微波技术基础-概述(1)
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。
《微波技术基础》课件
微波技术的应用领域
பைடு நூலகம்
通信
微波技术在无线通信领域发挥重要作用，包 括移动通信、卫星通信和无线局域网等。
医疗诊断
微波医疗设备可用于乳腺癌检测、皮肤病诊 断等，具有无创、高分辨率的特点。
雷达
微波雷达广泛应用于气象预测、航空导航、 智能交通等领域，实现目标探测与跟踪。
循环器
循环器是一种用于控制信号方向流动的微波器 件，常用于无线通信和雷达系统中。
微波电路的设计原则
1 匹配
保证信号的最大能量传输，减少反射损耗。
2 稳定性
设计电路时考虑温度、供电和尺寸等因素，保持稳定的工作性能。
3 带宽
设计宽带电路以满足不同频率范围的应用需求。
微波技术的未来发展趋势
未来，随着5G通信、物联网和人工智能等技术的快速发展，微波技术将在更 多领域展示出巨大潜力，为人类社会的进步和创新提供支撑。
工业加热
微波加热技术广泛应用于食品加工、材料烧 结等领域，具有快速、节能的特点。
常见的微波器件
波导
波导是一种用于传输和导向微波的金属管道， 常用于通信、雷达等高频电路中。
功分器
功分器用于将一个输入信号分成两个或多个输 出信号，常用于天线阵列和无线通信系统。
微波滤波器
微波滤波器用于选择性地传输或屏蔽特定频率 的信号，常用于通信和雷达系统中。
结论和要点
微波技术是一门重要的学科，应用广泛且前景广阔。深入了解微波技术的基 础知识对于我们掌握相关领域的应用和发展趋势至关重要。
微波技术基础
本PPT课件将带你深入了解微波技术的基础知识，包括微波技术的定义、物 理特性、应用领域、常见器件、电路设计原则以及未来发展趋势。
微波技术基础
摘要本文主要介绍了微波的基础知识，在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用，在第二章中介绍了微波传输线理论，主要介绍了TE型波的理论和传输特性。
10This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.微波技术基础第一章微波简介1.1 什么是微波微波是频率非常高的电磁波，就现代微波理论的研究和发展而论，微波是指频率从GHz300的电磁波，其相应的波长从1m~0.1mm，这段电磁频谱包~MHz3000括分米波（频率从300MHz~3000MHz），厘米波（频率从3GHz~30GHz），毫米波（频率从30GHz~300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz~3000GHz）四个波段。
下图为电磁波谱分布图：1.2微波的基本特点1.似光性和似声性微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多，当微波辐射到这些物体上时，将产生显著地反射、折射，这和光的反射折射一样。
同时微波的传播特性也和几何光学相似，能够像光线一样直线传播和容易集中，即具有似光性。
这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种物体发射或反射的微弱信号，从而确定该物体的方向和距离，这就是雷达及导航技术的基础。
精选微波技术基础知识
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstrip line）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanar line）
式中
微波集成传输线－带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数（特性阻抗）。2、在馈线、功分器，耦合器，滤波器，混频器，开关的设计中，体积小，重量轻，大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计，适用于多层微波电路，LTCC等，辐射小。4、封闭的电路，调试难。5、电路需要同轴或波导馈入，引入不连续性，需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中，存在不同节点常数的介质之间的连接，介质与金属导体的连接，分析方法非常复杂，尤其对3D电路，尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式，采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生
微波集成传输线－微带线
微 波 技 术 基 础
U － UL 其中 +＝ L ，IL ＝IL Z0 Z0
两个行波之和不一定是行波！
§1.3 长线的参量
一. 特性参量
指由长线的结构、尺寸、填充的媒质及工作频率决定 的参量。（和负载无关）
特性阻抗Z0
传播常数γ
相速Vp与波长λ
§1.3 长线的参量
1. 特性阻抗Z0
将传输线上行波电压与行波电流之比定义为传输线的 特性阻抗,亦即入射波电压与电流复量之比或反射波电 压与电流复量之比的负值，用 Z 来表示, 其倒数称为 0 特性导纳, 用 Y0 来表示。根据定义有:
第一章 传输线的基本理论
在微波技术的研究中，传输线理论具有基础性和 极大的重要性。传输线是能量和信息的载体及传 播工具，而且是构成各种微波元件和电路的基础。
低频下，电路尺寸远小于波长，因此可认为稳定状态的电 压和电流是在电路各处同时建立起来的，元件参量既不依 赖于时间、也不依赖于空间——“集总”电路分析观点。 基尔霍夫定律能圆满的解决实际问题。 微波电路的特点是波长短，与电路尺寸在同一量级，这意 味着电路一点到另一点电效应的传播时间与微波信号的振 荡周期可比拟，元件的性质也不再认为是集总的，必须该 用与器件有关的电场与磁场来进行分析。
三. 分析方法
1.场的方法：以E、H为研究对象，从麦克斯韦尔方程出发, 解满足边界条件的波动方程, 得出传输线上电场和磁场 的解, 进而研究传输特性的横向分布及纵向传输特性。 该方法较为严格, 但数学上比较繁琐。
2. 路的方法：在一定的条件下，以U、I为对象，从传输线 方程出发, 求出满足边界条件的电压、 电流波动方程的 解, 分析电压波和电流波随时间和空间的变化规律,即用 电路理论来研究纵向传输特性。本质上是化场为路。该 方法有足够的精度, 数学上较为简便, 因此被广泛采用。 长线理论就是研究TEM波传输线的分布参数的电路理论。
微波技术基础
微波技术基础第一篇：微波技术基础微波技术是指在微波频段内进行无线电波传输和工作的技术。
微波频段的频率范围为300MHz至300GHz，是一种高频电磁波。
微波技术应用广泛，包括通信、雷达、医疗成像、无线电视、卫星通信等方面。
本篇文章主要介绍微波技术的基础知识。
1、微波的特点微波的特点是波长短、频率高、传输能力强、穿透力强、反射和绕射能力弱。
由于微波波长短，具有高频率和短时间间隔，相应的能量高，因此可以携带大量信息。
微波具有很强的穿透力，可以穿透一些物质。
但它对金属等导电材料的反射和绕射能力非常弱。
2、微波的应用微波技术应用广泛，包括通信、雷达、医疗成像、无线电视、卫星通信等方面。
其中，通信是微波技术应用最广的领域。
无线电视也用到了微波技术，它具有大带宽和高清晰度等优点。
雷达是一种利用微波波段特殊频率特性进行目标侦察和跟踪的技术。
医疗成像是微波技术的另一个应用领域，例如计算机断层扫描，实现肿瘤发现和诊断。
3、微波的发射方式微波发射方式包括波束走向和波束展宽两类。
波束走向是指将微波束对准目标以达到传送信息的目的。
波束展宽是指通过微波辐射，以实现信息的传输。
微波发射方式的选择应根据不同的应用场景来确定，例如在通信中应选择波束走向，而在雷达中应选择波束展宽。
4、微波的传输损耗微波在传输过程中会发生一定的损耗。
导致这种损耗的原因主要包括传输路径的衰减、反射和绕射效应、电磁波散射等。
传输路径的衰减是微波传输损耗最主要的原因。
它可以通过加强发射功率、缩短传输距离、采用大口径天线等措施来降低影响。
5、微波天线天线是微波技术的重要组成部分，它能将高频率的电磁波转换成物理信号，实现信息的传输。
微波天线种类繁多，包括Horn天线、微带天线、反射天线、缝隙天线等。
微波天线的使用应根据具体应用需求来选择。
例如，在雷达中，反射天线和缝隙天线可以实现高精度的指向和定位，而微带天线则可以被制成很小的尺寸，方便安装和使用。
6、微波放大器微波放大器的作用是放大微波信号，以便在传输中降低信号衰减。
(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。
微波技术基础
微波技术基础微波技术是现代通信和雷达系统中不可或缺的技术之一。
它广泛应用于无线通信、卫星通信、雷达探测等领域。
掌握微波技术的基础知识对于从事相关领域的技术人员来说至关重要。
本文将介绍微波技术的基础知识，帮助读者更好地理解和应用微波技术。
一、微波技术的定义和特点微波技术是指利用微波（300MHz-300GHz）进行信息传输和探测的技术。
微波技术具有以下特点：1. 高频特性：微波技术的工作频率较高，能够提供较大的带宽，实现高速数据传输。
2. 穿透力强：微波具有很强的穿透力，可以穿透大气层，适用于远距离通信和雷达探测。
3. 直线性好：微波的传播路径近似直线，适合于直线传播的应用场景。
4. 天线尺寸小：与低频通信相比，微波通信所需的天线尺寸较小，便于集成和应用。
二、微波技术的关键组件微波技术的关键组件包括：1. 微波振荡器：微波振荡器是微波技术中的核心部件，它能够产生稳定的微波信号。
2. 微波放大器：微波放大器用于放大微波信号，提高信号的传输功率。
3. 微波混频器：微波混频器用于实现微波信号与其他信号（如射频信号）的混合，实现信号的调制和解调。
4. 微波天线：微波天线用于发射和接收微波信号，是微波通信和雷达探测的关键组件。
三、微波技术在通信领域的应用微波技术在通信领域的应用广泛，包括：1. 无线通信：微波技术是无线通信技术的重要组成部分，如4G、5G等通信标准都采用了微波技术。
2. 卫星通信：微波技术是卫星通信的关键技术，可以实现全球范围内的通信覆盖。
3. 深空通信：微波技术是实现深空通信（如火星探测、月球探测等）的重要手段。
四、微波技术在雷达探测领域的应用微波技术在雷达探测领域也有广泛应用，包括：1. 雷达探测：微波技术可以用于雷达系统的发射和接收部分，实现目标的探测和跟踪。
2. 气象雷达：微波技术是气象雷达的关键技术，用于气象观测和天气预报。
3. 航空雷达：微波技术在航空雷达中也有广泛应用，如空中交通管制、飞行器探测等。
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应用
基础理论作用
高频通信技术基础 高频器件设计、高频电路设计基础 天线设计技术基础 电磁兼容技术基础 后续课程理论基础：
“光纤通信”、 “天线技术”、 “电磁兼容”、 “移动通信”、……
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应用
从事专业领域——
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微波技术发展史
1831 : Faraday’s Electromagnetism Induction Phenomenon 1864 : Maxwell’s Equation Publication 1887 : Hertz’s Experiment for the Existence of Electromagnetic Field 1893 : Waveguide Theory for Propagation of Microwaves in a Guided Structure
互耦问题
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。因此，微波的研究已进入 集成电路和计算机。
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微波的特点
微波的特点（5）
趋肤效应：即频率越高、导线中的电磁能量越紧贴导 线表面传输。材料的电导率越高、趋肤效应越明显； 量子特性：电磁辐射能量不是连续的，而是由“能量 子”组成，每个量子的能量与其频率成正比。不少物 质的能级跃迁频率恰好落在微波的短波段，因此近年 来微波生物医疗和微波催化等领域已是热点。在特定 条件下当微波与物质相互作用时，须考虑量子效应； 热效应：穿透性强，可深入物质内部产生热效应，加 热速度快而均匀。 ……
《Microwave Engineering》 [美]David M.Pozar 电子工业出版社，2006
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绪论——课程主要教学内容
传输线理论 传输线和波导 微波网络分析 阻抗匹配与调谐 微波谐振器 功率分配器和定向耦合器(微波器件……)
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微波器件——谐振器、功分器、 耦合器等 微波基础理论 传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配 波导理论(矩形波导、圆波导、同轴线) 器件原理(谐振腔、功分器、耦合器等)
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学习内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端 接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹 配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；(第2、5章) 微波传输线、波导理论，矩形、圆柱形波导中的传输特 性和模式理论，单模传输条件，为“光纤通信”类课程 做基础理论准备； (第3章) 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； (第4章) 微波基本元器件（微波谐振器、微波无源器件和微波滤 波器）的分析及其基本工作原理，以及在通信设备中的 应用，为“无线通信”类课程作准备。 (第6、7章)
课堂启发（突出知识点内在联系） 互动（反馈—调整、交流与沟通）
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绪论——学习方法
难点——数学公式繁多，不便记忆 学习方法要点 抓住重点，牢固掌握基本概念（如反射 系数、特征阻抗、匹配定义等） 把握内在联系，数学公式转化与推导 1~2本课外参考书对比学习（概念、推导） 独立作业
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绪论——考试形式与教学时间
考试形式
成绩评定：平时 + 期中 + 期末 期中、期末闭卷考试
教学时间
学时：36学时 时间、地点：教三-433
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绪论——教学形式
讲课安排
上节内容回顾—本节重点—本节内容—本节 总结
讲课形式
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微波概念与特点
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从频谱认识微波
什么是“微波”？
频率非常高的电磁波 波长范围 1毫米 ~ 1米
注：也有其它地方定 义为频率300MHz ~3000GHz，波长为 1m~0.1mm
频率范围 300MHz ~ 300GHz
赵克玉/许福永．微波原理与技术．高等教育出版社， 2006 廖承恩．微波技术基础．国防工业出版社，1988
先修基础课程
电磁场与电磁波
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绪论——习题练习参考教材
习题练习参考书目
微波技术学习与解题指南.赵春晖等.高等教育出版 社，2008年 微波技术解题指导.顾继慧编著.科学出版社,2009年 微波技术基础——概念、题解与自测.尚洪臣等.北 京理工大学出版社，2005年。
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从频谱认识微波
微波频段中的一些特殊频段
L波段： S波段波段： C波段： X波段： Ku 波段： Ka 波段： 950M~1750M 10 厘米波段 5厘米波段 3厘米波段 2厘米波段 8毫米波段 (1~2GHz) (2~4GHz) (4~8GHz) (8~12GHz) (12~18GHz) (27~40GHz)
长 波 无 线 电
短 波 无 线 电
甚 高 频 电 视
微波
远红外
红外
可 见 光
103
102
10
1
10−1
10−2
10−3
10−4
10−5
10−6
波长（m）
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从频谱认识微波
微波频段的进一步划分
波段名称 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 波长范围 1m ~ 10cm 10cm ~ 1cm 1cm ~ 1mm 1mm ~0. 1mm 频率范围 波段名称 0.3 ~ 3GHz 特高频UHF 3 ~ 30GHz 超高频SHF 30 ~ 300GHz 极高频EHF 300 ~ 3000GHz 超极高频
分布参数特性——对于微波，系统内各点磁场、电
场不同，呈分布状态,电阻、电感也呈分布状态；传输 线本身具有电阻、电感、电容，构成分布参数系统。
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微波的特点
微波的特点（2）
能穿透电离层的特性：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，普通无线电波受大气电 离层反射或吸收，对于短波几乎全反射，这就是短波 的天波通讯方式。而在微波则有若干个特殊频段上的 电磁波可以穿透电离层，成为电磁频谱中的“宇宙窗 口”，给宇宙通信、卫星通信、卫星定位、导航应用 以及射电天文学的研究提供有利条件；
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微波技术发展史
(Continued) 1900 : Wireless Signals Transmission across the Atlantic Ocean (Marconi) 1905 : Einstein’s Narrow Relativity Principle 1944 : Microwave Traveling Wave Tube 1946 : Microwave Oven 1953 : Microstrip Antenna ……
无线通信系统 高频电路/器件设计开发/芯片设计 天线设计 电磁兼容性设计 雷达、电子对抗 生物医疗、地质勘探 ……
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建立微波技术的观点与分 析方法 怎么学？
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建立微波技术的观点与分析方法 波动的“客观性”与“主观性”
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教学内容与教学安排
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绪论——教材说明
课程教材 《微波技术基础》
电子工业出版社 2013年
课件下载
microwave2014@ SN：microwavebupt
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绪论——教材说明
课程参考教材 《微波工程》（第三版）
合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料
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
从频谱认识微波
我国移动通信所用频谱的划分
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学习本课程的作用与意义
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学习什么内容？
围绕信号、功率的传输，学习微波 在器件中传输的基本分析方法，学 习微波器件的基本原理 微波传输——传输线、波导
纵观“左邻右舍”，它处于超短波和红外光波之间。
300MHz 300GHz
超短波
微波
北京邮电大学—微波在频谱划分中的位置
频率（Hz）
3 × 105 3 × 106
调 幅 广 播 无 线 电
3 × 107 3 × 108
调 频 广 播 无 线 电
14 3 × 109 3 × 1010 3 × 1011 3 × 1012 3 × 1013 3 × 10
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从频谱认识微波
其他无线电波频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
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微波的特点
微波的特点（1）
似光特性： 波长短，若遇反射物体几何尺寸大于或可 与波长相比拟时，传播特性与可见光相似，即会产生 透射、反射、散射和绕射等现象； 微波的两重性：微波的两重性指的是对于尺寸大的物 体，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。