a conformal mapping approximation, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 12:280–289 (May 1964).
五种重要的传输线：
指元器件、传输线导带等 在同一平面
带状线（Stripline）
注意耦合线结构
微带线（Microstrip line）
槽线（Slotline） 鳍线（Finline） 共面线（Coplanar line）
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》
微波基础知识及测介电常数
实验五微波实验微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。
从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。
与无线电波相比，微波有下述几个主要特点图1 电磁波的分类1．波长短(1m —1mm)：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微波波段制成方向性极好的天线系统，也可以收到地面和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，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。
2．频率高：微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中，而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。
另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻，电容，电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。
4．量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10-6～10-3eV，而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。
人们利用这一特点来研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。
(北京大华无线电仪器厂)5．能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。
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。
天线和微波技术基础知识概述
天线和微波技术基础知识概述天线和微波技术是现代通信领域中非常重要的组成部分。
天线作为接收和发射无线信号的关键装置，而微波技术则主要用于传输和处理高频率的电磁信号。
本文将对天线和微波技术的基础知识进行概述，以帮助读者加深对这一领域的了解。
一、天线基础知识1. 天线的定义和作用天线是一种通过电磁辐射和感应的方式，将电磁信号转换为自由空间中的电磁波，或者将电磁波转换为电信号的装置。
它负责将信号从发射源传输到接收源，或者将接收到的信号转换为电信号。
2. 天线的分类根据天线的形式和使用场景，可以将其分为多种类型，如：（1）微带天线：用于无线通信和雷达系统，具有体积小、重量轻、成本低的优点。
（2）偶极子天线：应用广泛，适用于各种频率范围和工作环境。
（3）扩展频带天线：可以在多个频段上工作，适应不同通信需求。
（4）阵列天线：通过组合多个天线单元，实现波束和指向性辐射。
（5）喇叭天线：用于辐射高功率无线信号，可在长距离范围内传输。
3. 天线参数天线的性能主要由以下参数来衡量：（1）增益：表示天线向某个方向传输/接收信号的能力，可以通过增加天线尺寸或精心设计来提高。
（2）方向性：指示天线向某个方向辐射/接收信号的能力，可以通过改变天线结构来实现。
（3）驻波比：用于衡量天线的适配性和效率，一般要求越小越好。
二、微波技术基础知识1. 微波的概念和特点微波是一种频率范围在300 MHz至300 GHz之间的电磁波，具有高频率、短波长和较强的穿透能力。
微波技术在无线通信、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用。
2. 微波器件和系统（1）微波集成电路（MIC）：它是一种将微波元器件（如传输线、滤波器、放大器等）集成在同一芯片上的技术，可以实现尺寸小、性能优越的微波电子元器件。
（2）高频开关：用于控制微波信号的通断，具有快速响应、低损耗的特点。
（3）微波天线系统：结合天线和微波技术，用于将微波信号进行传输和接收。
（4）微波滤波器：用于筛选和处理特定频率范围内的微波信号，以满足通信系统的要求。
微波基础知识..
•
微波通信系统框图
信 源
信 源 编 码
发信 基带 处理
调 制
上 变 频
功 率 放 大
滤 波
天 馈 系 统 传输媒介
同步系统
收 信
信 源 解 码
收信 基带 处理
解 调
下 变 频
低 噪 声 放 大
滤 波
天 馈 系 统
第一章、微波基础知识
微波无线通信系统组成 1. 收发信机
2. 调制解调单元
3. 天馈系统 4. 各种不同的配置（1+0/N+1,同频/异频）
第一章、微波基础知识
传输速率及容量：
Line Rate (Mb/s)
2.048 8.192 16.384 34.368 51.84 155.52 622.08 2488.32 Sub-STM-1 STM-1 STM-4 STM-16
0.8 f I 10Fd / 10 f *d f
式中：Δf/f-两个频率之差与中心频率的比值。 公式中其它参数的取值范围如下： 2GHz≤f≤11GHz; 30km≤d≤70km; Δf/f≤5 ％. 超出这个范围将导致误差。该公式仅仅对于I≥5有效。
第一章、微波基础知识
副瓣
半功率角
侧视图
第一章、微波基础知识
Байду номын сангаас
微波传播自由空间损耗
可见频率提高一倍或距离增加一倍，自由 空间损耗都将增加6dB
第一章、微波基础知识
第一章、微波基础知识
如收发两点T、R相距d,另一动点P，并PT＋PR=d+nλ/2(λ为工作 波长)，此动点在平面上轨迹为一椭圆。它以TR为轴旋转就构成 一椭球，这椭球的内部空间称为第n菲涅尔区（Fn）。P点（椭 球上的动点）至TR垂直线段PO为路径TR上O点的第一菲涅尔半 径。当d及λ一定时，在同一路径TR不同点上，Fn的大小是不同 的，以路径中点的Fn最大。当n＝1时为第一菲涅尔区和第一菲 涅尔半径F1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
长途
误码秒 ES
本地
严重误码秒 SES
残余误码 率
RBER
误码秒 ES
严重误码 秒
SES
残余误码率 RBER
2.2×10-6
1.1×10-7
4.125×10-6 1.1×10-7
1.1×10-8 1.1×10-8
2.4×10-5 4.5×10-5
1.2×10-6 1.2×10-7 1.2×10-6 1.2×10-7
＞55~160 ＞160~3500
6000~20000 15000~30000
8.8×10-6 待定
1.1×10-7 1.0×10-7
1.1×10-8 5.5×10-9
9.6×10-5 待定
1.2×10-6 1.2×10-7 1.2×10-6 6.0×10-8
23
衰落概率指标分配: 数字微波传输信道是以高误码率作为设计指标的，所
Pfd +sd
=
Pfd I sd
=
Pmf I fd ⋅ Isd
30
•
【例1】现有一数字微波通信系统，某中继段
d=50km，处在C型端面，f=5GHz，自由空间收信电平
Pr0 = -43.6dBm，接收机实际门限电平Pr门= 74.8dBm(BER≤10-3),实际门限载噪比（C实/N固） =23.1dB，系统采用6：1波道备份和二重空间分集接收
=0.3×10（-3）+ 0 .4×10（-3） =0 .7×10（-3）
33
（3）求 6：1 波道备份后的衰落概率
若波道间隔 Δf =40MHz，工作频率 f=5000MHz，
Mfc=31.2dB，取 G= 0.4，先利用公司式计算 6：1 波道备份后的等效频率间隔：
Δfeq
=
N
N + N−1+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+
9 满足要求投入少，迅速建成区域网络的要求，一 般为初期的建设;
9 农村通信等地广人稀区域的接入; 9 用于大网的初充; 9 特珠地形(大山区等)，特殊政策的需要; 9 第三世界国家大量应用.
7
8
地面微波中继的应用场合：
微波通讯组网灵活，建设周期短，成本低，特别适合于不便 于铺设光缆的地区使用。
Px
=
0.054%
×
d 2500
24
(2）数据传输信道。 当实际电路长度为d千米时，其允许的衰落概率指标不 得超过：
Px
=
0.01%
×
d 2500
25
衰落概率的估算:
•
在大容量的数字微波通信系统中，
影响衰落概率指标的因素有平衰落和频
率选择性衰落，因此系统的衰落概率Pm 可以用平衰落引起的衰落概率Pmf和频率 选择性衰落引起的衰落概率Pms来表示， 即
根据查表（6-4）可知 C 型端面的 KQ=2.88×10-5, C=2.2， 并且 B=1，那么由式（6-9）可以计算出：
Pmf
=
2.88×10−5
×5×502.2
−31.2
×10 10
=
0.6×10-3
Pms=
2.88×10−5
×5×502.2
−33
×10 10
=
0
.4×10-3
32
因为采用了二重空间分集接收技术，如果两接 收系统的收信电平相等的话，平衰落储备应比Mf增 加3dB，对应的 0.3×10（-3），那么该中继段的衰 落概率为：
4
技术表现 ¾抗干扰能力弱(雨水、温度、电磁等) ¾易受自然灾害影响 ¾容量受限 ¾设备便宜易组网 ¾建设速度快 ¾是光纤网络的补充
5
光纤、微波传输方式比较
传输媒介
光纤 光纤
微波 自由空间
抗自然灾害能力
弱
强
灵活性
较低
高
建设费用
高
低
建设周期 传输速率
长 频带宽、速率高
短 频带窄、速率低
6
微波通信的应用场合
Px= 0.054 % ×
50 2500
= 1.08 × 10 −5 ，
由以上分析可知， Pfd = 1.53 × 10 −4 > Px,
而 Pfd +sd = 0.485 × 10 −5 < Px，可见在该中继段中应使用
二重空间分集技术才能达到设计指标要求。
37
安全：通道保护方式
• 1+0无保护方式 • 1+1单频点热备份 • 1+1双频点热备份 • N+1异频点热备份
• Pm=Pmf+Pms
26
① 平衰落所引起的衰落概率Pmf
•
我国在确定衰落概率时是根据ITU的规定，以下列经验式进
行计算的：
Pmf
= KQ ⋅
f
B
⋅
d
C
−M f
⋅10 10
②频率选择性衰落引起的衰落概率Pms （查表）
•
当存在多径衰落时，由于不同路径的信号，其传输时延不同
，会对主信号构成干扰，而且Ms越小，造成系统瞬间中断的概率 （即衰落概率）越高。
1，作为光线传输的备份与补充。
2，在农村，海岛等边远地区为用户提供基本业务的场合。
3，城市内短距离支线连接。
4，宽带无线接入。
9
10
11
终端站：处于微波线路的两端或分支线路终点。它只对一个方 向收信和发信。 终端站可以上下所有的支路信号，并可以作为监控系统的集 中监视站或主站。
中间站：处于线路中间，只完成微波信号的放大和转发，不上 下话路。设备比较简单。
14
常用微波标准 常采用的传
容量
输体制
带宽
2*E1- 4*E1 PDH
3.5M
4*E1
PDH
7M
8*E1
PDH
14M
16*E1
PDH
28M
STM-0
SDH
28M
STM-1
SDH
28M
2*STM-1
SDH
28M
其它
常用的 调制方式 16QAM 16QAM 16QAM 32QAM
32MLCM 128MLCM 128MLCM
再生中继站：处于线路中间，可以在本站上下部分支路。还可 沟通干线上两方向间的通信。可作监控系统的主站或受控站。 再生中继站只能采用基带中继方式。
枢纽站：处于干线上，完成数个方向的通信任务，可以上下全 部或部分支路信号。
监控系统中，枢纽站一般作为主站
12
13
微波的传输容量及质量 9体制主要有PDH及SDH 9容量以2Mb/s为单位的4倍数增加
27
改善误码性能的措施：
• 1.采用备用波道时的衰落概率改善
•
当某中继段的衰落概率指标大于式（针对电话传输波道）计算
出的分配值Px时，我们可以考虑采用备用波道方式来改善系统性
能，为此提出了备用波道改善系数 Ifd，它表示改善后的衰落概率 Pfd与平衰落情况下的衰落概率Pmf的关系，并可用下式表述：
47
组网及监控-监控 9信道利用：微波传输系统专用监控 及公务信道或占用主用信道 9功能：主要完成信道切换、使用状 态报警等功能 9独立性：微波系统的监控可以自成 系统
通用热备份方式( 应用场合 据实调整)
1+0
支线微波
1+0
支线微波
1+1
支线微波
1+1
支线、干线
微波
1+1
干线微波
1+1
干线微波
1+1
干线微波
15
微波的传输容量及质量
9误码指标(在一定时间内达到一定标准的误码与全部码的比)
ES误码秒:有误码数的秒占总统计时间的百分比 SES严重误码秒:误码率超过10E-3秒数占总通信时间的百分比 RBER残余误码率:在较长统计时间内的平均误码率 DM劣化分:一分钟时间内误比特率超过10E-6的分数与总通信时间的百分比 ESR误块秒比:误块的秒数占总通信时间之比 SESR严重误块秒比:达到一定比例误块的秒数占总通信时间之比 BBER背景误块比:扣除不可用时间及SES中的误块后的误块占总通信时间之比
中级电路 9.6×10-6 3.2×10-7
2.0×10-12 1.44×10-11
1.6×10-6 1.2×10-5
本地
1.2×10-4 1.5×10-6
1.8×10-10
1.5×10-4
22
SDH微波通信系统每公里误块性能指标(根据全程批标分配)
比特数/块 1.5~5 ＞15~55
项目
速率(Mbit/s) 2000~8000 4000~20000
43
干扰论述-系统同频干扰
A天线
A站
B站天线1
D
B站 B站天线2
U
C天线
C站 前背干扰
44
干扰论述-系统同频干扰
B站
θt
A站
U
θr
D
D站
C站
越站干扰
45
干扰论述-系统同频干扰
A1天线
θ
B天线
A2天线
前对侧干扰
C天线
46
组网及监控-组网 9单链路形式干线 9终端接入 9部分采用微波的混合组网 9全网采用微波的蜘蛛网(海外)
f1 f2 f3 f4 f5 f6
f1’ f2’ f3’ f4’ f5’ f6’
中间B站对应A、C站方向频率配置图
发往C站
41
天线及馈线系统
极化分离器
极化分离器
同轴电缆
天线
实际应用一般<70km
天线
同轴电缆
电缆接头
电缆接头
42