1.3 微波问题的分析方法

微波的研究方法与低频波段的研究方法不同。在低频波段（普通无线电波段），由于电路系统内传输线（导线）的几何长度l远小于所传输的电磁波的波长λ（即l/λ很小），因此称为“短线”；而且，系统内元器件的几何尺寸也远小于波长λ。这样，波在传输过程中的相位滞后效应可以忽略，而且一般也不计趋肤效应和辐射效应的影响，电压和电流也都有确定的定义。因此，在稳定状态下，系统内各处的电压或电流可近似地认为是同时只随时间变化的量，而与空间位置无关；电场能量和磁场能量分别集总于电容和电感内，电磁场的能量只消耗于电阻上，而对于连接元（器）件的导线，则可近似地认为其既无电容和电感，也不消耗能量（即没有串联电阻和并联电导）。这就是通常所说的集总参数电路的情况。研究集总参数电路的问题，采用的方法是低频中的电路理论，一般来说，无须采用电磁场的方法求解。

在微波波段，由于电路系统内传输线的几何长度l大于所传输的电磁波的波长λ，或者可与波长λ相比拟，因此称为“长线”；而且，系统内元（器）件的几何尺寸也大于波长λ，或者可与波长λ相比拟。这样，波在传输过程中的相位滞后、趋肤效应和辐射效应等都不能忽略，而且一般而言，电压和电流也不再具有明确的物理意义。因此，系统内各点的电场或磁场随时间的变化不是同步的，即它们不仅是时间的函数，而且还是空间位置的函数；系统内的电场和磁场均呈分布状态，而非“集总”状态，因此，与电场能量相联系的电容和与磁场能量相联系的电感，以及与能量损耗相联系的电阻和电导也都呈分布而非“集总”状态；而且，传输线本身的电容、电感、串联电阻和并联电导效应均不能被忽略。这样，就构成了所谓的分布参数系统（分布参数电路）。研究分布参数系统的问题，一般而言，不能采用低频波段中的电路理论，而应采用电磁场理论，即在一定边界和初始条件下求电磁场波动方程的解，从而得出场量随时间和空间的变化规律，研究波的各种特性。

对于微波频段的问题，我们通常分别采用“路”和“场”的方法去求解，场理论的解通常给出了空间中每一点的电磁场的完整描述，它比我们在绝大多数实际应用中所需的信息多得多。典型地，我们更关心终端的量，如功率、阻抗、电压和电流这些常用电路理论概念表达的量。这样，在一定的条件下，我们把本质上属于“场”的问题等效为“路”的问题来处理，就可使问题能比较容易得到解决。

微波技术所研究的内容，概括地讲，就是微波的产生、传输、变换（包括放大、调制）、检测、发射和测量，以及与此对应的微波器件和设备的设计等。

本书主要讨论微波的传输问题，即传输线问题，这是研究微波技术中其他问题的基础，传输线的概念几乎贯穿于本书的各个章节。此外，本书还讨论了微波网络基础、微波谐振器、常用微波元器件的基本工作原理与应用。