微波技术与天线课件-.ppt

1、-1-2教教 材：微波技术与天线材：微波技术与天线 王新稳等编王新稳等编参考书：微波技术基础参考书：微波技术基础 廖承恩廖承恩 微波技术与天线微波技术与天线 刘学观刘学观-3内容：内容：-4频率为频率为f=300MHz-3000GHz范围内的无线电波范围内的无线电波教材：微波技术与天线教材：微波技术与天线 王新稳等编王新稳等编 参考书：微波技术基础参考书：微波技术基础 廖承恩廖承恩微波技术与天线微波技术与天线 刘学观刘学观-5-6波段号波段号码码频段名称及简写频段名称及简写频率范围频率范围波长名称波长名称456789101112甚低频（甚低频（VLF）低频（低频（LF）中频（中频（MF）高频（

2、高频（HF）甚高频（甚高频（VHF）特高频（特高频（UHF）超高频（超高频（SHF）极高频（极高频（EHF）330kHz30300kHz3003000kHz330MHz30300MHz3003000MHz330GHz30300GHz3003000GHz万米波万米波(甚长波甚长波)千米波（长波）千米波（长波）百米波（中波）百米波（中波）十米波（短波）十米波（短波）米波（超短波）米波（超短波）分米波分米波厘米波厘米波 微波微波毫米波毫米波亚毫米波亚毫米波-7波波 段段 波波 长长频频 率率米波，分米波米波，分米波1m0.1m300MHz3GHz厘米波厘米波10cm1cm3GHz30GHz毫米波毫米

3、波10mm1mm30GHz300GHz亚毫米波亚毫米波1mm0.1mm300GHz3000GHz波长：波长：l l=1m-0.1mm频率频率：f=300MHz-3000GHz -8表2波段代号 标称波长(cm)频率范围(GHz)波长范围(cm)L S C X Ku K Ka U V W 22 10 5 3 2 1.25 0.8 0.6 0.4 0.3 1-2 2-4 4-8 8-12 12-18 18-27 27-40 40-60 60-80 80-100 30-15 15-7.5 7.5-3.75 3.75-2.5 2.5-1.67 1.67-1.11 1.11-0.75 0.75-0.5

4、0.5-0.375 0.375-0.3 -92）故其使用频带宽，信息容量大；同时可提供相故其使用频带宽，信息容量大；同时可提供相位信息、极化信息、频率信息。但由于其振荡位信息、极化信息、频率信息。但由于其振荡周期很短（周期很短（10-9-10-12s），则趋肤效应、辐射），则趋肤效应、辐射效应、相位滞后等可在低频忽略的一些现象和效应、相位滞后等可在低频忽略的一些现象和效应，此时则不能忽略。效应，此时则不能忽略。1）与地球上一般物体的尺寸相比在同一数量级或与地球上一般物体的尺寸相比在同一数量级或更小。当微波照射到这些物体时将产生显著的更小。当微波照射到这些物体时将产生显著的反射。由其似光性（会聚

5、）和直线传播的特点，反射。由其似光性（会聚）和直线传播的特点，可以确定物体的方位和距离。可以确定物体的方位和距离。-103）微波可以穿过微波可以穿过电离层、云雾，电离层、云雾，是探测宇宙的窗口是探测宇宙的窗口,是地是地面与太空以及深空中通信的主要手段之一；面与太空以及深空中通信的主要手段之一；微波可以穿过微波可以穿过生物体，生物体，即能够深入物质（介质）内部，即能够深入物质（介质）内部，利用微波可以研究分子和原子核的结构。利用微波可以研究分子和原子核的结构。-近代微波近代微波波谱学和量子电子学所依据的基本物理基础。波谱学和量子电子学所依据的基本物理基础。4）微微 波的量子能量较小，不能改变物质

6、的内部结波的量子能量较小，不能改变物质的内部结构。构。-探索物质的内部结构。探索物质的内部结构。-11场的方法路的方法类比低频电路，采用类比低频电路，采用等效电压、等效阻抗等效电压、等效阻抗等概念。在一定的条等概念。在一定的条件下，用件下，用“路路”的理的理论求解。论求解。研究方法麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组求求波动方程的特解波动方程的特解得到场的时空变化得到场的时空变化规律规律-124.微波的传输微波的传输导行导行空间传播空间传播通过波导、同轴电缆、微通过波导、同轴电缆、微带传输线等导行系统进行带传输线等导行系统进行电磁能量的电磁能量的“束缚束缚”传输传输通过天线形成波束通过天线形成波束在空

7、间进行电磁波在空间进行电磁波的的“自由自由”传输传输源源-13微波技术的传统应用是雷达和通讯。微波技术的传统应用是雷达和通讯。发展史发展史：第一阶段第一阶段：19401940年以前，年以前，-实验室早期研究阶段，实验室早期研究阶段，主要研究微波产生的方法。主要研究微波产生的方法。第二阶段第二阶段：19401940年年-1945-1945年，应用于雷达年，应用于雷达第三阶段第三阶段：应用于通信，广播，电视：应用于通信，广播，电视-14对目标进行探测和定位对目标进行探测和定位（1 1）公共应用公共应用：机场监视、海上导航、气象雷达、：机场监视、海上导航、气象雷达、测量学、飞机着陆、夜间防盗、测量学

8、、飞机着陆、夜间防盗、速度测量（警戒雷达）、测绘等。速度测量（警戒雷达）、测绘等。（2）军事应用军事应用：空间和海事导航，飞机、：空间和海事导航，飞机、导弹、空间飞行器的定位、检测和跟导弹、空间飞行器的定位、检测和跟 踪，导弹的精确制导，导弹和火炮的踪，导弹的精确制导，导弹和火炮的 点火控制，武器保险、侦察等。点火控制，武器保险、侦察等。（3 3）科学应用：天文学、绘图和成像，）科学应用：天文学、绘图和成像，精密距离测量，自然资源遥感等。精密距离测量，自然资源遥感等。-1519011901年年马可尼使用马可尼使用800KHz800KHz中波信号进行了从英国到中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世

9、界上第一次横跨大西洋的无线电波北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验的通信试验，2020世纪世纪2020年代初年代初 短波通信短波通信 2020世纪世纪6060年代年代 卫星通信卫星通信2020世纪世纪8080年后年后 移动通信移动通信-16移动通信移动通信GPS蓝牙技术蓝牙技术广播电视广播电视中继通信中继通信卫星通信卫星通信国外发达国家的微国外发达国家的微波中继通信在长途波中继通信在长途通信网中所占的比通信网中所占的比例高达例高达50%50%以上。以上。紧急状态下紧急状态下的通信的通信无线微波接入无线微波接入网络网络-17电子干扰抗干扰主动干扰其它干扰-18环境应用：沙子潮环

10、境应用：沙子潮湿的测量、海洋表湿的测量、海洋表面的风速、洪水绘面的风速、洪水绘图、大气层温度的图、大气层温度的轮廓、雪层轮廓、雪层/冰层冰层的测绘等。的测绘等。军事应用：军事应用：目标检测、目标检测、监视、目标监视、目标确认、绘图确认、绘图等等天文学应用：行星绘图、天文学应用：行星绘图、银河星系射电噪声目标银河星系射电噪声目标的测绘、太阳辐射测绘、的测绘、太阳辐射测绘、宇宙黑体辐射的测量等。宇宙黑体辐射的测量等。-19加热加热处理处理（快速均匀）（快速均匀）消毒消毒（杀虫灭菌）（杀虫灭菌）微波能量传递微波能量传递微微波波弹弹-20诊断（仲瘤）、诊断（仲瘤）、治疗（突发性耳聋、疼痛、类风湿关节炎

11、、肩周炎、治疗（突发性耳聋、疼痛、类风湿关节炎、肩周炎、某些癌症等）、某些癌症等）、微波理疗、微波理疗、组织固定、组织固定、免疫组织化学和免疫细胞化学研究。免疫组织化学和免疫细胞化学研究。-21微波物理微波物理微波化学微波化学微波吸收光谱学微波吸收光谱学微波等离子体化学微波等离子体化学交叉学科-22对于通信与信息专业：主要研究射频范围内的无对于通信与信息专业：主要研究射频范围内的无线电波的信息处理的学科（包括产生、放大、调线电波的信息处理的学科（包括产生、放大、调制、传输、接收、发射和测量等）。制、传输、接收、发射和测量等）。本课程主要是针对微波的导行传输、辐射（即天线）本课程主要是针对微波的导行传输、辐射（即天线）-23 1)一天一天8小时，其剂量小时，其剂量38W/cm2 2)总剂量总剂量300Wh/cm2；3)P1mW/cm2。空间微波辐空间微波辐射射对人体的损害对人体的损害致癌、致畸、致突变致癌、致畸、致突变对设备有干扰对设备有干扰电磁兼容电磁兼容超超剂剂量量-24低通滤波器带通滤波器调制器变频器放大器带通滤波器低通滤波器带通滤波器带通滤波器解调器放大器变频器BPFBPF基带中频带射频带(4)(4)信号信号