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微波与毫米波技术基本知识.教学内容

这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周 期性变化的电场……如此周而复始; 变化的电场和变化的磁场总是相互联系的, 形成一个不可分离的统一体,这就是电磁场
麦克斯韦预言
麦克斯韦提出了有旋电场的概念和位移电流的假设 ,揭示了电磁场的内在联系和相互依存,麦克斯韦 熟练地运用了当时正在发展的矢量分析,找到了表 述电磁场 (空间连续分布的客体)的适当数学工具 ,得到了描述电磁场特性的规律,并预言了电磁波 的存在——这就是著名的麦克斯韦方程。
麦克斯韦预言
麦克斯韦的理论要点之二 ——变化的电场产生磁场 : 麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和
联系.提出一个假设: 变化的电场产生磁场。
根据麦克斯韦的理论,在给电容器充电的时 候,不仅导体中电流要产生磁场,而且在电 容器两极板周期性变化着的电场周围也要产 生磁场。
麦克斯韦预言
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言: 如果在空间某域中有周期性变化的电场,
10年后,他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦 的伟大预言,发射并接收了电磁波,从而开创了无 线电技术的新时代。
麦克斯韦预言
麦克斯韦的理论要点之一 —— 变化的磁场产生电场:
变化的磁场在线圈中产生电场,正是这种电场在线 圈中驱使自由电子做定向的移动,引起了感应电流。
麦克斯韦认为,线圈只不过用来显示电场的存在,线 圈不存在时,变化的磁场同样在周围空间产生电场,这 是一种普遍存在的现象,跟闭合 电路是否存在无关。
麦克斯韦预言
(3)不均匀变化的磁场产生变化的电场, 不均匀变化的电场产生变化的磁场;
(4)周期性变化(振荡)的磁场产生同频 率的振荡电场,周期性变化(振荡)的电场 产生同频率的振荡磁场;
(5)变化的电场和变化的磁场总是相互联 系着,形成一个不可分离的统一体,这就是 电磁场,它们向周围空间传播就是电磁波。
电磁波
这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生,并 且由发生的区域向周围空间传播.电磁场由发生 区域向远处传播就是电磁波。 电磁波是一种以巨大速度通过空间而不需要任何 物质作为传播媒介的粒(量)子流,具有波粒二象 性。 波动性可以用波长,波数,频率表征。
电磁波
波长是波传播路线上 具有相同振动相位的 相邻两点之间的线性 距离,
频率是每秒的波动次 数,单位为Hz。
真空中有如下公式:
频率=光速/波长
光速=30万公里/秒
波数=2π/λ
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麦克斯韦方程(微分形式)
法拉第电磁感应定律 安培全电流定律
磁通连续性 高斯定律 电荷守恒定律 三个组成关系:
麦克斯韦方程(积分形式)
法拉第电磁感应定律
安培全电流定律 磁通连续性 高斯定律 电荷守恒定律
表1 无线电频段划分
名称
频率
长波
中波
短波
超短波 微波和 (VHF) 毫米波
15- 100- 1.5- 30- 300MHz 100kHz 1500kHz 30MHz 300MHz 以上
微波与毫米波技术基本知识.
概述
我们周围充斥着无线电波,学名叫“电磁波 ”,例如:
电视、广播、通信、雷达、导航、各种家用 电子…….
它们工作在不同频段,但有一个共同的特点 :由发射机、接收机和天线组成。
发射机发射的带有信息的信号能量通过发射 天线转换为电磁波接收天线将接收到的电磁 波变换成传输能量送到接收机,这样就完成 了信息的无线传输。
一、电磁场与电磁波
电磁波是能量在空间传播的一种形态。电磁 场是描述电磁波的一种方式。电场和磁场总 是紧密联系在一起的。
在交流电路中,通电线圈周围要产生磁场, 如果电流的大小随时间变化,所产生的磁场 也会随时间变化;
线圈在恒定磁场中移动,将在线圈中产生直 流电;如果是在随时间变化的磁场中移动, 将在线圈中产生交流电。
电磁频谱
通常将电磁频谱分为长波、中波、短波、超 短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外和光 波,其对应的频率如表1所示。 不同频段的电磁波传播特性不同,它们的用 途也不同。
常用频段称呼
射频 (RF):1MHz-1GHz (广义射频指无线电 频率) 微波:1GHz-30GHz 毫米波:30GHz-300GHz 亚毫米波:300-3000GHz(1000GHz=1THz) 红外:300-416000GHz(1000THz=1pHz) 可见光:0.76-0.4µm
电磁场的概念
我们能否把交流电路的概念推广到电磁场中 呢? 人类认识客观世界,发现新的事物,有两种 方式: (1)从生产实践、科学实验中观察分析后 发现新的事物; (2)从科学理论出发,预言新的事物存在 。
电磁波的发现,属于后一种。
电磁场的概念源于麦克斯韦的预言
麦克斯韦的预言:
如果在空间某区域中有周期性变化的电场, 那么,这个变化的电场就在它周围空间产生 周期性变化的磁场;
电磁场量和电路量
由积分形式可看出场量与电路量之间的关系 :
电荷
电流
电压
电通量
磁通量
磁势
电磁场和电路定律
将麦氏方程改写成电路方程: 法拉第电磁感应定律 安培全电流定律
磁通连续性 高斯定律
电荷守恒定律
电磁场和电路ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ律
用求和 表示积分: 克希霍夫电压定律(电磁感应定律)
克希霍夫电流定律(电荷守恒定律)
无线电系统组成
发射机(信号产生、 放大)
发射终端(信息产生)
接收机(信号放大、变 换)
接收终端(信息处理)
发射天线(辐 射能量)
接收天线(搜 集能量)
概述
本讲座介绍无线系统的射频部分相关知识, 包括天线、发射机、接收机以及电磁波的基 本知识,微波部件和子系统参数测量的基本 原理和方法,使学员建立电磁场与微波技术 的基本概念,奠定设计、调试微波部件和子 系统的技术基础。
那么,这个变化的电场就在它周围空间产生 周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它 周围空间产生新的周期性变化的电场……
可见,变化的电场和变化的磁场是相互联 系的,形成一个不可分离的统一体,这就是 电磁场。
麦克斯韦预言
麦克斯韦预言的基本要点概括如下: (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场, 变化的电场能够在周围产生磁场; (2)均匀变化的磁场,产生稳定的电场,均 匀变化的电场,产生稳定的磁场;这里的“ 均匀变化”指在相等时间内磁感应强度(或 电场强度)的变化量相等,或者说磁感应强 度(或电场强度)对时间变化率一定.
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