微波技术小论文

微波技术小论文

题目名称微波技术的发展方向与前景

概述

学院（系）电子与信息工程学院

专业电子信息工程

学生姓名任子辉学号1152351 2014 年 5 月21 日

微波技术小论文

1.引言

微波技术是近一个世纪以来最重要的科学技术之一，从雷达到广播电视、无线电通信再到微波炉，微波技术对社会的发展和人们生活的进步产生着深远的影响。微波通常是指频率范围在３００ＭＨｚ－３００ＧＨｚ内的电磁波，其波长约在１米到１毫米之间，可被进一步细分为分米波，厘米波和毫米波，其对应频率分别为特高频（UHF，ultra high frequency），超高频（SHF，super high frequency），极高频（EHF，extremely high frequency）。随着现代微波技术的发展，波长在１毫米以下的亚毫米波也被视为微波的范畴，这相当于把微波的频率范围进一步扩大到更高的频率。因此，有的文献里也把微波的频率范围定义为300MHZ－3000GHZ 本文介绍了微波技术的发展以及在各个领域中的应用，并对微波技术未来的发展方向进行了讨论。

2.微波技术发展简史

微波有着不同于其他波段的重要特点，它自被人类发现以来，就不断地得到发展和应用。自从19世纪末德国物理学家赫兹发现并用实验证明了电磁波的存在后，对电磁波的研究便迅速展开。对微波直到20世纪初期对微波技术的研究又有了一定的进展。但早期的设备不能满足实验的需要，主要表现为缺乏大功率的信号发生器和灵敏的信号接收器，因此早期的研究并没有取得实质性的进展。到了20世纪30 年代，高频率的超外差接受器和半导体混频器的出现为微波技术的进一步发展提供了条件，使得微波技术的发展取得的一定的进步。

在第二次世界大战期间，由于迫切需要能够对敌机及舰船进行探测定位的高分辨率雷达，大大促进了微波技术的发展。第二次世界大战后，微波技术进一步迅速发展，不仅系统研究了微波技术的传输理论，而且向着多方面的应用发展，并且一直在不断地完善。我国开始研究和利用微波技术是在20世纪70年代初期，首先是在连续微波磁控管的研制方面取得重大进展，特别是大功率磁控管的研制成功，为微波技术的应用提供了先决条件。20世纪80年代，我国开始生产微波炉，到目前为止，已经发展有家用微波炉、工业微波炉等系列产品，产品质量接近或达到世界先进水平。随着科学技术的迅猛发展，微波技术的研究向着更高频段──毫米波段和亚毫米波段发展。

3.微波技术发展现状和未来趋势

进入21 世纪，微波技术继续在广播、有线电视、电话和无线通信领域发挥着巨大的作用，在其他领域如计算机网络等应用中也崭露头角。在广播电视方面，截至2005 年，我国共有中波、短波、调频广播和电视发射台、转播台共计6.57

万座、发射机9.16 万部、发射总功率8.82 万千瓦，微波站2444 座，微波传输线路10.2万公里。当前广播电视节目制作逐步走向数字化，而数字化的节目需要数字化的传输手段，于是S D H 数字微波网应运而生，与老的模拟微波设备相比传输容量大幅度提高，S D H 数字微波设备可以传送几十套电视节目和几十套声音广播节目，并且传输距离更大，范围更广。利用数字微波的数字环境，还可以构建一个双向的交互式信息网络，实现网络功能的综合利用和开发。在通信领域，微波与卫星和光缆并列为现代通信传输的三大支柱。其中微波通信有着自己独特的优势，首先，微波通信具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信一般都不受影响。1976 年唐山大地震，在京津之间同轴电缆全部断裂，但 6 个微波通道仍然能正常工作。其次，微波传输系统的组建更加快速。随着城市的不断扩大和突发事件发生，如局部的积水、路面破坏、局部火警火灾等等，这些场合要求能够快速建立局部的临时通信系统。而微波在上述场合的应急能力是其他通信方式远远不能及的。

网络的迅速发展带来了对网络通信线路建设的迫切需要，光缆虽然具有超大容量的优点，然而也具有成本高，需提前铺设以及易受自然灾害影响等弱点，此外光纤通信也不适用于农村、海岛等边远地区和专用通信网。微波通信可作为干线光纤传输的备份及补充，解决城区内铺设有线资源困难的问题。数字微波接入成为建立广域网连接的另一重要方式，是城市通信基础设施的有效补充。数字微波技术将是微波技术未来发展的主要方向，具体应用包括微波扩频数据传输系统，可以用于城市内的短距离支线连接的高频段微波，用于未来的宽带业务接入的本地多点分配业务，现代军用数字微波通信系统等等。重点研究的关键技术为10GHz 以上的高频段传输技术以及在现有频段上的兼容技术，包括高效率调制技术，扩频及跳频抗干扰技术，纠错技术等等。此外，诸如微波单片集成、全数字化处理、数字专用集成电路等提高可靠性及降低成本的技术也需要进一步的研究。

3．1 太赫兹波的应用

太赫兹时域光谱技术(Terahertzti medomainsp ectroscopy,TH z-TDS)是国际上近年来发展起来的研究技术。它利用物质对THz 频带的不同特征吸收谱分析研究物质成分、结构及其相互作用关系。通常有机分子内化学键的振动吸收频率主要在普通红外波段，但对于分子之间弱的相互作用(如氢键)及大分子的骨架振动(构型弯曲) 、偶极子的旋转和振动跃迁以及晶体中晶格的低频振动吸收频率则对应于太赫兹红外波段范围。这些振动所反映的分子结构及相关环境信息都在太赫兹波段内不同吸收位置及吸收强度上有明显的响应，有机分子的这些光谱特征

微波技术小论文

使得利用太赫兹时域光谱技术鉴别化合物结构、构型与环境状态成为可能。太赫兹时域光谱系统是一种相干探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅立叶变换能直接得到样品的吸收系数和折射率等光学参数。太赫兹时域光谱有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度很高，可以广泛应用于多种样品的探测。太赫兹时域光谱系统分为透射型和反射型，既可以做透射探测，也可以做反射探测，还可以在泵浦- 探测的方式下研究样品的时间动力学性质。对于不同的样品、不同的测试要求可以采用不同的探测装置。

两种探测方法有各自的特点。光导天线探测太赫兹波时由于产生光电流的载流子寿命较长胆是ZnTe 晶体在5.3THz 处存在横向声子吸收，因此其探测带宽较窄。电光取样技术的时间响应只与所用的电光晶体的非线性性质有关，有较高的探测带宽。目前用电光取样探测到的频谱已超过37THz。同时这种探测方法具有光学平行处理的能力和好的信噪比，使它在实时二维相千远红外成像技术中具有很好的应用前景。但是这种方法光路的调节比较麻烦。

THz 技术从产生到探测都离不开超快激光技术，所以设备庞大，价格昂贵。要想THz 技术应用到气体检测、环境监测、医疗设备等方面，就必须使其小型化，低廉化、逐渐发展的纳米技术等有可能使其从学术阶段过渡到工业应用方面。

3. 2 成像技术

可见光、x 射线、电子束、中近红外光和超声波是医学诊断、材料分析以及在工业生产等诸多领域广泛应用的主要成像信号源，与以上的光源相比，太赫兹辐射对于电介质材料具有较强的穿透效果，除了可测量由材料吸收而反映的空间密度分布外，还可通过位相测量得到折射率的空间分布，获得材料的更多信息。太赫兹成像所依据的基本原理是：透过成像样品(或从样品反射)的太赫兹电磁波的强度和相位包含了样品复介电函数的空间分布。将透射太赫兹电磁波的强度和相位的二维信息记录下来，并经过适当的处理和分析，就能得到样品的太赫兹图像。目前，最常用的方法是用x 光检测行李物品，用拱形安全检测门和手持的金属探测器来检测旅客随身携带的违禁品。但是在很多情况下，对旅客的检查是无法达到安全要求的，比如旅客随身携带的武器中含有极少量或不含金属，像陶瓷、塑料武器等，这些物质无法被有效地检测出来，如果用X 光直接照射人体，由于x 光能量较高，会使组织电离，从而对人体产生伤害。THz 辐射频率介于红外与微波之间，能量较低，1THz 频率光子的能量只有4meV，不会对人体组织产生伤害。而且THz 辐射可以轻易穿透织物、纸张、卡片等物体，对于塑料、陶瓷又可以很清晰地成像。

3.3通信与雷达技术

太赫兹波是很好的宽带信息载体．因此在网络通信方面有很大的应用前景。太赫兹波的频率是目前手机通信频率的1000倍左右，利用太赫兹波进行无线电通信，可以极大地增宽无线电通信网络的频带，使无线移动高速信息网络成为现实。最近报道说，Intel公司开发成功一种可以在数太赫兹运行的新型晶体管，这种太赫兹晶体管(被命名为Terahertz晶体管)，预计可以使现有的处理器的集成度提高25 倍，运行速度提高10 倍；太赫兹波比微波能做到的宽带和迅道数多得多，尤其适合作为卫星间、星地间以及局域网的宽带移动通讯，太赫兹通讯时代可望到来；另外，用光子能量约为可见光光子能量的 1 ／40 的太赫兹波作信息载体，比可见光或近中红外光能量效率高得多。从技术上，太赫兹雷达技术可以探测比微波雷达更小的目标和更准确的定位，并且有更高的分辨率和更强的保密性，有望在军事装备和国家安全等方面发挥巨大的作用。

4.展望

太赫兹光谱和成像技术仍然处于研究和发展之中，尽管目前已有一些方面得到了应用，但是就整体水平来看，太赫兹技术还刚刚起步，基础研究和技术应用都还在不断地完善和不断地发展着。现有的太赫兹时域光谱系统及成像系统的设备不仅价格昂贵，信息处理过程也很复杂，有待于进一步实用化。为了在现场应用太赫兹技术，还要使太赫兹系统向微型化发展。特别是在国内，关于太赫兹技术的研究处于起步阶段，有大量的工作需要进一步地开展。

参考文献

[1]贾燕,李宁等.太赫兹光谱和成像技术在毒品识别和检测方面的应用[J],现代学仪器,2006,2:41-44.

[2]韩元,周燕.太赫兹技术在安全领域中的应用[J],现代科学仪器,2006,2:45-47.