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微波技术课件

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微波技术课件_6.2

微波技术课件_6.2

e 为了配合气象雷达 98DSA 的国产化工作，恒达公司经过一年多时间的努力，终于在 2002 年 8 月完成了第一
台接收机保护器有源开关的样机。各项性能技术指标达到美国进口产品的水平，完全可以替代进口，为我国气
v 象雷达事业作出了我们的贡献。 a 2 ) 主要技术要求：
2.1 工作频率:2700 ~ 3000MHz。
1
o 只有一根波导中有二极管，所以，只有 4 的输入功率加在一个波导 PIN 座上，每个座里用了 2 个 PIN 管，平均 r 1
ic 每个 PIN 二极管只承受 8的输入功率。
Dm 图4 H 3-5 收机保护器有源开关的工作原理：（参看图 6）。
图5
图6 3-5-1 反射波十字定向耦合器、同轴波导转换器和波导负载用于对保护器的反射特性进行 实时检测。 3-5-2 H 面电桥将输入信号一分为二后，分别馈入变态双魔 T 的两个 H 口（H1、H2）。 T 将进入 H 口的信号同相分配到 PIN 波导开关的两个输入端。PIN 波导开关是由两个非标波导口输入，其中 一路是具有一定长度的短路波导段；另一路是含有 PIN 开关的短路波导段。当雷达发射脉冲出现时，同步的高 电平（+10V）脉冲施加到 PIN 二极管上时，PIN 二极管呈现低阻抗，进入其中的发射信号被二极管反射，与另 一路进入不含有 PIN 开关的短路波导段的反射为同相，于是这两个等幅同相的反射信号又返回到变态双魔 T 的 H1（H2）口 。 3-5-3 从变态双魔 T 的 H1、H2 返回到 H 面电桥的两个输出端的发射脉冲信号在 H 面电桥的弯波导输出端
增益差≤0.3dB
增益差≤0.065dB
符号 H V L R
说明 水平极化 垂直极化 左旋圆极化 右旋圆极化
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横向分量与纵向分量之间的关系
• 将场量写出纵向和横向分量 E au Eu av Ev a z E z at Et a z E z
H au H u av H v az H z at H t az H z
E jw H H jw E (1) ( 2)
E (u, v, z ) E (u, v) Z ( z ) H (u, v, z ) H (u, v) Z ' ( z )
将Laplace算子分离为横向和纵向两部分
2 2 2 t z
已知广义正交坐标系下，
1 h1h2 h3
2
h2 h3 h1h3 h1h2 h u v h v z h z u 1 2 3
第三章
波导
规则波导
通常专指 —— 波导管 广义地指 —— 能够引导电磁波传播的装置 比如双导线、同轴线、微带线、介质传输线等均可称为波导。 也可以统称为传输线。其作用都是导引电磁波沿一定方向传播 被导引的电磁波称为导行波，这些传输线称导波系统，简称导波
规则波导
指沿轴向方向，横截面的形状、尺寸，以及填充介质的分布状态 和电参数均不变化的无限长的直波导。
E Et az Ez H H t az H z 此时可将场量分解为横向分量和纵向分量，
纵向和横向变量分离
E(u, v, z) E(u, v)Z ( z)
其中， • E(u,v)仅是横向坐标(u,v)的函数，它表示电场在波导横截面内 的分布状态，称为分布函数， • Z(z)仅是坐标z的函数，它表示电场沿z轴的分布规律，称为传播 因子。
微波技术基础ppt课件

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延长OA在单位圆上读出
L 26
（2）过A点作等S圆与V m a x线交于B，与 V m线in 交于C，由 B点的 值R 可得 S2.6
由A、C两点所对应的电长度的值可得
mi n0.50.214 0.286
去归一化得
minming1.7 1(6cm )
（3） 的归一化值为 g7.4 460 1.24
计算串或并联时需去归一化
首先对负载阻抗及线长进行归一化
Z 1 Z 1Z c 1 2 .2 j 4 ,Z 2 Z 2Z c 2 0 .6 j 0 .8
l1 l1 g 0.38 l3 l3 g 0.15 l2 l2 g 0.288
a). 求 S1, S2
在阻抗圆图上分别找出 Z 和1 Z所2对应的点 和A 1 ，A 2
数 和S驻波相位 ；（mi3n ）
入阻抗 Z。
处的7输4.4cm
公式计算——直接求解法
画出等效电路图（参考面） 列出公式 写出相应步骤即可
圆图——图表法
（1）负载阻抗的归一化值为 Z L Z LZ 0 ( 1 0 0 j5 0 )5 0 2 j1
在实用阻抗圆图上找出的圆的交点A，如图 L OAOa0.44
YY1'Y2'0.9j2.62
将阻抗圆图视为导纳圆图 ，找出对应的点B，再将 Y
倒换为 Z得 B，'即 Z0.12j0.34
最后，在阻抗圆图（实际又将导纳圆图视为阻抗圆图）
上找出Z 对应的点 B，' 以 为O半B'径作等Γ圆与Vmax线
相交。从交点的 R值读出 S为3
S3 10
C). 求 S和 lmin
lm in0.50.2180.282
《工学微波技术》课件

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仿真与优化
利用仿真工具对设计进行验证和优化，确保设计 的可行性和有效性。
工学微波技术的实现过程
硬件实现
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ根据设计要求，选择合适的硬 件设备，搭建工学微波技术的
硬件平台。
软件实现
编写和调试软件程序，实现各 项功能，保证系统的稳定性和 可靠性。
系统集成与测试
将硬件和软件集成在一起，进 行系统测试，确保整个系统能 够正常工作。
工学微波技术的发展趋势
01
智能化
随着人工智能技术的发展，工学 微波技术将逐渐实现智能化，提 高自动化和自适应性。
微型化
02
03
集成化
随着微电子技术的进步，工学微 波设备将逐渐微型化，便于携带 和应用。
工学微波技术将与其他技术进行 集成，形成多学科交叉的综合应 用。
工学微波技术的未来展望
拓展应用领域
工学微波技术的概念
微波是指频率在300MHz300GHz的电磁波，具有穿透 性、反射性、吸收性等特点。
工学微波技术是指利用微波的 特性，将其应用于工程领域中 的一种技术。
工学微波技术涉及的领域包括 通信、雷达、加热、检测等。
工学微波技术的原理
微波在传输过程中，遇到不同 介质会因为反射、折射、散射 和吸收等作用而发生能量衰减
05
工学微波技术的挑战与展望
工学微波技术面临的挑战
技术更新迅速
随着科技的不断进步，工学微波 技术需要不断更新和升级，以满 足新的应用需求。
设备成本高昂
工学微波技术需要高精度的设备 和材料，导致其成本较高，限制 了大规模应用。
安全性问题
工学微波技术在应用过程中可能 存在一定的安全风险，需要加强 安全管理和防范措施。
微波技术2PPT课件

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地质勘查、安全监控等领域。
随着技术的不断发展，微波雷达 的应用领域还将不断拓展，为人 类的生产和生活带来更多的便利
和安全保障。
05 微波通信
微波通信的基本原理
微波通信是利用微波作为载波来传递信息的通信方式。微波是指频率在 300MHz-300GHz的电磁波，具有波长短、频率高的特点。
微波通信的基本原理是将低频信号调制到微波载波上，通过天线将微波 信号发射出去，在接收端通过解调将低频信号还原出来。
微波雷达的探测信息丰富，能够提供目标物体的位置、速度、方向等多方面的信息，为后续 的数据处理和目标识别提供了基础。
微波雷达的应用领域
微波雷达在军事领域中广泛应用 于导弹制导、目标跟踪、战场侦 察等方面，是现代战争中的重要
技术手段之一。
在民用领域中，微波雷达也具有 广泛的应用前景，如交通流量监 测、气象观测、航空航天探测、
微波通信的调制方式有多种，如调频、调相和调幅等，其中调频是最常 用的一种。
微波通信的特点与优势
传输容量大
传输质量稳定
微波通信具有较高的频谱利用率，可以同 时传输多路信号，适用于大容量、高速率 的信息传输。
微波信号传输不受天气、环境等因素的影 响，传输质量比较稳定。
建设成本低
灵活性高
微波通信可以利用现有的通信设施进行建 设，不需要进行大规模的线路铺设和施工 ，建设成本相对较低。
质量和效率。
06 微波技术的挑战与未来发 展
当前微波技术面临的挑战
技术更新换代
随着科技的不断进步，微波技术需要不断更 新换代以满足新的应用需求。
电磁波的安全性
微波技术的广泛应用涉及到电磁波的安全性 问题，需要加强研究和监管。
高频段电磁波的传输
微波技术课件

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微波技术在乳制品中的应用
牛奶等乳制品的生产过程中,消毒杀菌是最重 要的处理工艺,传统方法是采用高温短时巴氏杀菌。 其缺点是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统,而且 耗费能源、占用煤场、劳动强度大,还会污染环境 等问题。若用微波对牛奶进行杀菌消毒处理,鲜奶 在80℃左右处理数秒钟后,杂菌和大肠杆菌完全达 到卫生标准要求,不仅营养成分保持不变,而且经 微波作用的脂பைடு நூலகம்球直径变小,且有均质作用,增加 了奶香味,提高了产品的稳定性,有利于营养成分 的吸收。
10-9
10-6
10-3
m
微波技术的原理
微波原理：依靠以每秒几亿次速度进行周期变化的 微波透入物料内, 与物料的极性分子相互作用, 物料中 的极性分子吸收了微波能以后, 其极性取向随着外电磁 场的变化而变化, 致使分子急剧碰撞而产生了大量的摩 擦热, 使物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温。
微波特点： 1、加热时间短、速度快
参考文献
[1] 辛志宏, 马海乐, 樊明涛.微波技术在食品杀菌与保鲜中的 应用[ J] .粮油加工与食品机械, 2000,4: 30 - 32.
[2] 郭建中, 郝玉书.微波促进食品工业发展[ J] .食品工业科技, 1999, 5: 59 - 61.
[3] STEVE ENNEN.Microwaves step up totheplate[J] .Food Processing, 2002, 63( 8) : 50 - 54.
微波技术
目录
1、微波技术简述 2、微波技术的原理 3、微波技术在食品中应用 4、专业联想---微波技术在乳制品中的应用 5、总结 6、参考文献
微波技术简述
微波是指波长在10-3～ 1M,频率在300～30000MHz 之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称 ,以 每秒24.5亿次的惊人速度进行周期变化。
微波技术微波技术第四章2课件

微波技术微波技术第四章2课件

I1
I2
即
[V ] [Z][I ]
Z01 V1
[Z]
V2
Z02
式中,
[V
]
V1 V2
、
[
I
]
I1 I 2
T1
T2
分 别 为 电 压、电 流 单 列 矩 阵；
[Z
]
Z11 Z 21
Z12 Z 22
为阻抗矩阵,
其元素Z11、Z12
、Z21、Z22称为Z
参量,
表征网络的特性，仅由网络所确定，而与所加的电压和电流无关。
二、导纳参量
1. 归一化导纳参量
I1 I2
YY1211
Y12 Y22
VV12
I1
I2
V1
Y
V2
T1
T2
简记为
[I ] [Y ][V ]
(4 55)
式中
[Y ] YY1211
Y12 Y22
称为双口网络的归一化导纳矩阵。
归一化与非归一化导纳参量之间的关系为
(4 58)
Yi j Yi j Y0iY0 j Yi j Z0iZ0 j (i , j 1, 2) 式中，Y0i、 Y0j分别为i、j 口的特性导纳。
[Y ] 与[Z ] 互为逆矩阵： [Y ]1 [Z ] , 或 [Z ]1 [Y ]
(4 60) (4 48)
2. [Y ] 与 [S]的换算关系 (适用于n 端口网络)
[Y ] [I] [S] [I] [S ] 1
[Y ] [Z ]1 [I][S][I][S ] 1 1 [I][S][I][S ] 1
在网络分析中，为使理论分析具有普遍性，常在归一化情况下
讨论各参量。
各端口上的等效电压、等效电流与归一化的等效电压、等效
微波技术基础 ppt课件

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由此两式消去 H t ：
k2 z2 2 E vt z tE zja vz tH z ⑤
同理，由①、③可得：
k2 z2 2 H vt z tH zja vz tE z ⑥
k2 2 →无界媒质中电磁波的传播常数
★重要结论：规则导行系统中，导波场的横向分量可 由纵向分量完全确定。
再由③出发：
结构—两根平行导线； 缺点—随着信号频率升高，导线电阻损耗增大，不能有效引
导微波。
➢ 微波频段导波系统
米波频段结构—改进型双导线即平行双导体线； 分米波～厘米波频段结构—封闭式双导体导波系统即同轴线； 厘米波～毫米波频段结构—柱面金属波导；
毫米波～亚毫米波频段结构—柱面金属波导、介质波导。
导波系统的主要功能 1）、无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能
× H vjE v
× E vj H v
v H0
v E0
采用广义柱坐标系（u，υ，z），设导波沿z向（轴向）传播， 微分算符▽和电场Ε、磁场Η可以表示成：
E v ( u , v t, z ) a v z E /v t ( z u , v , z ) a r z E z ( u , v , z )
H v ( u , v , z ) H v t ( u , v , z ) a v z H z ( u , v , z )
展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等
两边乘以
jωμ
v
t× H t j
a v zE v z ①
ta v zH za v z H zt j
v E t②
两边作
★重要结论：规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥 姆霍兹方程 。
色散关系式
纵向场分量可以表示成横向坐标r和纵向坐标z的函数，即
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三.圆波导中的三个主要波型 1.H11波(n=i=1)
讨论: ① 场结构
磁力线 电力线
②.单模问题 单模传输的条件：2.62a<λ<3.41a 存在极化简并：水平极化和垂直极化
磁力线 电力线
由于H11模存在极化简并，所以没有完全实 现波导的单模传输。
水平极化和垂直极化是两种不同的模式，传 输特性完全一致，不可能通过波导尺寸的选 择除去其中一个。在传输过程中，遇到不均 匀性时，两个模式不再简并，会使场结构的 极化面产生旋转
[1] 电子经过的地方有足够强的电场,且电场方向 与电子运动方向一致.这样,电场才能对电子起加 速或减速的作用,从而交换能量.
[2] 腔中电子穿过的作用间隙要小,以保证足够小 的渡越时间
根据以上要求,在微波管中采用的谐振腔有一个很 小的作用间隙,在其中集中了相当长的电场.满足 以上要求的谐振腔为环型谐振腔
根据安培环路定理有:
磁力线
注意:电力线与磁力线同相位 电力线
1.定义:电流强度
3.根据特性阻抗的定义: 4.平均功率损耗: 6.内导体单位长度上的损耗
同轴线中也存在高次模式 可以证明截止波长最大的色散模式为H11,且 有:
目前采用特性阻抗为75Ω和50Ω的两种同轴 传输线,前者决定于衰减最小,后者兼顾通过功 率大与衰减小的两个要求折中.
③波阻抗和特性阻抗
波导内为空气时的衰减系数（导体衰减）：
2. E01波 ①场表达式
②场结构
电力线 磁力线
场的特点:
① 轴对称性
② r=0 附近仅有z向的电场分量，这一特 点可有效的同轴向运动的电子交换能 量——电子直线加速器。
③ 壁电流仅有z向分量
3. H01波 n=0, i= 1 代入H波的场分量表达式:
《微波技术》课件

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03
微波器件与系统
微波振荡器
微波振荡器是产生微波信号的 电子器件，其工作原理基于电 磁振荡，通过在谐振腔内形成
电磁振荡来产生微波信号。
常见的微波振荡器有晶体振荡 器和负阻振荡器等，广泛应用 于雷达、通信、电子对抗等领
域。
微波振荡器的性能指标包括频 率稳定度、相位噪声、输出功 率等，这些指标直接影响着微 波系统的性能。
微波滤波器的设计需要考虑电 磁波理论、材料特性、工艺制 造等多个因素，以确保其性能 和可靠性。
微波天线
01
微波天线是用于发射和接收微波信号的设备，其工作原理基于电磁波 的辐射和接收。
02
常见的微波天线有抛物面天线、平板天线、八木天线等，广泛应用于 雷达、卫星通信、广播电视等领域。
03
微波天线的性能指标包括增益、方向性图、极化方式等，这些指标直 接影响着微波系统的性能。
微波技术的发展历程
要点一
总结词
微波技术的发展经历了从基础研究到实际应用的过程，目 前仍在不断发展中。
要点二
详细描述
微波技术的发展始于20世纪初的基础研究，随着电子技术 和计算机技术的不断发展，微波技术逐渐从实验室走向实 际应用。在通信领域，微波技术率先得到广泛应用，如微 波接力通信、卫星通信等。随后，在雷达、加热、医疗等 领域，微波技术也得到了广泛的应用和发展。目前，随着 新材料和新技术的发展，微波技术仍在不断创新和进步中 。
向，以实现微波技术的绿色发展。
THANK YOU
感谢各位观看
新型微波材料的研究与应用
总结词
新型微波材料的研发是推动微波技术进步的关键，它们在改 善微波性能、提高系统稳定性等方面具有重要作用。
详细描述
随着科技的不断发展，新型微波材料如碳纳米管、石墨烯等 逐渐受到关注。这些材料具有优异的电磁性能，能够大幅提 高微波的传输效率和稳定性，为微波技术的应用开拓更广阔 的领域。
《微波及其特点》课件

《微波及其特点》课件

国家标准
各国政府根据本国情况制定了相 应的微波炉安全标准，如中国的 GB4706.1-1998《家用和类似用 途电器的安全通用要求》。
微波的安全防护措施
01
02
03
防泄漏
选用密封性能好的微波炉 ，使用时保持微波炉门紧 闭，避免微波泄漏。
防辐射
使用微波炉时，保持一定 距离，避免直接接触微波 炉表面，以减少电磁辐射 的影响。
通信
雷达
微波是现代通信的重要手段之一，可以实 现长距离、高速、大容量的数据传输，广 泛应用于卫星通信、移动通信等领域。
微波雷达可以用于目标检测、测距、测速 等方面，具有精度高、抗干扰能力强等优 点。
加热
其他
微波可以用于加热物体，具有快速、均匀 加热的特点，常用于食品加工、材料处理 等领域。
微波还可以应用于科学研究、医疗等领域 ，如微波炉、微波治疗仪等。
《微波及其特点》 ppt课件
目 录
• 微波简介 • 微波的特点 • 微波的产生与传输 • 微波的设备与仪器 • 微波的安全与防护
01
微波简介
微波的定义
微波是指频率在300MHz300GHz之间的电磁波，具有波
长短、频率高的特点。
微波的波长通常在1mm-1m之 间，介于无线电波和红外线之间
。
微波的频率范围非常广泛，根据 不同的分类标准，可以分为不同 的类型，如长波、中波、短波等
在空气中传输时，微波会受到空气中 的水分、氧气和氮气等分子的影响， 导致其传播距离和能量衰减。
在真空中传输时，微波的传播速度最 快，但因为没有介质吸收微波能量， 所以能量衰减非常快。
04
微波的设备与仪器
微波炉
微波炉是一种利用微波能量快速加热食物的家用电器。

微波技术课件_1.14

对当日测试结果进行储存和打印1.12 HD －375SR 型毫米波铁路驼峰测速雷达HD －375SR 型毫米波铁路驼峰测速雷达是在原T ．JL1-8型驼峰流放速度检测器的基础上，增加圆极化器和正交模耦合器，使之工作于圆极化收发状态，用以改善线极化对目标外形的选择性和消除二次反射信号对测量信号的干扰。

从而提高驼峰流放速度检测器的工作稳定性、测速精确度和改善对不同车型的测量选择性。

该速度检测器工作于8mm 波段，利用运动目标对毫米波的多普勒效应，提取速度信息，用来测量驼峰编组场车辆流放速度的设备，其适应于全天候条件连续工作，可以为半自动、自动化调速系统提供车辆溜放的速度信息。

其主要特点是：采集信息量大、测速精度高、工作稳定性好以及体积小、重量轻、安装位置灵活、检修维护方便，是铁路驼峰测速雷达更新换代的新型产品。

1.13 HD －375RTM 型毫米波雷达综合测试仪●测试内容信号参数：发射功率，功率稳定度，发射频率，频率稳定度天线参数：方向图测试，-3dB 波瓣宽度，副瓣电平，天线增益系统参数：雷达作用距离，灵敏度，通带特性自检参数：自检频率，自检频率稳定度，各级电压检查1.14 HD －XC Ⅱ 型 雷达光电轴校准仪H Dm i c r o w a v e本仪器适用于各类X 、C 波段雷达在野外条件下部队对雷达光轴与电轴的匹配情况进行检查和校准。

其基本校准原理是：校准仪架设在离雷达80-100米处，用其发射出目标模拟信号，为跟踪雷达产生模拟目标。

雷达锁定模拟目标后，雷达跟踪天线的瞄准轴对正本仪器的发射喇叭，使雷达精确跟踪。

通过对雷达的光轴与校准仪靶标中心的比较，达到雷达光电轴检查和校准的目的。

雷达跟踪器上的参考光学镜能够测定电轴与参考光学镜光轴是否平行。

如果平行，则参考光学镜的十字分划应与雷达校准仪架上的参考光学镜的十字靶标重合，如果电轴对光轴的角偏差量超过1密位，则必须进行调整。

角偏差量可根据参考光学镜十字分划的偏差读取。

《微波知识培训》课件

详细描述
微波滤波器通常采用电抗元件和传输线结构，根据不同的设 计要求，可实现带通、带阻和陷波等不同的频率响应特性。
微波混频器
总结词
微波混频器是用于将两个不同频率的 信号转换为另一个频率的电子器件， 其工作原理是通过非线性效应将两个 信号相互调制。
详细描述
微波混频器通常采用固态电子器件， 如晶体管或场效应管，通过将两个不 同频率的信号输入到混频器中，实现 频率的变换和信号的解调。
微波的应用领域
总结词
微波的应用领域非常广泛，包括通信、 雷达、导航、加热、医学诊断和治疗等 。
VS
详细描述
在通信领域，微波用于无线通信、卫星通 信和光纤通信等领域，是现代通信的重要 手段之一。在雷达和导航领域，微波用于 目标检测、定位和导航等。在加热领域， 微波用于微波炉、物料干燥、物料熔化和 化学反应等领域。在医学领域，微波用于 医学成像、肿瘤治疗和疼痛缓解等。
微波振荡器
总结词
微波振荡器是产生微波信号的电子器 件，其工作原理是将直流电能转换为 微波能量。
详细描述
微波振荡器利用非线性效应，如谐波 产生、调频或反馈放大，在微波频段 产生振荡信号。常见的微波振荡器有 晶体振荡器和负阻振荡器等。
微波放大器
总结词
微波放大器是用于放大微波信号的电子器件，其工作原理是通过增加信号的幅度 来提高信号的功率。
详细描述
微波放大器通常采用固态电子器件，如晶体管或场效应管，利用其放大功能对微 波信号进行放大。根据工作频段和用途，微波放大器可分为低噪声放大器、功率 放大器和中频放大器等。
微波滤波器
总结词
微波滤波器是用于选择特定频率信号的电子器件，其工作原 理是通过设计特定的频率响应来选择性地传输或抑制特定频 率的信号。

微波ppt课件


波长范围/mm 300.00-150.00 150.00-75.00 75.00 - 37.50 37.50 - 25.00 25.00 - 16.67 16.67 - 11.11 11.11 - 7.50 10.00 - 6.00 7.50 - 5.00 6.00 - 4.00 5.00 - 3.33 4.00 - 2.73 3.33 - 2.14 2.73 - 1.76
微波促进有机合成反应
1
主要内容：
▪ 1. 微波及其特性 ▪ 2. 研究背景 ▪ 3. 微波加速有机反应的原理 ▪ 4. 微波有机合成技术 ▪ 5. 微波反应的影响因素 ▪ 6. 微波反应装置 ▪ 7. 微波反应的注意事项 ▪ 8. 微波有机合成单元反应实例 ▪ 9. 前景展望 ▪ 10. 课后习题
6
1976 年， Beenakker提出了Tmoio谐 振腔并获得了常压氦微波等离子体；
1981 年，嘉茂睦等用微波等离子体增强 化 钼与学硅气基相上沉沉积积法出，厚以度CH为4 与1-2Hm2 为的原金料刚，石在膜， 此方法现已用于微波电子材料的刻蚀、净化， 高分子材料的表面改性与光刻胶的剥蚀等加 工过程，并已形成一定产业；
L波段常用主频率为915MHz,S波段常用主频率为2450MHz。
4
1.2 微波的特性 a) 似光性。微波波长非常小，当微波照射到某
些物体上时，将产生显著的反射和折射，就 和光线的反、折射一样; b) 穿透性。微波照射于介质物体时，能够深 入该物体内部的特性称为穿透性; c) 信息性。微波波段的信息容量非常巨大，即 使是很小的相对带宽，其可用的频带也是很 宽的，可达数百甚至上千兆赫; d) 非电离性。微波的量子能量不够大，因而 不会改变物质分子的内部结构或破坏其分子 的化学键，所以微波和物体之间的作用是非 电离的。
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Maxwell方程组的.电与磁的相互转化 这两个方程左边物理量为磁(或电) 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) 量则为电(或磁)。
D × H = t + J × E = B t
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
Maxwell方程组 方程组
Maxwell ，19世纪伟大的物理学家，用四个偏微分方 世纪伟大的物理学家， 世纪伟大的物理学家 程概括一切电磁现象， 程概括一切电磁现象，并由此计算出电磁波传递的速度等 同于光速，断言光是一种电磁波。从理论上讲， 同于光速，断言光是一种电磁波。从理论上讲，一切电磁 包括光波) 方程组。 波(包括光波 都满足 包括光波 都满足Maxwell方程组。深入研究和考察它， 方程组 深入研究和考察它， 将有助于了解电磁波的深入含义。 将有助于了解电磁波的深入含义。
四、微波问题的分析方法
在低频电路中， 在低频电路中，工作波长已远远超出实际电路的几何尺 例如：对应于50Hz 的电磁波其波长值为6000KM）。电 6000KM）。 寸（例如：对应于50Hz 的电磁波其波长值为6000KM）。电 路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来； 路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来； 因此系统可以用集中参数表征，可用基尔霍夫定律分析。 因此系统可以用集中参数表征，可用基尔霍夫定律分析。 在微波系统中，由于微波器件的尺寸十分接近于工作波长， 在微波系统中，由于微波器件的尺寸十分接近于工作波长， 电压、电流等概念将有别于低频电路。 电压、电流等概念将有别于低频电路。把“路”的观点转化成 的观念、 集总参数”转化成“分布参数” “场”的观念、把“集总参数”转化成“分布参数” 、把“基 尔霍夫定律”转化成“麦克斯韦( 尔霍夫定律”转化成“麦克斯韦(Maxwell)方程” ，才能认识 )方程” 和讨论有关问题。 和讨论有关问题。 所以，微波技术作为一门独立的学科， 所以，微波技术作为一门独立的学科，不仅是出于频率增高这 一表面现象，而应当充分地理解到这种由“量变” 质变” 一表面现象，而应当充分地理解到这种由“量变”到“质变” 的根本过程。 的根本过程。
二、微波特点
1. 微波的两重性 微波的两重性指的是对于尺寸大的物体， 微波的两重性指的是对于尺寸大的物体，如建筑物 火箭、导弹它显示出粒子的特点——即似光性或直线性 粒子的特点 火箭、导弹它显示出粒子的特点 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。 波动性 而对于相对尺寸小的物体，又显示出 波动
值得指出：人类对于电磁的相互转化在认识上走 值得指出： 了很多弯路。奥斯特首先发现电可转化为磁( 了很多弯路。奥斯特首先发现电可转化为磁(即线圈等 效为磁铁） 效为磁铁）
I
图 5
电转化为磁
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
法拉第坚信磁也可以转化为电。但是无数次实验 法拉第坚信磁也可以转化为电。 均以失败而告终。只是在10年无效工作后， 10年无效工作后 均以失败而告终。只是在10年无效工作后，沮丧的法 拉第鬼使神差地把磁铁一拔，奇迹出现了， 拉第鬼使神差地把磁铁一拔，奇迹出现了，连接线圈 的电流计指针出现了晃动。 的电流计指针出现了晃动。 这一实验不仅证实了电磁转换， 这一实验不仅证实了电磁转换，而且知道了只 有动磁才能转换为电。 有动磁才能转换为电。
0 Wave
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
频率ω 3. 频率ω是转化条件 频域的Maxwell方程 方程 频域的 × H = jωε E + J × E = jωH (式5)
(式6) 信号只有较高的频率ω 才能确保电磁的有效转换， 信号只有较高的频率ω，才能确保电磁的有效转换， 直流情况没有转换。不过频率愈高，越难出功率， 直流情况没有转换。不过频率愈高，越难出功率， 这也是一个有趣的矛盾。 这也是一个有趣的矛盾。
图 1
电磁波谱
图 2
对于任何波， 对于任何波，波长和频率与波速相关
λ=
c f
300MHz－－－ 300MHz－－－ λ＝1m 3000GHz－－－ 3000GHz－－－ λ＝0.1mm
c = 3×108 m s
声波与电磁波
1.声波是机械波,它的传播的是震动及能量，要靠介质， 1.声波是机械波,它的传播的是震动及能量，要靠介质， 声波是机械波 在真空中不能传播。电磁波本身就是一种物质 物质， 在真空中不能传播。电磁波本身就是一种物质，传播 不要介质，在真空能传播。 不要介质，在真空能传播。 2.它们的产生原理不同,声波是靠物质的震动产生, 2.它们的产生原理不同,声波是靠物质的震动产生,而 它们的产生原理不同 电磁波不是,它是靠电子的震荡产生， 电磁波不是,它是靠电子的震荡产生，其本质是交替变 换的电场和磁场 。 纵波， 声波是纵波 3. 声波是纵波，纵波是质点的振动方向与传播方向一 致的波；电磁波是横波 横波， 致的波；电磁波是横波，质点的振动方向与波的传播 方向相互垂直。 方向相互垂直。 注记：只用一个波长λ(或频率f)不能确定是何种波。 λ(或频率f)不能确定是何种波 注记：只用一个波长λ(或频率f)不能确定是何种波。
图3 宇宙窗口
4. 不少物质的能级跃迁频率恰好落在微波的短 波段， 波段 ， 近年来出现了微波生物医疗和微波催化等前 沿课题。 沿课题。
图 4
能级跃迁
三、微波的应用
微波技术是和雷达的应用一起发展的 雷达： 火控雷达；导航雷达、 1. 雷达：远程警戒雷达 、火控雷达；导航雷达、气象 雷达、汽车防撞雷达、遥感雷达。 雷达、汽车防撞雷达、遥感雷达。 通信：手机、微波中继、 2. 通信：手机、微波中继、卫星 计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。 3. 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。 超高速集成电路的互耦也是微波互耦问题。 其他：微波加热（微波高频介质损耗）：微波炉、 ）：微波炉 4. 其他：微波加热（微波高频介质损耗）：微波炉、微 波理疗仪等。 波理疗仪等。不少物质的能级跃迁频率恰好落在微波 的短波段， 的短波段，因此近年来微波生物医疗和微波催化等领 域已是前沿课题
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
Maxwell总结了前人的经验，提出位移电流这一 总结了前人的经验， 总结了前人的经验 假说，构成了Maxwell方程。但是它存在不对称性, 方程。 假说，构成了 方程 但是它存在不对称性, 的存在， 尽管为了找其对称性而一直在探索磁流 M 的存在， 但到目前为止始终未果。 但到目前为止始终未果。
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
4. 媒质矛盾 也是 σ 和 ωε之间的矛盾，这一对矛盾主要反映媒 之间的矛盾， 质情况。 很大时， 称为导体， 质情况。当σ 很大时， 称为导体，这种情况下波动性 降为次要矛盾，波速减慢，且迅速衰减。 降为次要矛盾 ， 波速减慢 ， 且迅速衰减 。 波一进入导 体会“短命夭折。波动性不仅与ω有关， 体会 “ 短命夭折 。 波动性不仅与 ω 有关 ， 还与媒质有 关。
二、微波特点
微波与“左邻右舍” 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“ 微波的 “ 左邻 ” 是超短波和短波 ， 而它的 “ 右舍 又是红外波。 ”又是红外波。
微波与超短波、 微波与超短波、 短波相比较大 大扩展了通讯 通道， 通道，开辟了 微波通讯和卫 星通讯
微波与光波段比较， 微波与光波段比较，光 通过雨雾衰减很大， 通过雨雾衰减很大，特 别是雾天蓝光、 别是雾天蓝光、紫光几 乎看不见， 乎看不见，这正是采用 红光作警戒的原因。 红光作警戒的原因。而 微波段穿透力强。 微波段穿透力强。
宇宙“窗口” 3. 宇宙“窗口” 地球的外层空间由于日光等繁复的原因形成独 特的电离层， 它对于短波几乎全反射， 特的电离层 ， 它对于短波几乎全反射 ， 这就是短波 的天波通讯方式。 的天波通讯方式 。 而在微波波段则有若干个可以通 过电离层的“ 宇宙窗口” 过电离层的 “ 宇宙窗口 ” 。 因而微波是独特的宇宙 通讯手段。
D +J t B +M × E = t
× H =
图 6
图 7
电磁振荡
单摆
电磁转换能够实现能量转换，能量贮存， 电磁转换能够实现能量转换，能量贮存，为微 波的产生创造了条件 创造了条件。 波的产生创造了条件。
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
2. 看运算 从物理上看，运算反映一种作用(Action)。方 从物理上看，运算反映一种作用(Action)。 程的左边是空间的运算(旋度) 程的左边是空间的运算(旋度)；方程的右边是时间 的运算(导数) 它深刻揭示了电(或磁) 的运算(导数)。它深刻揭示了电(或磁)场任一地点 的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来， 的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来， 场的时间变化也会转化成地点变化。 场的时间变化也会转化成地点变化。正是这种空间 和时间的相互变化构成了波。 和时间的相互变化构成了波。 D t × H = t + J × E = B 图 8 t z
D × H = +J t B × E = t iB = 0 iD = 0
(式1) (式2) (式3) (式4)
Maxwell 方程，是爱因斯坦思考狭义相对论的重 方程， 要背景。 年后 年后， 在实验室中证实Maxwell 的 要背景。23年后，Hertz 在实验室中证实 预测，造出无线电波，开启了廿世纪这个无线电时代。 预测，造出无线电波，开启了廿世纪这个无线电时代。 爱因斯坦阐明他的工作是自牛顿以来， 爱因斯坦阐明他的工作是自牛顿以来，物理学上影响 最深远与丰硕的工作。 直到今天， 最深远与丰硕的工作。 直到今天，人们认为 Maxwell 在物理史上足堪与牛顿、爱因斯坦齐名。 在物理史上足堪与牛顿、爱因斯坦齐名。
jωε E + J = ( jωε +σ )E (式7)