《雷达射频微波器件及电路》教学课件.pptx

高等学校应用型本科“十三五”规划教材;绪论

第1章传输线理论及技术

第2章无源元件及器件

第3章频率变换器件

第4章固态振荡器及频率合成器

第5章微波固态放大器

第6章微波控制器件

第7章微波电真空器件

第8章微波集成电路;绪论;

0.1电磁波的特性参数;

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1.传播速度

电磁波在真空中以恒定的速度传播，传播速度为光速，用字母c表示，c=3×108m/s。

电磁波在空气、水等媒质中传播时，其传播速度v与媒质的特性有关，计算公式如下：

式中：c为电磁波在真空中的传播速度；εr是表征媒质绝缘性能的物理量，称为相对介电常数；μr是表征媒质磁导性能的物理量，称为相对磁导率。;

2.频率

电磁波的频率是指交变电磁场单位时间(1s)内完成变化的次数或周数，即电磁波每秒钟上下波动的次数或每秒钟出现波峰的次数，常用字母f表示。如图0-2所示，电磁波每秒钟出现5次波峰，所以频率为5Hz。;

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例如，市电频率为50-Hz，表示单位时间(即1ｓ)内电磁波振动的次数为50-次。比较图0-3(a)和图0-3(b)所示的两个波形(横轴为时间轴)，相同时间内，图0-3(b)所示波形振动次数高于图0-3(a)所示波形振动次数，由频率的定义可知，图0-3(b)所示波形的频率高于图0-3(a)对应的波形频率。由此可知，时间轴上波形越密集，对应频率越高；波形越稀疏，对应频率越低。;

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常用频率的单位有赫兹(Hz)、千赫兹(kHz)、兆赫兹(MHz)及吉赫兹(GHz)等。频率的国际单位制(SI)单位为赫兹(Hz)，其命名是为了纪念德国物理学家海因里希·赫兹，他首次用实验证实了电磁波的存在。各种频率单位之间的关系为;

3.周期

电磁波的周期是指交变电磁场完成一次变化所需的时间，常用字母Ｔ表示。周期与频率成倒数关系，即;

4.波长

电磁波的波长是指电磁波在一个周期内所传播的距离，常用字母λ表示。如图0-4所示，电磁波的波长是顺着电磁波传播方向，两个相邻的同相位点(如波峰或波谷)之间的距离。;

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显然，电磁波的波长等于电磁波的传播速度与周期的乘积，也等于电磁波的传播速度与频率的比值，即

由于空气中电磁波的传播速度v可视为常数c，因此只要知道电磁波的频率，便可由式(0-3)计算出它的波长。反之，知道了电磁波的波长，也能计算出它的频率。由此可知，空气中电磁波的波长与频率间的关系为;

由式(0-4)和式(0-5)可看出，电磁波的频率和波长两者成反比关系：频率越高，波长越短；频率越低，波长越长。电磁波随时间和空间而变化，图0-5所示为某一时刻两个不同频率的电磁波传播的情况。可以看出，波长越短(即波峰与波峰间隔越近)，在给定时间内通过指定点的电磁波周期数就越多，即频率越高。

由于波长表示的是一种距离，因此它的单位为长度单位。常用的波长单位有米(m)、分米(dm)、厘米(cm)或毫米(mm)等，SI单位为米(m)。;

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5.相位

电磁波的相位是描述电磁波瞬时状态的一个重要参数，一般用角度表示，因此又称为相角，常用字母φ表示。通常把正弦电磁波变化一周分为360°，图0-6(a)所示为电场的变化曲线。

(1)在t=0时刻，电磁波的振幅为零，φ=0°；

(2)在t=t1时刻，电磁波的振幅达到最大值，φ=90°；

(3)在t=t2时刻，电磁波的振幅又变为零，φ=180°；

(4)在t=t3时刻，电磁波的振幅达到最大值(反向)，φ=270°；

(5)在t=t4时刻，电磁波的振幅又回到零，φ=360°。;

图0-6(b)中，按正弦规律变化的电磁波Ⅰ和电磁波Ⅱ，它们的频率和振幅相同，但在任一时刻，两个电磁波的状态都不相同。在t=0时刻，电磁波Ⅰ的振幅达到最大值，而电磁波Ⅱ的振幅为零；在t1时刻，电磁波Ⅱ的振幅达到最大值，而电磁波Ⅰ的振幅为零。这是因为这两个电磁波的相位不同，即存在相位差，由图0-6(b)可以看出，两个电磁波的相位差为90°。若两个电磁波的相位差为180°，则称为反相；若相位差为0°或360°，则称为同相。;

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例0.1已知电磁波在空气中传播的频率为10GHz，求波长。

解由题意知，电磁波的频率f=10GHz=10×109Hz=1010Hz，空气中电磁波的传播速

度近似为光速c，则由式(0-4)可得

即频率为10GHz的电磁波对应的波长为3cm。;

例0.2已知电磁波在空气中传播的波长为10cm，求频率。

解由题意知，电磁波的波长λ=10cm