微波技术电子教案

关键词：

微波技术电子教案（共6篇）

篇1：微波技术电子教案

一、实验目的

1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法；；

2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用；

3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。

二、实验原理

1.电子顺磁共振（电子自旋共振）

电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR)，是指在稳恒磁场作用下，含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年，苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。电子自旋共振（顺磁共振）研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等，通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测（测量因子、线宽、弛豫时间、超精细结构参数等），可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息，因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质，因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来，一种新的高时间分辨ESR技术，被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质（光解自由基）的电子自旋极化机制，以获得分子激发态和自由基反应动力学信息，成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用，已经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。

2.EPR基本原理

EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针，从电子自旋磁矩与物质中其它部分的相互作用导致EPR 谱的变化来研究物质结构的，所以只有具有电子自旋未完全配对，电子壳层只被部分填充（即分子轨道中有单个排列的电子或几个平行排列的电子）的物质，才适合作EPR 的研究。不成对电子有自旋运动，自旋运动产生自旋磁矩, 外加磁场后，自旋磁矩将平行或反平行磁场方向排列。经典电磁学可知，将磁矩为μ的小磁体放在外磁场H 中，它们的相互作用能为：

E＝-μ· H = -μH cosθ

这里θ为μ与H 之间的夹角,当θ= 0 时，E = -μH, 能量最低，体系最稳定。θ=π时，E=μH，能量最高。如果体系从低能量状态改变到高能量状态，需要外界提供能量；反之，如果体系由高能量状态改变为低能量状态，体系则向外释放能量。

根据量子力学，电子的自旋运动和相应的磁矩为：

μs=－gβS

其中S 是自旋算符，它在磁场方向的投影记为MS, MS 称为磁量子数，对自由电子的MS 只可能取两个值，MS=±1/2, 因此，自由电子在磁场中有两个不同的能量状态，相应的能量是：

E±=±(1/2)geβH

记为： Eα= +(1/2)geβH

Eβ= -(1/2)geβH

式中Eα代表自旋磁矩反平行外磁场方向排列，能量最高；Eβ代表平行外磁场方向排列，能量最低。但当H=0 时，Eα=Eβ, 相应的Ms=±1/2 的两种自旋状态具有相同的能量。当H≠0 时，能级分裂为二，这种分裂称为Zemman 分裂。它们的能级差为：

△Ee=geβH

若在垂直稳恒磁场方向加一频率为υ的电磁辐射场，且满足条件：

hυ = gβH

式中，h—为Planck 常数，β—为Bohr 磁子，g —朗德因子;

则处在低能态的电子将吸收电磁辐射能量而跃入高能量状态，即发生受激跃迁，这就是EPR 现象。因而，hυ = gβH 称为实现EPR 所应满足的共振条件。

3．g因子

自由电子g=ge=2.002，实际情况下g=h?/?B(H0+H’)，g反映分子内部结构（因附加磁场H’与自旋、轨道及相互作用有关)，自由基g值偏离很少超过±0.5%，非有机自由基，g值可以在很大范围内变化，过渡金属离子，因轨道角动量对磁矩有贡献，g偏离ge。

4.主要特征

由于通常采用高频调场以提高仪器灵敏度，记录仪上记出的不是微波吸收曲线（由吸收系数X'对磁场强强度H作图）本身，而是它对H的一次微分曲线。后者的两个极值对应于吸收曲线上斜率最大的两点，而它与基线的交点对应于吸收曲线的顶点。

g值从共振条件hv=gβH看来，h、β为常数，在微波频率固定后，v亦为常数，余下的g与H二者成反比关系，因此g足以表明共振磁场的位置。g值在本质上反映出一种物质分子内局部磁场的特征，这种局部磁场主要来自轨道磁矩。自旋运动与轨道运动的偶合作用越强，则g值对ge（自由电子的g值）的增值越大，因此g值能提供分子结构的信息。对于只含C、H、N和O的自由基，g值非常接近ge，其增值只有千分之几。

当单电子定域在硫原子时，g值为2.02-2.06。多数过渡金属离子及其化合物的g值就远离ge，原因就是它们原子中轨道磁矩的贡献很大。例如在一种Fe3+络合物中，g值高达9.7。

线宽通常用一次微分曲线上两极值之间的距离表示（以高斯为单位），称“峰对峰宽度”，记作ΔHpp。线宽可作为对电子自旋与其环境所起磁的`相互作用的一种检测，理论上的线宽应为无限小，但实际上由于多种原因它被大大的增宽了。

超精细结构如在单电子附近存在具有磁性的原子核，通过二者自旋磁矩的相互作用，使单一的共振吸收谱线分裂成许多较狭的谱线，它们被称为波谱的超精细结构。设n为磁性核的个数，I为它的核自旋量子数，原来的单峰波谱便分裂成（2nI+1）条谱线，相对强度服从于一定规律。在化学和生物学中最常见的磁性核为1H及14N，它们的I各为1/2及1。如有n个1H原子存在，即得（n+1）条谱线，相对强度服从于（1+x）n中的二项式分配系数。如有n个14N原子存在，即得（2n+1）条谱线，相对强度服从于（1+x+X2）n中的3项式分配系数。超精细结构对于自由基的鉴定具有重要价值。

吸收曲线下所包的面积可从一次微分曲线进行两次积分算出，与含已知数的单电子的标准样品作比较，可测出试样中单电子的含量，即自旋浓度。

5.主要检测对象 可分为两大类：

①在分子轨道中出现不配对电子（或称单电子）的物质。如自由基（含有一个单电子的分子）、双基及多基（含有两个及两个以上单电子的分子）、三重态分子（在分子轨道中亦具有两个单电子，但它们相距很近，彼此间有很强的磁的相互作用，与双基不同）等。

②在原子轨道中出现单电子的物质，如碱金属的原子、过渡金属离子（包括铁族、钯族、铂族离子，它们依次具有未充满的3d，4d，5d壳层）、稀土金属离子（具有未充满的4f壳层）等。

三、实验内容和步骤

羟基自由基（?OH）等氧自由基是主要的活性物种，然而由于?OH 的活性高、寿命短，因而难以直接测定。捕获剂捕获短寿命的氧自由基生成相对稳定的、寿命较长的自由基，这些具有顺磁性的有机物种在磁场和微波的协同作用下容易被EPR 分析检测。 DMPO 是一种对氧自由基捕集效率很高的自旋捕集剂，而且形成的自旋加合物，DMPO-OH，有很特征的超精细分裂图谱和超精细分裂常数。

实验步骤如下：

1、取适量DMPO样品于样品管中装样，将样品管一端封住；

2、在插入样品管前用纸擦拭确保其干净；

3、样品管垂直放入谐振腔，等待EPR 检测。

4、调节仪器参数，得到谱图。

四、实验结果与讨论

得到数据见附图。从图中可见，DMPO-OH 的EPR 波谱由四条谱线组成，强度比为1:2:2:1。

五、实验心得

电子顺磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的区别：

a. EPR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重新取向所需的能量； b. EPR的共振频率在微波波段，NMR共振频率在射频波段；

c. EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基的绝对浓度约在10-8M的数量级；

d. EPR和NMR仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取扫场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。

篇2：微波技术电子教案

一、基于工作过程的理实一体化教学的基本思路

专业改革坚持以就业为导向、以能力为本位的中职教育教学思想, 积极探索学校企业合作的人才培养模式的运行规律, 突出学生创新能力的培养, 强化学生实践能力的训练, 增强学生的创新精神、创业意识、团队协作、交流沟通及综合职业技能, 真正实现“专业课项目化, 公共课活动化, 实训课现场化”的三课三化综合人才培养的总体目标。课程开发遵循姜大源教授提出的课程开发基本路径 (如下图) 。

1. 行动领域:

装配流水线工作过程导向的课程基础, 是与电子电器本职业紧密相关的职业情境中构成职业能力的工作任务的总和, 采用工作过程描述的方式, 体现了职业的、社会的和个人的需求。

2. 学习领域:

“电子电器应用与维修”专业工作过程导向的课程方案, 是一个由电子职业能力描述的学习目标, 以及装配、质检工作任务陈述的学习内容和实践, 是理论综合的理实一体化构成的学习单元。

3. 学习情境:

《微波炉原理与维修技术》工作过程导向的课程教学实施方案, 是在装配任务及其工作过程的背景下, 将学习领域中的能力目标和学习内容进行基于教学论和方法论转换后, 在电子电器学习领域框架内构成的“小型”主题学习单元, 涵盖从项目—任务—产品—评价的完整过程。

二、确定学习领域

由行动领域确定学习领域, 见下图。

1. 完善微波炉项目驱动下的单元式教学体系。

在微波炉单元式教学设计中强调以项目驱动教学过程, 做到边教、边学、边练, 培养职业能力。项目任务来自相关企业生产流水线, 将原流水线装配、质检等任务, 加以整理形成教学项目。其中各教学项目实现知识与技能的统一, 由简而繁。

2. 建立动静结合、生动直观的多层次课程体系。

综合构建知识与实际、应知与应会紧密结合的项目教学体系。进一步完善教学资源库, 包括:校内教学参考书、实训指导书、教学实例库、学生自主学习软件库等。

三、学习情境的创设

1. 在课堂教学过程中, 采用讲练合一的教学方法, 开展教师示范和学生操作训练互动, 将学生提问与教师解答、指导有机结合, 让学生在“教”与“学”过程中掌握装配与质检的知识和技能。

2. 在仿真教学过程中, 可采用启发式教学法培养学生的分析问题和解决问题的能力。

3. 在流水线在线装配教学过程中, 可以采用分组式教学法, 锻炼学生的协作能力, 培养学生的团队意识。

下表对学习情境的创设做了归纳与总结:

四、教学实践运用

教学的实施分为以下几个阶段。

1. 案例分析:

采用真实家电产品微波炉装配流水线作为硬件实训平台, 以完整的产品装配流程工艺为平台, 采用真实的实例, 在教师的指导下, 使学生从学习一开始就接触真实产品, 操作中学习产品实际功能, 练习中感受自己的学习成就, 实训中体验企业运作环境, 通过课程实施全过程学习知识和掌握技能。

2. 项目教学:

以岗位为基础、以具体项目为内容, 对专业课程进行项目规划, 以分组的形式开展项目教学, 按照课程大纲、规划要求及新知识新技能和必须掌握的专业技能要求对课程逐层递进式划分项目, 项目小组分工协作, 依据项目要求采取“知识与能力储备、计划、决策、执行、反馈、答辩 (展示) ”形式开展项目教学。该课程可分为以下几个项目:微波炉的装配、微波炉的电路原理、微波炉的元件检测、微波炉的故障检修。

3. 角色扮演:

在教学过程中, 学生扮演的是装配流水线的技术工人的角色。学生根据实际装配工艺要求, 以技术工人及技术员的身份进行产品装配与调试, 然后以质检员的角色进行质检和评价。学生始终置身于虚拟企业开发环境中, 进行虚拟角色的定位, 从多个身份中获得责任感, 产生学习兴趣。

4. 分组讨论:

在任务完成后, 学生对于该组和其他组任务完成的质量, 进行分组讨论分析, 得出其失败的原因和成功的原因, 从而进一步学习如何建立正确的生产装配模型和质检与评价。这种方法能有效地增强学生对生产过程的认识, 把抽象的理论形象化, 通过讨论明晰生产过程是否科学、合理, 同时还能提高学生的口头表达能力和沟通能力。

5. 启发引导:

通过任务的完成, 对学生进行启发引导。通过用子项目的功能实现项目整体控制功能, 引导学生认识电器的组成和作用。要注重学生的认知过程, 启发式教学能有效地促使学生主动思考问题, 形成能力迁移。

五、教学效果

《微波炉原理与维修技术》是一门操作性和实践性很强的课程。基于工作过程的理实一体化课程教学和实践, 让学生在学中练, 在练中学, 采用贴近实际的案例, 通过项目教学法, 以学生为中心, 激发学生的学习兴趣, 提高学生的自主学习能力。同时, 教师不再是中心, 其作用大大减少, 突出学生的主体地位, 有效地提高教育教学质量。

参考文献

[1]姜大源.职业教育研究新论.教育科学出版社, 2007.1.

[2]刘付勇, 郝灵波.浅析一体化教学.中国现代教育装备, 2007.10.

篇3：微波电子线路课程教学设计

关键词 微波电路；教学实践；教学效果

中图分类号：G642.4 文献标识码：B 文章编号：1671—489X（2012）30—0056—02

1 课程特点

微波电子线路课程是一门研究在微波频段工作的电子器件及其电路组成的专业基础课。微波电子线路一般泛指构成微波系统中各种功能模块的元器件与电路结构，也称为微波有源电路。随着微波半导体材料技术和工艺水平的发展，先后出现半导体二极管、砷化镓金属半导体场效应管、PIN二极管和变容管等微波半导体器件，并在微波系统中获得广泛的应用。这种以半导体为核心组成的微波电子线路称为微波固态电路。在微波半导体器件发展的同时，又研制出微波混合集成电路（MIC）和单片微波集成电路（MMIC），同时，低噪声集成电路、大规模和超大规模微波集成电路发展迅速，中功率微波发射机实现固态化，但是大功率微波振荡和放大必须依靠微波电真空器件，比如行波管、速调管、磁控管等。这些微波器件在雷达、通信、导航、卫星地面站等得到广泛应用。

微波电子线路课程所学习的内容具有应用广泛、技术难度高、内容更新较快的特点，这要求微波电子线路课程的教学要不断地探索和研究，以适应微波频段电子装备教学和工作的需要。

该课程的学习可以采用微波技术的分析方法，从电磁场的角度去分析，但是比较复杂；也可以等效成电路去分析，这是习惯的分析方法，在分析过程中做一些等效和近似在工程上是允许的，是不影响本质的。学习过程中强调物理概念原理分析、重视实践能力的培养以及最新技术发展在课程中的体现。教学方法体现启发性，重视知识能力、素质的协调发展，注重实践能力和创新能力的培养。

2 教学内容设计

根据人才培养方案的要求，该课程教学时间为30大纲学时。依据该课程的课程标准、课程设计，理论教学20学时，实践学时10学时；授课方式上采用理论和实践相结合的教学方式，理论教学上突出岗位任职所需的基础理论，借助实际微波器件的应用介绍，分析微波电子器件和微波设备的发展前景。通过边讲解边实践的方式，加深学员的理解。

具体进度：为了方便学习和知识的交流，首先对微波传输线理论和其他微波无源元器件组成微波无源电路进行回顾复习；对微波无源器件及等效电路，简要介绍一下微波电抗元件、连接元件、终接元件、衰减器和移相器、阻抗匹配器和变换器以及定向耦合器、微波滤波器谐振器、微波铁氧体等的特点和运用。

对微波有源器件分4个模块进行学习。

第一个模块的内容是微波频率变换器（混频器），主要介绍频谱搬移的原因、原理及工作过程。采用数学的方法对频率变换的原理进行定量分析，并结合实际的频率变换电路进行讲解。进而介绍微波混频器件即微波二极管工作原理，重点分析微波混频器的特性和主要技术指标，介绍各种微波混频器的工作原理，最后讨论微波混频器的镜像回收。

第二个模块内容是微波晶体管放大器，主要介绍微波晶体管低噪声放大器。与低频放大器相比，微波放大器是采用S参量作为分析和设计放大器的主要网络参数，说明S参数（分布参数）与集总参数的区别、微波双极型晶体管低噪声放大器和微波场效应管低噪声放大器设计方法、使用特点与应用场合，讨论以双极型晶体管放大器为主。

第三个模块内容是微波控制器件与微波控制电路。微波控制器件是组成微波控制电路的重要部件，主要讲述微波控制电路及其应用，包括微波开关、数字移相器、电调衰减器、微波调制器及限幅器等。微波控制元件有微波半导体器件和微波铁氧体器件，重点内容是微波PIN二极管的原理及其组成。

最后一个模块内容是微波电真空器件。尽管近年来微波半导体器件得到迅速发展，微波电真空器件仍然有存在的必要性。主要介绍三大电真空器件即磁控管、速调管、行波管的结构、工作原理和应用特点。

3 教学方法设计

教学改革的核心是教学方法的改革，教学方法要体现在整个课堂教学过程中。在教学方法上，基于任职教育学员底子薄、基础差、学习水平参差不齐的现状，力求避免单纯的注入式，改用启发式、讨论式、答辩式的教学方法。将课堂讲授、课内讨论、课外自学、技能训练等合理结合，把教学过程分为课题引入、设疑激学、讲练结合、精选例题、总结巩固等环节进行教学实践。课题引入阶段尽量由设计实例或工程实际问题引入课题，即在介绍一些重要章节前，列举一个设计实例或工程实际问题，通过分析、设计，引入相关知识和理论，等学员的兴趣被调动起来，并产生诸多疑问时再进行内容讲解。而有实验条件的内容要争取进行现场教学，讲练结合。即将课堂讲授与技能训练合理结合起来，有些教学内容可以安排在实验、实训中进行，边讲边练，讲练结合。边讲边练主要用于介绍微波电路工作原理后，由学员对电路的功能及外部特性进行测试；讲练结合则是由学员根据微波电路的功能对电路进行测试后，由教师和学员对测试结果进行讨论，归纳总结，以加深对理论的理解。这样，将教学过程放在实验、实训中，有利于学员实现由感性到理性的自然过渡，在边学边练中更深刻地领会所学知识，在头脑中建立起理论与实际的联系，使学员逐步提高学习能力和实践技能，引导学员将基本理论、基本分析方法应用于解决实际问题。

4 考核方式设计

该课程的教学以提高学员的综合能力素质为最终目标，考核方式采用对教学全过程综合评估，具体考核环节包括4个环节：课堂表现、实验成绩、创新能力和课程结束考试。在4个方面进行加权，综合评估后得出学习成绩。

1）课堂表现：根据学员的课堂表现进行评价，包括学员功能的积极性、互动性、课堂回答问题的质量等。重点考查学员学习态度、课堂表现等情况。

2）实验成绩：实验环节的定位在于使学员加深对理论的理解和增强实践能力。通过观察学员实验的科学性、规范性，根据实验科目的完成情况进行评价。

3）创新能力：由于微波电子线路是一门实践性很强的课程，创新能力通过学员的小制作和参与科技创新活动等情况来评估。考核重点在于学员对理论知识的掌握以及相应的实践能力。

4）课程结束考试：课程结束考试主要考查对微波器件、电子电路的理论知识的理解掌握情况和综合应用能力。

5 教學效果分析

微波电子线路课程已经在雷达、通信等专业的多个教学班进行讲授，从教学效果来看，学员对微波电子线路的有关理论有了深入的认识，顺利地从集总参数的低频电子线路跨入分布参数的微波器件和微波电子线路的分析运用，实验技巧、动手能力得到锻炼和加强。存在的问题主要是有的课易放难收，学员在讨论中思维纵横捭阖，天马行空，致使教学任务完不成；课堂教学的内容丰富了，学员的基础知识掌握得又不够牢。但总的说来，收获总是多于问题。该课程教学设计的实施培养了学员的创新精神和多元化思维，学员的成长与进步非常显著。

参考文献

[1]周道雷.任职教育理论与实践研究[M].北京：军事科学出版社，2009.

[2]张宝书.军队院校教育学[M].北京：军事科学出版社，2006.

篇4：微波站微电子设备的防雷措施

1.1 按照雷电对微电子设备(如计算机)产生影响的强弱可划分为污染、干扰和危害三个等级。

(1)污染。对微电子而言,电磁污染时指超量电磁场对元器件造成长时间的积累效应,如加速老化,使用寿命短,工作性能差,抗干扰能力降低等。

(2)干扰。指在外来电磁能量的扰动下,设备或元件的灵敏度降低、信号失真、信息丢失或设备误动作等。在干扰消失后,设备能恢复到正常状态。

(3)危害。指在短时间内,由强大的电磁能量对设备及其元件造成永久性损坏。

1.2 雷电危害

从已发生的微波站受雷害影响分析来看,雷电危害和干扰的侵入主要有3个途径。

(1) 雷击微波天线铁塔时的雷电过电压。雷击微波塔顶时,雷电流由塔体经其他接地装置散于大地,引起地电位及塔顶电位升高,对附近设备反击。这类事故主要表现为高频电缆或微波设备的中频及电源严重损坏。

(2) 微波站供电的架空线路上的直击雷过电压与感应过电压。当雷电流幅值为Im的雷击于架空线路时,雷击点的过电压U=1Z/4,该过电压将向微波站传播,从而危及设备的安全,即使是雷云对地放电,也会在架空线路上产生感应过电压

式中I -- 雷电流幅值 ;

hd---- 导线平均高度 ;

S ---- 雷击点与导线间的距离。

当I=24k A,hd=6m,S=60m时,UA=60kV。这类事故主要表现为交、直流电源盘的损坏和程控电话交换机及其保安器被烧坏。

(3) 由于雷击微波站铁塔附近或微波站附近,雷电流入地时在周围产生强大电磁场,从而危及机房内微电子设备。根据国外研究表明 :当外界干扰磁感应强度达0.07Gs时,无屏蔽的计算机将不能正常工作(如误动作等),当磁感应强度达2.4Gs时会造成计算机元件的永久性损坏。也就是说,按安培环路定理估算(考虑位移电流的影响),离无屏蔽计算机800m处落下一个100kA的雷,计算机就有可能发生误动作,距其83m处落下一个100k A的雷时,计算机就可能损坏。一个分离式微波站、塔、楼仅相距5~15m左右,雷击铁塔时,铁塔流动的强大雷电流在周围空间产生的干扰电磁场对设备的危害就非常严重。同时,雷电干扰电磁场会在微波设备相连接的各种电缆中形成干扰电压,进入通信机房从而危及设备的安全。

2 微电子设备的防雷接地保护措施

微波大楼一般较高,微波天线铁塔高耸其上,遭受雷击概率大。因此,有必要对其进行完善的防直击雷保护。微波站的防直击雷系统由系统接闪器、引下线和接地装置组成,三者相互依存,缺一不可。

微波站的接地由微波塔接地和机房接地两部分组成。微波塔接地主要是防雷接地,用以泄放雷电荷 ;微波机房接地主要是工作接地和保护接地。

常用的接地方式有共同接地和分开接地两种方式。根据微波站的结构特点及设备状况,一般采用共同接地方式。因为若采用分开接地方式,在强大雷击或短路高电位下,分开接地间的巨大电位差足以击毁设备或击伤人员。

但是,共同接地方式存在交流电源的噪声问题。由于交流电源有时三相负载不对称,在正常工作情况下会有不平衡电流经工作接地系统,引起电位升高,对微电子设备造成干扰。为了兼顾共同接地方式在防雷时的优点和分开接地方式在正常工作时的优点,可采用瞬态共地的方式,即将防雷和电源的强电系统在计算机等弱电系统分开接地,但在两个接地系统之间要装设避雷器或放电管击穿,起到均衡电位的作用。

3 微波站的设计保护措施

3.1 均压保护措施

为了人身和设备的安全,对微波站应采用均压与等电位设计。均压就是用低阻抗将组件设备和分系统的构件或元件进行电气上的连接,以保证各种结构、各种设备的地电位保持一致,即在电气上的连续性。应该对设备面板,电缆屏蔽、管道、电缆走廊、机壳或其他所有的等电位点进行连接。

(1)将微波塔的接地网和机房的接地网连接(或瞬态连接)在一起,并尽可能降低接地电阻,一般不超过5欧姆,并在整个微波站范围内做成闭合的均压网,以减少接触电压和跨步电压。

(2)同一机房内的一切金属构件,包括设备的外壳、电缆的金属外皮、管道、构件等,均应就近与室内环形接地母线一点接地。

(3)波导管或同轴电缆的金属外皮,至少应在微波塔天线上、下两端与微波塔塔身相连,并在机房内接地。

(4)机房内电源线,通信线,微波塔的照明线。均应采用金属外皮电缆或将导线穿入金属管道内,这些线路及其他金属管道均应埋入地下10m以上,才能进出机房,以免高电位和地电位的转移。同时这些金属管道应在进出机房处与接地可靠连接。

3.2 建筑物的屏蔽

建筑物屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护。雷电的电磁辐射可以影响到1km以外的微电子设备,沿电气线路传播的雷电波的影响更强更远。不论是本建筑物遭到雷击,还是重要的微电子设备机房,要采取屏蔽措施。

虽然现代建筑物采用钢筋混凝土结构,但其屏蔽效能很低。增加建筑物墙体和楼板钢筋的交叉点,以及对钢筋搭接处可靠绑扎后进行焊接,可提高建筑物的屏蔽效能,但还远远不能满足防护微电子设备的要求。要求有效的屏蔽,必须采用金属板或网孔为3×3cm以下的金属网。

3.3 对微波站供电线路的屏蔽 .

通常,微波站的电源是由架空线路或先由架空线路再经进电缆送到微波站,经配电变压器供电,由于远距离供电,沿线路袭来的直击雷或感应雷过电压均可侵入配电变压器危害其绝缘。同时,也会耦合到低压回路,危及机房内的计算机等微电子设备。

防止这类过电压危害的办法是沿电源线采取层层设防,达到逐级降低过电压的目的。具体可采取的措施如下 :

(1)在多雷地区,10kV供电线路应尽可能全部用电缆进线,若有困难架空线应在配电变压器前50m换成电缆,电缆终端头的芯线与外皮之间加装避雷器,并且电缆外皮和避雷器均接地。

(2)将微波站变压器增容,使站内所有负载均能由该专用变压器供电。若部分负载仍必须有生产变压器供电时,生产变压器低压侧应加装避雷器。

(3)由配电房引至各机房内48、24V直流电源线应采用金属外皮电缆或将导线穿入金属管道中,金属外皮或金属管道两端接地。

(4)为了进一步限制由电源线路来的过电压,可以在380/220V电源线配电盘前加装电涌保护器。

摘要：随着微电子技术的迅猛发展,电信设备已小型化,通常采用大规模集成电路。如何因地制宜地全面考虑微波站微电子设备的防雷抗干扰问题,是微波站设计和运行时面临的一个重要问题。

篇5：微波技术电子教案

1 高功率微波的发展与特点

1.1 高功率微波的发展

自从20世纪初发明了利用栅极管产生较低射频应用之后, 到20世纪30年代, 利用谐振腔与电路相结合而构成的反射速调管获得了更高的射频频率;50年代, 国外开展了控制热核聚变产生能量的理论与实验, 促使人们更加深入地研究高功率微波的物理机理;60年代, 脉冲技术的发展为产生高功率微波提供了性能良好的微波源;80年代, 虚阴极振荡器、相对论调速管放大器、相对论磁控管和返波管以及多波契伦科夫发生器等相继研制成功, 推动了高功率微波武器的发展, 各军事大国掀起了一场高功率微波武器的研制热潮。

1.2 高功率微波武器的特点

(1) 攻击速度快, 以光的速度攻击目标, 可进行远距离进攻, 瞬间毁坏被照射目标;

(2) 适用范围广, 空基、路基、海基均适用, 既可以用于战略防御, 也可用于战术拦截;

(3) 打击范围大, 对瞄准精度要求低, 对跟踪攻击近距离快速运动的目标非常有利;

(4) 经济效益高, 由于该武器可重复使用, 所消耗的仅仅是能量, 更加经济、高效。

2 高功率微波武器系统的组成及工作原理

高功率微波武器又称微波辐射武器或射频武器, 一般分为高功率微波定向发射系统、中功率超级干扰机和高功率微波弹等类型。

2.1 高功率微波定向发射系统

2.1.1 系统组成

高功率微波定向发射系统是由初级能源、脉冲功率系统 (或称能量转换装置) 、高功率微波器件、定向发射装置以及系统控制等配套设备构成。

2.1.2 工作原理

高功率微波发射系统工作的基础是脉冲功率系统, 主要作用是把初级电能转换成高功率强流脉冲相对论电子束。该系统的工作原理简单来说就是:利用储能元件电容器或电感器的能量转换原理, 将初级能源的电能储存起来, 在极短时间内 (千万分之一秒) 将能量快速释放出来, 由此产生数兆伏的高电压, 此高压加到冷阴极二极管上, 产生高功率脉冲强流相对论电子束, 用于推动高功率微波器件。

高功率微波器件采用相对论速度管、磁控管、返波管、行波管等, 工作电压可达数兆伏, 工作电流达数10000安培, 且利用相对论效应增加了电子束与电磁波的相互作用空间, 利用充等粒子体克服了空间电荷的影响, 电子效率已达40%, 理论效率可达80%。

定向辐射天线主要作用是将能量高度集中, 把微波辐射电磁能聚焦成极窄的波束, 以极高的能量强度发射出去攻击目标, 极大地破坏武器系统和损伤作战人员;定向辐射天线不同于常规天线, 因其必须具备高功率和短脉冲两个基本特性, 所以对天线的主要要求是高定向性、大功率容量、一定的带宽和快速扫描等。

2.2 中功率超级干扰机

2.2.1 组成

超级干扰机是由中功率微波加上脉冲波形构成, 脉冲必须是重复脉冲或幅度调制、频率调制以及其他形式的脉冲波形。

2.2.2 优势

中功率超级干扰机与常规电子干扰机相比, 具有明显优势:一是干扰功率明显增强, 与常规干扰机相比, 干扰功率增强一千到一百万倍, 比雷达功率也要大得多, 这样就使得超级干扰机具备了强大的干扰能力;二是破坏能力显著提高, 除了能履行常规电子干扰机的职能外, 还有可能烧毁电子元器件、集成电路、计算机芯片等, 造成敌方电子设备的永久性损伤。此外, 超级干扰机与高功率微波相比, 更加便于采用各种先进的干扰调制技术, 同时减小了功率消耗, 使其更易实现。

2.3 高功率微波弹

2.3.1 组成

微波弹的构成与高功率微波定向发射系统有相似之处, 都需要初级能源、高功率微波发生器以及天线, 微波弹还需要高功率脉冲源。

2.3.2 原理

微波弹主要功能就是产生定向辐射的高强度微波。首先利用化学爆炸或核爆炸驱动的磁通量压缩器产生高功率的脉冲, 这个脉冲再作为高功率脉冲源驱动高功率微波负载, 这样就获得单次或连续的高功率微波, 经过调制后通过天线发射。微波弹的强度和作用时间可以系统控制。

3 高功率微波武器的破坏杀伤效应

高功率微波武器作为脉冲峰值功率大于100 MW的定向能武器, 因其具有强大的脉冲峰值功率, 所以具备其他电磁武器所无法比拟的优点, 其主要攻击目标包括所有的军事电子装备和系统、武器控制与制导系统, 以及武器或平台结构本身, 在未来的高技术战争中具有极其广泛的应用前景。

3.1 对抗现代高技术兵器

(1) 干扰和破坏敌方电子设备的正常工作。利用超级干扰机可干扰破坏敌方军用电子设备的正常工作。利用弱微波能量, 通过天线等前门耦合, 可冲击和触发电子系统产生假干扰信号, 干扰雷达、通信、导航设备的正常工作, 或使其过载而失效。

(2) 彻底摧毁微电子器件。强微波能量可以彻底毁伤电子设备的微电子器件和集成电路。通过天线前门耦合到发射和接收系统内, 以破坏其前端电子设备, 或利用强微波辐射能量照射金属目标, 在目标金属表面产生感应电流;也可破坏各作战平台的敏感传感器和电路系统。

(3) 直接烧毁目标。超强功率微波能量可以直接烧毁目标。当微波能量很强时, 通过热效应对目标加热而直接烧毁目标。如果微波辐射能量很强, 能束高度集中, 则可直接引爆导弹、炸弹、炮弹弹头或燃料库, 破坏整个武器系统。

3.2 对抗隐身飞机

隐身飞机之所以能够隐身, 就是利用合理外形设计和采用吸波材料来降低其雷达散射面积, 使雷达的探测距离大大降低。但这些正好为高功率微波武器的攻击创造了良机。主要可以从两方面来说明, 一是从外形隐身来看, 目前外形隐身只能在1~20 GHz频率范围内实现, 这是受到航空动力学的限制, 而高功率微波武器辐射的脉冲宽度极窄 (纳米量级) , 可用于发现隐身目标, 这是因为高功率微波频谱含量丰富, 所包含的短波或米波低频频谱分量, 能够发现隐身目标;二是从吸收材料看, 涂覆材料多数为窄带, 且在1~20 GHz范围内, 而高功率微波的频带超宽, 因此吸波材料的吸收能力被显著降低。

3.3 杀伤作战人员

高功率微波对人员的杀伤分为弱微波效应和强微波效应两类, 对应于非热效应和热效应。弱微波能量引起非热效应, 此时作战人员会出现神经混乱, 记忆力衰退, 行为错误, 甚至致盲、致聋或心脏功能衰竭, 失去知觉等。较强的微波能量引起热效应, 即造成人员皮肤烧伤, 甚至致人死亡。

摘要：现代战争具有前所未有的高技术特征, 为打赢未来的高技术信息化战争, 对各种新武器、新装备、新技术的了解与研究是非常必要的。高功率微波作为电子进攻与防御的重要手段, 因其具有的高速、灵活、隐蔽、高能量、攻防兼备等特性, 越来越多地应用于现代战争中。该文概述了高功率微波的发展及特点, 阐述了其组成及工作原理, 并分析了其破坏杀伤效应。

关键词：现代战争,电子战,高功率微波

参考文献

[1]石海.新概念武器概述[J].外军电子战, 2010 (1) :47-48.

篇6：浅析微波理论技术

一、微波遥感理论

微波遥感理论起源于本世纪初主动微波系统的发展和运用, 特别是第二次世界大战期间雷达技术的发展以及广泛运用, 为微波遥感技术实施对地面准确观测奠定了坚实的基础。微波遥感技术的发展与其它遥感技术发展相似, 其发展历程也经历了从陆基、机载到星载, 从简单到复杂。

微波遥感有主动微波系统和被动微波系统之分, 但是它们有共同的特点:首先, 微波遥感具有一定的穿透能力, 可以轻易获得地下或者水下浅层目标信息。电磁波穿透目标对象表面并在其中传播的能力随着频率的升高而逐渐降低, 因而在微波频率的低端, 电磁波可以在穿透目标层表面之后进行精确的表层观测。其次, 有源微波遥感对阳光光源的依赖性小, 具备全天候不间断工作的能力。现今有源遥感器中的微波雷达技术最为成熟, 可以进行昼夜观测。微波波段的频率远小于可见光和红外波段, 对于发射、接受和处理系统的响应速度的要求要大大低于可见光和红外波段, 因而能够实现更高的系统性能。最后, 微波频率具有穿透云层和形成一定量的降雨能力, 能够很好的对地面实施观测。

二、微波长线理论

微波长线理论也就是传输线理论, 也称为一维分布参数电路理论, 是微波电路设计和计算的理论基础。微波传输线也就是用来传输电磁能量的装置, 传输线的种类繁多, 按照其传输的导行波型分为三大类: (1) TEM波传输线 (平行双导线、带状线、同轴线和微带) , 该传输线属于双导体系统, 传输频带非常宽, 但是在高频段传输电磁能量的时候损失较大。 (2) 传输模为TE和TM波的金属波导传输线 (圆形波导、椭圆波导、矩形波导、脊形波导) , 该传输线属于单导体传输系统, 具有频带宽、功率容量大、损耗小、体积大等特点。 (3) 表面波传输线 (镜像线、介质波导、单根表面波传输线) , 该传输线主要用于传输表面波, 具有结构简单、功率能量大、体积小的特点。微波传输线不仅能够传输电磁能量, 还能用来构成各种微波元件。

三、微波波导理论

用来引导电磁波的单导体结构的传输线都可以称为波导, 波导是由空心金属管构成的传输系统, 根据其截面形状的不同, 可以分为:矩形波导和圆形波导。波导可传输从厘米波段到毫米波段的电磁波, 具有损耗小、功率容量大的优点。矩形波导是微波毫米波段的重要传输媒介, 该波导具有功率容量大、无辐射损耗以及损耗小的优势, 因而在微波毫米波电路和系统中被广泛运用。圆形波导的提出来自于实践的需要, 像在雷达旋转搜素中, 圆波导称了必要的器件。几何对称性给圆波导带来了广泛的用途和价值, 从力学和应力平衡角度来讲, 圆波导在减小误差和提高方便性方面更胜矩形波导。