微波天线在传感器上应用原理分析

微波是波长为1m～1mm的电磁波，既具有电磁波的性质，又不同于普通的无线电波和光波。微波相对于波长较长的电磁波具有下列特点：①空间辐射的装置轻易制造；②碰到各种障碍物易于反射；③绕射能力较差；④传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘、强光等的影响很小；⑤介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例、水对微波的吸收作用最强。

微波振荡器和微波天线是微波传感器的重要组成部分。微波振荡器是产生微波的装置。由于微波很短，频率很高（300MHz～300GHz），要求振荡回路有非常小的电感与电容，因此不能用普通晶体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的器件有速调管，磁控管或某些固体元件。小型微波振荡器也可以采用体效应管。

由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管（波长在10cm以上可用同轴线）传输，并通过天线发射出往。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构结和外形。常用的天线有喇叭形天线和抛物面天线等。

由发射天线发出的微波，碰到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由丈量电路处理，就实现了微波检测。根据这一原理，微波传感器可分为反射式与遮断式两种。

1、反射式传感器

这种传感器通过检测被测物反射回来的微波功率或经过期间间隔来表达被测物的位置、厚度等参数。

2、遮断式传感器

这种传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小，来判定发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等参数。图11-5为微波液位示意图，相距为s的发射天线和接收天线间构成一定的角度。波长为λ的微波从被测液面反射后进进接收天线。接收天线接收到的功率将随被测液面的高低的不同而异。接收天线接收的功率Pr可表示为

　　

当发射功率、波长、增益均恒定时，只要测得接收功率Pr就可获得被测液面的高度d。

图11-6为微波开关式物位计示意图。当被测物位较低时，发射天线发出的微波束全部由接收天线接收，经放大器、比较器后发出正常工作信号。当被测物位升高到天线所在的高度时，微波束部分被吸收，部分被反射，接收天线接到的功率相应减弱，经放大器、比较器就可给出被测物位高出设定物位的信号。

当被测物位低于设定物位时，接收天线接收的功率为

　　

被测物位升高到天线所在高度时，接收天线接收的功率为

　　

式中η--由被测物外形、材料性质、电磁性能及高度所决定的系数。