微波技术基础 第1章 引论

微波技术基础主讲教师：李海英

副教授教材：1、廖承恩《微波技术基础》2、梁昌洪《简明微波》3、DavidM.Pozar著，张肇仪译《微波工程》先修课程：《电磁场与电磁波》《电动力学》2024/1/1421、引论（4学时）微波及其特点；微波技术的应用；导行波及其一般传输特性；2、传输线理论（12学时）传输线方程及其解；分布参数阻抗；无耗传输线工作状态分析；有耗线的特性与计算；史密斯圆图；阻抗匹配；习题课。3、规则金属波导（8学时）矩形波导；圆波导；同轴线；波导正规模的特性；习题课。4、微波集成传输线（6学时）计算传输线特性阻抗的保角变换法；带状线；耦合带状线和耦合微带线；其他型式平面传输线。微波技术基础教学计划2024/1/1435、介质波导与光纤（6学时）表面波及其特性；简单介质波导；光纤。6、微波网络基础（8学时）微波接头的等效网络；一端口网络的阻抗特性；阻抗和导纳矩阵；散射矩阵；转移参数矩阵；传输散射矩阵；习题课。7、微波谐振器（6学时）微波谐振器的基本特性与参数；传输线谐振器；金属波导谐振腔；介质谐振器；谐振器的激励；谐振腔的微扰理论。8、常用微波元件（6学时）端口微波元件及其特性（包括一端口，二端口，三端口与四端口）。2024/1/144麦克斯韦创立现代电磁学的基本概念，作为微波技术的理论基础，已有100多年的历史。从第二次世界大战微波技术第一个主要应用-雷达的强劲发展，到如今高频固态器件、微波基层电路及MEMS微机电机系统等微波技术应用的迅速发展，它已成为一门比较成熟的学科。2024/1/145第1章引论对与电磁场相关的专业，《微波技术》是一门最重要的基础课程。电磁波按波长(或频率)划分，大致可以把300MHz—3000GHz，(对应空气中波长λ是1m—0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。它处于超短波和红外光波之间。3000GHz—300GHz—30GHz—3GHz（3000MHz）—300MHz亚毫米波（THz）毫米波厘米波分米波GammaraysX-raysUltra-violetVisibleInfraredMicrowavesTVRadio1-1微波及其特点2024/1/146微波:1mmto1mwavelength.bands:(1GHz=109Hz)

Pband:0.3-1GHz(30-100cm)Lband:1-2GHz(15-30cm)Sband:2-4GHz(7.5-15cm)Cband:4-8GHz(3.8-7.5cm)Xband:8-12.5GHz(2.4-3.8cm)Kuband:12.5-18GHz(1.7-2.4cm)Kband:18-26.5GHz(1.1-1.7cm)Kaband:26.5-40GHz(0.75-1.1cm)2024/1/147微波似光性频率高频带宽

穿透电离层量子特性卫星通信多路通信

空间探测研究微波波谱学微波的特点2024/1/1481.微波的两重性微波的两重性指的是对于尺寸大的物体，如建筑物、火箭、导弹等，它显示出粒子特点——即似光性或直线性；而对于相对尺寸小的物体，又显示出——波动性。2.微波与“左邻右舍”的比较微波的“左邻”是超短波和短波，而它的“右舍”又是红外光波（或亚毫米波,太赫兹）。

扩展通讯通道，微波通信和卫星通信光波通过雨雾衰减很大，微波段穿透力强2024/1/149对流层微波传播电离层短波传播与微波地空传播3.微波传播2024/1/14104.不少物质的能级跃迁频率落在微波的短波段，所以有微波生物医疗、微波催化等应用。5.计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。超高速集成电路的互耦也是微波互耦问题。当今热点：微波集成电路（MIC）。6.微波研究方法主要有两种：场论的研究方法和网络的研究方法。这也是本门课程要学习的重要方法。其中场论方法的基础是本征模理论。网络方法的基础是广义传输线理论。

2024/1/1411一、微波技术的发展二、微波技术的应用1-2微波技术的发展和应用工作频段向高频段发展小型化宽带化自动化智能化发展方向微波应用雷达通信科学研究生物医药微波能2024/1/1412麦克斯韦方程克希霍夫定律场与路相结合场路研究方法基本内容1-3微波技术的研究方法和基本内容2024/1/1413一、Maxwell方程组的物理意义

从理论上讲，一切电磁波(包括光波)在宏观媒质中都服从Maxwell方程组。均匀、各向同性、线性介质1-4导行波及其一般传输特性2024/1/1414对于无源、均匀、各向同性、线性空间波动方程2024/1/1415这两个方程左边物理量为磁(或电)，而右边物理量则为电(或磁)。深刻揭示了电与磁的相互转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电磁波中。其中，正好是光速，这也是光的电磁学说的重要依据。2024/1/1416频率为ω的时谐场Maxwell方程令复介电常数复传播常数赫姆霍兹方程时间因子2024/1/1417第一项为正向传播波。如沿z正向传播，相位因子全微分上式波传播速度

等相位面相速度电磁波场2024/1/1418对应磁场通解的表达形式令，或称为特征阻抗电场强度通解的表达形式(略去时间因子）由2024/1/1419二、导行波概念及其场分析

导行系统导行波概念和分类导模特点2024/1/1420在均匀、无耗、各向同性、无源导行系统中设导波沿z向传播，坐标z与横向坐标无关2024/1/14212024/1/1422在规则导行系统中，导波场的横向分量可用纵向分量完全确定。2024/1/1423横向场纵向场2024/1/14241、分离变量法令分离变量常数——本征值方程2024/1/14252、色散关系为导波的传播常数或相移常数。解：3、本征值方程为在特定边界条件下的本征值，称为导波的横向截止波数。2024/1/1426所以：规则导行系统中沿正z方向传播的导波纵向场分量4、横－纵向场的关系2024/1/1427阻抗导纳2024/1/14285、导波的种类横磁波（TM）或电（E）波——横电波（TE）或磁（H）波——导行系统横向为调和（振动）解形式相速，快波，有色散性。2024/1/1429横电磁波（TEM）——及2024/1/1430又由固有阻抗且同静态场，导波的相速、群速与无耗媒质平面波相同，无色散现象。(TEM波）2024/1/1431混合波——导行系统横向为衰减解形式，场被束缚在导行系统表面——表面波。三、导行波的一般传输特性

1、导模的截止波长与传输条件导行系统中某导模无衰减能传播的最大波长——截止波长导波的传播常数为虚数时，导模不能传播。当导模截止。2024/1/1432截止频率截止波长2、相速度和群速度相速度：导模