微波的技术小论文

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1、同/七?微波技术小论文微波技术的发展方向与前景题目名称 輕 学院（系）电子与信息工程学院专业电子信息工程学生姓名 任子辉 学号 11523512014 年 _5_ 月 _JA日1. 引言微波技术是近一个世纪以來最重要的科学技术之一，从雷达到广播电视、无 线电 通信再到微波炉，微波技术对社会的发展和人们生活的进步产生着深远的影 响。微波 通常是指频率范围在 3 0 OMHz-3 0 OGHz 内的电磁波，其波长 约在1米到1毫米之 间，可被进一步细分为分米波，厘米波和毫米波，其对应频率分别为特高频(UHF，ultra high fiequencv) ， 超 高 频 (SHF, super hig

2、li fiequency), 极 高 频 (EHF, extremelyhiglifiequency)v随着现代微波技术的发展，波长在1毫米以下的亚毫米波也 被视为微波的范畴，这相当于把微波的频率范围进一步扩 大到更高的频率。因此，有 的文献里也把微波的频率范围定义为 300MHZ-3000GHZ 本文介绍了微波技术的发展 以及在各个领域中的应用，并对微波技术未來的发展 方向进行了讨论。2. 微波技术发展简史微波有着不同于其他波段的重要特点，它自被人类发现以來，就不断地得到 发展 和应用。自从 19 世纪末徳国物理学家赫兹发现并用实验证明了电磁波的存 在后，对 电磁波的研究便迅速展开。对微波直

3、到 20 世纪初期对微波技术的研究 乂有了一定的 进展。但早期的设备不能满足实验的需要，主要表现为缺乏大功率 的信号发生器和灵 敏的信号接收器，因此早期的研究并没有取得实质性的进展。 到了 20世纪 30年代， 高频率的超外差接受器和半导体混频器的出现为微波技 术的进一步发展提供了条件， 使得微波技术的发展取得的一定的进步。在第二次世界大战期间，由于迫切需要能够对敌机及舰船进行探测定位的高 分辨 率雷达，大大促进了微波技术的发展。第二次世界大战后，微波技术进一步 迅速发展， 不仅系统研究了微波技术的传输理论，而且向着多方面的应用发展， 并且一直在不断 地完善。我国开始研究和利用微波技术是在 2

4、0 世纪 70 年代初期, 首先是在连续微波 磁控管的研制方面取得重大进展，特别是大功率磁控管的研制 成功，为微波技术的应 用提供了先决条件。20 世纪 80年代，我国开始生产微波 炉，到目前为止，己经发展 有家用微波炉、工业微波炉等系列产品，产品质量接 近或达到世界先进水平。随着科 学技术的迅猛发展，微波技术的研究向着更高频 段一毫米波段和亚毫米波段发展。3. 微波技术发展现状和未來趋势进入 21 世纪，微波技术继续在广播、有线电视、电话和无线通信领域发挥 着巨 大的作用，在其他领域如计算机网络等应用中也崭露头角。在广播电视方面, 截至 2005 年，我国共有中波、短波、调频广播和电视发射台

5、、转播台共计 6.57万座、发射机9.16 万部、发射总功率&82万千瓦，微波站 2444 座，微波传输 线路 10.2 万公里。当前广 播电视节目制作逐步走向数字化，而数字化的节目需要数字化的传输手段，于是 S D H 数字微波网应运而生，与老的模拟微波设备相比传输容量大幅度提高,SDH数字微波 设备可以传送几十套电视节目和几十 套声音广播节目，并且传输距离更大，范围更广。 利用数字微波的数字环境，还 可以构建一个双向的交互式信息网络，实现网络功能的 综合利用和开发。在通信 领域，微波与卫星和光缆并列为现代通信传输的三大支柱。 其中微波通信有着自 己独特的优势，首先，微波通信具有良好的抗灾性

6、能，对水灾、 风灾以及地震等 自然灾害，微波通信一般都不受影响。1976年唐山大地震，在京津之 间同轴电 缆全部断裂，但 6个微波通道仍然能正常工作。其次，微波传输系统的组建 更 加快速。随着城市的不断扩大和突发事件发生，如局部的积水、路面破坏、局部 火 警火灾等等，这些场合要求能够快速建立局部的临时通信系统。而微波在上述 场合的 应急能力是其他通信方式远远不能及的。网络的迅速发展带來了对网络通信线路建设的迫切需要，光缆虽然具有超大容量 的优点，然而也具有成本高，需提前铺设以及易受自然灾害影响等弱点，此 外光纤通 信也不适用于农村、海岛等边远地区和专用通信网。微波通信可作为干 线光纤传输的 备

7、份及补充，解决城区内铺设有线资源困难的问题。数字微波接入 成为建立广域网连 接的另一重要方式，是城市通信基础设施的有效补充。数字微 波技术将是微波技术未 來发展的主要方向，具体应用包括微波扩频数据传输系 统，可以用于城市内的短距离 支线连接的高频段微波，用于未来的宽带业务接入 的本地多点分配业务，现代军用数 字微波通信系统等等。重点研究的关键技术为10GHz以上的高频段传输技术以及在现 有频段上的兼容技术，包括高效率调制 技术，扩频及跳频抗干扰技术，纠错技术等等。 此外，诸如微波单片集成、全数 字化处理、数字专用集成电路等提高可靠性及降低成 本的技术也需要进一步的研 究。3. 1太赫兹波的应用

8、太赫兹时域光谱技术（Terahertzti medomainsp ectioscopv,TH z-TDS）是国际上 近年來发展起来的研究技术。它利用物质对THz频带的不同特征吸收谱分析研究物质 成分、结构及其相互作用关系。通常有机分子内化学键的振动吸收频率主 要在普通红 外波段，但对于分子之间弱的相互作用（如氢键）及大分子的骨架振动（构型弯曲）、 偶极子的旋转和振动跃迁以及晶体中晶格的低频振动吸收频率则 对应于太赫兹红外波 段范围。这些振动所反映的分子结构及相关环境信息都在太 赫兹波段内不同吸收位置 及吸收强度上有明显的响应，有机分子的这些光谱特征 使得利用太赫兹时域光谱技术 鉴别化合物结构、

9、构型与环境状态成为可能。太赫 兹时域光谱系统是一种相干探测技 术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相 位信息，通过对时间波形进行傅立叶变 换能直接得到样品的吸收系数和折射率等 光学参数。太赫兹时域光谱有很高的探测信 噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度 很高，可以广泛应用于多种样品的探测。太赫兹 时域光谱系统分为透射型和反射 型，既可以做透射探测，也可以做反射探测，还可以 在泵浦-探测的方式下研究 样品的时间动力学性质。对于不同的样品、不同的测试要 求可以釆用不同的探测 装置。两种探测方法有各自的特点。光导天线探测太赫兹波时由于产生光电流的载 流子 寿命较长胆是 ZnTe 晶体在 5.3THZ

10、处存在横向声子吸收，因此其探测带宽 较窄。电 光取样技术的时间响应只与所用的电光晶体的非线性性质有关，有较高 的探测带宽。 目前用电光取样探测到的频谱已超过37THz。同时这种探测方法具有光学平行处理的 能力和好的信噪比，使它在实时二维相千远红外成像技术中具 有很好的应用前景。但 是这种方法光路的调节比较麻烦。THz技术从产生到探测都离不开超快激光技术，所以设备庞大，价格昂贵。要想 THz技术应用到气体检测、环境监测、医疗设备等方面，就必须使其小型化，低廉化、 逐渐发展的纳米技术等有可能使其从学术阶段过渡到工业应用方面。 3. 2成像技术可见光、 x 射线、电子束、中近红外光和超声波是医学诊断

11、、材料分析以及 在工 业生产等诸多领域广泛应用的主要成像信号源，与以上的光源相比，太赫兹 辐射对于 电介质材料具有较强的穿透效果，除了可测量由材料吸收而反映的空间 密度分布外， 还可通过位相测量得到折射率的空间分布，获得材料的更多信息。 太赫兹成像所依据 的基本原理是：透过成像样品（或从样品反射）的太赫兹电磁波 的强度和相位包含了 样品复介电函数的空间分布。将透射太赫兹电磁波的强度和 相位的二维信息记录下來， 并经过适当的处理和分析，就能得到样品的太赫兹图 像。目前，最常用的方法是用 x 光检测行李物品，用拱形安全检测门和手持的 金属探测器來检测旅客随身携带的违禁 品。但是在很多情况下，对旅客

12、的检查是 无法达到安全要求的，比如旅客随身携带的 武器中含有极少量或不含金属，像陶 瓷、塑料武器等，这些物质无法被有效地检测出 來，如果用X光直接照射人体，由于x光能量较高，会使组织电离，从而对人体产生 伤害。THz辐射频率介于红外与微波之间，能量较低,ITHz频率光子的能量只有4meV, 不会对人体组织产生伤害。而且THz辐射可以轻易穿透织物、纸张、卡片等物体，对 于塑料、 陶瓷乂可以很清晰地成像。3. 3 通信与雷达技术太赫兹波是很好的宽带信息载体.因此在网络通信方面有很大的应用前景。 太赫 兹波的频率是目前手机通信频率的 1000 倍左右，利用太赫兹波进行无线电 通信，可 以极大地增宽无

13、线电通信网络的频带，使无线移动高速信息网络成为现 实。最近报道 说，Intel公司开发成功一种可以在数太赫兹运行的新型晶体管，这种太赫兹晶体管（被 命名为 Temhenz 晶体管），预计可以使现有的处理器的集成度 提高 25倍，运行速度 提高 10 倍；太赫兹波比微波能做到的宽带和迅道数多得 多，尤其适合作为卫星间、 星地间以及局域网的宽带移动通讯，太赫兹通讯时代 可望到來；另外，用光子能量约 为可见光光子能量的 1 / 40 的太赫兹波作信 息载体，比可见光或近中红外光能量效率 高得多。从技术上，太赫兹雷达技术可 以探测比微波雷达更小的目标和更准确的定位， 并且有更高的分辨率和更强的保 密性

14、，有望在军事装备和国家安全等方面发挥巨大的 作用。4. 展望太赫兹光谱和成像技术仍然处于研究和发展之中，尽管目前己有一些方面得 到了 应用，但是就整体水平來看，太赫兹技术还刚刚起步，基础研究和技术应用 都还在不 断地完善和不断地发展着。现有的太赫兹时域光谱系统及成像系统的设 备不仅价格昂 贵，信息处理过程也很复杂，有待于进一步实用化。为了在现场应 用太赫兹技术，还 要使太赫兹系统向微型化发展。特别是在国内，关于太赫兹技 术的研究处于起步阶段， 有大量的工作需要进一步地开展。参考文献1 贾燕,李宁等太赫兹光谱和成像技术在毒品识别和检测方面的应用几现代 学 仪器 ,2006,2:41-44.2 韩元，周燕太赫兹技术在安全领域中的应用J，现代科学仪 器,2006,2:45-47.