微波技术发展及应用

微波技术发展及应用
【摘要】微波技术是20-21世纪最重要的科学技术之一，微波技术应用广泛，从国防军事上的雷达技术到广播、卫星通信再到民用的微波炉，微波技术已经紧紧的融入每一个人的生活之中，微波技术正在成为尖端科学发展中不可或缺的现代技术。

本文主要是叙述了微波技术的发展起源以及它在各个领域中的应用，最后根据对微波技术这些年的发展情况，提出了微波技术的不足，以及展望了未来。

【关键词】微波技术；国防军事；国民；生活；发展情况
1、微波的起源与发展
微波的理论研究起步于1900年。

经过科学家几十年的不断的研究，二战时期成为微波技术蓬勃发展的时期，在那个时候国防军事领域，雷达，也就是无线电检测的概念和理论逐步发展，因为电磁波在波导中传输中表现出的优良特性，使得微波电真空振荡器、微波管、微波无线电的发展十分迅速。

在二战之后，微波技术的研究与应用逐渐从国防军事为主转变向民用工业领域过渡，其实最具有代表性的便是家用微波炉以及工业微波炉等一系列产品的推出。

人们快速的接受了这种产品，因为微波炉是一种快捷的、能量能够转化均匀的加热工具。

在设计微波炉时，通常使炉腔的边长为1/2微波导波波长的倍数，并且在金属板上涂覆非磁性材料，形成谐振腔。

微波经波导管输入炉腔内时，在腔壁内来回反射，每次传播都穿过和经过食物使食物加热，同时采取一定的措施使微波电场能量
分布均匀。

微波加热的特点就是内加热，所需时间短，不依靠热传导，均匀受热，操作简单，安全无害，节约能源。

如今微波炉已经成为全世界各地广泛使用的食品加工器具。

2、微波的特点
2.1 波长短
微波是一种波长范围在1mm-1m的电磁波。

可细分为米波、分米波、厘米波、毫米波。

它的波长和频率如表格所示：
微波具有似光性，如表格所知，波长很短，具有直线传播的性质。

根据似光性，制作出的天线系统具有良好的方向性，可以接收不同的波段。

这样，几十空间或地面发出的微弱回声也不担心接收不到，因此可以通过微波来确定该物体的方向和距离。

因此微波技术在雷达、导航和通信，广播中得到了广泛的应用。

2.2 频率高
由2.1的表格可以看出微波的微波的频率很高，周期和频率乘积恒为一，因此振荡周期很短。

它的频率由产生微波的电子线路参数决定的。

根据实验得知，我们需要将微波固体器件、微波电子管替代一般的电子管，用作放大器，衰减器，隔离器。

因为频率越高，损耗也随之提高，携带的信息也越来越丰富。

微波传输的波长跟线度很像，容易被阻断，所以我们更加需要使用不同的元器件来替换分立的电容器、电感器以及电阻器等。

2.3 穿透能力强
一定频带的微波可以穿入到介质内部，而微波的能量可以通过
地球上的空电离层不断被吸收，对于水来说也是会被吸收产生热能。

所以利用微波技术可以实现宇宙导航并且为医疗电疗的研究和开发提供了便利。

2.4 非电离性
微波的量子能量很低，非向前散离可以忽略，这样的能量不足以提供改变分子之间的内部结构的能力，因此可以说明物体和微波之间的电离的程度很低。

2.5 量子特性
很多原子和分子能级间所要吸收跃迁辐射出来的波长刚好处在微波频段的中，人们利用这种量子特性研究原子和分子的结构，发展一系列学科以及边缘学科，比如量子无线电物理，量子光学，量子通信，微波光谱等等。

3、微波技术的现代运用
3.1微波加热原理与微波炉
微波炉由很多的器件组成，其中最为主要的就是微波发生器，又称作磁控管，包括微波管和电源。

微波产生的交变磁场可让食物极化，电源提供稳定的连续波微波功率，在高频交流的电磁效应下，极性分子在磁场中交替排列，每秒的微波振动可达数亿次。

这种振荡让分子不停的运动，分子之间产生摩擦，使分子获得高能，在食品释放大量的热，从而使得实物均匀受热。

所以使用微波必须注意的是食物需要有水分，否则将无法加热。

微波只在炉腔内传播，金属外壳可以隔绝电磁波而避免辐射。

3.2 微波通信
微波通信是1950年左右的产物，[1]当时由于其通信频带宽、一次性投入大但后期低、施工方便、建设速度快等一系列优点而取得了快速的发展。

此外，微波通信抗灾能力强，它不会太受风、水的灾害带来的影响。

即使有天灾人祸，微波通信一般不会受到干扰。

因为微波的频率高波长短，遇到阻挡就会被反射或被阻断，所以微波在空中传送的过程中会受到干扰。

因此不能在同一方向上使用频率相同的微波，微波电路的建设须在管理部门的严格管理下进行。

因为离散度与频率选择性衰落的影响，又没有好的方法去解决问题，因此数字微波技术就此中断。

因此在1980年左右，数字微波传输技术发生了突破性的变化。

而到九十年代，由于自适应编码调制解调技术的发展，在各地建立的中继站，再加上微弱信号检测的迅速发展，所以今天的移动通信传输才可以得到广泛的运用。

在1980年至1990年间，自适应编码调制和解调技术与信号处理和信号检测技术快速发展，今天，带宽越来越大，从有线到无线的发展，甚至高品质记录的多领域的信号设计与处理等的应用，发挥了重要的作用数字微波技术在目前来说有着广阔的发展空间及应用前景，需要因地制宜的安排不同传输手段，在某些领域，微波技术还占据着不可忽略的重要地位。

3.3 工业微波技术
微波技术目前也在材料的合成、微波解冻、冶金矿物、杀菌、垃圾处理、微波萃取、样品分析等领域发挥着主要的作用。

微波技
术在无机合成材料的研究，已取得良好的进展，主要是在硬质合金、导体材料，锂电池正极材料、高温材料，合成金刚石、沸石分子筛、陶瓷材料等方面。

并且具有低能源消耗、速度快、合成温度低等一些了性能特点。

[2] 微波技术在矿石预处理、金属氧化物矿的碳热还原的应用，具有能耗低、速度快、浸出率高、产品性能优良和环境效益好等特点。

可以想象，在矿产冶金能源消耗大的领域中，微波技术带来的影响将是难以估计的，在这个领域中，这样的发展前景将带来的是巨大的经济效益。

微波技术还可以用于处理工业污泥，对医疗垃圾进行灭菌。

处理电子垃圾，建筑垃圾，生活垃圾等等。

常规使用处理垃圾的方法比如说焚烧，填埋等，这些方法都有可能产生二次污染。

而人们经过长期努力发明了微波处理污染的技术，既解决了常规处理带来的一系列问题，保护了环境，操作时间短，又节省了处理的费用，可谓是一举数得。

微波技术与传统技术相比较，具有操作简单，该效率，保证了国家绿色经济和可持续发展的政策。

不易造成二次污染，减少能源的损耗和治疗的费用，解决了常规治疗，如堆肥，焚烧，填埋，投资，占地面积大的而带来的问题。

综上所述，微波处理废物快速，高效，工艺流程简单，能耗低，成本低，资源回收利用率高和环境效益好，有很好的应用前景。

越来越多的人开始关注微波技术，目前，微波技术已经开始在国内开始广泛推广。

此外，微波技术也被用于在食品安全的鉴定、石油原油的开采、环境、化妆品、调味品和合成的材料的处理等等方法。

3.4 军用微波技术
微波和无线电道理一样，密闭金属可屏蔽，微波也被称为无线电频率武器。

战争中的微波强度很大，基本上没有武器可以阻止它，在现代的战争中运用也越来越频繁，微波武器通常通过长距离的对光电设备的干扰，使仪器出现问题，最后引爆仪器，达到直接摧毁仪器的目标，在战争中，微波的作用更加不容忽视。

微波武器与激光武器相比，激光采用的是高强度激光产生的热能去摧毁一切事物，分子间的相互摩擦越来越快，使得电磁的能量转化成为热能，微波的波束宽，波长短，频率高，不受灾害天气的影响。

其杀伤机理可分为“非热效应”和“热效应”两种。

所有的内侧和外侧在同一时间产生热量，以突然产生高温，火力易于控制，从而使敌方对抗措施更加困难和复杂化。

微波武器的工作机制是根据微波和照射对象，选择不同的频率，其实是用频率低的较低轻型微波武器，主要作为战争中的武器来用。

与此之外，还有一种频率较高的高能微波武器，这种武器杀伤力较大，毁灭性强，所以一般不经常出现在战争中，更多的是作为一种研究。

作为微波武器，还有一点至关重要，就是使用什么去发射不同频率的微波，在战争中，通常使用的是飞机，航母舰艇，甚至是卫星。

这样的话，可以从天上，陆地，海面各方为发动攻击。

让敌方的飞机，计算机等设备统统被摧毁，特别是指挥和通信的部位，作战网络的联系信息以及其他重要信息战的关键部位。

一旦目标遭受物理损伤就会丧失战斗力，且其受损伤的部位不能被修复。

作为世
界前列的军事强国，中国一直高度关注微波武器、大型激光武器，在几代科学家一直在努力研发各种武器，近几十年的辛苦打造，中国的微波武器和激光武器已经开始投入使用。

4、微波技术的展望
虽然在各个领域，微波技术已经有了广阔的前景，但是目前，微波技术的运用仍停留在实验的积累，而且需要验证准确的检测方法，我们需要在巩固加强理论研究的同时，进行各系列的实验，完善各种理论，从而可以造出更多适合国防军事或者用民用的微波仪器设备。

微波技术已经在多方面展现出它的魅力，我们需要将它完全融入生活，我们通过多方面的研究成果可以得知，微波技术可以在未来的几十年之内成为常规的工业生产以及其他很多领域的技术。

但是就我们所知的是，由于微波的特殊性，目前还没有一个科学家找到一个合理的理论来解释，所以微波技术在某些领域仍然存在盲点。

微波技术的应用目前仍处于一个巨大的转折点中，发展的可塑性很强，世界范围军事变革需求强力牵引，各国开始研发微波武器，成为新一代军事国家。

而民用发面，微波处理材料、大型工业微波炉等一系列令人兴奋的实验室研究成果已经出炉。

走向产业化的迫切需要，一系列的研究成果会逐步实现现代化、工业化，对中国的经济建设作出了巨大的影响。

深度的微波技术的应用和发展是非常重要的，因为只要通过正确的理论指导，与实践才可以出成果。

在我国，微波技术应该引起关注，预计理论研究带来的突破性进展会指引真正意义上微波技术应用时代的到来。

【参考文献】
[1]吕洪国，赵玉莲，高葆新.微波技术在通信产业中的应用与发展前途[j].国外电子测量技术，1997（02）.
[2]冯敬广.微波加热在矿物冶金以及钛冶金中的应用[j].科教创新，2009（04）.。