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1、电磁场微波技术与天线,电子信息与机电工程学院：戴宏跃,Tel:18617358096 QQ:406434 ,第0章 绪 论,1、电磁频谱 2、微波及其特点 3、微波的应用,微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一门比较成熟的学科。在雷达、通信、导航、遥感、电子对抗以及工农业和科学研究等方面，微波技术都得到了广泛的应用。微波技术是无线电电子学中一门相当重要的学科，对科学技术的发展起着重要的作用。,第一章 绪论,微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从1m到0.1mm范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3108Hz31012Hz。如下图所示。,一、电磁频谱,纵观“左邻右舍”它处于超短
2、波和红外光波之间。,电磁波谱中介于无线电波与红外线之间的波段。 属于无线电波中波长最短即频率最高的波段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 通常：波长1米1毫米，频率300MHz 300GHz。 (中国:1米-1毫米, 美国:30厘米-0.3毫米) 分为：米波、厘米波和毫米波。 有时用一些特定字母来代表微波中的某一波段。,二、微波及其特点,微波波段划分如下:,微波波段的代号及对应的频率范围,其中： S、C、X：分别代表10cm、5cm、3cm波段。 U、Ka ：68mm为80s中期用得较多的通信频段. W(3mm)：实际上是卫星通信的主流频段。 CK ：为早期的微波通信频段，80s 后较
3、少用。 家用电器、通信频率相对较低：KHz3G。,家 用 电 器 的 频 段,微波特点：,1.似光性（波长短）,微波波长较短时：当微波的波长比地球上的宏观物体(如飞机、舰船、导弹、卫星、建筑物等)的几何尺寸小得多时，微波照射到这些物体上时将产生强烈的反射。此直线传播的特点与几何光学相似，故可以说微波具有“似光性”。利用这一特殊，可以制成体积小、方向性很强的微波天线，用来发射或接收微弱的微波信号，从而为雷达、微波中继通信、卫星通信和导弹等提供必要条件。微波最早的应用实例雷达。,微波波长较长时：当微波的波长与实验设备（比如波导、微带、谐振腔呈其它微波元件）的尺寸相比在同数量级时，使得电磁能量分布于
4、整个微波电路之中，形成所谓“分布参数”系统。这与低频电路有原则区别，因为低频时电场和磁场能量是分别集中于所谓“集总参数”的各个元件中。,因为微波波段的振荡周期在10-910-13s数量级，而普通电真空器件中电子的渡越时间一般为10-9s数量级，就是说二者属于同一数量级。于是，在低频时被忽略了的电子惯性，亦即电磁波与电子间的相互作用、极间电容和引线电感等的影响就不能再忽视了。普通电子管已不能用做微波振荡器、放大器或检波器了，代之而来的则是建立在新的原理基础上的微波电子管、微波固体器件和量子器件，同时伴随频率的升高、高频电流的趋肤效应、传输系统的辐射效应以及电路的延时效应（相位滞后）等明显地表露出
5、来。 由于微波频率极高，它的实际可用频带很宽，可达109Hz数量级，这是低频无线电波无法比拟的。频带宽意味着信息容量大，因而微波可作为多路通信的载频。另外，微波受外界干扰小，且不受电离层变化影响，通信质量高于低频无线电波。,2. 频率高,3. 具有穿透性,利用微波本身的高频振荡，微波可以穿透电离层。由于微波不能被电离层所反射，所以微波的地面通信只限于天线的视距范围之内，远距离微波通信需要用中继站接力。另一方面，利用微波能穿透电离层，可以利用微波进行宇航通信、卫星通信和射电天文学研究等，因此微波开辟了电磁波谱中的一个的“宇宙窗口”。,微波还可以穿过生物体，即能够深入物质（介质）内部，研究分子和原
6、子核的结构， 是近代微波波谱学和量子电子学所依据的基本物理基础。,宇 宙 窗 口,在微波波段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. 量子特性 由于低频电波的频率很低，量子能量很小，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的键，量子特性不明显。 微波波段的电磁波，单个量子的能量为10-6 10-3eV。而一般顺磁物质在外磁场中所产生的能级间的能量差额介于10-510-4eV之间，因而电子在这些能级间跃迁时所释放或吸收的量子的频率是属于微波范畴的。因此，微波可用来研究分子和原子的精细结构。同样在超低温时物体吸收一个微波量子也可产生显著反应。 上述两点对近代尖端科
7、学，如微波波谱学、量子无线电物理的发展都起着重要作用。 利用此特性和原理，可研制适用于许多微波波段的器件。,微波,似光性,定位天线,频率高,多路通信,穿透电离层,天文学研究,量子特性,微波波谱学,微波的特点归纳起来主要为以下几方面：,（a）雷达：军用、民用（防撞、测速、气象） （b）电子战( EW )：侦察、欺骗、干扰、摧毁 （c）无线通信：卫星通信与导航、微波中继通信 （d）微波能： 和平利用,三、微波的应用,军事应用： 雷达目标跟踪、导弹制导、火炮瞄准、测量、预警 通讯点对点（保密） 电子对抗干扰和抗干扰 微波武器微波炮、微波弹、微波武器平台(集雷达侦察与火控制导、超强干扰和定向能攻击于一
8、体的多功能电子对抗平台),三、微波的应用,民用雷达气象、导航、汽车防撞、遥感通讯中继通信、多路通信、卫星通信、 广播电视微波加热应用食物制作（微波炉）、材料烘干（干燥机）、消毒（牛奶、医用）、微波治疗（癌症、前列腺疾病和理疗等）,三、微波的应用,科学研究：加速器核医学、对撞机等等离子体加热核聚变能源射电天文观测微波与物质相互作用 材料的微波处理烧结、合成、改性 微波化学加速反应过程 微波生物效应改变生物成长过程,三、微波的应用,历史的脚步,最早的微波传输实验-1931,Hertz 1913,Marconi1901,电真空管,1908,最早的火控雷达,最早的微波集成电路 （64-68， TI公司
9、研制）,2018/10/11,单极天线,2018/10/11,八木天线,产品名称:八木天线,HD-1920YAGI10 极化:H/V 水平波未宽度:50 垂直波未宽度:60 增益:10.0dB CONNECTOR:N-50K VSWR:1.5,2018/10/11,对数周期天线,产品名称：偶极子天线,产品型号：HD-1822 频率(GHz):1.8-2.2 材料:铝 VSWR Max. 1.5,2018/10/11,双锥天线,对数螺旋天线,盘锥天线,对称振子天线,环天线,对数周期天线,波纹喇叭天线,宽带喇叭天线,双极化喇叭天线,圆极化喇叭天线,高增益栅状抛物面天线,扩频天线,背射天线,产品型号
10、：HD-22RA1200 频率(GHz):1.82.6 直径（mm）:1200 带宽（GHz）:12 增益(dB)27.5 波未宽度:6.7 VSWR Max. 1.5 旁瓣电平（dB）-18 极化方式: V，H，LR，R,抛物面天线,2018/10/11,DH8910宽带全向天线频率范围：100MHz1300MHz。增 益： 2dB （典型值电压驻波比：接头形式： N(K)外型R寸：用 途 ：适合于电磁兼容测量和移动通信使用 ，尤其适合舰船和固定监测站使用,2018/10/11,全向天线,2018/10/11,定向双极化天线,2018/10/11,2018/10/11,比较好的65度振子,比
11、较差的65度振子,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,2018/10/11,比较好的90度振子,比较差的90度振子,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,2018/10/11,室内用的吸顶天线,GJL-861交通管制雷达,精密跟踪雷达,J-231中程警戒雷达 具有良好的反隐身能力和抗反 辐射导弹能力；工作可靠性高，集成化和固态化程度高；自动化程度高，操作简单，环境舒适及机动性强；雷达录取数据可通过数据通讯进入雷达情报网。 技术指标 距离探测方位 大于等于260KM 方位探测距离 0度-360度 连续工作时间 大于12小时 环境温度 零下40度-50度 相对湿度 95-98%(30度） 接
12、收机噪声系数 小于等于3dB 接收机中频带宽 15050kHz 天线转速 0.5-4r/min,SMART-L is a 3-D, D-Band, fully automatic volume search radar.,LW 08 2D, L-Band Radar for long range air and surface surveillance.,2018/10/11,2018/10/11,岸防侦校雷达,防空火控雷达,超低空搜索雷达,自行搜索雷达,中程侦校雷达,雄蜂2反舰导弹雷达导引头,炮瞄雷达,炮瞄雷达是用于自动跟踪空中目标，测定其坐标，并通过指挥仪控制高射炮瞄准射击的雷达。又称火炮
13、控制雷达。 世界上第一部炮瞄雷达是美国陆军通信队于1938年研制成功的SCR268型雷达。它用于控制探照灯在夜间照射目标，引导高射炮对目标射击，但还需手动控制高射炮跟踪目标。1943年，美国又研制成功微波炮瞄雷达SCR584，这是第一部自动跟踪炮瞄雷达。它与指挥仪配合，大大提高了高炮射击的命中率。1944年德国发射V1导弹袭击伦敦时，最初英国击落1枚V1平均需发射上千发炮弹，而使用SCR584后，平均仅需50余发炮弹。 今天几乎所有高射炮都装备了炮瞄雷达。在速度快、机动性好的的现代作战飞机面前，没有炮瞄雷达的高炮就如同瞎子一般。,电子战 电子侦察机,美军EP3白羊座电子情报侦察机,EP-3E乘
14、员24名，典型情况下，EP-3E有3个飞行员（EP-3E长达12小时的滞空时间需要两组飞行员换班），1个领航员，3名战术评估人员和1个飞行工程师。剩余的人员是电子战装备操作员，技术专家和机械师。EP-3E的电子战人员由有以下几部分组成： 电子战任务指挥官Electronic Warfare Mission Commander (EWMC) 电子战机长Electronic Warfare Aircraft Commander (EWAC) 资深评估员 Senior Electronic Warfare Tactical Evaluator (SEVAL) 电子战操作员Electronic War
15、fare Operator (EWOP) 技术参数：4台艾利逊T56-A-15涡轮螺旋桨发动机，每台功率3,661Kw；机长35.61m、机高10.27m、翼展30.38m；最大起飞重量64,410Kg；最大时速701Km/h4,570m；巡航速度333Km/h。,EP-3电子情报侦察机是在P-3奥立安反潜巡逻机基础上改进的，用于取代洛克希德EC-121星座电子情报侦察机。首批EP-3A白羊座使用P-3A改装，去掉尾部的磁异常探测针，安装了一些电子分析装置和附加的雷达天线罩，但还没有安装机腹下的圆形雷达。1969年，又使用P-3B改装了两架EP-3B，在1975年，在P-3C基础上又改装了10
16、架EP-3E白羊座II，原先的两架EP-3B也升级到EP-3E标准。这12架EP-3E都交付到部署在关岛的VQ-1特种航空侦察中队和西班牙洛塔航空站的VQ-2特种航空侦察中队。日本川崎也用P-3C改装成EP-3装备日本海上自卫队。EP-3E与原来的P-3C相比，机上的反潜设备统统拆除，取而代之的是分析雷达信号的电子设备安装在EP-3E飞机上新型电干设备包括：联合技术实验室的ALQ-110信号收集系统、ALD-8无线电方向探测器、ALR-52自动频率测量接收机、ALR-60多路无线电通讯录音装置。在外观上EP-3E飞机和P-3飞机的不同之处是前机身下有1个圆形雷达罩，机身上、下各有1个长方形黑色天线罩。这些飞机的任务是搜集、储存和分析由雷达和无线电设备发出的信号。美国海军VQ-1特种航空侦察中队的EP-3E经常从日本起飞，沿我国海岸线飞行，搜集我国防空雷达和通讯系统的电磁波频率、信号特征，获得这些情报后，便可以利用在识别、干扰、破译等用途中。,
