微波绪论.pptx

第第 6 章定向耦合器章定向耦合器第第 7 章微波滤波器章微波滤波器第第 8 章微波铁氧体器件章微波铁氧体器件 第第 9 章微波混频器章微波混频器 第第 10 章章 微波固态源微波固态源 第第 11 章章 微波电路的计算机辅助设计微波电路的计算机辅助设计第第 12 章章 微波集成电路微波集成电路第第 13章章 微波测量微波测量 0.1 0.1 微波的基本概念微波的基本概念0.20.2 微波的特点微波的特点0.3 0.3 微波的发展与应用微波的发展与应用绪论绪论0.1 微波的基本概念微波的基本概念 无线电波：无线电波：波长大于波长大于0.1mm的电磁波。的电磁波。微波微波(Microwave)：工作波长在工作波长在 1 m 0.1 mm,频率在频率在300 MHz 3 000 GHz 范围内的无线电波。范围内的无线电波。表表 0.1.2常用微波分波段代号常用微波分波段代号 波段代号波段代号频率范围频率范围(GHz)波长范围波长范围(cm)标称波长标称波长(cm)L12301522S24157.510C487.53.755X8123.752.53Ku12182.51.672K18271.671.111.25Ka27401.110.750.8U40600.750.50.6V60800.50.3750.4W801000.3750.30.3注注：不不同同波波段段的的电电磁磁波波各各有有其其特特性性，不不仅仅传传输输方方式式有有所区别，而且元器件的构成方法也不相同。所区别，而且元器件的构成方法也不相同。0.2 微波的特点微波的特点 1似光性和似声性似光性和似声性 2高频性高频性（1）微波的高频率特性使其适合宽频带应用的要求。微波的高频率特性使其适合宽频带应用的要求。（2）趋趋肤肤效效应应、辐辐射射效效应应、分分布布参参数数效效应应在在微微波波波波段段不不可可 忽略。忽略。（3）在在低低频频电电路路中中常常用用的的集集总总参参数数元元件件（电电阻阻、电电感感、电电 容容）、普普通通双双导导线线传传输输线线和和LC谐谐振振回回路路等等都都不不能能适适用用于于微微波波，电压、电流在微波波段失去了惟一性意义电压、电流在微波波段失去了惟一性意义。似光性：似光性：沿直线传播，遇到障碍物时会产生反射。沿直线传播，遇到障碍物时会产生反射。似声性：似声性：微波波导类似于声学中的传声筒；微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学喇叭、箫和笛；喇叭天线和缝隙天线类似于声学喇叭、箫和笛；微波谐振腔类似于声学共鸣箱。微波谐振腔类似于声学共鸣箱。3穿透性穿透性 在在微微波波波波段段取取而而代代之之的的是是分分布布参参数数电电路路元元件件、微微波波传传输输线线和和谐振腔谐振腔等。等。不不论论在在结结构构型型式式和和工工作作原原理理上上，微微波波分分布布参参数数电电路路与与低低频频集中参数电路都将有很大的区别。集中参数电路都将有很大的区别。微波能穿透生物体，成为医学透热疗法的重要手段；微波能穿透生物体，成为医学透热疗法的重要手段；微波能穿透云雾、雨、植被、积雪和地表层，具有全天候微波能穿透云雾、雨、植被、积雪和地表层，具有全天候和全天时工作的能力，成为遥感技术的重要波段；和全天时工作的能力，成为遥感技术的重要波段；微波能穿透电离层，因而成为卫星通信、全球卫星导航及微波能穿透电离层，因而成为卫星通信、全球卫星导航及人类探测外层空间的人类探测外层空间的“宇宙窗口宇宙窗口”；微波照射于介质物体时，能深入物质内部的特性。微波照射于介质物体时，能深入物质内部的特性。4研究方法和测量方法的独特性研究方法和测量方法的独特性(1)研究参量研究参量(2)研究方法研究方法(3)测量方法测量方法低频：电压和电流（仅是时间的函数，与空间位置无关）。低频：电压和电流（仅是时间的函数，与空间位置无关）。微波：电场和磁场矢量（是时间和位置的函数）。微波：电场和磁场矢量（是时间和位置的函数）。低频：克希荷夫定律。低频：克希荷夫定律。微波：麦克斯韦方程。微波：麦克斯韦方程。低频：测量的基本参量是电压、电流、频率以及电路元件低频：测量的基本参量是电压、电流、频率以及电路元件参数（如电阻、电容和电感）。参数（如电阻、电容和电感）。微波：测量的基本参量是功率、阻抗、波长以及电路的衰微波：测量的基本参量是功率、阻抗、波长以及电路的衰减和相移。减和相移。这是因为在微波波段一些低频参量已经没有物理意义了这是因为在微波波段一些低频参量已经没有物理意义了。5 5抗低频干扰特性抗低频干扰特性0 03 31 1 微波技术的发展方向微波技术的发展方向 1工作频段不断向高频段扩展。工作频段不断向高频段扩展。微微波波波波段段经经历历了了从从分分米米波波、厘厘米米波波到到毫毫米米波波的的发发展展阶段，目前正向毫米波和亚毫米波波段发展。阶段，目前正向毫米波和亚毫米波波段发展。0.3 微波技术的发展与应用微波技术的发展与应用 地球周围的噪声和干扰地球周围的噪声和干扰:(1)(1)宇宙和大气在传输信道上产生的宇宙和大气在传输信道上产生的自然噪声自然噪声;这些噪声一般在中低频区域，基本不会影响微波通信这些噪声一般在中低频区域，基本不会影响微波通信的正常进行。的正常进行。(2)(2)各种电气设备工作时产生的各种电气设备工作时产生的人为噪声人为噪声。2微微波波元元器器件件及及整整机机设设备备不不断断向向小小型型化化、宽宽频频带带方方向发展。向发展。3微波系统向自动化、智能化和多功能化方向发展。微波系统向自动化、智能化和多功能化方向发展。各各学学科科间间的的相相互互渗渗透透，促促使使微微波波设设备备、系系统统和和测测试试仪表逐步实现了自动化、智能化和多功能一体化。仪表逐步实现了自动化、智能化和多功能一体化。微微波波元元器器件件经经历历了了从从电电真真空空器器件件向向半半导导体体微微波波器器件件、从从分分离离元元件件到到集集成成电电路路的的发发展展过过程程。整整机机设设备备不不断断向向体体积小、重量轻、频带宽、可靠性高的方向发展。积小、重量轻、频带宽、可靠性高的方向发展。0 03 32 2 微波技术的应用微波技术的应用1 1雷达雷达 应用：应用：除大量应用于军事上外，还越来越广泛地应用于民除大量应用于军事上外，还越来越广泛地应用于民用上，如民用航空、航海、气象、遥感、城市交通等方面。用上，如民用航空、航海、气象、遥感、城市交通等方面。雷达是微波技术发展的策源地。雷达是微波技术发展的策源地。工作原理：工作原理：利用电磁波遇物体会发生反射回波，并根据所利用电磁波遇物体会发生反射回波，并根据所接收的回波来获取被测物体的有关信息，从而实现对被测接收的回波来获取被测物体的有关信息，从而实现对被测物体的测距、测向、测速以及目标识别与重建等。物体的测距、测向、测速以及目标识别与重建等。工作频段：工作频段：现代雷达大多数都工作在现代雷达大多数都工作在微波波段微波波段。2 2通信通信微微波波具具有有频频率率高高、频频带带宽宽、信信息息量量大大的的特特点点，因因此此被广泛地应用于各种通信业务中。被广泛地应用于各种通信业务中。（1）微波中继通信）微波中继通信现代通信系统种类：现代通信系统种类：前三种均属于微波的范畴。前三种均属于微波的范畴。微波中继通信、卫星通信、移动通信、光纤通信。微波中继通信、卫星通信、移动通信、光纤通信。（2）卫星通信）卫星通信卫星通信示意图卫星通信示意图 微波能穿透电离层，因此可进行卫星通信和宇航通信。微波能穿透电离层，因此可进行卫星通信和宇航通信。（3 3）移动通信）移动通信 早期的移动通信利用早期的移动通信利用短波短波和和超短波超短波。近年来其工作频率大部分已进入微波的低频段。如近年来其工作频率大部分已进入微波的低频段。如 个人数字蜂窝系统个人数字蜂窝系统(PDC,Personal Digital Cell)、个人通信系统个人通信系统(PCS,Personal Communication System)、数字蜂窝系统数字蜂窝系统(DCS,Digital Cellular System)、无线局域网无线局域网(WLAN,Wireless Local Area Network)、蓝牙技术（蓝牙技术（Blue Teeth Technique)。3 3全球卫星导航定位系统全球卫星导航定位系统应应用用：用用以以帮帮助助舰舰船船和和空空中中飞飞行行器器确确定定它它们们的的位位置置，目目前前已已扩扩展展到到包包括括陆陆地地上上及及外外层层空空间间中中一一切切需需要要定定位位的的物物体（如车辆、导弹等）。体（如车辆、导弹等）。(1）GPS全球卫星导航系统（美国）全球卫星导航系统（美国）(2）伽利略卫星定位系统（欧盟和中国）伽利略卫星定位系统（欧盟和中国）工工作作频频段段：卫卫星星导导航航系系统统需需要要地地面面与与卫卫星星间间的的信信息息传传输输，而而微微波波具具有有穿穿透透电电离离层层的的特特性性，因因此此卫卫星星导导航航系系统统都都工工作在作在微波波段微波波段。种类：种类：4微波加热微波加热原理：原理：利用含水介质在微波场中高频极化产生介质热损利用含水介质在微波场中高频极化产生介质热损耗而使介质加热。耗而使介质加热。大大功功率率的的微微波波辐辐射射对对人人体体有有害害，主主要要是是由由微微波波的的热热效效应应和和非非热热生生物物效效应应引引起起。大大功功率率微微波波设设备备的的操操作作人人员员应采用适当的防护措施，如穿屏蔽服、戴防护眼镜等。应采用适当的防护措施，如穿屏蔽服、戴防护眼镜等。5微波辐射微波辐射国国 家家中国中国美国美国前苏联前苏联最高允许功率密度最高允许功率密度(8小时小时/日日)38 W/cm2 210 mW/cm210 W/cm2 2特点：特点：加热速度快、加热均匀等优点。加热速度快、加热均匀等优点。应用：应用：工业上利用微波来对纸张、木材和茶叶进行加热工业上利用微波来对纸张、木材和茶叶进行加热干燥。近年来微波炉得到普及。干燥。近年来微波炉得到普及。6“微波技术微波技术”课程研究的内容课程研究的内容无线电系统的基本构成无线电系统的基本构成微微波波技技术术的的研研究究内内容容：无无线线电电系系统统中中微微波波信信号号的的产产生生、传输传输和和变换变换等。等。