微波技术基础讲义1
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Z0 , , l
Zin
Zl
开路
等效
Z in jZ 0 cot l
短路
等效
Z in jZ 0 tan l
宽频带的开路和短路很难做到
微波技术基础
微波特点——电阻
低频时
R=RDC
高频时
R=RAC
微波技术基础
微波特点——电容
低频时
高频时
（对数坐标系）
C越大—>Fr越低—>可使用的频率越小
微波技术基础
课程主要教学内容
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； 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； 波导及同轴线等简介
微波技术基础
参考书目与学习方法
参考书目
《微波工程》（第三版），《Microwave Engineering》， [ 美 ]David M.Pozar，电子工业出版社，2006 陈振国，《微波技术基础与应用》，北京邮电大学出版社 闫润卿等，《微波技术基础》（第2版），北京理工大学出版 社 焦其祥等，《电磁场与电磁波》，科学出版社，2004
工作频段向高频段发展
手术治疗
微波技术基础
典型射频收发信机框图
功率 放大器 天线
本振
低噪声 放大器
微波技术基础
微波特点——传输线
低频时L<<
I1 + V1
—
I2
高频时
V1=V2 I1=I2
+ V2
—
1 2 V1V2 长度为L I1 I2 线上不同位置的电压和电流的值不同，传输线表现 为分布元件特性
1905 : 爱因斯坦狭义相对论 1944 : 行波管
1946 : 微波炉
1953 : 微带天线……
微波技术基础
微波的特点与应用
更高的天线增益（与天线的电尺寸成正比） 或 微波辐射的危害： 更宽的带宽（相对带宽 ）
频带宽度大，通信容量高 150MHz<f<1.2GHz，被人体中央部分吸收，危害内 对元器件有脏 特 殊 要 器 官； 求 <f< 3.3卫 GHz ，被 人 体表、 面卫 和皮星 下深定 部 组 可穿透电离层1G ， 给 星 通 信 位
微波技术基础
微波技术发展史
1897 : 波导理论（Lord Rayleigh：模型、截止频率） 1936：George C.Southwarth（A T&T）无意中发现加水的铜管中可 传输电磁波，但误以为是水的作用 1936：W.L.Barrow验证了波导理论
1900 :无线信号传输跨越大西洋
ISM波段：900MHz 2.4GHz 5.7GHz
微波技术基础
从频谱认识微波
其他无线电波频谱的划分
30KHz~300KHz
300KHz~3MHz
3MHz~30MHz
30MHz~300MHz
微波技术基础
微波技术发展史
• 微波技术发展史
1831 : 法拉第发现了电磁感应现象 1873 : 建立了麦克斯韦方程 1887 —1891: Hertz用实验验证了麦克斯韦理论 1885-1887：奥利弗· 亥维赛引入了矢量符号
集肤深度
1
f
(m )
L 0.002l[2.3log(
4l 0.75)]uH , l , d : cm d
微波技术基础
微波特点——开/短路
高频时
Z jZ 0 tan l 2 , ( rad / m ) Z in Z 0 l Z 0 jZ l tan l
微波技术基础
微波特点——电容
滤低频
滤高频
10nF
1nF
微波技术基础
微波特点——电感
低频
高频
微波技术基础
微波器件举例
功率放大器
3.45GHz功放实物图
3.45GHz放大器 3.45GHz功放实物图
微波技术基础
微波器件举例
功率分配器
实物S 参数测试图
微波技术基础
微波器件举例
天线
单极天线与环天线联合5个波段
槽线天线（带阻带UWB天线）
宽槽ห้องสมุดไป่ตู้频带天线1.9~6GHz
U形和折线槽的双波段PIF A天线
U型槽与短路带联合加载
微波技术基础
GSM900： 880-960MHz GSM1800： 1710-1880MHz GSM1900： 1850-1910MHz WCDMA： 1940-2145MHz TD-SCDMA：1880-2025MHz WLAN 1： 2.4-2.484GHz 2： 5.725-5.85GHz 3： 5.15-5.25GHz
微波技术基础
从频谱认识微波
微波频段中的一些特殊频段
L波段： 950M~1750M (1~2GHz)
S波段波段：
C波段： X波段： Ku 波段： Ka 波段：
10 厘米波段
5厘米波段 3厘米波段 2厘米波段 8毫米波段
(2~4GHz)
(4~8GHz) (8~12GHz) (12~18GHz) (26.5~40GHz)
从频谱认识微波
微波频段的进一步划分
波段名称 分米波 厘米波 毫米波 波长范围 1m ~ 10cm 10cm ~ 1cm 频率范围 0.3 ~ 3GHz 3 ~ 30GHz 波段名称 特高频 UHF—Ultra 超高频 SHF—Super 极高频
1cm ~ 1mm 30 ~ 300GHz
EHF—Extra
微波的特点与应用
微波应用 通信 地面 民用 卫星 雷达 军用 航空交通指挥 工业和生物医药 过程控制 侦查 导航 武 器制导 电子战 C3系统 干燥 固 化处理 合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料 监测 成像 微波能 工业生产 家庭
飞行器导航
航海 空间飞行器 遥感
发展方向
小型化、宽带化 自动化、智能化
学习方法
预习、听讲、笔记、复习、作业 注意“ ”和“ ”
微波技术基础
基本方法：场与路
从频谱认识微波
什么是“微波”？
频率非常高的电磁波
频率范围 300MHz ~ 300GHz 波长范围 1米 ~ 1毫米
处于超短波和红外光波之间。 300MHz
超短波 微波
微波技术基础
300GHz
红外光
-I
-I
微波技术基础
微波特点——一条线
低频时
l(m) R l S
阻性
RDC
高频时
22 ( m / m ), d 直径（m m ） d2
等效模型 趋肤效应：电流集中在金属表面 等效电阻
铜线: R R AC
等效电感
0.12 d
f ( m / m ), d : mm
3GH z， 人体表面几乎全部吸收，对皮肤和眼 织 吸收； 导航等提供有f>利 条 件 、 危害很大 睛的
f<150MHz，能量几乎全部穿透人体，危害性很小；
热效应
微波的危害
眼镜
遥感、医学 、加 热等方 面
微波技术基础
对工作场所和微波辐射器件进行屏蔽，工作人员可 以穿防护 衣，戴防 护
容许的强度100mW/cm2（理论和实验结果）
Zin
Zl
开路
等效
Z in jZ 0 cot l
短路
等效
Z in jZ 0 tan l
宽频带的开路和短路很难做到
微波技术基础
微波特点——电阻
低频时
R=RDC
高频时
R=RAC
微波技术基础
微波特点——电容
低频时
高频时
（对数坐标系）
C越大—>Fr越低—>可使用的频率越小
微波技术基础
课程主要教学内容
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； 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； 波导及同轴线等简介
微波技术基础
参考书目与学习方法
参考书目
《微波工程》（第三版），《Microwave Engineering》， [ 美 ]David M.Pozar，电子工业出版社，2006 陈振国，《微波技术基础与应用》，北京邮电大学出版社 闫润卿等，《微波技术基础》（第2版），北京理工大学出版 社 焦其祥等，《电磁场与电磁波》，科学出版社，2004
工作频段向高频段发展
手术治疗
微波技术基础
典型射频收发信机框图
功率 放大器 天线
本振
低噪声 放大器
微波技术基础
微波特点——传输线
低频时L<<
I1 + V1
—
I2
高频时
V1=V2 I1=I2
+ V2
—
1 2 V1V2 长度为L I1 I2 线上不同位置的电压和电流的值不同，传输线表现 为分布元件特性
1905 : 爱因斯坦狭义相对论 1944 : 行波管
1946 : 微波炉
1953 : 微带天线……
微波技术基础
微波的特点与应用
更高的天线增益（与天线的电尺寸成正比） 或 微波辐射的危害： 更宽的带宽（相对带宽 ）
频带宽度大，通信容量高 150MHz<f<1.2GHz，被人体中央部分吸收，危害内 对元器件有脏 特 殊 要 器 官； 求 <f< 3.3卫 GHz ，被 人 体表、 面卫 和皮星 下深定 部 组 可穿透电离层1G ， 给 星 通 信 位
微波技术基础
微波技术发展史
1897 : 波导理论（Lord Rayleigh：模型、截止频率） 1936：George C.Southwarth（A T&T）无意中发现加水的铜管中可 传输电磁波，但误以为是水的作用 1936：W.L.Barrow验证了波导理论
1900 :无线信号传输跨越大西洋
ISM波段：900MHz 2.4GHz 5.7GHz
微波技术基础
从频谱认识微波
其他无线电波频谱的划分
30KHz~300KHz
300KHz~3MHz
3MHz~30MHz
30MHz~300MHz
微波技术基础
微波技术发展史
• 微波技术发展史
1831 : 法拉第发现了电磁感应现象 1873 : 建立了麦克斯韦方程 1887 —1891: Hertz用实验验证了麦克斯韦理论 1885-1887：奥利弗· 亥维赛引入了矢量符号
集肤深度
1
f
(m )
L 0.002l[2.3log(
4l 0.75)]uH , l , d : cm d
微波技术基础
微波特点——开/短路
高频时
Z jZ 0 tan l 2 , ( rad / m ) Z in Z 0 l Z 0 jZ l tan l
微波技术基础
微波特点——电容
滤低频
滤高频
10nF
1nF
微波技术基础
微波特点——电感
低频
高频
微波技术基础
微波器件举例
功率放大器
3.45GHz功放实物图
3.45GHz放大器 3.45GHz功放实物图
微波技术基础
微波器件举例
功率分配器
实物S 参数测试图
微波技术基础
微波器件举例
天线
单极天线与环天线联合5个波段
槽线天线（带阻带UWB天线）
宽槽ห้องสมุดไป่ตู้频带天线1.9~6GHz
U形和折线槽的双波段PIF A天线
U型槽与短路带联合加载
微波技术基础
GSM900： 880-960MHz GSM1800： 1710-1880MHz GSM1900： 1850-1910MHz WCDMA： 1940-2145MHz TD-SCDMA：1880-2025MHz WLAN 1： 2.4-2.484GHz 2： 5.725-5.85GHz 3： 5.15-5.25GHz
微波技术基础
从频谱认识微波
微波频段中的一些特殊频段
L波段： 950M~1750M (1~2GHz)
S波段波段：
C波段： X波段： Ku 波段： Ka 波段：
10 厘米波段
5厘米波段 3厘米波段 2厘米波段 8毫米波段
(2~4GHz)
(4~8GHz) (8~12GHz) (12~18GHz) (26.5~40GHz)
从频谱认识微波
微波频段的进一步划分
波段名称 分米波 厘米波 毫米波 波长范围 1m ~ 10cm 10cm ~ 1cm 频率范围 0.3 ~ 3GHz 3 ~ 30GHz 波段名称 特高频 UHF—Ultra 超高频 SHF—Super 极高频
1cm ~ 1mm 30 ~ 300GHz
EHF—Extra
微波的特点与应用
微波应用 通信 地面 民用 卫星 雷达 军用 航空交通指挥 工业和生物医药 过程控制 侦查 导航 武 器制导 电子战 C3系统 干燥 固 化处理 合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料 监测 成像 微波能 工业生产 家庭
飞行器导航
航海 空间飞行器 遥感
发展方向
小型化、宽带化 自动化、智能化
学习方法
预习、听讲、笔记、复习、作业 注意“ ”和“ ”
微波技术基础
基本方法：场与路
从频谱认识微波
什么是“微波”？
频率非常高的电磁波
频率范围 300MHz ~ 300GHz 波长范围 1米 ~ 1毫米
处于超短波和红外光波之间。 300MHz
超短波 微波
微波技术基础
300GHz
红外光
-I
-I
微波技术基础
微波特点——一条线
低频时
l(m) R l S
阻性
RDC
高频时
22 ( m / m ), d 直径（m m ） d2
等效模型 趋肤效应：电流集中在金属表面 等效电阻
铜线: R R AC
等效电感
0.12 d
f ( m / m ), d : mm
3GH z， 人体表面几乎全部吸收，对皮肤和眼 织 吸收； 导航等提供有f>利 条 件 、 危害很大 睛的
f<150MHz，能量几乎全部穿透人体，危害性很小；
热效应
微波的危害
眼镜
遥感、医学 、加 热等方 面
微波技术基础
对工作场所和微波辐射器件进行屏蔽，工作人员可 以穿防护 衣，戴防 护
容许的强度100mW/cm2（理论和实验结果）