论微波发射传输电子信号优势与不足

【摘要】地球上的大气是传送电磁波的一条有效途径，它可作为陆上无线电系统的传送介质。以前对于电视信号的传播，是以模拟信号为主，其自身具有携带信息量低、速度低的劣势。随着技术的发展，电视信号逐渐实现数字化，在电视微波传输过程中也基本实现了数字化传输。当前，微波无线电已经成为电子信号传输领域所采用的一种主要的长距离传送介质，也因此越来越受到人们的重视。本文主要是对微波发射传输电子信号优势与不足进行探讨，以期进一步发挥微波传输电子信号作用。

【关键词】微波  传输  优势  不足

一、微波的定义

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毫米-1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”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。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。

二、微波传输电子信号的特性与优势

（1）穿透性。微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以微波频率2450兆赫兹，使介质的分子每秒产生24亿五千万次的震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。

（2）似光性和似声性。微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多，或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小;使系统更加紧凑;可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒;喇叭天线和缝隙天线类似与声学喇叭，萧与笛;微波谐振腔类似于声学共鸣腔。

（3）非电离性。微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键（部分物质除外：如微波可对废弃橡胶进行再生，就是通过微波改变废弃橡胶的分子键）。再有物理学之道，分子原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用这一特性，还可以制作许多微波器件。

（4）信息性。由于微波频率很高，所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫兹。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大，所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外都是工作在微波波段。另外，微波信号还可以提供相位信息，极化信息，多普勒频率信息。这在目标检测，遥感目标特征分析等应用中十分重要。

因此，微波与光纤通信优势结合后形成的微波信号光纤传输技术，在传输电子信号上具有明显优势：低损耗特性：由于光纤通信0.2-0.35dB/km的低损耗的特性，微波信号可以远距离传输，实现天线和数据中心分隔开，以增强各种通信、侦测系统的抗毁特性、隐蔽特性;寬带特性：最宽达20CHz的带宽，能够保证目前各类通信和电子信号不失真地进行远程传输，既使对波形要求苛刻的脉内调制信号也不例外，适合各种型号的通信、雷达和电子对抗系统的应用要求;大动态特性：高达90dB以上的信号动态范围，能够同时兼顾系统的灵敏度和抗饱和特性要求，即不会因为光纤的远程传输而损失任何信息;安全、保密特性：尽享光纤传输所固有的信号不泄露，不易受到周围电磁环境扰动，全天候工作等优势，安全保密，稳定可靠。

三、传统微波传输电子信号的不足与解决策略

传统的微波毫米波主要是由iii_V族微电子元器件产生。其局限性有以下几点：第一，到高频例如100GHz以上，传统的微电子元件可产生的功率越来越小，到更高频的THz信号，他们就无能为力了。第二，为了降低相位噪声和提高频率稳定性，需要将原器件置于极低温环境。第三，难以实现大范围内的调频变频。针对这些问题，可以通过以下几种方法予以解决。

（1）通过两个不同频率激光信号的差频，使用高频的光电探测器转换产生微波信号。可以产生极高频毫米波乃至THz频率的信号，而且通过调节激光器的频率可以进行较大范围的快速的变频，扫频。缺点是，两个不相干的激光信号所产生的差频信号的线宽或者说位相噪声比较大，频率稳定性不高，特别是如果使用体积小，但是线宽大的半导体激光器。如果对于系统重量体积要求不高的话，可以使用噪声较低的固体激光器，光纤激光器，外腔半导体激光器等。

（2）使用负反馈光锁相环。光锁相环原理类似于电子领域的锁相环。两个激光器的频率位相差由光电检测器转换为电信号，再与参考微波信号源做差频得到两激光之间的位相差，经过放大和滤波处理再反馈回其中一个激光的频率控制单元。通过这样一个负反馈的控制回路，两激光信号之间的相对频率位相与参考微波信号锁定。合并的光信号又可以通过光纤传送到别处的光电检测器再转化为微波信号。这样所产生的微波信号的位相噪声在锁相负反馈回路的带宽内和参考信号的位相噪聲几乎相同。在带宽之外位相噪声则等于原来两不相干的激光器的相对位相噪声。

参考文献：

[1]王景国，曾奕衡.数字激光器在模报光纤通信中的应用[J].光纤与电缆及其应用技术，2008.

[2]王明明，王景国，朱少林，等.宽带外调制模抵光发射机的设计[J].光通信技术，2007.