非接触式人体生命体征微波探测仪设计毕业论文(编辑修改稿)

非接触式人体生命体征微波探测仪设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

展。 孔径雷达、毫米波雷达、全相参雷达、超视距雷达、双 /多基地雷达、三坐标雷达和单脉冲雷达等将作为主要发展体制，敏感蒙皮与共形阵天线也会迅速发展并且得到应用，雷达的多传感器的融合技术、组网技术将是其发 展的方向。 通过通用化、系列化和模块化的技术设计，从而不断使得雷达的可靠性、维修性等获得提高，也是雷达系统的发展主题。 现代雷达的突出特点是：侦察一反侦察、隐蔽一反隐蔽、摧毁一反摧毁、干 7 扰一反干扰，也称作是“四抗”。 雷达的信号截获和隐蔽。 雷达的电子干扰与抗干扰。 雷达向武器系统提供攻击目标与防止被摧毁从而提高战场中的生存能力等都是矛盾的两个方面。 电子技术不断的迅速发展，使得雷达在这样的矛盾中不断发展、互相促进。 雷达系统要不断取得新的更大发展只有不断创造新体制、发展新技术、不断适应新的军事和经济需求。 8 第 3 章 物质的微波穿透实验研究 微波的特性 （ 1）波长短：它不同于一般的无线电波，因微波波长短到毫米 ,它具有类似光一样有直线传播性质。 （ 2）频率高：微波已成为一种电磁辐射，趋肤效应、辐射损耗相当严重。 所以在研究微波问题时要采用电磁场和电磁波的概念和方法。 不能采用集中参数元件。 需要采用分布参数元件，如波导、谐振腔、测量线等。 测量的量是驻波比，频率。 特性阻抗等。 （ 3）量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围约为 106～ 103eV。 许多原子和分子发射和吸收的电磁波能量正好处于微波波段内，人们正是利用 这一特点研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学、量子电子学等新兴学科，并研制了量子放大器、分子钟和原子钟。 （ 4）穿透性。 微波照射到介质时能深入到介质内部的特点，成为穿透性。 一方面，大气中的云、雾、雪等对微波传播影响较小，这是微波能穿透这些介质而基本不受影响，这为全天候微波通信和遥感技术打下了基础。 另一方面，微波是唯一能穿透电离层的电磁波（光波除外），具有穿透特性。 再一方面，微波能穿透生物体，这位微波生物医学打下了基础。 （ 5） 热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。 另一方面，微波的输出 功率随时可调，介质 的 温升 情况 可 以 无惰性的 变化 ，不存在余热 的 现象， 对 自动控制和连续化生产 而言是很有必要的。 似光 、 似声性 微波 的 波长 比较 短， 和 地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）相比，在 尺寸 上面 相对要小得多，或 者是 同一量级。 从而使 微波的特点 和 几何光学 类 似， 这就是 似光性。 这样一来， 使用微波工作能 够 使电路元件尺寸减小；使得 系统更紧凑； 也能够 制成体积小，方向性很强，增益高的 天线 系统，接受 从 地面或空间 其他 物体反射回来的微弱信号， 接着 确定物体 的 方位 与 距离， 并 分析目标特征。 因为 微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸 是同 量级 的 ， 所以 微波的特点又 和 声波 类似 ， 这就是 似声性。 比 如微波波导 和声学中的传声筒相似 ；喇叭 天线 与 缝隙天线 就好比 声学喇叭，萧与笛；微波谐振腔 与声学共鸣腔相似 （ 6)非电离性 由于 微波的量子能量不够大， 还不足以 改变物质分子的内部结构或 者说 破坏分子之间的键。 再 从物理学方面看 ，分子 原子核原子核在外加电磁场的周期力作 9 用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因 此 微波为探索物质的 基本特性和 内部结构 提供了 很好 的研究手段。 另一方面， 还可以利用这一特性 制作许多微波器件 信息性 因为 微波 的 频率很高，所以在不大的相对带宽下 可以 用的频带很宽，可 以 达到 数百甚至上千兆赫兹。 这是低频无线电波 不能与之相比的。 这 就表示 微波的信息容量大， 所以现在卫星通信系统、多路通信系统等都是工作在微波波段。 另外，微波信号还提供 极化 信息， 相位 信息，多普勒频率信息。 这在 遥感目标特征分析 ，目标检测 等应用中 显得 十分重要。 基 于微波具有上述特点，微波作为一门独立学科得到人们的重视，获得迅速的发展。 微波应用 微波主要应用是在雷达和通信方面。 另外还应用在科学研究、工农业生产、医学、生物学以及人民生活等方面。 工农业生产上主要应用在测量和加热两个方面。 测量是属于弱功率方面的应用，温度、湿度、厚度、速度、长度等各种非电量都可以利用微波来测量，它的特点是测量设备时不需要与被测量的对象进行接触 (非接触式测量 )，在生产流水线上连续监测并进行实时自动控制就可以运用到这一特点。 比如，钢铁工业中用测量炉温、料面深度、钢板厚度时可以应用到微波 ，测量并控制吹氧炼钢中氧枪与钢水液面之间的距离的时候也可以应用微波。 测量钢板厚度用微波要比用γ射线测量显得更为优越，钢板中的化学成分不会影响微波测量的精确度，一般情况下也不需要采取辐射防护措施。 其他方面的运用还有：造纸和纺织业中测量和控制纸张或织物中的水分；石油工业中测定石油的微小含水量；机械铸造业中测定和控制型砂中的含水量等。 为了测量谷物、土壤、木材、烟草、药品和墙砖等各种介质材料的含水量还专门制造了微波水分仪。 微波的法拉第效应还可以运用来测量几十万伏超高压输电线上的电流。 在工农业生产上微波的另一类运用─ ─加热，它是属于一种强功率应用，比如它能够产生微波等离子体，并在大规模的集成电路中刻蚀亚微米级的精细结构，也可以制造光通信所需要的高纯度光纤；能够将包装好的食品进行消毒或者解冻冷藏食物；可以用来给高分子化合物进行热定形；也能够干燥食品、木材、纸张及电影胶片等。 家用微波灶也已得到很好的应用而且其性能也日趋完善。 探测大地、普查地球资源、测绘地形地物、监视农作物的生长，以及侦察军事目标等可以运用微波遥感配合可见光以及红外同感。 微波遥感与可见光和红外遥感相比，其特点是可以全天候工作，但是得到的图像的空间分辨率较低 是其缺 10 点。 穿透性 微波 与 其它用于辐射加热的电磁波 相比 ， 就拿 红外线、远红外线 来说吧，这两者的 波长 就 更长 一些 ， 所以穿透性要更好一点。 微波 进入 介质 后 ， 由于 介质损耗 而 引起的介质 的 温度升高， 让 介质内部 和 外部同时加热升温，形成 了 热源状态，使得正常加热状态下的热传导时间缩短了很多 ， 并且介质温度和 介质损耗因数呈现出 负相关 的 关系时，物 料内 部与 外加热均匀一致。 微波受物质 的 影响 能力， 是 由介质损耗因数决定 的。 介质损耗因数大 那么它的 吸收能力就强， 与之 相反，介质损耗因数小 那么它的 吸收微波的能力也 就 弱 了。 因为不同 物质的损耗因数 是不一样 ，微波加热 的 选择性加热特点 就会表现出来。 不同的物质 ，产生的热效果也不 会相 同。 水分子属 于 极性分子， 其 介电常数 比 较大，介质损耗因数也大， 所以 对微波 表现出较 强 的 吸收能力。 但是碳水化合物 、蛋白质 等的介电常数 比 较小， 所以 对微波的吸收能力 与 水 相比就 小得多。 因此 ，微波加热食品 的时候 ，含水量的多少对 其 效果影响 就会 很大。 穿透性相关实验 （ 1） 实验研究所构建的原理图 图 5 频谱分析仪： 频谱分析仪的简介： 频谱分析仪是一种对电信号频谱结构进行研究的仪器，用在信号失真度、谱纯度、调制度、交调失真和频率稳定度等信号参数的测量方面，可以用做测量滤波器和放大器等电路系统中的某些参数，也是一款多用途的电子测量仪器。 也可以称为跟踪 示波器 、频域示波器、谐波分析器、分析示波器、 11 傅里叶分析仪或 频率特性 分析仪等。 现代的频谱分析仪的分析结果能够以数字方式或模拟方式显示，能够分析的电信号可以是 1 赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段。 仪器内部如果采用微处理器和数字电路，具有运算和存储功能；配置了标准接口后就可以容易构成 自动测 试系统。 频谱分析仪的工作原理： 频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器，面板上布建许多功能控制按键，作为系统功能之调整与控制。 实时频率分析仪（ RealTime Spectrum Analyzer）具备为在同瞬间显示频域的信号振幅的功能，它的工作原理针对的是不同频率信号而有相对应的滤波器与检知器（ Detector），再由同步多任务扫瞄器把信号传到 CRT 屏幕上，这样的优点是能够很好的把周期性杂散波（ PeriodicRandom Waves）的瞬间反应显示出来，但是这样的缺点则是价昂且性能受限于频宽范围、滤波 器的数目与最大的多任务交换时间（ Switching Time）。 （ 2）实验器材 图 6 频谱仪，信号生射器和信号接收器 信号发生器： 信号 发生器指的是产生所需参数的电测试信号的一种 仪器。 它可以按照信号波形分为 正弦信号 、 脉冲信号 、函数（波形）信号和随机信号发生器这四类。 信号发生器也可以称作信号源或者振荡器，被广泛的运用在生产实践和科技领域。 各种波形 曲线 都能够用三角函数方程式表示。 能够产生多种波形，如三角波、 锯 12 齿波 、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 信号发生器的工作原理： 信号发生器可以产生频率为 20Hz～ 200kHz 的正弦信号（低频）。 除了能够 输出电压外，有的还有功率输出功能。 其用途也很广泛，能够用在测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的增益、 频率特性 、 通频带 ，也能够用作高频信号发生器的外调制信号源。 在校准 电子电压表 时，它也能提供 交流信号 电压。 低频信号发生器的 原理 ：系统包括主振级、主振输出调节电位器、输出衰减器、 电压放大器 、 阻抗变换器 （输出变压器）、功率放大器和指示 电压表。 （ 3） 不同材料的实验测试以及波形图 第一种 材料的测试： 图 7 书包测试 13 图 8 书包测试数据 第二种材料测试： 图 9 铁片测试 14 图 10铁片测试数据 第三种材料测试： 图 11 吸波材料测设 15 图 12 吸波材料测试数据 第四种材料的测试： 图 13 纸板的测试 16 图 14 纸板测试的数据 表 1 实验测试所得数据 关于 dBm 的简介 dBm 意即分贝毫 X，可以表示分贝毫伏，或者分贝毫瓦。 电压或电场 E(mV) 与 U39。 (dBm) 的换算公式为： 20 lgEdBmU39。  ；功率与 P （瓦特）换算公式： 10l gP30dB mP39。  (P:瓦； P。