微波波段分析方法

A. 微波技术和高频技术的区别和差异

关于高频：
(1) 商业上划分的一种频段的电磁波
HF 3-30M
VHF 30-300M
UHF 300M-3G
(2) 电子设计中的高频：
当信号的 频率升高，也就是信号波长减小 到与电路的几何尺寸相当时
用于低频的 电路分析方法（如低频欧姆定理）不再适用
这时候要用电磁 场 的方法来分析电路

所以“高频”在电路设计里 是一个相对的概念
例如对于 频率3G的微波信号 （波长 = 光速/频率），波长为10毫米
如果把电路几何尺寸做的非常小 电路集成在不到10毫米的基片上
那么我们仍然可以用 “路”的方法来分析电路
当然还要考虑杂散参数。

B. 请教 微波信号传输失真的问题

我觉得关键的问题是，我们通常所说的频率是载波的频率，但是调制信号（比如播音员的声音）的频率是很低的，在20KHz以下。那么即使载波在传输的过程中有一些局部延时，或者说带来一些相位的扭曲，但是对于所载的有效信号来说并不算什么。
一个形象的比喻是，在一块布上画一幅画，画很大，即使是其最细腻的部分相对于布的纹路（布的线纱）来说都很粗旷。那么画好后你再将这块画布的某些部分错开一两根线，对这幅画的整体效果有什么影响吗？几乎是没有。

当然有些场合载波的频率和调制信号的频率很接近，这时候就需要认真的考虑信号传递过程中的细小的扭曲，免得传输过程中信号失真太多。不是这一行，就不太懂怎么处理了。

通常在这种情况下（载波和调制频率很接近），很多原理性的东西都要改变，至少波动方程的振幅慢变近似就不适用了。

C. 微波的波长是多少长时间在多长的波长多对人体有害或者安全

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、毫米波和亚毫米波的统称。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．微波量子的能量为1 99×l0 -25～ 1．99×10-22j． 微波杀菌的机理微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸[RNA]和脱氧核糖核酸[DNA]，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变甚至断裂。
微波萃取的原理
利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中；微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小等特点。目前，除主要用于环境样品预处理外，还用于生化、食品、工业分析和天然产物提取等领域。在国内，微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少。
微波萃取的机理可从以下3个方面来分析：①微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。由于吸收了微波能，细胞内部的温度将迅速上升，从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力，结果细胞破裂，其内的有效成分自由流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质中。通过进一步的过滤和分离，即可获得所需的萃取物。②微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。例如，以水作溶剂时，在微波场的作用下，水分子由高速转动状态转变为激发态，这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力，或者释放出自身多余的能量回到基态，所释放出的能量将传递给其他物质的分子，以加速其热运动，从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间，结果使萃取速率提高数倍，并能降低萃取温度，最大限度地保证萃取物的质量。③由于微波的频率与分子转动的频率相关连，因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能，当它作用于分子时，可促进分子的转动运动，若分子具有一定的极性，即可在微波场的作用下产生瞬时极化，并以24．5亿次／s的速度作极性变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的热能，促使细胞破裂，使细胞液溢出并扩散至溶剂中。在微波萃取中，吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。 波长约从1米～1毫米（相应的频率约从 300兆赫到300吉赫）的电磁波。这段电磁频谱包括分米波、 厘米波和毫米波等波段。在雷达和常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示更细的波段划分。
以上关于微波的波长或频率范围，是一种传统上的约定。从现代微波技术的发展来看,一般认为短于1毫米的电磁波（即亚毫米波）属于微波范围，而且是现代微波研究的一个重要领域。
从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有一些不同于其他波段的特点。微波在电子学方面的特点表现在它的波长比地球上很多物体和实验室中常用器件的尺寸相对要小很多，或在同一量级。这和人们早已熟悉的普通无线电波不同，因为普通无线电波的波长远大于地球上一般物体的尺寸。当波长远小于物体（如飞机、船只、火箭、建筑物等）的尺寸时，微波的特点和几何光学的相似。利用这个特点，在微波波段能制成高方向性的系统（如抛物面反射器）。当波长和物体（如实验室中的无线电设备）的尺寸有相同量级时，微波的特点又与声波相近,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于喇叭、箫和笛；谐振腔类似于共鸣箱等。波长和物体尺寸在同一量级的特点，提供了一系列典型的电磁场边值问题。
在物理学方面，分子、原子与核系统所表现的许多共振现象都发生在微波的范围，因而微波为探索物质的基本特性提供了有效的研究手段。
由于这些特点，微波的产生、放大、发射、接收、传输、控制和测量等一系列技术都不同于其他波段（见微波电子管、微波测量等）。
微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。微波技术的形成以波导管的实际应用为其标志。若干形式的微波电子管(速调管、磁控管、行波管等)的发明，是另一标志。
在第二次世界大战中，微波技术得到飞跃发展。因战争需要，微波研究的焦点集中在雷达方面，由此而带动了微波元件和器件、高功率微波管、微波电路和微波测量等技术的研究和发展。至今，微波技术已成为一门无论在理论和技术上都相当成熟的学科，又是不断向纵深发展的学科。
微波振荡源的固体化以及微波系统的集成化是现代微波技术发展的两个重要方向。固态微波器件在功率和频率方面的进展，使得很多微波系统中常规的微波电子管已为或将为固体源所取代。固态微波源的发展也促进了微波集成电路的研究。
频率不断向更高范围推进，仍然是微波研究和发展的一个主要趋势。60年代激光的研究和发展，已越过亚毫米波和红外之间的间隙而深入到可见光的电磁频谱。利用常规微波技术和量子电子学方法，已能产生从微波到光的整个电磁频谱的辐射功率。但在毫米波－红外间隙中的某些频率和频段上，还不能获得足够用于实际系统的相干辐射功率。
微波的发展还表现在应用范围的扩大。微波的最重要应用是雷达和通信。雷达不仅用于国防，同时也用于导航、气象测量、大地测量、工业检测和交通管理等方面。通信应用主要是现代的卫星通信和常规的中继通信。射电望远镜、微波加速器等对于物理学、天文学等的研究具有重要意义。毫米波微波技术对控制热核反应的等离子体测量提供了有效的方法。微波遥感已成为研究天体、气象和大地测量、资源勘探等的重要手段。微波在工业生产、农业科学等方面的研究，以及微波在生物学、医学等方面的研究和发展已越来越受到重视（见微波应用、微波能应用、微波医学应用等）。
微波与其他学科互相渗透而形成若干重要的边缘学科，其中如微波天文学、微波气象学、微波波谱学、量子电动力学、微波半导体电子学、微波超导电子学等，已经比较成熟。微波声学的研究和应用已经成为一个活跃的领域。微波光学的发展，特别是70年代以来光纤技术的发展，具有技术变革的意义(见微波和射频波谱学)。
常用的无线传输介质是微波、激光和红外线，通信介质也称为传输介质，用于连接计算机网络中的网络设备，传输介质一般可分为有线传输介质和无线传输介质！

D. 如何判断微波炉是否泄露微波

正常来讲应该用频谱分析仪但是如果你是家庭用户的话就很难搞到。
但是也有别的方法，微波炉是2.4g频段的。可以用无线局域网的接收质量来判断。用两台能够无线上网的电脑建立连接。互相拷贝大文件，监控拷贝速度。

将其中一台电脑（最好是笔记本便于携带）放置在微波炉附近，另一台距离微波炉较远，是两台电脑的连接质量处于中等偏下。微波炉不工作，这时候拷贝文件，记录一下平均拷贝速度（如果速度很好很稳定能够达到标称速度就把两台电脑的距离加大使之无法达到标称速度）。打开微波炉加热，再看看拷贝速度，如果有明显下降就说明微波炉有泄露。

E. 微波波谱学的学科历史

20世纪30年代以前，原子物理学的光谱学实验主要在可见光波段进行，以测量波长为主，测量光谱的精细结构和超精细结构的准确度不高，测量分子光谱的准确度也不高。第二次世界大战以后，电子学和微波技术有了很大进展，探测仪器的灵敏度、分辨率有了大幅度提高，实验技术也有了革新。微波波谱学以测量频率为主，利用振荡器、磁控管、调速管等产生单频微波，通过平行金属线、同轴线或波导管透过含有被分析物质的共振腔，探测物质在随时间缓慢变化的电场或磁场下所造成的辐射衰减响应。利用微波波谱方法，准确测定了一些原子的超精细结构、兰姆移位、电子和μ子的反常磁矩，分子键长等等。
微波波谱学的发展，导致微波量子放大的出现、激光的问世、原子钟的发明和频率基准的建立，开辟了量子电子学这一新兴科学。频率的准确测量导致物理常量准确度大幅度提高，对自然科学、应用科学和工程技术的发展起了重要的推动作用。
20世纪30年代末期以前，原子物理的光谱学实验主要在可见光波段内进行，它以测量波长为主，当时只能观察和初步测量一些核的磁超精细结构及少数核的电四极矩对其的影响（见原子光谱的超精细结构），测量准确度不高；在分子物理方面，因分子带状光谱主要在红外波段，当时观察仪器的灵敏度和分辨率都较差，准确测量分子结构和超精细作用等更为不易。
1933年C.E.克利顿和N.H.威廉斯首先在微波波段探索氨分子的谱线，成为微波波谱学的先河。1938年I.I.拉比等人的着名实验开创了原子束和分子束对电磁波共振的研究。第二次世界大战以后，由于电子学和微波技术的进展，探测仪器的灵敏度、分辨率有了大幅度的提高，又因实验技术的革新，除碰撞法（见电子同原子碰撞）外的原子和分子物理重要实验，主要是在微波波段内以共振方法进行的。扎沃伊斯基（1945）对电子自旋共振、F.布洛赫和E.M.珀塞耳（1946）对核磁共振、H.G.德梅尔特和H.克吕格尔（1951）对核电四极矩共振实验观察的成功，使波谱学迅速扩展到射频波段。A.卡斯特勒（1950）光抽运的倡始（见激光器），射电星际波谱（1951）的出现，使波谱学内容更加丰富充实。波谱学的测量以频率为主，这种测量的准确度比可见光和红外波段内测量波长所得的结果，一般提高百万倍以上。因测量准确度的提高，观察到的新现象接踵出现。

F. 微波遥感数据预处理

微波遥感作为一种获取地球表面信息的重要技术手段，已经在国内外得到了广泛的应用和发展。随着人们对遥感应用中定位精度要求的提高，对遥感数据的处理技术也提出了更高、更细的要求，这种要求就是图像数据反映地物辐射特性的真实性和对地球表面几何位置的准确性，它们直接影响遥感技术应用的精度和广度。

（一）辐射标定

原始的SAR数据没有经过严格的辐射标定，因而数据所反映的地物辐射特性与实际地物本身的辐射特性之间存在一定程度的差异。这类SAR图像虽然能够满足一般的定性分析的精度要求，但是在很多实际应用中，往往要对图像进行定量分析，如模式识别、目标分类等。因此为了使SAR数据能够满足定量分析精度的要求，就必须要对其进行辐射标定工作。有关原始SAR图像辐射标定的算法较多，常用的算法是：

1∶25万遥感地质填图方法和技术

式中：I=10 lg（DN_ij）；

σ°——反射系数；

DN_ij——像元（i，j）的灰度值；

K——辐射标定常数；

R_n——像元（i，j）的斜距；

R₀——参考斜距；

a_n——像元（i，j）的入射角；

a₀——参考入射角；

G_sys——被标定SAR图像的系统雷达天线增益；

G_sys0——确定K时的系统雷达天线增益。

辐射标定所需参数都可以直接从原始图像数据头文件中直接或间接获取，标定后的图像将原始图像灰度转换成后向散射系数。利用PCI软件可以完成对雷达数据的辐射标定的处理。

（二）微波图像噪声与斑点的弱化处理

当成像雷达发射的是纯相干波照射到目标时，目标上的随机散射面的散射信号与发射的相干信号之间的干涉作用会使图像产生相干斑点噪声。这种斑点噪声严重干扰了地物信息的提取与SAR图像的应用效果，噪声严重时，甚至可导致地物特征的消失。在图像信息提取时，这一现象往往产生假信息。因此，弱化斑点噪声对SAR图像的应用有着重要意义。

噪声平滑与弱化的最好方法是利用同一地区的不同探测方向的两幅或多幅雷达图像进行振幅或密度的配准和辐射纠正，计算其差值图像，就可以消除雷达数据本身固有的斑点噪声。其他方法还有：

1.主成分分析法

RADARSAT-1 SAR数据的噪声由于其固有性质，在通过主成分变换后噪声往往分布在其中的某一个分量上。通过计算各分量的均值和方差就可以判断哪个分量是以噪声信息为主，而其他分量则为地物的微波散射信息。通常情况下，主成分分析具有以下特征：

（1）主成分分析的数据变换前后的方差总和不变，只是把原来的方差不等量地再分配到新的主成分波段影像中。

（2）第一主成分包含了多波段影像信息的绝大部分，其余主成分信息含量依次减少。

（3）各主成分的相关系数为零，即各主成分所含的信息内容不同。

（4）第一主成分相当于原来各波段的加权和，反映了地物总的反射或辐射强度；其余各主成分相当于不同波段组合的加权差值影像。

（5）第一主成分降低了噪声，有利于细部特征的增强和分析。

（6）对于有些特殊异常的专题信息，往往通过主成分分析后在第二以上主成分影像上得到增强。

对微波遥感数据的主成分分析可以采用不同时相的SAR数据、不同参数的SAR数据或不同方法处理后的同一SAR数据进行主成分变换，可以起到弱化噪声的目的。为不同方法处理后的同一SAR数据进行主成分变换后的SAR数据。

2.中值滤波技术

中值滤波技术由于其原理是建立在像元及其领域的统计特征的基础上，因而也广泛地应用于雷达数据的噪声处理中。对 n×n 大小的滤波核，处理后的中心点的像元值为该滤波核处理前所有像元值的中间值（彩图1-3b）。中值滤波算子的数学公式如下：

1∶25万遥感地质填图方法和技术

式中：X_ij——n×n窗口中的第（i，j）像元的灰度值；

M（X_ij）——n×n窗口中所有像元值的中间值。

3.滤波增强处理

由于散射信号产生的 SAR 图像，受大量“斑点”噪声影响，必须经过滤波预处理。针对雷达数据的固有的倍增噪声特征，设计的滤波算子是基于局部统计及噪声模型信息的，主要包括 Lee滤波、Frost滤波、Kuan 滤波、Gamma Map 滤波和 Average滤波。许多在多光谱数据处理中使用的滤波算子如高通滤波、低通滤波、纹理滤波应用于雷达数据分析往往带入大量的人工信息，针对上述问题，工作中使用以下一些滤波算子。这些算子不仅能较好地滤去高频噪声，而且能较好地保持影像边缘和纹理信息；同时，处理后的图像相对于原始图像具有更好的对比性。尤以 Frost（彩图1-3c）、Lee及其增强滤波算子为佳。

目前常用的滤波有：①Frost自适应滤波；②Lee滤波；③Gamma Map斑点滤波；④Frost自适应增强滤波；⑤Lee增强滤波；⑥Kuan斑点滤波。

G. 在微波波段中为什么不能用普通集中参数元件在微波技术中,匹配的实质是什么

高频波段不是不能用集中参数元件，而是要考虑元件的高频特性及参数。电路中由于频率很高，电容、电感、平时当作导线的印制板的高频下的参数就变的有意义了。
电容的引脚就会引入电感，相邻的元件和导线就有可能产生耦合。所以高频电路分析相对低频电路复杂很多。当然，直流通路的电压电流原则还是适用的。