微波器件的作用及应用介绍

　　一、微波器件简介

　　工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件，称为微波器件。微波器件是工作在微波波段的一系列相关器件的统称。如连接元件、终端元件、匹配元件、衰减与相移元件、分路元件、滤波元件等。通过电路设计，可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路，微波期间和微波电路共同构成了微波系统。

　　二、微波器件的分类

　　微波器件按结构可分为：波导型、同轴线型、微带线型

　　按工作波形分为：单模器件、多模器件

　　按网络端口可分为：一端口网络、二端口网络、三端口网络、四端口网络。

　　三、微波器件的作用

　　1．终端负载元件：为一端口互易元件，主要包括短路负载、匹配负载和失配负载

　　1）短路负载，要求：

　　（1）保证接触处的损耗小，

　　（2）当活塞移动时，接触损耗变化小；

　　（3）大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。

　　可用作调配器，纯电抗元件

　　结构方式：接触式、扼流式（金属片）

　　2）匹配负载

　　全部吸收输入功率的元件主要技术指标：工作频率f、输入驻波比、功率容量。作为匹配标准、等效天线、吸收负载等。

　　3）失配负载

　　作为标准失配负载。吸收一部分功率，反射一部分功率。

　　2.微波连接元件：二端口互易元件。主要包括：波导接头、衰减器、相移器、转换接头。作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。

　　无耗互易二端口网络的基本性质：

　　1）若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配；

　　2）若网络完全匹配，则必然是完全传输的，或相反；

　　3）S11、S12、S22的相角只有两个是独立的，已知其中两个相角，则第三个相角便可确定。

　　3.阻抗匹配元件

　　膜片（感性膜片b边）

　　容性膜片（宽边）

　　销钉（电感）

　　螺钉调配器（单螺钉、双螺钉、三螺钉、四螺钉----原理同支节调配器，但螺钉只是电容）。

　　四、微波器件的应用

　　微波器件具有效率高、使用方便等优点，对雷达、通信、电子对抗等电子装备实现全固态化有重要意义。微波振荡器（微波源）是微波系统中的重要器件，是电子装备的心脏，对其性能有直接影响。例如，在高功率微波武器系统中，高功率微波振荡器决定其杀伤效能；在雷达系统中，微波振荡器决定雷达的作用距离。

　　五、微波遥感器件理论的研究现状

　　微波与所遥感的目标和背景相互作用，产生散射、辐射、吸收、谐振等现象，是利用微波遥感器获得目标和背景的信息，实现遥感或探测的机理。当前对陆地、海洋、大气遥感的目的是实现资源调查、土地利用、环境监测、灾害预报、气象观测。涉及到大气、海洋、陆地中的处于各种形式、状态下的所有物体作为目标和背景。从理论上讲它们属于不同的介质。这些介质可分为均匀介质、电解质溶液介质、非均匀性混合介质。在具体研究处理电磁波与介质的相互作用时，按其具体情况又把介质划分为连续介质、离散介质、无耗介质、有耗介质、各向异性介质、分层介质、随机介质、分形介质、旋波介质等。麦克斯书方程是描述介质与波相互作用产生辐射、散射、衰减等现象的数学公式。因为微波遥感对象是极其复杂的，所以所建立的麦克斯韦方程更难得到严格解，只能用近似解析法和数值法求解。在近似解法中已有微扰法、变分法、迭代法、光学法、物理光学法、儿何射线法、物理射线法、算子法、有限元法、场路结合法等。有时还要处理非线性微分方程的解的问题。介质的作用测参数有关的辐射、散射、吸收量。反之，从微波遙感器获得的数据或图像中建立起目标的性质和状态。前者为电磁场中的解析问题，或正问题，利用解析微分方程的方法。后者属于积分方程反演，或逆问题，属于物性或图像的恢复与重建问题。为了建立起目标或背景的物理模型，提供较准确的参量，不仅要从体积大小、几何形状、状态、物理化学性质研究目标和背景，而且还要从产生电磁波与物质相互作用的原子、分子结构的微观世界中研究目标和背景的行为。由于微波過感对象的复杂性和不确定性，所以只能建立起基本与实际一致的物理模型和数学模型。用实地试验法检验理论模型的正确性是至关重要的。可以说微被遥感研究是电磁场理论研究和实际测量相结合的理论密切联系实验的研究课题。微波遥感理论研究势必促进电磁场理论向纵深发展。

　　我国的微波遥感理论研究近年来受到国家重视，国家自然科学基金委的重大课题、重点课题和面上课题都支持了有关微波成像理论研究、目标和背景的散射和辐射研究。通过国家“六五”、“七五”、“八五”重点攻关项目取得了一批合成孔径侧视雷达、微波辐射计和散射计的实际飞行图像和数据，进行了相应的理论研究。中科院电子所，电子科技大学、复日大学、西安电子科技大学、中科院遥感所等单位作了许多有成效的工作，取得了一批成果。

　　六、微波遥感器件的发展趋势

　　目前人类从“地球村”观点出发，对地球进行研究、保护和开发。已发射运行的60多颗对地观测卫星，向人们提供了大量完整、实时、动态的陆地、海洋、大气的图像和数据，为人类带来巨大的经济和社会效益，使人们清楚地认识到逼感技术是地球保护、开发和利用的必不可少的技术。而微波遥感器以其全天时、全天候的探测能力更成为其中的佼佼者。美、日两国联合进行的EOS计划，从1991年到2010年共计划发射15颗对地观测卫星，执行“全球变化研究计划”（GCRP）。微波、亳米波及亚毫米波遥感器主要用于监测大气成分、海洋动力状态。大气海洋参数是地球环境变化的重要指标。遥感技术是伴随航天技术发展起来的具有宏观、快速、准确、动态获取信息的高新技术，已成为我国国民经济发展不可缺少的支撑力量。解决世界上人口膨胀、资源匮乏、环境破坏三大问题使之向良性循环发展，遥感技术会起到重要作用。而微波遥感技术由于它具有优于可见光、红外遥感技术的特点，成为当前对地观测研究、开发、使用的重点。我国在国家科委的统一规划下，研制成了机载合成孔径侧视雷达，作了多次飞行试验，在防洪、铁路选线、地质、探矿等方面进行了应用研究。研制成多个频段的机载（成像）微波辐射计，进行了多次对陆地、海洋的飞行试验和应用，取得了典型地物、海面油膜、海冰、海岸带等的微波辐射图像和数据。研制成了机载雷达散射计和机载海洋雷达高度计，成功地完成了飞行试验。几个高等院校和研究所开展了微波遥感理论研究，获得初步成果。合成孔径侧视雷达、微波辐射计、微波成像仪、海洋雷达高度汁、微波散射计已进入显载工程或预研阶段。

　　微波遥感是难度大、理论水平高、应用前景广阔的科学技术，应进一步加强统一领导，重点支持。对目前有限的几家从事微波遥感器研制的人员、关键仪器实行统一调配，集中力量进行星载微波遥感器攻关。对于机载微波遥感器则应多作应用飞行，解决生产实际、科学研究、防灾减灾方面的具体问题，积累理论和应用中的经验。同时还应加强微波遥感理论研究工作，开展陆基微波遥感的实验研究工作，为星载运行的资料反演、解译做好前期工作。