姚銳

【摘要】地球上的大氣是傳送電磁波的一條有效途徑，它可作為陸上無(wú)線電系統(tǒng)的傳送介質(zhì)。以前對(duì)于電視信號(hào)的傳播，是以模擬信號(hào)為主，其自身具有攜帶信息量低、速度低的劣勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，電視信號(hào)逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，在電視微波傳輸過(guò)程中也基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化傳輸。當(dāng)前，微波無(wú)線電已經(jīng)成為電子信號(hào)傳輸領(lǐng)域所采用的一種主要的長(zhǎng)距離傳送介質(zhì)，也因此越來(lái)越受到人們的重視。本文主要是對(duì)微波發(fā)射傳輸電子信號(hào)優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行探討，以期進(jìn)一步發(fā)揮微波傳輸電子信號(hào)作用。

【關(guān)鍵詞】微波? 傳輸? 優(yōu)勢(shì)? 不足

一、微波的定義

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱，即波長(zhǎng)在1毫米-1米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無(wú)線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。對(duì)于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對(duì)于水和食物等就會(huì)吸收微波而使自身發(fā)熱。而對(duì)金屬類東西，則會(huì)反射微波。

二、微波傳輸電子信號(hào)的特性與優(yōu)勢(shì)

（1）穿透性。微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于微波能與介質(zhì)發(fā)生一定的相互作用，以微波頻率2450兆赫茲，使介質(zhì)的分子每秒產(chǎn)生24億五千萬(wàn)次的震動(dòng)，介質(zhì)的分子間互相產(chǎn)生摩擦，引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致。

（2）似光性和似聲性。微波波長(zhǎng)很短，比地球上的一般物體（如飛機(jī)，艦船，汽車(chē)建筑物等）尺寸相對(duì)要小得多，或在同一量級(jí)上。使得微波的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似，即所謂的似光性。因此使用微波工作，能使電路元件尺寸減小;使系統(tǒng)更加緊湊;可以制成體積小，波束窄方向性很強(qiáng)，增益很高的天線系統(tǒng)，接受來(lái)自地面或空間各種物體反射回來(lái)的微弱信號(hào)，從而確定物體方位和距離，分析目標(biāo)特征。由于微波波長(zhǎng)與物體（實(shí)驗(yàn)室中無(wú)線設(shè)備）的尺寸有相同的量級(jí)，使得微波的特點(diǎn)又與聲波相似，即所謂的似聲性。例如微波波導(dǎo)類似于聲學(xué)中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似與聲學(xué)喇叭，蕭與笛;微波諧振腔類似于聲學(xué)共鳴腔。

（3）非電離性。微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵（部分物質(zhì)除外：如微波可對(duì)廢棄橡膠進(jìn)行再生，就是通過(guò)微波改變廢棄橡膠的分子鍵）。再有物理學(xué)之道，分子原子核在外加電磁場(chǎng)的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用這一特性，還可以制作許多微波器件。

（4）信息性。由于微波頻率很高，所以在不大的相對(duì)帶寬下，其可用的頻帶很寬，可達(dá)數(shù)百甚至上千兆赫茲。這是低頻無(wú)線電波無(wú)法比擬的。這意味著微波的信息容量大，所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)，包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)，幾乎無(wú)例外都是工作在微波波段。另外，微波信號(hào)還可以提供相位信息，極化信息，多普勒頻率信息。這在目標(biāo)檢測(cè)，遙感目標(biāo)特征分析等應(yīng)用中十分重要。

因此，微波與光纖通信優(yōu)勢(shì)結(jié)合后形成的微波信號(hào)光纖傳輸技術(shù)，在傳輸電子信號(hào)上具有明顯優(yōu)勢(shì)：低損耗特性：由于光纖通信0.2-0.35dB/km的低損耗的特性，微波信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)天線和數(shù)據(jù)中心分隔開(kāi)，以增強(qiáng)各種通信、偵測(cè)系統(tǒng)的抗毀特性、隱蔽特性;寬帶特性：最寬達(dá)20CHz的帶寬，能夠保證目前各類通信和電子信號(hào)不失真地進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，既使對(duì)波形要求苛刻的脈內(nèi)調(diào)制信號(hào)也不例外，適合各種型號(hào)的通信、雷達(dá)和電子對(duì)抗系統(tǒng)的應(yīng)用要求;大動(dòng)態(tài)特性：高達(dá)90dB以上的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，能夠同時(shí)兼顧系統(tǒng)的靈敏度和抗飽和特性要求，即不會(huì)因?yàn)楣饫w的遠(yuǎn)程傳輸而損失任何信息;安全、保密特性：盡享光纖傳輸所固有的信號(hào)不泄露，不易受到周?chē)姶怒h(huán)境擾動(dòng)，全天候工作等優(yōu)勢(shì)，安全保密，穩(wěn)定可靠。

三、傳統(tǒng)微波傳輸電子信號(hào)的不足與解決策略

傳統(tǒng)的微波毫米波主要是由iii_V族微電子元器件產(chǎn)生。其局限性有以下幾點(diǎn)：第一，到高頻例如100GHz以上，傳統(tǒng)的微電子元件可產(chǎn)生的功率越來(lái)越小，到更高頻的THz信號(hào)，他們就無(wú)能為力了。第二，為了降低相位噪聲和提高頻率穩(wěn)定性，需要將原器件置于極低溫環(huán)境。第三，難以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的調(diào)頻變頻。針對(duì)這些問(wèn)題，可以通過(guò)以下幾種方法予以解決。

（1）通過(guò)兩個(gè)不同頻率激光信號(hào)的差頻，使用高頻的光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換產(chǎn)生微波信號(hào)。可以產(chǎn)生極高頻毫米波乃至THz頻率的信號(hào)，而且通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的頻率可以進(jìn)行較大范圍的快速的變頻，掃頻。缺點(diǎn)是，兩個(gè)不相干的激光信號(hào)所產(chǎn)生的差頻信號(hào)的線寬或者說(shuō)位相噪聲比較大，頻率穩(wěn)定性不高，特別是如果使用體積小，但是線寬大的半導(dǎo)體激光器。如果對(duì)于系統(tǒng)重量體積要求不高的話，可以使用噪聲較低的固體激光器，光纖激光器，外腔半導(dǎo)體激光器等。

（2）使用負(fù)反饋光鎖相環(huán)。光鎖相環(huán)原理類似于電子領(lǐng)域的鎖相環(huán)。兩個(gè)激光器的頻率位相差由光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再與參考微波信號(hào)源做差頻得到兩激光之間的位相差，經(jīng)過(guò)放大和濾波處理再反饋回其中一個(gè)激光的頻率控制單元。通過(guò)這樣一個(gè)負(fù)反饋的控制回路，兩激光信號(hào)之間的相對(duì)頻率位相與參考微波信號(hào)鎖定。合并的光信號(hào)又可以通過(guò)光纖傳送到別處的光電檢測(cè)器再轉(zhuǎn)化為微波信號(hào)。這樣所產(chǎn)生的微波信號(hào)的位相噪聲在鎖相負(fù)反饋回路的帶寬內(nèi)和參考信號(hào)的位相噪聲幾乎相同。在帶寬之外位相噪聲則等于原來(lái)兩不相干的激光器的相對(duì)位相噪聲。

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