微波工程 第一章 绪论(2008).ppt

第一章引论
1.1微波及其特点

微波(microwave)：是指频率从300MHz至3000GHz范围内的电磁波,其相应的波长从1m至0.1mm。
这段电磁频谱包括分米波(频率从300MHz（0.3GHz）至3000MHz（3GHz）（0.3～3GHz、波长1m～10cm））、厘米波(频率从3GHz至30GHZ、波长10cm～1cm)、毫米波(频率从30GHz至300GHz、波长1cm（10mm）～1mm）和亚毫米波(频率从300GHz至3000GHz、波长0.1mm～1mm)四个波段。
在雷达、通信及常规微披技术中,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。(见书P1）
远红外波段的一部分与亚毫米波波段相重叠,如有的书中定义远红外波段为：0.75mm~15μm。

波长范围
在微波和雷达工程中,通常还采用不同的字母来表示微波中的不同分波段，它们如表1.2所示。在微波波段,由于它的频率极高,所以通常采用比低频时常用的HZ(赫兹)和KHZ(千赫)更大的频率单位,它们是MHZ(兆赫)、GHZ(吉赫或千兆赫)和THZ(太赫),它们与赫兹的换算关系为：向愈来愈高的工作频率推进是近代电子技术的一个重要发展方向,从中波、短波,到微波,直至激光。当前,微波技术又正向毫米波、亚毫米波段的开发推进。因为微波除了具有一般无线电波的共性以外,它还具有许多与低频无线电所不同的特性。下面我们将讨论微波的一些主要特点。(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:)
⒈信息性：微波的频率很高，可用的频带很宽,微波的频带比所有低频无线电波频带的总和还要宽10000倍,这么宽的频谱空间的开发将大大克服频谱空间拥挤的困难，也意味着微波的信息容量大。所以现代多路通信系统,包括卫星通信系统,几乎无例外地都是工作在微波波段。另外，微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频率信息。这在目标探测、遥感、目标特征分析等应用中是十分重要的。这意味着微波的信息容量大。所以现代多路通信系统,包括卫星通信系统,几乎无例外地都是工作在微波波段。另外，微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频率信息。这在目标探测、遥感、目标特征分析等应用中是十分重要的。
另一方面,在电路特点上,这时必须考虑在低频时不起主要作用的电路中的趋肤效应、辐射效应和分布参数效应等高频效应，因此,在低频下通常所采用的集中参数元件、普通双导线传输线和LC谐振回路等都将不能适用于微波。在微波下,将采用波导传输线、谐振腔和由它们所构成的分布参数电路元件,因此,微波分布参数电路不论在结构形式和工作原理上都将大大区别于低频集中参数电路。
⒉似光性和似声性：
似光性：微波的波长很短,比地球上一般物体(对于尺寸大的物体,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,它显示出粒子的特点——即似光性或直线性。(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。（它特别适合于无线电定位,即雷达技术的需要。因为雷达为了正确测定目标位置就必须发射窄波束,而天线的波束宽度是正比于工作波长和天线口径之比。
似声性：由于其波长很短,可以和一般的微波元、器件及电路的几何尺寸(如实验室中的无线电设备)相比拟,甚至比其更短,这时电磁波的波动性就表现了出来,使得微波的特点又与声波相近,即所谓似声性。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。（3）穿透性
微波照射于物体(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”；
微波能穿透云雾、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末制导的重要手段。
（4）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。（6）微波测量不同于低频无线电测量。低频无线电测量的基本量是电压（v）、电流(I)和频率(f)以及电路元件参数电阻(R)、电容（C）和电感（L）；微波测量的基本量是功率(P)、阻抗(Z