微波的概念及其应用

2016-03-04赵雪

西部广播电视 2016年17期

关键词：中波电磁波波段

赵雪

（作者单位：山西省新闻出版广电局忻州中波台）

微波的概念及其应用

赵雪

（作者单位：山西省新闻出版广电局忻州中波台）

科学技术的发展，要求技术人员了解微波知识，并尽快掌握微波的分析方法，从而将微波知识应用到科学实践中。

超高频电磁波；微波信号分析；微波发展

1 微波的概念

微波是电磁波中的一种，它是属于特殊频段的电磁波。微波所包含的波长范围并没有确定的界限，随着近几年微波技术的不断发展，它的频率向高拓展，有两种分法。一是300 MHz～300 GHz的电磁波。一般是指分米波、厘米波、毫米波三个波段，也就是波长从1 m～1 mm的电磁波。二是随着微波器件的发展，频率向高延伸划为300 MHz～3 000 GHz（波长1 m～0.1 mm），多了亚毫米波。由于微波的频率很高，因此也叫做超高频电磁波。

下面将微波与工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围进行比较。

名称：频率波长。工业用电：50 Hz或60 Hz 60.000.000或50.000.000 m。无线电中波广播：300～3000 kHz 1000～100 m。微波：300～300.000 MHz 1～0.001 m。

由于微波的应用范围非常广，为了使相互间不发生干扰，供医学、工业以及科学使用的微波频段是不相同的，它的具体细分如下。

微波频段分析如下。波段代号习惯称谓频率范围波长范围：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；压毫米波的300～3000 GHz 1～0.1 mm。

以上就是微波的划分，从中看出目前微波频段大部分未使用，只有915 MHz和2 450 MHz这两个被广泛使用。当前，还没有大功率工业设备适合较高的两个频段。

2 微波电路的分析

对于现代广播发射技术而言，微波有着很主要的作用，在信号传输方面，微波信号和卫星信号都是微波。纵观“左邻右舍”它处于超短波和红外光波之间，因而研究它我们必须有计算机、路的概念、波的知识和分析方法。

微波技术的基础研究理论是十分经典的电磁场理论，电磁波特性的分析主要包括两种方法。其中第一种是基于“场”的研究方法，也就是由麦克斯韦方程作为出发点，在特定的边界条件下求解电磁波动方程，得出场量的时空变化规律，研究电磁波沿线的多种传输特性；第二种是基于“路”的研究方法，也就是把传输线当作分布参数电路进行处理，利用基尔霍夫定律建立起传输线方程，求解得出线上电流以及电压的时空变化规律，研究电流和电压的多种传输特性。实际上，这两种研究分析方法是紧密相关的，很多方面两者相互补充。因为在微波领域中所有的电磁现象都是随时间和空间而变化物理过程，有的易用“路”的方法处理，因此电路理论中的许多概念和方法在这里同样具有重要的地位。另一些电磁现象确易用“场”的方法。有时对同一电磁现象既可用“路”的方法，也可用“场”的方法，两种方法只是分析同一问题的不同途径。在微波电路中用到计算机辅助分析与优化设计的知识，常用的微波仿真软件为HFSS。

微波波段在人体尺寸的范围内表现出强烈的波动性，1.5～2.0 m是人体的特征尺寸；0.1 mm约一根半头发丝的粗细，是人体尺寸特征的下限，所以我们在微波波段要用麦克斯韦方程波动力学加以解决。

微波的本质是电磁波，它同样具有包括透射、反射、干涉、偏振、衍射及伴随着电磁波存在能量传输等的波动特性，这些特性使得微波的产生、放大、辐射和传输等相关问题都与普通的交流电和无线电不同。在微波系统当中，元件的电性能不能被当作是集总的，由于微波系统不存在导线式电路，直流电、交流电的传输特性参数还有电感、电容等的概念也就没有了它们确切的意义。在微波领域当中，一般应用“场”的概念来研究系统内的电磁波结构；同时，使用频率、功率、驻波、阻抗等作为测量微波的基本量。