微波技术基础_绪论_1.ppt

Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 内容提要 基本原理 内容提要 基本原理 Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 英国物理学家、数学家。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。 （1831-1879） 海因里希·鲁道夫·赫兹 ? 1885到1889年Heinrich Hertz制造了第一个米波范围内的电磁波发射和检测装置，证明电磁波的存在。 1. Maxwell方程组 全电流定律 电磁感应定律 磁通连续性原理 高斯定律 (+Jm) (+ρm) 1. Maxwell方程组 动阳生阴 动阴生阳 孤阴不生 独阳不长 动磁生电 动电生磁 静磁不能生电 静电不能生磁 讨论 麦克斯韦方程组中的两个独立方程： 中间的等号揭示了电与磁的相互转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电磁波中。 电不断转换为磁，而磁又不断转成为电，才会发生能量交换和贮存。 单摆 电磁振荡 方程的左边是空间的运算(旋度)，方程的右边是时间的运算(导数)，中间用等号连接。它深刻揭示了电(或磁)场任一地点的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来，场的时间变化也会转化成地点变化。 空间 波 2. 频域麦克斯韦方程： 任何形式信号高频分量都包含角频率ω，才能确保电磁的有效转换，直流情况没有转换。 3. 麦克斯韦方程中还存在矛盾对抗： （2） （1） Maxwell方程本质的不对称性。 探索磁流的存在，到目前为止始终未果。 波动性不仅与ω有关，还与媒质有关。 良导体情况下波动性降为次要矛盾，波长缩短，波速减慢，且迅速衰减 真 空 线性各向同性媒质 4. 麦克斯韦方程组中—本构关系： 内容提要 基本原理 Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 无源区： J = 0、? = 0 波动方程 一阶矢量偏微分方程 （Maxwell方程组） 波动方程 （定量描述电磁波运动规律） E的齐次波动方程 H的齐次波动方程 同理 波动方程 设 E = axEx( z, t ) 其通解为： 波动方程 时变电磁场以波动形式传播---构成电磁波 波传输方程通解由入射波和反射波构成； 波传输速度是光速； 波传输的每一种具体情况表现在入射波与反射波比例不同。 这比例的具体情况由各个问题的边界媒质情况而定，即所谓边界条件 (Boundary Conditions)。 讨论 波的传播 波的入射、反射与透射 内容提要 Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 波阻抗: 均匀平面波的正入射 波的入射、反射与透射 均匀平面波的正入射 反射系数 透射系数 均匀平面波的正入射 衡量电磁波的反射和传输，引入反射系数R和波阻抗η,波阻抗与媒质特性( )相关。 讨论 没有反射的条件，并不一定是相同的媒质，而只要求 ，即两者波阻抗相等。 媒质的变化影响波的传输。 波阻抗是波研究中的重要特征量。 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 教材 闫润卿，李英慧，《微波技术基础》，北京理工大学出版社 参考书目 梁昌洪、谢拥军、官伯然，《简明微波》，高等教育出版社 李宗谦、佘京兆、高葆新，《微波工程基础》 ，清华大学出版社 盛振华，《电磁场微波技术与天线》，西安电子科技大学出版社 关于考勤 关于作业 关于课件 关于考试 课程要求 微波技术基础 绪 论 内容提要 微波的概念及特点 微波的发展及应用 研究方法及内容 绪论 ? 微波在电磁波谱中的位置 微波的概念及特点 微波：频率为300MHz ? 3000GHz的电磁波，对应的波长1m ? 0.1mm。 波段名称 波长范围 频率范围 频段名称 分米波 1m~10cm 0.3~3GHz 特高频(UHF) 厘米波 10cm~1cm 3~30GHz 超高频(SHF) 毫米波 1cm~1mm 30~300GHz 极高频(EHF) 亚毫米波 1mm~0.1mm 300~3000GHz 超极高频 一般将微波分为四个波段： 分米波、厘米波、 毫米波、亚毫米波。 微波的概念及特点 微波的概念及特点 1. 波长短 当波长远小于物体尺寸，其性质类似可见光，表现出似光性：直线传播，有反射、折射、绕射、干涉等现象，某些几何光学原理仍适用于微波。波长越短，传播特性越与几何光学相似。 当波长与物体尺寸属同数量级