射频微波系统入门知识科普_射频短波微波超短波

  对电磁波频谱的划分是美国国防部于第二次世界大战期间提出的,后由国际电工电子工程协会(IEEE)推广,被工业界和政府部门广泛接受。具体电磁波频谱分段见表1-1。在整个电磁波谱中,射频/微波处于普通无线电波与红外线之间,是频率最高的无线电波,它的频带宽度比所有普通无线倍以上,可携带的信息量不可想象。一般情况下,射频/微波频段又可划分为米波(波长10～1m,频率30～300MHz)、 分米波(波长10～1dm,频率300～3000MHz)、 厘米波(波长10～1cm,频率3～30GHz)和毫米波(波长10～1mm,频率30～300GHz)四个波段。其后是亚毫米波、 远红外线、 红外线、 可见光。

  以上这些波段的划分并不是惟一的,还有其他许多不同的划分方法,它们分别由不同的学术组织和政府机构提出,甚至还在相同的名称代号下有不同的范围,因此波段代号只是大致的频谱范围。其次,以上这些波段的分界也并不严格,工作于分界线两边临近频率的系统并没有质和量上的跃变,这些划分完全是人为的,仅是一种助记符号。

  对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。也就是说,频谱作为一种资源,各国各级政府都有相应的机构对无线电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。国际范围内更有详细的频谱用途规定,即CCIR建议文件,在这个文件中,规定了雷达、通信、 导航、 工业应用等军用或民用无线电设备所允许的工作频段。表1-2是各无线电频段的基本用途。各个用途在相应频段内只占有很小的一段频谱或点频工作。

  和平年代,在某个地区,要避免用途不同的无线电设备使用相同的频率,否则,将会带来灾难性的后果。相反地,在电子对抗或电子战系统中,就是要设法掌握敌方所使用的无线电频率,给对方实施毁灭性打击。

  一般地,射频/微波技术所涉及的无线 中甚高频(VHF)到毫米波段或者P波段到毫米波段很宽范围内的无线电信号的发射与接收设备的工作频率。具体地,这些技术包括信号的产生、 调制、 功率放大、 辐射、 接收、 低噪声放大、 混频、 解调、 检测、 滤波、 衰减、移相、 开关等各个模块单元的设计和生产。它的基本理论是经典的电磁场理论。研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。一种是“场”的分析方法,即从麦克斯韦方程出发,在特定边界条件下解电磁波动方程,求得场量的时空变化规律,分析电磁波沿线的各种传输特性;

  另一种是“路”的分析方法,即将传输线作为分布参数电路处理,用基尔霍夫定律建立传输线方程,求得传输线上电压和电流的时空变化规律,分析电压和电流的各种传输特性。用这两种方法研究同一个问题,其结论是相同的。到底是用“场”的方法还是用“路”的方法,应由研究的方便程度来决定。对于射频/微波工程中的大量问题,采用网络方法和分布参数概念可以得到满意的工程结果,而不是拘泥于严谨的麦克斯韦方程组及其数值解法。

  射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直线以光速传播,在不同的媒体界面上存在入射和反射现象。这是因为射频/微波的波长很短,比地球上的一般物体(如舰船、飞机、 火箭、 导弹、 汽车、 房屋等)的几何尺寸小的多或在同一个数量级。 当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反射,对于某些物体将会产生镜面反射。

  射频/微波照射某些物体时,能够深入物体的内部。微波(特别是厘米波段)信号能穿透电离层,成为人们探测外层空间的宇宙窗口;能够穿透云雾、 植被、 积雪和地表层,具有全天候的工作能力,是遥感技术的重要手段;能够穿透生物组织,是医学透热疗法的重要方法;能穿透等离子体,是等离子体诊断、研究的重要手段。

  一般情况下,射频/微波的量子能量还不够大,不足以改变物质分子的内部结构或破坏物质分子的键结构。由物理学可知,在外加电磁场周期力的作用下,物质内分子、原子和原子核会产生多种共振现象,其中,许多共振频率就处于射频/微波频段。这就为研究物质内部结构提供了强有力的实验手段,从而形成了一门独立的分支学科——微波波谱学。从另一方面考虑,利用物质的射频/微波共振特性,可以用某些特定的物质研制射频/微波元器件,完成许多射频/微波系统的建立。

  (3)频率选择电路：在复杂的频谱环境中,选择所关心的频谱范围。经典的频率选择电路是滤波器,如低通滤波器、带通滤波器、 高通滤波器和带阻滤波器等。近年发展起来的高速电子开关由于体积小,在许多方面取代了滤波器来实现频率选择。在射频/微波工程中,这些电路可以独立工作,也可以相互组合,还可以与其他电路组合,构成射频/微波电路子系统。

  雷达的原意为无线电探测与定位,基本原理是发射的微波信号遇到目标后反射回来,检测发射信号与接收信号之间的关系,即可确定目标的信息。

  脉冲雷达是雷达的一种基本形式。对连续波微波信号进行脉冲调幅,发射出去的信号就是微波脉冲。检测回波脉冲信号与发射脉冲信号的时间差(微波传输的速度是光速)，即可确定目标的距离。脉冲雷达的结构框图。

  多普勒(Doppler)雷达是依靠移动目标所引起的多普勒频移信息的一种雷达体制,具有很强的距离鉴别能力和速度鉴别能力,能够在复杂的背景下检测出目标。它有连续波和脉冲两种形式

  从1.5节可以看出,各种电路模块需要用接插件连接起来。这种连接可以是硬连接,也可以通过电缆软连接。电缆分为柔性电缆、软电缆和半刚性电缆。工程中的具体选择由总体结构、 成本与性能等因素决定。表1-5给出常用接头的性能。

  这些接头都是阴—阳配对使用。旋接时一手捏紧阴头端，另一手旋转阳头端螺套，使接头插针沿轴向拔出或插入，不应旋转阴头端，以免损伤插针和插孔。接头另一端焊接射频/微波电路或与合适的电缆相接。