微波传感器（第10章 辐射与波式传感器）

微波传感器（第10章 辐射与波式传感器）

摘要

本文档介绍了微波传感器的基本原理、分类、组成、特点及应用。微波传感器利用微波（波长1m~1mm，频率300MHz~300GHz）与物质相互作用的特性进行非接触式测量。传感器分为反射式和遮断式两种工作模式，由微波发生器、微波天线和微波检测器三部分组成。文档详细阐述了微波液位计和微波湿度传感器的工作原理，其中微波湿度传感器利用水分子极性在微波场中产生相移和衰减的特性进行湿度测量。

核心内容

• 微波定义：介于红外线与无线电波之间的电磁波，波长范围1m~1mm
• 传感器分类：反射式（检测反射信号）和遮断式（检测阻断/吸收信号）
• 组成部件：微波发生器（速调管、磁控管、固态元件）、微波天线（喇叭形、抛物面形、柔性天线）、微波检测器（PN结、隧道结元件）
• 特点：非接触、宽频谱、抗恶劣环境、响应快、可实现遥测遥控
• 应用：微波液位计（基于反射功率测量液位高度）、微波湿度传感器（基于水分子极性引起的相移和衰减）

关键公式

• 微波液位计接收功率公式：$P_r=(\lambda /4\pi {)}^2·P_t{G}_t{G}_r/(s^2+4d^2)$
• 水分子介电常数：$\epsilon =\epsilon \text{'}+\alpha \epsilon \text{'}\text{'}$（储能分量和放能分量）