導波和導波系統(tǒng)幻燈片.ppt

1、1.微波的波長(或頻率)范圍。,2.微波的主要特點？,3. 微波的應用？,復習 (第二次課),微波成像、遙感、非電量測量,因為各種物質都會不同程度地輻射微波，所以在人造衛(wèi)星上利用微波遙感技術可以確定目標的特性，如測定大氣、海洋、土壤的成分和溫度的分布。由于微波的傳播不受黑夜和天氣的限制，故它優(yōu)于紅外線和可見光遙感器。,三 微波的發(fā)展和應用,利用微波可以對濕度、溫度、厚度、距離、速度以及物質的材料參數(shù)(介電常數(shù)和磁導率)等非電量進行測量。這種測量的基本原理是利用微波傳輸中的衰減、反射、相移或諧振腔的諧振頻率和品質因數(shù)等參量與這些參數(shù)有關的特性。,目前已用于測量糧食、木材、紙張、石油和煙草的含水率

2、，測量鋼板的厚度、某些懸浮液體(煉乳、水泥粘結劑)的濃度等。,三 微波的發(fā)展和應用,毫米波的非軍事應用及發(fā)展趨勢 1. 汽車防撞雷達 2. 短毫米波近程主被動陣列探測及成像技術研究 3. 典型地物微波輻射特性的研究 4. 毫米波輻射計的信息分析與設計 5. 毫米波_亞毫米波目標輻射特性及探測技術研究 6. 基于微波透射法測量油水兩相流分相含率的實驗研究 7. 微波法測量原油含水率的研究 8. 微波法測量粉粒物料水分研究 9. 煙條密度的微波檢測方法研究 10. 基站功率放大器的仿真與分析 11. 典型地物微波介電特性實驗研究 12. 城市污水廠污泥微波干燥效能研究,微波成像、遙感,環(huán)境應用：沙

3、子潮濕的測量、海洋表面的風速、洪水繪圖、大氣層溫度的輪廓、雪層/冰層的測繪等。,軍事應用：目標檢測、監(jiān)視、目標確認、繪圖等,天文學應用：行星繪圖、銀河星系射電噪聲目標的測繪、太陽輻射測繪、宇宙黑體輻射的測量等。,三 微波的發(fā)展和應用,三 微波的發(fā)展和應用,微波能源,加熱,處理 (快速均勻),消毒 (殺蟲滅菌),三 微波的發(fā)展和應用,微波加熱是利用含水介質在微波場中高頻極化產生介質熱損耗而使介質加熱的。由于微波能夠透入介質內部，所以具有加熱速度快、加熱均勻和具有選擇性等優(yōu)點，而且也容易實現(xiàn)自動控制。（電飯煲）,工業(yè)上已經利用微波來對紙張、木材和茶葉進行加熱干燥。近年來有越來越多的家庭利用微波爐來

4、烹煮食物。,解決未來能源問題的一個引人的設想是建立衛(wèi)星太陽能電站。它利用安裝在同步衛(wèi)星上的巨大的太陽能電池陣列收集太陽能并將它變?yōu)橹绷麟娔?，再用微波發(fā)生器把它轉換為微波能量，并通過天線定向發(fā)送至地面接收站，最后將接收到的微波能量經過整流變換成直流供用戶使用。,三 微波的發(fā)展和應用,微波能源,微波能量傳遞,微波彈,高能微波彈屬于定向能武器的一種，利用沿一定方向發(fā)射與傳播的高能射束攻擊目標的一種新型兵器，也稱能束武器。,三 微波的發(fā)展和應用,三 微波的發(fā)展和應用,生物醫(yī)學,診斷(仲瘤)、 治療(突發(fā)性耳聾、疼痛、類風濕關節(jié)炎、肩周炎、某些癌癥等)、 微波理療、 組織固定、 免疫組織化學和免疫細胞化

5、學研究。,三 微波的發(fā)展和應用,微波輻射,空間微波輻射,對人體的損害 致癌、致畸、致突變,對設備有干擾 電磁兼容,超 劑 量,國家標準：300 Wh/cm2,三 微波的發(fā)展和應用,事物總是一分為二的。人們在廣泛應用微波的同時，還應注意對微波輻射的防護。大功率的微波輻射對人體是有害的，這種傷害主要是由微波的熱效應和非熱生物效應所引起的。為了確保人體的安全，對大功率微波設備的操作人員應采用適當?shù)姆雷o措施，如設置屏蔽和穿著屏蔽服等。目前各國都對微波輻射規(guī)定了安全標準。下表 給出了中國、美國和前蘇聯(lián)的微波輻射標準。,表 各國的微波輻射衛(wèi)生標準,美國和前蘇聯(lián)的標準差別高達 1000 倍。前者主要是根據(jù)微

6、波的熱效應的影響制定的，而后者則考慮了微波的非熱生物效應，特別是它對人體神經系統(tǒng)的影響。,三 微波的發(fā)展和應用,電子對抗,電子干擾,抗干擾,主動干擾,其它干擾,所謂電子干擾，就是利用電子手段干涉和擾亂敵方通信、指揮、預警、雷達等電子設備的行動。其目的是使敵方的電子通信、偵察設備和信息戰(zhàn)武器性能降低或無法正常工作，進而不能及時獲得充足的信息，導致信息迷盲。,根據(jù)雷達干擾設備和器材能否發(fā)射干擾信號，雷達干擾分為有源干擾和無源干擾。有源干擾是利用專門的干擾機發(fā)射干擾信號，使對方雷達接收到壓制性或欺騙性的信號，使其不能正常工作。由于這種干擾方式具有主動性，所以又稱積極干擾。,三 微波的發(fā)展和應用,微波

7、技術是有力的科學研究手段。如高能微波加速器是核物理科學中基本的實驗工具。以微波技術為基礎建立了許多新的學科和技術。,微波波譜學(根據(jù)微波和物質的相互作用，觀察物質的吸收譜線研究物質結構)；,科學研究的手段,微波天文學(根據(jù)微波輻射研究天體)；,微波氣象學，微波遙感，微波全息術等等。,總之，微波技術作為科學研究的手段，是大有用處的。,例如,微波與其他學科的交叉 例如：微波頻段數(shù)字集成電路中，已廣泛采用分布參數(shù)方法進行研究和設計。 重要性：是本專業(yè)除“電磁場理論”外最重要的基礎主干課；是后續(xù)專業(yè)課的基礎和出發(fā)點。,答疑地點：科研樓610 Email: 預約,第一章 導波的一般特性,1.1 導波和導

8、波系統(tǒng),1.2 導波的場分析,1.3 導波的分類及各類導波的特性,1.4 導波的傳輸功率、能量及衰減,1.5 模式正交性,1.6 導波系統(tǒng)中截止狀態(tài)下的場,第1章 導波的一般特性,電磁波 1.1 導波和導波系統(tǒng) 定義 導波在含有不同媒質邊界的空間傳播的電磁波； 導波系統(tǒng)構成不同媒質邊界的裝置。 它的作用是束縛并引導電磁波傳播。 不同頻段和用途的導波系統(tǒng) 低頻段導波系統(tǒng) 結構兩根平行導線； 缺點隨著信號頻率升高，導線電阻損耗增大，不能有效引導微波。,自由空間波無界 導波有界, 電視天線饋線-300歐姆, 沖皇冠 外貿產品 拉桿天線 室內電視天線 高質全新 300歐,微波頻段導波系統(tǒng) 米波頻段結構

9、改進型雙導線即平行雙導體線； 分米波厘米波頻段結構封閉式雙導體導波系統(tǒng)即同軸線； 厘米波毫米波頻段結構柱面金屬波導； 毫米波亞毫米波頻段結構介質波導。,導波系統(tǒng)的主要功能 1）、無輻射損耗地引導電磁波沿其軸向行進而將能量從一處有效傳輸至另一處，稱之為饋線; 2）、用以設計構成各種微波電路元件，如濾波器、阻抗變換器、定向耦合器等。,導波系統(tǒng)按導行波分類 橫電磁TEM或準TEM傳輸線,封閉金屬波導 表面波波導（或稱開波導）,1.1 導波和導波系統(tǒng),傳輸線,封閉金屬波導,開波導或表 面波傳輸線,限制電磁波的能量在金屬之間的空間傳播,完全限制電磁波在金屬管內傳播,約束電磁波在波導結構的周圍介質表面沿軸

10、向傳播 (波導內或者波導表面附近),記一下,導模導行波的模式。又稱傳輸模、正規(guī)模，是能夠沿導行系統(tǒng)獨立存在的場型。 特點： 在導行系統(tǒng)橫截面上的電磁場呈駐波分布，且是完全確定的。這一分布與頻率無關，并與橫截面在導行系統(tǒng)上的位置無關； 導模是離散的，具有離散譜，當工作頻率一定時，每個導模具有唯一的傳播常數(shù)； 導模之間相互正交，彼此獨立，互不耦合； 具有截止特性，截止條件和截止波長因導行系統(tǒng)和模式而異。,與之對應的截止模,規(guī)則導行系統(tǒng) 定義：無限長的筆直導行系統(tǒng)，其截面形狀和尺寸、媒質分布情況、結構材料及邊界條件沿軸向均不變化。 均直無限長,1.2 導波的場分析方法,導行波沿規(guī)則波導（a）和雙導體傳輸線（b）的傳輸,圖為