微波技术论文

微波技术原理与应用

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摘要：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，通过解决微波在传输、处理过程中的遵循的原理，逐渐使微波技术发展成为一门很完整的学科，并在工程上有日新月异的应用。在加热技术上形成一种全新的观念，在通信方面给信息领域带来一场空前的革命。

关键词：微波技术微波加热通信电磁波天线

正文：

一．微波技术概况

微波是一种频率很高的电磁波。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、频率在300--300000MHz左右的电磁波，他处于超短波与红外线之间。由于微波的频率很高，所以也叫超高频电磁波。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，如表所示。

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，大气传输和传输线传输的损耗也越大。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。

微波是一种电磁波，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。

微波的两重性。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——即似光性或直线性而对于相对尺寸小的物体，又显示出——波动性。

二．微波原理

1．微波的加热性。波作为一种电磁波也具有波粒二象性．微波量

子的能量为1 99×l0 -25～ 1．99×10-22j ．它与生物组织的相互作用主要表现为热效应和非热效应。微波能够透射到生物组织内部使偶极分子和蛋白质的极性侧链以极高的频率振荡，引起分子的电磁振荡等作用，增加分子的运动，导致热量的产生。微波还能够对氢键、疏水键和范德华产生作用，使其重新分配，从而改变蛋白质的构象与活性。

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“右舍”又是红外光波。

微波与超短波、短波相比较大大扩展了通讯通道，开辟了微波通讯和卫星通讯 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，这就是短波的天波通讯方式。

而在微波波段则有若干个可以通过

电离层的“宇宙窗口”。因而微波是

独特的宇宙通讯手段。

4. 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前沿课题。

5. 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。

6. 微波研究方法主要有两种：场论的研究方法和网络的研究方法。这也是本门课程要学习的重要方法。

其中场论方法的基础是本征 微波与光波段比较光通雨雾

衰减很大，特别是雾天兰光、紫

光几乎看不见，这正是采用红光

作警戒的原因。而微波波段穿

透力强。

模理论。网络方法的基础是广义传输线理论。

三．微波分析方法。

1．麦克斯韦解法。微波由于其高频特性，传输的主要特点是其独特的传输线常用双导线、同轴线、带线和微带等等。传输线方程也称电报方程。在沟通大西洋电缆(海底电缆)时，开尔芬首先发现了长线效应：电报信号的反射、传输都与低频有很大的不同。经过仔细研究，才知道当线长与波长可比拟或超过波长时，我们必须计及其波动性，这时传输线也称长线。如下便是均匀传输线方程或电报方程。

2.Smith 圆图。在微波工程中，最基本的运算是工作参数, Z, ρΓ之间的关系，它们在已知特征参数0Z β、和长度l 的基础上进行。Smith 圆图正是把特征参数和工作参数形成一体，采用图解法解决的一种专用Chart ，亦称阻抗圆图，其基本思想有三条。

1）. 特征参数归一思想 ，包含了阻抗归一和电长度归一。 阻抗归一：0(n)(n)Z z Z z Z = 1(n)(n)1(n)(n)1

(n)(n)1z Z z z Z z z Z z +Γ=-Γ-Γ=

+ 电长度归一： 2360g g l l π

ϑλλ==

用Z 0归一，统一起来作为一种情况加以研究。在应用中可以简单地认为Z 0=1。电长度归一不仅包含了特征参数β，而且隐含了角频率

(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)i z t u z z t u z t Ri z t L z t u z t i z z t i z t Gu z t C z t ∂∂∂∂⎧

⎡⎤-+∆+=+∆⎪⎢⎥⎪⎣⎦⎨⎡⎤⎪-+∆+=+∆⎢⎥⎪⎣⎦⎩

ω。由于上述两种归一使特征参数Z 0不见了；而另一特征参数β连同长度均转化为反射系数Γ的转角。

2）. 以系统不变量|Γ|作为Smith 圆图的基底在无耗传输线中，|Γ|是系统的不变量。由|Γ|从0到1的同心圆作为Smith 圆图的基底，使我们可能在一有限空间表示全部工作参数Γ、Z(Y)和ρ。

(2)2n (n)||||l j j z j l l l z e e e ϕϕβϕ--Γ=Γ=Γ=Γ。θ的周期是1/2λg 。这种以|Γ|圆为基底的图形称为Smith 圆图。

3）. 把阻抗(或导纳)，驻波比关系套覆在|Γ|圆上。

Smith 圆图的基本思想可描述为：消去特征参数Z 0，把β归于Γ 相位；工作参数Γ为基底，套覆Z(Y)和ρ。

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