論微波發射傳輸電子信號優勢與不足

姚銳

【摘要】地球上的大氣是傳送電磁波的一條有效途徑，它可作為陸上無線電系統的傳送介質。以前對于電視信號的傳播，是以模擬信號為主，其自身具有攜帶信息量低、速度低的劣勢。隨著技術的發展，電視信號逐漸實現數字化，在電視微波傳輸過程中也基本實現了數字化傳輸。當前，微波無線電已經成為電子信號傳輸領域所采用的一種主要的長距離傳送介質，也因此越來越受到人們的重視。本文主要是對微波發射傳輸電子信號優勢與不足進行探討，以期進一步發揮微波傳輸電子信號作用。

【關鍵詞】微波? 傳輸? 優勢? 不足

一、微波的定義

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1毫米-1米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波的統稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，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。微波的基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發熱。而對金屬類東西，則會反射微波。

二、微波傳輸電子信號的特性與優勢

（1）穿透性。微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入介質時，由于微波能與介質發生一定的相互作用，以微波頻率2450兆赫茲，使介質的分子每秒產生24億五千萬次的震動，介質的分子間互相產生摩擦，引起的介質溫度的升高，使介質材料內部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態，大大縮短了常規加熱中的熱傳導時間，且在條件為介質損耗因數與介質溫度呈負相關關系時，物料內外加熱均勻一致。

（2）似光性和似聲性。微波波長很短，比地球上的一般物體（如飛機，艦船，汽車建筑物等）尺寸相對要小得多，或在同一量級上。使得微波的特點與幾何光學相似，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;使系統更加緊湊;可以制成體積小，波束窄方向性很強，增益很高的天線系統，接受來自地面或空間各種物體反射回來的微弱信號，從而確定物體方位和距離，分析目標特征。由于微波波長與物體（實驗室中無線設備）的尺寸有相同的量級，使得微波的特點又與聲波相似，即所謂的似聲性。例如微波波導類似于聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似與聲學喇叭，蕭與笛;微波諧振腔類似于聲學共鳴腔。

（3）非電離性。微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質分子的內部結構或破壞分子之間的鍵（部分物質除外：如微波可對廢棄橡膠進行再生，就是通過微波改變廢棄橡膠的分子鍵）。再有物理學之道，分子原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現的許多共振現象都發生在微波范圍，因而微波為探索物質的內部結構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，所以在不大的相對帶寬下，其可用的頻帶很寬，可達數百甚至上千兆赫茲。這是低頻無線電波無法比擬的。這意味著微波的信息容量大，所以現代多路通信系統，包括衛星通信系統，幾乎無例外都是工作在微波波段。另外，微波信號還可以提供相位信息，極化信息，多普勒頻率信息。這在目標檢測，遙感目標特征分析等應用中十分重要。

因此，微波與光纖通信優勢結合后形成的微波信號光纖傳輸技術，在傳輸電子信號上具有明顯優勢：低損耗特性：由于光纖通信0.2-0.35dB/km的低損耗的特性，微波信號可以遠距離傳輸，實現天線和數據中心分隔開，以增強各種通信、偵測系統的抗毀特性、隱蔽特性;寬帶特性：最寬達20CHz的帶寬，能夠保證目前各類通信和電子信號不失真地進行遠程傳輸，既使對波形要求苛刻的脈內調制信號也不例外，適合各種型號的通信、雷達和電子對抗系統的應用要求;大動態特性：高達90dB以上的信號動態范圍，能夠同時兼顧系統的靈敏度和抗飽和特性要求，即不會因為光纖的遠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不泄露，不易受到周圍電磁環境擾動，全天候工作等優勢，安全保密，穩定可靠。

三、傳統微波傳輸電子信號的不足與解決策略

傳統的微波毫米波主要是由iii_V族微電子元器件產生。其局限性有以下幾點：第一，到高頻例如100GHz以上，傳統的微電子元件可產生的功率越來越小，到更高頻的THz信號，他們就無能為力了。第二，為了降低相位噪聲和提高頻率穩定性，需要將原器件置于極低溫環境。第三，難以實現大范圍內的調頻變頻。針對這些問題，可以通過以下幾種方法予以解決。

（1）通過兩個不同頻率激光信號的差頻，使用高頻的光電探測器轉換產生微波信號。可以產生極高頻毫米波乃至THz頻率的信號，而且通過調節激光器的頻率可以進行較大范圍的快速的變頻，掃頻。缺點是，兩個不相干的激光信號所產生的差頻信號的線寬或者說位相噪聲比較大，頻率穩定性不高，特別是如果使用體積小，但是線寬大的半導體激光器。如果對于系統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，外腔半導體激光器等。

（2）使用負反饋光鎖相環。光鎖相環原理類似于電子領域的鎖相環。兩個激光器的頻率位相差由光電檢測器轉換為電信號，再與參考微波信號源做差頻得到兩激光之間的位相差，經過放大和濾波處理再反饋回其中一個激光的頻率控制單元。通過這樣一個負反饋的控制回路，兩激光信號之間的相對頻率位相與參考微波信號鎖定。合并的光信號又可以通過光纖傳送到別處的光電檢測器再轉化為微波信號。這樣所產生的微波信號的位相噪聲在鎖相負反饋回路的帶寬內和參考信號的位相噪聲幾乎相同。在帶寬之外位相噪聲則等于原來兩不相干的激光器的相對位相噪聲。

參考文獻：

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