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微波技术基础微波技术基础课程英文名称：FoundationsforMicrowaveTechnology学时数：56学分数：3.5课程类型：学科基础课适用学科专业：电磁场与无线技术、电波传播与天线先修课程：《电磁场理论》、《电磁场数学方法》微波技术基础平时成绩：20%（作业及考勤）期末考试：80%考试方式：笔试、闭卷授课教师：唐璞2014年9月~2014年12月开课时间：微波技术基础先修课程：《电磁场与波》后续课程：《微波网络》《微波集成电路》《微波固态电路》《微波测量》《天线原理与设计》《电波传播》……绪论微波技术学科的建立绪论微波及其特点：属于电磁波，占其中一段微波的波长（或频率）范围微波波长1米~0.1毫米300MHz3000GHz~微波频率绪论电磁波波段划分注：《电子工业技术词典》微波技术分册太赫兹（THz)0.1THz~10THz(1THz=1000GHz)微波常用波段代号绪论（续后）(续前）绪论—微波常用波段代号家用电器频段绪论—微波常用波段代号移动通信频段绪论—微波常用波段代号频分双工(FrequencyDivisingDuplexing)时分双工(TimeDivisingDuplexing)移动通信频段-4GTD-LTE即TimeDivisionLongTermEvolution(分时长期演进),是由阿尔卡特-朗讯,诺基亚西门子通信,大唐电信,华为技术,中兴通讯,中国移动等业者,所共同开发的中国移动采用了4GLTE标准中的TD-LTE。TD-LTE演示网理论峰值传输速率可以达到下行100Mbps、上行50Mbps中国移动获得4G牌照，具体频谱资源方面，中国移动获得130MHz，分别为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz中国联通和中国电信均获得4G牌照并提供服务微波的主要特性1.微波的频率高且波长很短，与几何光学相似，即似光性。似光性和似声性直线传播、反射、折射、衍射等。绪论利用微波似光性,就可以获得方向性好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种物体反射回来的微弱信号，从而确定该物体的方位和距离，这就是雷达导航技术的基础微波的主要特性似光性和似声性2.微波的波长与物体的尺寸具有相同的量级，使得微波的特点又与声波相近，即似声性。绪论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中的喇叭、萧和笛。微波谐振腔类似于声学中的共鸣箱绪论—微波的主要特性穿透性好物质内部：微波探伤电离层：卫星通信雨雾、雨、植被、积雪和地表层：微波遥感生物体：医学透热疗法等离子体：远程导弹、航天器实现制导和通信绪论—微波的主要特性微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的键。非电离性为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段利用这一特性和原理，可研制许多适用于微波波段的器件和仪器信息性绪论—微波的主要特性微波的频率很高，所以在不太大的相对带宽下，其可用的频带很宽，这意味着微波的信息容量大。电磁波是人类用来传递信息的重要资源微波中可提取相位信息极化信息多普勒频率信息目标探测遥感目标特征分析可用于绪论—微波的主要特性渡越时间效应及传播延时效应渡越时间效应电子管、三极管内电子在极间渡越的时间引起的效应。低频时：振荡周期电子渡越时间微波时：振荡周期电子渡越时间可比拟传播延时效应微波电路中电磁波从一处传播到另一处，因传播速度有限而需要一定的时间所产生的效应。延时效应可以不考虑，电路采用集总参数计算低频时电路尺寸工作波长传播时间振荡周期电路中各点相位不一致，表现为分布参数微波时电路尺寸工作波长可比拟计算方法：场（电磁场分析方法）路（等效电路，如传输线法）绪论—微波的主要特性微波的大气传播特性1.氧气和水蒸气对微波频率会产生选择性的吸收和散射，在毫米波频段尤为突出；2.氧气分子谐振引起的吸收峰出现在60GHz和120GHz附近，而由水蒸气谐振引起的吸收峰在22GHz和183GHz附近。绪论—微波的主要特性3.四个传播衰减相对较小的“窗口”，其中心频率分别在35、94、140和220GHz，相应波长分别为8.6、3.2、2.1和1.4mm；4.随着电磁波的工作频率升高，总的衰减呈上升趋势。绪论—微波的主要特性微波的应用绪论微波的实际应用领域相当地广泛，特别是近60年里微波应用发展很快。微波除了军事用途外，还涉及并渗透到科学研究和国民经济的许多部门。微波除广泛应用于军事目的各种大型和小型雷达外，还运用于民用的如导航、空中交通管制、气象预报、微波遥感、汽车防撞、公安检测、防盗，还可用于加热、杀菌等。绪论—微波的应用传递信息的媒介科学研究的手段微波能应用可归纳为：绪论—微波的应用传递信息的媒介雷达在微波技术发展的早期，雷达几乎是微波技术的同义词。军事上：用于机载、舰载、陆基雷达；民用：导航、空中交通管制、气象预报、遥测遥感、汽车防撞、火警、盗警预报等。电子对抗敌对双方利用电子设备进行电磁斗争叫电子对抗或电子战。基本内容有电子对抗侦察、电子干扰和电子防御。电子对抗是现代战争的重要作战手段。微波设备是电子对抗设备中不可缺少的重要组成部分。隐身与反隐身技术电子战、信息战、空天一体化作战体系以F-22为代表的美军隐形飞机一项是美国扩张、侵略的有力工具，美国人已经将隐形飞机描绘成“战无不胜”的象征，似乎隐形飞机真到了无懈可击的地步。诚然，由于自身独特的气动布局设计和大量使用特种材料，美军隐形飞机确实很难被对方雷达发现。即使在探测手段已经相当成熟的今天对隐形飞机的探测依然是各国面对的一道难题。而即便能探测到，目前大量装备的地空导弹的制导雷达和战斗机机载雷达也无法有效探测到隐形飞机，这就给攻击造成很大困难。F22隐身与反隐身B2美军B-2隐形轰炸机投弹美F35J20J20歼-20是成都飞机工业集团为中国人民解放军空军研制的中国第四代（欧美标准，俄标准为第五代）双发重型隐形战机。采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。歼-20的机头、机身呈菱形，垂直尾翼向外倾斜，起落架舱门采用锯齿边设计，机身深墨绿色涂装，远观近似于黑色。2011年1月11日12时50分，歼20在成都实现首飞，历时18分钟。绪论—微波的应用通信•微波具有频率高、频带宽、信息量大的特点•应用业务包括：微波多路通信、微波中继通信、无线局域网、散射通信、移动通信和卫星通信、物联网等；绪论—微波的应用科学研究的手段利用微波技术建立的新学科高能微波（高能微波加速器）：高能物理微波波谱学：利用物质吸收谱研究物质结构微波天文学：由微波辐射研究天体微波气象学遥感、全息术测量：弱功率应用的电量和非电量测量。不接触测量对象绪论—微波的应用微波能应用加热：特点是均匀、高效、迅速，便于控制杀菌：除虫、育种、刺激植物生长生物医学应用：对生物体选择性加热，治疗各种疾病输能：传输电能、太阳能微波武器微波武器:THz应用太赫兹技术被美国评为“改变未来世界的十大技术之一”被日本列为“国家支柱十大重点战略目标”之首世界各国太赫兹技术研究如火如荼……（1）THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地进行时间分辩的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰。（2）THz脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz直至几十THz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在THz波段范围。因此THz时域光谱技术作为探测材料在THz波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。太赫兹技术应用特点：（3）THz光子的能量低，只有几毫电子伏特，因此不容易破坏被检测物质。（4）许多的非金属非极性材料对THz射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。太赫兹技术应用太赫兹的独特性能给通信（宽带通信）、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像（无标记的基因检查、细胞水平的成像）、无损检测、安全检查（生化物的检查）等领域带来了深远的影响。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹技术应用目前已经初步应用于检查邮件、识别炸药及无损探伤等安全领域。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。太赫兹技术应用•太赫兹成像远距离穿墙、探测隐蔽目标•太赫兹雷达高精度宽频带，隐身目标无所遁形•太赫兹通信开辟通信新领域中国在1979年制定的《微波辐射暂行卫生标准》中规定：1）一天八小时连续辐射时，其剂量不应超过38μW/cm2；2)短时间间断辐射及一天超过八小时照射时，一天总剂量不超过300μW·h/cm2；3）特殊情况需要在辐射剂量大于1mW/cm2环境中工作时，必须使用个人防护用品，但日剂量不得超过300μW·h/cm2，一般不容许在剂量超过5mW/cm2的辐射环境下工作。应注意：长时间、大剂量的微波辐射也会伤害人体，还应注意对环境的污染。绪论—微波的应用绪论本书内容框图及学习要点均匀传输线和波导理论基础规则金属波导传输线理论微波集成传输线介质波导与光波导微波电路元件理论基础微波网络理论微波谐振器微波元件（全书共分8章）主要研究微波在有限区域（即导行波系统）内的传输问题学习内容平时出勤课后学习平时作业答疑安排绪论-课程学习要求