微波工程基础(李宗谦)-绪论
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微波工程基础第5章

第五章 谐振腔
§5.3 矩形腔
一段长度为 l 的矩形波导两端用金属 片封闭起来就构成了矩形腔,以TE波 为例,Hz分量可写成
m H z jkc2 D cos a n jkz z m x cos ye D cos b a n jkz z x cos y e b
第五章 谐振腔
§5.2 谐振腔的基本参数
谐振腔的Q值
1 Q0 2
H H ds
S
H H dv
E E dv
'
0 E E dv
' V0
V0
1 1 tan 2 H H dv Q0 s Q0 v
场解法:
(5.12)
一个模式对应一个频率
c c m n p f0 k 2 2 a b l
2
2
2
(5.13)
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science
在 z 0和 z l 处, H z 是法向分量,因此必须有:
H z z 0 0, H z z l 0 D D D H mn / (- jkc2 ), e jkz l e jkz l 0
p sin k z l 0 k z l
p 1, 2,3,
第五章 谐振腔
§5.2 谐振腔的基本参数
谐振频率0 1、集中参数法:电场和磁场相对集中, 先算L和C,f 0 1/ LC 2、电纳法:先求等效电路, B( f 0 ) 0
微波技术与天线第三版绪论

•例:抛物面天线的发射电磁波波束角:
•其中,D为天线口面直径, 为工作波长。
•若要获得
,当
(短波)时,D=280m
•
当
(微波)时,D=84cm
2、频率高,频带宽,信号容量大
•3 •4 •5 •6 •7
五、本课程体系结构
●电路分析法 • ●光学分析法 • ●场分析法
六、分析方法
七、微波技术应用
实验内容安排(8学时)
课程性质与考核方式
• 专业选修课 • 学分:3.5
• 闭卷
• 比例: • 平时成绩 20分
• 卷面成绩 80 分
•第0章 绪论
一、本课程与其他课程的关系
二、通信系统分类
■有线通信
■有线通信
有线通信特点
●优点:抗干扰性好,节省费用、使用方便
●缺点:损耗大,不使用转发放大器的通信 距离是由指数规律决定的!
微波技术与天线第三版绪论
历史教材
教学参考书
1、《微波技术》顾茂章、张克潜编著, 清华大学出版社
2、《微波技术与天线》王新稳等编,电子 工业出版社
3、《微波工程基础》李宗谦 佘京兆等编 清华大学出版社
4、《天线》上、下册 [美] John D.Kraus著 章文勋译 电子工业出版社
课程学时安排(48学时)
■无线通信
◇无线通信框图
• ◇无线通信损耗
其中 为无线电波频率, 为接收距离
无线通信特点
三、微波技术及特点
•■微波频率范围
•波长:1m~0.1mm
频率:300M~3000GHz
■微波波段划分
•比如:微波炉的频率为2.45GHz左右, 属于LS波段
四、微波特点
1、波长短,易于实现窄波束定向辐射 ——微波遥感、雷达成像、卫星通信基础
•其中,D为天线口面直径, 为工作波长。
•若要获得
,当
(短波)时,D=280m
•
当
(微波)时,D=84cm
2、频率高,频带宽,信号容量大
•3 •4 •5 •6 •7
五、本课程体系结构
●电路分析法 • ●光学分析法 • ●场分析法
六、分析方法
七、微波技术应用
实验内容安排(8学时)
课程性质与考核方式
• 专业选修课 • 学分:3.5
• 闭卷
• 比例: • 平时成绩 20分
• 卷面成绩 80 分
•第0章 绪论
一、本课程与其他课程的关系
二、通信系统分类
■有线通信
■有线通信
有线通信特点
●优点:抗干扰性好,节省费用、使用方便
●缺点:损耗大,不使用转发放大器的通信 距离是由指数规律决定的!
微波技术与天线第三版绪论
历史教材
教学参考书
1、《微波技术》顾茂章、张克潜编著, 清华大学出版社
2、《微波技术与天线》王新稳等编,电子 工业出版社
3、《微波工程基础》李宗谦 佘京兆等编 清华大学出版社
4、《天线》上、下册 [美] John D.Kraus著 章文勋译 电子工业出版社
课程学时安排(48学时)
■无线通信
◇无线通信框图
• ◇无线通信损耗
其中 为无线电波频率, 为接收距离
无线通信特点
三、微波技术及特点
•■微波频率范围
•波长:1m~0.1mm
频率:300M~3000GHz
■微波波段划分
•比如:微波炉的频率为2.45GHz左右, 属于LS波段
四、微波特点
1、波长短,易于实现窄波束定向辐射 ——微波遥感、雷达成像、卫星通信基础
微波技术第一章----绪论last

1.4 微波研究方法
“场”为主;
“场”与“路”相结合
例如波导与电磁谐振腔理论就是典型的场理论,在研究方法上也愈来愈 多地与光学技术相结合,例如应用几何光学理论研究反射面天线,透镜 天线。用迈克尔逊干涉仪作为通振腔等等。
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第 一 章 绪 论
1.5 微波技术研究的主要内容
一、微波传输线理论
它是研究微波在各种传输线(双导 线、同轴线、波导、介质波导、微带线 和带状线)上传播时的特性。 传输线理论(长线理论); 金属波导 带状线与微带
1.3 微波技术的发展和应用
第 一 章 绪 论 一、微波技术的应用
微波应用
雷达
通信
科学研究
生物医学
微波能
二、微波技术的发展
发展方向
工作频段向高频段发展
小型化、宽带化
自动化、智能化
/art/1716/ 返回 20050308/220161_1.html
第 一 章 绪 论
地表传播
对有些电波来说,地球本身就是一个障碍物。当接收天线距 离发射天线较远时,地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直 线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分 传播出去,这种沿着地球表面传播的电波就叫地波,也叫表面 波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式,称为地面 波传播。其特点是信号比较稳定,但电波频率愈高,地面波随 距离的增加衰减愈快。因此,这种传播方式主要适用于长波和 中波波段。
Ka
Q U M E F G R
26.50~40.00
33.00~50.00 40.00~60.00 50.00~75.00 60.00~90.00 90.00~140.0 140.0~220.0 220.0~325.0
微波工程基础

微波工程基础
微波工程基础是指在微波频段(300 MHz至300 GHz)上进行设计、分析和应用微波电子器件和系统的基本知识和
技能。
微波工程基础涵盖了微波电磁场理论、微波传输线
理论、微波电路设计、微波毫米波器件、微波天线设计、
微波无线通信系统等方面的知识。
微波频段的特点是具有较高的频率和较短的波长,电磁波
在这个频段上具有独特的传输和传播特性。
微波工程基础
研究这些特性,并利用它们设计和开发微波电子器件和系统,如微波集成电路、微波天线和雷达系统等。
微波工程基础需要掌握微波电磁场理论、微波传输线理论、微波电路设计和微波器件的工作原理和设计方法。
此外,
还需要了解微波天线设计的原理和方法,以及微波无线通
信系统的原理和架构。
微波工程基础是电子工程、通信工程和无线电工程等专业中的重要内容,对于从事相关技术和产业研究的人员来说是必备的知识和技能。
微波工程基础第3章

(3.12-3.13)
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
横电磁波TEM(续前页) (3.16) E (T ) T (T ) H (T ) T (T ), T E T H 0
(3.3)
(3.4)
k k
2 2
2 c
k k
Z ( z ) Z1e j z Z 2e j z e j ( z t )
(3.5)
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
(1)TEM或准TEM传输线;(2)金属波导;(3)表面波导
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
§3.1 导波分类
导波:沿传输系统限定方向传输的电磁波能量的 传输受传输系统导体或介质边界的约束 导波模式:受导波传输系统边界的限制,能够在 系统中独立存在且传输的特殊电磁场分布结构 一般传输系统:单根或多根互相平行的空心或实 心柱状导体或介质组成。电磁波沿柱的纵向方向 传播(z轴),垂直z轴方向为横向 均匀传输系统:传输系统的横截面形状、尺寸、 材料性质不随z轴变化
§3.1.1导波特性(续前页) 是导波的纵向传播常数, (3.3)中 kc 是微分方程在
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
横电磁波TEM(续前页) (3.16) E (T ) T (T ) H (T ) T (T ), T E T H 0
(3.3)
(3.4)
k k
2 2
2 c
k k
Z ( z ) Z1e j z Z 2e j z e j ( z t )
(3.5)
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
(1)TEM或准TEM传输线;(2)金属波导;(3)表面波导
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences
§3.1 导波分类
导波:沿传输系统限定方向传输的电磁波能量的 传输受传输系统导体或介质边界的约束 导波模式:受导波传输系统边界的限制,能够在 系统中独立存在且传输的特殊电磁场分布结构 一般传输系统:单根或多根互相平行的空心或实 心柱状导体或介质组成。电磁波沿柱的纵向方向 传播(z轴),垂直z轴方向为横向 均匀传输系统:传输系统的横截面形状、尺寸、 材料性质不随z轴变化
§3.1.1导波特性(续前页) 是导波的纵向传播常数, (3.3)中 kc 是微分方程在
微波工程基础(李宗谦)-第一章

第一章 电磁场概述
10
B
1.5 坡印亭定理
1.5.2 谐变场坡印亭定理
坡印亭矢量的时间平均值
复数形式的坡印亭矢量
2012-6-13
第一章 电磁场概述
11
1.5 坡印亭定理
1.5.2 谐变场坡印亭定理
微分形式的复数坡印亭定理
2012-6-13
第一章 电磁场概述
12
1.5 坡印亭定理
1.5.2 谐变场坡印亭定理
2012-6-13
第一章 电磁场概述
19
1. 9 波动方程
E ( E ) E
2
2 2 ˆ 2 ˆ 2 ˆ E x E x y E y z E z
E j H
H j E J
E j H = E j J
J e1 , J m 1 E 1 , H 1
J e2 , J m 2 E 2 , H 2
2012-6-13
第一章 电磁场概述
23
1.11 反作用和互易定理
互易定理的微分形式
2012-6-13
第一章 电磁场概述
24
1.11 反作用和互易定理
场2对源1的反作用 场1对源2的反作用 互易定理的积分形式 同频的两组源及其产生的电磁场之间应该满足的关系。如 果已知一组源及其产生的电磁场,那么利用互易原理即可获知 另一组源及其产生的电磁场之间的关系。 互易原理中涉及的两组源的频率必须相同。
1 1 1
ˆ n
E1
H1 H2
E1
2 2 2
2012-6-13
第一章 电磁场概述
7
1. 4 边界条件
10
B
1.5 坡印亭定理
1.5.2 谐变场坡印亭定理
坡印亭矢量的时间平均值
复数形式的坡印亭矢量
2012-6-13
第一章 电磁场概述
11
1.5 坡印亭定理
1.5.2 谐变场坡印亭定理
微分形式的复数坡印亭定理
2012-6-13
第一章 电磁场概述
12
1.5 坡印亭定理
1.5.2 谐变场坡印亭定理
2012-6-13
第一章 电磁场概述
19
1. 9 波动方程
E ( E ) E
2
2 2 ˆ 2 ˆ 2 ˆ E x E x y E y z E z
E j H
H j E J
E j H = E j J
J e1 , J m 1 E 1 , H 1
J e2 , J m 2 E 2 , H 2
2012-6-13
第一章 电磁场概述
23
1.11 反作用和互易定理
互易定理的微分形式
2012-6-13
第一章 电磁场概述
24
1.11 反作用和互易定理
场2对源1的反作用 场1对源2的反作用 互易定理的积分形式 同频的两组源及其产生的电磁场之间应该满足的关系。如 果已知一组源及其产生的电磁场,那么利用互易原理即可获知 另一组源及其产生的电磁场之间的关系。 互易原理中涉及的两组源的频率必须相同。
1 1 1
ˆ n
E1
H1 H2
E1
2 2 2
2012-6-13
第一章 电磁场概述
7
1. 4 边界条件
微波工程基础(李宗谦)-第二章

单位长度上的串联阻抗 Z1 很小,并联导纳 Y1 也很小。完全可以
忽略分布参数的影响,认为传输线本身没有串联阻抗和并联导纳, 所有阻抗都集中在电感、电容和电阻等元件中。我们把这样的电路
称为集中参数电路。 但是,同样是平行双线,把它用在微波波段时,单位长度上的 串联阻抗 Z1 和并联导纳 Y1 则不能忽略不计。这时就必须考虑传 输线的分布参数效应,也就是说传输线的每一部分都存在着电感、 电容、电阻和漏电导。
2013-8-1
第二章
传输线理论
2
§ 2.1 微波传输线的基本概念
一、微波传输线的用途和种类
表 2.1 微波传输线的种类与用途
类 型 工作波型 名 称 应 用 波 段
TEM 波传输线
TEM 型波
平行双线 同轴线 带状线、微带
米波、分米波低频端 分米波、厘米波 分米波、厘米波
金属波导
TE、TM 型波
2013-8-1
dV I ( R j L) dz dI V (G jC ) dz
第二章 传输线理论
电报方程
13
dV I ( R j L) dz dI V (G jC ) dz
d 2V dI ( R j L) 2 dz dz
d 2V ( R j L)(G jC )V dz 2 d 2I ( R j L)(G jC ) I 2 dz
z+z ) (t t ) C (
z t C
波长:
2013-8-1
g
f
第二章
2
g
传输线理论
16
2.3 阻抗与驻波
一、反射系数
I ( z)
微波工程基础(李宗谦)-第五章1

N型接头 发展于1942年,以贝尔实验室P.Neil命名,插座的外直径大约0.625in (1in=2.54cm),使用的频率上限范围为11-18GHz,取决于同轴线尺寸 大小,结构结实但体积较大。
2012-6-13
第五章
无源微波电路
6
(2) 同轴接头
SMA接头(SubMiniature version A )
截止衰减器通常有20~30dB的起始衰减, 最大衰减量可达120dB~160dB。频带宽, 量程大,精度高是其优点。
无源微波电路
14
2012-6-13
第五章
3.旋转极化式衰减器 模片I:固定极化作用 模片II:衰减作用
E 1 E co s
模片III:衰减、固定极化作用
E 1 E 1 co s E co s
1 1 2
2 2 0
由 s s
H
s 2 s 2 s 11 12 13 2 1 2 s13 1 * * s1 1 s1 3 s1 2 s1 3 0
2
1
1 s11 s12 2 1 s 13 2
5.1 引言
无论在哪个频段工作的电子设备, 都需要各种功能的元 器件, 既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回 路等无源元器件, 以实现信号匹配、 衰减、隔离、分路、 吸收、反射、 滤波等; 又有晶体管等有源元器件, 以实现 信号产生、放大、调制、变频等。 微波系统由馈线、无源微波电路、有源微波电路以及天 线组成。各种无源、有源元器件的功能是对微波信号进行必 要的处理或变换, 它们是微波系统的重要组成部分,需要研 究其功能,结构和特性。对微波元件共同考虑的问题是:工 作频带、驻波系数、功率容量、体积和成本等。
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- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
基本要求
• 用场和路相结合的方法分析微波工程 应用及技术 • 将模型、数值仿真和实验测量分析的 方法相结合起来,对场变量进行分析 和研究
• 第5章:无源微波电路。讨论了从一端口到六端口 的各种无源微波器件与电路,以及谐振腔、非互 易器件,最后简单介绍微波滤波器。 • 第6章:天线及微波工程子系统简介。简单介绍了 各种应用的天线,如对称振子、阵列、抛物面天 线,还介绍了简单微波工程子系统的构成及其工 作原理,从而对整个微波技术基础的学习有一个 更全面的了解。 • 实验要求: • 本课程安排实验2个,学时数为8,学生通过实验了解 一些微波器件的工作原理和使用方法,实验名称 如下: 1)微波参数实验系统的构成及其工件原理; 2)电压驻波系数、微波波长、频率的测量;匹配 技术。
整个微波频段又可以划分为几段,它们是:
0.1 什么是微波
对于微波频段的划分和命名,国内外有多种方法,下列表格给 出了在雷达和制导技术领域划分微波频段的方法及其频段代号:
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。一般说来,微波系统的工作频率越高,其结构尺寸就越小、生 产成本也越高;微波通信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,微波大气传输的方向性和系统分辨 力就可能提高。另外,微波的频率越高,其大气传输和传输线传输 的损耗就越大。
微波技术基础
课程概况
课程目的
本课程是电子信息科学与技术类专业的专业基 础课。微波技术广泛应用于当前的通信与广播电视 等方面,如微波通信、微波遥感、雷达、电子对抗、 微波电磁兼容等。课程主要研究微波的产生、变换、 放大、传输、辐射、传播、散射、接收、检测、测 量等方面的内容,为从事这一领域研究的学生提供 最基本的入门知识。
寻呼机的工作频率为 300 MHz 左右;
蜂窝移动电话的工作频率为 450 MHz、900 MHz 和 1.8 GHz。 40 ~ 60 GHz 为保密通信频段;26.5 ~ 40 GHz 和 75 ~110 GHz 为 雷达、制导系统频段等等。
0.1 什么是微波
根据电磁波频率、波长与速度的关系:f 3108 米/秒可知, 微波的波长范围在 1 米至 0.1 毫米之间。可以采用如下的等式进行 微波波长和频率之间的换算: 波长 (米) 频率 (MHz) = 300 (106米/秒)
波长 (毫米) 频率 (GHz) =300 (106米/秒)
0.1 什么是微波
为了充分利用微波频谱资源,避免相互干扰,国际上对各微波频段 的用途都有一些规定。例如: 微波炉中磁控管的工作频率为 2.45 GHz; C 波段通讯卫星的工作频率:下行频率为 3.700 ~ 4.200 GHz,上 行频率为 5.925 ~ 6.425 GHz。 Ku 波段通讯卫星的工作频率:下行频率为 11.7 ~ 12.2 GHz,上行 频率为 14.0 ~ 14.5 GHz。
学时安排
内 容 第一章 电磁场理论概述 第二章 传输线理论 第三章 导波与波导 第四章 微波网络理论 第五章 无源微波电路 第六章 天线及微波工程子系统简介 实验 总计 学时数 2 10 10 8 8 2 8 48
0.1 什么是微波
通常,我们将频率为 300 MHz 至 30 GHz 的电磁波称作微波, 将 30 GHz 至 300 GHz 的电磁波称作毫米波,相应的电磁波频段称 作微波、毫米波频段。将频率在 300 GHz 至 3000 GHz 的电磁波称 为亚毫米波。