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微波的传输特性和基本测量

1、微波基本知识

微波及其特点

微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、

量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，

微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出，微波的频率范围是处于

光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线

电波相比，微波有下述几个主要特点

图1电磁波的分类

．波长短1(1m—1mm)：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微波波段制成

方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号，从而

确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。

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．频率2高：微波的电磁振荡周期(10一10s)很短，已经和电子管中电子在电极间的

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飞越时间(约10s)可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放

大器和检波器)中，而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、

微波固体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波

长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电

阻，电容，电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、

谐振腔等)来代替。

．微波在研究方法3上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统

中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。

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．量子特性：在微波波段，电磁波4每个量子的能量范围大约是10～10eV，而许多原

子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子

和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器

和准确的分子钟，原子钟。(北京大华无线电仪器厂)

．能5穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通

讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。

综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际

应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组

成部分。

微波基本知识

一、电磁波的基本关系

描写电磁场的基本方程是：

D，B0

BD

E，Hj⑴

tt

和

DE，，。⑵

BHjE

方程组⑴称为Maxwell方程组，方程组⑵描述了介质的性质对场的影响。

对于空气和导体的界面，由上述关系可以得到边界条件(左侧均为空气中场量)



E0，E，

tn



o

⑶

Hi，H0。