微波工程基础PPT课件

,*,中国科学院电子学研究所,Institute of Electronics,Chinese Academy of Science,微波工程基础,主讲人：罗积润,上课时间：星期四下午1:304:30,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。既考虑从事物理、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。,18周共54学时,讲课16周,复习一周,考试一周,教学方式：课堂讲授和提问讨论相结合,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,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,“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,),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),=3,cm,D=84cm,=10m,D=280m(,困难),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,人耳能听到的声音频带范围约20-20000,Hz,听懂语言300-3400,Hz,相当逼真传递语言和音乐6-15,kHz,传送电视图象和声音我国8,MHz,频带,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,渡越时间、趋肤效应、辐射效应,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）,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）,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，减少干扰,中继通信、卫星通信、天文观测,量子特性,低功率电平下明显,波粒二象性,h,是普郎克常数，,f,是频率。,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数,一些大分子振动和转动造成的能级超精细结构，接近绝对零度是每个自由度具有的能量，落在微波量子的能量范围内,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、预警,通讯,点对点、保密,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,),民用,雷达,气象、导航、汽车防撞、遥感,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）,科学研究：,加速器,核医学、对撞机等,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、2.7,K,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,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,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（,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,）,