微波课件 ppt1.3课件

海 洋 内 波
微波遥感图像特征
5.分辨率较低，但特性明显 由于波长较长，衍射现象显著，故分辨率较低； 观测精度和取样速度不好协调； 微波的能量较弱，但特性明显；
微波遥感图像特征
微波遥感分类： 主动微波遥感、被动微波遥感 1.主动微波遥感
信号来源：系统自身发射微波辐射，并接收从目 标后向散射回来的电磁波。
微波遥感图像特征
1.主动微波遥感 微波主动遥感：微波散射计，雷达高度计，雷达 （1）雷达 雷达（Radar – Radio Detection and Ranging）
意为无线电波探测物体并测定物体距离。 应用波段：微波（主要），红外，激光； 类型：非成像雷达，
成像雷达
微波遥感图像特征
雷达一般结构：
微波遥感图像特征 雨季
旱季
1）介电常数ε：反映物体电学性质，由物质组成和温度决 定。直接影响到物体对电磁波的反射。
介电常数越大，回波越强，雷达图像上的色调越浅。
• 一般干燥物体，介电常数在3-8之间； • 水的介电常数接近80。随着物体含水量的增加，其介
电常数几乎线性增加，会产生20-80的变化；
微波遥感图像特征
概念：微波遥感是指通过微波传感器获取从目标 地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来 识别地物的技术。
为什么需要微波遥感？
地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖着，尤其是占地球面 积五分之三的海洋上，气候条件变化更大，经常被云层遮蔽。
微波遥感图像特征
特点： 1.能全天候、全天时工作 2.对某些地物具有特殊的波谱特征 3.对冰、雪、森林、土壤等具有一定的穿透能力 4.对海洋遥感具有特殊意义 5.分辨率较低，但特性明显
其变化量与物理运动速度成正比，根据多普勒 效应可以测定运动目标物体。

– 1.3 微波的应用
军事应用：
雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、 测 量、预警
通讯点对点、保密
电子对抗干扰和抗干扰
微波武器微波炮、微波弹、微波武器平 台(集雷达侦察和火控制导、超强干扰和定 向能攻击于一体多功能电子对抗平台)
民用
雷达气象、导航、汽车防撞、遥感
通讯中继通信、多路通信、卫星通信、 广播电视
• 1.2 微波的特点
波长短易于实现定向发射
雷达利用无线电波的反射测定目标的位置 波束宽度目标的方向 抛物面天线电磁波发射波束角:
D和 分别是抛物面的直径和波长 5波束角(可以相当精确定位) =3cm, D=84cm
=10m,D=280m(困 难)
频率高（绝对带宽大）、信息容量大
信道传递某种信息所必须的频带宽度
微波工程基础
第一章 绪论
• 1.1 微波的基本概念 电磁频谱微波的频率范围
“微波”
介于普通无线电波（长波、中波、短波、超短 波）与红外线之间的电磁波
波长与电路或元器件尺寸可比拟分米、厘米 、毫米 电路电磁场解（集中参数分布参数） 国内外对微波定义的区别：
中国（1米-1毫米） 美国（微波30厘米-0.3毫米)
微波加热应用食物制作（微波炉）、材料 烘干（干燥机）、消毒（牛奶、医用）、微 波治疗（癌症、前列腺疾病和理疗等）
科学研究：
加速器核医学、对撞机等
等离子体加热核聚变能源
射电天文观测（20世纪六十年代天文学 四大发现—类星体、中子星、2.7K背景 辐射(1978年诺贝尔物理学奖）和星际 有机分子都是以微波作为主要观测手段)
透电离层）
限制作用范围到所需区域，减少干扰
中继通信、卫星通信、天文观测

微波网络 第一讲 褚 庆昕 Xidian University 22
1.4 网络应用（1）
• 利用网络思想可以方 便地研究微波元件。 • 参考面一定要选在传 输线中高次截止模完全 消失的地方。否则，不 仅网络参量关系描述不 正确，还可能会遗漏不 连续性间的耦合。
微波网络 第一讲 褚 庆昕 Xidian University
N1
N2
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1.4 网络应用（2）
微波网络研究的问题包括两个方面： • 网络分析 — 给定电路的结构，分析其网络参 量及各种工作特性； • 网络综合 — 根据所给的工作特性要求，以最 佳条件设计出合乎要求的电路结构。 网络分析问题是“单值”的，即给定电路 后，“特性”也就唯一确定了。而综合问题往 往是“多值”的，在同一最佳条件下可以设计 出许多满足要求的电路结构。
Xidian University
11
微波元件框图
• 任何微波元件都可以看作是由若干传输线和不 连续性区域构成的.
传输线 T 传输线 不连续性 T 传输线
微波网络 第一讲 褚 庆昕
T
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1.1 微波系统与网络（4）
• 网络方法将微波元件分解成由传输线和不连 续性组成的微波电路。 • 传输线可以用特征参数表征。不连续性可以 用网络参量关系表征。 • 微波元件等效为由传输线和不连续性网络构 成的电路，用电路理论分析和设计。 • 网络方法 — “化繁为简”、“各个击破”。 把复杂的三维电磁场问题变为一维电路问题
微波网络 第一讲 褚 庆昕 Xidian University 21
1.3 不连续性的处理（4）
网络的思想 — “黑箱思想”。 不管不连续性区域内部的构成怎样，统一的 看成一个“黑箱”。通过“黑箱”各端口上激 励与响应之间的关系表征“黑箱”的特性，对 于线性网络，这种关系可以用参量矩阵表示。 确定网络参量的方法： （1）场方法 （2）测量方法

(10)
微波测量与天线测量
对于连续的等幅微波信号，功率一般是指其时间 平均值；而对于由矩形脉冲调制的脉冲波，其脉冲 功率定义为脉冲持续时间内的平均功率，而且平均 功率定义为整个脉冲周期内的功率平均值。大多数 的功率测量方法只能直接测量平均功率。 在矩形脉冲调制的情况下有： Pi=P/(τ •fr) 式中，Pi是脉冲功率，P是可以测得的平均功率， τ 是脉冲持续时间，fr是脉冲调制的重复频率。
功率。
(12)
微波测量与天线测量
功率计按其校准方式可分三类： 1、绝对功率计:它可以直接给出微波功率 的绝对值，无需另行校准。 2、相对功率计:它本身只能给出微波功率 的相对值，需要利用绝对功率计进行校准。 3、功率指示器:它只是指示功率的相对值， 一般不进行校准。
(13)
微波测量与天线测量
一、大功率测量 大功率的微波信号一般采用热量计式大功率计 来测量其功率。 t2
(4)
微波测量与天线测量
1、通过式接法
信 号 源 （f待测）
I0
检 流 计
去耦 L 衰减 器 频率计 （f0可调）
可调 衰减 器
检 波 器
(a)频率计通过式接法示意图
I0
L0
L
(b)调谐指示曲线
(5)
微波测量与天线测量
2、吸收式接法
可调 衰减 器 可调 衰减 器 I0 检 流 计
信 号 源 （f待测）
配信号源相连,这时功率计的读数就是P0,将测得的P0 和P1代入式A=10•lg(P0/P1)(dB),即可算出衰减量。
功率计法的测量误差主要取决于系统失配误差和功
率计的测量误差。
(27)
微波测量与天线测量
(二)驻波法
匹配 信号源 待 测 元 件 测量线

微波特点及应用
微波的基本概念
电磁波谱中介于无线电波与红外线之间的波段。 属于无线电波中波长最短即频率最高的波段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 通常：波长1米～1毫米，频率300MHz ～300GHz。
(中国:1米-1毫米,美国:30厘米-0.3毫米) 分为：米波、厘米波和毫米波。 有时用一些特定字母来代表微波中的某一波段。
GPS 简介
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从历时20年，耗资 200亿美元于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能 力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天 候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地 应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、 工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻 的技术革命。
微波的特点与应用
（c）穿透电离层（电离层距地高约 84km）；
视距传播传输距离依赖于天线高度
– 长波：沿地球弯曲表面传播（地波） – 中波过渡到短波，地波衰减增大 – 短波：60-300公里电离层的折射（天波） – 超短波和微波：视距直线传播（空间波穿透电离层）
限制作用范围到所需区域，减少干扰 中继通信、卫星通信、天文观测、深空探测
主要应用领域
（a）雷达：军用、民用（防撞、测速、气象）
（b）电子战( EW )：侦察、欺骗、干扰、摧毁 （c）无线通信：卫星通信与导航、微波中继通信 （d）微波能： 和平利用……
§1.3 微波的应用
军事应用：
雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、测量、预警 通讯点对点（保密） 电子对抗干扰和抗干扰 微波武器微波炮、微波弹、微波武器平台(集雷达 侦察与火控制导、超强干扰和定向能攻击于一体的多 功能电子对抗平台)

第1章 概 述 图1－6 数字微波中继通信线路的组成
第1章 概 述
2.微波中继站的中继方式 微波中继站的中继方式可以分成直接中继(射频转接)、外 差中继(中频转接)、基带中继(再生中继)三种。不同中继方式 的微波系统构成是不一样的。中继方式可以是直接中继和中频 转接，枢纽站为再生中继方式且可以上下话路。 (1)直接中继。直接中继最简单，只是将收到的射频信号 直接移到其他射频上，无需经过微波—中频—微波的上下变频 过程，因而信号传输失真小。这种方式的设备量小，电源功耗 低，适用于无需上下话路的无人值守中继站，其基本设备如图 1－7所示。
(2)数字微波通信。用于传输数字基带信号的系统称为数字 微波通信系统。数字微波通信系统可再细分为准同步数字系列 (PDH)微波通信系统和同步数字系统(SDH)微波通信系统。
“微波、多路、接力”是微波通信最基本的特点。
第1章 概 述
“微波”是指工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫 米波三个频段，可容纳较其他频段多得多的话路。微波频率高， 波长短，易制成高增益微波天线。此外，微波通信的可靠性和 稳定性可以做得很高，因为基本不受天电干扰、工业干扰和太 阳黑子变化的影响。
第1章 概 述 图1－4 静止卫星与地球相对位置示意图
第1章 概 述 图1－5 全球通信网
第1章 概
述 1.2 微波与卫星通信的特点
1.微波通信的特点
根据所传基带信号的不同，微波通信分为如下两种制式：
(1)模拟微波通信。用于传输频分多路－调频制（FDM－FM） 基带信号的系统称为模拟微波通信系统。
第1章 概 述
微波的传播与光波的传播类似，具有似光性、频率高、极 化等传输特性，因此微波在自由空间中只能沿直线传播，其绕 射能力很弱，且在传播中遇到不均匀的介质时，将产生折射和 反射现象。正因为如此，在天线高度一定的情况下，为了克服 地球的凸起而实现远距离通信就必须采用中继接力的方式，如 图1－1所示。否则，A站发射出的微波射线将远离地面而根本 不能被C站接收。微波采用中继方式的另一个原因是，电磁波 在空间传播过程中因受到散射、反射、大气吸收等诸多因素的 影响，而使能量受到损耗，且频率越高、站距越长，微波能量 损耗就越大，因此微波传播一定距离后就要进行能量补充，这 样才能将信号传向远方。由此可见，一条上万米的微波通信线 路是由许多微波站连接而成的，信息是通过这些微波站逐站传 播的。

因为：
0 | | 1
所以 1 s
可见，驻波比s沿传输线是不变化的。
反之
s 1 s 1
(1-65)
行波比的定义：
K U (z) min I (z) min U (z) max I (z) max
行波比的计算： K 1 (z) 1 (0) 1 1
1 (z) 1 (0) 1 s
(1-66)
输入阻抗都等于Zc，只有入射波，无反射波，是行波状态；
• 当Zι≠Zc时，一段有限长的传输线可以起到阻抗变换作用，即是说，
对于某给定长的传输线，无论其终端接什么性质的负载，对于线的输 入端而言，相当于接了一个等效负载，且该负载等于该输入端处的输 入阻抗。
与特性阻抗比较：
导出特性阻抗概念的前提条件是无限长传输线，其意义在于入射波 沿传输线传播时没有反射，即是行波。特性阻抗与传输线的位置无关， 只与物理参数有关。
即
dz dt
vp
1 LC
(1-48)
dz dt
vp
1 LC
(1-49)
‘-’
表示反向行波，一般：v p
1 LC
,波长：
vp f
2
§1.3 均匀无耗传输线的特性参量
举例
已知双导线传输线的电容、电感在表1-1中：
D D2 d2
L / ln
d
代入：
vp
1 LC
C / ln D D2 d 2
电压波腹、波节及其位置；电流波腹、波节及其位置。
(1-61)
3 驻波比 4 输入阻抗
1 (z) 1 (0) 1
s
1 (z) 1 (0) 1
Zin (z)
Zc
Zl Zc

封闭金属波导使电磁波能量完全限制在金属管内沿轴向传 播，其导行波是横电(TE)波和横磁(TM)波。
开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围(波导内和波 导表面附近)沿轴向传播，其导行波是表面波。
第1章 引论
● 导模(guided mode) 导行波的模式，又称传输模、 正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是: ①在 导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的。这 一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；② 导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具 有唯一的传播常数；③导模之间相互正交，彼此独立，互不耦 合；④具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和模式 而异。
第1章 引论
第1章 引论
从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有不同于 其它波段的如下重要特点:
● 似光性和似声性 微波的波长很短，比地球上一般物 体(如飞机、舰船、汽车、坦克、火箭、导弹、建筑物等)的尺 寸相对要小得多，或在同一量级。这使微波的特点与几何光学 相似，即所谓似光性。因此，使用微波工作，能使电路元件尺 寸减小；使系统更加紧凑；可以设计制成体积小、波束很窄、 方向性很强、增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间 各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离， 分析目标的特征。
第1章 引论
第1章 引 论
1.1 微波及其特点 1.2 微波的应用 1.3 本书的内容框图 1.4 导行波及其一般传输特性 本章提要 习题
第1章 引论
1.1 微波及其特点 就现代微波理论和技术的研究和发展而论，微波 (microwave)是指频率从300 MHz至3 000 GHz范围内的电磁波， 其相应的波长从1 m至0.1 mm。这段电磁频谱包括分米波(频率 从300 MHz至3 000 MHz)、厘米波(频率从3 GHz至30 GHz)、 毫米波(频率从30 GHz至300 GHz)和亚毫米波(频率从300 GHz 至3 000 GHz)四个波段。 在雷达、通信及常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示 微波的分波段。表1.1- 1(a)、(b)分别示出常用微波分波段代 号和家用电器的频段。