电磁场与微波技术+课件PPT(黄玉兰)

结果。
第6章 射频系统
二、 (1) (2) (3) 基本匹配电路有L型、 T型及П型等三种。
三、 实验设备
第6章 射频系统
第6章 射频系统
四、 1. 硬件测量(模组编号： RF2KM2-1A (MOD-2A, MOD-2B)) (1) 测量MOD-2A: Π型阻抗转换器的S11及S21测量, 了解Π
第6章 射频系统
③ MOD-2B的S11测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3端 子做S11测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
④ MOD-2B的S21测量： 设定频段BAND-3； 对模组P3及 P4端子做S21测量， 并将测量结果记录在实验数据表中。
五、 1. 硬件测量结果请见实验数据表。
第6章 射频系统
2. 单位长度传输线的特性如图6.1Байду номын сангаас3所示。
第6章 射频系统
图6.1.3 单位长度传输线的特性
实验2 匹配理论
第6章 射频系统
一、 (1) 了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。 (2) 利用实验模组实际测量来了解匹配电路的特性。 (3) 学会使用软件进行相关电路的设计和仿真， 并分析
第6章 射频系统
第6章 射频系统
实验1 实验2 实验3 实验4 实验5 实验6 实验7 实验8
传输线理论 匹配理论 功率衰减器 功分器 定向耦合器
振荡器设计
实验9 微带天线 实验10 射频前端发射器 实验11 射频前端接收机 实验12 下变频器(混频器) 实验13 微波实验软件简介 实验14 史密斯圆图软件与应 用
(4) MOD-1A S11 ≥-1 dB MOD-1B S11 ≥-1 dB MOD-1C S11 ≤-15 dB MOD-1C S21 ≥-0.5 dB (5) 测试模块电路方框图如图6.1.1所示。

第3章 时变电磁场
3.1
麦克斯韦方程组
3.2
边界条件
3.3
坡印廷定理
3.4
波动方程
3.5
时谐电磁场
随时间变化的电磁场称为时变电磁场。
时变电磁场既是空间的函数，也是时间的 函数，这时变化的电场和变化的磁场不再 独立存在，出现了由电场和磁场构成的统 一电磁场。麦克斯韦概括了前人成果，对 宏观电磁场的变化规律加以总结，提出了 著名的麦克斯韦方程组。以麦克斯韦方程 组为核心的经典电磁理论已成为研究宏观 电磁现象和现代工程电磁问题的基础。
S av
Re
1 2
E
H
（3.51）
上式为用复数表示的坡印廷矢量平均值。
例3.6 将例3.5中的电场 E 和磁场 H
改写为复数形式，并求坡印廷矢量平均值。
E
e
y E0
sin
d
z cos t
kxx
H
e
x
E0 0d
cos
d
z sin t kx xe z
E0 k x
0
sin
d
z cos t kx x
（3）两导体板表面上面电流密度的分布。
解 （1） E B
t
H
1
0
E dt
ex
E0 0 d
cos d
z sin t
kxxe z
E0 k x
0
sin d
z cos t
kxx
（3.36）
S E H
e z
E02 0 d
sin
d
z cos
d
z sin t
kx xcos t
kx x
E e x E0e z cos t z

1989的Andrews D A和King T A研究了微波激励的氨-氖激 光器，采用频率50-1000MHz，用条形线微波电路(横向场激发) 。前苏联自20世纪70年代开始，以超高频电场激发等离子体用于 激光器的研制，如Mikhalevskii和Muller的工作。德国在1991年 已研制成输出功率为8kW的微波激励CO2激光器，激光输出功率 对微波输入功率之比的效率达25％以上，它是脊波导等离子体发 生器，属横向场。国内也有许多单位开始了这方面的研究工作。
• 等离子体可以采用磁约束的方法，约束在设定的空间内，微波结 构和磁路可以兼容。
• 安全可靠。高压源和等离子体发生器相互隔离，这是直流等离子 体所不能实现的，微波泄露容易控制，易达到辐射安全标准。这 是高频感应等离子体难以达到的。
• 微波发生器是稳定的，容易控制，采用三端口环形器保护装置以 后，可以使反射功率顺利地进入负载，振荡管不受负载变化的影 响，输出功率仅决定于工作点的选择。
MPCVD制备金刚石薄膜的优越性
采用 CVD 法制备金刚石膜的工艺, 目前已经开发出很多种, 其中主要 有: 热丝法(HFCVD)、微波法(MPCVD)、直流等离子体炬法(DC Plasmajet CVD)和氧-乙炔燃烧火焰法(Oxy-acetylene CombustionFlame)。
微波法是用电磁波能量来激发反应气体。 由于是无极放电, 等离子体 纯净, 同时微波的放电区集中而不扩展, 能激活产生各种原子基团如原子氢 等, 产生的离子的最大动能低, 不会腐蚀已生成的金刚石。 它与热丝法相 比, 避免了热丝法中因热金属丝蒸发而对金刚石膜的污染以及热金属丝对 强腐蚀性气体如高浓度氧、 卤素气体等十分敏感的缺点, 使得在工艺中能 够使用的反应气体的种类比 HFCVD 中多许多;与直流等离子体炬相比, 微 波功率调节连续平缓, 使得沉积温度可连续稳定变化, 克服了直流电弧法中 因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击所造成的在DC plasma-jet CVD 中金刚石膜很容易从基片上脱落 ; 通过对MPCVD 沉积 反应室结构的结构调整, 可以在沉积腔中产生大面积而又稳定的等离子体 球, 有利于大面积、 均匀地沉积金刚石膜, 这一点又是火焰法所难以达到 的。因而微波等离子体法制备金刚石膜的优越性在所有制备法中显得十分 突出。

10.4.2用交叉读数法测量波导
波长
1
Dmin1 2 D1 D2
1
Dmin2 2 D3 D4 波导波长为
（10.28） （10.29）
p 2 Dmin1 Dmin2 （10.30）
图10.10 交叉读数法测量波长
10.4.3 测量驻波比
电压驻波比是传输线中电压最大 值与最小值之比，表示为
10.5.1实验原理与实验装置
图10.13 单端口网络的驻波分布
图10.14 用阻抗圆图求解归一化阻抗
在驻波最小点，归一化阻抗为
Rm in
1
（10.35）
图10.15 测量阻抗的装置
10.5.2 单端口网络阻抗测量
图10.16 沿线驻波分布
表10.8 阻抗的测量
10.5.3利用调配器进行阻抗匹 配
（6）微瓦功率计 （7）波长计 （8）测量线 （9）检流计、微安表和选频放大器 （10）匹配负载 （11）短路负载
10.3.3连接与调整微波测量系 统
系统连接应平稳，各元件接头应对 齐，如果系统连接不当，将影响测量精 度。
微波测量系统的调整主要指信号源 和测量线的调整。信号源的调整主要包 括振荡频率、功率电平、调制方式的调 整等，测量线的调整主要包括探针的穿 入深度和探针的调谐等。
表10.1 电磁波在导体表面反射的测量
10.1.3 电磁波向介质板斜入 射的全透射测量
全透射的条件为
arcsin 2 arctan 2
1 2
1 （10.14）
表10.2 电磁波全透射测量
10.2 电磁波参量的测量
电磁波参量主要包括电磁波的波长、 相位常数、速度、电磁波的传播方向等。 本节实验目的是测量电磁波参量。

x 0、y
2 ,


解：（1） Exm Eym , （2） Exm Eym ,

2
2
左旋圆极化波 右旋圆极化波 线极化波 左旋椭圆极化波
x 0、 y ,
2
E E , 、 y , 0 ym x （3） xm
2.入射面的定义 1)入射面：ki , kr , kt 共平面——入射方向、反射方
向、折射方向在同一平面，称为入射面
kix (ki kr ) kt krx ktx
kiy kry kty
kiz krz 0 ktz
以三矢量为邻边的平行六面体积V=0，即为平面
2)入射面 分界面 入射面法向 / / (ki kr )
【旋向的复域判断方法】
左旋圆极化波：
jE E y x
jE 右旋圆极化波： E x y
【讨论】1）圆极化→x线极化＋y线极化
（两个极化方向互相垂直、相位差90°的等幅 线极化波） 2）线极化→左旋圆极化＋右旋圆极化
3.椭圆极化波
【定义】电场矢端P点的轨迹为椭圆 【条件】若 E x和 E y 振幅、相位都不相同。则合成 波为椭圆极化波。 【旋向】 1）左旋椭圆极化：
五. 圆极化波的应用
1.特性 （1）反射波的反旋性；（2）圆极化天线旋向正交性。 2.应用： 在雨雾天气里, 雷达采用圆极化波工作将具有抑制雨雾干 扰的能力。因为, 水点近拟呈球形, 对圆极化波的反射是反旋 的, 不会为雷达天线所接收; 而雷达目标(如飞机#, 船舰#, 坦克等)一般是非简单对称体, 其反射波是椭圆极化波, 必有 同旋向的圆极化成分, 因而仍能收到。 同样, 若电视台播发的电视信号是由圆极化波载送的(由 国际通信卫星转发电视信号正是这样), 则它在建筑物墙壁上 的反射波是反旋向的, 这些反射波便不会由接收原旋向波的电 视天线所接收, 从而可避免因城市建筑物的多次散射所引起的 电视图像的重影效应 。

• 例4.6 已知同轴线的特性阻抗Z0=50Ω，相邻两电压波谷点之间的距离为5 cm， 终端电压反射系数Γ2=0.2ej50°，求：
• （1）电压波腹及电压波谷处的阻抗； • （2）终端负载阻抗； • （3）靠近终端第一个电压最大点和电压最小点的位置。
图4.22 例4.5用图
图4.23 例4.6用图
d
d
• （4.26）
•
平行双导线的特性阻抗值一般为250～700Ω，常用的是250Ω、400Ω和600Ω
。同理得同轴线的特性阻抗公式为
•
同轴线的特性阻抗值一般为40～100Ω，常用的有50Ω和75Ω。
Z0
60 ln b 138 lg b
r a
r a
•
4.2.2 传播常数
•
对于无耗线，
•
，
U max
• （4.48）
• • （4.49）
1 2
1 2
K 1 2 1 2
• • （4.51）
• （4.52）
• 4.2.5 传输功率
•
P z U z 2 1 z 2 • （4.53） 2Z0 P z P z
•
P
z
1 2
U
max
I
m in
1 2
U2 max Z0
U z I z
Z
0
• （4.58）
图4.7 行波电压、电流和阻抗的分布图
• • • • • • •
行波有三个特点。 （1）沿线各点电压和电流的振幅不 变。 （2）电压和电流的相位随的增加连 续滞后。 （3）沿线各点的输入阻抗均等于特 性阻抗。
• 4.3.2 驻波工作状态
•
1. 终端短路

选择性
微波对不同物质的加热效果不同，这使得冶金过程中可以 实现选择性加热和选择性反应，提高了产品的纯度和选择 性。
局限性
尽管微波冶金具有许多优点，但由于其技术复杂性和高成 本，目前仅在特定领域得到广泛应用。此外，关于其作用 机制和原理仍需进一步研究。
对未来研究的建议与展望
深入研究微波与物质的相互作用
微波在钢铁表面处理中的应用
03
利用微波加热实现钢铁表面的快速热处理和涂层制备，提高钢
铁产品的耐腐蚀性和耐磨性。
04
微波冶金的优势与挑战
微波冶金的优势
高效节能
微波加热具有高效性， 能够显著缩短冶金过程 所需时间，降低能源消
耗。
环保
与传统冶金方法相比， 微波冶金产生的废弃物 较少，对环境的影响较
小。
操作难度大
微波加热的特性和参数控制较 为复杂，对操作人员的技能要
求较高。
安全风险
微波加热过程中存在一定的安 全风险，需要采取有效的防护
措施。
未来发展方向与趋势
降低设备成本
未来研究将致力于降低微波冶 金设备的成本，使其更适用于
工业生产。
优化工艺参数
进一步研究微波冶金工艺参数 ，提高产品质量和降低能耗。
为了进一步提高冶金效率和产品质量，可 以尝试将微波冶金与其他技术（如化学冶 金、物理冶金等）进行结合。
THANKS
感谢观看
微波在冶金中的重要性
提高冶金效率
微波加热具有快速、均匀的优点 ，可以提高冶金过程的反应速度 和效率，降低能耗和缩短生产周
期。
改善冶金产品质量
微波加热可以促进冶金过程中的 化学反应和相变过程，从而改善
产品的纯度、组织和性能。

E 0, E 0, H 0, H 0 x y x y 因此，电场强度E和磁场强度H只是直角坐标z和时间
t的函数。
2020/2/18
通信07
3
均匀平面电磁波的传播
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通信07
4
由于空间无外加场源，所以▽·E=0。
E(z,t) 0
Ex (z,t) Ey (z,t) Ez (z,t) 0
2
k
k 2
2020/2/18
通信07
13
时间相位ωt变化2π所经历的时间称为周期，以T
表示。而一秒内相位变化2π的次数称为频率，以f表示。
由ωT=2π得
f 1 T 2
复坡印廷矢量为
p f
S

1 2
E

H*

1 2
xˆE0e jkz

yˆ
E0*

e jkz

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通信07
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5.1 无界理想介质中的平面电磁波
无界理想介质是指其电磁参数满足如下条件：
σ=0, ε、μ为实常数。在无源区域，即ρ=0， J=0。
5.1.1 齐次波动方程的均匀平面波解
2E

1 v2
2E t 2
0,
2H

1 v2
2H t 2
0
式中 1/
Ey Eym cos(t kx)
Ez Ezm cos(t kx )
最一般的情况是上式中的相位差φ为任意值且
两个分量的振幅不相等(Ey≠Ez)。 此时消去该式中 的cos (ωt-kx), 有
Ez (t) cos(t kx) cos sin(t kx)sin