微波與低頻無線電波及高頻光波的區(qū)別

微波、低頻無線電波和高頻光波都是電磁波譜中的不同部分，它們在頻率范圍、波長、傳播特性、應用領域等方面存在一些區(qū)別。

微波(Microwave) 是電磁波譜中介于超短波（米波）與紅外線之間的波段． 它屬于無線電波中波長最短（即頻率最高）的波段。其頻率范圍從300 MHz （波長1m) 至3000GHz （波長0.1mm) 。通常又將微波波段劃分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波四個分波段，在通信和雷達工程上還使用拉丁字母來表示微波更細的分波段。圖1給出了微波在電磁波譜中的位置，表1給出了常用微波波段的劃分。

1. 對于低于微波頻率的無線電波，其波長遠大于電系統(tǒng)的實際尺寸?？捎眉倕?shù)電路的理論進行分析，即為電路分析法；

2. 頻率高于微波波段的光波、X 射線、Y 射線等，其波長遠小千電系統(tǒng)的實際尺寸，甚至與分子、原子的尺寸相比擬。因此可用光學理論進行分析，即為光學分析法；

3. 微波則由于其波長與電系統(tǒng)的實際尺寸相當，不能用普通電子學中電路的方法研究或用光的方法直接去研究，而必須用力的觀點去研究，即由麥克斯韋爾方程組出發(fā)，結合邊界條件來研究系統(tǒng)內部的結構，這便是場分析法。

正因為微波波長的特殊性，所以它具有以下特點

1) 似光性

微波具有類似光一樣的特性，主要表現(xiàn)在反射性、直線傳播性及集束性等幾個方面．即：由于微波的波長與地球上的一般物體（如飛機、輪船、氣車等）的尺寸相比要小得多?；蛟谕涣考墸虼水斘⒉ㄕ丈涞竭@些物體上時會產(chǎn)生強烈的反射，基于此特性人們發(fā)明了雷達系統(tǒng)；微波如同光一樣在空間直線傳播，如同光可聚焦成光束一樣，微波也可通過天線裝置形成定向輻射，從而可以定向傳輸或接收由空間傳來的微弱信號以實現(xiàn)微波通信或探測。

2) 穿透性

微波照射到介質時具有穿透性，主要表現(xiàn)在云、霧、雪等對微波傳播的影響較小。這為全天候微波通信和遙感打下了基礎，同時微波能穿透生物體的特點也為微波生物醫(yī)學打下了基礎；另一方面，微波具有穿越電離層的透射特性，實驗證明：微波波段的幾個分波段，如1~10GHz 、20~30GHz 及91GHz 附近受電離層的影響較小，可以較為容易地由地面向外層空間傳播，從而成為人類探索外層空間的“無線電窗口”，它為空間通信、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感和射電天文學的研究提供了難得的無線電通道。

3) 寬頻帶特性

我們知道，任何通信系統(tǒng)為了傳遞一定的信息必須占有一定的頻帶，為傳輸某信息所需的頻帶寬度叫做帶寬。例如，電話信道的帶寬為4kHz, 廣播的帶寬為16kHz, 而一路電視頻道的帶寬為8MHz 。顯然，要傳輸?shù)男畔⒃蕉啵玫念l帶就越寬。一般一個傳輸信道的相對帶寬（即頻帶寬度與中心頻率之比）不能超過百分之幾，所以為了使多路電視、電話能同時在一條線路上傳送，就必須使信道中心頻率比所要傳遞的信息總帶寬高幾十至幾百倍。而微波具有較寬的頻帶特性，其攜帶信息的能力遠遠超過中短波及超短波，因此現(xiàn)代多路無線通信幾乎都工作在微波波段。隨著數(shù)字技術的發(fā)展，單位頻帶所能攜帶的信息更多，這為微波通信提供了更廣闊的前景。

4) 熱效應特性

當微波電磁能量傳送到有耗物體的內部時，就會使物體的分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱，這就是微波的熱效應特性。利用微波的熱效應特性可以進行微波加熱，由于微波加熱具有內外同熱、效率高、加熱速度快等特點，因而被日益廣泛應用于糧食、茶葉、卷煙、木材、紙張、皮革、食品等各種行業(yè)中。另外．微波對生物體的熱效應也是微波生物醫(yī)學的基礎。

5) 散射特性

當電磁波入射到某物體上時，會在除入射波方向外的其它方向上產(chǎn)生散射。散射是入射波和該物體相互作用的結果。所以散射波攜帶了大量關于散射體的信息。打個比方：早晨，當太陽還沒有升起來的時候，我們雖然無法直接看到太陽，但當我們看到天空被染成魚肚白或云被染成紅色時，我們就知道太陽在地平線下不遠的地方了，這個信息就是通過大氣或云對陽光的散射作用而傳遞給我們的。由于微波具有頻域信息、相位信息、極化信息、時域信息等多種信息，人們通過對不同物體的散射特性的檢測，從中提取目標特征信息，從而進行目標識別，這是微波遙感、雷達成像等的基礎。另一方面，還可利用大氣對流層的散射實現(xiàn)遠距離微波散射通信。

6) 抗低頻干擾特性

地球周圍充斥著各種各樣的噪聲和干擾，主要歸納為：由宇宙和大氣在傳輸信道上產(chǎn)生的自然噪聲，由各種電氣設備工作產(chǎn)生的人為噪聲。由于這些噪聲一般在中低頻區(qū)域，與微波波段的頻率成分差別較大，它們在微波濾波器的阻隔下，基本不能影響微波通信的正常進行。這就是微波的抗低頻干擾特性。

微波除了具有以上一些特性外，還有以下幾個特點：

1) 視距傳播特性

各波段電磁波的傳播特性是不一樣的，長波可沿地表傳播，短波可利用電離層反射實現(xiàn)天波傳播。而超短波和微波只能在視距內沿直線傳播，這就是微波的視距傳播特性。但由于地球表面的彎曲和障礙物（高山、建筑物等）的阻攔，微波不能直接傳播到很遠的地方去（ 一般不超過50 km), 因此在地面上利用微波進行遠距離通信時，必須建立中繼站，并使站與站之間的距離不超過視距．微波信號就像接力棒一樣一站一站地傳遞下去。這樣顯然增加了通信的復雜程度。

2) 分布參數(shù)的不確定性

在低頻情況下，電系統(tǒng)的元器件尺寸遠遠小于電波的波長，因此穩(wěn)定狀態(tài)的電壓和電源的效應可以被認為是在整個系統(tǒng)各處同時建立起來的，系統(tǒng)各種不同的元件可用既不隨時間、也不隨空間變化的參量來表征，這就是集總參數(shù)元件。而微波的頻率很高，電磁振蕩周期極短，與微波電路中從一點到另一點的電效應的傳播時間相比是可比擬的，因此就必須用隨時間、空間變化的參量，即分布參量來表征。由于分布參量明顯的不確定性，增加了微波理論與技術的難度，從而增加了微波設備的成本。另外，隨著電子設備主頻越來越高。高速電路間的分布效應越來越明顯，因此高速電路設計也越來越依賴于微波理論。

3) 電磁兼容與電磁環(huán)境污染

隨著無線電技術的不斷發(fā)展，越來越多的無線設備在相同的區(qū)域同時工作，勢必會引起相互干擾。尤其是在飛行器、艦船上不同通信設備之間的距離極小就會產(chǎn)生相互干擾，另外在十分擁擠的公共場所，眾多的移動用戶之間的相互影響也是顯而易見的，這就必須考慮電磁兼容的問題；另一方面，越來越多的無線信號充斥于人們的生活空間，必然對人體產(chǎn)生影響。因此從某種意義上說，電磁環(huán)境污染已成為新的污染源。這方面已引起各國政府和科技界的廣泛重視。