微波技术8_tangwei
微波技术基础课件—第8次课
SPECIFIC RECENT DEVELOPMENTS： 特殊截面波导（Arbitrary Cross Section），大功率容量和低损耗
2.4 其他形式的金属柱面波导简介
另外，还有一些轴向非周期性的波导，一般不 用于远距离传播电磁波，用于滤波器、谐振器 或者功率合成等微波器件中，而不是为了单纯 的传播用途。
同轴线中的高次模——研究 同轴线尺寸选择的前提
实际工作中同轴线都是工作在TEM波，它是同轴线的主模。 TE、TM模因有一定截止波长，是同轴线可能存在的高次模。 研究TE、TM模的目的在于抑制它们，以保证同轴线只传输 主模TEM。 首先由圆柱坐标系中的波动方程
H0z H0z 1 1 2 2 2 2 t kc E r r r r r 2 2 c E 0 0z 0z 解得
思考：这些特解能够表示导波中 的所有情况的依据是什么？
提醒
周五交作业 2.1——2.8 国庆后第一次课交作业 2.9——2.16
本次课作业——第二章全部习题 布置完
对脊波导 对脊波导 s 单脊波导 单脊波导
d 脊也可不在波导的正中心
脊波导
脊波导与相同横截面尺寸的矩形波导相比具有以下特点：
1）工作频带宽，这是由于脊棱位于波导宽边中心。该处主模 电场最大，脊棱对主模的作用相当于使矩形波导a边加宽。因 此主模的截止波长增大了。该处TE20模电场为零或甚小。脊 棱对第二高次模TE20模的场影响小，其截止波变化不大。故 脊波导的单模带宽显著增加。 2）在同一工作频率情况下，脊波导的尺寸比矩形波导小。 3.等效特性阻抗比矩形波导低，由于这一特点，脊波导常用 作高阻抗矩形波导与低阻抗同轴线及微带线的过渡装置。 4.脊波导的功率容量比矩形波导低，衰减比矩形波导大。因 此它主要用作传输功率不大的宽频带元器件。
微波技术基础课程学习知识要点
《微波技术基础》课程学习知识要点第一章 学习知识要点1．微波的定义— 把波长从1米到0.1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz ～3×1012Hz 。
在整个电磁波谱中，微波处于普通无线电波与红外线之间，是频率最高的无线电波，它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和宽10000倍。
一般情况下，微波又可划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。
2．微波具有如下四个主要特点：1) 似光性、2) 频率高、3) 能穿透电离层、4) 量子特性。
3．微波技术的主要应用：1) 在雷达上的应用、2) 在通讯方面的应用、3) 在科学研究方面的应用、4) 在生物医学方面的应用、5) 微波能的应用。
4．微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科，它的基本理论是经典的电磁场理论，研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。
一种是“场”的分析方法，即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法，即将传输线作为分布参数电路处理，用克希霍夫定律建立传输线方程，求得线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。
第二章 学习知识要点1. 传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。
微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。
传输线方程是传输线理论中的基本方程。
2. 均匀无耗传输线方程为()()()()d U z dz U z d I z dzI z 2222220-=-=ββ 其解为 ()()()U z A e A e I z Z A e A e j z j zj z j z=+=---120121ββββ 对于均匀无耗传输线,已知终端电压U 2和电流I 2，则:对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则:()()⎪⎭⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ其参量为 Z L C 000=，βπλ=2p ，v v p r =0ε，λλεp r=03. 终端接的不同性质的负载，均匀无耗传输线有三种工作状态： (1) 当Z Z L =0时，传输线工作于行波状态。
微波技术的原理
微波技术的原理咱先来说说微波是啥。
微波呀，就是一种电磁波，就像我们熟悉的可见光、无线电波一样，都是电磁波家族的成员。
只不过微波的波长比较短，频率比较高。
这就好比在一个大家庭里，微波是那种比较独特的小成员。
它的这个特性呢，让它具有了一些超级酷的能力。
你知道微波炉吧？那可是微波技术在我们日常生活里最常见的应用啦。
微波炉里面的微波是怎么加热食物的呢？这就很有趣了。
当我们把食物放进微波炉，微波炉开始工作，它就会发射出微波。
这些微波就像一群超级小的、看不见的小精灵，它们在微波炉里到处乱窜。
当这些微波小精灵碰到食物的时候，就开始搞事情啦。
食物里有很多水分子，水分子是个很有趣的东西。
微波小精灵一碰到水分子，就会让水分子跟着它一起“跳舞”。
这个“跳舞”可不是真的跳舞哦，是水分子在微波的作用下开始快速地振动起来。
水分子振动得越来越快，就会产生热量，就像我们摩擦双手会觉得热一样。
这样一来，食物就被加热了。
所以说，微波炉加热食物的原理，就像是一群调皮的微波小精灵在和食物里的水分子做游戏，玩着玩着，食物就热好可以吃啦。
微波技术在通信方面也有着很重要的作用呢。
咱们现在能这么方便地打电话、上网，微波技术可是出了大力气的。
微波在通信里就像一个超级快递员。
因为微波的频率高，所以它可以携带很多信息。
就像一个大包裹一样，里面可以装很多小信件。
当我们发送信息的时候，信息就被加载到微波上，然后微波这个快递员就以超快的速度把信息送到目的地。
不过这个快递员有点特别，它不像我们普通的快递员走陆路或者水路，它是在空气中或者在特殊的通信线路里跑的。
而且它跑得特别快，几乎是瞬间就能把信息送到很远的地方。
在雷达方面，微波技术也是个大明星。
雷达就像是一个超级大眼睛，在黑暗中也能看到东西。
微波在这里就充当了雷达的探测工具。
雷达发射出微波，这些微波碰到物体就会反射回来。
就像我们对着山谷大喊一声，声音会反射回来一样。
通过分析微波反射回来的时间、强度等信息，雷达就能知道物体在哪里，有多远，是大是小等等。
微波技术基础第8章
第8章 线天线
图 8 –5 对称振子特性阻抗的计算
第8章 线天线
将Z0(z)沿z轴取平均值即得对称振子的平均特性阻抗
z0 :
(8 -1 -14)
1 h 2h Z 0 = ∫ Z 0 ( z )dz = 120 ln − 1 ( Ω ) h δ a
式中, 2δ为对称振子馈电端的间隙。
因为PL就是PΣ, 即PL=PΣ, 故有
(8 -1 -18)
∫
h
0
1 2 1 2 I ( z ) RΣ1dz = I m RΣ 2 2
(8 -1 -19)
第8章 线天线 对称振子的沿线电流分布为
I ( z ) = I m sin
将上式代入式（8 -1 -19）得
2π
λ
(h − z )
(8 -1 -20)
(8 -1 -24)
第8章 线天线 [例8-1］设对称振子的长度为2h=1.2 (m), 半径a=10 (mm), 工 例 ］ 作频率为f=120 (MHz), 试近似计算其输入阻抗。 解: 对称振子的工作波长为
c 3 ×108 λ= = = 2.5 m 6 f 120 ×10
所以
0 .6 = = 0.24 λ 2 .5
2 的一个重要原因。而在并联谐振点附近, Rin = z0 / RΣ , 这是一个
高阻抗, 且输入阻抗随频率变化剧烈, 频率特性不好。 按式（8 -1 -15）计算对称振子的输入阻抗很繁琐, 对于半波 振子, 在工程上可按下式作近似计算:
RΣ Z in = − jZ cot βh 2 sin βh
1 3 = , 1 和2的对称振子天线的归一化E面 , λ 2 2 2h 1 2h =和 =1 的对称振子分别为半波对称振子 λ 2 λ 2h
微波技术原理
微波技术原理微波技术是一种利用微波进行通信、雷达、加热、干燥等应用的技术。
微波是一种特定频率范围内的电磁波，其波长在1mm至1m之间。
微波技术在现代社会中得到了广泛的应用，比如在通信领域中，微波技术可以实现远距离的无线通信，而在食品加热领域中，微波技术可以快速、均匀地加热食物。
本文将介绍微波技术的原理及其应用。
首先，我们来了解一下微波的产生原理。
微波是一种电磁波，它的产生需要一个特定频率的振荡器。
在微波炉中，微波是由磁控管产生的。
当电源加电后，磁控管内的电子受到电场力的作用而产生加速运动，从而产生微波。
这些微波通过波导传输到微波炉的腔体内，与食物中的水分子产生共振作用，使其快速加热。
其次，微波技术在通信领域中也有着重要的应用。
微波通信是一种通过微波进行无线通信的技术。
在微波通信系统中，发射天线将电信号转换成微波信号发送出去，接收天线将接收到的微波信号转换成电信号。
微波通信系统可以实现远距离的通信，而且传输速度快，传输质量高，因此在远距离通信中得到了广泛的应用。
此外，微波技术还可以应用在雷达系统中。
雷达是一种利用微波进行探测和测距的系统。
雷达系统通过发射微波信号，然后接收目标反射回来的微波信号，通过分析接收到的信号来确定目标的位置和速度。
雷达系统在军事、航空、气象等领域都有着重要的应用，可以实现对目标的远距离探测和监测。
另外，微波技术还可以应用在食品加热和干燥领域。
微波加热是一种快速、均匀加热食物的方法。
微波可以穿透食物表面，直接作用于食物内部的水分子，使其快速加热。
而微波干燥则是利用微波加热食品内部的水分子，使其蒸发出去，从而实现食品的干燥。
总之，微波技术作为一种利用微波进行通信、雷达、加热、干燥等应用的技术，在现代社会中得到了广泛的应用。
通过了解微波的产生原理和其在通信、雷达、食品加热等领域的应用，我们可以更好地理解微波技术的原理及其在各个领域的应用。
希望本文能够帮助读者更好地了解微波技术。
《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。
微波技术课件-绪论
加工變換，發射接收（天線） 以及測量（微波技術反射係數） 。
微波技術、天線以及電波傳輸構成了無線電技術的重要組成部分
2、微波的特點及其應用
微波具有波粒二象性 微波的兩重性指的是對於尺寸大的物體，如建築物、
導彈它顯示出粒子的特點——即似光性或直線性 而對於相對尺寸小的物體，又顯示出——波動性。
光學顯微鏡和電子顯微鏡
（1）似光性 應用：雷達（radar電子眼）
（2）穿透性（穿透雲霧和電離層） 應用：空間通信、衛星通信、衛星遙感和射電天文學（哈雷彗星）
（3）寬頻帶性（相對於中短波和超短波） 便於攜帶更多的資訊 應用：聲音圖像的傳輸
（4）微波能量-量子性（ E hv 熱效應性，
應用：微波爐，微生物催化等
10 ～10 eV ） -5
-2
很多物質的能級落在這個波段
（5）散射性（攜帶了散射體的資訊—頻域資訊、時域資訊） 應用：微波遙感、雷達成像的基礎
（6）抗低頻干擾特性
• 發展方向：
• 高頻方向發展 • 微波器件小型化，整型化，寬頻化發展 • 微波系統向智能化，自動化發展（+computer）
微波的應用是相當的廣泛的 通信(雷達，廣播，電子測速)、 科研、 日常生活（微波爐不破壞營養） 生物醫藥， 以及軍事上（微波炸彈）。 微波的危害： 人體輻射
緒論
1、微波的概念
微波是電磁波（介於超短波與紅外線之間）
頻率：300MHz-3000GHz 波長：0.1mm-1m. 細分為：分米波、釐米波、毫米波、亞毫米波
微波
超長波
中波
米波
釐米波
亞毫米波
長波
短波
分米波 毫米波
(完整word版)微波技术概述
微波原理概述1、微波技术原理微波技术是一门需要高度实验技能的专业技术知识，微波技术的理论基础是经典的电磁场理论，其目标是解决微波应用工程中的实际问题。
微波是一门理论与实践密切结合的一门知识，微波技术理论的出发点是麦克斯维方程组，麦克斯维方程组本身就是从实践中归纳、总结出来的。
大多数微波实际应用的工程问题都不能通过理论计算得到精确的解析解。
在研究微波工程问题时，为了避开一些复杂的数学运算和无解析解的问题，常需要根据具体情况和一些基本的物理概念对所研究的问题做简化、等效或近似处理，因此，通过实践来修正理论分析结果是每个微波工程技术人员具备的基本技能。
2、微波定义微波是一种频率非常高的电磁波。
微波包括的波长范围没有明确的界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三个波段，也就是波长从1mm到1m左右的电磁波。
由于微波的频率很高，所以也叫超高频电磁波。
为了进行比较，这里将微波、工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围列于表中。
因为微波的应用极为广泛，为了避免相互的干扰，供工业、科学及医学使用的微波频段是不同的，现将其列于表中不同工作频率的微波系统具有不同的技术特性、生产成本和用途，微波系统的工作频率越高。
其结构尺寸就越小；微波通讯系统的工作频率越高，其信息容量越大；微波雷达系统的工作频率越高，雷达信号的方向性和系统的分辨率就越高。
微波的频率越高，其大气传输和传输线传输的损耗就越大。
目前国内只有915MHz和2450MHz 被广泛使用。
在较高的两个频率段还没有合适的大功率工业设备。
3、微波的特殊性质微波是电磁波，它具有电磁波的诸如反射、透射干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波能量传输等波动特性，这就决定了微波的产生、传输、放大、辐射等问题都不同于普通的无线电、交流电。
在微波系统中，组件的电性质不能认为是集总的，微波系统没有导线式电路，交、直流电的传输特性参数以及电容和电感等概念亦失去了其确切的意义。
在微波领域中，通常应用所谓“场”的概念来分析系统内电磁波的结构，并采用功率、频率、阻抗、驻波等作为微波测量的基本量。
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Z0
Matching network
Load Zl
匹配问题意义重大： •在不考虑信号源，当负载与传输线匹配时，(匹配网络+负载)可获得最大 功率，由于匹配网络通常不存在能量损失，故负载端可得到最大的输入 功率。 •阻抗匹配可以改善高灵敏接收器件(天线，低噪声放大器)的信噪比。 •阻抗匹配可降低功分网络(如阵列天线馈电网络)的幅度与相位误差 实际工作中，有多种方法可以完成负载匹配，此时需要考虑一些相关的 参数来选择哪种方法，即指标。这些指标有：结构复杂度，工艺上复杂 度，工作带宽，可调节性
5.2 单根短截线调谐
Shunt stub d
Series stubdLeabharlann Y0Y0l
Y0
1 Y Z
YL
Z0
l Z0
Z0
1 Z Y
ZL
Open or shorted stub
自由度：距离d与短接线长度l 注意：对于微带线和带状线结构，通常采用开路短截线；对于波导和同 轴线采用短路短截线。 方法：解析方法(准确)和Smith原图法(简单快速) 优势：不含集总元件，对于频率几乎没有限制！ 指标：d尽可能短，带宽尽可能宽。
另一L匹配器的解为：
X RL Z 0 RL X L RL Z 0 RL RL B Z0
同样也为两个解。
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
3
Smith圆图求解L型匹配器基本思路
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
9
Series Stubs E.g.: Match a load impedance of ZL=100+j80Ω line using a single series open-circuit stub. Assuming that the load is matching 2GHz, and that the load consist of a resistor and inductor in series, plot the reflection coefficient magnitude from 1GHz to 3GHz. 解：Smith原图法，易，略。
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
7
5.2 单根短截线调谐 Shunt stub d
Y0
Y0
l
Series stub
d
Y0
Y 1 Z
YL
Z0
l Z0
Z0
1 Z Y
ZL
Open or shorted stub
调谐思路：
左图：通过对YL的旋转，将对应的导纳圆图旋转到1+jy’的圆上进而确定d， 通过调节l的长度得到-jy’，使得输入导纳为Y0，完成匹配。
由于在前一组解中C极小，所以预判应该选用前面一组解，通过分析反射 系数与频率的关系可以验证！
集总参数匹配器(L型)的致命问题：由于集总元器件对于微波频段总存在 寄生效应，因此对于L型结构，一般仅使用与1G以下的频段。
6
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
jX
Z0
b 0.29 x 1.2
jB
ZL
B b 0.92 pF b 0, C b CZ 0 2 fCZ 0 C Y 2 fZ 0 xZ 0 X L 2 fL L 38.8nH x 0, L x Z0 Z0 Z0 2 f
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
5
jX
Z0
b 0.7 x 1.2
jB
ZL
Z0 Z0 Z0 B L 46.1nH b 0, L b Y L 2 fL 2 fb X 1 1 1 C 2.61 pF x 0, C x Z0 CZ 0 2 fCZ 0 2 fxZ 0
2
2 2 关于两个解的问题： X L RL Z 0 RL X L Z 0 RL B 2 2 •两个解都可以实现 RL X L •关于B，X的正负问题，X为正表明感 X 1 X L Z0 Z0 性，X为负表明容性；B为正表明容性， B RL BRL B为负表示感性 •一般来说，选择较小的电抗值对应的 解以保证较大的带宽及较小的SWR。
右图：通过对ZL的旋转，将对应的阻抗原图旋转到1+jx’的圆上进而确定d，
通过调节l的长度得到-jx’，使得输入阻抗为Z0，完成匹配。
8
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
Shunt Stubs E.g.: For a load impedance ZL=60-180jΩ, design two single-stub (short circuit) shunt tuning networks to match this load to a 50Ω line. Assuming that the load is matched at 2GHz, and that the load consists of a resistor and capacitor in series, plot the reflection coefficient magnitude from 1GHz to 3GHz for each solution. 提示：当Smith原图作为导纳圆图(颠倒以后)， 上半区域对应导纳正值， 下半区域对应导纳负值。 解析方法：推导复杂但如果已知参数，可以用计算机编程进行求解。
Z 0 jB RL jX L 1 jX jB RL jX L 1 RL jX L Z 0 BX L Z 0 XBRL RL Z 0 BX L XBX L X X L
2 2 X L RL Z 0 RL X L Z 0 RL B 2 2 RL X L X 1 X L Z0 Z0 B RL BRL Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
1
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
5.1 集总参数匹配网络（L网络）
jX
jX
jB
Z0
ZL
Z 0 jB
RL Z 0
ZL
RL Z 0
先考虑左图，如需完成匹配，即：
jB RL jX L 1 RL jX L 1 Z 0 jX jB 1 RL jX L jB RL jX L 1
也必然位于1+jy’的圆上，通过对jB的调整，使得端口处输入导纳为Y0。
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
4
Smith圆图求解L型匹配器 E.g.: Design an L-section matching network to match a series RC load with an impedance ZL=200-j100Ω, to a 100Ω line, at a frequency of 500MHz. 课堂利用Smith圆图讲解
Microwave Engineering 5. Impedance Matching and Tuning
10
jX
jX
jB
Z0
ZL
RL Z 0
Z 0 jB
ZL
RL Z 0
y 1 jy
x 1 jx
左图：要达到匹配，必须使蓝色线左边的导纳为1+jy’的圆上，则其阻抗 也必然位于1+jx’的圆上，通过对jX的调整，使得端口处输入阻抗为Z0。
右图：要达到匹配，必须使得蓝色左边的阻抗为1+jx’的圆上，则其导纳