微波技术课件
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微波技术课件_6.2
e 为了配合气象雷达 98DSA 的国产化工作，恒达公司经过一年多时间的努力，终于在 2002 年 8 月完成了第一
台接收机保护器有源开关的样机。各项性能技术指标达到美国进口产品的水平，完全可以替代进口，为我国气
v 象雷达事业作出了我们的贡献。 a 2 ) 主要技术要求：
2.1 工作频率:2700 ~ 3000MHz。
1
o 只有一根波导中有二极管，所以，只有 4 的输入功率加在一个波导 PIN 座上，每个座里用了 2 个 PIN 管，平均 r 1
ic 每个 PIN 二极管只承受 8的输入功率。
Dm 图4 H 3-5 收机保护器有源开关的工作原理：（参看图 6）。
图5
图6 3-5-1 反射波十字定向耦合器、同轴波导转换器和波导负载用于对保护器的反射特性进行 实时检测。 3-5-2 H 面电桥将输入信号一分为二后，分别馈入变态双魔 T 的两个 H 口（H1、H2）。 T 将进入 H 口的信号同相分配到 PIN 波导开关的两个输入端。PIN 波导开关是由两个非标波导口输入，其中 一路是具有一定长度的短路波导段；另一路是含有 PIN 开关的短路波导段。当雷达发射脉冲出现时，同步的高 电平（+10V）脉冲施加到 PIN 二极管上时，PIN 二极管呈现低阻抗，进入其中的发射信号被二极管反射，与另 一路进入不含有 PIN 开关的短路波导段的反射为同相，于是这两个等幅同相的反射信号又返回到变态双魔 T 的 H1（H2）口 。 3-5-3 从变态双魔 T 的 H1、H2 返回到 H 面电桥的两个输出端的发射脉冲信号在 H 面电桥的弯波导输出端
增益差≤0.3dB
增益差≤0.065dB
符号 H V L R
说明 水平极化 垂直极化 左旋圆极化 右旋圆极化
台接收机保护器有源开关的样机。各项性能技术指标达到美国进口产品的水平，完全可以替代进口，为我国气
v 象雷达事业作出了我们的贡献。 a 2 ) 主要技术要求：
2.1 工作频率:2700 ~ 3000MHz。
1
o 只有一根波导中有二极管，所以，只有 4 的输入功率加在一个波导 PIN 座上，每个座里用了 2 个 PIN 管，平均 r 1
ic 每个 PIN 二极管只承受 8的输入功率。
Dm 图4 H 3-5 收机保护器有源开关的工作原理：（参看图 6）。
图5
图6 3-5-1 反射波十字定向耦合器、同轴波导转换器和波导负载用于对保护器的反射特性进行 实时检测。 3-5-2 H 面电桥将输入信号一分为二后，分别馈入变态双魔 T 的两个 H 口（H1、H2）。 T 将进入 H 口的信号同相分配到 PIN 波导开关的两个输入端。PIN 波导开关是由两个非标波导口输入，其中 一路是具有一定长度的短路波导段；另一路是含有 PIN 开关的短路波导段。当雷达发射脉冲出现时，同步的高 电平（+10V）脉冲施加到 PIN 二极管上时，PIN 二极管呈现低阻抗，进入其中的发射信号被二极管反射，与另 一路进入不含有 PIN 开关的短路波导段的反射为同相，于是这两个等幅同相的反射信号又返回到变态双魔 T 的 H1（H2）口 。 3-5-3 从变态双魔 T 的 H1、H2 返回到 H 面电桥的两个输出端的发射脉冲信号在 H 面电桥的弯波导输出端
增益差≤0.3dB
增益差≤0.065dB
符号 H V L R
说明 水平极化 垂直极化 左旋圆极化 右旋圆极化
微波技术课件PPT
横向分量与纵向分量之间的关系
• 将场量写出纵向和横向分量 E au Eu av Ev a z E z at Et a z E z
H au H u av H v az H z at H t az H z
E jw H H jw E (1) ( 2)
E (u, v, z ) E (u, v) Z ( z ) H (u, v, z ) H (u, v) Z ' ( z )
将Laplace算子分离为横向和纵向两部分
2 2 2 t z
已知广义正交坐标系下，
1 h1h2 h3
2
h2 h3 h1h3 h1h2 h u v h v z h z u 1 2 3
第三章
波导
规则波导
通常专指 —— 波导管 广义地指 —— 能够引导电磁波传播的装置 比如双导线、同轴线、微带线、介质传输线等均可称为波导。 也可以统称为传输线。其作用都是导引电磁波沿一定方向传播 被导引的电磁波称为导行波，这些传输线称导波系统，简称导波
规则波导
指沿轴向方向，横截面的形状、尺寸，以及填充介质的分布状态 和电参数均不变化的无限长的直波导。
E Et az Ez H H t az H z 此时可将场量分解为横向分量和纵向分量，
纵向和横向变量分离
E(u, v, z) E(u, v)Z ( z)
其中， • E(u,v)仅是横向坐标(u,v)的函数，它表示电场在波导横截面内 的分布状态，称为分布函数， • Z(z)仅是坐标z的函数，它表示电场沿z轴的分布规律，称为传播 因子。
微波技术基础ppt课件
延长OA在单位圆上读出
L 26
（2）过A点作等S圆与V m a x线交于B，与 V m线in 交于C，由 B点的 值R 可得 S2.6
由A、C两点所对应的电长度的值可得
mi n0.50.214 0.286
去归一化得
minming1.7 1(6cm )
（3） 的归一化值为 g7.4 460 1.24
计算串或并联时需去归一化
首先对负载阻抗及线长进行归一化
Z 1 Z 1Z c 1 2 .2 j 4 ,Z 2 Z 2Z c 2 0 .6 j 0 .8
l1 l1 g 0.38 l3 l3 g 0.15 l2 l2 g 0.288
a). 求 S1, S2
在阻抗圆图上分别找出 Z 和1 Z所2对应的点 和A 1 ，A 2
数 和S驻波相位 ；（mi3n ）
入阻抗 Z。
处的7输4.4cm
公式计算——直接求解法
画出等效电路图（参考面） 列出公式 写出相应步骤即可
圆图——图表法
（1）负载阻抗的归一化值为 Z L Z LZ 0 ( 1 0 0 j5 0 )5 0 2 j1
在实用阻抗圆图上找出的圆的交点A，如图 L OAOa0.44
YY1'Y2'0.9j2.62
将阻抗圆图视为导纳圆图 ，找出对应的点B，再将 Y
倒换为 Z得 B，'即 Z0.12j0.34
最后，在阻抗圆图（实际又将导纳圆图视为阻抗圆图）
上找出Z 对应的点 B，' 以 为O半B'径作等Γ圆与Vmax线
相交。从交点的 R值读出 S为3
S3 10
C). 求 S和 lmin
lm in0.50.2180.282
L 26
（2）过A点作等S圆与V m a x线交于B，与 V m线in 交于C，由 B点的 值R 可得 S2.6
由A、C两点所对应的电长度的值可得
mi n0.50.214 0.286
去归一化得
minming1.7 1(6cm )
（3） 的归一化值为 g7.4 460 1.24
计算串或并联时需去归一化
首先对负载阻抗及线长进行归一化
Z 1 Z 1Z c 1 2 .2 j 4 ,Z 2 Z 2Z c 2 0 .6 j 0 .8
l1 l1 g 0.38 l3 l3 g 0.15 l2 l2 g 0.288
a). 求 S1, S2
在阻抗圆图上分别找出 Z 和1 Z所2对应的点 和A 1 ，A 2
数 和S驻波相位 ；（mi3n ）
入阻抗 Z。
处的7输4.4cm
公式计算——直接求解法
画出等效电路图（参考面） 列出公式 写出相应步骤即可
圆图——图表法
（1）负载阻抗的归一化值为 Z L Z LZ 0 ( 1 0 0 j5 0 )5 0 2 j1
在实用阻抗圆图上找出的圆的交点A，如图 L OAOa0.44
YY1'Y2'0.9j2.62
将阻抗圆图视为导纳圆图 ，找出对应的点B，再将 Y
倒换为 Z得 B，'即 Z0.12j0.34
最后，在阻抗圆图（实际又将导纳圆图视为阻抗圆图）
上找出Z 对应的点 B，' 以 为O半B'径作等Γ圆与Vmax线
相交。从交点的 R值读出 S为3
S3 10
C). 求 S和 lmin
lm in0.50.2180.282
《工学微波技术》课件
仿真与优化
利用仿真工具对设计进行验证和优化，确保设计 的可行性和有效性。
工学微波技术的实现过程
硬件实现
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ根据设计要求，选择合适的硬 件设备，搭建工学微波技术的
硬件平台。
软件实现
编写和调试软件程序，实现各 项功能，保证系统的稳定性和 可靠性。
系统集成与测试
将硬件和软件集成在一起，进 行系统测试，确保整个系统能 够正常工作。
工学微波技术的发展趋势
01
智能化
随着人工智能技术的发展，工学 微波技术将逐渐实现智能化，提 高自动化和自适应性。
微型化
02
03
集成化
随着微电子技术的进步，工学微 波设备将逐渐微型化，便于携带 和应用。
工学微波技术将与其他技术进行 集成，形成多学科交叉的综合应 用。
工学微波技术的未来展望
拓展应用领域
工学微波技术的概念
微波是指频率在300MHz300GHz的电磁波，具有穿透 性、反射性、吸收性等特点。
工学微波技术是指利用微波的 特性，将其应用于工程领域中 的一种技术。
工学微波技术涉及的领域包括 通信、雷达、加热、检测等。
工学微波技术的原理
微波在传输过程中，遇到不同 介质会因为反射、折射、散射 和吸收等作用而发生能量衰减
05
工学微波技术的挑战与展望
工学微波技术面临的挑战
技术更新迅速
随着科技的不断进步，工学微波 技术需要不断更新和升级，以满 足新的应用需求。
设备成本高昂
工学微波技术需要高精度的设备 和材料，导致其成本较高，限制 了大规模应用。
安全性问题
工学微波技术在应用过程中可能 存在一定的安全风险，需要加强 安全管理和防范措施。
微波技术2PPT课件
地质勘查、安全监控等领域。
随着技术的不断发展，微波雷达 的应用领域还将不断拓展，为人 类的生产和生活带来更多的便利
和安全保障。
05 微波通信
微波通信的基本原理
微波通信是利用微波作为载波来传递信息的通信方式。微波是指频率在 300MHz-300GHz的电磁波，具有波长短、频率高的特点。
微波通信的基本原理是将低频信号调制到微波载波上，通过天线将微波 信号发射出去，在接收端通过解调将低频信号还原出来。
微波雷达的探测信息丰富，能够提供目标物体的位置、速度、方向等多方面的信息，为后续 的数据处理和目标识别提供了基础。
微波雷达的应用领域
微波雷达在军事领域中广泛应用 于导弹制导、目标跟踪、战场侦 察等方面，是现代战争中的重要
技术手段之一。
在民用领域中，微波雷达也具有 广泛的应用前景，如交通流量监 测、气象观测、航空航天探测、
微波通信的调制方式有多种，如调频、调相和调幅等，其中调频是最常 用的一种。
微波通信的特点与优势
传输容量大
传输质量稳定
微波通信具有较高的频谱利用率，可以同 时传输多路信号，适用于大容量、高速率 的信息传输。
微波信号传输不受天气、环境等因素的影 响，传输质量比较稳定。
建设成本低
灵活性高
微波通信可以利用现有的通信设施进行建 设，不需要进行大规模的线路铺设和施工 ，建设成本相对较低。
质量和效率。
06 微波技术的挑战与未来发 展
当前微波技术面临的挑战
技术更新换代
随着科技的不断进步，微波技术需要不断更 新换代以满足新的应用需求。
电磁波的安全性
微波技术的广泛应用涉及到电磁波的安全性 问题，需要加强研究和监管。
高频段电磁波的传输
随着技术的不断发展，微波雷达 的应用领域还将不断拓展，为人 类的生产和生活带来更多的便利
和安全保障。
05 微波通信
微波通信的基本原理
微波通信是利用微波作为载波来传递信息的通信方式。微波是指频率在 300MHz-300GHz的电磁波，具有波长短、频率高的特点。
微波通信的基本原理是将低频信号调制到微波载波上，通过天线将微波 信号发射出去，在接收端通过解调将低频信号还原出来。
微波雷达的探测信息丰富，能够提供目标物体的位置、速度、方向等多方面的信息，为后续 的数据处理和目标识别提供了基础。
微波雷达的应用领域
微波雷达在军事领域中广泛应用 于导弹制导、目标跟踪、战场侦 察等方面，是现代战争中的重要
技术手段之一。
在民用领域中，微波雷达也具有 广泛的应用前景，如交通流量监 测、气象观测、航空航天探测、
微波通信的调制方式有多种，如调频、调相和调幅等，其中调频是最常 用的一种。
微波通信的特点与优势
传输容量大
传输质量稳定
微波通信具有较高的频谱利用率，可以同 时传输多路信号，适用于大容量、高速率 的信息传输。
微波信号传输不受天气、环境等因素的影 响，传输质量比较稳定。
建设成本低
灵活性高
微波通信可以利用现有的通信设施进行建 设，不需要进行大规模的线路铺设和施工 ，建设成本相对较低。
质量和效率。
06 微波技术的挑战与未来发 展
当前微波技术面临的挑战
技术更新换代
随着科技的不断进步，微波技术需要不断更 新换代以满足新的应用需求。
电磁波的安全性
微波技术的广泛应用涉及到电磁波的安全性 问题，需要加强研究和监管。
高频段电磁波的传输
微波技术课件
微波技术在乳制品中的应用
牛奶等乳制品的生产过程中,消毒杀菌是最重 要的处理工艺,传统方法是采用高温短时巴氏杀菌。 其缺点是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统,而且 耗费能源、占用煤场、劳动强度大,还会污染环境 等问题。若用微波对牛奶进行杀菌消毒处理,鲜奶 在80℃左右处理数秒钟后,杂菌和大肠杆菌完全达 到卫生标准要求,不仅营养成分保持不变,而且经 微波作用的脂பைடு நூலகம்球直径变小,且有均质作用,增加 了奶香味,提高了产品的稳定性,有利于营养成分 的吸收。
10-9
10-6
10-3
m
微波技术的原理
微波原理：依靠以每秒几亿次速度进行周期变化的 微波透入物料内, 与物料的极性分子相互作用, 物料中 的极性分子吸收了微波能以后, 其极性取向随着外电磁 场的变化而变化, 致使分子急剧碰撞而产生了大量的摩 擦热, 使物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温。
微波特点： 1、加热时间短、速度快
参考文献
[1] 辛志宏, 马海乐, 樊明涛.微波技术在食品杀菌与保鲜中的 应用[ J] .粮油加工与食品机械, 2000,4: 30 - 32.
[2] 郭建中, 郝玉书.微波促进食品工业发展[ J] .食品工业科技, 1999, 5: 59 - 61.
[3] STEVE ENNEN.Microwaves step up totheplate[J] .Food Processing, 2002, 63( 8) : 50 - 54.
微波技术
目录
1、微波技术简述 2、微波技术的原理 3、微波技术在食品中应用 4、专业联想---微波技术在乳制品中的应用 5、总结 6、参考文献
微波技术简述
微波是指波长在10-3～ 1M,频率在300～30000MHz 之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称 ,以 每秒24.5亿次的惊人速度进行周期变化。
微波技术微波技术第四章2课件
I1
I2
即
[V ] [Z][I ]
Z01 V1
[Z]
V2
Z02
式中,
[V
]
V1 V2
、
[
I
]
I1 I 2
T1
T2
分 别 为 电 压、电 流 单 列 矩 阵；
[Z
]
Z11 Z 21
Z12 Z 22
为阻抗矩阵,
其元素Z11、Z12
、Z21、Z22称为Z
参量,
表征网络的特性，仅由网络所确定，而与所加的电压和电流无关。
二、导纳参量
1. 归一化导纳参量
I1 I2
YY1211
Y12 Y22
VV12
I1
I2
V1
Y
V2
T1
T2
简记为
[I ] [Y ][V ]
(4 55)
式中
[Y ] YY1211
Y12 Y22
称为双口网络的归一化导纳矩阵。
归一化与非归一化导纳参量之间的关系为
(4 58)
Yi j Yi j Y0iY0 j Yi j Z0iZ0 j (i , j 1, 2) 式中，Y0i、 Y0j分别为i、j 口的特性导纳。
[Y ] 与[Z ] 互为逆矩阵： [Y ]1 [Z ] , 或 [Z ]1 [Y ]
(4 60) (4 48)
2. [Y ] 与 [S]的换算关系 (适用于n 端口网络)
[Y ] [I] [S] [I] [S ] 1
[Y ] [Z ]1 [I][S][I][S ] 1 1 [I][S][I][S ] 1
在网络分析中，为使理论分析具有普遍性，常在归一化情况下
讨论各参量。
各端口上的等效电压、等效电流与归一化的等效电压、等效
I2
即
[V ] [Z][I ]
Z01 V1
[Z]
V2
Z02
式中,
[V
]
V1 V2
、
[
I
]
I1 I 2
T1
T2
分 别 为 电 压、电 流 单 列 矩 阵；
[Z
]
Z11 Z 21
Z12 Z 22
为阻抗矩阵,
其元素Z11、Z12
、Z21、Z22称为Z
参量,
表征网络的特性，仅由网络所确定，而与所加的电压和电流无关。
二、导纳参量
1. 归一化导纳参量
I1 I2
YY1211
Y12 Y22
VV12
I1
I2
V1
Y
V2
T1
T2
简记为
[I ] [Y ][V ]
(4 55)
式中
[Y ] YY1211
Y12 Y22
称为双口网络的归一化导纳矩阵。
归一化与非归一化导纳参量之间的关系为
(4 58)
Yi j Yi j Y0iY0 j Yi j Z0iZ0 j (i , j 1, 2) 式中，Y0i、 Y0j分别为i、j 口的特性导纳。
[Y ] 与[Z ] 互为逆矩阵： [Y ]1 [Z ] , 或 [Z ]1 [Y ]
(4 60) (4 48)
2. [Y ] 与 [S]的换算关系 (适用于n 端口网络)
[Y ] [I] [S] [I] [S ] 1
[Y ] [Z ]1 [I][S][I][S ] 1 1 [I][S][I][S ] 1
在网络分析中，为使理论分析具有普遍性，常在归一化情况下
讨论各参量。
各端口上的等效电压、等效电流与归一化的等效电压、等效
微波技术基础 ppt课件
由此两式消去 H t ：
k2 z2 2 E vt z tE zja vz tH z ⑤
同理，由①、③可得：
k2 z2 2 H vt z tH zja vz tE z ⑥
k2 2 →无界媒质中电磁波的传播常数
★重要结论：规则导行系统中，导波场的横向分量可 由纵向分量完全确定。
再由③出发：
结构—两根平行导线； 缺点—随着信号频率升高，导线电阻损耗增大，不能有效引
导微波。
➢ 微波频段导波系统
米波频段结构—改进型双导线即平行双导体线； 分米波～厘米波频段结构—封闭式双导体导波系统即同轴线； 厘米波～毫米波频段结构—柱面金属波导；
毫米波～亚毫米波频段结构—柱面金属波导、介质波导。
导波系统的主要功能 1）、无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能
× H vjE v
× E vj H v
v H0
v E0
采用广义柱坐标系（u，υ，z），设导波沿z向（轴向）传播， 微分算符▽和电场Ε、磁场Η可以表示成：
E v ( u , v t, z ) a v z E /v t ( z u , v , z ) a r z E z ( u , v , z )
H v ( u , v , z ) H v t ( u , v , z ) a v z H z ( u , v , z )
展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等
两边乘以
jωμ
v
t× H t j
a v zE v z ①
ta v zH za v z H zt j
v E t②
两边作
★重要结论：规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥 姆霍兹方程 。
色散关系式
纵向场分量可以表示成横向坐标r和纵向坐标z的函数，即
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Maxwell方程组的.电与磁的相互转化 这两个方程左边物理量为磁(或电) 这两个方程左边物理量为磁(或电)，而右边物理 量则为电(或磁) 量则为电(或磁)。
D × H = t + J × E = B t
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
Maxwell方程组 方程组
Maxwell ，19世纪伟大的物理学家，用四个偏微分方 世纪伟大的物理学家， 世纪伟大的物理学家 程概括一切电磁现象， 程概括一切电磁现象，并由此计算出电磁波传递的速度等 同于光速，断言光是一种电磁波。从理论上讲， 同于光速，断言光是一种电磁波。从理论上讲，一切电磁 包括光波) 方程组。 波(包括光波 都满足 包括光波 都满足Maxwell方程组。深入研究和考察它， 方程组 深入研究和考察它， 将有助于了解电磁波的深入含义。 将有助于了解电磁波的深入含义。
四、微波问题的分析方法
在低频电路中， 在低频电路中，工作波长已远远超出实际电路的几何尺 例如：对应于50Hz 的电磁波其波长值为6000KM）。电 6000KM）。 寸（例如：对应于50Hz 的电磁波其波长值为6000KM）。电 路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来； 路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来； 因此系统可以用集中参数表征，可用基尔霍夫定律分析。 因此系统可以用集中参数表征，可用基尔霍夫定律分析。 在微波系统中，由于微波器件的尺寸十分接近于工作波长， 在微波系统中，由于微波器件的尺寸十分接近于工作波长， 电压、电流等概念将有别于低频电路。 电压、电流等概念将有别于低频电路。把“路”的观点转化成 的观念、 集总参数”转化成“分布参数” “场”的观念、把“集总参数”转化成“分布参数” 、把“基 尔霍夫定律”转化成“麦克斯韦( 尔霍夫定律”转化成“麦克斯韦(Maxwell)方程” ，才能认识 )方程” 和讨论有关问题。 和讨论有关问题。 所以，微波技术作为一门独立的学科， 所以，微波技术作为一门独立的学科，不仅是出于频率增高这 一表面现象，而应当充分地理解到这种由“量变” 质变” 一表面现象，而应当充分地理解到这种由“量变”到“质变” 的根本过程。 的根本过程。
二、微波特点
1. 微波的两重性 微波的两重性指的是对于尺寸大的物体， 微波的两重性指的是对于尺寸大的物体，如建筑物 火箭、导弹它显示出粒子的特点——即似光性或直线性 粒子的特点 火箭、导弹它显示出粒子的特点 即似光性或直线性 而对于相对尺寸小的物体，又显示出——波动性。 波动性 而对于相对尺寸小的物体，又显示出 波动
值得指出：人类对于电磁的相互转化在认识上走 值得指出： 了很多弯路。奥斯特首先发现电可转化为磁( 了很多弯路。奥斯特首先发现电可转化为磁(即线圈等 效为磁铁） 效为磁铁）
I
图 5
电转化为磁
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
法拉第坚信磁也可以转化为电。但是无数次实验 法拉第坚信磁也可以转化为电。 均以失败而告终。只是在10年无效工作后， 10年无效工作后 均以失败而告终。只是在10年无效工作后，沮丧的法 拉第鬼使神差地把磁铁一拔，奇迹出现了， 拉第鬼使神差地把磁铁一拔，奇迹出现了，连接线圈 的电流计指针出现了晃动。 的电流计指针出现了晃动。 这一实验不仅证实了电磁转换， 这一实验不仅证实了电磁转换，而且知道了只 有动磁才能转换为电。 有动磁才能转换为电。
0 Wave
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
频率ω 3. 频率ω是转化条件 频域的Maxwell方程 方程 频域的 × H = jωε E + J × E = jωH (式5)
(式6) 信号只有较高的频率ω 才能确保电磁的有效转换， 信号只有较高的频率ω，才能确保电磁的有效转换， 直流情况没有转换。不过频率愈高，越难出功率， 直流情况没有转换。不过频率愈高，越难出功率， 这也是一个有趣的矛盾。 这也是一个有趣的矛盾。
图 1
电磁波谱
图 2
对于任何波， 对于任何波，波长和频率与波速相关
λ=
c f
300MHz－－－ 300MHz－－－ λ＝1m 3000GHz－－－ 3000GHz－－－ λ＝0.1mm
c = 3×108 m s
声波与电磁波
1.声波是机械波,它的传播的是震动及能量，要靠介质， 1.声波是机械波,它的传播的是震动及能量，要靠介质， 声波是机械波 在真空中不能传播。电磁波本身就是一种物质 物质， 在真空中不能传播。电磁波本身就是一种物质，传播 不要介质，在真空能传播。 不要介质，在真空能传播。 2.它们的产生原理不同,声波是靠物质的震动产生, 2.它们的产生原理不同,声波是靠物质的震动产生,而 它们的产生原理不同 电磁波不是,它是靠电子的震荡产生， 电磁波不是,它是靠电子的震荡产生，其本质是交替变 换的电场和磁场 。 纵波， 声波是纵波 3. 声波是纵波，纵波是质点的振动方向与传播方向一 致的波；电磁波是横波 横波， 致的波；电磁波是横波，质点的振动方向与波的传播 方向相互垂直。 方向相互垂直。 注记：只用一个波长λ(或频率f)不能确定是何种波。 λ(或频率f)不能确定是何种波 注记：只用一个波长λ(或频率f)不能确定是何种波。
图3 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， 波段 ， 近年来出现了微波生物医疗和微波催化等前 沿课题。 沿课题。
图 4
能级跃迁
三、微波的应用
微波技术是和雷达的应用一起发展的 雷达： 火控雷达；导航雷达、 1. 雷达：远程警戒雷达 、火控雷达；导航雷达、气象 雷达、汽车防撞雷达、遥感雷达。 雷达、汽车防撞雷达、遥感雷达。 通信：手机、微波中继、 2. 通信：手机、微波中继、卫星 计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。 3. 计算机的运算次数进入十亿次，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。 超高速集成电路的互耦也是微波互耦问题。 其他：微波加热（微波高频介质损耗）：微波炉、 ）：微波炉 4. 其他：微波加热（微波高频介质损耗）：微波炉、微 波理疗仪等。 波理疗仪等。不少物质的能级跃迁频率恰好落在微波 的短波段， 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
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
Maxwell总结了前人的经验，提出位移电流这一 总结了前人的经验， 总结了前人的经验 假说，构成了Maxwell方程。但是它存在不对称性, 方程。 假说，构成了 方程 但是它存在不对称性, 的存在， 尽管为了找其对称性而一直在探索磁流 M 的存在， 但到目前为止始终未果。 但到目前为止始终未果。
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
4. 媒质矛盾 也是 σ 和 ωε之间的矛盾，这一对矛盾主要反映媒 之间的矛盾， 质情况。 很大时， 称为导体， 质情况。当σ 很大时， 称为导体，这种情况下波动性 降为次要矛盾，波速减慢，且迅速衰减。 降为次要矛盾 ， 波速减慢 ， 且迅速衰减 。 波一进入导 体会“短命夭折。波动性不仅与ω有关， 体会 “ 短命夭折 。 波动性不仅与 ω 有关 ， 还与媒质有 关。
二、微波特点
微波与“左邻右舍” 2. 微波与“左邻右舍”的比较 微波的“ 左邻” 是超短波和短波， 而它的“ 微波的 “ 左邻 ” 是超短波和短波 ， 而它的 “ 右舍 又是红外波。 ”又是红外波。
微波与超短波、 微波与超短波、 短波相比较大 大扩展了通讯 通道， 通道，开辟了 微波通讯和卫 星通讯
微波与光波段比较， 微波与光波段比较，光 通过雨雾衰减很大， 通过雨雾衰减很大，特 别是雾天蓝光、 别是雾天蓝光、紫光几 乎看不见， 乎看不见，这正是采用 红光作警戒的原因。 红光作警戒的原因。而 微波段穿透力强。 微波段穿透力强。
宇宙“窗口” 3. 宇宙“窗口” 地球的外层空间由于日光等繁复的原因形成独 特的电离层， 它对于短波几乎全反射， 特的电离层 ， 它对于短波几乎全反射 ， 这就是短波 的天波通讯方式。 的天波通讯方式 。 而在微波波段则有若干个可以通 过电离层的“ 宇宙窗口” 过电离层的 “ 宇宙窗口 ” 。 因而微波是独特的宇宙 通讯手段。
D +J t B +M × E = t
× H =
图 6
图 7
电磁振荡
单摆
电磁转换能够实现能量转换，能量贮存， 电磁转换能够实现能量转换，能量贮存，为微 波的产生创造了条件 创造了条件。 波的产生创造了条件。
Maxwell方程组的物理意义 方程组的物理意义
2. 看运算 从物理上看，运算反映一种作用(Action)。方 从物理上看，运算反映一种作用(Action)。 程的左边是空间的运算(旋度) 程的左边是空间的运算(旋度)；方程的右边是时间 的运算(导数) 它深刻揭示了电(或磁) 的运算(导数)。它深刻揭示了电(或磁)场任一地点 的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来， 的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来， 场的时间变化也会转化成地点变化。 场的时间变化也会转化成地点变化。正是这种空间 和时间的相互变化构成了波。 和时间的相互变化构成了波。 D t × H = t + J × E = B 图 8 t z
D × H = +J t B × E = t iB = 0 iD = 0
(式1) (式2) (式3) (式4)
Maxwell 方程，是爱因斯坦思考狭义相对论的重 方程， 要背景。 年后 年后， 在实验室中证实Maxwell 的 要背景。23年后，Hertz 在实验室中证实 预测，造出无线电波，开启了廿世纪这个无线电时代。 预测，造出无线电波，开启了廿世纪这个无线电时代。 爱因斯坦阐明他的工作是自牛顿以来， 爱因斯坦阐明他的工作是自牛顿以来，物理学上影响 最深远与丰硕的工作。 直到今天， 最深远与丰硕的工作。 直到今天，人们认为 Maxwell 在物理史上足堪与牛顿、爱因斯坦齐名。 在物理史上足堪与牛顿、爱因斯坦齐名。
jωε E + J = ( jωε +σ )E (式7)