微波技术基础(绪论一二章).doc

微波技术基础

徐锐敏唐璞薛正辉雷振亚等编
绪论
0.1微波的波长（或频率）范围
微波一般是指波长从1m到0.1mm的电磁波，相应的频率范围是0.3~3000GHz。也有文献将微波波长范围从1m划到1mm，相应的频率范围是0.3~300GHz。微波在整个电磁波频谱中所处的位置见图0.1。

图0.1电磁频谱分布图
在实际应用中，为了方便，在微波波段内部又进行了细分，见表0.1。
习惯上还把微波中常用波段分别以拉丁字母作代号，见表0.2。表0.3和表0.4分别给出了家用电器频段和民用移动通信频段。可见其工作频段基本上都落入微波频率范围。

表0.1微波波段的细分
名称波长范围频率范围分米波1m10cm300MHz3GHz厘米波10cm1cm3GHz30GHz毫米波1cm1mm30GHz300GHz亚毫米波1mm0.1mm300GHz3000GHz
表0.2微波常用波段代号
波段名称波长范围（cm）频率范围（GHz）P130300.231L301512S157.524C7.53.7548X3.752.4812Ku2.41.671218K1.671.131826.5Ka1.130.7526.540U0.750.54060E0.50.336090W0.40.27275110F0.330.21590140G0.2150.136140220R0.1360.09220325
表0.3家用电器频段
名称频率范围调幅无线电535—1605kHz短波无线电3—30MHz调频无线电88—108MHz商用电视1-3频道48.5—72.5MHz4-5频道76—92MHz6-12频道167—223MHz13-24频道470—566MHz25-68频道606—958MHz微波炉2.45GHz蓝牙2.40—2.48GHz
表0.4移动通信频段
名称频率范围2G频率分配表GSM900890—960MHzGSM18001710—1880MHzPHS(小灵通)1900—1915MHz3G频率分配表主要工作频段：FDD方式1920—1980MHz/2110—2170MHzTDD方式1880—1920MHz/2010—2025MHz补充工作频段：FDD方式1755—1785MHz/1850—1880MHzTDD方式2300—2400MHz，与无线电定位业务共作，均为主要业务卫星移动通信系统工作频段1980—2010MHz/2170—2200MHz0.2微波的主要特性
微波和普通的无线电波、可见的和不可见的光波、X射线、Υ射线一样，本质上都是随时间和空间变化的、呈波动状态的电磁场或电磁波。尽管它们的表现各不相同，例如可见光可以被人眼所感觉而其他波段则不能；X射线、Υ射线具有穿透导体的能力而其他波段则不具有这种能力；无线电波可以穿透浓又厚的云雾而光波则不能等等，但它们都是电磁波。之所以出现这么多不同的表现，归根结底是因为它们的频率不同即波长不同。
从电子学和物理学的观点看，微波电磁谱具有不同于其它波段的如下重要特点：
(1)似光性和似声性
与较低频率波段相比，微波的频率高且波长很短，比一般物体（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，即似光性。因此，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。
由于微波的波长与物体的尺寸具有相同的量级，使得微波的特点又与声波相近，即似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学喇叭、萧和笛；微波谐振腔类似于声学共鸣箱等。
(2)穿透性
微波照射于一般物体（介质体）时，能深入物质内部：微波能穿透电离层，成为人类探测外层空间的“宇宙窗口”；微波能穿透云、雨、植被、积雪和地表层，具有全天候和全天时的工作能力，成为遥感技术的重要波段；微波能穿透生物体，成为医学透热疗法的重要手段；毫米波还能穿透等离子体，是远程导弹和航天器重返大气层时实现通信和导弹末制导的重要手段。这些特性是红外与毫米波频段的电磁波所不具有的。
(3)非电离性
微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的键。而由物理学知道，分子、原子和原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用这一特性和原理，可研制许多适用于微波波段的器件。
(4)信息性
由于微波的频率很高，所以在不太大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大。所以现代多路通信系统，包括