12微波技术与天线第01讲

《微波技术基础》讲义

本讲目的

使学生了解本课程，了解课程知识的应用和发展，掌握微波的概念，了解其应用。

讲课提要

内容

(1) 课程介绍：自我介绍、性质、基础、教材和参考材料；约5’

(2) 引论之微波及其特点：概念、特点、发展历史、应用、学习方法；约65’

(3) 引论之导行波及其一般特性：基本概念。约15’

重点

微波概念；

掌握内容

微波波段划分及其特点；

了解

微波发展历史和应用

难点

微波的特点

课堂教学方法

PPT、板书和交流

第一讲：引论(1)

一、介绍

1. 教师

2. 课程

40学时

先修课程：《电动力学》、《电路基础》

性质：工科院校电子信息科学类专业的一门重要技术基础课程。

研究内容：研究无线电频谱中极为重要的波段——微波波段。可涉及微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的理论和技术。本课程主要讲述微波电路、元器件设计相关的基本理论和相关技术，奠定专业工作和深造的基础。

教材：

廖承恩：《微波技术基础》，西安电子科技大学出版社

主要参考书：

刘学观：《微波技术与天线》，西安电子科技大学出版社

赵春晖：《现代微波技术基础》，哈工程

林为干：《微波理论与技术》，科学出版社

David M. Pozar：《Microwave Engineering》, Publishing House of Electronics Industry

二、第一章：引论(Introduction)

1.1 微波及其特点

1. 概念

微波(Microwave)：是电磁波谱中的一部分，严格说来是其中无线电波中的高频部分，一般是指频率为300MHz~3000GHz、相应波长为1m~0.1mm的电磁

波。

无线电波(Radio waves)：012310~310⨯⨯

电磁波(Electromagnetic waves)：010~10∞，无线电波、光波、宇宙射线 微波波段的划分：

波长：米波(300~3000MHz)、厘米波(3~30GHz)、毫米波(30~300GHz)、亚毫米波(300~3000GHz)

应用频段划分：UHF 、L 、S 、X 、K 、Q 等

相关知识：ITU-R 的无线电业务频率分配

2. 微波的特点

从电子学和物理学的观点看，微波和其他电磁波的不同特性有：

(1) 似光性和似声性：

光波：波长一般比地球上物体的尺寸要小得多，其传播特性与几何光学相似。 声波：波长与常见的设备尺寸有相同的量级，其许多特点与声波类似。 波导和传声筒；喇叭天线缝隙天线和声学喇叭、萧、笛；微波谐振腔和声学共鸣箱

(2) 穿透性

具有深入物质内部的能力。

穿透地球周围的介质：大气层(对流层和电离层)、地物植被、土壤岩石等，全天候遥感的重要波段。

穿透生物体：医学治疗和诊断的重要手段。

(3) 电离性能

量子能量不够大，通常不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的化学键。

量子能量：34526.62610J s :10~10eV

E h h E ν

---==⨯⋅

可以用以研究物质的内部结构，或用于微波器件的设计或能量的转换

(4) 信息性能

源于微波频率极高，所以可以在不太大的相对带宽下，其可用带宽很宽，达

到数百兆甚至上千兆，这是低频无线电波所无法比拟的。这意味微波的信息容量大。所以现代多路无线通信都几乎没有例外地使用了微波波段。它所提供的相位(Phase)、极化(Polarization)、多普勒(Doppler)等信息，也是它在目标探测、遥感、目标特征分析等应用中十分重要。

信息容量和带宽、频率的关系——香浓定律(Shannon-Hartley Theorem) 2log (1)C BW SNR =⨯+

带宽(Band Width ——BW )的经验估计方法是：带宽是载频的10%。这说明载波的频率限制了带宽，频率越高，带宽越宽，信息容量也越大。

(5) 其他特性

空间传播方面：视距传播特性

电路参数不确定性

散射特性

电磁兼容和电磁污染：抗低频干扰的特点

1.2 微波技术的发展

从相关的电磁现象研究来讲，可以追溯到麦克斯韦时代的研究。但从微波技术本身而言，它是从二十世纪初发展起来的，在这一过程中其发展和实际应用之间是相互促进的。

微波研究在二战期间雷达的研制及其在战场中的发挥的巨大作用使微波技术得到了迅猛的发展。主要阶段

（1）20世纪初到二十世纪60年代：基本理论、技术应用

（2）20世纪60是年代：微波通信、卫星通信兴起，加快了微波技术的发展

（3）20世纪70年代：应用领域扩展，遥感、医疗、无损检测和能源等，促进了新领域的产生——微波波谱学、微波生物学、微波超导等交叉学科

此后，随着人类对生活需求的提高、对电磁理论的深入理解、现代工业技术的发展，特别是当前高新技术的发展的推动，使其发展呈现如下的几个特点：

1. 工作频段不断扩展，使微波资源得到越来越充分的利用。各种复用技术。

2. 微波设备的小型化、元器件的集成化，工作宽频带化。

设备：体积小、重量轻、可靠性高、寿命长

元器件：真空器件——半导体微波器件

分立元件——集成电路

超导微波器件

工作频带：宽带、超宽带系统兴起

3. 微波系统：不断向自动化、智能化、多功能方向发展

1.3 微波技术的应用

1. 雷达探测：(Radar—Radio Detection and Ranging)

功能：测距、定向、测速、目标识别

应用：气象雷达、导航雷达、遥感雷达

类型：单脉冲雷达、相控阵雷达、合成孔径雷达

2. 通信领域

特点：通信容量大、可穿透电离层、直线传播

类型：微波中继通信、卫星通信、移动通信等

3. 科学研究

微波的辐射、传输和吸收特性研究

应用系统：各种微波遥感系统——各种微波辐射计、成像雷达等

应用领域：水文、农业、森林、海洋、气象、地质、考古等

4. 生物医学应用

疾病的诊治：微波治疗仪、微波针灸

5. 微波能方面

热效应：加热、烘干、能量传输

6. 特殊应用

如人工改造大气环境等

1.4 研究和学习方法

由于微波波长短、频率高，使其和物质的作用通常需要使用“场”的方法分