第六讲微波学科介绍无处不在的电磁波

微波学科介绍

—无处不在的电磁波2024/11/8confidential微波的概念与特点微波的研究内容微波所课程介绍现代微波技术的进展科研实例内容提要：2024/11/83TWIMS制导雷达一开机，“侦察员”和“猛犬”立即把截获的无线电信号传给早已等候在空中的E-2C"鹰眼"预警机，“鹰眼”再把这一信息传给F-4“鬼怪”式战斗机。"鬼怪"获得信息后，发射"百舌鸟"反辐射导弹，准确无误地摧毁萨姆-6的制导雷达，使萨姆—6顿时变成"瞎子"。以色列通过短短6分钟的攻击就彻底摧毁了叙利亚和苏联苦心经营10年耗资20亿美元的19个萨姆导弹阵地。它是空战史上具有划时代意义的一个著名战例，此战充分显示了电子技术在现代战争中的巨大作用。电子战与微波技术有什么联系呢？引子：贝卡谷空战电磁空间控制权争夺2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute4GoogleEarth晚间或雾霾微波成像微波带来的好处2024/11/8微波炉手机ETC收费自动门机场安检雷达无处不在的电磁波智能硬件微波的定义微波的定义：频率为300MHz-3000GHz的电磁波称为微波，粗分为四个波段：分米波段厘米波段毫米波段亚毫米波段1cm10cm0.1cm0.01cm100cm微波的特点及应用一信息容量大，当一个通信系统相对带宽一定时，频率升高，绝对工作频带变宽，可传送更多路数的信号。但是对于具体的应用需要对频率进行合理的选择，例如个人无线通信大多选择6GHz以下的频率微波的特点及应用二似光性，微波波长短，直线传播，当遇到的障碍物尺寸若大于波长时，则产生反射。预警机海基雷达微波的特点及应用三穿透电离层距离地球60~80km以上的高层区域成为电离层微波入射到电离层时，不会被其反射和吸收，故微波成为卫星通信、空间通信和射电天文研究的重要载体305m口径的射电天文望远镜(波多黎各)2024/11/8confidential微波的概念与特点微波的研究内容微波所课程介绍现代微波技术的进展科研实例内容提要：电磁场理论与技术电路中的传播（受限空间）电路到空间的转换自由空间中的传播（自由空间）应用电磁系统2024/11/8微波研究内容电磁场理论研究电磁场中各物理量之间的关系及其空间分布和时间变化的理论。（百度百科）2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute12Maxwell电路中的传播2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute13375MHz5GHz电路到空间的转换将电路中传输的微波信号转换为自由空间中传播的电磁波：天线2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute14空间中的传播2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute152024/11/815TWIMS雷达散射截面（RCS）应用电磁系统2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute16MicrowaveBiomedicalEngineering&BioTechWirelessComm.&PropagationMicrowaveHeaterChipDesign&CircuitsLasers&OptoelectronicsMEMS&MicrowaveEngineeringRadarAntennaAnalysis&DesignEMC/EMIAnalysisRemoteSensing&SubsurfaceSensing&NDE2024/11/8confidential微波的概念与特点微波的研究内容微波所课程介绍现代微波技术的进展科研实例内容提要：2024/11/818TWIMS微波专业的学科位置电子科学与技术学科19工作频率器件尺寸lowfrequencymicrowaveTHz,optic<<λ~λ>>λ

电路理论电磁场

理论光学理论集成微波器件与系统雷达T/R组件

卫星通信系统无线通信系统:高数据率，小型化新型太赫兹和光学器件先进微纳米加工技术太赫兹检测与成像经典电磁学领域

电磁场理论与方法

微波电路与天线2024/11/8confidential电路中的传播电路到空间的转换应用电磁系统微波课程体系2024/11/821DC~70GHz测试平台矢量网络分析仪：Agilent67GHz+X参数频谱分析仪：

1)R&SFSW26支持160MHz分析带宽

2)AgilentE4447A+Mixer77GHz探针台：Cascade40GHz负载牵引：Focus18GHz示波器：4GHz，20Gbps采样率实验条件2024/11/822总投资2500万；暗室大小：20*12*12（m）国内高校最大规模暗室之一可满足天线测试、雷达散热截面、电磁兼容等测试需要。的建设7*4*4（m）暗室和近场扫描暗室已完成。微波暗室2024/11/8confidential微波的概念与特点微波的研究内容微波所课程介绍现代微波技术的进展科研实例内容提要：2024/11/824TWIMS1.计算电磁学快速多极子方法：计算复杂度由降低为，成功求解了VFY-218等模型飞机在8GHz频率平面波照射下的雷达散射界面，目前世界上最高纪录可求解8千万个未知数。F117A的RCS值只有0.25平方米相当于一只小鸟的RCS,沿方位RCS值0．001到0．01平方米.如此小的RCS值，部分是由于F—117A采用了各种吸波(或透波)材料和表面涂料，但更主要的是由于它采用了独特的多面体外形B-2“幽灵”(Spirit)大型隐身战略轰炸机，RCS值只有0.05-0.1平方米(沿鼻锥方向)。2024/11/827航母的电尺寸远大于飞机，因此计算规模将会空前增加，如何解决电磁隐身中的仿真设计问题？亟待解决的问题2024/11/828TWIMS2.相控阵天线技术2024/11/829TWIMS与蜻蜓的复眼类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。ffffff功分网络2024/11/830TWIMS阵列设计也是急需解决的关键问题2024/11/8T/RT/RT/RT/RT/RT/R功分网络THAAD后续重点：有源相控阵天线2024/11/832TWIMS提高集成度、降低制造成本；提高发射功率和效率、增加雷达作用范围、减少功耗3.微波集成电路2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute3334人工电磁材料4.新型电磁传播2024/11/835TWIMS隐形斗篷假想图2024/11/836TWIMS隐形斗篷杜克大学的研究人员在《自然-材料》杂志发表的一篇研究论文描述了如用利用一个菱形斗篷实现完美隐形。37毫米波太赫兹相比于微波：频谱资源丰富、分辨率高、设备尺寸小相比于光：气候影响小、可全天候工作4.新型应用38RadiationFeed-lineopeningUnder-fillmaterialpinI/OSilver-filledadhesiveLandgridarrayEncapsulationREFCLKChip60GHz毫米波通信3960GHzWiFiDemo2024/11/840太赫兹成像2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute41CMOS太赫兹成像系统2024/11/8confidential微波的概念与特点微波的研究内容微波所课程介绍现代微波技术的进展科研实例内容提要：1.双频Doherty功放提出基于T型微带线的双频Doherty功放，实现针对双频非恒包络信号的同时高效放大；国际上首次成功实现双频Doherty功放原型。2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute43IEEET-MTTOct,20111.双频功放效率提升率先对双频同时工作效率下降问题进行理论分析；提出了交调阻抗匹配概念和设计方法。2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute44交调分量IEEET-MTT,2013依据交调阻抗匹配原理，提出了一种新型的电路拓扑结构，在对双频功放的基频进行阻抗匹配的同时，

还对交调频率分量上的阻抗进行调谐。1.双频功放效率提升实现了公开报道中双频同时工作状态下，平均效率最高（42.1%）的双频功放2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute45

电路结构器件频率(GHz)信号形式功率(dBm)ACPR(dBc,L/H)总功率(dBm)DE(%)PAE(%)瑞典Chalmers大学Doherty15WGaNHEMT×21.810MHzLTE7dBPAR33.4-46.3/-47.933.2N/A34.12.410MHzLTE7dBPAR33.2-49.4/-47.7本项目Doherty10WGaNHEMT×21.910MHzLTE7dBPAR35.11-49.42/-48.6838.144.842.12.615MHzLTE7dBPAR34.92-47.89/-45.452.单层三频反射阵天线2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute46直径0.566米的圆极化反射阵天线:

692个C波段交叉振子(7.1GHz):28.4dB

685个X波段方形环(8.4GHz):29.1dB

10,760个Ka波段圆环(32GHz):38.7dB首款单层、三频平面反射阵天线，同时覆盖C/X/Ka通信频段2.单层三频反射阵天线2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute47直径0.566米的圆极化反射阵天线:

692个C波段交叉振子(7.1GHz):28.4dB

685个X波段方形环(8.4GHz):29.1dB

10,760个Ka波段圆环(32GHz):38.7dB首款单层、三频平面反射阵天线，同时覆盖C/X/Ka通信频段平面反射阵列天线是一类将不同无源金属谐振单元周期排布在平面反射面表面，通过控制每个单元对于馈源入射波的反射相移，在反射面口面上实现类似于抛物面的等相位平面，从而在所需方向上的获得高增益的辐射特性。为了应对未来空间应用中对Ka频段卫星天线的需求，并兼容现有的C/X频段通信系统，课题组开发了世界上第一款单层、三频平面反射阵天线，同时覆盖C/X/Ka三个通信频段。2.多波束平面反射阵2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute4848仿真测量测量第一款单馈源四波束平面反射阵天线IEEET-TAPFeb,20122.多波束平面反射阵2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute4949仿真测量测量第一款单馈源四波束平面反射阵天线IEEET-TAPFeb,2012空间应用中的卫星通信也不再为通常的点对点通信，而是多个运动目标同时通信。课题组设计出第一款单馈源四波束的平面反射阵天线。通过阵面相位优化，利用一个馈源，即可在四个不同方向上产生四个不同增益的高增益波束，从而实现与多个目标同时通信。2.多波束平面反射阵2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute50ParabolicBi-FocalPSOMOPSO32GHz，D=160mm，848天线单元ParabolicBi-focalPSOMOPSO仿真测试50IEEET-TAPSept,20132.多波束平面反射阵2024/11/8MicrowaveandAntennaInstitute51ParabolicBi-focalPSOMOPSO仿真测试51IEEET-TAPSept,2013该天线实际为验证波束扫描，而不是多波束天线。讲述时可紧接上页内容，该方法突破了传统的抛物面