微波天線在傳感器上的使用

微波是波長(zhǎng)為1m～1mm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。微波相對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波具有下列特點(diǎn)：①空間輻射的裝置輕易制造；②碰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、灰塵、強(qiáng)光等的影響很小；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)。

微波振蕩器和微波天線是微波傳感器的重要組成部分。微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波很短，頻率很高(300MHz～300GHz)，要求振蕩回路有非常小的電感與電容，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。

由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)需要用波導(dǎo)管(波長(zhǎng)在10cm以上可用同軸線)傳輸，并通過天線發(fā)射出往。為了使發(fā)射的微波具有一致的方向性，天線應(yīng)具有特殊的構(gòu)結(jié)和外形。常用的天線有喇叭形天線和拋物面天線等。

由發(fā)射天線發(fā)出的微波，碰到被測(cè)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(cè)物或由被測(cè)物反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由丈量電路處理，就實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。根據(jù)這一原理，微波傳感器可分為反射式與遮斷式兩種。

1、反射式傳感器

　 這種傳感器通過檢測(cè)被測(cè)物反射回來的微波功率或經(jīng)過期間間隔來表達(dá)被測(cè)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(cè)接收天線接收到的微波功率的大小，來判定發(fā)射天線與接收天線間有無被測(cè)物或被測(cè)物的位置等參數(shù)。

圖11-5為微波液位示意圖，相距為s的發(fā)射天線和接收天線間構(gòu)成一定的角度。波長(zhǎng)為λ的微波從被測(cè)液面反射后進(jìn)進(jìn)接收天線。接收天線接收到的功率將隨被測(cè)液面的高低的不同而異。接收天線接收的功率Pr可表示為

當(dāng)發(fā)射功率、波長(zhǎng)、增益均恒定時(shí)，只要測(cè)得接收功率Pr就可獲得被測(cè)液面的高度d。

圖11-6為微波開關(guān)式物位計(jì)示意圖。當(dāng)被測(cè)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)出正常工作信號(hào)。當(dāng)被測(cè)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，接收天線接到的功率相應(yīng)減弱，經(jīng)放大器、比較器就可給出被測(cè)物位高出設(shè)定物位的信號(hào)。

當(dāng)被測(cè)物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為

被測(cè)物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線接收的功率為

式中η--由被測(cè)物外形、材料性質(zhì)、電磁性能及高度所決定的系數(shù)。