微波基礎(chǔ)與微波器件

微波基礎(chǔ)與微波器件上海和旭微波科技有限公司

ShanghaiHexuMicrowaveTechnologyCo.,Ltd研發(fā)部R&DDepartment微波基礎(chǔ)微波的頻率在300MHz-300GHz之間，波長在1米（不含1米）到1毫米之間，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻”。微波的概念：

微波基礎(chǔ)微波的傳輸過程微波基礎(chǔ)微波與射頻的區(qū)別：射頻（RF）是RadioFrequency的縮寫。是普通無線技術(shù)里常用來發(fā)射的電磁波頻率。從傳統(tǒng)定義上，“射頻”freq＝[300KHz，30GHz]，再往上面就是微波的范疇了。因此對于“射頻”，多見的是“路”概念，到了微波范疇，分布參數(shù)隨著頻率越高，“場”的概念就變強了！微波基礎(chǔ)微波的特性：微波似光性衛(wèi)星通信頻率高多路通信穿透電離層天文學(xué)研究量子特性微波波譜微波基礎(chǔ)似光性——微波與頻率較低的無線電波相比，更能像光線一樣地傳播和集中。

自由空間中以光速沿直線傳播在不同媒質(zhì)的分界面上要發(fā)生反射和折射如果分界面的線性尺寸不比波長大很多，會出現(xiàn)干涉和衍射現(xiàn)象遵守波動基本規(guī)律微波波長和一般物體的線性尺寸相當(dāng)，可以采用成熟的幾何光學(xué)方法來設(shè)計各種微波儀器和設(shè)備，比如用透鏡或反射面來設(shè)計微波天線設(shè)計器件體積小，波束方向性強微波基礎(chǔ)頻率高振蕩頻率3億次以上，周期短，10-9~10-12s低頻電子器件的渡越時間10-8~10-9s

需要考慮完全新穎的微波電子器件可用頻帶很寬，在大容量通信場合得到廣泛應(yīng)用，如衛(wèi)星通信、多路通信。具有通信容量高、抗干擾能力強的特性微波基礎(chǔ)穿透性在特定波長穿透電離層，可以衛(wèi)星通信、宇宙通信、遙感、定位穿透云、霧、雨、植被、積雪，并對微波有不同程度的吸收與反射，可以利用厘米波或這毫米波雷達(dá)來觀測它們的存在和流動。氣象預(yù)報穿透地表，作為探地雷達(dá)能穿透生物體，為微波生物醫(yī)學(xué)打下基礎(chǔ)微波基礎(chǔ)非電離性量子能量不夠大，不能改變分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分子、原子和原子核呈現(xiàn)出諧振現(xiàn)象?？梢蕴剿魑镔|(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以研制適用于微波波段的器件微波基礎(chǔ)熱效應(yīng)微波電磁能量傳送到有耗物體內(nèi)部，會使物體分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱可以進行微波加熱，用于糧食、茶葉、卷煙、木材、皮革等各種行業(yè)熱效率高、熱透深度大（約4cm）、加熱均勻（里外一起熱）、加熱迅速微波基礎(chǔ)傳輸介質(zhì)與性質(zhì)：1.金屬材料不吸收微波，只能反射微波。如銅、鐵、鋁等。用金屬(不銹鋼板)作微波爐的爐膛，來回反射作用在加熱物質(zhì)上。不能用金屬容器放入微波爐中，反射的微波對磁控管有損害。

2.絕緣體可以透過微波，它幾乎不吸收微波的能量。如玻璃、陶瓷、塑料(聚乙烯、聚苯乙烯)、聚四氟乙烯、石英、紙張等，它們對微波是透明的，微波可以穿透它們向前傳播。這些物質(zhì)都不會吸收微波的能量，或吸收微波極少。物質(zhì)吸收微波的強弱實質(zhì)上與該物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)有關(guān)，即損耗因子越大，吸收微波的能力越強。家用微波爐容器大都是塑料制品。微波密閉消解溶樣罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。

3.極性分子的物質(zhì)會吸收微波(屬損耗因子大的物質(zhì))，如：水、酸等。它們的分子具有永久偶極矩(即分子的正負(fù)電荷的中心不重合)。極性分子在微波場中隨著微波的頻率而快速變換取向，來回轉(zhuǎn)動，使分子間相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使溫度升高。我們吃的食物，其中都含有水份，水是強極性分子，因此能在微波爐中加熱。微波基礎(chǔ)微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用：一、發(fā)展方向：發(fā)展方向工作頻段向高頻段發(fā)展小型化寬帶化自動化智能化微波基礎(chǔ)微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用：二、技術(shù)應(yīng)用：微波應(yīng)用雷達(dá)通信科學(xué)研究生物醫(yī)學(xué)微波能微波基礎(chǔ)微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用：由于微波頻帶寬，信息容量大，因此微波可用于多路通信。在有線通方面，利用同軸電纜可以同時傳送機千路和幾路電視信號；在無限通信方面，利用微波的中繼接力傳送電視信號，利用微波能穿透電離層的特性，可進行衛(wèi)星通信和宇航通信，利用外層空間三顆互成120°角的同步衛(wèi)星，就能實現(xiàn)全球通信和電視實況轉(zhuǎn)播。微波基礎(chǔ)其他應(yīng)用：環(huán)境應(yīng)用：沙子潮濕的測量、海洋表面的風(fēng)速、洪水繪圖、大氣層溫度的輪廓、雪層/冰層的測繪等軍事應(yīng)用：目標(biāo)檢測、監(jiān)視、目標(biāo)確認(rèn)、繪圖等天文學(xué)應(yīng)用：行星繪圖、銀河星系射電噪聲目標(biāo)的測繪、太陽輻射測繪、宇宙黑體輻射的測量微波基礎(chǔ)適用范圍及發(fā)展：

微波的發(fā)展還表現(xiàn)在應(yīng)用范圍的擴大。微波的最重要應(yīng)用是雷達(dá)和通信。雷達(dá)不僅用于國防，同時也用于導(dǎo)航、氣象測量、大地測量、工業(yè)檢測和交通管理等面。通信應(yīng)用主要是現(xiàn)代的衛(wèi)星通信和常規(guī)的中繼通信。射電望遠(yuǎn)鏡、微波加速器等對于物理學(xué)、天文學(xué)等的研究具有重要意義。毫米波微波技術(shù)對控制熱核反應(yīng)的等離子體測量提供了有效的方法。微波遙感已成為研究天體、氣象和大地測量、資源勘探等的重要手段。微波在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等方面的研究，以及微波在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面的研究和發(fā)展已越來越受到重視。微波基礎(chǔ)常用專業(yè)術(shù)語：一、微波常用單位：dB（分貝）1.dB（分貝）：描述功率傳輸增益或插損或相對功率電平。若有功率P1(輸入)和P2(輸出)定義:N(dB)=10log10(P2/P1)若N為正，則稱P2大于P1NdB若N為負(fù)，則稱P2小于P1NDbdB（分貝）：描述電壓傳輸增益或插損或相對電平。若有電壓V1(輸入)和V2(輸出)定義：GV(dB)=20log10(V2/V1)微波基礎(chǔ)dBW(分貝瓦)：P1取1W定義N(dBW)=10log10(P2/1W)dBm(分貝毫瓦)：P1取1mW=10W，定義N(dBm)=10log10(P2/1mW)dBmW(分貝微瓦)：P1取1μW=10W，定義N(dBmW)=10log10(P2/1μW)-3-6微波基礎(chǔ)二、插入損耗(InsertionLoss)：插損：在傳輸系統(tǒng)的某處由于元件或器件的插入而發(fā)生的負(fù)載功率的損耗，它表示為該元件或器件插入前負(fù)載上所接收到的功率與插入后同一負(fù)載上所接收到的功率以分貝為單位的比值。微波基礎(chǔ)三、駐波比-VoltageStandingWaveRatio

（回波損耗）：駐波比就是一個數(shù)值，用來表示天線和電波發(fā)射臺是否匹配。如果SWR的值等于1，則表示發(fā)射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發(fā)射出去，這是最理想的情況。如果SWR值大于1，則表示有一部分電波被反射回來，最終變成熱量，使得饋線升溫。被反射的電波在發(fā)射臺輸出口也可產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓，有可能損壞發(fā)射臺。常見微波傳輸線及微波器件

微波器件涵蓋范圍很廣，包含領(lǐng)域比較多，以下簡要介紹一下微波傳輸系統(tǒng)中常用的傳輸線以及器件。

微波傳輸線是微波通信和微波設(shè)備中傳輸信號和能量的通道。微波器件在微波傳輸系統(tǒng)中起著改變信號電平，改變信號傳輸模式，隔離，分配等作用。微波基礎(chǔ)矩形波導(dǎo)

矩形波導(dǎo)是橫截面為矩形的空心金屬管，如圖所示。圖中a和b分別為矩形波導(dǎo)的寬壁和窄壁尺寸，它們決定了波導(dǎo)傳輸?shù)膸?。由于矩形波?dǎo)不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、機械強度大的優(yōu)點，而且由于它是封閉結(jié)構(gòu)，可以避免外界干擾和輻射損耗；因為它無內(nèi)導(dǎo)體，所以導(dǎo)體損耗低，而功率容量大。在目前大中功率的微波系統(tǒng)中常采用矩形波導(dǎo)作為傳輸線和構(gòu)成微波元器件。

微波基礎(chǔ)圓波導(dǎo)：

圓波導(dǎo)是橫截面為圓形的空心金屬管，如圖所示，其尺寸半徑為R。

由于圓波導(dǎo)具有損耗較小和雙極化的特性，所以常用作天線饋線和微波諧振腔，也可作較遠(yuǎn)距離的傳輸線。圓波導(dǎo)具有軸對稱性，故宜采用圓柱坐標(biāo)來分析。微波基礎(chǔ)

同軸線：是一種雙導(dǎo)體傳輸線，如圖所示。同軸線按結(jié)構(gòu)可分為兩種：硬同軸線和同軸電纜。硬同軸線內(nèi)外導(dǎo)體之間媒質(zhì)通常為空氣，內(nèi)導(dǎo)體用高頻介質(zhì)墊圈支撐。同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體之間填充高頻介質(zhì)，內(nèi)導(dǎo)體由單根或多根導(dǎo)線組成，外導(dǎo)體由銅線編織而成，外面再包一層軟塑料等介質(zhì)。微波基礎(chǔ)帶狀線：結(jié)構(gòu)如圖所示，帶狀線屬雙導(dǎo)體類傳輸線，傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模。

對于帶狀線的分析可以用傳輸線理論來分析。表征帶狀線的主要特性參量有傳播常數(shù)、相速、相波長和特性阻抗。

微波基礎(chǔ)微帶線：微帶線是一種重要的微波傳輸線，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。它是由介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶和基片下面的接地板構(gòu)成。微帶線容易實現(xiàn)微帶電路的小型化和集成化，所以微帶線在微波集成電路中獲得了廣泛的應(yīng)用。微波基礎(chǔ)濾波器(filter)：濾波器是允許某一部分頻率的信號順利通過，而另一部分頻率的信號則受到較大的抑制，實質(zhì)上是一個選頻電路。微波基礎(chǔ)衰減器：(attenuator)

在相當(dāng)寬的頻段范圍內(nèi)一種相移為零、其衰減和特性阻抗均為與頻率無關(guān)的常數(shù)的、由電阻元件組成的四端網(wǎng)絡(luò)，其主要用途是調(diào)整電路中信號大小、改善阻抗匹配。微波衰減器按照接口形式可分為同軸衰減器，微帶衰減器和波導(dǎo)衰減器。按照衰減量的型式又可分為衰減值固定的固定衰減器以及衰減量范圍可調(diào)的可調(diào)衰減器。微波基礎(chǔ)耦合器：從主干通道中提取出部分信號的器件。按耦合度大小分為5、10、15、20….

dB不同規(guī)格；從基站提取信號可用大功率耦合器（300W），其耦合度可從30~65dB中選用；同軸耦合器的接頭多采用N頭。其他耦合器還有波導(dǎo)耦合器，微帶耦合器等。定向耦合器耦合比例耦合度直通損耗5dB耦合器1/3-5dB-1.65dB6dB耦合器1/4-6dB-1.25dB7dB耦合器1/5-7dB-0.97dB10dB耦合器1/10-10dB-0.46dB15dB耦合器1/32-15dB-0.14dB20dB耦合器1/100-20dB-0.044dB30dB耦合器1/1000-30dB-0.0043dB微波基礎(chǔ)工作頻帶：滿足指標(biāo)要求的工作頻率范圍。耦合度：耦合端輸出信號與輸入信號功率的比值，是衡量耦合大小及區(qū)分耦合器規(guī)格的參數(shù)，可按照需要提出不同的耦合度指標(biāo)，通常以分貝（dB）表示。

C（dB）＝10log(P4/P1)其中：P4為耦合輸出功率，P1為輸入信號功率。微波基礎(chǔ)隔離度：隔離度定義為輸入信號功率P1與隔離端輸出功率P3之比的分貝數(shù)。I（dB)=10log（P1/P3)方向性：方向性定義為耦合輸出功率P4與隔離端輸出功率P3之比的分貝數(shù)。D（dB)=10log（P4/P3)微波基礎(chǔ)插入損耗：系統(tǒng)因定向耦合器的加入而使主線通道增加的損耗。因為耦合信號越大、直通信號越小，所以不同耦合度定向耦合器的插入損耗也不同。耦合平坦度：在工作頻帶內(nèi)耦合端輸出信號電平的起伏大小。輸出越平坦性能越好。電壓駐波比（VSWR）：評價輸入信號到耦合器各端口時被反射回來的大小，一般要求小于1.2。功率容量：能承受的最大輸入功率，通常為50W－100W。微波基礎(chǔ)負(fù)載：波導(dǎo)負(fù)載是波導(dǎo)測量系統(tǒng)中和波導(dǎo)饋線系統(tǒng)中不可或缺的終端器件。波導(dǎo)負(fù)載吸收體采用體狀吸收材料，改變了片狀負(fù)載易振、易損的缺點，并大大提高了匹配和吸收性能。微波基礎(chǔ)同軸射頻電纜組件

射頻同軸連接器裝接一定的相配射頻電纜組成。射頻同軸電纜組件是一根完整的傳輸線，同一型號的電纜可以裝接不同類型的連接器以滿足不同需求。

同軸射頻電纜組件主要用于微波傳輸系統(tǒng)中的射頻連接。

和旭微波目前主營業(yè)務(wù)是較高端的低損耗射頻電纜及高穩(wěn)相射頻電纜組件。該型射頻電纜組件具有低插入損耗以及很高的機械相位穩(wěn)定