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)）

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(méi)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(wú)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(wú)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(méi)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(guò)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(wèn)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(wèn)題都與普通的交流電和無(wú)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(méi)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(lái)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。