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郑州大学
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课程：天线与电波传播 指导老师：
绪论 微波技术在日常生活中可谓无处不在，应用非常广泛。如常用到的电磁炉，微波炉，以及微波技术在食品中的应用，微波加热，微波杀菌等等，都对我们的日常生活有着重要的影响。
其中，最常见的莫过于微波加热和微波杀菌了。 微波加热：微波具有一定的能量（电磁场能）。在一定的条件下，它作为一直工能源予以应用，微波对物料的作用有物理、化学、生物等效应，可用于各种目的，但应用最广泛的是微波加热。微波加热是极高频率的电磁振荡作用于具有电极性的物料分子，使其分子排列趋向剧烈变化，而产生激烈的类似于“摩擦”的效果。使物体变热。此过程即微波的电磁场能量转化为热能。水分子是极性分子，强烈吸收微波。含有水分的物料在受到足够的微波辐射时，其中的水分子吸收微波很快的升温蒸发，物料得以迅速干燥。 微波杀菌：微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变性，使细菌失去营养、繁殖和生存的条件而死亡；生物效应是微波电磁场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细胞因此营养不良，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。 微波的主要特点是它的似光性、穿透性和非电离性。似光性指它与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样地传播和集中；穿透性指它与红外线相比，照射介质时更易深入物质内部；非电离性指它的量子能量还不够大，与物质相互作用时虽能改变其运动状态，但还不足以改变物质分子的内部结构或分子间的键。微波的应用主要是利用它的这些特点。 在工农业生产、科学研究、医学、生物学以及人民生活等方都有广泛的应用。
在工农业生产上的应用主要包括测量和加热两个方面。测量属于弱功率应用，利用微波可以测量包括温度、湿度、厚度、速度、长度等各种非电量，其特点是测量设备不需与被测量的对象接触非接触式测量)，特别适宜在生产流水线上连续监测并进行实时自动控制。例如，在钢铁工业中用微波测量炉温、料面深度、钢板厚度，以及测量并控制吹氧炼钢中氧枪与钢水液面之间的距离等。用微波量钢板厚度要比用γ射线测量更为优越，其测量精度不受钢板化学成分影响，且一般不必采取辐射防护施。其他应用还有：在石油工业测定石油的微小含水量；在纸和纺织业中测量和控制纸张或织物中的水分；在机械铸造业中测定和控制型砂中的含水量等。专门制造的微波水分仪可用于测量谷物、土壤、木材、烟草、药品和墙砖等各种介质材料的含水量。利用微波的法拉第效应，可以测量几 十万伏超高压输电线上的电流。微波在工农业生产上的另一类应用──加热，属于强功率应用，例如可以产生微波等离子体，在大规模集成电路中刻蚀亚微米级的精细结构和制造光通信所需要的高纯度光纤；可使包装好的食品进行消毒或使冷藏食物解冻；可对高分子化合物进行热定形；可用于干燥食品、木材、纸张及影胶片等涂膜材料等（见微能应用）。家庭用微波灶也已得到应用，其性能日趋完善。
下面，将介绍微波电路在雷达方面在实际生活中的应用。
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应用一：基于FPGA多功能汽车防撞雷达系统的研究
随着社会的发展，微波技术理论的成熟，高科技产品不断更新。各国对汽车防撞雷达技术的研究情况也有所差异。进入90年代以后，德国和英国联合研究开发的汽车防撞雷达，工作频率为35GHz，探测作用距离150米，探测目标物体的距离和相对速度可通过信号处理系统实现，并可计算出安全距离，当处于碰撞危险的范围时，雷达系统会通过相应的措施进行报警。该系统装置运行稳定可靠，己适用于小汽车等装置中。日本研制的60GHz汽车防撞雷达，调制方式采用调频连续波，频宽150MHz，探测范围为120米，可探测出距离、速度角度，也是通过报警信号进行提醒，但拥有自动校正汽车行驶方向的功能。美国主要研制EVT-300防碰撞雷达报警系统，该系统可对行驶环境进行实时监测，并同时跟踪多达20个目标，但仅限于同一车道，也是通过声音和光信号进行报警。而国内对汽车防撞雷达技术的研究相比国外还有一定差距，但随着国内微电子技术发展的不断成熟，天线和收发组件研究也取得一定进展，汽车防撞雷达技术的研究也己全面展开，其中研制出的毫米波雷达系统的工作频率为35GHz,测距范围大于100米，测试范围大于100千米/小时，该雷达系统采用DSP技术进行设计，具有体积小和适应各气候条件等优点，且可跟踪多个目标，低虚警率，高分辨率等特点。因此，国内在研究汽车防撞雷达技术方面己朝着成熟稳健的方向发展。自适应巡航控制(ACC)系统可能是汽车防撞雷达技术的未来发方向，其既可减轻驾驶员的操作强度，又可提高行驶的舒适性，ACC巡航控制有两个明显的发展趋势，一方面是随着ACC系统装车率的增加，可实现低成本;另一方面是ACC功能的进一步扩展，将为驾驶员提供更加完善便利的汽车控制功能。碰撞报警系统目前的主要问题表现为较低的报警可靠性和较高误报率，进一步提高防撞雷达系统的功能还需不断研究。总之，未来雷达系统技术必朝着安全、稳定、多样化、舒适性等方向发展。
1、 信号处理在汽车防撞雷达系统中的应用
利用电子设计自动化软件进行雷达信号处理系统的建模、仿真和设计，可提高设计效率和雷达信号处理系统的性能。雷达信号处理系统的电路设计大都采用数字信号处理芯片(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)等，这些器件的集成度高，包括大量的运算单元或逻辑单元，使雷达信号处理的设计更加灵活。DSP虽然速度快，但是常用于处理复杂的数学运算，对于数据采集系统要求的简单高速的读写操作，便是一种资源的浪费。而采用Cyclone II系列的EP2C35型号的FPGA在高速数据采集上具有更大的优点，其具有充足的硬件基础及硬件描述语言进行编程，对整个系统的设计方面具有一定的优化作用，信号处理包含如下:
傅立叶变换
信号成分的频率由汽车之间的距离、相对速度和信号成分的幅值合成，所以信号成分的叠加可得到接收信号。除接收信号的A/D转换器外，首先需对接收信号进行频谱分析，来获得目标的相对距离和相对速度等信息。因此要通过傅立叶变换算法将一系列等距离扫描的时间信号值变换为具有等距离频率间隔的一系列频谱功率密度值。
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探测
探测是搜索雷达目标的特有的频率信号，由于不同目标的信号强度和同一目标在不同的时间的信号强度差别很大，故需采用具有能找到真实目标的信号峰值和对噪声或干扰信号的信号成分不灵敏的专门识别器。对每个频谱进行噪声分析，并确定与噪声功率的频谱分布有关的闽值曲线。
目标识别
利用多斜面FMCW测量原理，可以在每一个调制斜面上找到一个雷达目标频率，该目标频率是由目标间的距离和相对速度获得。如果在频谱中有许多目标频率，则难以识别出这些目标频率的相关性。
跟踪
跟踪是将当前识别到的目标测量数据与先前测量的数据进行比较。如在新测量中找到目标距离和速度的范围，就可判断该目标为先前的目标;如不被找到，则要进一步使用预测的目标数据。如果是多个反射信号来自一个目标的不同距离，则在跟踪目标时需要一些附加措施。
2、 汽车防撞雷达的调制波形
简单矩形脉冲雷达调制波形
脉冲压缩雷达调制波形
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