微波技術與天線第0章緒論

微波技術與天線

授課教師：耿志卿微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!課程性質(zhì)：本課程為考查課學科基礎：電路理論，電磁場與電磁波考核形式：開卷考試or大作業(yè)缺勤一次扣3分，作業(yè)未交一次扣三分，總共累計4次及以上按掛科處理。特殊情況需提供導員簽字的請假條，按出勤計算。上課回答問題正確：額外獎勵3分。全勤獎：點名全到，作業(yè)全交，額外獎勵5分。（不包括請假并提供假條者。）微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!教學參考書2、《微波技術基礎》全紹輝編著高等教育出版社1、《微波技術與天線》第三版郭輝萍、劉學觀編著西安電子科技大學出版社微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!微波技術與相關課程之間的關系微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

電磁波譜低頻(Audio/RF)微波光學頻率30M~4GHz，射頻（RF）微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!常用微波波段的劃分微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!對于低頻電磁波，其波長遠大于電路的實際尺寸，主要強調(diào)“路”的概念，在實際的設計與應用中，集總參數(shù)的使用相對來說占主導地位，分布參數(shù)相對來說不是很明顯；對于微波，由于頻率越高，波長較短，可與電系統(tǒng)的實際尺寸相比擬，實質(zhì)上是“場”的概念在主導。

由于微波波長的特殊性，它具有以下特點：1.穿透性2.似光性3.熱效應特性4.寬頻帶特性5.抗低頻干擾特性6.散射特性7.視距傳播特性8.電磁兼容與電磁環(huán)境污染9.分布參數(shù)的不確定性微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!2.似光性微波具有類似光一樣的特性，主要表現(xiàn)在反射性、直線傳播性及集束性等幾個方面。由于微波的波長與地球上的一般物體（如飛機、輪船、汽車等）的尺寸相比要小得多，或在同一數(shù)量級，因此當微波照射到這些物體時會產(chǎn)生強烈的反射，基于此特性人們發(fā)明了雷達系統(tǒng)；微波如同光一樣在空間直線傳播，如同光可聚焦成光束一樣，微波也可通過天線裝置形成定向輻射，從而可以定向傳輸或接收由空間傳來的微弱信號，實現(xiàn)微波通信或探測。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!4.寬頻帶特性任何通信系統(tǒng)為了傳遞一定的信息必須占有一定的頻帶，為傳輸某信息所需的頻帶寬度叫做帶寬。要傳輸?shù)男畔⒃蕉?，所用的頻帶就越寬。通常一個傳輸信道的相對帶寬（即頻帶寬度與中心頻率之比）不能超過百分之幾，所以為了使多路電視、電話能同時在一條線路上傳送，就必須使信道中心頻率比所要傳遞的信息總帶寬高幾十至幾百倍。而微波具有較寬的頻帶特性，其攜帶信息的能力遠遠超過中短波及超短波，因此現(xiàn)代多路無線通信幾乎都工作在微波波段。隨著數(shù)字技術的發(fā)展，單位頻帶所能攜帶的信息越來越多，這為微波通信提供了更加廣闊的應用前景。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!6.散射特性當電磁波入射到某物體上時，會在除入射波方向外的其他方向上產(chǎn)生散射。散射是入射波和該物體相互作用的結(jié)果，所以散射波攜帶了大量關于散射的信息。這個信息就是通過大氣或云對陽光的散射作用而傳遞給人們的。由于微波具有頻域信息、相位信息、極化信息、時域信息等多種信息，人們通過對不同物體的散射特性的檢測，從中提取目標特性信息，從而進行目標識別，這是實現(xiàn)微波遙感、雷達成像等的基礎。另外，還可以利用大氣對流層的散射實現(xiàn)遠距離微波散射通信。

微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!8.電磁兼容與電磁環(huán)境污染隨著無線電技術的不斷發(fā)展，越來越多的無線設備在相同的區(qū)域同時工作，勢必會相互干擾。尤其是在飛行器、艦船上不同的通信設備之間的距離極小就會相互干擾。另外，在十分擁擠的公共場合，眾多的移動用戶之間的相互影響也是顯而易見的，這就必須考慮電磁兼容的問題。另一方面，越來越多的無線信號充斥于人們的生活空間，必然對人體產(chǎn)生影響。因此從某種意義上說，電磁環(huán)境污染已成為新的污染源。這一點，已引起各國政府和科技界的廣泛重視。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!微波和微波技術的早期應用和發(fā)展是與第二次世界大戰(zhàn)對雷達的需求分不開的。在第二次世界大戰(zhàn)中及其戰(zhàn)后的相當長時期內(nèi)，微波產(chǎn)品的主要應用領域是在軍事中。近幾十年來，由于國際形勢的變化，以及微波產(chǎn)品價格的下降，微波產(chǎn)品在民用領域也得到了廣泛的應用。微波的實際應用領域和潛在應用領域是相當廣泛的，我們這里只能就幾個主要方面做些簡單介紹。二、微波應用領域微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!雷達與隱形飛機隱形飛機雷達英國研制獨特隱形飛機的Replica計劃中的隱形機模型微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!2、信息技術領域微波通訊系統(tǒng)的工作頻帶寬、信息容量大、機動性好，特別適合于衛(wèi)星通訊，宇航通訊和移動通訊等，因而在現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中占有相當重要的地位。微波、毫米波通訊系統(tǒng)不但頻帶寬、信息容量大，而且還具有便于架設、機動性好、保密性好等優(yōu)點。目前常見的蜂窩移動電話、尋呼機、微波電話網(wǎng)、微波電視網(wǎng)、衛(wèi)星電視網(wǎng)等等，都屬于微波通訊系統(tǒng)。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!4、其它領域微波加熱——微波是一種特殊的能源，利用微波的熱效應可以對一些物質(zhì)進行加熱。----微波爐微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!在電磁波頻譜中，微波的位置處于甚高頻和光波之間。研究低頻電磁波系統(tǒng)的理論有：電磁學和電子線路等等，研究光波的理論有幾何光學和波動光學等等。研究微波的理論就是微波技術。概括地講，微波技術包含兩種基本分析方法：一)經(jīng)典電磁理論——微波技術的基本研究方法是“場解法”。場解法就是在一定的邊界條件下，求解麥克斯韋方程組。從理論上講，所有微波技術中的問題都可以用“場解法”求解。遺憾的是，除了在非常簡單的邊界條件下，我們可以得到封閉的場解，在某些邊界條件下，可以借助于電子計算機得到數(shù)值解外（計算電磁學），在大多數(shù)的邊界條件下，我們不可能得到封閉的場解。三、微波的研究方法微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!四、天線用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。發(fā)射天線用于發(fā)射電磁波，它將發(fā)射機通過饋線送來的高頻振蕩能量轉(zhuǎn)換成電磁波的能量向預定的方向輻射。接收天線將在空間接收到的電磁波能量變?yōu)楦哳l振蕩能量經(jīng)饋線送入接收機。無線系統(tǒng)均需要天線，微波天線是天線的一種。研究天線問題，實質(zhì)上是研究天線在空間所產(chǎn)生的電磁場分布。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!卡塞格倫天線微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!北京天文臺密云觀測站的射電望遠鏡天線陣微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!一、微波及其特點

微波是頻率非常高的電磁波，通常我們將頻率為300MHz至3000GHz的電磁波稱作微波，又將微波波段分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波四個波段。一般地說，微波在電磁波頻譜中所處的位置在甚高頻(UHF)和光波之間。微波在電磁波頻譜中所處的位置決定了它的許多特點，并使得微波技術具有許多不同于低頻電路理論和光學理論的概念及獨特分析方法。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!根據(jù)電磁波頻率、波長與速度的關系：f

3108米/秒可知，微波的波長范圍在1米至0.1毫米之間。整個微波頻段又可以劃分為幾段，它們是：微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!為了充分利用微波頻譜資源，避免相互干擾，國際上對各射頻微波頻段的用途都有一些規(guī)定。頻段基本用途備注VHF、UHF(30MHz~3GHz)電視廣播、警察、防災、道路、電力、礦山、汽車、火車、航空、衛(wèi)星通信、行業(yè)專用指揮系統(tǒng)、個人無線電、氣象雷達、地面雷達、海事雷達、二次雷達、生物醫(yī)學、工業(yè)加熱等技術發(fā)展成熟，應用范圍最廣，頻譜最擁擠SHF(3GHz~30GHz)公用微波中繼通信、行政專用中繼通信、衛(wèi)星電視、導航、遙感、射電天文、宇宙研究、探測制導、軍用雷達、電子對抗等。穿透大氣層，廣泛應用于空間技術EHF(30GHz~3000GHz)各種小型雷達、專門用途通信、外太空研究、核物理工程、無線電波譜學。尺寸更小，接近紅外線，與近代物理學相關微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!1.穿透性微波照射到介質(zhì)時具有穿透性，主要表現(xiàn)在云、霧、雪等對微波傳播影響較小，這為全天候微波通信和遙感技術打下了基礎；微波能穿透生物體，這為微波生物醫(yī)學打下基礎；另一方面，微波具有穿越電離層的透射特性，實驗證明：微波波段的幾個分波段如1～10GHz、20～30GHz及91GHz附近受電離層的影響較小，可以較為容易地由地面向外層空間傳播，從而成為人類探索外層空間的“無線電窗口”，它為空間通信、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感和射電天文學的研究提供了難得的無線電通道。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!3.熱效應特性當微波電磁能量傳送到有耗物體的內(nèi)部時，就會使物體的分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱，這就是微波的熱效應特性。利用微波的熱效應特性可以進行微波加熱，由于微波加熱具有內(nèi)外同熱、效率高、加熱速度快等特點，因而被日益廣泛應用于糧食、茶葉、卷煙、木材、紙張、皮革、食品等各種行業(yè)中。另外，微波對生物體的熱效應也是微波生物醫(yī)學的基礎。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!5.抗低頻干擾特性地球周圍充斥著各種各樣的噪聲和干擾，主要歸納為：由宇宙和大氣在傳輸信道上產(chǎn)生的自然噪聲，由各種電氣設備工作時產(chǎn)生的人為噪聲。由于這些噪聲一般在中低頻區(qū)域，與微波波段的頻率成分差別較大，它們在微波濾波器的阻隔下，基本不會影響微波通信的正常進行。這就是微波的抗低頻干擾特性。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!7.視距傳播特性各波段的傳播特性是不一樣的，長波可沿地表傳播，短波可利用電離層反射實現(xiàn)天波傳播，而超短波和微波只能在視距內(nèi)沿直線傳播，這就是微波的視距傳播特性。但由于地球表面的彎曲和障礙物（高山、建筑物等）的阻攔，微波不能直接傳播到很遠的地方去（一般不超過50km），因此在地面上利用微波進行遠距離通信時，必須建立中繼接力站，并使站與站之間的距離不超過視距，微波信號就像接力棒一樣，一站一站地傳遞下去。增加了通信的復雜程度。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!9.分布參數(shù)的不確定性在低頻情況下，電系統(tǒng)的元器件尺寸遠遠小于電波的波長，因此穩(wěn)定狀態(tài)的電壓和電流源效應可以被認為是在整個系統(tǒng)各處同時建立起來的，系統(tǒng)各種不同的元件可用既不隨時間、也不隨空間變化的參量表征，這就是集總參數(shù)元件。而微波的頻率很高，電磁震蕩周期極短，與微波電路中從一點到另一點的電效應的傳播時間相比是可比擬的，因此就必須用隨時間、空間變化的參量，即分布參量來表征。由于分布參量具有明顯的不確定性，增加了微波理論與技術的難度，從而增加了微波設備的成本。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!1、雷達(Radar=RadioDetectionAndRanging)雷達是微波技術的傳統(tǒng)應用領域。雷達、青霉素和原子彈被稱為二戰(zhàn)期間的三大科學發(fā)明。1931年至1935年，英國皇家無線電研究所的科學家首先發(fā)明了雷達，當時雷達的作用距離僅為80公里。雷達在第二次世界大戰(zhàn)中投入實用，并在許多重要戰(zhàn)役中起到了決定性的作用，其中包括著名的不列顛空戰(zhàn)和中途島海戰(zhàn)。由于雷達在第二次世界大戰(zhàn)中的重要作用，第二次世界大戰(zhàn)之后，世界各國都很重視發(fā)展雷達技術?，F(xiàn)代雷達的種類很多，性能也日益提高，其應用領域也從軍事領域向民用領域擴展。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!雷達的其它應用：公眾應用：機場監(jiān)視、海上導航、氣象雷達、測量學、飛機著陸、夜間防盜、速度測量（警戒雷達）、測繪等軍事應用：空間和海事導航，飛機、導彈、空間飛行器的檢測和跟蹤，導彈的精確制導，導彈和火炮的點火控制，武器保險、偵察等

科學應用：天文學、繪圖和成像，精密距離測量，自然資源遙感等

微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3、科學研究微波作為一種科學研究的手段也得到了廣泛的應用。國際計量大會確定的時間標準——銫（se）133原子時鐘的譜線就是處在微波頻段。微波在物理學、天文學、化學、醫(yī)學、氣象學等科學領域里的應用導致了許多重要的科學發(fā)現(xiàn)和進展。所謂20世紀60年代天文學的四大發(fā)現(xiàn)——類星體、中子星、2.7OK微波背景輻射和星際有機分子都是利用微波作為主要觀測手段而發(fā)現(xiàn)的。微波技術與天線第0章緒論共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!微波治療——微波可以對人體內(nèi)的炎癥、潰瘍、腫瘤和其它病變產(chǎn)生抑制或治療作用。目前，已經(jīng)有很多類型的微波治療儀器投入了實用。微波武器——微波武器的工作原理與微波爐基本相同。高能微波束可以干擾甚至摧毀敵方的各種電子設備；可以引爆敵方的炮彈、導彈甚至核武器等；可以干擾敵方人員的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的思維，可以灼傷人的眼睛和人體組織，破壞大腦、心臟和呼吸系統(tǒng)的工作，直至殺傷敵方的人員。