1、安徽建工學院電子系課程要求w課程性質：考查課w課程要求：聽課、 作業、課堂小測試、 考試 課程參考教材w 廖承恩廖承恩 等等微波技術基礎微波技術基礎 1983年版；國防工業出版社； 1994年版，西安電子科學技術大學出版社w 吳群吳群 宋朝暉宋朝暉 ，微波技術微波技術 2004年，哈爾濱工業大學出版社w 董金明，林萍實董金明，林萍實 微波技術微波技術 2003年，機械工業出版社w 陳振國，陳振國，微波技術基礎與應用微波技術基礎與應用 北京郵電大學出版社 復習教材w 李翰遜，電路分析基礎* w 謝處方，電磁場與電磁波*w 高等數學 *w 普通物理（光學）*課時安排w 第一章 2學時；w 第二章

2、16學時；w 第三章 12學時；w 第四章 9學時；w 第五章、第七章合并 2學時；w 第六章 3學時；w 總復習 1學時第一章 緒論1.1 微波技術概述1.2 微波概念及其特點1.3 微波應用及發展方向1.4 微波研究方法1.5微波技術主要研究內容（本課程主要講授內容） 推薦網站1.1 微波技術概述w 微波技術是一門研究頻率為300MHz3000GHz(即波長為1m0.1mm)電磁波的產生、放大、發射、傳播、接收、測量和應用的學科。w 微波技術的發展可追溯到1864年麥克思韋（Maxwel,J.C.18311879）提出的電磁場動力學以及1887年赫茲（Hertz，H.R.1831 1894

3、）用實驗證實的電磁波學說。第一章第一章 緒論緒論返回w 最初，微波研究的進展與雷達的研制密切相關。隨著微波技術在通信及其他領域的廣泛應用，今天，微波技術已成為一門理論與技術上都相當成熟的學科。 w 無線電技術的發展使得無線電波工作頻率不斷升高。當頻率升高到微波頻段時，低頻時所用的電路定律（基爾霍夫電流、電壓定律）已不適用，所以必須尋求分析和解決問題的新方法。w -利用利用“場場”與與“路路”相結合的方相結合的方法。法。第一章第一章 緒論緒論一、微波的概念及波段劃分一、微波的概念及波段劃分 微波是一種頻率非常高的電磁波。把波長從1米到0.1毫米范圍內的電磁波稱為微波。微波波段對應的頻率范圍為:

4、3108Hz31012Hz。如下圖所示。f31081051010(m)(Hz)3 10323 1063 109-13 101210-43 101510-73 101810-10無線電波光波宇宙射線視頻射頻微波紅外線可見光紫外線x射線射線第一章第一章 緒論緒論返回1.2微波及其特點電磁波波段（選自MIT)第一章第一章 緒論緒論微波波段劃分 如下:波 段波長范圍頻率范圍波段名稱分米波1m10cm0.33GHz特高頻(UHF)厘米波10cm1cm330GHz超高頻(SHF)毫米波1cm1mm30300GHz3003000GHz極高頻(EHF)超極高頻 亞毫米波1mm0.1mmhttp:/ 電波主要傳

5、播方式電波主要傳播方式電波主要傳播方式w 電波傳輸不依靠電線，也不象聲波那樣，必須依靠空氣媒介幫它傳播，有些電波能夠在地球表面傳播，有些波能夠在空間直線傳播，也能夠從大氣層上空反射傳播，有些波甚至能穿透大氣層，飛向遙遠的宇宙空間。 任何一種無線電信號傳輸系統均由發信部分、收信部分和傳輸媒質三部分組成。傳輸無線電信號的媒質主要有地表、對流層和電離層等，這些媒質的電特性對不同波段的無線電波的傳播有著不同的影響。根據媒質及不同媒質分界面對電波傳播產生的主要影響，可將電波傳播方式分成下列幾種： 地表傳播地表傳播 w 對有些電波來說，地球本身就是一個障礙物。當接收天線距離發射天線較遠時，地面就象拱形大橋

6、將兩者隔開。那些走直線的電波就過不去了。只有某些電波能夠沿著地球拱起的部分傳播出去，這種沿著地球表面傳播的電波就叫地波，也叫表面波。地面波傳播無線電波沿著地球表面的傳播方式，稱為地面波傳播。其特點是信號比較穩定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。因此，這種傳播方式主要適用于長波和長波和中波波段中波波段。 天波傳播w 聲音碰到墻壁或高山就會反射回來形成回聲，光線射到鏡面上也會反射。無線電波也能夠反射。在大氣層中，從幾十公里至幾百公里的高空有幾層“電離層”形成了一種天然的反射體，就象一只懸空的金屬蓋，電波射到“電離層就會被反射回來，走這一途徑的電波就稱為天波或反射波。在電波中，主要是短波

7、具有這種特性電波中，主要是短波具有這種特性。 電離層是怎樣形成的呢？電離層是怎樣形成的呢？原來，有些氣層受到陽光照射，就會產生電離。太陽表面溫度大約有6000，它輻射出來的電磁波包含很寬的頻帶。其中紫外線部分會對大氣層上空氣體產生電離作用，這是形成電離層的主要原因。電離層一方面反射電波，另一方面也要吸收電波。電離層對電波的反射和吸收與頻率(波長)有關。頻率越高，吸收越少，頻率越低，吸收越多。所以，短波的天波可以用作遠距離通訊。此外，反射和吸收與白天還是黑夜也有關。白天，電離層可把中波幾乎全部吸收掉，收音機只能收聽當地的電臺，而夜里卻能收到遠距離的電臺。對于短波，電離層吸收得較少，所以短波收音機

8、不論白天黑夜都能收到遠距離的電臺。不過，電離層是變動的，反射的天波時強時弱，所以，從收音機聽到的聲音忽大忽小，并不穩定。 視距傳播、散射傳播及波導模傳播w 視距傳播是指：若收、發天線離地面的高度遠大于波長，電波直接從發信天線傳到收信地點(有時有地面反射波)。這種傳播方式僅限于視線距離以內。目前廣泛使用的超短波通信和衛星通信的電波傳播均屬這種傳播方式。 散射傳播是利用對流層或電離層中介質的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用來實現超視矩傳播。這種傳播方式主要用于超短波和微波遠距離通信。 超短波的傳播特性比較特殊，它既不能繞射，也不能被電離層反射，而只能以直線傳播。以直線傳播的波就

9、叫做空間波或直接波。由于空間波不會拐彎，因此它的傳播距離就受到限制。發射天線架得越高，空間波傳得越遠。所以電視發射天線和電視接收天線應盡量架得高一些。盡管如此，傳播距離仍受到地球拱形表面的阻擋，實際只有50km左右。 超短波不能被電離層反射，但它能穿透電離層，所以在地球的上空就無阻隔可言，這樣，我們就可以利用空間波與發射到遙遠太空去的宇宙飛船、人造衛星等取得聯系。此外，衛星中繼通訊，衛星電視轉播衛星中繼通訊，衛星電視轉播等也主要是利用天波傳輸途徑。 波導模傳播電波是指：在電離層下緣和地面所組成的同心球殼形波導內的傳播。長波、超長波或極長波利用這種傳播方式能以較小的衰減進行遠距離通信。 在實際通

10、信中往往是取以上五種傳播方式中的一種作為主要的傳播途徑，但也有幾種傳播方式并存來傳播無線電波的。一般情況下都是根據使用波段的特點，利用天線的方向性來限定一種主要的傳播方式。 第一章第一章 緒論緒論微波波段的代號及對應的頻率范圍 波 段頻率范圍(GHz)波 段頻率范圍(GHz)UHF0.301.12Ka26.5040.00L1.121.70Q33.0050.00LS1.702.60U40.0060.00S2.603.95M50.0075.00C3.955.85E60.0090.00XC5.858.20F90.00140.0X8.2012.40G140.0220.0Ku12.4018.00R220

11、.0325.0K18.0026.50 二、二、微波的特點微波的特點 微波似光性衛星通信 頻率高 多路通信 穿透電離層 天文學研究 量子特性 微波波譜學 第一章第一章 緒論緒論1微波的波長很短微波的波長很短，典型的數值約為厘米級，與地球上的一想物體如房屋，輪船，飛機等尺1(約幾十米)相比小得多，可以認為是無窮小。此時，微波的行為完全可以用幾何光學理論來描述，因而呈現似光特性。當其照射到物體上時會產生顯著的反射，這正是微波雷達的應用基礎。此外，由于天線的方向性增益和天線尺寸與波長比的平方成正比，因此在微波波段使用尺寸不大的天線就可提供很高的增益和極強的方向性。 2微波的頻率很高微波的頻率很高，每秒

12、振動10億次以上。因此在不太大的相對頻寬下，其可頻帶極寬，可達致百或上千兆赫。因而其信息容量很大。在通信應用方面有著巨大的潛力。 3由于頻率極高頻率極高，因而周期很短，電子在電子器件中的痘越時間效應已不能忽略，這意味著必須用與低頻電子器件不同的嶄新的物理原理，來研制新的微波電子器件。 4 微波在傳播特性方面也具有一系列的斯特點，由于它的似似光性，光性，表現出直視傳播特性，且在大氣中傳播穩定，這一特點適于發展地面微波接力通信。由于它可以穿透電寓層，因而它是無線電技譜中的又一個“窗口，這導致了射電天文學和衛星通信射電天文學和衛星通信的發展。 5由于微波的波長已可與通常的電路元件(只，L，C)的尺寸

13、相比擬，因而在這些元件中及元件附近，場的分布變化巳很大，達時元件的特性巳不再能用一個參數來表示，而必須考慮到分布效分布效應，應，電路參數需由集總參數過渡到分布參數。 6在理論與研究方法上與低頻電路也很不同，主要應用場理理論與研究方法上與低頻電路也很不同，主要應用場理論，而不是路理論論，而不是路理論，例如波導與電磁諧振腔理論就是典型的場理論，在研究方法上也愈來愈多地與光學技術相結合，例如應用幾何光學理論研究反射面天線，透鏡天線。用邁克爾遜干涉儀作為通振腔等等。 7量子特性量子特性。根據量子理論，電磁波具有波粒二象性，頻率為f的電磁波是由能量B一6f的光子組成，式中6662616”焦耳秒，為普朗克

14、常數，當頻率極高時每個量子的能量巳不再能視為無窮小，因而在一束功率較低的電磁波中，粒子特性開始表現出來，這時研究它們就必須應用量子規律。這方面的例子就是微波量子放大器。第一章第一章 緒論緒論1.3 微波技術的發展和應用微波技術的發展和應用二、微波技術的發展 工作頻段向高頻段發展小型化、寬帶化自動化、智能化發展方向一、微波技術的應用一、微波技術的應用 雷達通信科學研究生物醫學微波能微波應用返回http:/ 微波研究方法 “場”為主； “場”與“路”相結合w例如波導與電磁諧振腔理論就是典型的場理論，在研究方法上也愈來愈多地與光學技術相結合，例如應用幾何光學理論研究反射面天線，透鏡天線。用邁克爾遜干

15、涉儀作為通振腔等等。第一章第一章 緒論緒論返回1.5 微波技術研究的主要內容一、微波傳輸線理論微波傳輸線理論 它是研究微波在各種傳輸線（雙導線、同軸線、波導、介質波導、微帶線和帶狀線）上傳播時的特性。w 傳輸線理論(長線理論）；w 金屬波導w 帶狀線與微帶第一章第一章 緒論緒論返回 二、微波元件二、微波元件 微波和低頻電路一樣，也需要進行信號的放大、濾波、調制等。于是就有相應的微波元件： 微波電抗元件、終端元件、連接元件、衰減器及移相器、功率分配器、匹配雙T及微波電橋、定向耦合器、微波鐵氧體元件等。 第一章第一章 緒論緒論三、微波網絡三、微波網絡 微波網絡是研究微波元件的一種理論方法，將微波元

16、件等效為微波網絡，將微波傳輸線等效為長線，用長線理論和網絡理論進行分析本課程重點內容w傳輸線理論(長線理論）w微波傳輸線w微波網絡基礎w諧振腔返回微波技術基礎研究內容概述w 實際上，就是按照實際上，就是按照微波元件的發展過程微波元件的發展過程，從用從用路路的方法轉到的方法轉到用場與路相結合用場與路相結合的方的方法來分析電磁波的傳輸問題的學科。法來分析電磁波的傳輸問題的學科。返回推薦網站w http:/. http:/Ansoft公司是全球最大的提供以電磁技術為核心的專業EDA廠商，成立于1984年，總部設于美國賓西法尼亞州的匹茲堡市，在全球主要國家和地區設有26家分公司和辦事機構，直接為當地用

17、戶提供支持與服務。返回推薦網站w http:/www.cst- 德國CST公司 - Computer Simulation Technology - 是一家集開發與銷售為一體的軟件公司，專業開發二維及三維電磁場仿真軟件，適用于靜電、靜磁、穩恒電流、瞬態場、簡諧場、帶電粒子及熱動力場等的分析和綜合。 返回推薦網站w http:/.w http:/w Cadence 是目前世界上規模最大的關于電子設計技術、方法論服務以及設計服務的提供商。Cadence公司的解決方案主要是針對半導體產品、電子計算機系統、網絡和通訊設備、消費性電子產品，以及其它種類繁多的電子產品。返回推薦網站w http:/ocw.

18、/OcwWeb麻省理工學院 (Massachussett Institute of Technology 公開課件http:/ 天線w 一、天線概述天線概述w 各種微波傳輸線的基本功能是傳輸電磁能量，導引電磁波沿傳輸線傳播，是一個封閉系統封閉系統。各種天線的基本功能是向空間輻射或接收電磁能量，它是由傳輸線演變而成的，是一個開放系統開放系統。w 任何需要輻射和接收電磁波的無線電技術設備（例如通信、電視、廣播、雷達、導航和衛星設備等）都配有天線。w 天線是這些設備中必不可少的組成部分。第一章第一章 緒論緒論雷達與導航w 微波技術的早期發展是和雷達交織在一起的，事實上，正是由于第二次世

19、界大戰期間對于雷達的需要，微波技術才迅速地發展起來。為了適應各種不同的要求，現代雷達的種類很多，性能也日益提高。例如，超遠程預警雷達的作用距離達1萬Km以上，可對洲際導彈的突然襲擊給出1520min的預警時間。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論雷達（Radar)w 雷達這個名稱是美國海軍在第二次世界大戰的1910年使用的一個保密代號。它是“無線電探測和測距” (Radio Detection and Ranging)這句英文的縮寫。雷達有著廣泛的用途。其中有些特殊的應用可能包含極其復雜和極為完善的工程技術和設計。不過，大多數雷達的基本構成形式都非常筒單，如圖12所示，雷達的基本任務是

20、探測感興趣的目標，并從中提取諸如目標距離、角坐標、速度和反射特征方面的信息。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論w 又如現代相控陣雷達，利用電子計算機控制其天線陣列的波束相位，能夠實現快速電掃描，并能根據需要形成多波束，可同時探測許多目標。w 除了軍用以外，還發展了多種民用雷達，如氣象雷達、導航雷達、汽車防撞雷達、盲人雷達、防盜雷達、遙感用側視雷達。雷達與導航第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論電子對抗w 微波設備是電子設備中不可缺少的組成部分。敵我雙方利用電子設備進行的電磁斗爭叫電子對抗或電子戰。其主要內容包括電子偵察、干擾兩方面，

21、目的是使敵方電子設備的效能降低或失效，同時保證我方電子設備的效能得到充分發揮。現代戰爭總是伴隨電子戰的。 第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論知己知彼，百戰百勝第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論w 發生在年的馬島戰爭和黎巴嫩戰爭是現代戰爭史上的分水嶺，標志著戰爭已進入高技術時代。在阿以黎巴嫩戰爭中，尤以貝卡谷地空戰最受兵家注目。年月日上午，以色列空軍放出了引誘敘利亞發射導彈的無人駕駛飛機；貝卡谷地敘軍的雷達捕捉到以色列空軍“飛機”后，隨著指揮員的命令，薩姆導彈一次次射向以空軍“飛機”。此時，以色列空軍的架、戰斗機和、轟炸機對貝卡谷地的薩姆導彈陣地進行了猛

22、烈攻擊，頃刻間，個薩姆導彈陣地變成了一片廢墟。敘利亞立即起飛架米格和米格戰機，向貝卡谷地上空的以軍攻擊編隊進行反撲。然而以色列空軍對此早有防范，在這次空戰中取得了擊落敘軍架，自己沒有損失一架飛機的戰績。貝卡谷地空戰中，以色列空軍，以未損傷一架飛機，擊毀敘軍架飛機。從此，空戰進入了高技術時代，世界空戰史揭開了新的一頁。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論廣播電視w 原先的廣播與電視所采用的頻率大都在微波以下。但是，由于電臺增多，無線電波段日益擁擠，電臺之間的相互干擾變得嚴重。解決的唯一辦法是向高頻發展。w 我國已利用微波進行衛星電視直播。借助互成120的位于外層空間的同步衛星，就能完成全球的電視轉播。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論微波多路接力通信w 微波多路接力通信是利用微波中繼站把微波信號連續接收、放大、發射而實現高、容量大的遠距離通信，兩個中繼站之間的典型距離為40-50Km。w 微波衛星通信實際上是一種中繼站在空中的微波中繼通信。第一章第一章 緒論緒論微波加熱w 微波加熱是指一些有耗介質，特別是含水或含脂肪的材料，吸收微波能量，并把它轉化為熱能。其優點是，加熱均勻且內外同熱，熱效率高，不需要傳熱過程，加熱時間短，便于自動控制與連續生產。這