微波知识50题资料.docx

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微波知识50题资料

1、微波的波长

   微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。

微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。

2、微波的性质

   微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。

对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。

对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。

而对金属类东西，则会反射微波。

3、介质的穿透性

通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。

电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波以及天波。

波长越长其衰减也越少，电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。

机械波与电磁波都能发生折射\反射\衍射\干涉,因为所有的波都具有波粒两象性.折射\反射属于粒子性；衍射\干涉为波动性。

4、天波与地波

天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的。

天波是短波的主要传播途径。

短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而传播距离很远（可上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。

但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的，处理不好会影响通信效果。

沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波，传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。

长波无线电之传递，以地波为主。

其折射率在海面与平原之吸收率均较小。

在传播途中的衰减大致与距离成正比，因受气候影响甚微，在有效距离内通信可靠。

5、卫星通信

卫星通信是地球上（包括陆地、水面和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。

我们知道微波信号是直接传播的，因此，可以把卫星通信看作是微波中继通信的一种特例，它只是把中继站放置在空间轨道上。

6、卫星通信使用哪些频段？

由于卫星处于外层空间，即在电离层之外，地面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到达卫星；同样，从卫星到地面上的电磁波也必须穿透电离层，而在无线电频段中只有微波频段恰好具备这一条件，因此卫星通信使用微波频段。

目前大多数卫星通信系统选择在下列频段工作：

（1）UHF波段（400MHz/200MHz）；

（2）L波段（1.6GHz/1.5GHz）；（3）C波段（6.0GHz/4.0GHz）；（4）X波段（8.0GHz/7.0GHz）；（5）K波段（14.0GHz/12.0GHz；14.0GHz/11.0GHz；30GHz/20GHz）。

由于C波段的频段较宽，又便于利用成熟的微波中继通信技术，且天线尺寸也较小，因此，卫星通信最常用的是C波段。

7、微波检测

根据微波反射、透射、衍射干射、腔体微扰等物理特性的改变，以及被检材料介电常数和损耗正切角的相对变化，通过测量微波基本参数（如幅度衰减、相移量或频率等）变化，实现对缺陷进行检测的方法。

8、超短波和微波的传播视距

超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。

超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。

简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。

显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax。

在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离Rmax以外的区域，则称为阴影区。

不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。

受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax和发射天线与接收天线的高度HT与HR间的关系为：

Rmax＝3.57{√HT（m）+√HR（m）}（km）

考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为

Rmax＝4.12{√HT

（m）+√HR（m）}（km）

由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传播的有效直视距离Re约为极限直视距离Rmax的70%，即

Re=0.7Rmax。

例如，HT与HR分别为49m和1.7m，则有效直视距离为Re=24km。

9、电波的绕射传播

在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。

超短波、微波的频率较高，波长短，绕射能力弱，在高大建筑物后面信号强度小，形成所谓的“阴影区”。

信号质量受到影响的程度，不仅和建筑物的高度有关，和接收天线与建筑物之间的距离有关，还和频率有关。

例如有一个建筑物，其高度为10米，在建筑物后面距离200米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在100米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。

注意，诚如上面所说过的那样，减弱程度还与信号频率有关，对于216～223兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16dB，对于670兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB。

如果建筑物高度增加到50米时，则在距建筑物1000米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱。

也就是说，频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。

因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响，注意到对绕射传播起影响的各种因素。

10、电波的多径传播

在超短波、微波波段，电波在传播过程中还会遇到障碍物（例如楼房、高大建筑物或山丘等）对电波产生反射。

因此，到达接收天线的还有多种反射波（广义地说，地面反射波也应包括在内），这种现象叫为多径传播。

由于多径传输，使得信号场强的空间分布变得相当复杂，波动很大，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱；也由于多径传输的影响，还会使电波的极化方向发生变化。

另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。

例如：

钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强。

我们应尽量克服多径传输效应的负面影响，这也正是在通信质量要求较高的通信网中，人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由。

11、建筑物的贯穿损耗

建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。

   建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系。

贯穿损耗随楼层高度的变化，一般为-2dB/层，因此，一般都考虑一层（底层）的贯穿损耗。

   下面是一组针对900MHz频段，综合国外测试结果的数据：

---中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为10dB，标准偏差7.3dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为5.8dB，标准偏差8.7dB。

大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为18dB，标准偏差7.7dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为13.1dB，标准偏差9.5dB。

大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物，贯穿损耗中值为27dB。

   由于我国的城市环境与国外有很大的不同，一般比国外同类名称要高8---10dB。

对于1800MHz，虽然其波长比900MHz短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大。

因此，实际上，1800MHz的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。

GSM规范3.30中提到，城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB，农村为10dB。

一般取比同类地区900MHz的贯穿损耗大5---10dB。

12、电磁波经过人体的损耗

对于手持机，当位于使用者的腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4---7dB和1---2dB。

一般人体损耗设为3dB。

13、车内电磁损耗

金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视。

尤其在经济发达的城市，人的一部分时间是在汽车中度过的。

一般车内损耗为8---10dB。

14、微波天线辐射卫生标准

（1）辐射标准

由于各国的标准都不一样，我们选用的标准采用有关的《电磁辐射防护规定》要求:

在一天24小时内,公众环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足下表的要求

频率范围（MHZ）

30～3000

3000～15000

电场强度（V/m）

（12）*

（0.22（f）1/2）*

磁场强度（A/m）

（0.032）*

（0.001（f）1/2）*

功率密度（W/m2）

0.4

f/7500

全身平均比吸收率（w/kg）

0.02

*不作限值,仅供参考;表中f为频率,单位为MHZ.

（2）实际电路的计算办法

  直接计算微波中继断面附近任意A点处的功密PA：

一般在距离微波天线开口距离17.1D2/λ天线近区近空附近范围内,以A点至微波天线射线中心的距离为半径,计算出此横切面上的功率密度不大于:

相应的平均功率密度f/7500（W/m2）和全身平均比吸收率=0.02（w/kg）即符合要求。

二、天线的设计、安装、使用的相关问题

15、关于传输线的50、75欧的由来

对于同轴线的的使用过程来看，它是最先应用到无线通信中的，直到现在，它的应用最为广泛。

对于同轴线，我们主要关心功率的传输及在传输过程中的能量衰减这两个问题。

为了能使同轴线传输的功率最大，就要使同轴线的内外导体有一个比值，对于空气为介质的同轴线来说，外半径/内半径=常数E开方时，传输的功率为最大，此时的特性阻抗为３０Ω。

外半径/内半径=3.59时,这是的衰减为最小，此时的特性阻抗为７７Ω。

为了二者兼有，折中取值为５０Ω，当然现在一些设备中７５Ω的同轴线也在使用中，比如有线电视系统中。

16、关于空气阻抗

电磁波在空气（真空）中传播时，这也是最为广泛应用的电磁传播，由于电场与磁场的存在，它们的比值为一个定值为１２０π，也正是这个值的存在，形成了电磁波的衰减传播。

17、请问天线的馈线的长短会影响发射机与天线的匹配吗？

天线的馈线的长短会影响发射机与天线的匹配，最主要的原因是天线的馈线是有损线而非无损线。

天线与发射机的匹配有两点，一是阻抗匹配；二是功率的完全发射。

有损馈线阻抗匹配的计算过程见下面的图片所示。

功率的完全发射与馈线也有极大关系，这也是很多设备功率不能完全发射的原因，比如馈线损耗为0.3DB/米，那么当馈线长度为10米时，功率就要衰减一半的，如果是100米长的馈线呢？

功率可能要衰减没有了。

18、基础天线

由于空气阻抗的存在，如何把高频电流变成电磁波传播出去，这中间就需要一个器件，当然，这个器件就是天线了。

天线也就可以认为是波源与空间的连接器了。

正如前面所述，为了能很好地把高频电流的能量传输出去，且要传输功率要高、衰减要小，天线的阻抗就要在７７Ω与３０Ω二者之前选择。

在这种情况下，对称振子的阻抗是７５Ω左右，四分之一单极天线的阻抗为３６Ω左右，在此，我们不得不承认大自然的力量之伟大。

这种情况下，也决定了这两种天线是一种基本天线了。

19、天线的作用与地位

无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。

电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。

可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。

20、天线的大致分类

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：

按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。

21、天线小型化

一般来说，综合考虑天线性能，天线小型化有两种形式，一是天线的体积小了，就是物理模型小了；二就是一