6章現(xiàn)代無線通信與微波技術(shù)基礎(chǔ).ppt

1、2020/10/10,1,電磁場與電磁波,6章 現(xiàn)代無線通信與微波技術(shù)基礎(chǔ),云南大學(xué)信息學(xué)院 宗容2020/10/10,2,本章重點(diǎn),電磁波傳輸?shù)挠?jì)算、衰落及對(duì)策； 現(xiàn)代無線通信信號(hào)處理的理論及應(yīng)用； 全面了解現(xiàn)代無線通信與微波技術(shù)應(yīng)用，為今后進(jìn)行交叉學(xué)科和新興邊緣學(xué)科研究打下良好的基礎(chǔ)。,2020/10/10,3,本章難點(diǎn),電磁波傳輸?shù)乃ヂ?無線通信信號(hào)處理的理論及技術(shù) 微波技術(shù)在通信及非通信領(lǐng)域的應(yīng)用,2020/10/10,4,本章內(nèi)容,6.1 現(xiàn)代無線通信信號(hào)處理技術(shù)(教學(xué)時(shí)數(shù)3) 6.1.1 電磁波傳輸 6.1.2 電磁波傳輸?shù)乃ヂ浼皩?duì)策 6.1.3 無線通信

2、信號(hào)處理技術(shù) 6.2 微波技術(shù)基礎(chǔ)（教學(xué)時(shí)數(shù)2） 6.2.1 微波傳感器 6.2.2 微波化學(xué) 6.2.3 微波加熱 6.2.4 現(xiàn)代微波工程,2020/10/10,5,第四章 現(xiàn)代無線通信信號(hào)處理技術(shù) 4.1無線信道的特點(diǎn) 4.1.1 無線信道的主要特點(diǎn) 4.1.2 移動(dòng)無線信道 4.1.3 現(xiàn)代無線通信信號(hào)處理技術(shù) 4.2噪聲與干擾 4.2.1噪聲的分類和來源 4.2.2信噪比和噪聲系數(shù) 4.2.3噪聲系數(shù)的計(jì)算 4.2.4無線電通信的干擾 4.3自適應(yīng)均衡技術(shù) 4.3.1 Nyquist準(zhǔn)則和部分響應(yīng)技術(shù) 4.3.2 時(shí)域均衡器 4.3.3 自適應(yīng)均衡技術(shù) 4.4 多用戶檢測技術(shù) 1.C

3、DMA的基本原理 2.擴(kuò)頻通信 3.多用戶檢測技術(shù) 4.5 無線寬帶通信信號(hào)處理技術(shù) 4.5.1無線寬帶通信技術(shù) 4.5.2智能天線 4.5.3軟件無線電 （2）頻率調(diào)制 （3）相位調(diào)制 4.6電磁兼容分析 4.6.1電磁兼容的定義及實(shí)施 4.6.2 無線電通信系統(tǒng)中的EMC技術(shù) 4.6.3 無線電通信系統(tǒng)中的EMC標(biāo)準(zhǔn),2020/10/10,6,6.1 現(xiàn)代無線通信信號(hào)處理技術(shù),近20年來，隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展, 人們希望通過無線方式高速率、高質(zhì)量地傳輸信息。 由于無線信道是開放時(shí)變信道，極易受多徑干擾、多址干擾和噪聲等的影響。 要利用好無線信道，必需針對(duì)無線信道的弱點(diǎn)研發(fā)新的信號(hào)處理

4、技術(shù) 本章首先介紹無線信道的特點(diǎn)、噪聲與無線電通信干擾， 然后介紹自適應(yīng)均衡技術(shù)、多用戶檢測技術(shù)和寬帶無線通信信號(hào)處理技術(shù)，最后討論無線通信系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)。,6.1.1 電磁波傳輸,2020/10/10,7,無線電波傳播,頻率從幾十赫茲到3000GHz頻譜范圍的電磁波稱為無線電波。發(fā)射天線或自然輻射源所輻射的無線電波，在媒質(zhì)(如地表、地球大氣層或宇宙空間等)中的傳播過程就稱為無線電波傳播。 根據(jù)不同頻段的電波在媒質(zhì)中傳播的物理過程，可將電波傳播方式分類為： (1)地波傳播 (2)對(duì)流層電波傳播(視距、散射傳播) (3)電離層電波傳播(反射、散射、流星電離余跡散射傳播) (4)地電離層波導(dǎo)

5、傳播 (5)外大氣層及行星際空間電波傳播,2020/10/10,8,無線電波傳播,(1)地波傳播無線電波沿地球表面的傳播。 主要用于低頻及甚低頻遠(yuǎn)距離無線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)的廣播、對(duì)潛通信等業(yè)務(wù)。 傳播特點(diǎn)： 傳輸損耗小、作用距離遠(yuǎn)；受電離層擾動(dòng)影響小，傳播情況穩(wěn)定；有較強(qiáng)的穿透海水及土壤的能力；但大氣噪聲電平高，工作頻帶窄,2020/10/10,9,(2)對(duì)流層電波傳播。無線電波在低空大氣層對(duì)流層中的傳播就稱為對(duì)流層電波傳播。按傳播機(jī)制區(qū)分，又可分為視距傳播和散射傳播兩種。 1)視距傳播。當(dāng)收、發(fā)天線架設(shè)高度較高(遠(yuǎn)大于波長)，電波直接從發(fā)射天線傳播至接收點(diǎn)(有時(shí)有反射波到達(dá))，亦稱

6、為直射波傳播。主要用于微波中繼通信、甚高頻和超高頻廣播、電視、雷達(dá)等業(yè)務(wù)。其主要傳播特點(diǎn)是：傳播距離限于視線距離以內(nèi)，一般為10 50km；頻率愈高受地形地物影響愈大；微波衰落現(xiàn)象嚴(yán)重；10GHz以上電波，大氣吸收及雨衰減嚴(yán)重。,2020/10/10,10,2)散射傳播。利用對(duì)流層中介質(zhì)的不均勻性對(duì)電波的散射作用，實(shí)現(xiàn)超視距傳播，常用頻段為200MHz5GHz。由于散射波相當(dāng)微弱，傳輸損耗大，需使用大功率發(fā)射機(jī)、高靈敏度接收機(jī)及高增益天線等設(shè)備，但單跳跨距可達(dá)300800km，特別適用于無法建立微波中繼站的地區(qū)，例如海島之間或需跨越湖泊、沙漠、雪山等的地區(qū)。,2020/10/10,11,(3)

7、電離層電波傳播。無線電波經(jīng)電離層反射或散射后到達(dá)接收點(diǎn)的一種傳播方式。依傳播機(jī)制又可分為： 1)電離層反射傳播，通常稱為天波傳播。主要用于中、短波遠(yuǎn)距離廣播、通信，船岸間航海移動(dòng)通信，飛機(jī)地面問航空移動(dòng)通信等業(yè)務(wù)。其傳播特點(diǎn)是：傳播損耗小，能以較小功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播；衰落現(xiàn)象嚴(yán)重；短波傳播受電離層擾動(dòng)影響大。 2)電離層散射傳播。利用電離層(通常發(fā)生在離地面高度90110km處)中電子濃度不均勻性對(duì)電波的散射作用完成遠(yuǎn)距離通信。常用的頻段為3570MHz。其主要傳播特點(diǎn)是：傳輸損耗大；允許傳輸頻帶窄，一般為35kHz；衰落現(xiàn)象明顯。但單跳跨距可達(dá)10002000km 。特別是當(dāng)電離層受到騷擾時(shí)

8、，仍可保持通信。,2020/10/10,12,3)流星電離余跡散射傳播。利用發(fā)生在80120km處流星電離余跡對(duì)電波的散射作用，實(shí)現(xiàn)2000km內(nèi)的遠(yuǎn)距離傳播。常用頻段為3070MHz。由于流星電離余跡持續(xù)時(shí)間短，但出現(xiàn)頻繁，可利用它建立瞬間通信，在軍事上應(yīng)用較多。 (4)地-電離層波導(dǎo)傳播。電波在以地球表面及電離層下緣為界的地殼形空間內(nèi)傳播。 主要用于低頻、甚低頻遠(yuǎn)距離通信及標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)的傳播。其主要傳播特點(diǎn)是：傳輸損耗小，受電離層擾動(dòng)影響小，傳播相位穩(wěn)定，有良好的可預(yù)測性，但大氣噪聲電平高，工作頻帶窄。,2020/10/10,13,(5)外大氣層及行星際空間電波傳播。電波傳播的空間主

9、要是在外大氣層或行星際空間，并且是以宇宙飛船、人造地球衛(wèi)星或天體為對(duì)象，在地一空或空一空之間傳播。目前主要用于衛(wèi)星通信、宇宙通信及無線電探測、遙控等業(yè)務(wù)中。其傳播的主要特點(diǎn)是：因距離遠(yuǎn)，自由空間傳輸損耗大，在地一空電路中要受對(duì)流層、電離層、地球磁場以及來自宇宙空間的各種輻射波和高速粒子的影響，例加10GHz以上的電波大氣吸收和降雨衰減嚴(yán)重。,2020/10/10,14,以上介紹了幾種主要的電波傳播方式，實(shí)際工作中往往取其一種作為主要的電波傳播途徑，在某些條件下可能幾種傳播方式并存。例如中波廣播業(yè)務(wù)，某些地區(qū)既可收到經(jīng)電離層反射的天波信號(hào)，同時(shí)又可收到沿地表傳播的地波信號(hào)。通常是根據(jù)不同頻段電波

10、傳播的特點(diǎn)，利用天線的方向性來限定一種主要的傳播方式。 在利用電波傳遞信息，完成無線電通信、廣播電視、導(dǎo)航、遙控遙測、雷達(dá)等業(yè)務(wù)中，掌握電波傳播的特點(diǎn)及其規(guī)律，以及進(jìn)行必要的傳輸特性的估算(傳輸損耗、干擾信號(hào)及噪聲電平、衰落、時(shí)延、交叉極化特性等)，是研究各種無線電信道特性和正確論證、設(shè)計(jì)、組織使用各種無線電系統(tǒng)的重要依據(jù)。 從實(shí)用觀點(diǎn)考慮，為使讀者能對(duì)各頻段的電波傳播方式建立起明確的概念，本章將介紹幾種常用的電波傳播方式，并結(jié)合其適用的頻段，討論其傳播特點(diǎn)及規(guī)律，并簡要介紹場強(qiáng)計(jì)算的一般方法。,2020/10/10,15,2020/10/10,16,2020/10/10,17,2020/10

11、/10,18,2020/10/10,19,各種通信基站的高度,2020/10/10,20,平流層飛艇通信系統(tǒng)概念模型,2020/10/10,21,臨近空間（20Km-100Km）飛行器技術(shù)的發(fā)展，各種新的應(yīng)用模式被提出，與衛(wèi)星通信相比，臨近空間飛行器可提供更多、更精彩的信息。 例如，美軍對(duì)通信氣球的效果進(jìn)行了實(shí)戰(zhàn)測試，結(jié)果表明，臨近空間通信氣球可使手提式電臺(tái)的通信距離從原來的1024Km增加到643Km左右； 2003年初，美國空軍空間作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室和空間作戰(zhàn)中心聯(lián)合研制了一種半自動(dòng)的輕于空氣的“近太空機(jī)動(dòng)飛艇計(jì)劃”，原型機(jī)由美國JP航宇公司制造，并被命名為“攀登者”。 2005年“高空哨兵”平流

12、層衛(wèi)星進(jìn)行了初步演示試驗(yàn)。,2020/10/10,22,平流層飛艇通信系統(tǒng)可用于下列業(yè)務(wù),（1）高密度通信：高速Internet接入，它能提高移動(dòng)通信接通率，降低建設(shè)周期和投資，減少電磁污染和基站選址困難，降低“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，有利于高效率CDMA制式使用； （2）山區(qū)或荒漠地區(qū)通信：離散小區(qū)，接入不連續(xù)蜂窩小區(qū)分布，方便崇山峻嶺。地形復(fù)雜、交通不便用戶群體。例如：山區(qū)城鎮(zhèn)，重大建設(shè)工程，大型礦山和油田； （3）救災(zāi)應(yīng)急通信：有100Km/s機(jī)動(dòng)速度和穩(wěn)定常駐能力，集信息獲取、處理、分配、傳輸于一體。例如：用于大型現(xiàn)場密集信息系統(tǒng)有如在涉地千里的要害地區(qū)正上空懸掛一個(gè)無陰影的信息燈；,2020/1

13、0/10,23,平流層飛艇通信系統(tǒng)可用于下列業(yè)務(wù),（4）軍事通信：多方位密集信息用戶群的高速機(jī)動(dòng)性，集雷達(dá)、通信、指揮控制于一體，遠(yuǎn)距離、高精度、長期不間斷監(jiān)視有如一只永不停息的千里眼； （5）干線通信：高容量長距離干線傳輸，較好的傳播條件，毫米波、大氣激光的高容量承載能力，遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)接力傳輸，與地面高速公路對(duì)應(yīng)的空中高速公路； （6）綜合利用：通信、廣播、探測、監(jiān)視應(yīng)用綜合（如三峽工程），軍、警、民應(yīng)用的綜合（如沿海、邊境地區(qū)），通信、保安、交通管制應(yīng)用綜合（如大城市），長期、短期、突發(fā)事件應(yīng)用綜合（如減災(zāi)、救災(zāi)應(yīng)用）。,2020/10/10,24,無線信道的特點(diǎn),有線信道可建模為加性高斯白

14、噪聲（AGWN）和線性濾波器信道（Linear Filter Channel），信號(hào)通過有線信道后的接收信號(hào)分別為 (無限帶寬理想信道) (有限帶寬恒參信道) 上式中，是信道的衰減因子；h(t)是信道的沖激響應(yīng)。有線信道是封閉信道。,2020/10/10,25,無線信道的特點(diǎn),無線信道可建模為線性時(shí)變?yōu)V波器信道（Linear Time-Variant Filter Channel），信號(hào)通過無線信道后的接收信號(hào)為 對(duì)多徑信道 無線信道的主要特點(diǎn)是: 開放信道，極易受干擾和噪聲的影響； 無線信道接收點(diǎn)地理環(huán)境復(fù)雜，多樣； 無線通信用戶可能慢速步行，亦可能高速運(yùn)動(dòng)。,2020/10/10,26,6

15、.1.2 電磁波傳輸?shù)乃ヂ浼皩?duì)策,移動(dòng)通信中，移動(dòng)點(diǎn)接收到的無線電波功率為 上式中，d-n是無線電波的路徑損失指數(shù)；路徑損失指數(shù)描述大尺度區(qū)間（數(shù)百米）接收功率隨距離d的變化特性. s(d)是由于無線電波傳播路徑上受到障礙物阻塞而引起的慢衰落；慢衰落描述中等尺度（數(shù)百個(gè)波長）范圍內(nèi)接收中值電平的慢變化特性。 R(d)是由于多徑、多普勒效應(yīng)和接收天線的空間選擇性引起的快衰落。快衰落描述小尺寸區(qū)間（數(shù)個(gè)波長）范圍內(nèi)接收功率瞬時(shí)值的快變化特性。,2020/10/10,27,表1 不同環(huán)境下的路徑損失指數(shù),表2 1.8GHz蜂窩式移動(dòng)通信中典型環(huán)境下的擴(kuò)展值,2020/10/10,28,理論分析表明：

16、時(shí)延擴(kuò)展的均值與相干帶寬BC的關(guān)系為BC=1/2。 多普勒擴(kuò)展FS與相關(guān)時(shí)間的關(guān)系為FS1/TC，若同時(shí)考慮時(shí)延擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展，信道特性可建模為 上式中，S(; v)被稱為散射函數(shù)(Scattering Function)。 若對(duì)某一市區(qū)，查得以上三類擴(kuò)展分別為FS=120Hz，=5s，=20，則BC=1/=200KHz，TC=1/FS=83s，RC=/4=360/2(20)=3。 可見為了克服以上三類擴(kuò)展，可分別采用不同的技術(shù)手段?？朔臻g選擇性衰落可采用空間分集手段，但是分集接收機(jī)間的距離應(yīng)大于3；克服頻率選擇性衰落可采用Rake接收方式，但是在設(shè)計(jì)Rake接收時(shí)，其頻率相關(guān)區(qū)間一定要大

17、于200KHz，才有多徑分集效果；克服時(shí)間選擇性衰落可采用信道交織技術(shù)，但交織區(qū)間一定要大于83s。,2020/10/10,29,6.1.3 無線通信信號(hào)處理技術(shù),現(xiàn)代通信中，針對(duì)不同的信道特性，提出了不同的信號(hào)處理技術(shù)。 （1）信道寬帶無限，信道僅受噪聲的影響，這時(shí)可采用相關(guān)接收機(jī)或匹配濾波器技術(shù)； （2） 若在信道帶寬B內(nèi)， =常數(shù)， =常數(shù)，則稱信道為理想信道.反之，稱為非理想信道。 對(duì)h（f）一定的信道，可通過信號(hào)設(shè)計(jì)來消除符號(hào)間干擾ISI（Intersymbol Interference）。例如，可采用無符號(hào)干擾的帶限信號(hào)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（Nyquist）和具有受控ISI的帶限信號(hào)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（

18、部分響應(yīng)技術(shù)）；,2020/10/10,30,（3）若信道存在失真和噪聲，且h（f）未知，則ISI是導(dǎo)致誤碼率Pe增加的主要原因。解決方案是設(shè)計(jì)一種能補(bǔ)償或減少接收信號(hào)中ISI的電路（均衡器）。例如，MLSE接收（Maximum Likelihood Sequence Estimation）、線性均勻器、判決反饋均衡器。若信道特性是時(shí)變的，信道響應(yīng)隨時(shí)間變化，則要求均衡器能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)抽頭系數(shù)（自適應(yīng)均衡器）。 （4）在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址干擾（或多用戶干擾或同信道干擾）是導(dǎo)致誤碼率Pe增加的主要原因，解決辦法是多用戶檢測器（多用戶檢測理論）。 （5）如果希望能夠根據(jù)信號(hào)和干擾環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)天

19、線陣的空間輻射特性，這對(duì)減少多用戶干擾和解調(diào)期望的信號(hào)是有利的，這種技術(shù)就是智能天線。,2020/10/10,31,（6）無線通信中同時(shí)存在碼間干擾ISI和同信道干擾，均衡技術(shù)可以補(bǔ)償碼間干擾，但不能抑制同信道干擾，多用戶檢測可以抑制同信道干擾，但不能補(bǔ)償碼間干擾，空時(shí)二維處理可同時(shí)抑制這兩種干擾。 （7）空時(shí)編碼（Space-Time Coding）使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，在不同無線發(fā)射信號(hào)間引入時(shí)域和空域相關(guān)，接收端進(jìn)行分集接收，可獲得更高的編碼增益，提高無線通信系統(tǒng)的容量。 （8）超寬無線電技術(shù)發(fā)射具有寬帶頻譜的超低功率無載波脈沖，脈沖寬度為10ns1ns。采用脈沖位置調(diào)制方式，具有

20、抗多徑、抗干擾、輻射功率極低、通信容量大和穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。,2020/10/10,32,綜上所述，由于無線信道中存在各種衰落、碼間干擾和多用戶干擾，人們采取各種技術(shù)手段來消除它們的影響。 例如，功率控制技術(shù)抗慢衰落和遠(yuǎn)近效應(yīng)；信道交織技術(shù)抗時(shí)間選擇性衰落；Rake接收技術(shù)抗頻率選擇性衰落；分集接收和分集發(fā)射抗空間選擇性衰落；均衡技術(shù)和多載波技術(shù)抗碼間干擾；智能天線抗多用戶干擾，并有利于有用信號(hào)解調(diào)；多用戶檢測抗多用戶干擾；空時(shí)二維處理抗碼間干擾和多用戶干擾；信道編碼抗差錯(cuò)；軟件無線電能解決多頻段、多體制、多媒體統(tǒng)一化綜合終端的設(shè)計(jì)。 詳細(xì)介紹上述技術(shù)超出了本節(jié)的范圍，本節(jié)僅介紹自適應(yīng)均衡技術(shù)

21、、多用戶檢測技術(shù)、超寬無線電技術(shù)、智能天線和軟件無線電技術(shù)。,2020/10/10,33,6.2 噪聲與干擾,1噪聲的分類和來源 在通信系統(tǒng)中，除去所需要的有用信號(hào)和干擾外，其余電信號(hào)均為噪聲。 由于噪聲是影響通信系統(tǒng)性能的重要因素，所以了解各類噪聲的特性、產(chǎn)生原因及降低噪聲的方法十分重要。 噪聲對(duì)信號(hào)的影響可分為兩大類： 一類是疊加在信號(hào)上面?zhèn)鬏數(shù)模虼朔Q之為加性噪聲。加性噪聲與信道內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)存在著相加的關(guān)系；加性噪聲是獨(dú)立存在的，與信道內(nèi)有無信號(hào)無關(guān)；加性噪聲源于人為噪聲、自然噪聲和內(nèi)部噪聲。 另一類是乘性噪聲。設(shè)信道的輸入信號(hào)為ui（t），輸出總信號(hào)為u0（t），則。 上式中，n（t）

22、為加性噪聲；k（t）表示信道特性不理想，對(duì)所傳輸?shù)妮斎胄盘?hào)的乘性作用。乘性噪聲與加性噪聲不同，加性噪聲始終存在，而乘性噪聲隨信號(hào)的消失而消失。人們對(duì)乘性噪聲的研究很少。,2020/10/10,34,人為噪聲來源于其它無關(guān)的信號(hào)源。例如，各種用途的無線電發(fā)射機(jī)和各種電氣設(shè)備（如電力線、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)、電車、電源開關(guān)、變壓器和高頻電爐等）。自然噪聲來源于雷電、磁暴、太陽黑子和宇宙射線等。 內(nèi)部噪聲來源于設(shè)備本身所產(chǎn)生的噪聲。例如，電阻等電子器件分子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲和電子器件內(nèi)部載流子的起伏變化所引起的散彈噪聲等。其中，熱噪聲的噪聲功率譜密度正比于溫度、與頻率無關(guān)，又稱為白噪聲。內(nèi)部噪聲波形是不規(guī)

23、則變化的，又稱起伏噪聲或隨機(jī)噪聲。隨機(jī)噪聲是無法避免的，其波形不能準(zhǔn)確預(yù)測。 噪聲按性質(zhì)可分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。 單頻噪聲主要指無線電干擾，這種噪聲的主要特點(diǎn)是占有極窄的頻帶，可采取適當(dāng)措施防止。脈沖噪聲可由工業(yè)中的電火花、斷續(xù)電流和閃光等引起，波形呈脈沖形式，持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)度大，隨機(jī)出現(xiàn)。通過選擇工作頻段可減弱脈沖噪聲的影響。起伏噪聲來源于熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲，它們都是不規(guī)則的隨機(jī)過程，對(duì)通信的影響是最基本的,2020/10/10,35,2 信噪比和噪聲系數(shù),噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懣捎眯旁氡葋砗饬?。信噪比是傳輸過程中同一點(diǎn)上信號(hào)功率與噪聲功率之比 上式中，Ps為信號(hào)功率；Pn

24、為噪聲功率。信噪比越大，信號(hào)質(zhì)量越好。由于噪聲源在傳輸過程中處處都存在，信號(hào)不斷地有新噪聲疊加上去，使得信噪比不斷惡化。此時(shí)，采用放大信號(hào)功率的方法，由于噪聲也被同時(shí)放大，因而不能改善信噪比。要改善信噪比只有千方百計(jì)減小噪聲。例如，采用低噪聲元件、低噪聲放大器、做好阻抗匹配、隔離、濾波、屏蔽和接地等。 為了衡量信號(hào)和噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)后信噪比的變化，可引入噪聲系數(shù)的概念。噪聲系數(shù)NF定義為四端口網(wǎng)絡(luò)輸入端信噪比與輸出端信噪比之比,2020/10/10,36,3 無線電通信的干擾,無線電干擾指在射頻（9KHz3000GHz）頻段內(nèi)，可能對(duì)有用信號(hào)造成損壞的無用信號(hào)或電磁騷擾。它可能引起無線電通信系

25、統(tǒng)的接收性能下降、誤碼或信息丟失。當(dāng)干擾危害正常開展的無線電業(yè)務(wù)時(shí)，這種干擾稱為有害干擾。 無線電干擾通常按干擾的性質(zhì)分為人為干擾和自然干擾。 自然干擾來源于太陽干擾、宇宙干擾和天電干擾等，是不可控制的。 人為干擾又可細(xì)分為無線電設(shè)備干擾和非無線電設(shè)備干擾. 非無線電設(shè)備干擾包括工業(yè)、科研、醫(yī)療等電器設(shè)備干擾和電力線干擾等，為防止其對(duì)無線電設(shè)備產(chǎn)生有害干擾，國家標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定了其使用頻率和輻射允許值的大小。 無線電設(shè)備干擾是無線電通信的主要干擾，下面主要介紹同頻干擾和交互調(diào)干擾。,2020/10/10,37,1. 同頻干擾,同頻干擾類型很多，下面簡單介紹三種可能存在同頻干擾的情況： (1) 外來

26、干擾頻率接近或等于接收的射頻頻率，經(jīng)混頻后落入接收機(jī)中頻而引起的干擾，亦稱為同信道干擾。 (2) 外來干擾頻率fn作用到混頻器輸入端，它與本振信號(hào)頻率fL滿足時(shí)，干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)中頻而引起的干擾, 亦稱為鄰信道干擾。 (3) 進(jìn)入混頻器的信號(hào)fs、本振fL、它們的各次諧波及和差頻中的某些分量接近或等于接收機(jī)中頻時(shí)引起的干擾, 亦稱組合頻率干擾。,2020/10/10,38,2. 同信道干擾,頻率復(fù)用是引起同信道干擾的原因。例如，C波段衛(wèi)星與地面微波站間可能存在同頻干擾。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，同頻率組小區(qū)間存在同信道干擾。對(duì)于六邊形蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，若每個(gè)小區(qū)的大小都差不多，基站發(fā)射功率也相同，

27、則同頻信號(hào)干擾比例與基站發(fā)射功率無關(guān)，而是小區(qū)半徑R和相距最近的同頻小區(qū)的中心距離D的函數(shù)。當(dāng)路徑衰減指數(shù)n=4時(shí)，信干比為 上式中，N為簇大小。當(dāng)N=3、7、12時(shí)，S/I8dB、17.3dB、22.5dB。 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受同信道干擾限制，為了減小同信道干擾，同頻小區(qū)必須在物理上隔開一個(gè)最小距離。一般選N=7，即可為無線電波傳播提供足夠的隔離。,2020/10/10,39,3. 鄰信道干擾,鄰信道干擾主要分為中頻干擾、鏡頻干擾和鄰信道組合干擾。 當(dāng)干擾信號(hào)頻率fn=fi時(shí)，如果接收機(jī)輸入回路選擇性不好，該干擾信號(hào)進(jìn)入變頻器，并被放大產(chǎn)生中頻干擾。對(duì)中頻干擾的抑制方法主要是提高變

28、頻器前面電路的選擇性，增強(qiáng)對(duì)中頻信號(hào)的抑制或設(shè)置中頻陷波器。 當(dāng)m=n=1時(shí)，fn=fL+fi=fs+2fi，相應(yīng)的干擾電臺(tái)頻率等于本振頻率fL與中頻fi之和。如果接收機(jī)采用高中頻方案，有用信號(hào)頻率fs比本振頻率fL低一個(gè)中頻頻率fi。若將fL所在位置比作一面鏡子，則fn與fs分別位于fL的兩側(cè)，且距離相等，互為鏡像，故稱為鏡頻干擾。抑制鏡頻干擾的方法是提高變頻器前面各級(jí)電路的選擇性和提高中頻頻率fi。由于fi提高，fs與fn之間的頻率間隙2fi加大，有利于對(duì)fn的抑制。,2020/10/10,40,鄰信道干擾,除上述兩種情況外，m1，n1出現(xiàn)的干擾均稱為鄰信道組合干擾。例如m=n=2，2fn

29、=2fLfi。因?yàn)?fn-2fL=2fn-2（fs+fi）=fi，所以，若存在如下兩種頻率fn1=fs+fi/2和fn2=fs+3fi/2，將可能產(chǎn)生鄰信道組合干擾。當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入變頻器時(shí)，這些干擾信號(hào)與本振信號(hào)對(duì)應(yīng)的諧波頻率構(gòu)成和頻、差頻，形成一系列干擾源。例如，fs=660KHz，fL=1125KHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次組合干擾頻率為fn1=892.5KHz，fn2=1357.5KHz。對(duì)應(yīng)的三次組合（m=n=3）干擾頻率為fn1=970KHz，fn2=1280KHz，這些頻率成分都可能由變頻器對(duì)應(yīng)的諧波轉(zhuǎn)換成中頻頻率。,2020/10/10,41,4. 組合頻率干擾,由于變頻器使用的是非線性器

30、件，而且工作在非線性狀態(tài)。變頻管的電流中不僅含有直流分量、信號(hào)頻率和本振頻率成分，還含有信號(hào)和本振頻率的各次諧波，以及它們的和頻、差頻等組合頻率分量，即含有mfLnfn分量。當(dāng)這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻時(shí)，就能進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)檢波器輸出產(chǎn)生對(duì)有用信號(hào)的干擾。 若fLfi，則mfL-nfsfi。例如，fL=1396KHz，fs=931KHz，fi=fL-fs=465KHz，2fs-fL=466KHz。顯然，這個(gè)差頻能被中頻放大器放大，并與標(biāo)準(zhǔn)中頻同時(shí)加入到檢波器。由于檢波器也是非線性元件，故有466-465=1KHz的低頻信號(hào)通過低頻放大器產(chǎn)生嘯叫，干擾正常通信。減弱組合頻率干

31、擾的方法有：適當(dāng)選擇變頻電路的工作點(diǎn)；輸入信號(hào)不能太大；選擇合適的中頻，使其遠(yuǎn)離在變頻過程中可能產(chǎn)生的組合頻率。,2020/10/10,42,5. 交調(diào)和互調(diào)干擾,當(dāng)加在接收機(jī)輸入端放大器上的電壓除有用信號(hào)外，同時(shí)還伴有一個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)時(shí)，由于器件的非線性，將引起多個(gè)信號(hào)間的相互作用而造成干擾。,2020/10/10,43,6.3 自適應(yīng)均衡技術(shù),1.Nyquist準(zhǔn)則和部分響應(yīng)技術(shù) 2.時(shí)域均衡器 3.自適應(yīng)均衡技術(shù) 若信道特性是未知的或信道響應(yīng)隨時(shí)間變化，則應(yīng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)抽頭增益，適應(yīng)信道的變化，達(dá)到均衡器性能指標(biāo)最優(yōu)的目的。能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)抽頭增益的均衡技術(shù)稱自適應(yīng)均衡技術(shù)。 下面簡單介紹

32、能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)抽頭增益的兩種方案。 若在發(fā)端周期性地發(fā)射訓(xùn)練序列，收端利用最小峰值失真準(zhǔn)則周期性地計(jì)算出最佳抽頭增益，保證均衡器性能指標(biāo)最優(yōu)，則可以減少或消除碼間干擾。 發(fā)端周期性地發(fā)射訓(xùn)練序列，降低了信道的有效性，這一問題在TDMA系統(tǒng)中尤其嚴(yán)重，克服辦法是盲均衡。盲均衡主要利用發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式、脈沖成形函數(shù)和字符的星座圖等信息，通過相關(guān)算法調(diào)節(jié)抽頭增益，減少或消除碼間干擾。例如，恒模算法利用通信信號(hào)包絡(luò)恒定的信息；有限字符算法利用星座圖上的信號(hào)空間點(diǎn)有限的信息；非高斯性算法利用高階統(tǒng)計(jì)量估計(jì)非最小相位信道；循環(huán)平穩(wěn)性算法利用以1/T采樣的通信信號(hào)是廣義平穩(wěn)的，而時(shí)間過采樣或空間過采樣得到的

33、通信信號(hào)具有循環(huán)平穩(wěn)性。詳細(xì)討論自適應(yīng)均衡技術(shù)的各種算法可參閱相關(guān)文獻(xiàn)。,2020/10/10,44,6.4 多用戶檢測技術(shù),多用戶共用無線信道傳輸是無線電通信的基礎(chǔ)。FDMA用頻率區(qū)分不同用戶；TDMA用時(shí)隙區(qū)分不同用戶；CDMA用偽隨機(jī)碼序列區(qū)分不同用戶。 多用戶檢測技術(shù)能抗多址干擾和多徑干擾，其核心技術(shù)是多用戶檢測器。 圖4.13是多用戶檢測器的一般結(jié)構(gòu)。圖4.13a是傳統(tǒng)的單用戶檢測接收機(jī)。它將多址干擾和多徑干擾等效為加性高斯白噪聲來處理，這是一種消極的處理方式；圖4.13b是充分利用已知偽隨機(jī)碼結(jié)構(gòu)信息與統(tǒng)計(jì)信息聯(lián)合檢測的多用戶接收機(jī)；圖4.13c和4.13d是考慮了無線信道多徑特點(diǎn)

34、的多徑多用戶最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu)，在圖4.13c中, 多徑合并放在多用戶檢測之前，在圖4.13d中, 多徑合并放在多用戶檢測之后。,2020/10/10,45,a傳統(tǒng)的單用戶檢測接收機(jī) b聯(lián)合檢測的多用戶接收機(jī),c 、d多徑多用戶最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu),2020/10/10,46,多用戶檢測的主要優(yōu)點(diǎn)是：消除或減弱多址干擾的有效手段；消除或減弱多徑干擾的有效手段；消除和減弱遠(yuǎn)近效應(yīng)的有效手段；改善系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)容量和增大小區(qū)覆蓋范圍的有效手段。主要缺點(diǎn)是：增加了延時(shí)和設(shè)備復(fù)雜性。 多用戶檢測器分為最優(yōu)檢測器（最大似然MLSD檢測器）和準(zhǔn)優(yōu)型多用戶檢測器。 準(zhǔn)優(yōu)型多用戶檢測器又分為線性多用戶檢測和非線性多

35、用戶檢測。 線性多用戶檢測器又分為非自適應(yīng)型多用戶檢測器和自適應(yīng)型多用戶檢測器。 非線性多用戶檢測器又分為干擾抵消型、序列檢測、分組檢測和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測等。 多用戶檢測技術(shù)的發(fā)展方向是各種組合優(yōu)化技術(shù)。例如，空時(shí)二維信號(hào)處理技術(shù)、多用戶檢測與多載波調(diào)制相結(jié)合的技術(shù)、多用戶檢測與信道編碼相結(jié)合的技術(shù)和多用戶檢測與功率控制相結(jié)合的技術(shù)等。,2020/10/10,47,6.5 無線寬帶通信信號(hào)處理技術(shù),第一代無線通信系統(tǒng)的技術(shù)特征是模擬通信，信號(hào)處理方式為模擬信號(hào)處理； 第二代無線通信系統(tǒng)的技術(shù)特征是數(shù)字通信，信號(hào)處理方式為統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理，并且主要是一維時(shí)域處理； 第三代無線通信系統(tǒng)的技術(shù)特

36、征是二維處理，例如，3G的無線接口標(biāo)準(zhǔn)是：IMT-DS(Direct Spread) 、IMT-MC(Multi Carrier)、IMT-TD(Time-Code)、IMT-SC(Single Carrier)和IMT-FT(Frequency-Time)。CDMA、多載波、時(shí)頻和頻時(shí)二維處理是其主要技術(shù)特征 3G技術(shù)達(dá)到的最高傳輸速率是：高速運(yùn)動(dòng)144kb/s、步行速率384kb/s和室內(nèi)環(huán)境2Mb/s。要達(dá)到更高的無線傳輸速率，必需采用新的無線通信信號(hào)處理技術(shù)，例如，三維處理和超寬無線電技術(shù)空時(shí)編碼、時(shí)頻處理、空時(shí)頻三維處理和超寬無線電。,2020/10/10,48,6.2 微波技術(shù)基礎(chǔ)

37、,6.2.1 微波傳感器 6.2.2 微波化學(xué) 6.2.3 微波加熱 6.2.4 現(xiàn)代微波工程,2020/10/10,49,微波是波長很短（1m1mm）、頻率很高 (300MHz300GHz)的電磁波，既具有電磁波的性質(zhì)，又不同于普通的無線電波和光波。 微波具有以下特點(diǎn)： (1)定向輻射的裝置容易制造； (2)遇到各種障礙物易于反射； (3)繞射能力較差； (4)傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、火焰、灰塵、強(qiáng)光等的影響很?。?(5)介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)。,微波特點(diǎn),2020/10/10,50,6.2.1 微波傳感器,微波傳感器是利用微波特性來檢測一些物理

38、量的器件。 原理： 由發(fā)射天線發(fā)出的微波，遇到被測物體時(shí)將被吸收或反射，使功率發(fā)生變化。若利用接收天線接收通過被測物體或由被測物反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由測量電路處理，就實(shí)現(xiàn)了微波檢測。 分類：1）反射式 ；2）遮斷式 組成：主要是微波振蕩器和微波天線。 微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，頻率很高(300MHz300GHz) ，要求振蕩回路非常小的電感和電容，因此，不能用普通晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體元件。小型微波振蕩器也可以采用體效應(yīng)管。,2020/10/10,51,由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)需要用波導(dǎo)管(波長在10cm 以

39、上可用同軸線)傳輸，并通過天線發(fā)射出去，為了使發(fā)射 的微波信號(hào)具有一致的方向性，天線應(yīng)具有特殊的結(jié)構(gòu)和形 狀。常用的天線有喇叭形天線和拋物面天線等。圖6-1示 出幾種形式的微波天線。,微波天線,圖6-1 微波天線,2020/10/10,52,1反射式傳感器 這種傳感器通過檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過時(shí)間間隔來表達(dá)被測物的位置、厚度等參數(shù)。 2遮斷式傳感器 這種傳感器通過檢測接收天線接收到的微波功率的大小，來判斷發(fā)射天線與接收天線間有無被測物或被測物的位置等。,微波傳感器分類,2020/10/10,53,2020/10/10,54,1微波液位計(jì) 圖6-2為微波液位檢測示意圖，相距為S的發(fā)射

40、天線和 接收天線間構(gòu)成一定的角度。波長為入的微波從被測液位反 射后進(jìn)人接收天線。接收天線接收到的功率將隨被測液面的 高低不同而異。,微波傳感器的應(yīng)用,圖6-2 微波液位計(jì)示意圖,2020/10/10,55,接收天線接收的功率Pr，可表示為 （6.2-1） 式中，d兩天線與被測液面間的垂直距離；Pi、 Gi發(fā)射天線發(fā)射的功率和增益；Gr接收天線的 增益。當(dāng)發(fā)射功率、波長、增益均恒定時(shí)，只要測 得接收功率Pr，就可獲得被測液面的高度d。,1微波液位計(jì),2020/10/10,56,圖6-3為微波開關(guān)式物位計(jì)示意圖。當(dāng)被測物位較低 時(shí)，發(fā)射天線發(fā)出的微波束全部由接收天線接收，經(jīng)放大 器、比較器后發(fā)出正

41、常工作信號(hào)。當(dāng)被測物位升高到天線所 在的高度時(shí)，微波束部分被吸收，部分被反射，接收天線接 收到的功率相應(yīng)減弱，經(jīng)放 大器、比較器就可給出被測 物位高出設(shè)定物位的信號(hào)。,2微波物位計(jì),圖6-3 微波開關(guān)式物位計(jì)示意圖,2020/10/10,57,當(dāng)被測物低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收到的功率P0為 (6.2-2) 被測物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線接收的功率Pr 為 (6.2-3) 式中，由被測物形狀、材料性質(zhì)、電磁性能及高度所決 定的系數(shù)。,微波物位計(jì),2020/10/10,58,水分子是極性分子，常態(tài)下成偶極子形式雜亂無章地分 布在物質(zhì)中。在外電場作用下，偶極子會(huì)形成定向排列。當(dāng) 微波場中

42、有水分子時(shí)，偶極子受場的作用而反復(fù)取向，不斷 從電場中得到能量(儲(chǔ)能)，又不斷釋放能量(放能)，前者表 現(xiàn)為微波信號(hào)的相移，后者表現(xiàn)為微波的衰減。這種特性可 用水分子自身的介電常數(shù)來表征，即 （6.2-4） 式中，儲(chǔ)能的度量；衰減的度量；常數(shù)。 與不僅與材料有關(guān)，還與測試信號(hào)頻率有關(guān)，所有極 性分子均有此特性，一般干燥的物體，如木材、皮革、谷 物、紙張、塑料等，其在15范圍內(nèi)，而水的則高達(dá)64。,3微波濕度(水份)傳感器,2020/10/10,59,圖6-4是測量酒精含水量的儀器框圖，其中MS產(chǎn)生的 微波功率經(jīng)分功器分成二路，再經(jīng)衰減器A1、A2分別注入 到兩個(gè)完全相同的轉(zhuǎn)換器T1、T2中。其

43、中T1放置無水酒 精，T2放置被測酒精樣品。相位與衰減測定儀(PT、AT)分 別反復(fù)接通兩路(T1、T2)輸出，自動(dòng)記錄和顯示它們之間的 相位差與衰減差，從而確定出樣品酒精的含水量。,微波濕度(水份)傳感器,圖6-4 灑精含水量測量儀框圖,2020/10/10,60,微波測厚度原理如圖6-5所示。這種測厚儀是利用微波在傳播過程中遇到被測物金屬表面被反射，且反射波的波長與速度都不變的特性進(jìn)行測厚的。,4微波測厚儀,圖6-5 微波測厚儀原理圖,2020/10/10,61,采用微波自動(dòng)平衡電橋法。微波傳輸行程作為測量臂， 而完全模擬測量臂微波行程設(shè)置一參考臂(圖13-15右部) ， 利用補(bǔ)償位移去平

44、衡被測金屬片的厚度。補(bǔ)償短路器的位移 與被測物厚度增加量之間的關(guān)系為 S=LB(LALA)=LB(LAh)= h （6.2-4） 式中，LA電橋平衡時(shí)測量臂行程長度；LB電橋平衡時(shí) 參考臂行程長度；LA被測物厚度變化h后引起測量臂 行程變化值；h被測物厚度變化值；S補(bǔ)償短路 器位移值。 由上式可知，補(bǔ)償短路器位移值S即為被測物厚度變化 值h。,微波測厚度原理,2020/10/10,62,6.2.2 微波化學(xué),分析化學(xué)中的微波制樣技術(shù) 一 微波制樣技術(shù)概述 二 微波加熱制樣的基礎(chǔ)理論 三 微波消解法的應(yīng)用,2020/10/10,63,溶樣是分析化學(xué)中最普通的操作步驟之一 ，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的分析技術(shù)需

45、要樣品以液體狀態(tài)進(jìn)行。 盡管樣品溶解既重要又廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)常用的樣品消解方法不僅時(shí)間長而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，且在這些方法中，多數(shù)要采用象高氯酸那些對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員有潛在危險(xiǎn)的酸消解方法。 而微波制樣技術(shù)則是更加先進(jìn)和現(xiàn)代化的制樣技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面 1 可獲得在密閉容器內(nèi)的高溫，高壓導(dǎo)致的更快的反應(yīng)速度 2 能消除樣品中存在的或在溶樣過程中形成的揮發(fā)性分子組 分中難以控制的痕量元素的損失 3 可以得到相對(duì)開口燒杯溶樣較低的空白值。,2020/10/10,64,微波是電磁能，微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)引起分子運(yùn)動(dòng)的非離子化輻射能，但分子結(jié)構(gòu)不變。微波最常用的頻率是2450MHz，

46、這是大多數(shù)家用微波爐的應(yīng)用頻率。 用微波加熱樣品的加熱方式部分的取決于樣品的介質(zhì)耗散因子。耗散因子是樣品的介質(zhì)損失與樣品的介電常數(shù)的比值；介電常數(shù)是樣品阻止微波能通過的能力的量度，損失因子是樣品耗散微波能量的量度。當(dāng)微波能進(jìn)入樣品時(shí)，樣品的耗散因子決定了樣品吸收能量的速率。 在分析樣品用量較少時(shí)，微波能可以完全穿透樣品加熱所有的樣品液體，從而溶液能很快達(dá)到沸點(diǎn)。,2020/10/10,65,微波消解用開口回流容器植物，生物和食品樣品的元素分析 微波消解法在藥物工業(yè)方面的應(yīng)用 生物樣品的微波消解用電熱原子吸收光譜法進(jìn)行硒的分析 微波消解法在測定凱氏氮中的應(yīng)用,2020/10/10,66,凱氏定氮

47、法是最常用來測定氮含量的一種方法，其主要包括以下三步： 1 用濃硫酸和添加物（氧化劑，催化劑及鹽類的不同組合）消解使有機(jī)氮轉(zhuǎn)變成銨鹽。 2 在堿性溶液中使銨鹽分解成可以定量蒸出和回收的NH3。 3 用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定法測定NH3。 消解的困難來自氧化過程的兩個(gè)相反目標(biāo)：一定要將碳氧化成其最高價(jià)態(tài)，二氧化碳；同時(shí)，氮一定要以氮的最低價(jià)態(tài)銨離子形式保留下來。,2020/10/10,67,常規(guī)凱氏消解法 傳統(tǒng)凱氏消解法需要把樣品，催化劑，鹽和硫酸一起加到反應(yīng)容器里，然后加熱60120min。多數(shù)情況下，凱氏消解的成功取決于消解期間溶液的溫度，一般而言，主要含雜環(huán)或芳香氨的樣品要比主要含脂肪族氨的樣品需要更

48、高的消解溫度。 濃硫酸在約330。C沸騰，所以為了達(dá)到高于此的溫度，需要把鹽（通常為硫酸鉀）加到酸中提高酸的沸點(diǎn)。消解期間達(dá)到的溫度依賴于酸與鹽的比例（酸指數(shù)）。酸指數(shù)越低，消解混合物的最終溫度越高。因此，由于酸被揮發(fā)，酸指數(shù)降低所導(dǎo)致的溫度超過400 。C，將會(huì)使氮的損失和回收率降低。,2020/10/10,68,微波凱氏消解法 微波能以光速傳播，并可透過玻璃和石英容器壁，因而迅速被整個(gè)酸樣品混合物所吸收。硫酸吸收微波能的能力很強(qiáng)，所以可迅速的被加熱。在微波加熱期間，消解混合物的溫度可在2min內(nèi)上升到360 。C，在總共4min內(nèi)達(dá)到400 。C。由于冷卻速率恒定，所以微波消解期間酸會(huì)稍稍

49、過熱，一旦溫度達(dá)到400 。C，微波電源即被切斷。這里不存在可把熱轉(zhuǎn)移到樣品上的熱質(zhì)，因此加熱會(huì)馬上停止而溫度也就不會(huì)超過400 。C。 相比較而言，用微波加熱法制樣，可非?？斓倪_(dá)到最佳消解溫度，并保持足夠長的時(shí)間以達(dá)到完全消解，且溶液可以立刻冷卻以避免氮損失。 此外還有一些不單單是速度方面的優(yōu)勢。通過溫度反饋裝置控制消解溫度，便會(huì)改進(jìn)消解精密度；而把微波加熱和微處理控制的卡羅酸加入結(jié)合起來以完成凱氏消解，便可以不用催化劑，從而避免使用催化劑而形成有害的廢料。,2020/10/10,69,6.2.3 微波加熱,1、微波加熱原理 微波是一種高頻率的電磁波，其頻率范圍約在300300 000MHz

50、(相應(yīng)的波長為10001cm)在300MHz至300GHz之間它具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性 微波量子的能量為1 99l0 -25 19910-22j它與生物組織的相互作用主要表現(xiàn)為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。,2020/10/10,70,1、微波加熱原理,微波能夠透射到生物組織內(nèi)部使偶極分子和蛋白質(zhì)的極性側(cè)鏈以極高的頻率振蕩，引起分子的電磁振蕩等作用，增加分子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生。 微波還能夠?qū)滏I、疏水鍵和范德華產(chǎn)生作用，使其重新分配，從而改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象與活性。 生物體的非熱特性生物效應(yīng)是微波的重要特性之一，它已成為醫(yī)學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方面研究的

51、一個(gè)重要方面，同時(shí)它也能為微波理療或微波手術(shù)等方面提供理論依據(jù) 隨著人們對(duì)微波加熱技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入，它已引起了許多科學(xué)工作者的關(guān)注，并在一些方面進(jìn)行了深入而廣泛的研究。,2020/10/10,71,2、微波的特性,1. 選擇性加熱 物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。 物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對(duì)較小，其對(duì)微波的吸收能力比

52、水小得多。因此，對(duì)于食品來說，含水量的多少對(duì)微波加熱效果影響很大。 2. 穿透性 微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致。 3. 熱慣性小 微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。,2020/10/10,72,3、微波的生物效應(yīng)

53、機(jī)制,當(dāng)微波作用于生物體時(shí)，在生物控制系統(tǒng)的作用和調(diào)節(jié)下，生物體必然要建立新的平衡狀態(tài)以適應(yīng)外界電磁環(huán)境條件的變化，因此也就必然產(chǎn)生某些生物效應(yīng) 微波的生物效應(yīng)主要是由微波的熱效應(yīng)，其次是非熱效應(yīng)所引起的 。,2020/10/10,73,3.1 微波的熱效應(yīng),微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)是指由微波引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對(duì)生物體產(chǎn)生的生理影響 熱效應(yīng)主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場的作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動(dòng)而摩擦生熱；體內(nèi)離子在微波作用下振動(dòng)也會(huì)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量；一般分子也會(huì)吸收微波能量后使熱運(yùn)動(dòng)能量增加 如果生物體組織吸收的微波能量較少，它可借助自身的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過血循環(huán)將吸收的微波能量(熱

54、量)散發(fā)至全身或體外 如果微波功率很強(qiáng)，生物組織吸收的微波能量多于生物體所能散發(fā)的能量，則引起該部位體溫升高局部組織溫度升高將產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，如使局部血管擴(kuò)張，并通過熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)使血循環(huán)加速，組織代謝增強(qiáng)，白細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)，促進(jìn)病理產(chǎn)物的吸收和消散等,2020/10/10,74,微波的加熱優(yōu)點(diǎn),微波自身的特性決定了微波具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)加熱迅速，均勻。不需熱傳導(dǎo)過程，且具有自動(dòng)熱平穩(wěn)性能，避免過熱。 (2)加熱質(zhì)量高，營養(yǎng)破壞少，能最大限度的保持食物的色、香，味，減少食物中維生素的破壞。 (3)安全衛(wèi)生無污染，對(duì)食品的殺菌能力強(qiáng).因?yàn)槲⒉苁强刂圃诮饘僦瞥傻募訜崾覂?nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以

55、微波泄露被有效的抑制，沒有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染。既不污染食物，也不污染環(huán)境。微波殺菌除了熱效應(yīng)之外還有生物效應(yīng)，許多病菌在微波加熱不到100時(shí)就全部被殺死。,2020/10/10,75,微波的加熱優(yōu)點(diǎn),(4)節(jié)能高效。由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱，沒有經(jīng)過其他中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此除少量的傳輸損耗外幾乎無其他損耗。比一般常規(guī)加熱省電約30%-50%。 (5)具有快速解凍功能。在微波場中，凍結(jié)食品在從內(nèi)到外同時(shí)吸收微波能量，使凍結(jié)食品整體發(fā)熱，容易形成整體均一的解凍，縮短解凍時(shí)間，迅速越過一50C - 0這個(gè)易發(fā)生蛋白質(zhì)變性、食品變色變味的溫度帶，以保持食品的品

56、質(zhì)不致下降。,2020/10/10,76,3.2 微波的非熱效應(yīng),微波的非熱效應(yīng)是指除熱效應(yīng)以外的其他效應(yīng)，如電效應(yīng)、磁效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)等 在微波電磁場的作用下，生物體內(nèi)的一些分子將會(huì)產(chǎn)生變形和振動(dòng)，使細(xì)胞膜功能受到影響，使細(xì)胞膜內(nèi)外液體的電狀況發(fā)生變化，引起生物作用的改變，進(jìn)而可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等 微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經(jīng)傳導(dǎo)電位、細(xì)胞活動(dòng)膜電位等)的節(jié)律，會(huì)導(dǎo)致心臟活動(dòng)、腦神經(jīng)活動(dòng)及內(nèi)分泌活動(dòng)等一系列障礙 對(duì)微波的非熱效應(yīng)，人們還了解的不很多當(dāng)生物體受強(qiáng)功率微波照射時(shí)，熱效應(yīng)是主要的(一般認(rèn)為，功率密度在在10mWcm2者多產(chǎn)生微熱效應(yīng)且頻率越高產(chǎn)生熱效應(yīng)的閾強(qiáng)度越低)；長期

57、的低功率密度(1 m Wcm2 以下)微波輻射主要引起非熱效應(yīng),2020/10/10,77,4. 微波爐,一、微波爐加熱原理 什么是微波：微波是波長很短（1mm1000mm) 的電磁波,是由交變的電場和磁場組成。 微波爐產(chǎn)生的微波頻率為：2450MHZ 。 微波特性： （1）能被金屬材料反射。 （2）可以透射絕緣體。 （3）能被有極分子吸收。如：水、酸等。 微波加熱原理： 微波的輻射，會(huì)引起食物內(nèi)部有極分子高 速擺動(dòng)和劇烈的相互摩擦，產(chǎn)生熱量 使食物在很短的時(shí)間內(nèi)被熱熟 。,2020/10/10,78,二、微波爐結(jié)構(gòu)示意圖,三、微波爐主要部件作用,2020/10/10,79,1.磁控管：磁控管是微波爐的心臟，用于產(chǎn)生和發(fā)射微波,2020/10/10,80,2.電源變壓器：把220V電壓改變成各 部件所需要的電壓,2020/10/10,81,3.倍壓電容器和倍壓整流二極管,倍壓電容： 1F/2100V 倍壓整流二極管： 1A/4700V,2020/10/10,82,4 .爐門：爐門中間的玻璃觀察窗中間夾有層金屬網(wǎng)可防止微波泄漏。爐門上還裝有雙門鉤，是控制電源通斷的聯(lián)動(dòng)開關(guān),2020/10/10,83,5.定時(shí)器：定時(shí)器可控制微波