1-2 微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用課件

1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用一、微波技術(shù)的發(fā)展

二、微波技術(shù)的應(yīng)用1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

1901年馬可尼使用800KHz中波信號進(jìn)行了從英國到北美紐芬蘭的世界上第一次橫跨大西洋的無線電波的通信試驗，從此，在自由空間中飛翔的電波替代了信鴿。20世紀(jì)20年代初：短波通信

20世紀(jì)60年代：衛(wèi)星通信20世紀(jì)80年后：移動通信1.通信方面的應(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。在有線通信方面，利用同軸電纜可以同時傳送幾千路和幾路電視信號；在無線通信方面，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(jìn)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。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用移動通信全球定位系統(tǒng)(GPS)藍(lán)牙技術(shù)廣播電視中繼通信衛(wèi)星通信國外發(fā)達(dá)國家的微波中繼通信在長途通信網(wǎng)中所占的比例高達(dá)50%以上。緊急狀態(tài)下的通信無線微波接入網(wǎng)絡(luò)WLAN1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用各波段的無線電波傳播特性是不一樣的：長波可以沿著地球的彎曲表面?zhèn)鞑サ胶苓h(yuǎn)，這種傳播方式叫地波。從中波過渡到短波，地波的衰減逐漸增大，傳播距離逐漸減小。但短波可以借助60～300km高空的電離層折射返回地面，這種傳播方式叫天波。短波通信就是利用了天波，它可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，但不夠穩(wěn)定，因為電離層的密度和高度隨季節(jié)，晝夜以及太陽的活動而變化。到了超短波和微波波段，地波的衰減更大，已無法利用。同時，這個波段的電磁波一般不能被電離層折射返回地面，它能穿過電離層，因此不能采用天波的傳播方式。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用超短波和微波只能在視距內(nèi)沿直線傳播，并能穿過電離層到達(dá)外層空間(視距傳播)，這種傳播稱為空間波?？臻g波的傳播有它有利的一面，也有不利的一面。有利方面是可以把作用范圍限制在我們所需要的區(qū)域內(nèi)，以避免干擾。同時由于微波可以穿透電離層而不像頻率較低的電磁波那樣被電離層折返或吸收，因此，地球和宇宙之間的通信、衛(wèi)星通信等必須使用微波。不利一面是明顯的，即在地球上它不能直接傳播到很遠(yuǎn)的地方（一般不超過50km）。因為地球表面是彎曲的球面，一個高100m的發(fā)射天線其作用半徑只有約40km。當(dāng)然，天線越高作用半徑越大，但架設(shè)很高的天線是困難的。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為了解決微波傳播距離有限這個困難，通常采用以下幾種方法：中繼通信(接力通信)：在相距很遠(yuǎn)的發(fā)射臺與接收臺之間設(shè)立若干中繼站(接力站)，站與站之間的距離不超過視距。這樣，微波信號就可以像接力棒一樣一站一站地傳遞過去。古代的烽火臺和驛站傳書就是中繼通信的應(yīng)用例子。散射通信：在距地面上幾十千米以內(nèi)的大氣層叫做對流層，可以利用它對微波的散射作用進(jìn)行距壁通信。衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播：如前所述，微波天線架設(shè)得越高通信距離越大，廣播的服務(wù)半徑也越大。如果把中繼站或發(fā)射臺及其天線放到人造衛(wèi)星上去，那么，這個中繼站或發(fā)射臺的作用距離就可以大大增加。這就是目前在國際或國內(nèi)通信及電視轉(zhuǎn)播和廣播中占重要地位的衛(wèi)星中繼通信或衛(wèi)星電視廣播。目前廣泛使用的是在赤道上空距地面約36000km的同步軌道上的衛(wèi)星。在這個軌道上衛(wèi)星公轉(zhuǎn)周期恰好等于地球的自轉(zhuǎn)周期，從地面上看，衛(wèi)星是固定不動的，這種衛(wèi)星稱為同步衛(wèi)星，三顆這樣的同步衛(wèi)星就可覆蓋全球的大部分面積(南北極除外)。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)：“藍(lán)牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥的國王，他將當(dāng)時的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一了起來。用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。藍(lán)牙技術(shù)是一種短距的無線通訊技術(shù)，電子裝置彼此可以透過藍(lán)牙而連接起來，省去了傳統(tǒng)的電線。透過芯片上的無線接收器，配有藍(lán)牙技術(shù)的電子產(chǎn)品能夠在10m的距離內(nèi)彼此相通，傳輸速度可以達(dá)到每秒鐘1兆字節(jié)。以前紅外線接口的傳輸技術(shù)需要電子裝置在視線之內(nèi)的距離，而現(xiàn)在有了藍(lán)牙技術(shù)，這樣的麻煩也可以免除了。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用WLAN（無線局域網(wǎng)）：WLAN是WirelessLocal-areaNetwork的縮寫，即無線局域網(wǎng)。是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從專業(yè)角度講，無線局域網(wǎng)利用了無線多址信道的一種有效方法來支持計算機之間的通信，并為通信的移動化、個性化和多媒體應(yīng)用提供了可能。通俗地說，無線局域網(wǎng)就是在不采用傳統(tǒng)電纜線的同時，提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。在室內(nèi)和小規(guī)模園區(qū)無線覆蓋。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用GPS（全球定位系統(tǒng)）原理：

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻、地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺)進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準(zhǔn)確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

GPS前景：由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用2.“電子戰(zhàn)”的核心－國防應(yīng)用現(xiàn)代的戰(zhàn)爭，已經(jīng)不再單純以殺傷對方的有生力量為主要目的，而越來越傾向于以電子信息的獲取與反獲取為核心的“電子戰(zhàn)”。南聯(lián)盟戰(zhàn)爭與伊拉克戰(zhàn)爭充分說明了這一點。而微波技術(shù)，恰恰是所有信息傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)。

雷達(dá)

電子對抗

雷達(dá)是微波技術(shù)的早期應(yīng)用，正是由于第二次世界大戰(zhàn)期間對于雷達(dá)的需要，微波技術(shù)才迅速發(fā)展起來。雷達(dá)設(shè)備可以利用微波信號準(zhǔn)確地測定目標(biāo)的方向、距離和速度，從而對運動目標(biāo)實現(xiàn)定位、跟蹤和識別。目前，用于軍事上的有制導(dǎo)雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、警戒雷達(dá)和炮瞄雷達(dá)等；用于民用上的有導(dǎo)航雷達(dá)、氣象雷達(dá)和遙感雷達(dá)等。1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用雷達(dá)是微波技術(shù)應(yīng)用的典型例子。在第二次世界大戰(zhàn)期間，敵對雙方開始了迅速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)敵人的飛機和艦船的蹤跡，繼而又為了指引飛機或火炮準(zhǔn)確地攻擊目標(biāo)，所以發(fā)明了可以進(jìn)行探測、導(dǎo)航和定位的裝置，這就是雷達(dá)。事實上，正是由于第二次世界大戰(zhàn)期間對于雷達(dá)的急需，微波技術(shù)才迅速發(fā)展起來。雷達(dá)的發(fā)展經(jīng)過了幾個階段。為適應(yīng)各種不同要求，雷達(dá)的種類很多，性能也在不斷提高?，F(xiàn)代雷達(dá)多數(shù)是微波雷達(dá)。迄今為止，各種類型的雷達(dá)，例如導(dǎo)彈跟蹤雷達(dá)、炮火瞄準(zhǔn)雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)、地面警戒雷達(dá)乃至大型國土管制相控陣?yán)走_(dá)等，仍然代表微波頻率的主要應(yīng)用。這主要是由于這些雷達(dá)要求它所用的天線能象光探照燈那樣，把發(fā)射機的功率基本上全部集中于一個窄波束內(nèi)輻射出去。①雷達(dá)－微波技術(shù)的最初動力1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用微波波長短易于實現(xiàn)窄波束定向輻射：例：常用的拋物面天線，它所發(fā)射電磁波的主波束角約等于其中D為拋物面直徑，λ為波長。為了得到波束角為5°的波束，就必須使直徑為波長28倍的拋物面，即使選用短波段的最短波長(10m)，也要使用一個直徑達(dá)280m的拋物面天線，這樣大的天線建設(shè)在地面上已十分困難，更不用說裝在船舶或飛機上了。而如果選用微波波段，例如3厘米波段，則一個直徑84cm的拋物面天線就可獲得同樣窄的波束，這樣的天線裝在小型殲擊機上也不困難。因此，只有掌握了微波波段，才能使雷達(dá)的實現(xiàn)成為可能。短波10m，直徑280m微波3cm，直徑84cm1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用a)軍事應(yīng)用：空間和海事導(dǎo)航，飛機、導(dǎo)彈、空間飛行器的定位、檢測和跟蹤，導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，導(dǎo)彈和火炮的點火控制，武器保險、偵察等。

b）公共應(yīng)用：機場監(jiān)視、海上導(dǎo)航、氣象雷達(dá)、測量學(xué)、飛機著陸、夜間防盜、速度測量（警戒雷達(dá)）、測繪等。c）科學(xué)應(yīng)用：天文學(xué)、繪圖和成像，精密距離測量，自然資源遙感等。

1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用②電子對抗技術(shù)電子對抗就是敵對雙方為削弱、破壞對方電子設(shè)備的使用效能，保障己方電子設(shè)備發(fā)揮效能而采取的各種電子措施和行動，又稱電子戰(zhàn)。電子對抗分3個方面：電子對抗偵察、電子干擾和電子防御。電子干擾抗干擾主動干擾其它干擾1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

微波成像、遙感環(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等。③微波的其他應(yīng)用1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用3.在微波能方面的應(yīng)用源加熱處理（快速均勻）消毒（殺蟲滅菌）

微波能量傳遞微波彈1-2微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用4.在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用診斷：（磁共振）熱效應(yīng)：微波理療、組織固定。治療非熱效應(yīng)：免疫組織化學(xué)和免疫