毫米波理论与技术第1章绪论
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。
微波毫米波技术基本知识 ppt课件
微波毫米波技术基本知识
四、国外毫米波器件和系统应用
现代武器装备的需求促进了毫米波技术 的发展，毫米波技术发展的需要又带动 了半导体和微电子电路技术和工艺的进 步，使毫米波技术成为当今一门知识密 集的综合性技术学科，国外毫米波设备 快速发展，每年以30%-40%的速度增长， 成为军事电子领域的“ 朝阳”产业。
开波导
介质棒波导，哥保线
表面波传输线…特定的频 介质镜象线，光纤
率和波型
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
带状线 ( stripoline ) 微带线（Microstrip） 悬置带线（suspended stripline） 共面线（coplanar line）
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
计算电磁学及其应用
★随着集成密度的增加和工作频率的提高，设计者 必须认真对待互连和封装中的各种电磁效应问题， 如电路间的互耦，寄生谐振，电磁干扰和电磁兼容 性等问题。 ★在电磁场与微波技术学科中，以电磁场理论为基 础，以高性能计算技术为手段，运用计算数学提供 的各种方法，诞生了一门解决复杂电磁场理论和工 程问题的应用科学－计算电磁学(computational electromagnetics)
60GHz, 1W, PAE=20%, 60GHz，3.8W, 31dB，8个模块合成 95GHz, 480mW, PAE=20% TRW公司InP HEMT低噪声MMIC： 170－200GHz, G=15dB, Nf=4.8dB
微波毫米波技术微波毫米波技术基本知识基本知识2004年3月提纲提纲无线电频段划分无线电频段划分射频和微波传输线射频和微波传输线国外毫米波器件和系统应用国外毫米波器件和系统应用一无线电频段划分一无线电频段划分名称长波中波短波超短波微波频率15100khz1001500khz1530mhz30300mhz300以上波长20km3km3km200m200m10m10m1m1m以下微波频段划分微波频段划分uhfuhf名称频率225390mhz039155mhz15539ghz3969ghz69124ghz12418ghz18265ghz波长1332769cm769193cm193769cm769435cm435242cm242167cm167113cm毫米波频段毫米波频段ehfehf名称ka频率ghz2654033504060507560907511090140110170140220波长mm1137591675564533427332127172114大气透明窗口
第一章绪论
19
微波的历史回顾及现代应用
1.历史回顾
19世纪末 赫兹 火花振荡器—— 微波 Maxwell 1
20世纪初 实验室研究 磁控管、速调管—— 功率 小、效
率低
1936/4 Southworth 青铜管——传输电磁波
证明Maxwell2：微波可以在空心的金属管内传输
1943
第一台微波雷达
Microwave Technology and Antenna
4/14/2020
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测风雷达
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风廓线雷达
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4/14/2020
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微波的历史回顾及现代应用
2.现代应用
通信
微波中继通信 移动通信 卫星通信 星际飞行器与地球间的通信
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微波的历史回顾及现代应用
（美） John D. Kraus, 原出版社 McGraw-Hill，电子工业出版社
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3
课程要求
认真听讲，记好笔记（便于期末复习） 不得无故缺课、迟到与早退 保持课堂纪律 作业
《微波技术》课程教学大纲
《微波技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：08030010课程中文名称：微波技术课程英文名称：microwave technology课程性质：专业指定选修课考核方式：考查开课专业：电子信息工程、通信工程、信息对抗技术开课学期：5总学时：40+16总学分：3.5二、课程目的和任务《微波技术》是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。
通过讲述传输线理论、理想导波系统理论、微波网络理论，使学生掌握传输线的工作状态和特性参量、波导的场结构和传输特性，了解常用微波元件的基本结构和工作原理，具有解决微波传输基本问题的能力。
三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）1．掌握传输线的基本理论和工作状态，具有分析传输线特性参量的基本能力，掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成和应用，了解阻抗匹配的基本方法和原理。
2．掌握矩形波导的一般理论与传输特性，掌握矩形波导主模的场分布与相应参数，了解圆波导、同轴线、带状线和微带线等传输线的工作原理、结构特点、传输特性和分析方法。
3．掌握微波网络的基本理论，重点包括微波网络参量的基本定义、基本电路单元的参量矩阵、微波网络组合的网络参量、微波网络的工作特性参量，了解二端口微波网络参量的基本性质，具有分析二端口微波网络工作特性参量的基本能力。
4．掌握阻抗变换器、定向耦合器、微带功分器、波导匹配双T的结构特点、工作原理、分析方法及其主要用途，了解电抗元件、连接元件、衰减器和移相器、微波滤波器和微波谐振器等微波元件的结构特点和工作原理。
四、教学内容与学时分配第一章绪论（2学时）微波的概念及其特点，微波技术的发展和应用，微波技术的研究方法和基本内容。
第二章传输线理论（13学时）1．传输线方程及其求解2．传输线的特性参量3．均匀无耗传输线工作状态分析4．阻抗圆图及其应用5．传输线的阻抗匹配第三章微波传输线（9学时）1．理想导波系统的一般理论2．导波系统的传输特性3．矩形波导4．带状线5．微带线第四章微波网络（9学时）1．波导等效为平行双线2．微波元件等效为微波网络3．二端口微波网络4．基本电路单元的参量矩阵5．二端口微波网络的组合及参考面移动的影响6．二端口微波网络的工作特性参量7. 多端口微波网络第五章常用微波元件（7学时）1．阻抗变换器2．定向耦合器3．波导匹配双T4．微波滤波器第六章实验教学（16）五、教学方法及手段（含现代化教学手段）以课堂讲授为主，适当配合课堂讨论，充分使用多媒体教学；以学生自学为辅，学生可以通过网络课堂和微波网站在线学习。
毫米波三倍频器的研究
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒｉｐｌｅｒ Ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＤＳ ａｎｄ ＨＦＳＳ ｓｏｆｔ－ｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｒｅａｃｈｅｓ ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ
签名： 鱼 维
日期：办，口年６月／－Ｐ Ｅｌ
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１．３国内外发展动态
倍频器作为发射机、频率合成器、接收机本振源等电子设备中非常重要的非 线性电路，国内外己对它进行了广泛的研究。目前，国内外对倍频器的研究主要 集中在毫米波高端、亚毫米波频段，国外已经在亚毫米波的理论研究和实际应用 中都取得了很大进展。
１ ９９８年Ｊｏｈｎ Ｔｈｏｒｎｔｏｎ等报道了一种２５０ＧＨｚ的肖特基二极管三倍频器【６】，在输
毫米波倍频器是毫米波技术中的一项重要内容，具有以下优点： １．降低了设备的主振频率，并且把工作频率扩展到毫米波、亚毫米波段。 ２．把微波设备所具有的高频率稳定度和相噪特性好的特点扩展到毫米波、亚 毫米波频段上。 ３．固态倍频器体积小、易于集成。 ４．使用寿命较长。 目前小功率的短波长毫米波、亚毫米波固态源的获得主要依靠倍频方法实现。 因此，进行毫米波、亚毫米波倍频器的研究具有很重要的意义。
ｓｏ ｅｆｒｅｃｔｉｖｅｌｖ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｌｕｔｔｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｉｏｄｅ ｐａｉｒｓ ｗａｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ
毫米波绪论
毫米波理论与技术 ——绪论董宇亮教材薛良金 《毫米波工程基础》 哈工大出版社，2004课程学习课程安排时间安排 章节安排先修课程电磁理论 微波 高频电路或射频电路或微波电路第一章 绪论1.1 毫米波毫米波在电磁波谱中的位置 毫米波的发展和复苏1.2 毫米波的特点和应用特点 雷达与制导系统 电子对抗 毫米波通信 毫米波遥感 辐射计和被动毫米波成像1.1 毫米波习惯所指毫米波：10 ～ 1mm（30～300GHz）EHF 实际应用中也常把毫米波低端降至26GHzIEEE规定（1976年）毫米波：40 ～300GHz 近毫米波：100 ～1000GHz毫米波在电磁波谱中的位置毫米波属于微波，位于微波的高频端 毫米波频率上限与亚毫米波毗邻，靠近红外和光波 频段划分是人为的，界限不是绝对的，具有模糊性UHFSHFEHF毫米波在电磁波谱中的位置毫米波兼有微波和准光特性 THz波兼有毫米波和红外特性毫米波在电磁波谱中的位置毫米波频段代码及对应频率范围雷达频段符号 K频段 18～26.5GHz K频段 18～27GHz K频段 10.9～30GHz K频段 20～40GHz Ka频段 26.5～40GHz Q频段 27～40GHz Q频段 36～46GHz O频段 40～70GHz V频段 46～56GHz W频段 75～110GHz V频段 50～75GHz W频段 56～100GHz O频段 200～300GHz英国频段符号旧美军标符号新美军标符号L频段 48～60GHzM频段 60～100GHzN频段 100～200GHz1979年（WARC） 规定标准符号K频段 U频段 E频段 W频段 D频段 26.5～40GHz 40～60GHz 60～90GHz 75～110GHz 110～170GHz毫米波的发展和复苏主要推动因素雷达和通信的需求低可见度气象条件下工作的需求 尺寸、分辨率和带宽的需求毫米波器件的发展远距离通信 固态器件和 微波集成电路MMIC雷达195019601970198019902000固态源的功率性能1.2 毫米波的特点和应用毫米波的特点大气传播特性 波长 带宽毫米波的大气传播特性主要影响因素构成大气成分的分子吸收（水蒸气、氧气等）水蒸气分子具有电偶极矩 氧分子具有磁偶极矩降水（云、雾、雨、雪、雹等 ） 大气悬浮物（尘、烟等） 环境（地面、障碍物、植被等）被动毫米波图像 与红外、可见光图像的对比被动毫米波图像 与可见光图像的对比大气衰减特性晴朗天气水平传播的 毫米波的大气衰减特性30 100 10 衰减\(dB/km) 1 海平面 0.1 0.01 H 2O 10 20 海拔 4km 30 O2 O2 H 2O 35GHz 15 10 波长\mm 5 3 2 140GHz 94GHz 220GHz 160 频率\GHz100150300毫米波的大气窗口和吸收带大气“窗口”中心频率f(GHZ) 波长λ (mm) 带宽B(GHz) 35 8.6 16 94 3.2 23 140 2.1 26 220 1.4 70在毫米波频段有四个传播衰减相对较小的大气“窗口”，任何一个 毫米波“窗口”的可用带宽几乎都可以把包括微波频段在内的所有 低频频段容纳在内大气吸收带中心频率f(GHZ) 吸收原因 22 H2O 60 O2 120 O2 183 H2O这些吸收带也具有很大的带宽角分辨率的问题角分辨率受衍射效应限制，在一般情况下能获 得的角分辨率α就等于天线波束的半功率宽度 （或由信号处理获得的等效波束宽度），它与 辐射波长λ、天线（或透镜）直径D有如下的 关系 α=k λ /D 系数k决定于天线孔径上的电流分布，典型值 为1～1.3。
毫米波
波长为1～10毫米的电磁波
01 简介
03 传播特性 05 天线
目录
02 特点 04 雷达 06 最新消息
毫米波 （millimeter wave ）：波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波 长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。
天线
1）喇叭天线 角锥形喇叭一般的开口波导可以辐射电磁波，但由于口径较小，辐射效率和增益较低。如果将金属波导开口 逐渐扩大、延伸，就形成了喇叭天线。喇叭天线因其结构简单、频带较宽、易于制造和方便调整等特点，而被广 泛应用于微波和毫米波段。在毫米波治疗仪中也普遍采用。 2）微带天线 微带天线或印刷天线在最早是在厘米波段得到广泛应用，随后扩展到毫米波段。这类扩展并不是按波长成比 例的缩尺，不是完全的仿效，而是有着新的概念和新发展。 但是毫米波微带天线有两个关键问题，一是传输线的损耗变大，二是尺寸公差变得很严格。 3）漏波天线 这类天线是电磁波沿着开放式结构传输时由于一些不连续结构而辐射能量的，所以叫漏波天线。
传播特性
毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。要想成功地设计并研制出性能优良的毫米波系 统，必须了解毫米波在不同气象条件下的大气传播特性。影响毫米波传播特性的因素主要有：构成大气成分的分 子吸收（氧气、水蒸气等）、降水（包括雨、雾、雪、雹、云等）、大气中的悬浮物（尘埃、烟雾等）、以及环 境（包括植被、地面、障碍物等），这些因素的共同作用，会使毫米波信号受到衰减、散射、改变极化和传播路 径，进而在毫米波系统中引进新的噪声，这诸多因素将对毫米波系统的工作造成极大影响，因此我们必须详细研 究毫米波的传播特性。
雷达
近年来，随着对毫米波系统需求的增长，毫米波技术在研制发射机、接收机、天线以及毫米波器件等方面有 了重大突破，毫米波雷达进入了各种应用的新阶段。
(整理)CH1绪论.
导波光学（摘自李玉全编著的「光波导理论与技术」一书的部分章节）第一章绪论当今社会是信息社会，信息技术正在改变着人类社会。
在各种各样的信息技术中，光信息技术的地位越来越重要，作用也越来越突出。
在信息的产生、采集、显示、传输、存储以及处理的各个环节中，光技术都扮演着重要的角色。
20世纪60年代激光器的出现，导致了半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。
20世纪70年代，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光导纤维通信、光信息处理、光纤传感、光信息存储与显示等为代表的光信息科学技术的蓬勃发展，导波光学（包括集成光学和纤维光学两个分支）已成为光信息技术与科学的基础。
光通信是20世纪70年代以后发展起来的新的通信技术。
光通信被认为是通信发展史上一次革命性的进步，它对人类由工业化社会向信息化社会的进步，有着不可估量的推动作用，而光波导理论和光通信器件则是光通信技术的基础。
鉴于教学学时的限制，本教材仅对光波导的基本理论、以及它在光通信系统中的应用予以概括性的技术介绍。
在介绍具体的光波导理论及应用之前，我们首先简单介绍一下光通信的发展过程。
本教材论述了导波光学的主要理论基础和应用技术。
1.1 通信历史的回顾通信的发展历史总是与人类文明的发展历史紧密相关的。
可以认为，人类早期的长途通信手段____烽火台报警通信就是光通信。
烽火台通信是现代接力通信的雏形，每个烽火台就是一个通信中继站。
当边关有战事时，烽火台点起烽烟，一级接一级地往下传，很快即可将信息送达目的地。
当然这种光通信并非现代意义下的光通信，可以称它是目视光通信。
这种通信方式的优点是快速，主要缺点是能传输的信息量太小，烽火无法表达边关战事的具体情况。
到了中世纪这种烽火台通信又得到了改进，人们用不同颜色的烽烟组合来传递较为复杂的信息。
目视光通信在19世纪达到了它的顶峰。
18世纪末，法国人夏布（Chappe）发明了扬旗式通信机（又称旗语通信机）。
有关毫米波雷达的书
有关毫米波雷达的书
毫米波雷达：探索无线通信的新前沿
第一章：引言
在现代科技的飞速发展中，毫米波雷达作为无线通信的新前沿技术引起了越来越多的关注。
毫米波雷达利用高频的电磁波进行探测和通信，具有较强的穿透力和高精度的测量能力，被广泛应用于安全监控、无人驾驶、医疗诊断等领域。
本书将深入探讨毫米波雷达的原理、应用和未来发展趋势。
第二章：毫米波雷达的原理
2.1 高频电磁波的特性
2.2 毫米波雷达的工作原理
2.3 探测和跟踪目标的方法
2.4 信号处理与数据分析
第三章：毫米波雷达的应用
3.1 安全监控和隐私保护
3.2 无人驾驶技术
3.3 医疗影像和诊断
3.4 智能交通系统
3.5 军事和航天领域
第四章：毫米波雷达的挑战与前景
4.1 技术挑战与突破
4.2 毫米波雷达与5G通信的融合
4.3 毫米波雷达的商业应用前景
4.4 对未来发展的展望
第五章：案例分析
5.1 毫米波雷达在城市安全监控中的应用
5.2 毫米波雷达在自动驾驶汽车中的应用
5.3 毫米波雷达在医疗影像中的应用
5.4 毫米波雷达在军事领域中的应用
第六章：结论
毫米波雷达作为一项前沿技术，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
随着技术的不断突破和应用场景的不断拓展，毫米波雷达将在安全监控、无人驾驶、医疗诊断等领域发挥越来越重要的作用。
相信在不久的将来，毫米波雷达将成为无线通信领域的一颗明星。
微波及毫米波技术基本知识
用求和 表示积分：
电磁场和电路定律
克希霍夫电压定律（电磁感应定律）
克希霍夫电流定律（电荷守恒定律）
电磁频谱
通常将电磁频谱分为长波、中波、短波、超短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外和光波，其对应的 频率如表1所示。 不同频段的电磁波传播特性不同，它们的用途也不同。
常用频段称呼
射频 (RF)：1MHz-1GHz (广义射频指无线电频率） 微波：1GHz-30GHz 毫米波：30GHz-300GHz 亚毫米波：300-3000GHz(1000GHz=1THz) 红外：300-416000GHz(1000THz=1pHz) 可见光：0.76－0.4µm
麦克斯韦预言
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场； （4）周期性变化（振荡）的磁场产生同频率的振荡电场，周期性变化（振荡）的电场产生同频率的 振荡磁场； （5）变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，它们 向周围空间传播就是电磁波。
无线电系统组成 发射机（信号产生、放大） 发射终端（信息产生）
接收机（信号放大、变换） 接收终端（信息处理）
发射天线（辐射能量） 接收天线（搜集能量）
概述
本讲座介绍无线系统的射频部分相关知识，包括天线、发射机、接收机以及电磁波的基本知识，微波 部件和子系统参数测量的基本原理和方法，使学员建立电磁场与微波技术的基本概念，奠定设计、调 试微波部件和子系统的技术基础。
名称 频率
长波
表1 无线电频段划分
中波
短波
超短波 (VHF)
微波和毫米波
15－100kHz
100－1500kHz 1.5－30MHz
30－300MHz
毫米波原理
毫米波原理
毫米波原理是指一种波长范围在1毫米到10毫米之间的电磁波。
这种波长的电磁波对于许多应用来说都具有很大的潜在价值，特别是在通信和雷达领域。
由于毫米波与红外线和微波之间的波长相似，因此它们也被称为“太赫兹波”。
毫米波的物理性质包括其能力能够被大气层中的氧分子和水分子吸收，在空气中的传输距离有限等特点。
这些性质使得毫米波在许多应用中更加受欢迎，例如无线通信、卫星通信、雷达、物体检测以及医疗成像等领域。
此外，由于毫米波具有高解析度和低干扰等特点，使得毫米波成为了近年来越来越受欢迎的一种通信和雷达手段。
毫米波技术的发展主要受到了微电子学、光电子学、材料学和计算机技术等多学科的推动和支持。
随着技术的进步，毫米波的应用前景将更加广阔。
第一章 绪论
重庆大学通信工程学院
参考文献：
国内： 微波技术、微波技术基础 国外： 1. Microwave Engineering by David M. Pozar
§1 引 论
§1.1 微波的定义及频段的划分
ISM频段，ISM(Industrial Scientific Medical) Band， 此频段( 2.4~2.4835GHz)主要是开放给工业， 科学、医 学，三个主要机构使用，分为工业（902-928MHz）,科学 研究（2.4-2.484GHz）和医疗（5.725-5.850GHz）由美 国联邦通信委员会(FCC)分配的不必许可证的无线电频段 （功率不能超过1W）。
应用：卫星通信系统，多路通信(MIMO，OFDM)。另外， 微波信号还可提供相位、极化信息，多普勒频率信息，可 以用于目标探测、遥感、目标特征分析。应用：合成孔径 以及逆合成孔径雷达，相控阵雷达等等。
太赫兹（Terahrtzห้องสมุดไป่ตู้简称THz）波在电磁波谱中占有一个很特殊 的位置，其频率范围大致为0.1-10THz(THz=1012Hz)。太赫兹 （THz）波是介于微波和红外之间的一种相干电磁辐射，是人 类目前尚未完全开发的电磁波谱“空隙区”。由于其频率范围 处于电子学和光子学的交叉区域，太赫兹波的理论研究处在经 典理论和量子跃迁理论的过渡区，其性质表现出一系列不同于 其他电磁辐射的特殊性，从而具有许多方面不同的应用。主要 应用在光谱、成像和通信领域。
通信：由于微波具有频率高的特点，因此其分数带宽包含的绝
对带宽大，作为载体具有信息量大的特点。 微波多路通信、
THz image of a semiconductor integrated circuit
Visible image THz image
毫米波原理
毫米波原理
毫米波是指波长在1毫米到10毫米之间的电磁波，对应的频率范围为30GHz 到300GHz。
毫米波技术是近年来备受关注的一项新兴技术，被广泛应用于通信、雷达、成像等领域。
毫米波具有波长短、穿透能力弱、大气吸收强等特点，因此在无线通信和雷达成像领域有着独特的优势。
首先，毫米波在通信领域具有重要意义。
随着5G技术的发展，毫米波通信成为了5G的重要组成部分。
相比传统的微波通信，毫米波通信具有更大的带宽和更高的传输速率，能够满足日益增长的通信需求。
同时，毫米波通信还能够支持大规模的设备连接，为物联网的发展提供了技术支持。
其次，毫米波在雷达成像领域也有着广泛的应用。
毫米波雷达能够实现高分辨率的成像，对于目标的识别和跟踪具有很高的精度。
而且，毫米波雷达还能够穿透一定厚度的障碍物，对于地质勘探、安防监控等领域有着重要的应用前景。
毫米波的特点决定了其在通信和雷达成像领域的应用具有一定的局限性。
由于毫米波的穿透能力较弱，其在大气、雨雪等恶劣天气条件下的传输性能会受到一定的影响。
因此，在实际应用中需要针对这些问题进行技术上的突破和解决方案的研究。
总的来说，毫米波作为一种新兴的电磁波技术，具有广阔的应用前景和发展空间。
随着通信和雷达技术的不断进步，毫米波技术将会得到更广泛的应用，为人类社会的发展带来更多的便利和可能性。
希望未来能够有更多的科研人员投身于毫米波技术的研究与发展，推动其在各个领域的应用和创新。
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电子科技大学电子工程学院《毫米波理论与技术》讲义
1.2 毫米波的大气传播特性
毫米波的大气窗口和吸收带
（1）大气“窗口”
中心频率f(GHz) 35 94 140 220
波长λ (mm)
带宽B(GHz)
8.6
16
3.2
23
2.1
26
1.4
70
优点：使雷达可用窄脉冲和宽带调制技术获得目标的细部特 性；拓宽现有的通信频谱。 （2）大气吸收带
电子科技大学电子工程学院《毫米波理论与技术》讲义
毫米波理论与技术
总 学 时：40学时 开课时间：春季 主讲教师：徐跃杭 Email：yuehangxu@
课程简介
先修课程
《导波场论》、《电磁场理论》、《微波技术基础》、《 微波网络》、《微波固态电路》
课程内容
毫米波 传输线、无源元件、有源器件理论； 毫米波器件和电路设计技术； 毫米波混合/单片集成技术（HIC&MMIC）；
35GHz
海拔 4km 30
O2
60 频率\GHz
在毫米波频段有 220GHz 四个传播衰减相 140GHz 对较小的大气 94GHz “窗口”，任何 一个毫米波“窗 口”的可用带宽 H 2O 几乎都可以把包 O2 括微波频段在内 的所有低频频段 100 150 300 容纳在内。
衰减\(dB/km)
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1.3 毫米波的特点及其应用
角分辨率
在一般情况下能获得的角分辨率α就等于天线波束的半功 率宽度（或由信号处理获得的等效波束宽度），它与辐 射波长λ、天线（或透镜）直径D有如下的关系 α=k λ/D 系数k决定于天线孔径上的电流分布，典型值为1～1.3。 上式表明，波长越短，天线直径越大，波束宽度越窄， 角分辨率就越高。 例：一个12cm孔径的天线在94GHz给出1.8°的波束宽度 ，同样孔径尺寸的天线在10GHz的波束宽度为18 °。
毫米波技术发展
1934年，Cleeton and Williams利用磁控管实现了稳定的 毫米波信号源，在1936年频率达47GHz； 此后，速调管(1937年)、空腔谐振磁控管（1939年）相 继被发明； 1947~1965年，传统矩形波导外的圆波导、介质传输线 等毫米波传输线以及电磁波传播特性得到迅猛发展； 1965年~1970年，激光和红外技术得到迅猛发展； 1970s，固态器件和薄膜工艺发展极大的促进了固态毫 米波器件和电路的发展；
尼古拉 特斯拉（ Nikola Tesla ）发明火花隙振荡器产 生MHz频率信号； 1988年，赫兹利用火花隙振荡器产生微波； 1895年~1924年，Lebedw等利用类似方法可产生 3.7THz频率。
信号不 稳定， 非单色 信号。
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1.1 毫米波技术发展历程
毫米波混合集成电路:
• 无源电路(无源元件)
由毫米波传输线和集中参数元件完成;
• 有源器件 通过焊接或金丝键合等工艺与之配合连接而成。
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1.1 毫米波技术发展历程
毫米波单片集成电路(MMIC)：
把传输线、无源元件、有源半导体器件都制作在
同一半导体芯片上，形成完整的电路或系统功能的毫
1.1 毫米波技术发展历程
毫米波在电磁频谱中的位臵
1000 100 波长\mm 10 3 1 0.3 0.1 远红外 近毫米波 分米波 UHF 厘米波 SHF
毫米波 EHF
亚毫米波
微波
0.3 3 30 频率\GHz 100 300
?
1000 3000
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1.1 毫米波技术发展历程
习惯所指
• 毫米波：10 ～ 1mm（30～300GHz）EHF • 实际应用中也常把毫米波低端降至26GHz
IEEE（1976年）
• 毫米波：40 ～300GHz • 近毫米波（短毫米波）：100 ～1000GHz
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参考书籍
《毫米波理论与技术》阮成礼 （主） 《毫米波工程基础》 薛良金 《毫米波集成电路及应用》 孙晓玮 《Practical MMIC Design》 Stephen Mash 电子科技大学电子工程学院《毫米波理论与技术》讲义
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通信方式 ：
I. 有线通信—— • 电报（1837 Morse）、电话（1876 Bell）、光纤 （1966，高锟，2009年诺贝尔物理学奖） II. 无线通信—— • 视距 • 声波
英国频段符号
旧美军标符号
新美军标符号
1979 年（ WARC ）K频段 U频段 E频段 W频段 D频段 规定标准符号 26.5～40GHz 40～60GHz 60～90GHz 75～110GHz 110～170GHz
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1.1 毫米波技术发展历程
毫米波技术发展
CAD软件；
(5) 完善和发展微波毫米波ＭＣＭ制造技术。
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1.2 毫米波的大气传播特性
与微波频率相比，毫米波频段的电磁能量在 大气中传播时与大气中的气体、水和浮悬微 粒的相互作用更强，因此衰减更大。 主要影响因素
构成大气成分的分子吸收（水蒸气、氧气等） 水蒸气分子具有电偶极矩 氧分子具有磁偶极矩 降水（云、雾、雨、雪、雹等 ） 大气悬浮物（尘、烟等） 环境（地面、障碍物、植被等）
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1.1 毫米波技术发展历程
毫米波技术发展推动因素
微波频谱资源拥挤； 红外和光系统的局限性，以及高精度雷达、精确武器 系统发展需求；
毫米波固态器件 和电路 毫米波MMIC
微波雷达
远距离 微波通信
1950
1960
1970
1980
1990
2000
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与红外/可见光相比: 特有的大气传输特性
穿透性好，受云雾、烟尘影 响较小，具有全天候工作能 力。 吸收峰能用于隐蔽雷达和保 密通信
带宽大
信息容量大，能大大拓宽通信频谱； 容许更多通道工作而不相互干扰； 对于雷达便于应用窄脉冲和宽带调频 ，提高距离分辨率； 对于辐射计可提高灵敏度。
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1.1 毫米波技术发展历程
毫米波MCM 的发展方向：
(1) 开发具有更加良好电器性能、机械性能、热性能和化学
性能的材料；
(2) 发展高成品率、高可靠性、高可修复性、高组装密度和 高散热率的芯片键合技术； (3) 发展高可靠性的毫米波MCM用的芯片和元件； (4) 微波毫米波MCM的元器件建模、建库，并开发MCM专用
应用：移动通信、同步卫星通信、低轨道卫星、互联网… 频率：MHz、GHz、THz…
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无线通信系统射频前端：
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无线通信系统射频前端：
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典型应用-RADAR、智能武器
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课程目录
• 第一章 绪论
米波集成电路。
MMIC衬底材料特点：
(1) 有较高的电阻率，可以做毫米波传输线；
(2) 有较高的电子迁移率，可以做毫米波器件； (3) 性能稳定。
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1.1 毫米波技术发展历程
MMIC的优点：
(1) 器件工作频率提高，频带加宽，频率高，多倍频程电路容 易实现。 (2) 电路尺寸、重量远比HMIC小得多，可靠性高。 (3) 制作重复性和一致性好，大批量生产时成本得到降低。
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1.1 毫米波技术发展历程
多芯片组件（Mult-chip Module，MCM）：
将多个裸芯片安装在同一块多层高密度互联的基板 上，并封装在同一外壳内，具有一定部件或系统功能的 高密度微电子组件。
MCM是微波毫米波混合集成电路的小型化发展方 向之一。单片微波集成电路的小型化发展方向？
•在片系统
（SOC: System on Chip）
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1.1 毫米波技术发展历程
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1.1 毫米波技术发展历程
毫米波混合集成电路定义：
把毫米波传输线、封装式晶体管或无封装管芯、有独立
功能的半导体芯片、片式或小型分离元件等组合设计成具有 完整功能的毫米波集成电路。
•
•
第二章 毫米波传输线
第三章 毫米波固态器件和电路
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• •
第四章 毫米波无源电路
第五章 毫米波MCM 第六章 毫米波系统应用
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第一章 绪论
1.1 毫米波技术发展历程 1.2 毫米波的大气传播 特性
1.3毫米波特点及其应用
1.4 毫米波技术发展趋势
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中心频率f(GHZ) 波长λ (mm) 60 5 120 2.5 183 1.6