《微波技术与天线》绪论0

授课老师：张宁超邮箱：ningchaozhang@163.com《微波技术与天线》课时安排：1-8周（32学时）平时成绩30％，考试70％

1，微波波段2，微波特点3，微波的应用4，微波防护5，发展简史绪论主要内容微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从1米到0.1毫米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～3×1011Hz。如下图所示微波波段微波的概念及波段划分电磁波波段划分常用微波波段的划分卫星通讯通讯电视广播雷达无线导航微波波段的代号及对应的频率范围老的P－波段=新的A/B波段老的L－波段=新的C/D波段老的S－波段=新的E/F波段老的C－波段=新的G/H波段老的X－波段=新的I/J波段老的K－波段=新的K波段最早的米波雷达称P-波段雷达(Previous)；标准搜索雷达波长23cm，称L-波段(Long，22～50cm)；更短波长雷达(10cm)，称S-波段（Short，比标准L波段短的意思）；火控雷达波长3cm，称X-波段（生活中X通常用来指定和标示地点）；搜索雷达和火控雷达的折衷波长的雷达称C-波段(Compromise是折衷的意思)；德国人发展更短波长的雷达（1.5cm），德国人称K－波段雷达(Kurtz，德语“短”)；K－波段雷达在雨天和雾天无法使用，战后为Ka(K－above)和Ku(K－under)；新老雷达波段代码典型应用下的频率微波波段ISM简介特别为工业、科学和医疗（ISM—Industrial-Scientific-Medical）应用而保留的频率范围。这些频率范围在世界范围内是统一划分的。射频识别系统射频识别系统产生并辐射电磁波，所以这些系统被合理地归为无线电设备一类，射频识别系统工作时不能对其他无线电服务造成干扰或削弱。所以只能使用ISM应用而保留的频率范围八十年代后期，美国联邦通信委员会（FCC）对使用无线电的计算机通信开放了无须申请就可以使用的ISM频段，使得无线网络的使用成为通信领域的一个热点日本于1993年也公布了无线局域网使用的ISM频段在中国，也先后开放2.4G和5.8G作为ISM频段ISM与无线局域网我国卫星电视主要使用C波段，即上行6GHz，下行4GHz1996.8中星5号停播后我国收看的几颗主要卫星：-100.5°E，亚洲2号，1996.5升空，24个C波段转发器、134°E，亚太1A，1996.7升空，8个C波段转发器138°E，亚太1号，1994年升空，24个C波段转发器分析方法长线与短线的定义：传输线的长度远远大于或等于波长的传输线叫长线，传输线的长度小于波长的线叫短线传输线长度为3cm，当信号频率为20GHz时？？由于微波波长较短，微波的传输系统，微波元器件以及它们的工作原理和分析方法都与直流、低频电路系统、低频元器件以及它们的工作原理和分析方法截然不同。首先，在分析低频电路时，我们可以认为有关物理量在传输系统中是均匀分布的。因此，我们只需考虑各物理量随时间的变化，而不考虑其空间分布。对于微波系统，我们必须同时考虑各物理量随时间的变化以及其空间分布。换句话说：在确定的空间内，对于低频信号我们观察到的是物理量的振荡，对于高频信号我们观察到的是物理量的波动。例如：电磁波的频率若为50Hz，其波长即为6000公里；电磁波的频率若为100GHz，其波长就只有3毫米。如果电路的尺度为几十毫米，则在频率较高时，就必须考虑电磁场的空间分布。自由空间中以光速沿直线传播在不同媒质的分界面上要发生反射和折射如果分界面的线性尺寸不比波长大很多，会出现干涉和衍射现象遵守波动基本规律微波波长和一般物体的线性尺寸相当，可以采用成熟的几何光学方法来设计各种微波仪器和设备，比如用透镜或反射面来设计微波天线设计器件体积小，波束方向性强微波的特性似光性波长上与实验室的设备（物体）尺寸相当同量级，使其的特点又与声波相近。波导－－－－传声筒喇叭天线－－声学喇叭谐振腔－－－声学共鸣箱似声性微波的特性振荡频率3亿次以上，周期短，10-9～

10-12s低频电子器件的渡越时间10-8～10-9s

需要考虑完全新颖的微波电子器件可用频带很宽，在大容量通信场合得到广泛应用，如卫星通信、多路通信。具有通信容量高、抗干扰能力强的特性频率高微波的特性在特定波长穿透电离层，可以卫星通信、宇宙通信、遥感、定位穿透云、雾、雨、植被、积雪，并对微波有不同程度的吸收与反射，可以利用厘米波或毫米波雷达来观测它们的存在和流动。气象预报穿透地表，作为探地雷达能穿透生物体，为微波生物医学打下基础穿透性微波的特性量子能量不够大，不能改变分子内部结构，分子、原子和原子核呈现出谐振现象。可以探索物质内部结构非电离性微波的特性微波电磁能量传送到有耗物体内部，会使物体分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热可以进行微波加热，用于粮食、茶叶、卷烟、木材、皮革等各种行业热效率高、热透深度大、加热均匀（里外一起热）、加热迅速热效应微波的特性散射特性当电磁波入射到物体上，会在除入射波方向产生散射，散射波将携带大量关于散射体的信息。广泛应用与微波遥感、雷达成像、远距离微波散射通信。微波的特性抗低频干扰地球周围的噪声和干扰主要是宇宙和大气在传输信道上产生的自然噪声，由各种电器设备工作时产生的人为噪声，这些噪声一般都在中低频，与微波频率差别很大可以滤除微波的特性微波的特点原先的广播和电视采用频率都在微波以下，但是随着电台增多，相互干扰增多，从而发展到微波频段。典型的是采用微波进行卫星电视直播。微波的应用广播与电视

微波通讯系统的工作频带宽、信息容量大、机动性好，特别适合于卫星通讯，宇航通讯和移动通讯等，因而在现代通讯系统中占有相当重要的地位。微波、毫米波通讯系统不但频带宽、信息容量大，而且还具有便于架设、机动性好、保密性好等优点。目前常见的蜂窝移动电话、微波电话网、微波电视网、卫星电视网等等，都属于微波通讯系统。微波中继通信微波散射通信：利用对流层的散射特性进行通信同轴电缆和波导通信移动通信卫星通信宇宙通信微波的应用通信一般由6个分系统组成：（1）天线分系统。地面站的天线面向通信卫星，其直径一般是10.3米，由天线本身，馈电部分，跟踪部分和驱动部分组成。（2）发射分系统。将音频和视频信号调制到工作波段的载波上，经大功率放大后，经天线发向卫星。（3）接收分系统。接收来自卫星的信号，经放大和检波后，再发送到终端系统。（4）终端分系统。由载波电话、电视终端、传真终端和数据终端组成。（5）通信监控分系统。负责对地面站内的各种设备进行监视、控制和定期测试。（6）电源分系统。为地面站设备提供电源。

卫星通信上行站散射通信（战略后备通信系统）通信卫星地面站目标尺寸和波长之比越大，反射越明显，探测距离越远;雷达天线口径与波长之比越大，发射波束越细，反射就越显著，测位精度越高;利用微波技术可以使用尺寸小、精度高的雷达。现代相控雷达能够利用计算机控制天线阵列的波束相位，能够进行快速扫描，能够形成多波束；对目标进行探测，对多目标进行跟踪；气象雷达、导航雷达、汽车防撞雷达、防盗雷达、遥感用雷达雷达和导航微波的应用GJL-861交通管制雷达精密跟踪雷达J-231中程警戒雷达具有良好的反隐身能力和抗反

辐射导弹能力；工作可靠性高，集成化和固态化程度高；自动化程度高，操作简单，环境舒适及机动性强；雷达录取数据可通过数据通讯进入雷达情报网。技术指标距离探测方位大于等于260KM

方位探测距离0度-360度连续工作时间大于12小时环境温度零下40度-50度

相对湿度95-98%(30度）接收机噪声系数小于等于3dB接收机中频带宽150±50kHz天线转速0.5-4r/min最早的火控雷达微波能强功率应用（加热）微波加热是指一些有耗介质，特别是含水或含脂肪的材料，吸收微波能量，并把它转化为热能。不是借助于辐射、传导或者对流，而是靠材料内部极性分子在微波场作用下的共振吸收。除家用微波炉外，在工农业生产方面，烘干、杀虫、灭菌、橡胶硫化、塑料生产如英国采用2450MHz、1.8kW微波对硬木进行杀虫微波的应用医学微波理疗机做透热治疗利用微波进行局部加热杀死癌细胞微波穿透人体的能力远比红外要强很多，利用微波可以得到人体内部的温度分布图癌肿瘤的温度略高于正常组织，这就提供了一种探测体内癌肿瘤的方法微波加热血浆，解冻冷藏肾脏微波的应用计算机计算机从问世到现在，时域脉冲信号已经高达几GHz，在如此高频率下为了进一步发展，必须用微波技术的概念和方法去解决芯片引线之间的脉冲反射和串扰。微波的应用早期的电子计算机可以说与微波技术毫无联系。随着电子计算机芯片制造技术的不断进步，电子计算机的工作主频已经从早期的20MHz，33MHz，40MHz，66MHz，120MHz不断向高频发展。目前，高性能处理器的主频已经超过3GHz。总线的频率也已达到800MHz。这些都已进入微波波段。如何对CPU、内存、主板等在微波频带内进行合理的设计已经成为目前的一个重要课题。射电天文学由于微波工程技术的发展而形成的天文学分支在地面建立几十米、数百米的大型抛物面天线，再配以高增益、低噪声、宽频带的微波接收机，可捕捉来自宇宙星体的微波辐射，利用这些信息研究宇宙的起源和构造1962年由无线电领域的科学家测得的宇宙背景辐射信号，强度相当于绝对温度2.7K，后来证实是宇宙大爆炸时的残余热辐射。这一发现被授予1978年诺贝尔物理学奖微波的应用北京天文台密云观测站的射电望远镜天线阵电磁兼容(electroniccompatibility)包含微波、射频信息系统的不容忽视的问题随着系统复杂性的增加、工作频率的提高、系统集成度的增加，电磁兼容变得更加重要分三层：系统级，如通信卫星、飞机、军舰；印刷电路板级；芯片级微波的应用微波防护微波量子与X射线或者γ射线相比极其微小，不足以使生物体组织中的分子变成离子，因而不会造成损伤。人体只对外部加热比较敏感，而微波能使人体内部变热，在不知不觉中，微波热效应会对人体产生损害，如果不能及时把局部过多的热量耗散掉，将产生严重后果。多数国家认为，最大允许的微波功率密度是10mW/cm2但是微波的非热效应也可能会对中枢神经和心血管系统有影响，因此10mW/cm2有可能偏高SAR值即为生物体(包括人体)每单位公斤允许吸收的辐射量，这个SAR值代表辐射对人体的影响，是最直接的测试值，SAR有针对全身的、局部的、四肢的数据。SAR值越低，辐射被吸收的量越少SAR必须低于1.6w/kg(motorola2.0w/kg)手机辐射微波防护1873年詹姆斯.克拉克.麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)用公式建立数学复杂性的消除1885年到1887年奥利弗.亥维赛(OliverHeaviside)消除了maxwell理论的数学复杂性，引入矢量形式，并提供了导波和传输线的实际应用的基础。发展简史现代电磁理论的基础最早的实验1887年到1891年亨瑞克.赫兹(HeinrichHertz)作了一系列实验证实了麦克斯韦的电磁理论20世纪初缺少可靠微波源和其它元件，无线电技术主要发生在高频(VH)到甚高频(VHF)发展简史20世纪40年代第二次世界大战，雷达出现，微波技术得到了重视；MIT建立了辐射实验室来发展雷达理论和技术。主要包括波导元件的理论和实验分析、微波天线、小孔耦合理论，初期的微波网络理论微波通信在雷达出现后不久就开始得到发展,主要得益于为雷达系统所作的工作发展简史本课程的体系结构教材刘学观，郭辉萍《微波技术与天线》