微波原理概述..doc

微波原理概述 1、 ? 微波技术是一门需要高度实验技能的专业技术知识，微波技术的理论基础是经典的电磁场理论，其目标是解决微波应用工程中的实际问题。微波是一门理论与实践密切结合的一门知识，微波技术理论的出发点是麦克斯维方程组，麦克斯维方程组本身就是从实践中归纳、总结出来的。大多数微波实际应用的工程问题都不能通过理论计算得到精确的解析解。在研究微波工程问题时，为了避开一些复杂的数学运算和无解析解的问题， 常需要根据具体情况和一些基本的物理概念对所研究的问题做简化、等效或近似处理，因此，通过实践来修正理论分析结果是每个微波工程技术人员具备的基本技能。 2、 微波是一种频率非常高的电磁波。微波包括的波长范围没有明确的界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三个波段，也就是波长从1mm到1m左右的电磁波。由于微波的频率很高，所以也叫超高频电磁波。 为了进行比较，这里将微波、工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围列于表中。 ? ????????? 频率 ??????? 波长 工业用电 50Hz 或60Hz 50000000m 无线电中波广播 300--3000KHz ??1000--100m 微波 300--300000MHz ?1--0.001m ?????因为微波的应用极为广泛，为了避免相互的干扰，供工业、科学及医学使用的微波频段是不同的，现将其列于表中 ? 频率范围/MHz 波段 中心波长/m 常用主频率/MHz 波长/m 890～940 L 0.330 915±25 0.328 2400～2500 S 0.122 2450±50 0.122 5725～5875 C 0.052 5800± 0.052 22000～22250 K 0.014 22125± 0.014 ??????? 不同工作频率的微波系统具有不同的技术特性、生产成本和用途，微波系统的工作频率越高。其结构尺寸就越小；微波通讯系统的工作频率越高，其信息容量越大；微波雷达系统的工作频率越高，雷达信号的方向性和系统的分辨率就越高。微波的频率越高，其大气传输和传输线传输的损耗就越大。 目前国内只有915MHz和2450MHz 被广泛使用。在较高的两个频率段还没有合适的大功率工业设备。 3、 微波是电磁波，它具有电磁波的诸如反射、透射干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波能量传输等波动特性，这就决定了微波的产生、传输、放大、辐射等问题都不同于普通的无线电、交流电。在微波系统中，组件的电性质不能认为是集总的，微波系统没有导线式电路，交、直流电的传输特性参数以及电容和电感等概念亦失去了其确切的意义。在微波领域中，通常应用所谓“场”的概念来分析系统内电磁波的结构，并采用功率、频率、阻抗、驻波等作为微波测量的基本量。 ⑴在研究微波问题时，应使用电磁场的概念，许多高频交变电磁场的效应不能忽略。例如微波的波长和电路的直径已是同一数量级，位相滞后现象已十分明显，这一点必须加以考虑。 ⑵微波传播时是直线传播，遇到金属表面将发生反射，其反射方向符合光的反射规律。 ⑶微波的频率很高，因此其辐射效应更为明显，它意味着微波在普通的导线上传输时，伴随着能量不断的向周围空间辐射，波动传输将很快地衰减，所以对传输组件有特殊要求。 ⑷当入射波与 反射波相迭加时能形成波的干涉现象，其中包括驻波现象。在微波波导或谐振腔中，我们也利用多种模式的电磁场的分布、迭加来改善电磁场分布的均匀性。 ⑸微波能量的空间分布同一般电磁场能量一样，具有空间分布性质。哪里存在电磁场，哪里就存在能量。例如微波能量传输方向上的空间某点，其电场能量的数值大小与该处空间的电场强度的二次方有关，微波电磁场总能量为空间点的电磁场能量的总和。 4、 当微波在传输过程中遇到不同材料时，会产生反射、吸收和穿透现象，这些作用和其程度、效果取决于材料本身的几个主要的固有特性：介电常数、介质损耗角正切（tgδ，简称介质损耗）、比热、形状、含水量的大小等。 ⑴常用材料 在微波加工系统中，常用的材料有导体、绝缘体、介质、极性和磁性化合物几类。 ①?? 导体? 一定厚度以上的导体，如铜、银、铝之类的金属，能够反射微波，因此在微波系统中，常利用导体反射微波的这种特殊的形式来传播微波能量。例如微波装置中常用的波导管，就是矩形或圆形的金属管，通常由铝或黄铜制成。它们像光纤传导光线一样，是微波的通路。 ②?? 绝缘体? 在微波系统中，绝缘体有其完全不同于普通电路中的地位。绝缘体可透过微波，并且它吸收的微波功率很小。微波和绝缘体相互间的影响，就象光线和玻璃的关系一样，玻璃使光线部分地反射，但大部分则透过，只有很少部分被吸收。在微波系统中，根据不同情况使用着玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料之类的绝缘体，它们