【正文】 第四種材料的測試： 圖 13 紙板的測試 16 圖 14 紙板測試的數(shù)據(jù) 表 1 實驗測試所得數(shù)據(jù) 關(guān)于 dBm 的簡介 dBm 意即分貝毫 X，可以表示分貝毫伏，或者分貝毫瓦。在校準 電子電壓表 時，它也能提供 交流信號 電壓。除了能夠 輸出電壓外，有的還有功率輸出功能。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)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器也可以稱作信號源或者振蕩器，被廣泛的運用在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域。 （ 2）實驗器材 圖 6 頻譜儀，信號生射器和信號接收器 信號發(fā)生器： 信號 發(fā)生器指的是產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的一種 儀器 。 頻譜分析儀的工作原理： 頻譜分析儀架構(gòu)猶如時域用途的示波器，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?，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，能夠分析的電信號可以是 1 赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段。 穿透性相關(guān)實驗 （ 1） 實驗研究所構(gòu)建的原理圖 圖 5 頻譜分析儀： 頻譜分析儀的簡介： 頻譜分析儀是一種對電信號頻譜結(jié)構(gòu)進行研究的儀器，用在信號失真度、譜純度、調(diào)制度、交調(diào)失真和頻率穩(wěn)定度等信號參數(shù)的測量方面，可以用做測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量儀器 。 但是碳水化合物 、蛋白質(zhì) 等的介電常數(shù) 比 較小， 所以 對微波的吸收能力 與 水 相比就 小得多。不同的物質(zhì) ，產(chǎn)生的熱效果也不 會相 同。介質(zhì)損耗因數(shù)大 那么它的 吸收能力就強， 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 。 微波 進入 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)下的熱傳導時間縮短了很多 ， 并且介質(zhì)溫度和 介質(zhì)損耗因數(shù)呈現(xiàn)出 負相關(guān) 的 關(guān)系時，物 料內(nèi) 部與 外加熱均勻一致。微波遙感與可見光和紅外遙感相比，其特點是可以全天候工作，但是得到的圖像的空間分辨率較低 是其缺 10 點。家用微波灶也已得到很好的應用而且其性能也日趨完善。微波的法拉第效應還可以運用來測量幾十萬伏超高壓輸電線上的電流。其他方面的運用還有：造紙和紡織業(yè)中測量和控制紙張或織物中的水分；石油工業(yè)中測定石油的微小含水量；機械鑄造業(yè)中測定和控制型砂中的含水量等。比如，鋼鐵工業(yè)中用測量爐溫、料面深度、鋼板厚度時可以應用到微波 ，測量并控制吹氧煉鋼中氧槍與鋼水液面之間的距離的時候也可以應用微波。 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要應用在測量和加熱兩個方面。 微波應用 微波主要應用是在雷達和通信方面。這在 遙感目標特征分析 ，目標檢測 等應用中 顯得 十分重要 。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 。另一方面， 還可以利用這一特性 制作許多微波器件 信息性 因為 微波 的 頻率很高，所以在不大的相對帶寬下 可以 用的頻帶很寬，可 以 達到 數(shù)百甚至上千兆赫茲。 比 如微波波導 和聲學中的傳聲筒相似 ；喇叭 天線 與 縫隙天線 就好比 聲學喇叭，蕭與笛；微波諧振腔 與聲學共鳴腔相似 （ 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 破壞分子之間的鍵。 這樣一來， 使用微波工作能 夠 使電路元件尺寸減小；使得 系統(tǒng)更緊湊； 也能夠 制成體積小，方向性很強，增益高的 天線 系統(tǒng)，接受 從 地面或空間 其他 物體反射回來的微弱信號， 接著 確定物體 的 方位 與 距離， 并 分析目標特征。 似光 、 似聲性 微波 的 波長 比較 短， 和 地球上的一般物體（如飛機，艦船，汽車建筑物等）相比，在 尺寸 上面 相對要小得多，或 者是 同一量級。 （ 5） 熱慣性小 微波對介質(zhì)材料是瞬時加熱升溫，能耗也很低。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。微波照射到介質(zhì)時能深入到介質(zhì)內(nèi)部的特點，成為穿透性。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 這一特點研究分子和原子的結(jié)構(gòu)，發(fā)展了微波波譜學、量子電子學等新興學科，并研制了量子放大器、分子鐘和原子鐘。特性阻抗等。需要采用分布參數(shù)元件，如波導、諧振腔、測量線等。所以在研究微波問題時要采用電磁場和電磁波的概念和方法。 8 第 3 章 物質(zhì)的微波穿透實驗研究 微波的特性 （ 1）波長短：它不同于一般的無線電波，因微波波長短到毫米 ,它具有類似光一樣有直線傳播性質(zhì)。電子技術(shù)不斷的迅速發(fā)展，使得雷達在這樣的矛盾中不斷發(fā)展、互相促進。雷達的電子干擾與抗干擾 。 現(xiàn)代雷達的突出特點是：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”?？讖嚼走_、毫米波雷達、全相參雷達、超視距雷達、雙 /多基地雷達、三坐標雷達和單脈沖雷達等將作為主要發(fā)展體制，敏感蒙皮與共形陣天線也會迅速發(fā)展并且得到應用，雷達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。許多新的技術(shù)也運用到雷達發(fā)展中，如低截獲概率技術(shù)、自動檢測和跟蹤技術(shù)、脈沖多普勒技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)和信號處理新技術(shù)等。歐洲的三種主要戰(zhàn)斗機“陣風”、 EF20和 JAS39也都具有紅外、光電與雷達綜合火控系統(tǒng)。美國的 B2 轟炸機、 F35 戰(zhàn)斗機以及 F22 戰(zhàn)斗機都具有數(shù)據(jù)融合與處理能力以及復雜的多傳感器系統(tǒng)。 、融合。有了 20 世紀 60 年代的數(shù)字處理技術(shù)、大規(guī)模集成電路、微型計算機，才有 80 年代雷達系統(tǒng)的不斷完善和成熟。例如收發(fā)開關(guān)的出現(xiàn)，才會有雷達收發(fā)共用一副天線系統(tǒng) 。應以明確的作戰(zhàn)需求為牽引，積極大膽、采用現(xiàn)代新技術(shù)，研制出成本低、性能優(yōu)越、可靠性高的雷達系統(tǒng)，以滿足不同環(huán)境下的需求 . 應用是雷達系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)從雷達系統(tǒng)發(fā)展的歷程可以看出，總是有了理論上的突破，才會有雷達的大發(fā)展。隨著微波技術(shù)的應用，電子元器件、電子學、集成電路和線路數(shù)字化的發(fā)展，脈沖多普勒技術(shù)、動模板顯示技術(shù)的發(fā)展，統(tǒng)計監(jiān)測理論、模糊圖理論、大功率調(diào)速管放大器以及匹配濾波器的應用，出現(xiàn)先進雷達，使得雷達系統(tǒng)發(fā)展迅速。為了滿足軍 6 事上面的需求，特別是在 第二次世界大戰(zhàn)，人們依據(jù)電磁場理論，綜合其他相關(guān)技術(shù)從而將雷達發(fā)展起來了。當雷達的統(tǒng)一空間分辨單元內(nèi)同時存在目標和干擾雜波時，就能利用它們之間多普勒頻率的不同從而可以在干擾雜波中檢測以及跟蹤目標。由于接收到的目標回波頻率和雷達發(fā)射頻率存在差別，而這兩者之間的差值就被稱作是多普勒頻率。然后根據(jù)距離和仰角就能計算出目標高度。 測量目標方位是依靠天線的尖銳方位波束測量出來的。它的原理是用雷達設(shè)備的發(fā)射機通過天線將電磁波能量射向空間某個方向，而那個方向上的物體把碰到的電磁波進行反射；雷達天線將接收反射波送到接收設(shè)備進行處理，然后提取有關(guān)該物體的某些信息 (目標物體與雷達之間的距離，距離變化率或方位、高度、經(jīng)向速度等 )。 雷達的工作原理 雷達所起的作用和眼睛相似，當然，這樣的杰作并不是出于大自然之手，同時，它是用無線電波作為信息載體的。目前，常用頻率在 9182450MHz 的微波用到工業(yè)加熱中，在使用中，可以按照加熱材料的形狀、大小、含水量來進行選擇。但是到了現(xiàn)代又把它擴展為一種心得能源，即把微波當做一種能量來使用，在工農(nóng) 業(yè)方面要用來加熱和干燥，在化學工業(yè)方面用來進行催化促進化學反應，而在科學研究方面則用來激發(fā)等離子體等。 微 波雷 達生 命 特 征 的 微 波 信號 表 征 研微 波 對 掩 蓋 物 穿 透力 研 究微 波 雷 達 技 術(shù) 研 究實 驗 研 究 圖 4 研究技術(shù)路線 發(fā)射微波 反射微波 微波雷達 掩蓋 層 人體 透射 微波 （人體 衣物、瓦礫、墻體等掩蓋物） 5 第 2 章 微波雷達工作原理 微波原理 微波和無線電波、電視信號、雷達通訊、紅外線、可見光等一樣，都是屬于電磁波，不同的是波長不一樣。 4 圖 3 微波雷達探測掩蓋 物下的人體生命體征 實驗步驟 在有了以上所需進行的實驗內(nèi)容之后，我們就可以安排相關(guān)實驗步驟了。圖中的低噪聲放大器（ LNA）放大從接收天線接收的散射微波信號。 人體生命體征的雷達信號表征研究 主要運用微波雷達，對人體的生命體征進行探測，從人體的心跳和呼吸兩個方面，建立這兩個人體生命的主要體征與微波雷達信號之間的科學聯(lián)系；運用《信號與系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》中的相關(guān)知識和方法，進行微波雷達信號的頻譜變換，從信號的頻率、幅度、脈沖特征等方面建立人體生命體征的微波雷達信號模型；進行人體衣物、瓦礫、墻壁等掩蓋物的微波雷達衰減測試，進而為嚴重表皮燒傷的人體、瓦礫掩埋下的人體等無法接觸人體的真實情況下的非接觸探測，提供測試方法和數(shù)據(jù)的支持。 從而能夠在一些特殊情況下，進行非接觸式人體生命體征的探測。美國方面利用的則是雷達生命體征信號檢測技術(shù)，并且還研制出了手電筒式雷達，能夠探測到房門、墻壁、樹叢后的人。美國密歇根州立大學研究小組在 Chen 等專家的領(lǐng) 導下 采用 L和 S波段的兩種不同頻率的雷達連續(xù)波天線同時檢測，取得的結(jié)果比較好。 國外研究進展 微波生物雷達特指探測生命體的雷達，生物雷達技術(shù)檢測人體生命信號的研究組織主要集中在美國、俄羅斯、日本、意大利等發(fā)達的國家。雷達式“生命探測儀”探測距離可達 30～ 50米，而且能夠穿透厚度達到 米的實體磚墻厚度，可隔著幾間房探測到人，還能自動識別人體，其主要性能 2 指標達到國際同類水平，有些性能指標甚至優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。歷經(jīng) 5 年的長久時間的努力，終于研制出我國自己的雷達生命探測儀。雷達是探測近年來越來越受到人們的重視，因為他不需要設(shè)置與人體相接觸的輔助器材，即可探測是否存在生命。 生命探測技術(shù)是近代發(fā)展的一項新技術(shù)，主要用于戰(zhàn)場上傷員的查找以及探測廢墟中是否有存活者。 這一成果已經(jīng)通過了由總后衛(wèi)生部組織的專家鑒定。 雷達生命探測系統(tǒng)運用的是非接觸檢測技術(shù)，通過對電子、雷達和計 算機技術(shù)的綜合運用，將人體生命參數(shù)從攜帶有微弱人體生命體征（呼吸、心跳、體動信號等）的雷達回波信號中檢測出來，這樣才能進行人體呼吸、心跳、體動等生命體征的非接觸式探測。其中非接觸式雷達生命體征探測技術(shù)集合了多普勒頻移等相關(guān)原理，在不于人體接觸的狀況下，利用雷達波探測未知區(qū)域是否存在生命體。地震、泥石流等一直影響著人們的生命以及財產(chǎn)安全等問題。The use of Signals and Systems and Digital Signa