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1、微波技术基础,微波技术基础,课程英文名称：Foundations for Microwave Technology 学 时 数 ：56 学 分 数：3.5 课程类型：学科基础课 适用学科专业： 电磁场与无线技术、电波传播与天线 先修课程：电磁场理论、电磁场数学方法,微波技术基础,平时成绩：40%（课程设计、作业及考勤） 期末考试：60% 考试方式：笔试、闭卷,授课教师： 唐 璞,微波技术基础,先修课程：电磁场与波 后续课程：微波网络 微波集成电路 微波固态电路 微波测量 天线原理与设计 电波传播 ,绪论,微波技术学科的建立,绪 论,微波及其特点：属于电磁波，占其中一段,绪论,电磁波波段划分,微
2、波常用波段代号,绪论,（续后）,(续前）,绪论 微波常用波段代号,家用电器频段,绪论 微波常用波段代号,移动通信频段,绪论 微波常用波段代号,频分双工(Frequency Divising Duplexing),时分双工(Time Divising Duplexing),移动通信频段 - 4G,TD-LTE 即 Time Division Long Term Evolution(分时长期演进),是由阿尔卡特-朗讯,诺基亚西门子通信,大唐电信,华为技术,中兴通讯,中国移动等业者,所共同开发的 中国移动采用了4G LTE标准中的TD-LTE。TD-LTE演示网理论峰值传输速率可以达到下行100Mb
3、ps、上行50Mbps 中国移动获得4G牌照，具体频谱资源方面，中国移动获得130MHz，分别为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz,中国联通和中国电信均获得4G牌照并提供服务,微波的主要特性,1.微波的频率高且波长很短，与几何光学相似，即似光性。,似光性和似声性,直线传播、反射、折射、衍射等。,绪论,利用微波似光性, 就可以获得方向性好、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反射回来的微弱信号，从而确定该物体的方位和距离，这就是雷达导航技术的基础,微波的主要特性,似光性和似声性,2.微波的波长与物体的尺寸具有相同的量级，使得微波的 特点又
4、 与声波相近，即似声性。,绪论,微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学中的喇叭、萧和笛。微波谐振腔类似于声学中的共鸣箱,绪论 微波的主要特性,穿透性好,物质内部：微波探伤 电离层：卫星通信 雨雾、雨、植被、积雪和地表层：微波遥感 生物体：医学透热疗法 等离子体：远程导弹、航天器实现制导和通信,1. 涂层、单个绝缘板和塑料，陶瓷和各非金属材料合成的多层非金属合成物厚度和各层的细微变化； 2.分层介质的粘合性、层次性和失效性的检测； 3. 各非金属合成物中的内部缺陷、纤维束方向、损坏量及湿度的监测； 4. 硬质合金结构中严重损坏处的检测和损坏程度评估； ,微波遥感：主动式和被动
5、式。 主动式：发射和返回。利用微波投射到物体表面，由其反射的微波波长改变及频移确定其大小，形态以及移动速度的技术，通过数据对比，分析出目标特性。 被动式：接收物体辐射的微波，如微波辐射计和散射计等。,绪论 微波的主要特性,微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子间的键。,非电离性,为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段,利用这一特性和原理，可研制许多适用于微波波段的器件和仪器,信息性,绪论 微波的主要特性,微波的频率很高，所以在不太大的相对带宽下，其可用的频带很宽，这意味着微波的信息容量大。,电磁波是人类用来传递信息的重要资源,绪论 微波的主要特性,渡越时间效
6、应及传播延时效应,延时效应可以不考虑，电路采用集总参数计算,电路中各点相位不一致，表现为分布参数,计算方法：场（电磁场分析方法） 路（等效电路，如传输线法）,绪论 微波的主要特性,微波的大气传播特性 1.氧气和水蒸气对微波频率会产生选择性的吸收和散射， 在毫米波频段尤为突出； 2.氧气分子谐振引起的吸收峰 出现在60GHz和120GHz附近， 而由水蒸气谐振引起的吸收 峰在22GHz和183GHz附近。,绪论 微波的主要特性,3.四个传播衰减相对较小的 “窗口”，其中心频率分别 在35、94、140和220GHz， 相应波长分别为8.6、3.2、 2.1和1.4mm； 4.随着电磁波的工作频率
7、升 高，总的衰减呈上升趋势。,绪论 微波的主要特性,微波的应用,绪 论,微波的实际应用领域相当地广泛，特别是近60年里微波应用发展很快。微波除了军事用途外，还涉及并渗透到科学研究和国民经济的许多部门。微波除广泛应用于军事目的各种大型和小型雷达外，还运用于民用的如导航、空中交通管制、气象预报、微波遥感、汽车防撞、公安检测、防盗，还可用于加热、杀菌等。,绪论 微波的应用,传递信息的媒介 科学研究的手段 微波能应用,可归纳为：,绪论 微波的应用,传递信息的媒介,电子战、信息战、空天一体化作战体系,以F-22为代表的美军隐形飞机一项是美国扩张、侵略的有力工具，美国人已经将隐形飞机描绘成“战无不胜”的象
8、征，似乎隐形飞机真到了无懈可击的地步。诚然，由于自身独特的气动布局设计和大量使用特种材料，美军隐形飞机确实很难被对方雷达发现。即使在探测手段已经相当成熟的今天对隐形飞机的探测依然是各国面对的一道难题。而即便能探测到，目前大量装备的地空导弹的制导雷达和战斗机机载雷达也无法有效探测到隐形飞机，这就给攻击造成很大困难。,F22,隐身与反隐身,B2,美军B-2隐形轰炸机投弹,美 F35,J20,J20,歼-20是成都飞机工业集团为中国人民解放军空军研制的中国第四代（欧美标准，俄标准为第五代）双发重型隐形战机。采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。歼-20的
9、机头、机身呈菱形，垂直尾翼向外倾斜，起落架舱门采用锯齿边设计，机身深墨绿色涂装，远观近似于黑色。2011年1月11日12时50分，歼20在成都实现首飞，历时18分钟。,绪论 微波的应用,通信,微波具有频率高、频带宽、信息量大的特点 应用业务包括：微波多路通信、微波中继通信、无线局域网、散射通信、移动通信和卫星通信、物联网等；,绪论 微波的应用,科学研究的手段,利用微波技术 建立的新学科,高能微波（高能微波加速器）：高能物理 微波波谱学：利用物质吸收谱研究物质结构 微波天文学：由微波辐射研究天体 微波气象学 遥感、全息术 测量：弱功率应用的电量和非电量测量。不接触测量对象,绪论 微波的应用,微波
10、能应用,加热：特点是均匀、高效、迅速，便于控制 杀菌：除虫、育种、刺激植物生长 生物医学应用：对生物体选择性加热，治疗各种疾病，病灶检测，药物萃取等 输能：传输电能、太阳能,微波武器,微波武器:,THz应用,太赫兹技术,被美国评为“改变未来世界的十大技术之一”,被日本列为“国家支柱十大重点战略目标”之首,世界各国太赫兹技术研究 如火如荼,（1）THz 脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地进行时间分辩的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰。,（2）THz 脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz 直至几十THz 的范围，许多生物大分子的振
11、动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在THz 波段范围。因此THz 时域光谱技术作为探测材料在THz 波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。,太赫兹技术应用,特点：,（3）THz 光子的能量低，只有几毫电子伏特，因此不容易破坏被检测物质。,（4）许多的非金属非极性材料对THz 射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。,太赫兹技术应用,太赫兹的独特性能给通信（宽带通信）、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像（无标记的基因检查、细胞水平的成像）、无损检测、安全检查（生化物的检查）等领域带来了
12、深远的影响。 太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。,太赫兹技术应用,目前已经初步应用于检查邮件、识别炸药及无损探伤等安全领域。 太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。,太赫兹技术应用,太赫兹成像 远距离穿墙、探测隐蔽目标 太赫兹雷达 高精度宽频带，隐身目标无所遁形 太赫兹通信 开辟通信新领域,中国在1979年制定的微波
13、辐射暂行卫生标准中规定： 1）一天八小时连续辐射时，其剂量不应超过38 W/cm2； 2)短时间间断辐射及一天超过八小时照射时，一天总剂量不超过300 Wh/cm2； 3）特殊情况需要在辐射剂量大于1mW/cm2环境中工作时，必须使用个人防护用品，但日剂量不得超过300Wh/cm2，一般不容许在剂量超过5mW/cm2的辐射环境下工作。,应注意：长时间、大剂量的微波辐射也会伤害人体，还应注意对环境的污染。,绪论 微波的应用,课后作业：,1.微波在生物医学中的应用与展望 2.微波输能的应用与展望,要求：,1. 题目二选一； 2. 查阅中英文文献，综合文献资料，以论文形式完成报告； 3. 文字通畅，结构合理，内容详实； 4. 两人一组，自由组合； 5. 9月15日之前完成，上交纸质版。,绪 论,本书内容框图及学习要点,均匀传输线和 波导理论基础,规则金属波导,传输线理论,微波集成传输线,介质波导与光波导,微波电路元件 理论基础,微波网络理论,微波谐振器,微波元件,（全书共分8章）,主要研究微波在有限区域（即导行波系统）内的传输问题,学 习 内 容,平 时 出 勤 课 后 学 习 平 时 作 业 答 疑 安 排 期 末 考 试,绪论- 课程学习要求,
