微波知识50题

1、1、 微波的波长    微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。 2、微波的性质    微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。3、介质的穿透性通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波

2、，还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少， 电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。机械波与电磁波都能发生折射反射衍射干涉,因为所有的波都具有波粒两象性.折射反射属于粒子性； 衍射干涉为波动性。4、天波与地波天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的。天波是短波的主要传播途径。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以 多次反射，因而传播距离很远(可上万公里)，而且不受地面障碍物阻挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的，处理不好会影响通信效果。沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波，传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。

3、长波无线电之传递，以地波为主。其折射率在海面与平原之吸收率均较小。在传播途中的衰减大致与距离成正比，因受气候影响甚微，在有效距离内通信可靠。5、卫星通信卫星通信是地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发 展。我们知道微波信号是直接传播的，因此，可以把卫星通信看作是微波中继通信的一种特例，它只是把中继站放置在空间轨道上。6、卫星通信使用哪些频段？由于卫星处于外层空间，即在电离层之外，地面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到达卫星；同样，从卫星到地面上的电磁波也必须穿透电离层，而在无线电频段中只有微波频段恰

4、好具备这一条件，因此卫星通信使用微波频段。       目前大多数卫星通信系统选择在下列频段工作：(1) UHF波段（400 MHz/200 MHz）；(2) L波段（1.6 GHz/1.5 GHz）；(3) C波段（6.0 GHz/4.0 GHz）；(4) X波段（8.0 GHz/7.0 GHz）；(5) K波段（14.0 GHz/12.0 GHz；14.0 GHz/11.0 GHz；30 GHz/20 GHz）。由于 C 波段的频段较宽，又便于利用成熟的微波中继通信技术，且天线尺寸也较小，因此，卫星通信最常用的是 C 波段。7、微

5、波检测根据微波反射、透射、衍射干射、腔体微扰等物理特性的改变，以及被检材料介电常数和损耗正切角的相对变化，通过测量微波基本参数(如幅度衰减、相移量或频率等)变化，实现对缺陷进行检测的方法。8、超短波和微波的传播视距超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单 地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离Rmax 以外的区域，则称为阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，

6、接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax 内。受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与HR 间的关系为：Rmax 3.57 HT （m） +HR （m） （km） 考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为Rmax 4.12 HT（m） +HR （m） （km）由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传播的有效直视距离Re 约为极限直视距离Rmax的70% ，即Re = 0.7 Rmax 。例如，HT 与HR 分别为49 m 和1.7 m，则有效直视距离为Re = 24 km。9、电波的绕射传播在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向

7、前传播，这种现象叫做电波的绕射。超短波、微波的频率较高，波长短，绕射能力弱，在高大建筑物后面信号强度小，形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度，不仅和建筑物的高度有关，和接收天线与建筑物之间的距离有关，还和频率有关。例如有一个建筑物，其高度为10 米，在建筑物后面距离200 米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在100 米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。注意，诚如上面所说过的那样，减弱程度还与信号频率有关，对于216 223 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16dB，对于670 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB 。如果建筑物高度增加到50 米时，则在距建

8、筑物1000 米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱。也就是说，频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频率越 低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响，注意到对绕射传播起影响的各种因素。10、电波的多径传播在超短波、微波波段，电波在传播过程中还会遇到障碍物（例如楼房、高大建筑物或山丘等）对电波产生反射。因此，到达接收天线的还有多种反射波（广义地说，地面反射波也应包括在内），这种现象叫为多径传播。由于多径传输，使得信号场强的空间分布变得相当复杂，波动很大，有的地方信

9、号场强增强，有的地方信号场强减弱；也由于多径传输的影响，还会使电波的极化方 向发生变化。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强。我们应尽量克服多径传输效应的负面影 响，这也正是在通信质量要求较高的通信网中，人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由。11、建筑物的贯穿损耗建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。    建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系。贯穿损耗随楼层高度的变化，一般为-2dB/层，因此，一般都考虑一层

10、（底层）的贯穿损耗。    下面是一组针对900MHz频段，综合国外测试结果的数据：- 中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为10dB，标准偏差7.3dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为5.8dB，标准偏差8.7dB。大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为18dB，标准偏差7.7dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为13.1dB，标准偏差9.5dB。大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物，贯穿损耗中值为27dB。    由于我国的城市环境与国外有很大的不同，一般比国外同类名称要高8-10dB。对于1

11、800MHz，虽然其波长比900MHz短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大。因此，实际上，1800MHz 的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。GSM规范3.30中提到，城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB，农村为10dB。一般取比同类地区 900MHz的贯穿损耗大5-10dB。 12、电磁波经过人体的损耗 对于手持机，当位于使用者的腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4-7dB和1-2dB。一般人体损耗设为3dB。 13、车内电磁损耗 金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视。尤其在经济发达的城市，人的一部分时间是在汽车中度过的。一般车内损耗为8-10dB。 14、

12、微波天线辐射卫生标准（1）辐射标准由于各国的标准都不一样，我们选用的标准采用有关的电磁辐射防护规定要求:在一天24小时内,公众环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足下表的要求频率范围(MHZ)303000300015000电场强度(V/m)(12)*(0.22(f)1/2)*磁场强度(A/m)(0.032)*(0.001(f)1/2)*功率密度(W/m2)0.4f/7500全身平均比吸收率(w/kg)0.02*不作限值,仅供参考;表中f为频率,单位为MHZ.（2）实际电路的计算办法   直接计算微波中继断面附近任意A点处的功密PA：一般在距离微波天线开口距

13、离17.1D2/天线近区近空附近范围内,以A点至微波天线射线中心的距离为 半径,计算出此横切面上的功率密度不大于:相应的平均功率密度f/7500(W/m2)和全身平均比吸收率=0.02(w/kg)即符合要求。二、天线的设计、安装、使用的相关问题15、关于传输线的50、75欧的由来对于同轴线的的使用过程来看，它是最先应用到无线通信中的，直到现在，它的应用最为广泛。对于同轴线，我们主要关心功率的传输及在传输过程中的能量衰减这两个问题。为了能使同轴线传输的功率最大，就要使同轴线的内外导体有一个比值，对于空气为 介质的同轴线来说，外半径/内半径= 常数E开方时，传输的功率为最大，此时的特性阻抗为。外半

14、径/内半径=3.59时,这是的衰减为最小，此时的特性阻抗为。为了二者兼有，折中 取值为，当然现在一些设备中的同轴线也在使用中，比如有线电视系统中。16、关于空气阻抗电磁波在空气（真空）中传播时，这也是最为广泛应用的电磁传播，由于电场与磁场的存在，它们的比值为一个定值为，也正是这个值的存在，形成了电磁波的衰减传播。17、请问天线的馈线的长短会影响发射机与天线的匹配吗？天线的馈线的长短会影响发射机与天线的匹配，最主要的原因是天线的馈线是有损线而非无损线。天线与发射机的匹配有两点，一是阻抗匹配；二是功率的完全发 射。有损馈线阻抗匹配的计算过程见下面的图片所示。功率的完全发射与馈线也有极大关系，这也是

15、很多设备功率不能完全发射的原因，比如馈线损耗为 0.3DB/米，那么当馈线长度为10米时，功率就要衰减一半的，如果是100米长的馈线呢？功率可能要衰减没有了。 18、基础天线由于空气阻抗的存在，如何把高频电流变成电磁波传播出去，这中间就需要一个器件，当然，这个器件就是天线了。天线也就可以认为是波源与空间的连接器了。正 如前面所述，为了能很好地把高频电流的能量传输出去，且要传输功率要高、衰减要小，天线的阻抗就要在与二者之前选择。在这种情况下，对称振子 的阻抗是左右，四分之一单极天线的阻抗为左右，在此，我们不得不承认大自然的力量之伟大。这种情况下，也决定了这两种天线是一种基本天线了。19、天线的作

16、用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部 分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。20、天线的大致分类天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天 线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线 状天线、面状天线等

17、；等等分类。21、天线小型化一般来说，综合考虑天线性能，天线小型化有两种形式，一是天线的体积小了，就是物理模型小了；二就是一种天线在体积不变的情况下能在更低频点实现良好的效果22、平行导线的电磁辐射导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。 若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开， 电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L 远小于波长 时，辐射很微弱；导线的长度L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。23、利用微带线匹配单极天线 提出了一种对于四分之一振子

18、天线展宽带宽的便捷方法。通过仿真可以看出阻抗带宽展宽了，增益也没有降低，方向图完好无损，说明此方法的正确性。这种方法也是巴伦的一种方法，对称振子可以加以利用了。  对于本文所述的方法，有人认为是因为微带匹配线的损耗对带宽的展宽的影响造成的，可是本人认为这只是次级原因，主要原因还是匹配造成的。这个方法简单、快捷，加工处理也很简单。24、梯形馈线的设计与利用 根据以往的方法，我们可以在馈之外在加入匹配部分，这样作无疑中增加了天线的表面积。根据上面的方法可以看出，天线的匹配是在“内部”进行的，使得天线的性能大为改观。我们不能否认还有很多种方法对上面的天线进行匹配，这只是

19、其中之一的方法，这种方法的好处主要有以下几点：一、没有增加天线的表面积；二、这种方法对于加工手段来说没有增加难度；三、这种方法适用的场合很普通；四、没有对天线的其它的电性能超成很大的影响。25、球形地板单极振子天线     现在定性地分析一下为什么会出现这种情况： 1）、地板呈过渡形式； 2）、地板由平面改变为三维形式，符合超宽带的粗、胖原则。 3）、由于上述两个原因，使用天线“地”无形间给扩大了。 对于地板呈现过渡形式，这样是为了让电流不会出现“跃变”或“跳变”，没有出现这种情况就会保证不会出现尖端电荷聚集了，进而扩展带宽。由平面改为三维这样会增加“像

20、”的数量，同时由于地板的扩展，使得天线性能有提高就是情理之中的事了。26、单极天线实现定向功能 这个主要是地板一侧反射后有叠加，另一侧则没有，这样就超成定向了；振子在向地板中心移动时，由于振子的镜像加强，各种参数会发生变化的。27、电小天线天线尺寸远小于波长的天线。有电偶极子天线，磁偶极子天线，单极子天线以及其他形式的偶极子天线。对于电偶极子，一般定义其半长度小于/2的对称振子 天线为电小偶极子天线；对于磁偶极子，一般定义其周长远小于的环天线磁偶极子天线。电小天线的特点是，输入电阻非常小，输入电抗非常高；辐射效率非常 低；方向性很弱。电小天线在工程中有非常广泛的应用，但是，其性能又是

21、比较差的，改善电小天线的性能是一个长期任务。28、谐振天线能够在一个点频或者比较窄的频带范围内工作得很好的天线。例如，半波振子天线，微带贴片天线，八木天线等。其特点是有近似纯电阻的输入阻抗，较低的天线增益和较窄的带宽。29、孔径天线有喇叭天线，反射面天线等，其辐射源是一个二维场分布。这类天线的特点是可以得到很高的天线增益，一般情况下频率越高增益越高；其带宽主要取决于馈源。30、宽带天线 这类天线有：频率无关天线（螺旋天线，对数周期天线），双锥天线，V-锥天线，TEM喇叭天线，波纹喇叭天线，旋转对称体等。天线参数（增益，输入阻抗和方向图）在很宽频带内差不多保持为常数。一般说来，宽带天线的增益较低

22、，与频率无关，输入阻抗接近为实数。31、阵列天线用许多单元天线按一定布阵方法构成的天线阵列。其典型代表是相控阵天线，它的特点是可以实现天线波束的电扫描，也可以形成多个波束，天线阵元数越多天线增益越高。32、左手材料天线随着材料科学的进步,左手材料也加载到传统天线上。将左手材料加载到传统天线上，可以优化天线的性能，主要表现在：（1）提高天线的增益和方向性就微带天线而言，最常见的提高提高增益的方法就是使用天线阵。但是这种方法的缺点：一是各个单元之间的互耦影响天线的性能；二是馈电网络的设计往往难度很大。（2）提高天线的带宽和阻抗匹配特性（3）提高天线的效率（4）降低谐振频率，减小天线尺寸33、增益G

23、方向性因子乘以天线效率。天线效率是天线辐射功率与输入功率之比。它考虑了天线损耗，包括导体损耗，介质损耗和加载电路中的损耗。如果计入馈线系统的损耗，这时的天线增益称为实际增益。增益不是把天线能量提高了，好比凸透镜一样，只是能量集中了，但总能量还是没有变化的。34、极化一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，随着时间变化电场矢量（端点）在空间描出的轨迹。天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。线极化和圆极化是椭圆极化的特例。圆极化又分为正交的左旋和右旋圆极化。椭圆极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波。两种正交极化的电磁场可以在相同频率上传输不同的 信息（极化复用）。接收天线的极化与来波一致称

24、为极化匹配。35、输入阻抗天线馈电端口电压和电流之比称为天线输入阻抗。设计天线的一个很重要的工作是使天线输入阻抗与标准馈线的特性阻抗匹配。天线输入阻抗取决于天线的工作原理，结构尺寸，周围介质，工作环境以及工作频率。一般情况下，输入阻抗包含了输入电阻和输入电抗。输入电阻又包含辐射电阻和损耗电阻。为了实现匹配，首先 要消去天线的输入电抗。天线一般使用50欧和75欧。36、带宽在该频率范围内，一个选定的天线参数或者一组天线参数的变化是可以接受的。有方向图带宽增益带宽输入阻抗带宽等，用得较多的是天线输入阻抗带宽。37、波束扫描辐射方向图在空间中运动情况，或者机械扫描，或者电扫描，或者二者结合起来实现波

25、束扫描。38、超宽带定义标准在现有文献中一广泛使用“超宽带”这一术语，对于不同的作者，其含义可能大不相同，有的作者把BW225%称为超宽带。很明显，这个规定有一定的随意性，它既不是以电波传播、电子系统、电路和器件中的物理现象为基础，也不是以上述带宽定义的特定值为标准。表1 相对带宽之间的关系  39、天线的双极化下图示出了另两种单极化的情况：+45°极化与-45°极化，它们仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化 的天线组合在一起，或者，把+45°极化和-45°极化两种极化的天线组合在一起，就

26、构成了一种新的天线-双极化天线。 40、极化损失垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+ 45° 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收+45° 极化或-45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发

27、生极 化损失-只能接收到来波的一半能量。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。41、极化隔离理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为10mW。42、传输线的种类超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电缆传输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波

28、导和微带。平行双线传输线由两根平行的导线组成它是 对称式或平衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF 频段。同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损 耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。43、馈线的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。单位长度产生的损耗的大小用衰减系数 表示，其单位为dB /

29、 m（分贝米），电缆技术说明书上的单位大都用dB / 100 m（分贝百米） 。设输入到馈线的功率为1 ，从长度为L（ m ）的馈线输出的功率为2 ，传输损耗TL 可表示为：TL 10 × Lg （ 1 /2 ） （ dB ）衰减系数为 TL/ L （ dB / m ）例如， NOKIA 7 / 8 英寸低耗电缆， 900MHz 时衰减系数为 4.1 dB / 100 m ，也可写成3 dB / 73 m ， 也就是说， 频率为900MHz 的信号功率，每经过73 m 长的这种电缆时，功率要少一半。而普通的非低耗电缆，例如， SYV-9-50-1， 900MHz 时衰减系数为 20.

30、1 dB / 100 m，也可写成3 dB / 15 m ，也就是说， 频率为900MHz 的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半！44、匹配概念什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗L等于馈线特性阻抗0时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线 取得全部信号功率。如下图所示，当天线阻抗为50欧时，与50 欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为80 欧时，与50 欧的电缆是不匹配的。 如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。45、平衡装置信号源或负载或传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡信号源，否则称为不平衡信号源；若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡负载，否则称为不平衡负载；若传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡传输线，否则为不平衡传输线。在不平衡信号源与不平衡负载之间应当