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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,波長范圍,頻率范圍,名 稱,電磁波,無線電波,可見光,紅外線,紫外線,遠(yuǎn)紅外,中紅外,近紅外,射線,射線,分米波,厘米波,毫米波,亞毫米波,超長波,長波,中波,短波,超短波,微波,30KHz,30300KHz 3003000KHz,330MHz,30300

2、MHz,3003000MHz,330GHz,30300GHz 3003000GHz,10dm,1 10cm,110mm,0.11mm,10km,1 10km,1001000m,10100m,110m,251mm,2.5 25m,0.762.5 m,40007600A,(0.40.76m),0.0130A,0.0lA 以下,表 1.1 電 磁 波 頻 譜,304000A,特UHF,超SHF,極EHF,甚VHF,高HF,在微波和雷達(dá)工程中,通常還采 用不同的字母來表示微波中的不同分波段,，,它們?nèi)绫?1.2所示。,在微波波段,由于它的頻率極高,所以通常采用比低頻時(shí)常用的 H,Z,(,赫茲)和 KH

3、,Z,(,千赫)更大的頻率單位,它們是 MH,Z,(,兆赫)、GH,Z,(,吉赫或千兆赫)和 TH,Z,(,太赫),它們與赫茲的,換算關(guān)系為,：,微波波段的代號及對應(yīng)的頻率范圍,波 段,頻率范圍(GHz),波 段,頻率范圍(GHz),UHF,0.301.12,Ka,26.5040.00,L,1.121.70,Q,33.0050.00,LS,1.702.60,U,40.0060.00,S,2.603.95,M,50.0075.00,C,3.955.85,E,60.0090.00,XC,5.858.20,F,90.00140.0,X,8.2012.40,G,140.0220.0,Ku,12.401

4、8.00,R,220.0325.0,K,18.0026.50,向愈來愈高的工作頻率推進(jìn)是近代電子技術(shù)的,一,個(gè)重要發(fā)展方向,從中波、短波,到微波,直至激光。當(dāng)前,微波技術(shù)又正向毫米波、亞毫米波段的開發(fā)推進(jìn)。因?yàn)槲⒉ǔ司哂幸话銦o線電波的共性以外,它還具有許多與低頻無線電所不同的特性。下面我們將討論微波的,一,些主要特點(diǎn)。(,從電子學(xué)和物理學(xué)的觀點(diǎn)看，微波這段電磁譜具有不同于其它波段的如下重要特點(diǎn):),信息性：,微波的頻率很高，可用的,頻帶很寬,微波的頻帶比所有低頻無線電波頻帶的總和還要寬 10000 倍,這么寬的頻譜空間的開發(fā)將大大克服頻譜空間擁擠的困難,，也意味著微波的信息容量大。所以現(xiàn)代多

5、路通信系統(tǒng),包括衛(wèi)星通信系統(tǒng),幾乎無例外地都是工作在微波波段。另外，微波信號還可提供相位信息、極化信息、多普勒頻率信息。這在目標(biāo)探測、遙感、目標(biāo)特征 分析等應(yīng)用中是十分重要的。這意味著微波的信息容量大。所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng),包括衛(wèi)星通信系統(tǒng),幾乎無例外地都是工作在微波波段。另外，微波信號還可提供相位信息、極化信息、多普勒頻率信息。這在目標(biāo)探測、遙感、目標(biāo)特征分析等應(yīng)用中是十分重要的。,微波的特點(diǎn):,另一方面,在電路特點(diǎn)上,這時(shí)必須考慮在低頻時(shí)不起主要作用的電路中的趨膚效應(yīng)、輻射效應(yīng)和分布參數(shù)效應(yīng)等高頻效應(yīng),，因,此,在低頻下通常所采用的集中參數(shù)元件、普通雙導(dǎo)線傳輸線和,LC,諧振回路等都將不能

6、適用于微波。在微波下,將采用波導(dǎo)傳輸線、諧振腔和由它們所構(gòu)成的分布參數(shù)電路元件,因此,微波分布參數(shù)電路不論在結(jié)構(gòu)形式和工作原理上都將大大區(qū)別于低頻集中參數(shù)電路。,似光性和似聲性：,似光性,：微波的波長很短,比地球上一般物體(,對于尺寸大的物體,如飛機(jī)、艦船、汽車、坦克、火箭、導(dǎo)彈、建筑物等,),的尺寸相對要小得多,它顯示出,粒子,的特點(diǎn)即似光性或直線性,。(這使微波的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似,即所謂似光性。)因此,使用微波工作,能使電路元件尺寸減小,；,使系統(tǒng)更加緊,湊,；,可以設(shè)計(jì)制成體積小、波束很窄、方向性很強(qiáng)、增益很高的天線系統(tǒng),接收來自地面或宇宙空間各種物體反射回來的微弱信號,從而確定物體的

7、方位和距離,分析目標(biāo)的特征。（,它特別適合于無線電定位,即雷達(dá)技術(shù)的需要。因?yàn)槔走_(dá)為了正確測,定,目標(biāo)位,置,就必須發(fā)射窄波束,而天線的波束寬度是正比于工作波長和天線口徑之比,。,似聲性：,由于其波長很短,可以和一般的微波元、器件及電路的幾何尺寸(如實(shí)驗(yàn)室中的無線電設(shè)備)相比擬,甚至比其更短,這時(shí)電磁波的波動性就表現(xiàn)了出來,使得微波的特點(diǎn)又與聲波相近,即所謂似聲性。例如微波波導(dǎo)類似于聲學(xué)中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似于聲學(xué)喇叭、蕭和笛，微波諧振腔類似于聲學(xué)共鳴箱等。,（3）,穿透性,微波照射于物體,(,介質(zhì)體,),時(shí),能深入物質(zhì)內(nèi)部；,微波能穿透電離層,成,為人類探測外層空間的,“,宇宙窗

8、口,”；,微波能穿透云霧、雨、植被、積雪和地表層,具有全天候和全天時(shí)的工作能力,成為遙感技術(shù)的重要波段,;,微波能穿透生物體,成為醫(yī)學(xué)透熱療法的重要手段；,毫米波還能穿透等離子體,是遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和航天器重返大氣層時(shí)實(shí)現(xiàn)通信和末制導(dǎo)的重要手段。,（4）,非電離性,微波的量子能量還不夠大,不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子間的鍵。而由物理學(xué)知道,分子、原子和原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現(xiàn)的,許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍,因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效,的研究手段。另一方面，利用這一特性和原理,可研制許多適用于微波波段的器件。,（6）,微波測量不同于低頻無線電測量。低頻無線

9、電測量的基本量是電壓,（v）、,電流,(I),和頻率,(f),以及電路元件參數(shù)電阻,(R)、,電容,（C）,和電感,（L）；,微波測量的基本量是功率,(P)、,阻抗,(Z),和波長,(,),以及電路的衰減和相移,因?yàn)樯鲜龅皖l參量,(,除頻率以外,),在微波下通常都已經(jīng)沒有確切的物理意義了。,（5）,微波能夠深入物質(zhì)內(nèi)部與物質(zhì)產(chǎn)生相互作用,水和含水物質(zhì)對微波具有吸收作用,因此,可以利用微波對含水物質(zhì)進(jìn)行選擇性加熱,可治療和診斷人體的某些疾病。,（7）,微波的研究方法不同于低頻無線電。低頻無線電電路中的電壓、電流僅是時(shí)間的函數(shù)而與空間位置無關(guān)。因此,它采用由克?；舴蚨擅枋龅碾娐防碚搧硌芯?；,而

10、微波的空間的電場,(E)、,磁場,(H),不但是時(shí)間的函數(shù)而且還是空間位置的,函數(shù)。因此,它必須采用由麥克斯韋場方程組所描述的電磁場理論來進(jìn)行研究。綜上所述,正是由于微波具有許多獨(dú)特的特性,才為它的迅速發(fā)展和廣闊應(yīng)用提供了動力和開辟了前景,也正是由于微波在理論和技術(shù)上都大大區(qū)別于低頻元線電,所以就必須把它作為一門獨(dú)立的科學(xué)技術(shù)來進(jìn)行研究。,1.2,微波的應(yīng)用,微波理論和技術(shù)的發(fā)展是和,它,的實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的,目前它的應(yīng)用已經(jīng)幾乎遍及尖端科技、軍事國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等各個(gè)部門,甚至深入到醫(yī)療衛(wèi)生和人們的日常生活中,而且,新的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地?cái)U(kuò)大。下面我們就討論一些,微,波的主要應(yīng)用。

11、,1.,雷達(dá)與導(dǎo)航,：,雷達(dá):,是微波技術(shù)發(fā)展的策源地,它利用天線發(fā)送一個(gè)無線電窄波束,，,然后通過測定目標(biāo),的,反射回波來確定目標(biāo)的位置。它根據(jù)發(fā)射脈沖與接收到的回波脈沖之間的時(shí)間間隔 來確,定,目標(biāo)的距離,其中,C,為光速,并根據(jù)接收到回波時(shí)雷達(dá)天線波束所指向的方位來確,定,目標(biāo)的方位角和仰角位置。,如,果,要測定目標(biāo)的速度,則可根據(jù)所接收到的回,波,的多普勒頻移,來確,定,式中為與波束中心線的夾角。,雷達(dá)大多數(shù)都工作在微波波段,這是因?yàn)?目標(biāo)的尺寸與波長之比越大,反射回波就越強(qiáng),探測距離就越遠(yuǎn),；,雷達(dá)天線口徑與波長之比越大,發(fā)射波束,就越細(xì),測位精度就越高,；,而且為了能探測外層空間的

12、目標(biāo),(,如導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇窗飛船等,),就必須利用微波,能夠穿透電離層的特性。,現(xiàn)代雷達(dá)要求不僅能發(fā)現(xiàn)和測定目標(biāo)位置,而且還要能,跟,蹤目標(biāo) 如炮瞄雷達(dá),、獲得目標(biāo)更多的信息,(,如目標(biāo)的速度、加速度、大小、形狀,類型和真假彈道和彈著點(diǎn)等,),以及能進(jìn)行信息處理并作出相應(yīng)的應(yīng)對措施,(,如指揮炮火或,導(dǎo)彈迎擊,),等。另一方面還要求能對規(guī)定區(qū)域同時(shí)進(jìn)行多目標(biāo)的探測和,跟,蹤,為此,研究了各種新體制的,雷,達(dá),如單脈沖雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、掃頻雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)等。為了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的小型化主要應(yīng)采用微波集成電路技術(shù)和固體微波技術(shù),小型化雷達(dá)不僅是機(jī)載和星載雷達(dá)的需要,而且也

13、為雷達(dá)的新應(yīng)用開辟了前景,如汽車防撞雷達(dá)、家庭防盜雷達(dá)和盲人防撞雷達(dá)等。隨著毫米波和亞毫米波發(fā)射源研制的進(jìn)展,毫米波、亞毫米波雷達(dá)的研制也已受到人們的重視。,導(dǎo)航,：,就是正確地引導(dǎo)目標(biāo),(,飛機(jī)或艦船等,),安全航行,利用導(dǎo)航設(shè)備可確定目標(biāo)的位置和其他運(yùn)動參數(shù)如航向、航速等,可顯示目標(biāo)周圍的情況,可指揮目標(biāo)安全航行。例如,機(jī)場的空中交通管制雷達(dá),可顯示附近空域中的飛行情況、地面跑道上的車輛、行人等情況,從而可在任何惡劣氣候條件下,全天候指揮飛機(jī)安全起飛和著陸,艦船上的導(dǎo)航雷達(dá)可顯示周圍海域的情況,可使領(lǐng)航員即使在,霧,天或夜間也能引導(dǎo)艦船航行或入港,并能在艦船和礁石或其他船只過分靠近時(shí)進(jìn)行自

14、動報(bào)警,。,2.,通信,由于微波具有頻率高、頻帶寬、信息量大的特點(diǎn),所以被廣泛應(yīng)用于各種通信業(yè)務(wù),包括微波多路通信、微波中繼通信、散射通信、移動通信和衛(wèi)星通信。利用微波各波段的特點(diǎn)可作特殊用途的通信,例如從,S,到,Ku,波段的微波適用作以地面為基地的通信；毫米波適用于空間與空間的通信；毫米波段的,60GHz,頻段的電波大氣衰減較大,適于作近距離保密通信,;,而,90GHz,頻段的電波在大氣中的衰減卻很小,是個(gè)窗口頻段,適于作地空和遠(yuǎn)距離通信,;,對于很長距離的通信,則,L,波段更適合,因?yàn)樵诖瞬ǘ稳菀撰@得較大的功率。,微波能的工農(nóng)業(yè)應(yīng)用。,微波能應(yīng)用隨著微波爐的商品化進(jìn)入家庭而得到大力發(fā)展。

15、,微波能應(yīng)用包括微波的強(qiáng)功率應(yīng)用和弱功率應(yīng)用兩個(gè)方面。強(qiáng)功率應(yīng)用是微波加熱,;,弱功率應(yīng)用是用于各種電量和非電量,(,包括長度、速度、濕度、溫度等,),的測量。,微波加熱可以深入物體內(nèi)部,熱量產(chǎn)生于物體內(nèi)部,不依靠熱傳導(dǎo),里外同時(shí)加熱,具有熱效率高、節(jié)省能源、加熱速度快、加熱均勻等特點(diǎn),便于自動化連續(xù)生產(chǎn)。,用于食品加工時(shí),還有消毒作用,清潔衛(wèi)生,既不污染食品,也不污染環(huán)境,而且不破壞食品的營養(yǎng)成份。微波加熱現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于食品、橡膠、塑料、化學(xué)、木材加工、造紙、印刷、卷煙等工業(yè)中；在農(nóng)業(yè)上,微波加熱可用于滅蟲、育種、育蠶、干燥谷物等。,弱功率應(yīng)用的電量和非電量的測量,其顯著特點(diǎn)是不,需要和被

16、測量對象接觸,因而是,非接觸式的無損測量,特別適宜于生產(chǎn)線測量或進(jìn)行生產(chǎn)的自動控制?，F(xiàn)在應(yīng)用最多的是,測量濕度,即測量物質(zhì),(,如煤、原油等,),中的含水量。,微波的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,也屬于微波能的加熱應(yīng)用。利用微波對生物體的熱效應(yīng),選擇 性局部加熱,是一種有效的熱療方法,臨床上可用來治療人體的各種疾病。微波的醫(yī)學(xué)應(yīng) 用包括微波診斷、微波治療、微波解凍、微波解毒和微波殺菌等。用微波對生物體作局部 照射,可提高局部組織的新陳代謝,并誘導(dǎo)產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化,從而達(dá)到解痙鎮(zhèn)痛、抗炎脫敏、促進(jìn)生長等作用,廣泛用于治療骨折、創(chuàng)傷、小兒肺部疾病、膜腺疾病等。國際上規(guī)定的允許用于工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)的微波加熱專用頻率是 915 土 25 MHz、2450 土 50 MHz、5800 土 75MHz 和 22125 土 125 MHz。目前廣泛使用的是 915 MHz和 2450MHz。,需要指出的是,微波的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)不僅有對生物體的熱效應(yīng),而且有非熱效應(yīng),在某些情況下,后者比前者更為主要。,微波的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用是利用微波有益的生物效應(yīng)。,微波的生物效應(yīng)還有有害的效應(yīng),表現(xiàn)為超劑量的微波照射有三致作用：