《工程电磁场实验》PPT课件

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1、工程电磁场实验李进微波指的是分米波、厘米波和毫米波。频率范围的一种说法是300kHz-300GHz,相应波长是1m-1mm；另一种说法是1GHz-1000GHz,相应的自由空间的波长为30cm-0.3mm。微波测量技术的特点微波波普处于无线电波普的高端，波长较短，因此带来一系列的优点。因为波长短，使得同样尺寸的天线具有较高的方向性和分辨能力，或相同性能的天线具有相对小的尺寸。在微波波段，电波在大气中衰减比较小（与红外、光波相比较），并能够穿过电离层。对于通信、雷达、遥感、遥测、全球定位系统（GPS,globalpositioningsatellites）等应用系统来说，微波确实提供了非常好的

2、性能：低的大气传播衰减，高的辐射方向性和高的分辨率。因为波长短，在相对频率带宽相同时，微波能提供较宽的可用的频谱。例如，分米波段、厘米波段和毫米波段的频谱宽度分别为2.7GHz、27GHz和270GHz，这是一个非常丰富的频谱资源，必须很好地利用和配合。因为波长短，使得微波设备的尺寸可以做的相对较小，便于安装在飞机、导弹、卫星等各种飞行物中。正是由于微波的这些优点，微波工程在国防工业和信息产业中的地位变得至关重要，几十年来对于微波波普的开发和利用经久不衰，而微波也从最初的军事应用逐渐转变到以民用为主。低频和微波波段的电路实现的区别微波技术是无线电技术向高频发展形成的分支技术,微波测量技术是微

3、波技术的辅助部分，它对微波技术的发展和应用起到很重要的作用。同其他尖端科学技术一样，微波技术中有很多问题在理论上并没有完全解决，微波理论是否正确，只有通过生产实践和科学实验才能加以验证。例如，理论上可以计算出空腔谐振腔的品质因素，但由于实际加工生产出来的谐振腔不一定完全理想，因此，空腔谐振腔的品质因素仍然要由实际的测量结果决定，而根据实际测量的结果又可以进一步验证理论计算。在微波元器件和微波设备的生产过程中，微波测量也是必不可少的。此外，在实际工作中，我们还常常需要知道振荡器的振荡频率、输出功率以及传输线的匹配情况。可见，在科学研究和生产实际中，微波测量技术是极其重要的环节。很多基本研究例如

4、微波波普分析、粒子加速度等都要用到微波测量技术。因此，掌握微波测量技术是极其重要的。但必须指出，微波测量技术本身是建立在理论的基础上。因此，掌握足够的微波理论是正确地、灵活地应用微波测量技术的必要条件。微波技术主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输.它的特点是：希望电磁波按一定要求沿着传输系统无辐射地传输。因为对传输系统而言，辐射是一种能量的损耗。在一个大系统中，如通信系统、雷达系统、遥感系统或GPS中，微波工程系统通常是其中的一个子系统，其特征是微波系统工作在微波波段。微波技术是无线电技术向高频发展而形成的分支，它与一般的无线电技术有着共同的基础。因此，两种测量有着共同之处，某些

5、微波测量的方法也在低频中应用（如驻波测量法），而低频测量中的差频法在微波测量中也能应用。微波测量的内容很多，实验课中所进行的是微波基本量的测量。与一般的无线电测量相比较，微波测量具有很多不同的特点：（1）微波测量的基本量是功率、波长λ、驻波比S,而不是电压V、电流I和电阻Z。在低频时，无线电工程测量均建立在原始参量电压、电流和频率的基础上，其他参量，如波长、功率、阻抗、品质因数和放大系数等均可由这三个基本量导出。然而，随着频率提高到微波波段，电压、电流不仅失去了原来的意义，而且根本无法直接测量，所以，电压、电流不能再作为微波测量的基本参数。微波的重要特点是频率高，波长短（和电路的尺寸差不多甚

6、至更小），电磁场的空间效应不能忽略，因此不能像低频那样用电路的概念和方法来处理问题，而是必须采用场的概念来研究微波问题。因此，微波测量的基本量是以场强为基本量的驻波比、功率、波长等，而其他参量如阻抗（或导纳）、衰减系数、增益和品质因素等，原则上都可以由基本量导出。功率一般是借助能量变换装置，将微波电磁能变换成其他形式的能量来测量，而不是从电压和电流出发来进行计算的；波长则往往根据电磁场的驻波分布直接进行长度的测量；阻抗测量是通过测量驻波比以及驻波最小点至负载的距离，从而确定阻抗；衰减量的测量则可以转化为功率的测量；谐振腔Q值的测量可以转化为频率和驻波比的测量等。用分布参数的元器件代替集中参数

7、的元器件在低频时，每一个元器件都有特定的电参数值，如电阻、电容、电感等。在微波段，由于频率高，波长同一般电子元器件的尺寸差不多，故一般的接线或普通的电子元件就相当于天线，将会产生严重的辐射。因此，在微波电路中，一般低频集中参数的电阻、电容和电感已不能使用，而应以闭合的波导管、空腔谐振器以及各种类型的波导元件来代替一般的传输线、振荡回路和电路元件。(3)在低频和微波波段的电路实现具有很大的区别。开路：不接任何元