【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 展。孔徑雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、全相參雷達(dá)、超視距雷達(dá)、雙 /多基地雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)和單脈沖雷達(dá)等將作為主要發(fā)展體制，敏感蒙皮與共形陣天線也會(huì)迅速發(fā)展并且得到應(yīng)用，雷達(dá)的多傳感器的融合技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)將是其發(fā) 展的方向。通過(guò)通用化、系列化和模塊化的技術(shù)設(shè)計(jì)，從而不斷使得雷達(dá)的可靠性、維修性等獲得提高，也是雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展主題。 現(xiàn)代雷達(dá)的突出特點(diǎn)是：偵察一反偵察、隱蔽一反隱蔽、摧毀一反摧毀、干 7 擾一反干擾，也稱作是“四抗”。雷達(dá)的信號(hào)截獲和隱蔽 。雷達(dá)的電子干擾與抗干擾 。雷達(dá)向武器系統(tǒng)提供攻擊目標(biāo)與防止被摧毀從而提高戰(zhàn)場(chǎng)中的生存能力等都是矛盾的兩個(gè)方面。電子技術(shù)不斷的迅速發(fā)展，使得雷達(dá)在這樣的矛盾中不斷發(fā)展、互相促進(jìn)。雷達(dá)系統(tǒng)要不斷取得新的更大發(fā)展只有不斷創(chuàng)造新體制、發(fā)展新技術(shù)、不斷適應(yīng)新的軍事和經(jīng)濟(jì)需求。 8 第 3 章 物質(zhì)的微波穿透實(shí)驗(yàn)研究 微波的特性 （ 1）波長(zhǎng)短：它不同于一般的無(wú)線電波，因微波波長(zhǎng)短到毫米 ,它具有類(lèi)似光一樣有直線傳播性質(zhì)。 （ 2）頻率高：微波已成為一種電磁輻射，趨膚效應(yīng)、輻射損耗相當(dāng)嚴(yán)重。所以在研究微波問(wèn)題時(shí)要采用電磁場(chǎng)和電磁波的概念和方法。不能采用集中參數(shù)元件。需要采用分布參數(shù)元件，如波導(dǎo)、諧振腔、測(cè)量線等。測(cè)量的量是駐波比，頻率。特性阻抗等。 （ 3）量子特性：在微波波段，電磁波每個(gè)量子的能量范圍約為 106～ 103eV。許多原子和分子發(fā)射和吸收的電磁波能量正好處于微波波段內(nèi)，人們正是利用 這一特點(diǎn)研究分子和原子的結(jié)構(gòu)，發(fā)展了微波波譜學(xué)、量子電子學(xué)等新興學(xué)科，并研制了量子放大器、分子鐘和原子鐘。 （ 4）穿透性。微波照射到介質(zhì)時(shí)能深入到介質(zhì)內(nèi)部的特點(diǎn)，成為穿透性。一方面，大氣中的云、霧、雪等對(duì)微波傳播影響較小，這是微波能穿透這些介質(zhì)而基本不受影響，這為全天候微波通信和遙感技術(shù)打下了基礎(chǔ)。另一方面，微波是唯一能穿透電離層的電磁波（光波除外），具有穿透特性。再一方面，微波能穿透生物體，這位微波生物醫(yī)學(xué)打下了基礎(chǔ)。 （ 5） 熱慣性小 微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出 功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì) 的 溫升 情況 可 以 無(wú)惰性的 變化 ，不存在余熱 的 現(xiàn)象， 對(duì) 自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn) 而言是很有必要的 。 似光 、 似聲性 微波 的 波長(zhǎng) 比較 短， 和 地球上的一般物體（如飛機(jī)，艦船，汽車(chē)建筑物等）相比，在 尺寸 上面 相對(duì)要小得多，或 者是 同一量級(jí)。 從而使 微波的特點(diǎn) 和 幾何光學(xué) 類(lèi) 似， 這就是 似光性。 這樣一來(lái)， 使用微波工作能 夠 使電路元件尺寸減??；使得 系統(tǒng)更緊湊； 也能夠 制成體積小，方向性很強(qiáng)，增益高的 天線 系統(tǒng)，接受 從 地面或空間 其他 物體反射回來(lái)的微弱信號(hào)， 接著 確定物體 的 方位 與 距離， 并 分析目標(biāo)特征。 因?yàn)?微波波長(zhǎng)與物體（實(shí)驗(yàn)室中無(wú)線設(shè)備）的尺寸 是同 量級(jí) 的 ， 所以 微波的特點(diǎn)又 和 聲波 類(lèi)似 ， 這就是 似聲性。 比 如微波波導(dǎo) 和聲學(xué)中的傳聲筒相似 ；喇叭 天線 與 縫隙天線 就好比 聲學(xué)喇叭，蕭與笛；微波諧振腔 與聲學(xué)共鳴腔相似 （ 6)非電離性 由于 微波的量子能量不夠大， 還不足以 改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或 者說(shuō) 破壞分子之間的鍵。再 從物理學(xué)方面看 ，分子 原子核原子核在外加電磁場(chǎng)的周期力作 9 用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因 此 微波為探索物質(zhì)的 基本特性和 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 提供了 很好 的研究手段。另一方面， 還可以利用這一特性 制作許多微波器件 信息性 因?yàn)?微波 的 頻率很高，所以在不大的相對(duì)帶寬下 可以 用的頻帶很寬，可 以 達(dá)到 數(shù)百甚至上千兆赫茲。這是低頻無(wú)線電波 不能與之相比的 。這 就表示 微波的信息容量大， 所以現(xiàn)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)、多路通信系統(tǒng)等都是工作在微波波段 。另外，微波信號(hào)還提供 極化 信息， 相位 信息，多普勒頻率信息。這在 遙感目標(biāo)特征分析 ，目標(biāo)檢測(cè) 等應(yīng)用中 顯得 十分重要 。 基 于微波具有上述特點(diǎn)，微波作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科得到人們的重視，獲得迅速的發(fā)展。 微波應(yīng)用 微波主要應(yīng)用是在雷達(dá)和通信方面。另外還應(yīng)用在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)以及人民生活等方面。 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要應(yīng)用在測(cè)量和加熱兩個(gè)方面。測(cè)量是屬于弱功率方面的應(yīng)用，溫度、濕度、厚度、速度、長(zhǎng)度等各種非電量都可以利用微波來(lái)測(cè)量，它的特點(diǎn)是測(cè)量設(shè)備時(shí)不需要與被測(cè)量的對(duì)象進(jìn)行接觸 (非接觸式測(cè)量 )，在生產(chǎn)流水線上連續(xù)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)控制就可以運(yùn)用到這一特點(diǎn)。比如，鋼鐵工業(yè)中用測(cè)量爐溫、料面深度、鋼板厚度時(shí)可以應(yīng)用到微波 ，測(cè)量并控制吹氧煉鋼中氧槍與鋼水液面之間的距離的時(shí)候也可以應(yīng)用微波。測(cè)量鋼板厚度用微波要比用γ射線測(cè)量顯得更為優(yōu)越，鋼板中的化學(xué)成分不會(huì)影響微波測(cè)量的精確度，一般情況下也不需要采取輻射防護(hù)措施。其他方面的運(yùn)用還有：造紙和紡織業(yè)中測(cè)量和控制紙張或織物中的水分；石油工業(yè)中測(cè)定石油的微小含水量；機(jī)械鑄造業(yè)中測(cè)定和控制型砂中的含水量等。為了測(cè)量谷物、土壤、木材、煙草、藥品和墻磚等各種介質(zhì)材料的含水量還專(zhuān)門(mén)制造了微波水分儀。微波的法拉第效應(yīng)還可以運(yùn)用來(lái)測(cè)量幾十萬(wàn)伏超高壓輸電線上的電流。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上微波的另一類(lèi)運(yùn)用─ ─加熱，它是屬于一種強(qiáng)功率應(yīng)用，比如它能夠產(chǎn)生微波等離子體，并在大規(guī)模的集成電路中刻蝕亞微米級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，也可以制造光通信所需要的高純度光纖；能夠?qū)b好的食品進(jìn)行消毒或者解凍冷藏食物；可以用來(lái)給高分子化合物進(jìn)行熱定形；也能夠干燥食品、木材、紙張及電影膠片等。家用微波灶也已得到很好的應(yīng)用而且其性能也日趨完善。 探測(cè)大地、普查地球資源、測(cè)繪地形地物、監(jiān)視農(nóng)作物的生長(zhǎng)，以及偵察軍事目標(biāo)等可以運(yùn)用微波遙感配合可見(jiàn)光以及紅外同感。微波遙感與可見(jiàn)光和紅外遙感相比，其特點(diǎn)是可以全天候工作，但是得到的圖像的空間分辨率較低 是其缺 10 點(diǎn)。 穿透性 微波 與 其它用于輻射加熱的電磁波 相比 ， 就拿 紅外線、遠(yuǎn)紅外線 來(lái)說(shuō)吧，這兩者的 波長(zhǎng) 就 更長(zhǎng) 一些 ， 所以穿透性要更好一點(diǎn) 。 微波 進(jìn)入 介質(zhì) 后 ， 由于 介質(zhì)損耗 而 引起的介質(zhì) 的 溫度升高， 讓 介質(zhì)內(nèi)部 和 外部同時(shí)加熱升溫，形成 了 熱源狀態(tài)，使得正常加熱狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)時(shí)間縮短了很多 ， 并且介質(zhì)溫度和 介質(zhì)損耗因數(shù)呈現(xiàn)出 負(fù)相關(guān) 的 關(guān)系時(shí)，物 料內(nèi) 部與 外加熱均勻一致。 微波受物質(zhì) 的 影響 能力， 是 由介質(zhì)損耗因數(shù)決定 的 。介質(zhì)損耗因數(shù)大 那么它的 吸收能力就強(qiáng)， 與之 相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小 那么它的 吸收微波的能力也 就 弱 了 。因?yàn)椴煌?物質(zhì)的損耗因數(shù) 是不一樣 ，微波加熱 的 選擇性加熱特點(diǎn) 就會(huì)表現(xiàn)出來(lái) 。不同的物質(zhì) ，產(chǎn)生的熱效果也不 會(huì)相 同。水分子屬 于 極性分子， 其 介電常數(shù) 比 較大，介質(zhì)損耗因數(shù)也大， 所以 對(duì)微波 表現(xiàn)出較 強(qiáng) 的 吸收能力。 但是碳水化合物 、蛋白質(zhì) 等的介電常數(shù) 比 較小， 所以 對(duì)微波的吸收能力 與 水 相比就 小得多。因此 ，微波加熱食品 的時(shí)候 ，含水量的多少對(duì) 其 效果影響 就會(huì) 很大。 穿透性相關(guān)實(shí)驗(yàn) （ 1） 實(shí)驗(yàn)研究所構(gòu)建的原理圖 圖 5 頻譜分析儀： 頻譜分析儀的簡(jiǎn)介： 頻譜分析儀是一種對(duì)電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的儀器，用在信號(hào)失真度、譜純度、調(diào)制度、交調(diào)失真和頻率穩(wěn)定度等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量方面，可以用做測(cè)量濾波器和放大器等電路系統(tǒng)中的某些參數(shù)，也是一款多用途的電子測(cè)量?jī)x器 。也可以稱為跟蹤 示波器 、頻域示波器、諧波分析器、分析示波器、 11 傅里葉分析儀或 頻率特性 分析儀等?，F(xiàn)代的頻譜分析儀的分析結(jié)果能夠以數(shù)字方式或模擬方式顯示，能夠分析的電信號(hào)可以是 1 赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無(wú)線電頻段。儀器內(nèi)部如果采用微處理器和數(shù)字電路，具有運(yùn)算和存儲(chǔ)功能；配置了標(biāo)準(zhǔn)接口后就可以容易構(gòu)成 自動(dòng)測(cè) 試系統(tǒng) 。 頻譜分析儀的工作原理： 頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制。實(shí)時(shí)頻率分析儀（ RealTime Spectrum Analyzer）具備為在同瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅的功能，它的工作原理針對(duì)的是不同頻率信號(hào)而有相對(duì)應(yīng)的濾波器與檢知器（ Detector），再由同步多任務(wù)掃瞄器把信號(hào)傳到 CRT 屏幕上，這樣的優(yōu)點(diǎn)是能夠很好的把周期性雜散波（ PeriodicRandom Waves）的瞬間反應(yīng)顯示出來(lái)，但是這樣的缺點(diǎn)則是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波 器的數(shù)目與最大的多任務(wù)交換時(shí)間（ Switching Time）。 （ 2）實(shí)驗(yàn)器材 圖 6 頻譜儀，信號(hào)生射器和信號(hào)接收器 信號(hào)發(fā)生器： 信號(hào) 發(fā)生器指的是產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的一種 儀器 。它可以按照信號(hào)波形分為 正弦信號(hào) 、 脈沖信號(hào) 、函數(shù)（波形）信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器這四類(lèi)。信號(hào)發(fā)生器也可以稱作信號(hào)源或者振蕩器，被廣泛的運(yùn)用在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域。各種波形 曲線 都能夠用三角函數(shù)方程式表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、 鋸 12 齒波 、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)發(fā)生器的工作原理： 信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生頻率為 20Hz～ 200kHz 的正弦信號(hào)（低頻）。除了能夠 輸出電壓外，有的還有功率輸出功能。其用途也很廣泛，能夠用在測(cè)試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的增益、 頻率特性 、 通頻帶 ，也能夠用作高頻信號(hào)發(fā)生器的外調(diào)制信號(hào)源。在校準(zhǔn) 電子電壓表 時(shí)，它也能提供 交流信號(hào) 電壓。低頻信號(hào)發(fā)生器的 原理 ：系統(tǒng)包括主振級(jí)、主振輸出調(diào)節(jié)電位器、輸出衰減器、 電壓放大器 、 阻抗變換器 （輸出變壓器）、功率放大器和指示 電壓表 。 （ 3） 不同材料的實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及波形圖 第一種 材料的測(cè)試： 圖 7 書(shū)包測(cè)試 13 圖 8 書(shū)包測(cè)試數(shù)據(jù) 第二種材料測(cè)試： 圖 9 鐵片測(cè)試 14 圖 10鐵片測(cè)試數(shù)據(jù) 第三種材料測(cè)試： 圖 11 吸波材料測(cè)設(shè) 15 圖 12 吸波材料測(cè)試數(shù)據(jù) 第四種材料的測(cè)試： 圖 13 紙板的測(cè)試 16 圖 14 紙板測(cè)試的數(shù)據(jù) 表 1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試所得數(shù)據(jù) 關(guān)于 dBm 的簡(jiǎn)介 dBm 意即分貝毫 X，可以表示分貝毫伏，或者分貝毫瓦。電壓或電場(chǎng) E(mV) 與 U39。(dBm) 的換算公式為： 20 lgEdBmU39。 ? ；功率與 P （瓦特）換算公式： 10l gP30dB mP39。 ?? (P:瓦； P