電磁場與微波通信工程專業(yè)課程主講教師：QL334

杜豐

fun@教材和參考書教材：盛振華，電磁場微波技術與天線，西安電子科大

參考書：1．謝處方，電磁場與電磁波，人民教育1987年第2版2．趙家陞，電磁場與微波技術，華中理工1990年第1版3．姚光圻，微波技術基礎，西南交大1993年第1版4．劉學觀，微波技術與天線，2001年第1版5．水啟剛，微波與光導波技術，浙大1996年第1版6．高建平，電波傳播，2002年第1版7．畢崗，電磁場與微波，2007浙大第2版太多的疑問為什么要學?三大目標怎么才能學好??

情期末考試難不難???三七而開，獎罰分明個人獎勵：找錯誤、提觀點、寫文章團體獎勵：科學辯論個人罰分：出勤考核學習方法安排：56=48（理論）+8（實驗）學時方法：“場”和“路”第一章電磁場……“場”第二章傳輸線理論……“路”第三章金屬波導傳輸線……“場”第四章微波網(wǎng)絡基礎……化“場”為“路”

第五章微波元件……等效成微波網(wǎng)絡前導課：普通物理電磁學、通信電子線路后續(xù)課：光纖通信

電磁波發(fā)展史

奧斯特

法拉第

麥克斯韋

赫茲波波夫馬可尼近200年研究內(nèi)容建立電、磁場規(guī)律確定表征量總結(jié)電、磁現(xiàn)象規(guī)律揭示時變情況下

電磁相互依存關系微波的概念及波段劃分微波是一種頻率非常高的電磁波對應的頻率范圍:

1m～0.1mm對應的頻率范圍:

3×108Hz～3×1012Hzγ射線如果沒有微波？沒有交通沒有通信沒有電視沒有微博沒有食物沒有電力微波的左親右鄰f中頻MF高頻HF甚高頻VHFλ中波MW短波SW超短波SSW高頻光導波：目前主要研究0.5～10μm（可見光到近紅外）

低頻高頻微波紅外線可見光紫外線x射線γ射線f102KHz102KHz～102MHz102MHz～103GHzλ100

～0.76μm0.76

～0.40μm微波波段劃分波段波長范圍頻率范圍波段名稱分米波1m～10cm0.3～3GHz特高頻（UHF）厘米波10cm～1cm3～30GHz超高頻（SHF）毫米波1cm～1mm30～300GHz極高頻（EHF）微波波段代號及對應頻率范圍波段頻率范圍（GHz）波段頻率范圍（GHz）UHF0.30～1.12Ka26.50～40.00L（22cm）1.12～1.70Q（8mm）33.00～50.00LS1.70～2.60U40.00～60.00S（10cm）2.60～3.95M50.00～75.00C（5cm）3.95～5.85E60.00～90.00XC5.85～8.20F90.00～140.0X（3cm）8.20～12.40G140.0～220.0Ku（2cm）12.40～18.00R220.0～325.0K（1.25cm）18.00～26.50

1996.8中星5號停播后我國收看電視節(jié)目的幾顆主要衛(wèi)星臺名下行中心頻率極化方向CCTV-4（PAL）3960MHzH（水平）河南（壓縮）3760MHzH廣東（壓縮）3840MHzHCCTV-4（NTSC）

12470MHzHCCTV-3、5、6、7、812350MHzV（垂直）100.5?E，亞洲2號，1996.5升空，24個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器、9個Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器1997．內(nèi)蒙、湖北、湖南、福建、青海、江西、遼寧、廣西：C波段

臺名下行中心頻率極化方向CCTV-13860MHzVCCTV-24180MHzV浙江4020MHzV山東4100MHzV四川4080MHzH新疆4120MHzH西藏4040MHzH134?E，亞太1A，1996.7升空，8個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器1996.8中星5號停播后我國收看電視節(jié)目的幾顆主要衛(wèi)星臺名下行中心頻率極化方向CETV-13880MHzHCETV-23840MHzHCETV-33800MHzH138?E，亞太1號，1994年升空，24個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器

臺名下行中心頻率極化方向云南4040MHzH貴州3760MHzH鳳凰衛(wèi)視4000MHzH105.5?E，亞州1號，24個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器

1996.8中星5號停播后我國收看電視節(jié)目的幾顆主要衛(wèi)星目前我國電視直播主衛(wèi)星臺名下行中心頻率極化方向CCTV-1、CCTV-211880MHzV青海、西藏、內(nèi)蒙古11960MHzVCCTV-3、CCTV-512060MHzH浙江、安徽、遼寧12100MHzH92.2?E，中星9號，2008.6升空，22個Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器臺名下行中心頻率極化方向廣東、深圳3845MHzHCCTV-1、CCTV-24080MHzHCCTV-3、CCTV-54160MHzH126.4?E，鑫諾6號，2010.9升空，24個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器、8個Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器微波的特點

似光性定位天線頻率高

多路通信

穿透電離層

天文學研究

量子特性微波波譜學微波微波的特點應用

波長短（0.1mm—1m）

當λ<<物體尺寸時具有似光性，易于實現(xiàn)窄波束定向輻射，且視距傳播1、雷達：包括軍用雷達、導航雷達、氣象雷達、汽車防撞雷達（1）λ<<建筑物、目標（飛機、軍艦等），引起反射（2）為定向輻射，必須使用尺寸>>λ的天線

常用拋物面天線，發(fā)射電磁波的波束角θ=140?/（D/λ）其中：D—拋物面直徑，λ—波長①θ=5?，C波段λ=5cm，D=140cm②朝暉校區(qū)信息樓頂，D=6m，λ=5cm，θ=1.167?（窄波束）③θ=5?，X波段，λ=3cm，D=84cm，可裝在飛機上2．（地面）微波中繼（接力）視距傳播通信：50Km數(shù)字微波：2、4、6、7、8、9、11、12、20GHz郵電、鐵道、電力、石油、公安等微波的特點應用

能穿透電離層

短波可經(jīng)電離層反射1．衛(wèi)星通信

SC（SatelliteCommunication）

VSAT（VerySmallApertureTerminal甚小口徑終端）2．無線電定位：GPS3．散射通信：對流層不均勻氣團散射，中繼距離達幾百Km

微波的特點應用

微波熱效應和微波能應用1．微波加熱

熱效率高、加熱迅速熱透深度大（約4cm）加熱均勻（里外一起熱）糧食、茶葉、卷煙、木材、紙張、皮革、蠶絲、紡織、食品

等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工部門2．微波理療、針灸、治癌

3．空間太陽能發(fā)電站微波傳輸

新聞鏈接

天宮一號是中國首個空間實驗室和空間目標飛行器，于2011年9月發(fā)射升空。2011年11月3日，神舟八號飛船與天宮一號在距地球343公里的軌道實現(xiàn)自動對接，使中國成為世界上第三個掌握空間飛行器交會對接能力航天大國。2012年6月18日，神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器實現(xiàn)自動交會對接，這是中國實施的首次載人空間交會對接。上天新聞鏈接

1975年2月4日，中國成功預報遼寧海城地震，創(chuàng)造了聯(lián)合國迄今為止所承認的唯一一個準確預報的地震案例。目前，日本是世界上唯一的在地震預報上保持著龐大研究計劃的國家，其一年用于地震預報研究的預算達到106億日元（1.09億美元）。入地新聞鏈接

2010年11月5日，我國自主研制的新一代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星風云三號B星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號丙遙七運載火箭發(fā)射入軌，設計壽命3年。這標志著中國極軌氣象衛(wèi)星真正實現(xiàn)了升級換代，也標志著中國氣象衛(wèi)星達到了世界先進水平。看天新聞鏈接

2012年6月27日5時29分，“蛟龍?zhí)枴遍_始7000米級海試的第5次下潛，經(jīng)過3個多小時的下潛，于11時47分潛至7062.68米。16時10分許，“蛟龍?zhí)枴苯Y(jié)束海試，并成功回收至“向陽紅09”船，再次刷新同類型潛水器下潛深度紀錄。下海新聞鏈接

2011年8月3日，中石油公司在塔里木油田的勘探再獲突破，發(fā)現(xiàn)了一批儲量巨大的天然氣田，其中大北氣田和克深氣田的儲量都達到2000億立方米。目前中國還擁有春曉、平湖、殘雪、斷橋等儲量達700億立方米以上的海上油氣田，占地面積達2.2萬平方公里，相當于2/3個臺灣省。尋寶微波技術的發(fā)展應用技術發(fā)展技術應用研究方法和基本內(nèi)容麥克斯韋方程第三章基爾霍夫定律第二章場與路相結(jié)合第四章場路研究方法基本內(nèi)容場路電磁學的先驅(qū)們奧斯特，HansChristianOersted，Denmark，1777-18511794年，考入哥本哈根大學1799年，獲博士學位1806年起，任哥本哈根大學物理學教授1829年，出任哥本哈根理工學院院長

1820/4，發(fā)現(xiàn)電流的磁效應1820/7/21，《關于磁針上電沖突作用的實驗》

1822年，對液體和氣體的壓縮性進行了實驗研究1825年，提煉出鋁，但純度不高1908年，丹麥自然科學促進協(xié)會建立“奧斯特獎章”1934年，以“奧斯特”命名CGS單位制中的磁場強度單位1937年，美國物理教師協(xié)會設立“奧斯特獎章”電磁學的開山祖師電磁學的先驅(qū)們法拉第，MichaelFaraday，U.K.，1791-18671813年，皇家研究院實驗室助理研究員

1816年，發(fā)表第一篇化學論文

1821年，轉(zhuǎn)向電磁學研究

1831年，提出“電磁感應”理論1852年，提出“場”理論

引入電力線、磁力線的概念，1834年，從實驗得出電解定律，證明了電荷不連續(xù)性1837年，發(fā)現(xiàn)電介質(zhì)對電容的影響，引入了相對介電系數(shù)概念。

1845年，發(fā)現(xiàn)磁光效應1825年，成為皇家學院教授1851年，被一致推選為英國皇家學會會長，但被他堅決推辭1855年，發(fā)表巨著《電的實驗研究》

19世紀電磁學領域最偉大的實驗物理學家電磁學的先驅(qū)們麥克斯韋，JamesMaxwell，U.K.，1831—187915歲發(fā)表數(shù)學論文，16歲考入愛丁堡大學1850年，轉(zhuǎn)入劍橋大學先后任多家大學物理學教授1861年，提出了感生電場與位移電流假說

預言了電磁波的存在

1855—1856年，第一篇論文《論法拉第的力線》1861年，提出位移電流的概念

1864年，《電磁場動力論》1868年，《關于光的電磁理論》

1873年，《電學和磁學通論》，提出麥克斯韋方程組

(11式)后期籌建卡文迪許實驗室并擔任第一任主任

電磁理論創(chuàng)始人之一電磁學的先驅(qū)們赫茲，HeinrichRudolfHertz，Germany，1857—1894青少年時期在數(shù)學、物理實驗方面顯示了出眾的才華與能力

1877年考入慕尼黑大學，次年轉(zhuǎn)入柏林大學，師從亥姆霍茲1883年任基爾大學物理學講師

1885年，任卡爾魯厄大學物理學教授1889年，接替克勞修斯擔任波恩大學物理學教授

1884年，提出源和場統(tǒng)一的思想，改寫麥克斯韋方程1886年10月，提出電磁擾動可以產(chǎn)生電磁波1887年11月5日，《論絕緣體中電擾動產(chǎn)生的電磁效應》

1888年1月21日，《論電動力學作用的傳播速度》，發(fā)現(xiàn)電磁波1894年1月1日，因血液中毒在波恩逝世，年僅36歲電磁波之父電磁學的先驅(qū)們庫侖，CharlesAugustindeCoulomb，F(xiàn)rance，1736—1806幼年在巴黎讀書。長大后留在巴黎研究數(shù)學和自然科學

1761年，畢業(yè)于軍事工程學校，任軍事工程師，后因健康原因退伍1773年，發(fā)表材料強度論文，設計“水下作業(yè)法”1776年，參加法國科學院會議，開始研究磁力1777年，改良航海指南針磁針，獲得法國科學院懸賞1777年，發(fā)明庫侖秤，測量微力1781年，提出滑動摩擦公式

1782年，當選法國科學院院士

1785至1789年，發(fā)表《電氣與磁性》七卷著作，提出庫侖定律1788年，把庫侖定律結(jié)果推廣到兩個磁極之間的相互作用法國大革命時期辭去公職，拿破侖執(zhí)政后恢復公職1806年8月23日，因病在巴黎逝世，終年七十歲電學和磁學從定性到定量研究的里程碑

電磁學的先驅(qū)們卡文迪許，HenryCavendish

，U.K.，1731-1810幼年喪母，性格孤獨而羞怯1749年，進入劍橋的圣彼得學院1753年，離開劍橋留學法國，后返回倫敦與父親建設實驗室1760年，成為皇家學會會員

1766年，發(fā)表《人造氣體》，開辟化學新紀元

研究動力學，1798年，通過扭秤實驗驗證牛頓萬有引力定律確定了萬有引力常數(shù)和地球的平均密度，第一個稱量地球的人電學研究成就非凡，但均未公開發(fā)表，后由Maxwell整理成書研究熱力學1803年，當選為法國科學院外國院士最古怪的科學家1810年3月10日

，老死于家中，終年七十九歲后代捐款建設卡文迪許實驗室化學中的牛頓開創(chuàng)了弱力測量的新時代十八世紀英國科學界智商最高的人

最富有的學者，最有學問的富翁電磁學的先驅(qū)們安培，AndréMarieAmpère，F(xiàn)rance，1775—1836

數(shù)學天才，12歲學習微積分，13歲發(fā)表關于螺旋線的論文18歲，通曉意大利語、拉丁語和希臘語

33歲前致力于純粹數(shù)學的研究

1808年，任法蘭西大學的學監(jiān)，并終身保持職位1814年，成為法國科學院成員和教授

1808-1815年，致力于化學研究，并和蓋-呂薩克合作

1809-1819年，任理工學校數(shù)學教授1819年，巴黎大學文學系哲學教授；1820年，天文學教授1820年至1827年，致力于研究電磁學，幾個月內(nèi)研究成果為：

安培定則、電流導線相互作用規(guī)律、電流計、分子電流假說、安培定律

1824年，法蘭西學院天文學教授1827年，重要著作《完全從實驗導出的電動力學現(xiàn)象的數(shù)學理論》1836年6月10日，在巡視法國各大學途經(jīng)馬賽時逝世，終年61歲

電學中的牛頓電動力學的先創(chuàng)者偉大才智被濫用的科學家電磁學的先驅(qū)們愛因斯坦，AlbertEinstein

，Germany，1879～1955

幼時舉家遷往慕尼黑，少年時代求學坎坷16歲，第一篇論文《關于磁場中的以太的研究現(xiàn)狀》1894，再次遷居意大利，退學并放棄國籍；1896考入ETH

大學期間自由散漫，畢業(yè)即失業(yè)；1902就業(yè)；1903初婚1905獲蘇黎世大學哲學博士學位，開始輝煌的一年

發(fā)表于《物理學年鑒》的4篇論文：《分子體積的新測定方法》、《關于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》、《論動體的電動力學》、《物體的慣性同它所含有的能量有關嗎？》

1908年兼任伯爾尼大學編外講師

1909年經(jīng)普朗克推薦任蘇黎士大學理論物理學副教授1911年任布拉格德語大學理論物理學教授1912年任母校蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學教授1914年，應M.普朗克和W.能斯脫的邀請任威廉皇帝

物理研究所所長兼柏林大學教授，離婚

電磁學的先驅(qū)們愛因斯坦，AlbertEinstein

，Germany，1879～1955

1916年，發(fā)表《廣義相對論的基礎》，建立了廣義相對論1919年，與表妹再婚根據(jù)廣義相對論作出光線經(jīng)過太陽引力場要彎曲1.75秒的預言1919年，英國天文學家A.S.愛丁頓觀測日全食證實，全世界轟動1921年，陪伴C.魏茲曼到美國尋求建立猶太人國家支持1921年，因“光電效應規(guī)律”獲諾貝爾物理學獎1920’s，奔波歐、美、遠東各地講學，發(fā)表《統(tǒng)一場論》1933年，受納粹政權(quán)迫害而遷居美國，定居新澤西州普林斯頓，

任普林斯頓高等研究院教授至退休1939年，獲悉鈾核裂變及其鏈式反應的發(fā)現(xiàn)，在匈牙利物理學家

L.西拉德推動下，上書羅斯福總統(tǒng)，建議研制原子彈，以防德國占先終生和平主義者，對投擲原子彈強烈不滿；戰(zhàn)后參與廢除核武器運動1952年，拒絕出任以色列總統(tǒng)1955年4月18日，主動脈瘤破裂逝世于普林斯頓，“三無一保密”20世紀最偉大的自然科學家物理學革命的旗手電磁學的先驅(qū)們牛頓，IsaacNewton，U.K.，1642～1727

遺腹子，由外婆撫養(yǎng)，十二歲進入皇家中學，一無是處

1658年輟學務農(nóng)，1661年考入劍橋大學三一學院1664，選為優(yōu)等生；1665畢業(yè)留校讀特別研究生1665.6，劍橋因鼠疫關閉，在烏爾索普農(nóng)莊

孕育微積分、萬有引力定律、色散原理1667年回到劍橋，翌年獲碩士學位1669年開始當數(shù)學講座教授，時年26歲

1683.5，完成《自然哲學的數(shù)學原理》，1687.7.5出版，時年44歲包括三大運動定律和萬有引力定律，是人類對自然界認識第一次大綜合書稿極其深奧，無人能懂廣受神學界批評，1692精神錯亂，兩年后康復電磁學的先驅(qū)們牛頓，IsaacNewton，U.K.，1642～1727

1689、1701年，兩次以劍橋大學代表身份被選入議會1696年，皇家造幣廠監(jiān)督；1699年，造幣廠廠長，巴黎科學院院士1703年，任皇家學會會長直到逝世1703，《光學》，提出光粒子說1705年，因科學研究和幣制改革被女王授予爵士爵位終生未婚，晚年由侄女照顧生命后二三十年，轉(zhuǎn)而研究神學，科學上幾乎沒有貢獻如果說我比多數(shù)人看得遠一些的話，那是因為我站在巨人們的肩上。”

巨人列表：歐幾里德的數(shù)學、阿基米德的靜力學、開普勒的行星運動規(guī)律、伽利略的動力理論、笛卡兒的動量守恒、惠更斯的向心力等。

科學方法：以培根的實驗歸納法為基礎，吸收笛卡兒的數(shù)學演繹體系，形成了比較全面的科學方法。

1727年3月20日病逝，享年85歲死后作為自然科學家第一個獲得國葬，長眠于威斯敏特教堂整個物理學、近代自然科學奠基人電磁學的先驅(qū)們馬可尼，GuglielmoMarcheseMarconi,

Italy，1874~1937家境富裕，從小喜歡讀書實驗1894年，決心繼承赫茲衣缽，開拓無線電通信事業(yè)1895年，在家中實驗，距離3公里，郁悶于意大利1896，回到英國，獲得無線電通信發(fā)明專利1897年5月18日,橫跨布里斯托爾海峽的14公里無線電通信成功同年成立全球第一家馬可尼無線電報通信有限公司1899年3月28日，在英國南福蘭角與法國維姆勒之間31英里的通信，

實現(xiàn)了英國與歐洲大陸的無線電通信。1899年11月22日，成立美國馬可尼無線電電報公司1900年10月，建立英國普耳杜10千瓦大功率發(fā)射臺1901年12月，完成加拿大紐芬蘭市與普耳杜電臺無線電通信實驗，

推動無線電通信走向了全面實用的階段1909年與卡爾·布勞恩共同獲得1909年度諾貝爾物理學獎1937年7月20日，病逝于羅馬。羅馬國葬；英國郵電局業(yè)務中斷2分種無線電報之父電磁學的先驅(qū)們波波夫,Aleksandr

StepanovichPopov，Russia，1859～1906小時學會木工，12歲轉(zhuǎn)學電工技術18歲考入彼得堡大學數(shù)學物理系，不久轉(zhuǎn)入森林學院學習1882年畢業(yè)，受聘瑯施塔得水雷學校任教1888年，赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波，樹立了指揮電磁波飛越全世界的理想1894年，發(fā)明磁波接收機，用世界上第一根天線檢測雷電1895年5月7日，發(fā)表論文《金屬粉末與電振蕩的關系》，現(xiàn)場演示1896年3月24日，和助手進行無線電傳遞莫爾斯電碼表演。距離250米

發(fā)出世界上第一份無線電報1897年夏,在相隔5千米的軍艦非洲號和歐洲號之間通信1900年初，通信距離達到45千米為沙俄封建統(tǒng)治所累1906年1月16日，因腦溢血突發(fā)去世，年僅47歲無線電報之父電磁學的先驅(qū)們薛定諤，ErwinSchrodinger，Austria，1887-1961兒時顯山露水，19歲考入維也納大學物理系1910，獲哲學博士學位，就業(yè)維也納大學第二物理研究所1921，任蘇黎士大學數(shù)學物理學教授，成婚，性情中人1925，研究量子氣體理論研究，《論愛因斯坦的氣體理論》1926年1~6月，提出“薛定諤”方程，創(chuàng)立波動力學1926.3.30，證明波動力學和矩陣力學數(shù)學等價性

1927，接替普朗克出任柏林大學物理學教授，成為普魯士科學院院士1933，反對法西斯統(tǒng)治，辭職，與狄拉克分享諾貝爾物理學獎1933~1936，牛津大學任教1939.10，愛爾蘭研究所工作，進一步研究波動力學統(tǒng)一場論、宇宙論1948，發(fā)表《生命是什么》，成為分子生物學先驅(qū)1956，維也納大學物理研究所，獲得奧地利政府頒發(fā)第一屆薛定諤獎1961年1月4日病逝于阿爾卑包赫山村電磁學的先驅(qū)們薛定諤，ErwinSchrodinger，Austria，1887-1961薛定諤之貓波動力學之父電磁學的先驅(qū)們惠更斯，christiaanHuygens，Netherlands，1629～1695高干子弟，自幼聰明好學，思想敏捷，多才多藝，動手能力強16歲進萊頓大學，兩年后轉(zhuǎn)人布雷達大學，1655年獲法學博士學位

數(shù)學天才出眾，22歲發(fā)表曲線論文，研究平面曲線、概率論、微積分1655，出訪法國，與知名科學家會面，開始研究天文學同年用自制望遠鏡解決“土星怪現(xiàn)象”，后發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六、獵戶座星云1652~1656，利用相對性確立動量守恒，發(fā)明擺鐘，出版《擺鐘論》1657，《論賭博中的計算》，論證概率論1659，研究離心力，獲得了圓周運動離心力值

1660，回訪巴黎，覲見國王路易十四，回國研究聲學1664，再次到巴黎，受資助成立實驗室，研究力學1666，受路易十四邀請成為新建法國科學院院士1672，提出光波動理論（惠更斯原理），1690出版巨著《光