微波基础与微波器件课件

《微波基础与微波器件课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波基础与微波器件课件（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,微波基础与微波器件,上海和旭微波科技有限公司 Shanghai Hexu Microwave Technology Co.,Ltd 研 发 部 R&D Department,微波基础,微波的频率在300MHz-300GHz之间，波长在1米（不含1米）到1毫米之间，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频”。,微波的概念：,微波基础,微波的传输过程,微波基础,微波与射频的区别：,射频（RF）是Radio Frequency的缩写。是普通无线技术里常用来发射的电磁波频率。 从传统定义上，“射频” freq300KHz，30GHz，再往上面就是微

2、波的范畴了。 因此对于“射频”，多见的是“路”概念， 到了微波范畴，分布参数随着频率越高，“场”的概念就变强了！,微波基础,微波的特性：,微波,似光性,卫星通信,频率高,多路通信,穿透电离层,天文学研究,量子特性,微波波谱,微波基础,似光性微波与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样地传播和集中。,自由空间中以光速沿直线传播,在不同媒质的分界面上要发生反射和折射,如果分界面的线性尺寸不比波长大很多，会出现干涉和衍射现象,遵守波动基本规律,微波波长和一般物体的线性尺寸相当，可以采用成熟的几何光学方法来设计各种微波仪器和设备，比如用透镜或反射面来设计微波天线,设计器件体积小，波束方向性强,微波基础

3、,频率高,振荡频率3亿次以上，周期短，10-910-12 s,低频电子器件的渡越时间10-810-9s,需要考虑完全新颖的微波电子器件,可用频带很宽，在大容量通信场合得到广泛应用，如卫星通信、多路通信。具有通信容量高、抗干扰能力强的特性,微波基础,穿透性,在特定波长穿透电离层，可以卫星通信、宇宙通信、遥感、定位,穿透云、雾、雨、植被、积雪，并对微波有不同程度的吸收与反射，可以利用厘米波或这毫米波雷达来观测它们的存在和流动。气象预报,穿透地表，作为探地雷达,能穿透生物体，为微波生物医学打下基础,微波基础,非电离性,量子能量不够大，不能改变分子内部结构，分子、原子和原子核呈现出谐振现象。,可以探索

4、物质内部结构,可以研制适用于微波波段的器件,微波基础,热效应,微波电磁能量传送到有耗物体内部，会使物体分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热,可以进行微波加热，用于粮食、茶叶、卷烟、木材、皮革等各种行业,热效率高、热透深度大（约4cm）、加热均匀（里外一起热）、加热迅速,微波基础,传输介质与性质：,1.金属材料不吸收微波，只能反射微波。如铜、铁、铝等。用金属(不锈钢板)作微波炉的炉膛，来回反射作用在加热物质上。不能用金属容器放入微波炉中，反射的微波对磁控管有损害。 2.绝缘体可以透过微波，它几乎不吸收微波的能量。如玻璃、陶瓷、塑料(聚乙烯、聚苯乙烯)、聚四氟乙烯、石英、纸张等，它们对微波是透明的，

5、微波可以穿透它们向前传播。这些物质都不会吸收微波的能量，或吸收微波极少。物质吸收微波的强弱实质上与该物质的复介电常数有关，即损耗因子越大，吸收微波的能力越强。家用微波炉容器大都是塑料制品。微波密闭消解溶样罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。 3.极性分子的物质会吸收微波(属损耗因子大的物质)，如：水、酸等。它们的分子具有永久偶极矩(即分子的正负电荷的中心不重合)。极性分子在微波场中随着微波的频率而快速变换取向，来回转动，使分子间相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使温度升高。我们吃的食物，其中都含有水份，水是强极性分子，因此能在微波炉中加热。,微波基础,微波技术的发展和应用：,一、发展方向：,微波

6、基础,微波技术的发展和应用：,二、技术应用：,微波基础,微波技术的发展和应用：,由于微波频带宽，信息容量大，因此微波可用于多路通信。在有线通方面，利用同轴电缆可以同时传送机千路和几路电视信号；在无限通信方面，利用微波的中继接力传送电视信号，利用微波能穿透电离层的特性，可进行卫星通信和宇航通信，利用外层空间三颗互成120 角的同步卫星，就能实现全球通信和电视实况转播。,微波基础,其他应用：,环境应用：沙子潮湿的测量、海洋表面的风速、洪水绘图、大气层温度的轮廓、雪层/冰层的测绘等,军事应用：目标检测、监 视、目标确 认、绘图等,天文学应用：行星绘图、银河星系射电噪声目标的测绘、太阳辐射测绘、宇宙黑

7、体辐射的测量,微波基础,适用范围及发展： 微波的发展还表现在应用范围的扩大。微波的最重要应用是雷达和通信。雷达不仅用于国防，同时也用于导航、气象测量、大地测量、工业检测和交通管理等面。通信应用主要是现代的卫星通信和常规的中继通信。射电望远镜、微波加速器等对于物理学、天文学等的研究具有重要意义。毫米波微波技术对控制热核反应的等离子体测量提供了有效的方法。微波遥感已成为研究天体、气象和大地测量、资源勘探等的重要手段。微波在工业生产、农业科学等方面的研究，以及微波在生物学、医学等方面的研究和发展已越来越受到重视。,微波基础,常用专业术语： 一、微波常用单位：dB（分贝） 1.dB（分贝）：描述功率传

8、输增益或插损或相对功率电平。若有功率P1(输入)和P2(输出) 定义: N(dB)=10log10(P2/P1) 若N为正，则称P2大于P1NdB 若N为负，则称P2小于P1NDb dB（分贝）：描述电压传输增益或插损或相对电平。若有电压V1(输入)和V2(输出) 定义： GV(dB)=20log10(V2/V1),微波基础,dBW(分贝瓦)：P1取1W 定义 N(dBW)=10log10(P2/1W) dBm(分贝毫瓦)： P1取1mW=10 W， 定义 N(dBm)=10log10(P2/1mW) dBmW(分贝微瓦)： P1取1W=10 W，定义 N(dBmW)=10log10(P2/1

9、W),-3,-6,微波基础,二、插入损耗(Insertion Loss)： 插损：在传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。,微波基础,三、驻波比- Voltage Standing Wave Ratio （回波损耗）： 驻波比就是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 SWR 的值等于1， 则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的情况。如果SWR 值大于1， 则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。被反射的电波在发射台输出口

10、也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。,常见微波传输线及微波器件,微波器件涵盖范围很广，包含领域比较多，以下简要介绍一下微波传输系统中常用的传输线以及器件。 微波传输线是微波通信和微波设备中传输信号和能量的通道。微波器件在微波传输系统中起着改变信号电平，改变信号传输模式，隔离，分配等作用。,微波基础,矩形波导,矩形波导是横截面为矩形的空心金属管，如图所示。图中a和b分别为矩形波导的宽壁和窄壁尺寸，它们决定了波导传输的带宽。由于矩形波导不仅具有结构简单、机械强度大的优点，而且由于它是封闭结构，可以避免外界干扰和辐射损耗；因为它无内导体，所以导体损耗低，而功率容量大。在目前大中功率的微波系统中常

11、采用矩形波导作为传输线和构成微波元器件。,微波基础,圆波导：,圆波导是横截面为圆形的空心金属管，如图所示，其尺寸半径为R。,由于圆波导具有损耗较小和双极化的特性，所以常用作天线馈线和微波谐振腔，也可作较远距离的传输线。 圆波导具有轴对称性，故宜采用圆柱坐标来分析。,微波基础,同轴线：是一种双导体传输线，如图所示。同轴线按结构可分为两种：硬同轴线和同轴电缆。硬同轴线内外导体之间媒质通常为空气，内导体用高频介质垫圈支撑。同轴电缆的内外导体之间填充高频介质，内导体由单根或多根导线组成，外导体由铜线编织而成，外面再包一层软塑料等介质。,微波基础,带状线：结构如图所示，带状线属双导体类传输线，传输的主模

12、是TEM模。 对于带状线的分析可以用传输线理论来分析。表征带状线的主要特性参量有传播常数、相速、相波长和特性阻抗。,微波基础,微带线：微带线是一种重要的微波传输线，其结构如下图所示。它是由介质基片上的导带和基片下面的接地板构成。微带线容易实现微带电路的小型化和集成化，所以微带线在微波集成电路中获得了广泛的应用。,微波基础,滤波器(filter)：,滤波器是允许某一部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号则受到较大的抑制，实质上是一个选频电路。,微波基础,衰减器：(attenuator)在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的四端网络，其主要

13、用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。 微波衰减器按照接口形式可分为同轴衰减器，微带衰减器和波导衰减器。按照衰减量的型式又可分为衰减值固定的固定衰减器以及衰减量范围可调的可调衰减器。,微波基础,耦合器：从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合度大小分为5、10、15、20.dB不同规格；从基站提取信号可用大功率耦合器（300W），其耦合度可从3065dB中选用；同轴耦合器的接头多采用N头。 其他耦合器还有波导耦合器，微带耦合器等。,微波基础,工作频带：满足指标要求的工作频率范围。 耦合度：耦合端输出信号与输入信号功率的比值，是衡量耦合大小及区分耦合器规格的参数，可按照需要提出不同的耦合度指标

14、，通常以分贝（dB）表示。 C（dB）10log(P4/P1) 其中：P4为耦合输出功率，P1为输入信号功率。,微波基础,隔离度：隔离度定义为输入信号功率P1与隔离端输出功率P3之比的分贝数。 I（dB)=10log（P1/P3) 方向性：方向性定义为耦合输出功率P4与隔离端输出功率P3之比的分贝数。 D（dB)=10log（P4/P3),微波基础,插入损耗：系统因定向耦合器的加入而使主线通道增加的损耗。因为耦合信号越大、直通信号越小，所以不同耦合度定向耦合器的插入损耗也不同。 耦合平坦度：在工作频带内耦合端输出信号电平的起伏大小。输出越平坦性能越好。 电压驻波比（VSWR）：评价输入信号到耦

15、合器各端口时被反射回来的大小，一般要求小于1.2。 功率容量：能承受的最大输入功率，通常为50W100W。,微波基础,负载：波导负载是波导测量系统中和波导馈线系统中不可或缺的终端器件。 波导负载吸收体采用体状吸收材料，改变了片状负载易振、易损的缺点，并大大提高了匹配和吸收性能。,微波基础,同轴射频电缆组件 射频同轴连接器装接一定的相配射频电缆组成。射频同轴电缆组件是一根完整的传输线，同一型号的电缆可以装接不同类型的连接器以满足不同需求。 同轴射频电缆组件主要用于微波传输系统中的射频连接。 和旭微波目前主营业务是较高端的低损耗射频电缆及高稳相射频电缆组件。 该型射频电缆组件具有低插入损耗以及很高的机械相位稳定性和温度相位稳定性。特别适合使用在雷达和天线的馈线系统中。,微波基础,软波导组件 软波导按照字面释义就是柔软的波导，通常有两种结构，一种 是整体型的薄壁波纹管，一种结构是使用铜带卷绕而成的互锁型波纹管。 薄壁波纹管密封性能较好且插入损耗较低。互锁型软波导除了弯曲性能 较好以外，还具有可以扭转的性能，可以用来改变传输波形的极化方向。 软波导主要用于补偿连接系统中的偏差，用来保护一些较为脆 弱的器件。通常软波导组件是使用软波导管坯两端焊接法兰，并且外刷 橡胶护套制成。,软波导 （a）波纹管式软波导 (b)互锁式软波导,微波基础,谢谢您的参与！,