微波电路西电雷振亚老师的课件第1章射频微波工程介绍

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1、第1章射频/微波工程介绍1.1常用无线电频段1.2射频/微波的重要特性1.3射频/微波工程中的核心问题1.4射频/微波电路的应用1.5射频/微波系统举例1.6射频/微波工程基础常识1.1常用无线电频段当今社会,技术发展之迅猛,对人们生活影响之重大,首推无线电技术。射频/微波工程就是这一领域的核心。过去的100多年来,人们对射频/微波技术的认识和使用日趋成熟。从图1-1所示的无线电技术的发展历史可以看出,近年来射频/微波工程的应用已经发展到了近乎极至的状态。图1-1无线电技术的发展历史对电磁波频谱的划分是美国国防部于第二次世界大战期间提出的,后由国际电工电子工程协会（IEEE）推广,被

2、工业界和政府部门广泛接受。具体电磁波频谱分段见表1-1。在整个电磁波谱中,射频/微波处于普通无线电波与红外线之间,是频率最高的无线电波,它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和大1000倍以上,可携带的信息量不可想象。一般情况下,射频/微波频段又可划分为米波（波长10～1m,频率30～300MHz）、分米波（波长10～1dm,频率300～3000MHz）、厘米波（波长10～1cm,频率3～30GHz）和毫米波（波长10～1mm,频率30～300GHz）四个波段。其后是亚毫米波、远红外线、红外线、可见光。表1-1电磁波频谱分段以上这些波段的划分并不是惟一的,还有其他许多不同的划分方法

3、,它们分别由不同的学术组织和政府机构提出,甚至还在相同的名称代号下有不同的范围,因此波段代号只是大致的频谱范围。其次,以上这些波段的分界也并不严格,工作于分界线两边临近频率的系统并没有质和量上的跃变,这些划分完全是人为的,仅是一种助记符号。对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。也就是说,频谱作为一种资源,各国各级政府都有相应的机构对无线电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。国际范围内更有详细的频谱用途规定,即CCIR建议文件,在这个文件中,规定了雷达、通信、导航、工业应用等军用或民用无线电设备所允许的工作频段。表1-2是各无线电频段的基本用途。各个用途在相应频段内只占有很小的一段

4、频谱或点频工作。表1-2各无线电频段的基本用途和平年代,在某个地区,要避免用途不同的无线电设备使用相同的频率,否则,将会带来灾难性的后果。相反地,在电子对抗或电子战系统中,就是要设法掌握敌方所使用的无线电频率,给对方实施毁灭性打击。目前,发展最快的民用领域是移动通信。巨大的市场潜力和飞速的更新步伐,使得这一领域成为全球的一个支柱产业。表1-3给出了常用移动通信系统频段分布及其工作方式。作为工科电子类专业的学生,有必要掌握这方面的知识。表1-3常用移动通信系统频段分布一般地,射频/微波技术所涉及的无线电频谱是表1-1中甚高频(VHF)到毫米波段或者P波段到毫米波段很宽范围内的无线电

5、信号的发射与接收设备的工作频率。具体地,这些技术包括信号的产生、调制、功率放大、辐射、接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个模块单元的设计和生产。它的基本理论是经典的电磁场理论。研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一种是“场”的分析方法,即从麦克斯韦方程出发,在特定边界条件下解电磁波动方程,求得场量的时空变化规律,分析电磁波沿线的各种传输特性；另一种是“路”的分析方法,即将传输线作为分布参数电路处理,用基尔霍夫定律建立传输线方程,求得传输线上电压和电流的时空变化规律,分析电压和电流的各种传输特性。用这两种方法研究同一个问题,其结论是相同的。到底是用“场

6、”的方法还是用“路”的方法,应由研究的方便程度来决定。对于射频/微波工程中的大量问题,采用网络方法和分布参数概念可以得到满意的工程结果,而不是拘泥于严谨的麦克斯韦方程组及其数值解法。在射频/微波频率范围内,模块的几何尺寸与信号的工作波长可以比拟,分布参数概念始终贯穿于工程技术的各个方面。而且,同一功能的模块,在不同的工作频段的结构和实现方式大不相同。“结构就是电路”是射频/微波电路的显著特征。射频/微波电路的设计目标就是处理好材料、结构与电路功能的关系。1.2射频/微波的重要特性1.2.1射频/微波的基本特性1．似光性射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直线以光速传播,在不

7、同的媒体界面上存在入射和反射现象。这是因为射频/微波的波长很短,比地球上的一般物体（如舰船、飞机、火箭、导弹、汽车、房屋等）的几何尺寸小的多或在同一个数量级。当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反射,对于某些物体将会产生镜面反射。因此,可以制成尺寸、体积合适的天线,用来传输信息,实现通信；可接收物体所引起的回波或其他物体发射的微弱信号,用来确定物体的方向、距离和特征,实现雷达探测。2.穿透性射频/微波照射某些物体时,能够深入物体的内部