【正文】 頻率 300M至 300GHz）之間的波段稱為微波，波長從 1 毫米到 毫米的亞毫米波段是微波與紅外的過度波段，有時把其中波長較長的部分歸入微波領(lǐng)域。 2 .微波的特點和應(yīng)用 自 20 世紀(jì)初無線電技術(shù)發(fā)展以來，使用的波段不斷擴(kuò)展。從最初使用的長波和中波一直擴(kuò)展到超長波，另一方面尤為迅速地向短波方向擴(kuò)展，經(jīng)過短波、超短波，在 20 世紀(jì) 40 到 50 年代擴(kuò)展到分米波和厘米波，在 20 世紀(jì) 60 到 70年代又?jǐn)U展到毫米波和亞毫米波。現(xiàn)在無線電波和光波之間不已不存在空白 。 微波 波段研究的進(jìn)展是由實際需要推動的，而微波的實際運用則是同微波的特點密切相關(guān)的。微波具有如下四個重要特點： 微波波長段易于實現(xiàn)定向輻射 早在無線電發(fā)展初期，人們在實踐中就認(rèn)識到可以利用無線電波的反射測定目標(biāo)物的位置，這就是雷達(dá)的原理。為了精確的，則必須讓無線電波定向發(fā)射，也就是聚成一個窄束，不這樣就無法判斷反射波究竟是從哪個方向反射回來的。 事實上在微波歷史發(fā)展初期（ 20 世紀(jì) 40 年代），微波技術(shù)幾乎是與雷達(dá)一起發(fā)展起來的?，F(xiàn)在雷達(dá)的種類和用途已是多種多樣，如遠(yuǎn)程或超遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)、炮火控制和瞄準(zhǔn)雷達(dá)，火箭或航天器的制導(dǎo)及軌道警戒雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)、氣象雷達(dá)、汽車防撞雷達(dá)等等。它們所使用的幾乎無例外地是微波波段 。 微波易于實現(xiàn)定向輻射的特點還有助于點對點通信及定向廣播。現(xiàn)代多路通信、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星電視廣播等都使用微波波段。 頻率高、頻帶寬、信號容量大 任何通信系統(tǒng)為了傳遞一定的信息必須占有一定的頻帶，純粹的單頻正弦波并不攜帶任何信息。為傳遞某種信息必須的頻帶寬度叫信道。例如， 人耳所能聽 5 到的聲音頻帶范圍大約是在 20 至 20200Hz，但為了能聽懂對方的語言，大約只需傳輸 300 至 3400Hz 這一段頻率的信號就夠了，也就是說，一個語言信道至少要有 3000Hz 的頻帶，普通電話就是這樣設(shè)計的。因此電話可以聽懂但不悅耳，也就是不夠逼真。為了相當(dāng)逼真地傳送語言和音樂，則需要占 6 至 15KHz 的頻帶，這就是廣播所要求的頻帶。為了傳送電視圖象，則需要更寬的頻帶，對于我國的電視制式，一路黑白的或彩色的電視加上伴音要占據(jù) 8MHz 的頻帶。 為了避免相互干擾，一個地區(qū)或一條線路上各個信道所占的頻帶必須錯 開，因此在一定頻段內(nèi)所能容納的信道是有限的。即使采用數(shù)字通信，線路的信息容量仍然取決于線路的頻帶寬度。 根據(jù)目前的技術(shù)水平，一條通信線路一般只有不超過百分之幾的相對帶寬。所以，為了把許多路電視、電話 或電報同時在一條線路上傳送，就必須使信道容量，現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)幾乎無例外地工作在微波波段。 視距傳播能穿透電離層 各波段的無線電波傳播特性是不一樣的，長波可以沿著地球的彎曲表面?zhèn)鞑サ胶苓h(yuǎn)，這種傳播方式叫地波。從中波過渡到短波，地波的衰減逐漸增大，傳播距離逐漸減小。但短波可以借助 60 至 300km 高空的電離層折射返回地面，這種方式叫天波。短波通信就是利用了天波，它可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，但不夠穩(wěn)定，因為電離層的密度和高度隨季節(jié)，晝夜以及太陽的活動而變化 到了超短波和微波波段，地波的衰減更大，已無法利用。同時，這個波段的電磁波一般不能被電離層折射返回地面，它能穿過電離層，因此也不能采用天波的傳播方式。超短波和微波只能在視距內(nèi)沿直線傳播，并能穿過電離層達(dá)到外層空間。這種傳播稱為空間波。 微波的視距傳播特性有它有利的一面，也有不利的一面。其有利方面是可以把作用范圍限制在我們所需要的區(qū)域內(nèi)， 以避免干擾。同時由于微波可以穿透電離層而不像頻率較低的電磁波那樣被電離層折返或吸收，因此，地球和宇宙之間的通信、衛(wèi)星通信等必須使用微波。 微波的熱效應(yīng)和微波能的應(yīng)用 高頻率感應(yīng)加熱和介質(zhì)加熱早已應(yīng)用在許多工業(yè)部門。在微波波段，材料的介質(zhì)損耗增大，特別是含水份的材料對微波能的吸收非常有效，從而使微波成為 6 很好的加熱手段。微波加熱具有效率高、透熱深度大、加熱迅速等一系列優(yōu)點。因此，微波加熱和微波烘干正日益廣泛地應(yīng)用于糧食、茶葉、卷煙、木材、紙張、皮革、蠶絲、紡織、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。微波理療也日益 廣泛地被利用 微波代替原來所用的煤、煤氣或蒸汽進(jìn)行加熱或烘烤可以節(jié)約能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。此外，家庭烹飪用微波爐也已得到了廣泛的應(yīng)用。 微波在未來能源的探索和開發(fā)中也起著重要作用。例如，在受控?zé)岷司圩冄芯恐欣煤撩撞娮踊匦舱裥?yīng)加熱等離子體，在空間太陽能發(fā)電站的設(shè)計中用微波作為將能量送回地面的手段等。 二、濾波器原理 濾波器是一種二端口網(wǎng)絡(luò)。它具有選擇頻率的特性，即可以讓某些頻率順利 通過，而對其它頻率則加以阻攔，目前由于在雷達(dá)、微波、通訊等部門，多頻率工作越來 越普遍，對分隔頻率的要求也相應(yīng)提高；所以需用大量的濾波器。再則，微波固體器件的應(yīng)用對濾波器的發(fā)展也有推動作用，像參數(shù)放大器、微波固體倍頻器、微波固體混頻器等一類器件都是多頻率工作的，都需用相應(yīng)的濾波器。更何況，隨著集成電路的迅速發(fā)展，近幾年來，電子電路的構(gòu)成完全改變了，電子設(shè)備日趨小型化。原來為處理模擬信號所不可缺少的 LC 型濾波器，在低頻部分，將逐漸為有源濾波器和陶瓷濾波器所替代。在高頻部分也出現(xiàn)了許多新型的濾波器，例如：螺旋振子濾波器、微帶濾波器、交指型濾波器等等。雖然它們的設(shè)計方法各有自己的特殊之點，但 是這些設(shè)計方法仍是以低頻“綜合法濾波器設(shè)計”為基礎(chǔ)，再從中演變而成。 7 圖 的虛線方框里面是一個由電抗元件 L 和 C 組成的兩端口。它的輸入端139。1 與電源相接，其電動勢為 Eg，內(nèi)阻為 R1。二端口網(wǎng)絡(luò)的輸出端 2－ 39。2 與負(fù)載 R2 相接，當(dāng)電源的頻率為零（直流） 或較低時，感抗 Lwj R2兩端的電壓降 E2 比較大（當(dāng)然這也就是說負(fù)載 R2 可以得到比較大的功率）。 但是，當(dāng)電流的頻率很高時，一方面感抗 Lwj 變得很大，另一方面容抗 j/wc 卻很 小，電感 L 上有一個很大的壓降 ，電容 C又幾乎把 R2 短路，所以，縱然電源的電動勢 Eg 保持不變，負(fù)載 R2 兩端的壓降 E2 也接近于零。換句話說， R2 不能從電源取得多少功率。網(wǎng)絡(luò)會讓低頻信號順利通過，到達(dá) R2，但阻攔了高頻信號，使 R2 不受它們的作用，那些被網(wǎng)絡(luò) A（或其他濾波器）順利通過的頻率構(gòu)成一個“通帶”，而那些受網(wǎng)絡(luò) A 阻攔的頻率構(gòu)成一個“止帶”，通帶和止帶相接頻率稱為截止頻率。 什么機(jī)理使網(wǎng)絡(luò) A 具有阻止高頻功率通過的能力呢？網(wǎng)絡(luò) A 是由電抗元件組成的，而電抗元件是不消耗功率的，所以，高頻功率并沒有被網(wǎng)絡(luò) A 吸收，在圖一所示的具體情況中，它有 時貯存于電感 L 的周圍，作為磁能；在另一些時間，它又由電感 L 交還給電源。如果 L 和 C 都是無損元件（即它們的電阻等于零），那么，高頻功率就是這樣在電感與電源之間來回交換，絲毫不受損耗，這就是電抗濾波器阻止一些頻率通過的物理基礎(chǔ)。從這個意義來說，我們可以認(rèn)為濾波器將止帶頻率的功率發(fā)射回電源去，同時也是因為這個關(guān)系，在止帶內(nèi)濾波器的輸入阻抗是純電抗性的。 圖 的網(wǎng)絡(luò) A 是一個很簡單的濾波電路，它的濾波效能是比較低的，在許多場合下，往往不能滿足技術(shù)上的要求，而不得不采取更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)。然而，不管電路結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，濾 波作用的物理根源還是和前面所說的完全一樣。 濾波作用是濾波網(wǎng)絡(luò)所具有的內(nèi)在特性，但濾波網(wǎng)絡(luò)所能起到的作用還受外界因素（電源內(nèi)阻 R1 和負(fù)載電阻 R2）的影響。濾波效能首先決定于濾波器的內(nèi)在特性（這是主要的），同時還決定于濾波器的外加阻抗（這也是不可忽略的）。那么，濾波器效能是用什么來衡量的呢？圖 (a)