• 电荷产生电场
  • 磁场线永远闭合
  • 变化的磁场会产生电场（法拉第电磁感应定律）
  • 电流和变化的电场会产生磁场（变化的电场产生磁场，变化的磁场又产生电场，相互激发传播）

电磁波怎么来的

电场和磁场互相“接力”，就形成了向前传播的电磁波。

电磁波有三个方向：$E$、$H$、$k$（三者相互垂直）

  • $E$：电场方向
  • $H$：磁场方向
  • $k$：传播方向

公式：$v = f \times \lambda$

波速 = 频率 × 波长

为什么有传输线

在高频中，波长很短，此时导线长度可能与波长差不多，因此 不能认为整根线上电压相同！

传输线里最核心的几个量是：

$$
Z_0,\quad Z_L,\quad \Gamma,\quad Z_{in},\quad VSWR
$$

分别是：

  • $Z_0$：特性阻抗
  • $Z_L$：负载阻抗
  • $\Gamma$：反射系数
  • $Z_{in}$：输入阻抗
  • $VSWR$：驻波比

负载与传输线不匹配，信号传输到末端会反射回来。
入射波和反射波叠加，形成驻波。
因此传输线的电压电流会随着位置变化。

$$
\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0}
$$

负载和传输线差距越大，反射越严重。

微波工程中的 S 参数

不看电压电流，而是看“入射波”和“反射波”，这就是 S 参数。

比如一个二端口网络：

$$
S_{11},\quad S_{21},\quad S_{12},\quad S_{22}
$$

可以这样理解：

  • $S_{11}$：输入端反射有多大
  • $S_{21}$：从 1 端口传到 2 端口有多强
  • $S_{12}$：从 2 端口反向传到 1 端口有多强
  • $S_{22}$：输出端反射有多大

最常用的是：

$$
S_{11}
$$

它表示输入匹配好不好。

如果 $S_{11}$ 很小，说明反射小，匹配好。

$$
S_{21}
$$

表示传输能力。

如果是放大器，$S_{21}$ 可能大于 1。

如果是滤波器，通带内 $S_{21}$ 大，阻带内 $S_{21}$ 小。

器件

谐振器

只在某些频率附件很容易储存能量的结构（LC 谐振电路、波带枪、介质谐振器）

核心指标：$Q$，越高表明能量损耗越小，频率选择性越强。

功分器

把一路微波信号分成两路或多路（一个信号分给很多天线单元，用功分网络）

典例：Wilkinson 功分器

定向耦合器

主传输线三取“一小部分信号”，同时可以判断信号传播方向

用于测量、反馈、功率监测。

滤波器

通过某些频率，抑制吗某些频率

微波滤波器的本质：用传输线、谐振器、耦合结构实现频率选择。

放大器

放大微弱信号

微波放大器不仅要看增益，也要考虑：

  • 匹配
  • 噪声
  • 稳定性
  • 带宽
  • 线性度

混频器

把一个频率变成另一个频率

通常将高频信号变成中频，方便处理。

系统层面在干什么

系统层面不再只看一个器件，而是看整条链路：

天线 → 滤波器 → 低噪声放大器 → 混频器 → 中频放大 → 检波/采样

这里你要关心：

  • 信号变强了还是变弱了？
  • 噪声变大了多少？
  • 接收机能不能检测到弱信号？
  • 发射功率够不够？
  • 雷达能不能探测到目标？

所以系统章节会出现：

  • Friis 传输公式
  • 雷达方程
  • 噪声系数
  • 噪声温度
  • 链路预算
  • 动态范围

框架里的几个关键问题

为什么微波工程不能只用普通电路理论？

答案：

因为微波频率高、波长短，导线和器件尺寸可能已经和波长可比。此时电压电流不是整个电路瞬间统一变化，而是以波的形式传播，所以必须考虑反射、相位、驻波、匹配等问题。

电磁场和微波工程是什么关系？

答案：

电磁场提供底层规律，微波工程把这些规律用于传输线、波导、匹配网络、滤波器、功分器、放大器和系统设计。

为什么传输线这么重要？

答案：

因为微波信号在实际电路中不是简单“流过导线”，而是沿传输线传播。只要负载不匹配，就会产生反射，导致能量传输效率下降。

为什么要做阻抗匹配？

答案：

为了减少反射，让信号能量尽可能从源传到负载。匹配不好会导致驻波、功率损失，严重时还可能损坏设备。

为什么微波工程常用 S 参数？

答案：

因为高频下直接测电压电流很难，而入射波、反射波更容易描述和测量。S 参数可以直接反映反射、传输、匹配、隔离等性能。

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