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        微波的概念及其應(yīng)用

        2016-03-04 02:01:15
        西部廣播電視 2016年17期
        關(guān)鍵詞:中波電磁波波段

        趙 雪

        (作者單位:山西省新聞出版廣電局忻州中波臺(tái))

        微波的概念及其應(yīng)用

        趙 雪

        (作者單位:山西省新聞出版廣電局忻州中波臺(tái))

        科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,要求技術(shù)人員了解微波知識(shí),并盡快掌握微波的分析方法,從而將微波知識(shí)應(yīng)用到科學(xué)實(shí)踐中。

        超高頻電磁波;微波信號(hào)分析;微波發(fā)展

        1 微波的概念

        微波是電磁波中的一種,它是屬于特殊頻段的電磁波。微波所包含的波長(zhǎng)范圍并沒有確定的界限,隨著近幾年微波技術(shù)的不斷發(fā)展,它的頻率向高拓展,有兩種分法。一是300 MHz~300 GHz的電磁波。一般是指分米波、厘米波、毫米波三個(gè)波段,也就是波長(zhǎng)從1 m~1 mm的電磁波。二是隨著微波器件的發(fā)展,頻率向高延伸劃為300 MHz~3 000 GHz(波長(zhǎng)1 m~0.1 mm),多了亞毫米波。由于微波的頻率很高,因此也叫做超高頻電磁波。

        下面將微波與工業(yè)用電和無線電中波廣播的頻率與波長(zhǎng)范圍進(jìn)行比較。

        名稱:頻率波長(zhǎng)。工業(yè)用電:50 Hz或60 Hz 60.000.000或50.000.000 m。無線電中波廣播:300~3000 kHz 1000~100 m。微波:300~300.000 MHz 1~0.001 m。

        由于微波的應(yīng)用范圍非常廣,為了使相互間不發(fā)生干擾,供醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及科學(xué)使用的微波頻段是不相同的,它的具體細(xì)分如下。

        微波頻段分析如下。波段代號(hào)習(xí)慣稱謂頻率范圍波長(zhǎng)范圍:P波段0.23~1 GHz 130~30 cm;L波段1~2 GHz 30~15 cm;S波段10 cm波段2~4 GHz 1.5~7.5 cm;C波段5 cm波段4~8 GHz 7.5~3.75 cm;X波段3 cm波段8~12.5 GHz 3.75~2.4 cm;Ku波段2 cm波段 12.5~18 GHz 2.4~1.67 cm;K波段 1.3cm波段 18~26.5 GHz 1.67~1.13 cm;Ka波段8 mm波段26.5~40GHz 1.13~0.75cm;毫米波的40~300GHz 7.5~1 mm;壓毫米波的300~3000 GHz 1~0.1 mm。

        以上就是微波的劃分,從中看出目前微波頻段大部分未使用,只有915 MHz和2 450 MHz這兩個(gè)被廣泛使用。當(dāng)前,還沒有大功率工業(yè)設(shè)備適合較高的兩個(gè)頻段。

        2 微波電路的分析

        對(duì)于現(xiàn)代廣播發(fā)射技術(shù)而言,微波有著很主要的作用,在信號(hào)傳輸方面,微波信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)都是微波??v觀“左鄰右舍”它處于超短波和紅外光波之間,因而研究它我們必須有計(jì)算機(jī)、路的概念、波的知識(shí)和分析方法。

        微波技術(shù)的基礎(chǔ)研究理論是十分經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論,電磁波特性的分析主要包括兩種方法。其中第一種是基于“場(chǎng)”的研究方法,也就是由麥克斯韋方程作為出發(fā)點(diǎn),在特定的邊界條件下求解電磁波動(dòng)方程,得出場(chǎng)量的時(shí)空變化規(guī)律,研究電磁波沿線的多種傳輸特性;第二種是基于“路”的研究方法,也就是把傳輸線當(dāng)作分布參數(shù)電路進(jìn)行處理,利用基爾霍夫定律建立起傳輸線方程,求解得出線上電流以及電壓的時(shí)空變化規(guī)律,研究電流和電壓的多種傳輸特性。實(shí)際上,這兩種研究分析方法是緊密相關(guān)的,很多方面兩者相互補(bǔ)充。因?yàn)樵谖⒉I(lǐng)域中所有的電磁現(xiàn)象都是隨時(shí)間和空間而變化物理過程,有的易用“路”的方法處理,因此電路理論中的許多概念和方法在這里同樣具有重要的地位。另一些電磁現(xiàn)象確易用“場(chǎng)”的方法。有時(shí)對(duì)同一電磁現(xiàn)象既可用“路”的方法,也可用“場(chǎng)”的方法,兩種方法只是分析同一問題的不同途徑。在微波電路中用到計(jì)算機(jī)輔助分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的知識(shí),常用的微波仿真軟件為HFSS。

        微波波段在人體尺寸的范圍內(nèi)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的波動(dòng)性,1.5~2.0 m是人體的特征尺寸;0.1 mm約一根半頭發(fā)絲的粗細(xì),是人體尺寸特征的下限,所以我們?cè)谖⒉úǘ我名溈怂鬼f方程波動(dòng)力學(xué)加以解決。

        微波的本質(zhì)是電磁波,它同樣具有包括透射、反射、干涉、偏振、衍射及伴隨著電磁波存在能量傳輸?shù)鹊牟▌?dòng)特性,這些特性使得微波的產(chǎn)生、放大、輻射和傳輸?shù)认嚓P(guān)問題都與普通的交流電和無線電不同。在微波系統(tǒng)當(dāng)中,元件的電性能不能被當(dāng)作是集總的,由于微波系統(tǒng)不存在導(dǎo)線式電路,直流電、交流電的傳輸特性參數(shù)還有電感、電容等的概念也就沒有了它們確切的意義。在微波領(lǐng)域當(dāng)中,一般應(yīng)用“場(chǎng)”的概念來研究系統(tǒng)內(nèi)的電磁波結(jié)構(gòu);同時(shí),使用頻率、功率、駐波、阻抗等作為測(cè)量微波的基本量。

        3 微波的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展

        3.1 微波特點(diǎn)

        似光性和似聲性、穿透性(有些物體不能穿透)、非電離性、信息性(應(yīng)用主要方向)、分布參數(shù)特性等。

        3.2 微波傳輸線

        同軸線;帶狀線;微帶線,微帶線可以做集成電路,因而應(yīng)用極其廣泛;波導(dǎo)(傳輸大功率)有方形、矩形、圓柱體,按一定模式規(guī)則分布。

        3.3 微波應(yīng)用

        構(gòu)成雷達(dá)。通信領(lǐng)域:衛(wèi)星電視等,移動(dòng)通信900 MHz或1 800 MHz。導(dǎo)航應(yīng)用、GPS全球定位系統(tǒng)。干擾和抗干擾及微波探測(cè)。微波測(cè)速。微波理療。微波加熱。微波能量武器。微波能量傳輸。微波標(biāo)簽、天文的應(yīng)用。

        3.4 微波的發(fā)展方向

        工作頻段不斷向高頻段擴(kuò)展。微波元器件及整機(jī)設(shè)備不斷向小型化、寬頻帶發(fā)展。微波系統(tǒng)不斷向自動(dòng)化、智能化和多功能化方向發(fā)展。

        趙雪(1965-),男,山西忻州人,工程師,研究方向:廣播技術(shù)發(fā)射工作。

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