《微波及其特点》PPT课件

微 波 技 术 已 有 几 十 年 的 发 展 历 史 ， 现 已 成 为 一门 比 较 成 熟 的 学 科 。 在 雷 达 、 通 信 、 导 航 、 遥 感 、电 子 对 抗 以 及 工 农 业 和 科 学 研 究 等 方 面 ， 微 波 技 术都 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 微 波 技 术 是 无 线 电 电 子 学 中一 门 相 当 重 要 的 学 科 ， 对 科 学 技 术 的 发 展 起 着 重 要的 作 用 。 第 一 章 绪 论 微 波 是 一 种 频 率 非 常 高 的 电 磁 波 。 把 波 长 从 1m到 0.1mm范 围 内 的 电 磁 波 称 为 微 波 。 微 波 波 段 对 应 的 频 率 范 围 为 : 3 108Hz 3 1012Hz。 如 下 图 所 示 。 f 3108 105 10 10(m )(Hz) 3 103 23 106 3 109-1 3 101210-4 3 101510-7 3 101810-10 无线电波 光波 宇宙射线视频 射频 微波 红外线可见光 紫外线 x射线 射线 1-1 微 波 及 其 特 点一 、 微 波 的 概 念 及 波 段 划 分 f 3108 105 10 10(m )(Hz) 3 103 23 106 3 109-1 3 101210-4 3 101510-7 3 101810-10 无线电波 光波 宇宙射线视频 射频 微波 红外线可见光 紫外线 x射线 射线纵 观 “ 左 邻 右 舍 ” 它 处 于 超 短 波 和 红 外 光 波 之 间 。 波 长 范 围 频 率 范 围（ GHz） 波 段 名 称按 波 长 按 频 率 代 号1m 10cm 0.3 3 分 米 波 特 高 频 UHF 普 通 无 线 电 波与 微 波 的 过 渡10cm 1cm 3 30厘米波超 高 频 SHF1cm 1mm 30 300 毫 米 波 极 高 频 EHF 微 波 （ 超 高 频 ）1mm 0.1mm 3003000 亚 毫 米 波 特 高 频 UHF 微 波 与 红 外的 过 渡微 波 波 段 划 分 如 下 : /f c 微 波 波 段 的 代 号 及 对 应 的 频 率 范 围 波 段代 号 标 称波 长 cm 频 率 范 围GHz 波 段代 号 标 称波 长 cm 频 率 范 围GHzL 22 1.12 1.70 Ka 0.8 26.50 40.00LS 14 1.70 2.60 Q 0.72 33.00 50.00S 10 2.60 3.95 U 0.60 40.00 60.00C 5 3.95 5.85 M 0.48 50.00 75.00XC 4.2 5.85 8.20 E 0.40 60.00 90.00X 3 8.20 12.40 F 0.26 90.00 140.0Ku 2 12.40 18.00 G 0.17 140.0 220.0K 1.25 18.00 26.50 R 0.11 220.0 325.0 其 中 ：uS、 C、 X： 分 别 代 表 10cm、 5cm、 3cm波 段 。uU、 Ka ： 6 8mm为 80s中 期 用 得 较 多 的 通 信 频 段 .uW(3mm)： 实 际 上 是 卫 星 通 信 的 主 流 频 段 。uCK ： 为 早 期 的 微 波 通 信 频 段 ， 80s 后 较 少 用 。u家 用 电 器 、 通 信 频 率 相 对 较 低 ： KHz3G。 名 称 频 率 范 围调 幅 无 线 电 5351605kHz短 波 无 线 电 330MHz调 频 无 线 电 88108MHz商 用 电 视 频 率 范 围13频 道 48.572.5MHz45频 道 7692MHz612频 道 167223MHz1324频 道 470566MHz2568频 道 606968MHz微 波 炉 2.45GHz家用电器的频段 二 、 微 波 的 特 点1.似 光 性 （ 波 长 短 ） u微 波 波 长 较 短 时 ： 当 微 波 的 波 长 比 地 球 上 的 宏 观 物 体 (如 飞 机 、 舰 船 、 导 弹 、卫 星 、 建 筑 物 等 )的 几 何 尺 寸 小 得 多 时 ， 微 波 照 射 到 这 些 物体 上 时 将 产 生 强 烈 的反射。 此 直 线 传 播 的 特 点 与 几 何 光 学 相 似 ， 故 可 以 说 微 波 具 有“ 似 光 性 ” 。 利 用 这 一 特 殊 ， 可 以 制 成 体 积 小 、 方 向 性 很 强的 微 波 天 线 ， 用 来 发 射 或 接 收 微 弱 的 微 波 信 号 ， 从 而 为 雷 达 、微 波 中 继 通 信 、 卫 星 通 信 和 导 弹 等 提 供 必 要 条 件 。 微 波 最 早 的 应 用 实 例 雷 达 。 u微 波 波 长 较 长 时 ： 当 微 波 的 波 长 与 实 验 设 备 （ 比 如 波 导 、 微 带 、 谐 振 腔 呈 其它 微 波 元 件 ） 的 尺 寸 相 比 在 同 数 量 级 时 ， 使 得 电 磁 能 量 分 布于 整 个 微 波 电 路 之 中 ， 形 成 所 谓 “ 分 布 参 数 ” 系 统 。 这 与 低 频 电 路 有 原 则 区 别 ， 因 为 低 频 时 电 场 和 磁 场 能 量 是分 别 集 中 于 所 谓 “ 集 总 参 数 ” 的 各 个 元 件 中 。 因 为 微 波 波 段 的 振 荡 周 期 在 10-910-13s数 量 级 ， 而 普 通 电 真空 器 件 中 电 子 的 渡 越 时 间 一 般 为 10-9s数 量 级 ， 就 是 说 二 者 属 于同 一 数 量 级 。 于 是 ， 在 低 频 时 被 忽 略 了 的电子惯性， 亦 即 电 磁波 与 电 子 间 的 相 互 作 用 、 极 间 电 容 和 引 线 电 感 等 的 影 响 就 不 能再 忽 视 了 。 普 通 电 子 管 已 不 能 用 做 微 波 振 荡 器 、 放 大 器 或 检 波器 了 ， 代 之 而 来 的 则 是 建 立 在 新 的 原 理 基 础 上 的微波电子管、微波固体器件和量子器件， 同 时 伴 随 频 率 的 升 高 、 高 频 电 流 的趋 肤 效 应 、 传 输 系 统 的 辐 射 效 应 以 及 电 路 的 延 时 效 应 （ 相 位 滞后 ） 等 明 显 地 表 露 出 来 。 由 于 微 波 频 率 极 高 ， 它 的 实 际 可 用 频 带 很 宽 ， 可 达 109Hz数量 级 ， 这 是 低 频 无 线 电 波 无 法 比 拟 的 。 频 带 宽 意 味 着 信 息 容 量大 ， 因 而 微 波 可 作 为 多 路 通 信 的 载 频 。 另 外 ， 微 波 受 外 界 干 扰小 ， 且 不 受 电 离 层 变 化 影 响 ， 通 信 质 量 高 于 低 频 无 线 电 波 。2. 频 率 高 3. 具 有 穿 透 性利 用 微 波 本 身 的 高 频 振 荡 ， 微 波 可 以 穿 透 电 离 层 。 由 于 微波 不 能 被 电 离 层 所 反 射 ， 所 以 微 波 的 地 面 通 信 只 限 于 天 线 的 视距 范 围 之 内 ， 远 距 离 微 波 通 信 需 要 用 中 继 站 接 力 。 另 一 方 面 ，利 用 微 波 能 穿 透 电 离 层 ， 可 以 利 用 微 波 进 行 宇 航 通 信 、 卫 星 通信 和 射 电 天 文 学 研 究 等 ， 因 此 微 波 开 辟 了 电 磁 波 谱 中 的 一 个 的“ 宇 宙 窗 口 ” 。 微 波 还 可 以 穿 过 生 物 体 ， 即 能 够 深 入 物 质 （ 介 质 ） 内 部 ，研 究 分 子 和 原 子 核 的 结 构 ， 是 近 代 微 波 波 谱 学 和 量 子 电 子 学 所依 据 的 基 本 物 理 基 础 。 宇宙窗口 在 微 波 波 段 有 若 干 个 可 以 通 过 电 离 层 的 “ 宇 宙 窗 口 ” ， 因而 微 波 是 独 特 的 宇 宙 通 讯 手 段 。 4. 量 子 特 性由 于 低 频 电 波 的 频 率 很 低 ， 量 子 能 量 很 小 ， 不 足 以 改 变 物 质分 子 的 内 部 结 构 或 破 坏 分 子 间 的 键 ， 量 子 特 性 不 明 显 。微 波 波 段 的 电 磁 波 ， 单 个 量 子 的 能 量 为 10-6 10-3eV。 而 一 般顺 磁 物 质 在 外 磁 场 中 所 产 生 的 能 级 间 的 能 量 差 额 介 于 10-510-4eV之 间 ， 因 而 电 子 在 这 些 能 级 间 跃 迁 时 所 释 放 或 吸 收 的 量 子 的 频 率是 属 于 微 波 范 畴 的 。 因 此 ， 微 波 可 用 来 研 究 分 子 和 原 子 的 精 细 结构 。 同 样 在 超 低 温 时 物 体 吸 收 一 个 微 波 量 子 也 可 产 生 显 著 反 应 。上 述 两 点 对 近 代 尖 端 科 学 ， 如 微 波 波 谱 学 、 量 子 无 线 电 物 理的 发 展 都 起 着 重 要 作 用 。 利 用 此 特 性 和 原 理 ， 可 研 制 适 用 于 许 多 微 波 波 段 的 器 件 。 微波 似 光 性 定 位 天 线 频 率 高 多 路 通 信 穿 透 电 离 层 天 文 学 研 究 量 子 特 性 微 波 波 谱 学 微 波 的 特 点 归 纳 起 来 主 要 为 以 下 几 方 面 ：