微波技术 第一章 绪论

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微波防护
微波量子与X射线或者γ 射线相比极其微小，不足以使 生物体组织中的分子变成离子，因而不会造成损伤。
人体只对外部加热比较敏感，而微波能使人体内部变 热，在不知不觉中，微波热效应会对人体产生损害， 如果不能及时把局部过多的热量耗散掉，将产生严重 后果。 多数国家认为，最大允许的微波功率密度是10mW/cm2 但是微波的非热效应也可能会对中枢神经和心血管系 统有影响，因此10mW/cm2有可能偏高
距离0.4米时，它的辐射就减小到0.17 μT。低音炮音 箱辐射严重，使用时至少要保持半米的距离
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微波防护
笔记本
显示屏前0.1米0.13μT，显示屏前0.3米0.10μT， 显示屏侧面0.3米0.13μT，键盘上方0.19μT，电源 适配器0.22μT。测试结果显示笔记本键盘辐射稍 强，电源适配器最大
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微波防护
辐射级别分类
工频段的单位是μT，如果辐射在0.4μT以上属于较强辐 射，对人体有一定危害，长期接触易患白血病。如果 辐射在0.4μT以下，相对安全。 射频电磁波的单位是μW/㎝2
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微波防护
手机辐射
SAR值即为生物体(包括人体)每单位公斤允许吸收的辐 射量，这个SAR值代表辐射对人体的影响，是最直接的 测试值，SAR有针对全身的、局部的、四肢的数据。 SAR值越低，辐射被吸收的量越少 SAR必须低于1.6w/kg(motorola 2.0w/kg)
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微波的应用
微波能
– 弱功率应用（测量）
进行各种电量和非电量的测量 迅速而准确，测量时与加工物料不直接接触，不产 生损伤，适于生产线上连续测量，便于自动控制 目前应用多的是物质含水率测量
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微波的应用
医学
微波理疗机做透热治疗
利用微波进行局部加热杀死癌细胞
微波穿透人体的能力远比红外要强很多，利用微波可 以得到人体内部的温度分布图 癌肿瘤的温度略高于正常组织，这就提供了一种探测体内 癌肿瘤的方法
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微波防护
CRT显示器
显示屏前紧贴着1.00μT，显示屏侧面紧贴着 0.55μT
距离0.2米时，显示屏前面的辐射0.18μT 加上屏保辐射只有10％的减少 后面辐射并不象电视那样很大
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微波防护
液晶显示器
显示屏前0.5米0.11μT，开机瞬间0.12μT，关 机0.11μT，显示屏侧面0.5米0.12μT
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微波防护
电视（普通）
正面半米：正常开机的瞬间，它所产生的辐射值是0.12μT， 正常观看时的辐射值是0.30μT，换台时为0.27μT，待机状 态则是0.11μT，而侧面在正常观看 的情况下，辐射值是 0.28μT，总体看来接近警戒值
距离三米：开关机、正常观看、换台、待机状态都是 0.12μT；后面辐射强度较大，开机后在半米之内辐射值竟 达4 .8μT，而且隔着玻璃、木板，辐射都没有减小，甚至 隔着10厘米厚的墙辐射值还有0.9μT
1962年由无线电领域的科学家测得的宇宙背景辐射信号， 强度相当于绝对温度2.7K，后来证实是宇宙大爆炸时的残 余热辐射。这一发现被授予1978年诺贝尔物理学奖
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微波的应用
电磁兼容(electronic compatibility)
包含微波、射频信息系统的不容忽视的问题 随着系统复杂性的增加、工作频率的提高、系统 集成度的增加，电磁兼容变得更加重要 分三层：系统级，如通信卫星、飞机、军舰；印刷电 路板级；芯片级
谐振腔－－－声学共鸣箱
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微波特点
频率高
振荡频率3亿次以上，周期短，10-9~10-12 s
低频电子器件的渡越时间10-8~10-9s 需要考虑完全新颖的微波电子器件
可用频带很宽，在大容量通信场合得到广泛应用， 如卫星通信、多路通信。具有通信容量高、抗干 扰能力强的特性
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微波特点
穿透性
在特定波长穿透电离层，可以卫星通信、宇 宙通信、遥感、定位 穿透云、雾、雨、植被、积雪，并对微波有不同 程度的吸收与反射，可以利用厘米波或这毫米波 雷达来观测它们的存在和流动。气象预报
射频识别系统产生并辐射电磁波，所以这些系统被合 理地归为无线电设备一类，射频识别系统工作时不能 对其他无线电服务造成干扰或削弱。所以只能使用ISM 应用而保留的频率范围
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微波波段
ISM与无线局域网
八十年代后期，美国联邦通信委员会（FCC） 对使用无线电的计算机通信开放了无须申请就 可以使用的ISM频段，使得无线网络的使用 成为通信领域的一个热点
微波加热血浆，解冻冷藏肾脏和进行节育试验
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微波的应用
计算机
计算机从问世到现在，时域脉冲信号已经高达几GHz，在 如此高频率下为了进一步发展，必须用微波技术 的概念和方法去解决芯片引线之间的脉冲反射和串扰。
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微波的应用
射电天文学
由于微波工程技术的发展而形成的天文学分支
在地面建立几十米、数百米的大型抛物面天线，再配以高 增益、低噪声、宽频带的微波接收机，可捕捉来自宇宙星 体的微波辐射，利用这些信息研究宇宙的起源和构造
1885年到1887年奥利弗.亥维赛(Oliver Heaviside)消除 了maxwell理论的数学复杂性，引入矢量形式，并提供 了导波和传输线的实际应用的基础。
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发展简史
最早的实验
1887年到1891年亨瑞克.赫兹(Heinrich Hertz)作了 一系列实验证实了麦克斯韦的电磁理论
20世纪初
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微波防护
台式电脑主机
前面0.17μT，但主机操作面板中央辐射略强，距离 0.03米，0.26μT；主机侧面0.29μT，机箱左侧面中央， 距离0.03米，0.23μT；后面0.46μT。 台式电脑电源接线在接通状态下的辐射是0.47μT
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微波防护
低音炮音箱
操作面板中央，距离0.03米，0.63μT；音箱右侧面中 央，距离0.03米，5.68μT
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微波Fra Baidu bibliotek段
电磁波波段划分
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微波波段
微波波段划分
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微波波段
微波波段的代号及对应的频率范围
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微波波段
典 型 应 用 下 的 频 率
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微波波段
ISM简介
特别为工业、科学和医疗（ISM — Industrial-ScientificMedical）应用而保留的频率范围。这些频率范围在世界 范围内是统一划分的。 射频识别系统
–134°E，亚太1A，1996.7升空，8个C波段转发器
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微波波段
1996.8中星5号停播后我国收看的几颗主要卫星
138°E，亚太1号，1994年升空，24个C波段转发器
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微波特点
似光性
自由空间中以光速沿直线传播 在不同媒质的分界面上要发生反射和折射
如果分界面的线性尺寸不比波长大很多，会 出现干涉和衍射现象
热效率高、热透深度大（约4cm）、加热均 匀（里外一起热）、加热迅速
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微波特点
抗低频干扰
地球周围的噪声和干扰主要是宇宙和大气在 传输信道上产生的自然噪声，由各种电器设 备工作时产生的人为噪声，这些噪声一般都 在中低频，与微波频率差别很大 可以滤除
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微波的应用
广播与电视
原先的广播和电视采用频率都在微波以下，但 是随着电台增多，相互干扰增多，从而发展到 微波频段。典型的是采用微波进行卫星电视直 播。
穿透地表，作为探地雷达
能穿透生物体，为微波生物医学打下基础
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微波特点
非电离性
量子能量不够大，不能改变分子内部结构， 分子、原子和原子核呈现出谐振现象。 可以探索物质内部结构
可以研制适用于微波波段的器件
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微波特点
热效应
微波电磁能量传送到有耗物体内部，会使物 体分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热 可以进行微波加热，用于粮食、茶叶、卷烟、木 材、皮革等各种行业
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微波防护
电脑小配件
普通鼠标 普通键盘 无线鼠标 鼠标上方
无线键盘 键盘上方 无线网关 网关上方 打印机 数码相机电源适配器 MP4电源适配器
0.1μT 0.11μT 0.53μT
0.96μT 0.15μT 0.11μT 0.11μT 0.16μT
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微波防护
什么是安全的？
用电池的直流电电器是最安全的
微波技术绪论
Microwave Technology：Introduction
内容提要
微波波段 微波特点 微波的应用 微波防护 发展简史
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微波波段
微波的概念及波段划分
微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从1米到0.1毫米范 围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3×108 Hz～3×1011 Hz 。如下图所示
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Why，How and What？
• Why？target？ – The • How？ to learn quickly and fast？ – How • what？result？ – The
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教材
• 李晓蓉等《微波技术》，科学出版社，2005
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参考书籍
董金明，林萍实《微波技术》，机械工业出 版社，2005 梁昌红等《简明微波》，高等教育出版社， 2006
现代相控雷达能够利用计算机控制天线阵列的波束相位，能够 进行快速扫描，能够形成多波束；对目标进行探测，对多目 标进行跟踪；气象雷达、导航雷达、汽车防撞雷达、 防盗雷达、遥感用雷达
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微波的应用
微波能
– 强功率应用（加热）
微波加热是指一些有耗介质，特别是含水或含脂肪 的材料，吸收微波能量，并把它转化为热能。不是 借助于辐射、传导或者对流，而是靠材料内部极性 分子在微波场作用下的共振吸收。 除家用微波炉外，在工农业生产方面，烘干、杀虫、 灭菌、橡胶硫化、塑料生产 如英国采用2450MHz、1.8kW微波对硬木进行杀虫
最好不要穿防护服，人体本身就是一个大导 体，穿上它只能把屏蔽的辐射导入到人体内 部，而且现在没有明确防护服的材质标准， 价格也参差不齐，所以建议你不要轻信防护 服的作用
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发展简史
现代电磁理论的基础
1873年詹姆斯.克拉克.麦克斯韦(James Clerk Maxwell) 用公式建立
数学复杂性的消除
李宗谦等《微波工程基础》，清华大学出版 社，2004
刘学观等《微波技术与天线》，西安电子科 技大学出版社
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参考书籍
• David M.Pozar, Microwave Engineering,Third Edition,John wiely & Sons, 2005
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微波防护
等离子电视
正面半米处，开机、观看、换台都是0.11μT，待 机时0.12μT，侧面0.11μT
开机时0.12μT，正常观看时是0.14μT，换台、 待机状态下0.11μT，从测试结果看较之传统电视， 等离子的辐射强度要小一 些
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微波防护
液晶电视
不论是正面半米还是正面3米的范围内，开机瞬间、正 常观看、换台、待机状态的测试结果都是0.1μT，而侧 面也只有0.11μT，基本上是辐射强度没有变化
遵守波动基本规律 微波波长和一般物体的线性尺寸相当，可 以采用成熟的几何光学方法来设计各种微 波仪器和设备，比如用透镜或反射面来设 计微波天线 设计器件体积小，波束方向性强
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微波特点
似声性
波长上与实验室的设备（物体）尺寸相当 --------------同量级，使其的特点又与声波 相近。 波导－－－－传声筒 喇叭天线－－声学喇叭
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微波的应用
通信
微波中继通信
微波散射通信：利用对流层的散射特性进行通信
同轴电缆和波导通信 移动通信 卫星通信 宇宙通信
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微波的应用
雷达和导航
目标尺寸和波长之比越大，反射越明显，探测距离越远; 雷达天线口径与波长之比越大，发射波束越细， 反射就越显著，测位精度越高; 利用微波技术可以使用尺寸小、精度高的雷达。
日本于1993年也公布了无线局域网使用的ISM频段。 在中国，也先后开放2.4G和5.8G作为ISM频段
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微波波段
1996.8中星5号停播后我国收看的几颗主要卫星
–100.5°E，亚洲2号，1996.5升空，24个C波段转发 器、9个Ku波段转发器
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微波波段
1996.8中星5号停播后我国收看的几颗主要卫星
缺少可靠微波源和其它元件，无线电技术主要发生 在高频(VH)到甚高频(VHF)
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发展简史
20世纪40年代
第二次世界大战，雷达出现，微波技术得到了重视； MIT建立了辐射实验室来发展雷达理论和技术。主要 包括波导元件的理论和实验分析、微波天线、小孔耦 合理论，初期的微波网络理论
微波通信
在雷达出现后不久就开始得到发展,主要得益于为 雷达系统所作的工作