微波工程基础第1章

中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience微波工程基础主讲人：罗积润电话：58887223，Email:[e-mail]上课时间：星期五晚上19:00~21:40（三学时）预修课程：大学物理，学过电动力学或电磁场理论更好教学目的：从工程应用角度入手，强调学生对概念的理解和应用。既重视从事物理、化学、材料和生物方面学生的入门，又有兼顾致力于无线电学科领域学生对微波技术方面知识的提升。学时安排：16周共48学时,讲课14周,复习一周,考试一周中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience教学方式：课堂讲授和提问讨论相结合•讲授：强调概念理解和应用,既重视初学者的入门，又兼顾知识层面的提升•讨论的问题紧密与讲授内容结合•习题多作为课前的讨论主题•作业每次交一组（全班分为四组）考试方式：闭卷参考书：1、DavidM.Pozar著，张肇仪等译，《微波工程》，电子工业出版社，2006年3月第一次印刷。2、李宗谦，佘京兆，高葆新，《微波工程基础》，清华大学出版社，2004中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience参考书（续）：3、顾茂章，张克潜，《微波技术》，清华大学出版社，19894、张克潜,李德杰,《微波与光电子学中的电磁理论》,电子工业出版社,20015、S。Y。利奥著，《微波器件与电路》，科学出版社，19876、杨祥林等编著，《微波器件原理》，电子工业出版社，19947、董树义，《微波测量技术》，北京理工大学出版社，1990中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience第一章绪论§1.1微波的基本概念电磁频谱微波的频率范围穿透金属直线传播广播电视THz波中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScienceRFTHz中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience“微波”介于普通无线电波（长波、中波、短波、超短波）与红外线之间的电磁波波长与电路或元器件尺寸可比拟分米、厘米、毫米电路电磁场解（集中参数分布参数）国内外对微波定义的区别：中国（1米~1毫米）美国（微波30厘米~0.3毫米)中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience§1.2微波的特点波长短易于实现定向发射雷达利用无线电波的反射测定目标的位置波束宽度目标的方向抛物面天线电磁波发射波束角:D和分别是抛物面的直径和波长5波束角(可以相当精确定位)微波=3cm,D=84cm短波=10m（波长最短）,D=280m(困难)/140D中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience频率高（绝对带宽大）、信息容量大信道传递某种信息所必须的频带宽度(中心频率百分之几)—人耳能听到的声音频率范围约20-20000Hz•听懂语言300-3400Hz(电话:3000Hz信道)•相当逼真传递语言和音乐6-15kHz频带(广播)—传送图象和声音我国8MHz频带(电视)多路通讯信道中心频率必须是被传递信息频带宽度的几十甚至上百倍电子渡越(极间飞跃)时间~10-9秒、趋肤效应(渗透减小)、辐射效应(导线间距~波长)中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience能穿透电离层视距传播传输距离依赖于天线高度—长波：沿地球弯曲表面传播（地波传播-距离远）—中波过渡到短波，地波衰减增大—短波：60-300公里电离层的折射（天波传播-不稳定）—超短波和微波：视距内沿直线传播（空间波穿透电离层）限制作用范围到所需区域(控制天线作用距离)，减少干扰中继通信(视距)、卫星通信(穿透)、天文观测(窗口)中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience量子特性低功率电平下明显波粒二象性h=6.62610-34是普郎克常数，f是频率。微波频率量子能量范围：10-5~10-2电子伏超低温、低电平量子特性成为决定过程本质的主要因素顺磁物质在磁场作用下的许多能级差,一些大分子振动和转动造成的能级超精细结构，接近绝对零度时每个自由度具有的能量，都落在微波量子的能量范围内hfE中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience§1.3微波的应用军事应用：雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、测量（成像）、预警通讯点对点、保密、空间（三个互为120位于外层空间的同步卫星可实现全球通讯）电子对抗干扰和抗干扰微波武器微波炮、微波弹、微波武器平台(集雷达侦察和火控制导、超强干扰和定向能攻击于一体多功能电子对抗平台)中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience民用雷达气象、导航、汽车防撞、遥感-动态信息通讯中继通信、多路通信、卫星通信、广播电视微波加热应用食物制作（微波炉）、材料烘干（干燥机）、消毒（牛奶、医用）、微波治疗（癌症、前列腺疾病和理疗等）中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience科学研究：加速器核医学、对撞机、洁净能源等等离子体加热核聚变能源射电天文观测（20世纪六十年代天文学四大发现—类星体、中子星、2.7K背景辐射(1978年诺贝尔物理学奖）和星际有机分子都是以微波作为主要观测手段)微波与物质相互作用材料的微波处理烧结、合成、改性微波化学加速反应过程微波生物效应改变生物成长过程中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience§1.4微波工程研究的主要内容集中参数电路失效分布参数影响严重波长与电路尺寸可比拟渡越时间，非屏蔽电路辐射损耗分布参数与频率之间的复杂关系渡越时间、电极间的距离、输出功率、噪声性能之间的相互制约无损耗传输波导电压、电流概念失效场模式的激励、耦合、过渡、变换、传输和传播、振荡、放大、发射(接收)中国科学院电子学研究所InstituteofElectronics,ChineseAcademyofScience微波工程专家和技术人员应该具备如下基础：电磁场理论（基础知识）传输线和波导场解（传输模式和方式）微波电路(场和路的等效)微波元件（激励、耦合、衰减、过渡、变换）微波谐振腔（谐振模式）快波和慢波（放大）天线（发射和接收）微波传播（大气传播反射、衰减、穿透）微波与物质相互作用（微波的产生、粒子加速器、等离子体加热、射电天文学、材料的微波处理、微波化学、微波生物效应）微波测量（工程实验手段）