微波(第三章一、二节)10-11(1)

r
菲涅耳椭球面 假定有一个微波中继段发信点为T，收信点为R，站间 距为d，平面上一个动点P到两个定点（T、R）的距离 若为一个常数，则此点的轨迹为一个椭圆。在空间此 动点的轨迹是一个旋转椭球面。 对于电波传播，这个常数当为d+λ /2时，得到的椭球 面称为第一菲涅耳椭球面；常数为d+2λ /2时，得到的 椭球面称为第二菲涅耳椭球面...... 常数为d+Nλ /2 时，得到的椭球面称为第N菲涅耳椭球面.
6
第3章
（3）电离层传播（天波传播）：由于 太阳和各种宇宙射线的辐射，引起空气 分子的电离，而形成了电离层。电离层 分三层。D层（距地面高度70--90Km）、 E层（100--120Km）、F1层（160-180Km）、F2层（200-900Km），中 波和短波都能借助电离层的反射传播到 较远的距离，最常用于短波通信。短波 频率为（ 3MHz--30MHz,有些地方定义 为1.5MHz--30MHz）。有静音区。
31
第3章
S0
P
这样，如果我们求 波源Q产生的场在 P点的场强，可用 Q产生的在封闭曲 面上的二次波源， 通过面积分叠加， 来求得P点场强。 但这样的计算很复 杂。但有一个近似 算法，可使问题简 化。 j Ep
第3章
r Q
ρ
γ
n
E (s ) A
Ep j e
e
jk
jkr

e jk( r ) A r cosds S0 32
14
第3章
电波经天线辐射后，其能量 向周围空间扩散，到达接收 天线的仅是发射功率的一小 部分。
Pt Pr Ae 2 4d
A Pt
d
d为收发天线间的距离。距离 越远，接收天线收到的能量 越小，这就是电波在自由空 间传播过程的衰减，即自由 空间的传播损耗Ls 。

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，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。 (5)计算机的运算次数进入十亿-千亿次，其频率 也是微波频率。超高速集成电路的互耦也是微波互
耦问题因此，微波的研究已进入集成电路和计算机
。
(6) 微波研究方法主要有两种：场论的研究方法
2.2.1 传输线参量—传输线参量计算的一般公式
单位电感
Wm L I0 4
2
Wm

4
* H H ds
s
L
I0
2
s H

H ds(H / m )(2.17)
*
单位长电容
We C V0 4
2
We

4
* E E ds

C

V0
2
* E E ds(F / m)(2.18)
V0
2 s
E E ds(S / m)(2.20)
1、分析前提：
同轴线内外导体为理想导体；
波传输方向为z方向；
填充介质的介电常数为复数。 2、同轴线的特点： 传输主模 TEM模 无纵向场分量，即
Ez=Hz=0
圆柱坐标系的旋度表达式
1 A A

jH (2.24a) jE (2.24b)
z
又考虑到Eρ的解的形式， h( z ) jg ( z ) (2.26a) z 因此有：
g ( z ) jh( z ) (2.26b) z
同轴线的电压和电流：
V ( z ) E ( , z )d h( z )
微波与光波段比较 光通过雨雾衰减很大，特别是 雾天兰光、紫光几乎看不见，这 正是采用红光作警戒的原因。而 微波波段穿透力强。

A1 ez cos(t z) A2 ez cos(t z)
结论
传输线上任意点上的电压和电流都由二部分组成，在任一点处电压或
电流均由沿-z方向传播的入射波和沿+z方向传播的反射波叠加而成。
不管是入射波还是反射波，它们都是行波。
行波在传播过程中其幅度按ez 衰减，称 为衰减常数。而相位随z 连续滞后z ，故称 为相位常数。
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•均匀传输线方程及其解
第二类是均匀填充介质的金属波导管，因电磁波在管内 传播，故称为波导，主要包括矩形波导、圆波导、脊形波 导和椭圆波导等。
第三类是介质传输线，因电磁波沿传输线表面传播， 故称为表面波波导，主要包括介质波导、镜像线和单 根表面波传输线等。
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•均匀传输线方程及其解
2. 均匀传输线方程
当高频电流通过传输线时，在传输线上有：
导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻； 在周围产生磁场，即导线存在分布电感； 由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明沿线各处有分布电导； 两导线间存在电压，其间有电场，导线间存在分布电容。
通解为
U z A1ez A2ez
I z A1ez A2ez Z0
Z0 (R jL) /(G jC)称为传输线的特性阻抗。 A1 , A2 为积分常数，由边界条件决定。
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•均匀传输线方程及其解
传输线的边界条件通常有以下三种
已知始端电压和始端电流Ui、Ii 已知终端电压和终端电流Ul、Il
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•均匀传输线方程及其解
5. 传输线的工作特性参数

(3.12-3.13)
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
横电磁波TEM(续前页） (3.16) E (T ) T (T ) H (T ) T (T ), T E T H 0
(3.3)
(3.4)
k k
2 2
2 c
k k
Z ( z ) Z1e j z Z 2e j z e j ( z t )
(3.5)
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
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（1）TEM或准TEM传输线；（2）金属波导；（3）表面波导
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§3.1 导波分类
导波：沿传输系统限定方向传输的电磁波能量的 传输受传输系统导体或介质边界的约束 导波模式：受导波传输系统边界的限制，能够在 系统中独立存在且传输的特殊电磁场分布结构 一般传输系统：单根或多根互相平行的空心或实 心柱状导体或介质组成。电磁波沿柱的纵向方向 传播（z轴），垂直z轴方向为横向 均匀传输系统：传输系统的横截面形状、尺寸、 材料性质不随z轴变化
§3.1.1导波特性(续前页) 是导波的纵向传播常数, (3.3)中 kc 是微分方程在