1、1.微波的波长微波的波长(或频率或频率)范围。范围。2.微波的主要特点？微波的主要特点？3.微波的应用？微波的应用？复习复习 (第二次课第二次课)因为各种物质都会不同程度地辐射微波，所以在人造卫星上利因为各种物质都会不同程度地辐射微波，所以在人造卫星上利用微波遥感技术可以确定目标的特性，如测定大气、海洋、土壤的用微波遥感技术可以确定目标的特性，如测定大气、海洋、土壤的成分和温度的分布。由于微波的传播不受黑夜和天气的限制，故它成分和温度的分布。由于微波的传播不受黑夜和天气的限制，故它优于红外线和可见光遥感器。优于红外线和可见光遥感器。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 利用微波可以对湿度、温
2、度、厚度、距离、速度以及物质的材利用微波可以对湿度、温度、厚度、距离、速度以及物质的材料参数料参数(介电常数和磁导率介电常数和磁导率)等非电量进行测量。等非电量进行测量。这种测量的基本原这种测量的基本原理是利用微波传输中的理是利用微波传输中的衰减、反射衰减、反射、相移或谐振腔的、相移或谐振腔的谐振频率和品谐振频率和品质因数质因数等参量与这些参数有关的特性。等参量与这些参数有关的特性。目前已用于测量粮食、木材、纸张、石油和烟草的含水率，测目前已用于测量粮食、木材、纸张、石油和烟草的含水率，测量钢板的厚度、某些悬浮液体量钢板的厚度、某些悬浮液体(炼乳、水泥粘结剂炼乳、水泥粘结剂)的浓度等。的浓度等
3、。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 毫米波的非军事应用及发展趋势毫米波的非军事应用及发展趋势1.汽车防撞雷达汽车防撞雷达2.短毫米波近程主被动阵列探测及成像技术研究短毫米波近程主被动阵列探测及成像技术研究3.典型地物微波辐射特性的研究典型地物微波辐射特性的研究4.毫米波辐射计的信息分析与设计毫米波辐射计的信息分析与设计5.毫米波毫米波_亚毫米波目标辐射特性及探测技术研究亚毫米波目标辐射特性及探测技术研究6.基于微波透射法测量油水两相流分相含率的实验研究基于微波透射法测量油水两相流分相含率的实验研究7.微波法测量原油含水率的研究微波法测量原油含水率的研究8.微波法测量粉粒物料水分研究微波法
4、测量粉粒物料水分研究9.烟条密度的微波检测方法研究烟条密度的微波检测方法研究10.基站功率放大器的仿真与分析基站功率放大器的仿真与分析11.典型地物微波介电特性实验研究典型地物微波介电特性实验研究12.城市污水厂污泥微波干燥效能研究城市污水厂污泥微波干燥效能研究环境应用：沙子潮湿环境应用：沙子潮湿的测量、海洋表面的的测量、海洋表面的风速、洪水绘图、大风速、洪水绘图、大气层温度的轮廓、雪气层温度的轮廓、雪层层/冰层的测绘等冰层的测绘等。军事应用：目标军事应用：目标检测、监视、目检测、监视、目标确认、绘图等标确认、绘图等天文学应用：行星绘图、银天文学应用：行星绘图、银河星系射电噪声目标的测绘、河星
5、系射电噪声目标的测绘、太阳辐射测绘、宇宙黑体辐太阳辐射测绘、宇宙黑体辐射的测量等。射的测量等。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 加热加热处理处理(快速均匀快速均匀)消毒消毒(杀虫灭菌杀虫灭菌)三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 微波加热是利用微波加热是利用含水介质含水介质在微波场中高频极化产生在微波场中高频极化产生介介质热损耗质热损耗而使介质加热的。由于微波能够透入介质内部，而使介质加热的。由于微波能够透入介质内部，所以具有加热速度快、加热均匀和具有选择性等优点，而所以具有加热速度快、加热均匀和具有选择性等优点，而且也容易实现自动控制。（且也容
6、易实现自动控制。（电饭煲电饭煲）工业上已经利用微波来对纸张、木材和茶叶进行加热干工业上已经利用微波来对纸张、木材和茶叶进行加热干燥。近年来有越来越多的家庭利用微波炉来烹煮食物。燥。近年来有越来越多的家庭利用微波炉来烹煮食物。解决未来能源问题的一个引人的设想是建立卫星太阳能解决未来能源问题的一个引人的设想是建立卫星太阳能电站。它利用安装在同步卫星上的巨大的电站。它利用安装在同步卫星上的巨大的太阳能电池阵列太阳能电池阵列收收集太阳能并将它变为集太阳能并将它变为直流直流电能，再用电能，再用微波发生器微波发生器把它转换为把它转换为微波微波能量，并通过能量，并通过天线天线定向发送至地面接收站，最后将接收
7、定向发送至地面接收站，最后将接收到的微波能量经过到的微波能量经过整流变换整流变换成成直流直流供用户使用。供用户使用。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 微波能量传递微波能量传递微微波波弹弹 高能微波弹高能微波弹属于定向能武器属于定向能武器的一种，利用沿的一种，利用沿一定方向发射与一定方向发射与传播的高能射束传播的高能射束攻击目标的一种攻击目标的一种新型兵器，也称新型兵器，也称能束武器。能束武器。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 诊断诊断(仲瘤仲瘤)、治疗治疗(突发性耳聋、疼痛、类风湿关节炎、肩周炎、突发性耳聋、疼痛、类风湿关节炎、肩周炎、某些癌
8、症等某些癌症等)、微波微波理疗理疗、组织固定、组织固定、免疫组织化学和免疫细胞化学研究。免疫组织化学和免疫细胞化学研究。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 空间微波辐空间微波辐射射对人体的损害对人体的损害致癌、致畸、致突变致癌、致畸、致突变对设备有干扰对设备有干扰电磁兼容电磁兼容超超剂剂量量国家标准：国家标准：300 Wh/cm2三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 事物总是一分为二的。人们在广泛应用微波的同时，还应注意事物总是一分为二的。人们在广泛应用微波的同时，还应注意对微波辐射的防护。大功率的微波辐射对人体是有害的，这种伤害对微波辐射的防护。大功率的微波辐射对人体是有害的，这种伤害
9、主要是由微波的热效应和非热生物效应所引起的。为了确保人体的主要是由微波的热效应和非热生物效应所引起的。为了确保人体的安全，对大功率微波设备的操作人员应采用适当的防护措施，如设安全，对大功率微波设备的操作人员应采用适当的防护措施，如设置屏蔽和穿着屏蔽服等。目前各国都对微波辐射规定了安全标准。置屏蔽和穿着屏蔽服等。目前各国都对微波辐射规定了安全标准。下表下表 给出了中国、美国和前苏联的微波辐射标准。给出了中国、美国和前苏联的微波辐射标准。表表 各国的微波辐射卫生标准各国的微波辐射卫生标准国国 家家中国中国美国美国前苏联前苏联最高允许功率密度最高允许功率密度(8小小时时/日日)38 W/cm210
10、mW/cm210 W/cm2美国和前苏联的标准差别高达美国和前苏联的标准差别高达 1000 倍。前者主要是根据微波倍。前者主要是根据微波的热效应的影响制定的，而后者则考虑了微波的非热生物效应，的热效应的影响制定的，而后者则考虑了微波的非热生物效应，特别是它对人体神经系统的影响。特别是它对人体神经系统的影响。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 电子干扰电子干扰抗干扰抗干扰主动干扰主动干扰其它干扰其它干扰所谓电子干扰，就是利用电子手所谓电子干扰，就是利用电子手段干涉和扰乱敌方通信、指挥、段干涉和扰乱敌方通信、指挥、预警、雷达等电子设备的行动。预警、雷达等电子设备的行动。其目的是使敌方的电子通信
11、、侦其目的是使敌方的电子通信、侦察设备和信息战武器性能降低或察设备和信息战武器性能降低或无法正常工作，进而不能及时获无法正常工作，进而不能及时获得充足的信息，导致信息迷盲。得充足的信息，导致信息迷盲。根据雷达干扰设备和器材能根据雷达干扰设备和器材能否发射干扰信号，雷达干扰分为否发射干扰信号，雷达干扰分为有源干扰和无源干扰。有源干扰有源干扰和无源干扰。有源干扰是利用专门的干扰机发射干扰信是利用专门的干扰机发射干扰信号，使对方雷达接收到压制性或号，使对方雷达接收到压制性或欺骗性的信号，使其不能正常工欺骗性的信号，使其不能正常工作。由于这种干扰方式具有主动作。由于这种干扰方式具有主动性，所以又称性，
12、所以又称 积极干扰积极干扰。三三 微波的发展和应用微波的发展和应用 微波技术是有力的科学研究手段。如微波技术是有力的科学研究手段。如高能微波加速器高能微波加速器是核物理科学中基本的实验工具。以微波技术为基础建立是核物理科学中基本的实验工具。以微波技术为基础建立了许多新的学科和技术。了许多新的学科和技术。微波波谱学微波波谱学(根据微波和物质的相互作用，观察物质的吸根据微波和物质的相互作用，观察物质的吸收谱线研究物质结构收谱线研究物质结构)；微波天文学微波天文学(根据微波辐射研究天体根据微波辐射研究天体)；微波气象学，微波遥感，微波全息术微波气象学，微波遥感，微波全息术等等。等等。总之，微波技术作
13、为科学研究的手段，是大有用处的。总之，微波技术作为科学研究的手段，是大有用处的。例如例如微波与其他学科的交叉微波与其他学科的交叉 例如：微波频段数字集成电路中，已广泛采用例如：微波频段数字集成电路中，已广泛采用分布参数方法进行研究和设计。分布参数方法进行研究和设计。重要性：重要性：是本专业除是本专业除“电磁场理论电磁场理论”外最重要的外最重要的基础主干课；是后续专业课的基础和出发点。基础主干课；是后续专业课的基础和出发点。答疑地点：科研楼答疑地点：科研楼610Email:预约预约 第第1章章 导波的一般特性导波的一般特性电磁波1.1 导波和导波系统导波和导波系统l定义定义 导波导波在含有不同媒
14、质边界的空间传播的电磁波；在含有不同媒质边界的空间传播的电磁波；导波系统导波系统构成不同媒质边界的装置。构成不同媒质边界的装置。它的作用是束缚并引导电磁波传播。它的作用是束缚并引导电磁波传播。l不同频段和用途的导波系统不同频段和用途的导波系统低频段导波系统低频段导波系统 结构结构两根平行导线；两根平行导线；缺点缺点随着信号频率升高，导线电阻损耗增大，不能有效引随着信号频率升高，导线电阻损耗增大，不能有效引导微波。导微波。自由空间波无界导波有界http:/ http:/ 外贸产品外贸产品 拉杆天线拉杆天线 室内电视天线室内电视天线 高质全新高质全新 300欧欧 微波频段导波系统微波频段导波系统
15、米波频段结构米波频段结构改进型双导线即平行双导体线改进型双导线即平行双导体线；分米波分米波厘米波厘米波频段结构频段结构封闭式双导体导波系统封闭式双导体导波系统即同轴线；即同轴线；厘米波厘米波毫米波毫米波频段结构频段结构柱面金属波导；柱面金属波导；毫米波毫米波亚毫米波亚毫米波频段结构频段结构介质波导。介质波导。l导波系统的主要功能导波系统的主要功能1 1）、无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进）、无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能量从一处而将能量从一处有效有效传输至另一处，称之为馈线传输至另一处，称之为馈线;2 2）、用以设计构成各种微波电路元件，如）、用以设计构成各种微波电路元件，如滤波器
16、、阻抗变换器、定向耦合器等。滤波器、阻抗变换器、定向耦合器等。l导波系统按导行波分类导波系统按导行波分类横电磁横电磁TEMTEM或准或准TEMTEM传输线传输线 封闭金属波导封闭金属波导表面波波导（或称开波导）表面波波导（或称开波导）or限制电磁波的能量在金限制电磁波的能量在金属之间的空间传播属之间的空间传播完全限制电磁波在金属管完全限制电磁波在金属管内传播内传播or约束电磁波在波导结构的周约束电磁波在波导结构的周围介质表面沿轴向传播围介质表面沿轴向传播(波导内或者波导表面附近波导内或者波导表面附近)记一下记一下l导模导模导行波的模式。导行波的模式。又称传输模、正规模，又称传输模、正规模，是能
17、够沿导行系统独立存在的场型。是能够沿导行系统独立存在的场型。特点：特点：在导行系统横截面上的电磁场呈在导行系统横截面上的电磁场呈驻波驻波分布，且分布，且是完全确定的。这一分布与频率无关，并与横截是完全确定的。这一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；面在导行系统上的位置无关；导模是离散的，具有导模是离散的，具有离散谱离散谱，当工作频率一定，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数；时，每个导模具有唯一的传播常数；导模之间相互导模之间相互正交正交，彼此独立，互不耦合；，彼此独立，互不耦合；具有具有截止特性截止特性，截止条件和截止波长因导行系，截止条件和截止波长因导行系统和模式而异
18、。统和模式而异。与之对应的截止模l规则导行系统规则导行系统 定义：无限长的笔直导行系统，其截面形状和尺定义：无限长的笔直导行系统，其截面形状和尺寸、媒质分布情况、结构材料及边界条件沿轴向寸、媒质分布情况、结构材料及边界条件沿轴向均不变化。均不变化。均直无限长均直无限长 1.2 1.2 导波的场分析方法导波的场分析方法 导行波沿规则波导（导行波沿规则波导（a a）和双导体传输线（）和双导体传输线（b b）的传输）的传输 图为均直无限长导行系统。设媒质为各向同性，媒质中无源；图为均直无限长导行系统。设媒质为各向同性，媒质中无源；又设导行波的电场和磁场为时谐场又设导行波的电场和磁场为时谐场ejwt，
19、它们满足如下麦克斯韦方，它们满足如下麦克斯韦方程组：程组：麦克斯韦方程边境条件HjEEjH 0H0E采用广义柱坐标系（采用广义柱坐标系（u u，z z，），设导波沿，），设导波沿z z向（轴向）传播，向（轴向）传播，微分算符和电场微分算符和电场、磁场、磁场可以表示成：可以表示成：/tzaz (,)(,)(,)tzzE u v zE u v za E u v z(,)(,)(,)tzzH u v zH u v za Hu v z展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等 ttzzHja EttzzztHa HajEz ttzzEja H ttzzztEa EajHz 两边乘以两边乘以jj 两边作两边作运算运算 PRA?()()P EPE
