微波与低频无线电波及高频光波的区别

微波、低频无线电波和高频光波都是电磁波谱中的不同部分，它们在频率范围、波长、传播特性、应用领域等方面存在一些区别。

微波(Microwave) 是电磁波谱中介于超短波（米波）与红外线之间的波段． 它属于无线电波中波长最短（即频率最高）的波段。其频率范围从300 MHz （波长1m) 至3000GHz （波长0.1mm) 。通常又将微波波段划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个分波段，在通信和雷达工程上还使用拉丁字母来表示微波更细的分波段。图1给出了微波在电磁波谱中的位置，表1给出了常用微波波段的划分。

1. 对于低于微波频率的无线电波，其波长远大于电系统的实际尺寸。可用集总参数电路的理论进行分析，即为电路分析法；

2. 频率高于微波波段的光波、X 射线、Y 射线等，其波长远小千电系统的实际尺寸，甚至与分子、原子的尺寸相比拟。因此可用光学理论进行分析，即为光学分析法；

3. 微波则由于其波长与电系统的实际尺寸相当，不能用普通电子学中电路的方法研究或用光的方法直接去研究，而必须用力的观点去研究，即由麦克斯韦尔方程组出发，结合边界条件来研究系统内部的结构，这便是场分析法。

正因为微波波长的特殊性，所以它具有以下特点

1) 似光性

微波具有类似光一样的特性，主要表现在反射性、直线传播性及集束性等几个方面．即：由于微波的波长与地球上的一般物体（如飞机、轮船、气车等）的尺寸相比要小得多。或在同一量级，因此当微波照射到这些物体上时会产生强烈的反射，基于此特性人们发明了雷达系统；微波如同光一样在空间直线传播，如同光可聚焦成光束一样，微波也可通过天线装置形成定向辐射，从而可以定向传输或接收由空间传来的微弱信号以实现微波通信或探测。

2) 穿透性

微波照射到介质时具有穿透性，主要表现在云、雾、雪等对微波传播的影响较小。这为全天候微波通信和遥感打下了基础，同时微波能穿透生物体的特点也为微波生物医学打下了基础；另一方面，微波具有穿越电离层的透射特性，实验证明：微波波段的几个分波段，如1~10GHz 、20~30GHz 及91GHz 附近受电离层的影响较小，可以较为容易地由地面向外层空间传播，从而成为人类探索外层空间的“无线电窗口”，它为空间通信、卫星通信、卫星遥感和射电天文学的研究提供了难得的无线电通道。

3) 宽频带特性

我们知道，任何通信系统为了传递一定的信息必须占有一定的频带，为传输某信息所需的频带宽度叫做带宽。例如，电话信道的带宽为4kHz, 广播的带宽为16kHz, 而一路电视频道的带宽为8MHz 。显然，要传输的信息越多，所用的频带就越宽。一般一个传输信道的相对带宽（即频带宽度与中心频率之比）不能超过百分之几，所以为了使多路电视、电话能同时在一条线路上传送，就必须使信道中心频率比所要传递的信息总带宽高几十至几百倍。而微波具有较宽的频带特性，其携带信息的能力远远超过中短波及超短波，因此现代多路无线通信几乎都工作在微波波段。随着数字技术的发展，单位频带所能携带的信息更多，这为微波通信提供了更广阔的前景。

4) 热效应特性

当微波电磁能量传送到有耗物体的内部时，就会使物体的分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热，这就是微波的热效应特性。利用微波的热效应特性可以进行微波加热，由于微波加热具有内外同热、效率高、加热速度快等特点，因而被日益广泛应用于粮食、茶叶、卷烟、木材、纸张、皮革、食品等各种行业中。另外．微波对生物体的热效应也是微波生物医学的基础。

5) 散射特性

当电磁波入射到某物体上时，会在除入射波方向外的其它方向上产生散射。散射是入射波和该物体相互作用的结果。所以散射波携带了大量关于散射体的信息。打个比方：早晨，当太阳还没有升起来的时候，我们虽然无法直接看到太阳，但当我们看到天空被染成鱼肚白或云被染成红色时，我们就知道太阳在地平线下不远的地方了，这个信息就是通过大气或云对阳光的散射作用而传递给我们的。由于微波具有频域信息、相位信息、极化信息、时域信息等多种信息，人们通过对不同物体的散射特性的检测，从中提取目标特征信息，从而进行目标识别，这是微波遥感、雷达成像等的基础。另一方面，还可利用大气对流层的散射实现远距离微波散射通信。

6) 抗低频干扰特性

地球周围充斥着各种各样的噪声和干扰，主要归纳为：由宇宙和大气在传输信道上产生的自然噪声，由各种电气设备工作产生的人为噪声。由于这些噪声一般在中低频区域，与微波波段的频率成分差别较大，它们在微波滤波器的阻隔下，基本不能影响微波通信的正常进行。这就是微波的抗低频干扰特性。

微波除了具有以上一些特性外，还有以下几个特点：

1) 视距传播特性

各波段电磁波的传播特性是不一样的，长波可沿地表传播，短波可利用电离层反射实现天波传播。而超短波和微波只能在视距内沿直线传播，这就是微波的视距传播特性。但由于地球表面的弯曲和障碍物（高山、建筑物等）的阻拦，微波不能直接传播到很远的地方去（ 一般不超过50 km), 因此在地面上利用微波进行远距离通信时，必须建立中继站，并使站与站之间的距离不超过视距．微波信号就像接力棒一样一站一站地传递下去。这样显然增加了通信的复杂程度。

2) 分布参数的不确定性

在低频情况下，电系统的元器件尺寸远远小于电波的波长，因此稳定状态的电压和电源的效应可以被认为是在整个系统各处同时建立起来的，系统各种不同的元件可用既不随时间、也不随空间变化的参量来表征，这就是集总参数元件。而微波的频率很高，电磁振荡周期极短，与微波电路中从一点到另一点的电效应的传播时间相比是可比拟的，因此就必须用随时间、空间变化的参量，即分布参量来表征。由于分布参量明显的不确定性，增加了微波理论与技术的难度，从而增加了微波设备的成本。另外，随着电子设备主频越来越高。高速电路间的分布效应越来越明显，因此高速电路设计也越来越依赖于微波理论。

3) 电磁兼容与电磁环境污染

随着无线电技术的不断发展，越来越多的无线设备在相同的区域同时工作，势必会引起相互干扰。尤其是在飞行器、舰船上不同通信设备之间的距离极小就会产生相互干扰，另外在十分拥挤的公共场所，众多的移动用户之间的相互影响也是显而易见的，这就必须考虑电磁兼容的问题；另一方面，越来越多的无线信号充斥于人们的生活空间，必然对人体产生影响。因此从某种意义上说，电磁环境污染已成为新的污染源。这方面已引起各国政府和科技界的广泛重视。