微波与毫米波技术基本知识.教学内容
微波毫米波技术基本知识
微波毫米波技术基本知识目录一、内容概要 (2)1. 微波毫米波技术的定义 (2)2. 微波毫米波技术的历史与发展 (3)二、微波毫米波的基本特性 (4)1. 微波毫米波的频率范围 (5)2. 微波毫米波的传播特性 (6)3. 微波毫米波的波形与调制方式 (7)三、微波毫米波的传输与辐射 (8)1. 微波毫米波的传输介质 (10)2. 微波毫米波的辐射方式 (10)3. 微波毫米波的天线与馈电系统 (11)四、微波毫米波的探测与测量 (12)1. 微波毫米波的探测原理 (13)2. 微波毫米波的测量方法 (14)3. 微波毫米波的检测器件 (15)五、微波毫米波的应用 (16)1. 通信领域 (18)2. 雷达与导航 (19)3. 医疗与生物技术 (20)4. 材料科学 (21)六、微波毫米波系统的设计 (22)1. 系统架构与设计原则 (24)2. 混频器与中继器 (25)3. 功率放大器与低噪声放大器 (26)4. 检测与控制电路 (27)七、微波毫米波技术的未来发展趋势 (29)1. 新材料与新结构的研究 (30)2. 高速与高集成度的发展 (31)3. 智能化与自动化的应用 (32)八、结论 (34)1. 微波毫米波技术的贡献与影响 (35)2. 对未来发展的展望 (36)一、内容概要本文档旨在介绍微波毫米波技术的基本知识，包括其定义、原理、应用领域以及发展趋势等方面。
微波毫米波技术是一种利用微波和毫米波进行通信、雷达、导航等系统的关键技术。
通过对这一技术的深入了解，可以帮助读者更好地掌握微波毫米波技术的相关知识，为在相关领域的研究和应用提供参考。
我们将对微波毫米波技术的概念、特点和发展历程进行简要介绍。
我们将详细阐述微波毫米波技术的工作原理，包括传输方式、调制解调技术等方面。
我们还将介绍微波毫米波技术在通信、雷达、导航等领域的应用，以及这些领域中的主要技术和设备。
在介绍完微波毫米波技术的基本概念和应用后，我们将对其发展趋势进行分析，包括技术创新、市场前景等方面。
最新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 dz I 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:()()⎪⎭⎪⎬⎫+=+= sin cos sin cos 022022Z z jU z I z I z Z jI z U z U ββββ对于均匀无耗传输线,已知始端电压U 1和电流I 1，则: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。
微波和毫米波技术基本知识
频率＝光速/波长
光速＝30万公里/秒 波数＝2π/λ
麦克斯韦方程(微分形式）
法拉第电磁感应定律 安培全电流定律
磁通连续性 高斯定律 电荷守恒定律 三个组成关系：
麦克斯韦方程（积分形式）
法拉第电磁感应定律
安培全电流定律 磁通连续性 高斯定律 电荷守恒定律
电磁场量和电路量
由积分形式可看出场量与电路量之间的关系 ：
麦克斯韦预言的基本要点概括如下： （1）变化的磁场能够在周围空间产生电场， 变化的电场能够在周围产生磁场； （2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均 匀变化的电场，产生稳定的磁场；这里的“ 均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或 电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强 度（或电场强度）对时间变化率一定.
麦克斯韦预言
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场， 不均匀变化的电场产生变化的磁场；
（4）周期性变化（振荡）的磁场产生同频 率的振荡电场，周期性变化（振荡）的电场 产生同频率的振荡磁场；
（5）变化的电场和变化的磁场总是相互联 系着，形成一个不可分离的统一体，这就是 电磁场，它们向周围空间传播就是电磁波。
大气透明窗口：35GHz，95GHz，220GHz，140GHz，225GHz 大气吸收频段：60GHz，120GHz, 185GHz
二、无线电波传播特性
长波在地面与电离层下边界之间形成的“球 形波导”内以空间波形式传播； 中波在白天以表面波形式传播，而夜间既有 表面波也有空间波形式传播； 短波的远距离传播则依靠电离层反射的空间 波；白天与夜晚电离层高度和密度差别大。 无线电波正是依赖电离层的反射才有可能实 现远距离传播。
225- 0.39390 1.55 MHz MHz
微波毫米波技术基本知识 ppt课件
微波毫米波技术基本知识
四、国外毫米波器件和系统应用
现代武器装备的需求促进了毫米波技术 的发展，毫米波技术发展的需要又带动 了半导体和微电子电路技术和工艺的进 步，使毫米波技术成为当今一门知识密 集的综合性技术学科，国外毫米波设备 快速发展，每年以30%-40%的速度增长， 成为军事电子领域的“ 朝阳”产业。
开波导
介质棒波导，哥保线
表面波传输线…特定的频 介质镜象线，光纤
率和波型
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
带状线 ( stripoline ) 微带线（Microstrip） 悬置带线（suspended stripline） 共面线（coplanar line）
微波毫米波技术基本知识
微波集成电路传输线
计算电磁学及其应用
★随着集成密度的增加和工作频率的提高，设计者 必须认真对待互连和封装中的各种电磁效应问题， 如电路间的互耦，寄生谐振，电磁干扰和电磁兼容 性等问题。 ★在电磁场与微波技术学科中，以电磁场理论为基 础，以高性能计算技术为手段，运用计算数学提供 的各种方法，诞生了一门解决复杂电磁场理论和工 程问题的应用科学－计算电磁学(computational electromagnetics)
60GHz, 1W, PAE=20%, 60GHz，3.8W, 31dB，8个模块合成 95GHz, 480mW, PAE=20% TRW公司InP HEMT低噪声MMIC： 170－200GHz, G=15dB, Nf=4.8dB
微波毫米波技术微波毫米波技术基本知识基本知识2004年3月提纲提纲无线电频段划分无线电频段划分射频和微波传输线射频和微波传输线国外毫米波器件和系统应用国外毫米波器件和系统应用一无线电频段划分一无线电频段划分名称长波中波短波超短波微波频率15100khz1001500khz1530mhz30300mhz300以上波长20km3km3km200m200m10m10m1m1m以下微波频段划分微波频段划分uhfuhf名称频率225390mhz039155mhz15539ghz3969ghz69124ghz12418ghz18265ghz波长1332769cm769193cm193769cm769435cm435242cm242167cm167113cm毫米波频段毫米波频段ehfehf名称ka频率ghz2654033504060507560907511090140110170140220波长mm1137591675564533427332127172114大气透明窗口
微波与毫米波通信技术研究
微波与毫米波通信技术研究随着信息技术的不断发展，人们对无线通信的需求也越来越高。
微波和毫米波通信技术，是一种利用微波和毫米波频段进行通信的技术，具有信号传输速度快、信号传输质量高等优势。
本文将从微波和毫米波通信技术的基本概念、技术研究、应用现状等方面进行探讨。
一、微波和毫米波通信技术的基本概念微波和毫米波通信技术是一种无线通信技术，它利用微波和毫米波频段进行数据传输和通信。
微波和毫米波信号的波长很短，具有高频、高速、高能的特点，能够在空气中进行高速、高质量的数据传输。
一般来说，微波频段指的是1GHz~30GHz之间的频率，毫米波频段则是指30GHz~300GHz之间的频率。
二、微波和毫米波通信技术的技术研究1、微波和毫米波天线技术微波和毫米波通信技术的关键在于天线技术。
由于微波和毫米波信号频率高、波长短，因此天线的设计和制造比较困难。
传统的低频天线系统无法适应高频信号的传输要求，因此需要对微波和毫米波天线技术进行深入研究。
2、微波和毫米波传输技术微波和毫米波传输技术是指利用微波和毫米波频段进行数据传输的技术。
传统的无线电通信系统在高速数据传输时会出现信号衰减、多径干扰等问题，而微波和毫米波通信技术可以有效避免这些问题，提高数据传输的速度和质量。
3、微波和毫米波信号处理技术微波和毫米波信号处理技术是指对微波和毫米波信号进行处理和优化的技术。
由于微波和毫米波信号具有高频率、大带宽等特点，因此传统的信号处理技术无法适应这些要求。
需要开发新的算法和方法，对微波和毫米波信号进行处理和优化。
三、微波和毫米波通信技术的应用现状微波和毫米波通信技术在诸多领域均有广泛应用。
1、军事领域微波和毫米波通信技术在军事领域有着重要的应用。
在现代战争中，通信技术的快速传递和可靠性对于军队的侦察、通信、指挥等方面显得尤为重要。
军队各类指挥通信站、雷达、导航系统等，都需要依靠微波和毫米波通信技术进行通信和数据传输。
2、无线通信领域微波和毫米波通信技术在无线通信领域也有广泛的应用。
最新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 •微波的定义一 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：3X108H Z 〜3X 1012H Z 。
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其解为U Z i= A “e 八 A 2e jZ I Z 丁 Z — A 2e j 'ZZ o 对于均匀无耗传输线，已知终端电压U 2和电流丨2,则:U Z =U 2COS ：Z jl 2Z 0sin ：zd 2U Z d平2Z dz 2 -：2U Z ]=0 -■21 Z = 0 I Z = l 2 COS ：Z jU对于均匀无耗传输线，已知始端电压U 和电流丨1,则:3. 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 L 二Zo 时，传输线工作于行波状态。
《微波技术》课程教学大纲
《微波技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：08030010课程中文名称：微波技术课程英文名称：microwave technology课程性质：专业指定选修课考核方式：考查开课专业：电子信息工程、通信工程、信息对抗技术开课学期：5总学时：40+16总学分：3.5二、课程目的和任务《微波技术》是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。
通过讲述传输线理论、理想导波系统理论、微波网络理论，使学生掌握传输线的工作状态和特性参量、波导的场结构和传输特性，了解常用微波元件的基本结构和工作原理，具有解决微波传输基本问题的能力。
三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）1．掌握传输线的基本理论和工作状态，具有分析传输线特性参量的基本能力，掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成和应用，了解阻抗匹配的基本方法和原理。
2．掌握矩形波导的一般理论与传输特性，掌握矩形波导主模的场分布与相应参数，了解圆波导、同轴线、带状线和微带线等传输线的工作原理、结构特点、传输特性和分析方法。
3．掌握微波网络的基本理论，重点包括微波网络参量的基本定义、基本电路单元的参量矩阵、微波网络组合的网络参量、微波网络的工作特性参量，了解二端口微波网络参量的基本性质，具有分析二端口微波网络工作特性参量的基本能力。
4．掌握阻抗变换器、定向耦合器、微带功分器、波导匹配双T的结构特点、工作原理、分析方法及其主要用途，了解电抗元件、连接元件、衰减器和移相器、微波滤波器和微波谐振器等微波元件的结构特点和工作原理。
四、教学内容与学时分配第一章绪论（2学时）微波的概念及其特点，微波技术的发展和应用，微波技术的研究方法和基本内容。
第二章传输线理论（13学时）1．传输线方程及其求解2．传输线的特性参量3．均匀无耗传输线工作状态分析4．阻抗圆图及其应用5．传输线的阻抗匹配第三章微波传输线（9学时）1．理想导波系统的一般理论2．导波系统的传输特性3．矩形波导4．带状线5．微带线第四章微波网络（9学时）1．波导等效为平行双线2．微波元件等效为微波网络3．二端口微波网络4．基本电路单元的参量矩阵5．二端口微波网络的组合及参考面移动的影响6．二端口微波网络的工作特性参量7. 多端口微波网络第五章常用微波元件（7学时）1．阻抗变换器2．定向耦合器3．波导匹配双T4．微波滤波器第六章实验教学（16）五、教学方法及手段（含现代化教学手段）以课堂讲授为主，适当配合课堂讨论，充分使用多媒体教学；以学生自学为辅，学生可以通过网络课堂和微波网站在线学习。
微波毫米波技术基本知识
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
三维微波集成电路 (3DMIC)
(2)三维单片微波集成电路: 在同一基片上将集成的有源器件、无源
元件、连接线等用薄介质层相隔而形成的多 层紧凑的单片集成电路。
两者有着相似的结构 ,将它们统称为三 维微波集成电路。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
多芯片模块(MCM)分类
– MCM－L：高密度PCB基板，L表示迭层印 制布 线板
– MCM－C：共烧陶瓷基板，C表示共烧陶瓷工艺 (包括HTCC和LTCC)； HTCC－High Temperatue Cofired Ceramic LTCC－Low Temperatue Cofired Ceramic
20km－ 3km－ 200m－ 10m－ 1m以下 3km 200m 10m 1m
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
微波频段划分(UHF)
名称 频率
波长
P
L
225- 0.39390 1.55 MHz MHz
133.2- 76.976.9 19.3 cm cm
S
1.553.9 GHz 19.37.69 cm
★电磁波在具有周期结构的介质材料中传播 时，会受到调制，形成能带结构，能带结构 之间可能出现带隙。
★微波领域的光子带隙也称电磁带隙－ EBG
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
PGG特性
★当电磁波的工作频率落在带隙中时，由于 带隙中没有任何传输态存在，因而任何方向 的入射波都会发生全反射，因而具有带阻特 性。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
毫米波固态器件水平
80年代以来，毫米波技术的迅速发展得益于固态器 件的进步；毫米波军事需求促进了毫米波发展。
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麦克斯韦预言
麦克斯韦提出了有旋电场的概念和位移电流的假设 ，揭示了电磁场的内在联系和相互依存，麦克斯韦 熟练地运用了当时正在发展的矢量分析，找到了表 述电磁场 （空间连续分布的客体）的适当数学工具 ，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波 的存在——这就是著名的麦克斯韦方程。
麦克斯韦预言
麦克斯韦的理论要点之二 ——变化的电场产生磁场 ： 麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和
联系．提出一个假设： 变化的电场产生磁场。
根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时 候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电 容器两极板周期性变化着的电场周围也要产 生磁场。
麦克斯韦预言
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言： 如果在空间某域中有周期性变化的电场，
10年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦 的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无 线电技术的新时代。
麦克斯韦预言
麦克斯韦的理论要点之一 —— 变化的磁场产生电场：
变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线 圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
麦克斯韦认为,线圈只不过用来显示电场的存在，线 圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，这 是一种普遍存在的现象，跟闭合 电路是否存在无关。
麦克斯韦预言
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场， 不均匀变化的电场产生变化的磁场；
（4）周期性变化（振荡）的磁场产生同频 率的振荡电场，周期性变化（振荡）的电场 产生同频率的振荡磁场；
（5）变化的电场和变化的磁场总是相互联 系着，形成一个不可分离的统一体，这就是 电磁场，它们向周围空间传播就是电磁波。
电磁波
这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并 且由发生的区域向周围空间传播．电磁场由发生 区域向远处传播就是电磁波。 电磁波是一种以巨大速度通过空间而不需要任何 物质作为传播媒介的粒(量)子流，具有波粒二象 性。 波动性可以用波长，波数，频率表征。
电磁波
波长是波传播路线上 具有相同振动相位的 相邻两点之间的线性 距离，
频率是每秒的波动次 数，单位为Hz。
真空中有如下公式：
频率＝光速/波长
光速＝30万公里/秒
波数＝2π/λ
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麦克斯韦方程(微分形式）
法拉第电磁感应定律 安培全电流定律
磁通连续性 高斯定律 电荷守恒定律 三个组成关系：
麦克斯韦方程（积分形式）
法拉第电磁感应定律
安培全电流定律 磁通连续性 高斯定律 电荷守恒定律
表1 无线电频段划分
名称
频率
长波
中波
短波
超短波 微波和 (VHF) 毫米波
15－ 100－ 1.5－ 30－ 300MHz 100kHz 1500kHz 30MHz 300MHz 以上
微波与毫米波技术基本知识.
概述
我们周围充斥着无线电波，学名叫“电磁波 ”，例如：
电视、广播、通信、雷达、导航、各种家用 电子…….
它们工作在不同频段，但有一个共同的特点 ：由发射机、接收机和天线组成。
发射机发射的带有信息的信号能量通过发射 天线转换为电磁波接收天线将接收到的电磁 波变换成传输能量送到接收机，这样就完成 了信息的无线传输。
一、电磁场与电磁波
电磁波是能量在空间传播的一种形态。电磁 场是描述电磁波的一种方式。电场和磁场总 是紧密联系在一起的。
在交流电路中，通电线圈周围要产生磁场， 如果电流的大小随时间变化，所产生的磁场 也会随时间变化；
线圈在恒定磁场中移动，将在线圈中产生直 流电；如果是在随时间变化的磁场中移动， 将在线圈中产生交流电。
电磁频谱
通常将电磁频谱分为长波、中波、短波、超 短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外和光 波，其对应的频率如表1所示。 不同频段的电磁波传播特性不同，它们的用 途也不同。
常用频段称呼
射频 (RF)：1MHz-1GHz (广义射频指无线电 频率） 微波：1GHz-30GHz 毫米波：30GHz-300GHz 亚毫米波：300-3000GHz(1000GHz=1THz) 红外：300-416000GHz(1000THz=1pHz) 可见光：0.76－0.4µm
电磁场的概念
我们能否把交流电路的概念推广到电磁场中 呢？ 人类认识客观世界，发现新的事物，有两种 方式： （1）从生产实践、科学实验中观察分析后 发现新的事物； （2）从科学理论出发，预言新的事物存在 。
电磁波的发现，属于后一种。
电磁场的概念源于麦克斯韦的预言
麦克斯韦的预言：
如果在空间某区域中有周期性变化的电场， 那么，这个变化的电场就在它周围空间产生 周期性变化的磁场；
电磁场量和电路量
由积分形式可看出场量与电路量之间的关系 ：
电荷
电流
电压
电通量
磁通量
磁势
电磁场和电路定律
将麦氏方程改写成电路方程： 法拉第电磁感应定律 安培全电流定律
磁通连续性 高斯定律
电荷守恒定律
电磁场和电路ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ律
用求和 表示积分： 克希霍夫电压定律（电磁感应定律）
克希霍夫电流定律（电荷守恒定律）
无线电系统组成
发射机（信号产生、 放大）
发射终端（信息产生）
接收机（信号放大、变 换）
接收终端（信息处理）
发射天线（辐 射能量）
接收天线（搜 集能量）
概述
本讲座介绍无线系统的射频部分相关知识， 包括天线、发射机、接收机以及电磁波的基 本知识，微波部件和子系统参数测量的基本 原理和方法，使学员建立电磁场与微波技术 的基本概念，奠定设计、调试微波部件和子 系统的技术基础。
那么，这个变化的电场就在它周围空间产生 周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它 周围空间产生新的周期性变化的电场……
可见，变化的电场和变化的磁场是相互联 系的，形成一个不可分离的统一体，这就是 电磁场。
麦克斯韦预言
麦克斯韦预言的基本要点概括如下： （1）变化的磁场能够在周围空间产生电场， 变化的电场能够在周围产生磁场； （2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均 匀变化的电场，产生稳定的磁场；这里的“ 均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或 电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强 度（或电场强度）对时间变化率一定.