第1章微波概论ppt课件.ppt

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1、第1章概论1.微波技术简介2.微波及其特点3.微波通信系统4.微波传输5.微波应用6.微波的功率传送、生物效应与安全性7.微波的研究方法1.1微波技术简介微波理论和微波技术的基础是１９世纪科学家和数学家奠定的●拉普拉斯（Ｌａｐｌａｃｅ）●泊松（Ｐoｉssoｎ）●法拉弟（Ｆａｒａｄａｙ）●高斯（Ｇauss）●麦克斯韦（Ｍａｘｗｅｌｌ）●赫兹（ＨｅｉｎｒｉｃｈＨｅｒｔｚ）1.2微波及其特点微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（即频率最高）的波段，其频率范围从３００ＭＨｚ（波长１ｍ）至３

2、００ＧＨｚ（波长０.１ｍｍ）。通常又将微波波段划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个分波段，在通信和雷达工程上还使用拉丁字母来表示微波更细的分波段。微波波段的代号及对应的频率范围微波的特点1.穿透性2.似光性3.热效应特性4.宽频带特性5.抗低频干扰特性6.散射特性7.视距传播特性8.电磁兼容与电磁环境污染9.分布参数的不确定性1.3微波通信系统１.地面通信微波信号是沿视线传播的，所以，地球的曲率限制了一段微波通信链路可以确立的距离。安置在８ｍ高的发射塔上的天线只能把信号传播到约５０ｋｍ的距离内。因此可以在固定

3、的间距上设置转发器以延伸通信距离。转发器系统２、卫星通信利用人造卫星作为转发站的卫星电视广播具有通信距离远、服务区大、传输的信息容量大、可靠性高、图象质量好、灵活性强以及可实现多址通信等优点。它既是国际又是国内通信和广播的重要方式之一。目前，普遍采用的是同步卫星通信和同步卫星广播。同步卫星，就是卫星绕地球运转一周的时间与地球自转一周的时间是相同的（每转一周为23小时56分4秒）。处于赤道上空约36000Km处的卫星称为与地球旋转同步的卫星。如下图用三颗同步卫星在地球赤道上空等间隔地球发射宽度为17°-18°的波束，

4、即可覆盖整个地球，从而实现全球通信或广播。同步卫星通信Ｃ波段地球同步卫星的应答器频率在３４００ＭＨＺ和５２５０ＭＨＺ之间。表2列出了一个２４信道应答器的各下行链路的中心频率，每个信道有４０ＭＨｚ的总带宽，其中３６ＭＨｚ用来传送信息，剩下对重叠的频率采用不同极化加以区别。３、移动通信移动通信网络用通信设备，如电话机、寻呼机、调制解调器（ｍｏｄｅｍ）等把世界各地的人们联系起来。一般来说，蜂窝系统使用１００Ｗ的发射机，它可覆盖半径为０.５～１６公里的区域。手机的发射功率通常小于１０ｍＷ。下表列出了常用的移动通信系统的频段

5、分布。４、雷达系统雷达也称为无线检测和测距，是微波技术最普遍的应用之一。（1）雷达方程一般的无线系统的通信链路如图所示，发射机和接收机之间距离为R，发射和接收天线的有效孔径分别是和,①设输入到发射天线的功率是Pt，离天线的距离为R处的功率密率ω0，如下式中，ｅt是发射天线的辐射效率。②对于定向发射天线，功率密度为式中，Gt是增益；Dt是发射天线的方向性。③接收天线接收的功率为式中，Gr是接收天线增益；λ是信号波长，因此该式称Ｆｒｉｉs无线链路公式，它反映接收天线接收的功率。④在雷达系统中，发射信号在目标上散射在所有

6、可能的方向上。接收天线收集散射波返回到它的那部分能量。一般情况下，发射机和接收机都使用同一天线，如图所示。设输入到发射天线的功率是Pt,它的增益是Gt，入射到目标上的功率密度为式中，A是发射天线的有效孔径。雷达系统⑤雷达截面式中，ωｒ是距离r处的各向同性散射功率密度；ωｉ是入射到目标物体上的功率密度。⑥利用目标的雷达截面可以求出被目标截获的功率如下：⑦从目标返回到接收机的功率密度是:一些物体的雷达散射截面⑧由天线的最大有效孔径面积Ａｅ与天线方向性的关系为：⑨在接收机输入处得到的功率是:（2）脉冲雷达脉冲雷达采用测量

7、微波脉冲信号来回传输的时间决定目标距离。典型的脉冲雷达系统方框图为（3）多普勒雷达若目标沿雷达视线方向有速度分量，则由多普勒效应返回的信号相对于发射频率将有频率偏移。若发射频率为ｆo，目标的径向速度为ｖ，则频率偏移（或者称为多普勒频率）为:其中ｃ是光速。则接收频率为ｆo±ｆd，其中正号相应于趋近的目标，而负号相应于远离的目标。典型的多普勒雷达系统如图所示1.4微波传输１、大气的影响在实际应用中，通信、雷达或者有辐射系统严重地受传输效应的影响，诸如反射、折射、衰减或衍射。微波频率下介电常数经验公式：式中，P是以mba

8、r(1mbar=100Pa)为单位的大气压；T是热力学温度；V是以mbar表示的水蒸汽压。压力和湿度比温度随着高度更快地减小。介电常数随着高度的变化引起了无线电波向着地球弯曲，大气引起的无线电波折射若天线在地面上高度h处，应用几何关系可以给出到地平线的视线距离为:式中R是地球半径。随着高度的增加，大气的介电常数的降低将比通常快的多。这一条件有时能够导致波道效