微波及其特点课件.ppt

1、微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一门比较成熟的学科。在雷达、通信、导航、遥感、门比较成熟的学科。在雷达、通信、导航、遥感、电子对抗以及工农业和科学研究等方面，微波技术电子对抗以及工农业和科学研究等方面，微波技术都得到了广泛的应用。微波技术是无线电电子学中都得到了广泛的应用。微波技术是无线电电子学中一门相当重要的学科，对科学技术的发展起着重要一门相当重要的学科，对科学技术的发展起着重要的作用。的作用。第一章第一章 绪论绪论 微波是一种频率非常高的电磁波。微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从把波长从1m到到0.1mm范围内的电磁波称为微波。微波波段对

2、应的频率范围为范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为:3108Hz31012Hz。如下图所示。如下图所示。f31081051010(m)(Hz)3 10323 1063 109-13 101210-43 101510-73 101810-10无线电波光波宇宙射线视频射频微波红外线可见光紫外线x射线射线1-1 微波及其特点微波及其特点一、微波的概念及波段划分一、微波的概念及波段划分f31081051010(m)(Hz)3 10323 1063 109-13 101210-43 101510-73 101810-10无线电波光波宇宙射线视频射频微波红外线可见光紫外线x射线射线纵观纵观“左

3、邻右舍左邻右舍”它处于它处于超短波超短波和和红外光波红外光波之间。之间。波长范围波长范围频率范围频率范围（GHz）波段名称波段名称按波长按波长按频率按频率代号代号1m10cm0.33分米波分米波特高频特高频 UHF普通无线电波普通无线电波与微波的过渡与微波的过渡10cm1cm330厘米波厘米波超高频超高频SHF1cm1mm30300毫米波毫米波极高频极高频 EHF微波（超高频）微波（超高频）1mm 0.1mm3003000 亚毫米波亚毫米波 特高频特高频 UHF微波与红外微波与红外的过渡的过渡微波波段划分如下微波波段划分如下:/fc微波波段的代号及对应的频率范围微波波段的代号及对应的频率范围

4、波段波段代号代号标标 称称波长波长cm频率范围频率范围GHz波段波段代号代号标标 称称波长波长cm频率范围频率范围GHzL221.121.70Ka0.826.5040.00LS141.702.60Q0.7233.0050.00S102.603.95U0.6040.0060.00C53.955.85M0.4850.0075.00XC4.25.858.20E0.4060.0090.00X38.2012.40F0.2690.00140.0Ku212.4018.00G0.17140.0220.0K1.2518.0026.50R0.11220.0325.0其中：其中：uS、C、X：分别代表：分别代表10

5、cm、5cm、3cm波段。波段。uU、Ka：6 8mm为为80s中期用得较多的通信频中期用得较多的通信频段段.uW(3mm)：实际上是：实际上是卫星通信卫星通信的主流频段。的主流频段。uCK：为早期的微波通信频段，：为早期的微波通信频段，80s 后较少用。后较少用。u家用电器、通信频率相对较低：家用电器、通信频率相对较低：KHz3G。名称名称频率范围频率范围调幅无线电调幅无线电5351605kHz短波无线电短波无线电330MHz调频无线电调频无线电88108MHz商用电视商用电视频率范围频率范围13频道频道48.572.5MHz45频道频道7692MHz612频道频道167223MHz1324

6、频道频道470566MHz2568频道频道606968MHz微波炉微波炉2.45GHz家家用用电电器器的的频频段段二、微波的特点二、微波的特点1.似光性似光性（波长短波长短）u微波波长较短时：微波波长较短时：当微波的波长比地球上的宏观物体当微波的波长比地球上的宏观物体(如飞机、舰船、导弹、如飞机、舰船、导弹、卫星、建筑物等卫星、建筑物等)的几何尺寸的几何尺寸小得多时小得多时，微波照射到这些物，微波照射到这些物体上时将产生强烈的体上时将产生强烈的反射反射。此直线传播的特点与几何光学相似，故可以说微波具有此直线传播的特点与几何光学相似，故可以说微波具有“似光性似光性”。利用这一特殊，可以制成体积小

7、、方向性很强。利用这一特殊，可以制成体积小、方向性很强的微波天线，用来发射或接收微弱的微波信号，从而为雷达、的微波天线，用来发射或接收微弱的微波信号，从而为雷达、微波中继通信、卫星通信和导弹等提供必要条件。微波中继通信、卫星通信和导弹等提供必要条件。微波最早的应用实例微波最早的应用实例雷达。雷达。u微波波长较长时：微波波长较长时：当微波的波长与实验设备（比如波导、微带、谐振腔呈其当微波的波长与实验设备（比如波导、微带、谐振腔呈其它微波元件）的尺寸相比在同数量级时，使得电磁能量分布它微波元件）的尺寸相比在同数量级时，使得电磁能量分布于整个微波电路之中，形成所谓于整个微波电路之中，形成所谓“分布参

8、数分布参数”系统。系统。这与低频电路有原则区别，因为低频时电场和磁场能量是这与低频电路有原则区别，因为低频时电场和磁场能量是分别集中于所谓分别集中于所谓“集总参数集总参数”的各个元件中。的各个元件中。因为微波波段的振荡周期在因为微波波段的振荡周期在10-910-13s数量级，而普通电真数量级，而普通电真空器件中电子的渡越时间一般为空器件中电子的渡越时间一般为10-9s数量级，就是说二者属于数量级，就是说二者属于同一数量级。于是，在低频时被忽略了的同一数量级。于是，在低频时被忽略了的电子惯性电子惯性，亦即电磁，亦即电磁波与电子间的相互作用、极间电容和引线电感等的影响就不能波与电子间的相互作用、极

9、间电容和引线电感等的影响就不能再忽视了。普通电子管已不能用做微波振荡器、放大器或检波再忽视了。普通电子管已不能用做微波振荡器、放大器或检波器了，代之而来的则是建立在新的原理基础上的器了，代之而来的则是建立在新的原理基础上的微波电子管微波电子管、微波固体器件微波固体器件和和量子器件量子器件，同时伴随频率的升高、高频电流的，同时伴随频率的升高、高频电流的趋肤效应、传输系统的辐射效应以及电路的延时效应（相位滞趋肤效应、传输系统的辐射效应以及电路的延时效应（相位滞后）等明显地表露出来。后）等明显地表露出来。由于微波频率极高，它的实际可用频带很宽，可达由于微波频率极高，它的实际可用频带很宽，可达109H

10、z数数量级，这是低频无线电波无法比拟的。频带宽意味着信息容量量级，这是低频无线电波无法比拟的。频带宽意味着信息容量大，因而微波可作为多路通信的载频。另外，微波受外界干扰大，因而微波可作为多路通信的载频。另外，微波受外界干扰小，且不受电离层变化影响，通信质量高于低频无线电波。小，且不受电离层变化影响，通信质量高于低频无线电波。2.频率高频率高3.具有穿透性具有穿透性利用微波本身的高频振荡，微波可以穿透电离层。由于微利用微波本身的高频振荡，微波可以穿透电离层。由于微波不能被电离层所反射，所以微波的地面通信只限于天线的视波不能被电离层所反射，所以微波的地面通信只限于天线的视距范围之内，远距离微波通信

11、需要用中继站接力。另一方面，距范围之内，远距离微波通信需要用中继站接力。另一方面，利用微波能穿透电离层，可以利用微波进行宇航通信、卫星通利用微波能穿透电离层，可以利用微波进行宇航通信、卫星通信和射电天文学研究等，因此微波开辟了电磁波谱中的一个的信和射电天文学研究等，因此微波开辟了电磁波谱中的一个的“宇宙窗口宇宙窗口”。微波还可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部，微波还可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部，研究分子和原子核的结构，研究分子和原子核的结构，是近代是近代微波波谱学微波波谱学和和量子电子学量子电子学所所依据的基本物理基础。依据的基本物理基础。宇宇宙宙窗窗口口 在微波波段有若

12、干个可以通过电离层的在微波波段有若干个可以通过电离层的“宇宙窗口宇宙窗口”，因因而微波是独特的宇宙通讯手段。而微波是独特的宇宙通讯手段。4.量子特性量子特性由于低频电波的频率很低，量子能量很小，不足以改变物质由于低频电波的频率很低，量子能量很小，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的键，量子特性不明显。分子的内部结构或破坏分子间的键，量子特性不明显。微波波段的电磁波，单个量子的能量为微波波段的电磁波，单个量子的能量为10-6 10-3eV。而一般。而一般顺磁物质在外磁场中所产生的能级间的能量差额介于顺磁物质在外磁场中所产生的能级间的能量差额介于10-510-4eV之间，因而电子在这些能级间

13、跃迁时所释放或吸收的量子的频率之间，因而电子在这些能级间跃迁时所释放或吸收的量子的频率是属于微波范畴的。因此，微波可用来研究分子和原子的精细结是属于微波范畴的。因此，微波可用来研究分子和原子的精细结构。同样在超低温时物体吸收一个微波量子也可产生显著反应。构。同样在超低温时物体吸收一个微波量子也可产生显著反应。上述两点对近代尖端科学，如微波波谱学、量子无线电物理上述两点对近代尖端科学，如微波波谱学、量子无线电物理的发展都起着重要作用。的发展都起着重要作用。利用此特性和原理，可研制适用于许多微波波段的利用此特性和原理，可研制适用于许多微波波段的器件器件。微波微波似光性似光性定位天线定位天线 频率高频率高 多路通信多路通信 穿透电离层穿透电离层 天文学研究天文学研究 量子特性量子特性 微波波谱学微波波谱学 微波的特点归纳起来主要为以下几方面：微波的特点归纳起来主要为以下几方面：