微波技术

微波技术的发展历程

　　自从赫兹发现了电磁波之后人们就逐渐开始加强了对微波的研究，但是长期以来由于微波器件发展的限制，微波技术的发展相对较为落后。

　　在20世纪之初就有人对其进行了大量的微波实验，但是由于大部分接收器在灵敏度方面存在着较大的缺陷，并没有取得较为明显的进展，直到1936年微波技术才逐渐开始从理论研究转移到实际应用，这主要得益于波导技术的进一步发展。

　　随后几年当中随着信息技术的进一步拓展，美国电话电报公司的George C.Southworth，将波导用作宽带传输线并申请了ZL，同时，美国麻省理工学院的M.L.Barrow完成了空管传输电磁波的实验，这些工作为规则波导奠定了理论基础，推动了微波技术进一步向前发展。

　　20世纪40年代，第二次世界大战期间，雷达的出现和使用引起了人们对微波理论和技术的高度重视，并研制了很多微波器件，在此期间，微波技术迅速发展并在实际应用中得到认可。但在当时战争条件下，各国都忙于实际应用，对微波理论的研究尚为欠缺，所以使得微波理论滞后于实际应用。

　　自从第二次世界大战之后，各国逐渐将精力集中到经济技术发展层面，微波技术的应用得到了进一步的发展，在之后的几十年当中微波技术的应用更加细化，并逐渐形成了射电气象、射电天文等一系列微波子学科。

　　在进入到21世纪之后，由于微波技术固体器件的进一步发展，微波技术逐渐朝着定向与小型化的方向不断发展，同时应用领域也得到了进一步的拓展，同时随着芯片体积的进一步缩小，现阶段微波单片已经可以实现真正的集成化。

微波技术应用原理

　　1、微波加热

　　加热是微波技术应用的一个重要方面，其基本原理在于通过微波技术技术实现电磁能向热能的转化，即介质在吸收微波的过程当中会将微波中的电磁能通过介质运动转化为热能，将介质放入到微波的电磁场中，介质在微波的带动之下会产生一种高速的震动，震动的频率可能会超过每秒几亿次。

　　在这种高速运动当中，电磁场的方向也会重新排布，分子运动也必须要克服周边场力，在这种类似于摩擦的运动过程当中，可以将电磁能量直接转化为介质的内能，从而有效提升介质的温度。

　　2、微波灭菌

　　微波技术在灭菌中的应用其基本原理不仅应用了微波的热效应，同时也利用了微波的非热效应。通过微波的热效应许多微生物可以在瞬间被杀死，部分细菌的生物结构甚至会被完全破坏。其次，微波还存在着一定的非热效应，即在微波环境当中，细菌的空间结构以及蛋白质等成分可能会发生破坏，这就必然导致微波的物理生物活动受到较大的影响，对于部分细菌来说微波还会直接造成细菌的死亡。

　　现阶段微波灭菌已经具有较为广泛的应用基础，在食品行业当中也具有较为广泛的应用。与传统加热灭菌方式进行对比微波灭菌具有较大的优势，首先，传统加热方式灭菌只能将温度提升到100℃左右，而微波加热则可以获得更高的问题，因此相对于传统灭菌方式来说微波加热在灭菌彻底性方面具有较为广泛的应用。

微波的特点

　　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。它的波长和频率如下表所示：

　　微波具有似光性，由上表可知，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、频率高

　　由上表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。

　　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YL电疗的研究和开发提供了便利。

　　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。

　　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。

微波技术在各个领域中的应用

　　1、微波制茶工艺：充分发挥微波微热效应和非热特殊效应作用，升温速度快，茶叶中的水分子在微波电磁场中被极化，使茶叶从内部深层快速升温，达到钝化酶的临界点温度，非常适合绿茶及其它特种茶的杀青和干燥作业。茶叶的有效营养成分基本不损失，而且色、香、味都大大好于传统的加工方法。

　　2、食品工业：民以食为天，食品工业是我国迅速崛起的支柱产业。利用微波可对食品进行干燥菌、熟化、焙烤、脱腥、膨化和保鲜处理。目前已用于米粉、麦片、豆奶粉、袋装、卤菜类、肉类小包装、方便面、保健茶、糕点、牛肉干、土豆片、鱼片干、盐水鸭、腰果、花生米、瓜子、大豆等许多方面的生产中。

　　3、制药工业：微波技术在制药工业上的应用主要在以下几个方面：粉状、颗粒状、片状、丸状粘液状等医药制品的干燥灭菌，中草药材的快速干燥、杀虫、灭菌。中草药微波萃取，口服液的杀菌等方面。

　　4、木材加工：微波可对1-6 公分厚的木板进行均匀、快速烘干，干燥只需十几分钟，且不开裂变 形小，同时杀死木材内部的卵虫和幼虫;也可对胶合板或拼板胶接的固化处理以及竹制品木制工艺品干燥、灭霉、杀菌。

　　5、橡胶工业：橡胶工业微波加热设备对轮胎作一次加热，升温到硫化温度后用热风保温，可硫化3-4 吨重量的轮胎;喇叭天线作为辐射加热器，利用程序控制对大型轮胎进行旋转扫描，其优点是加热均匀、硫化时间缩短三分之一。

　　6、杀虫灭菌：用微波可在较低温度下灭菌杀虫。可处理食品、药品、烟草、木材等，升温速度快不受物料厚度、形状影响。

　　7、YL卫生技术：微波生物效应分热效应和非热效应。其热效应在YL方面可进行微波理疗、配合放疗和化疗进行透热治癌;另外还可以利用微波加热血浆、解冻冷藏器官;还可设计微波手术刀，开刀止血快、出血量少。

　　8、纸品技术：微波加热烘干不需要预热和传热，直接给纸品由里向外同时加热。且加热均匀性好，烘干速度快，设备又环保卫生。适用于灰纸板、卡书、纸制工艺品、印刷制品、牛皮纸袋、瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸制品、纸管、纸护角、纸托、纸盒、环保纸碗、包装盒纸板等快速烘干及灭霉。

　　9、微波通信技术：微波具有频率高，频带宽，信息量大的特点，常用在通信业务、微波多路通信、微波中断通信、移动通信和卫星通信等。

微波技术发展新趋向

　　电子科技的发展与它的应用之间存在着强烈的伴生关系。新学科的诞生和崛起，都可能实现过去认为不可能或不现实的应用;相反，现有应用的提出和发展又可赋予新学科以新的生命力，并推动相关科学技术的发展。

　　1、毫米波技术

　　毫米波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信。利用毫米波天线的窄波束和低旁瓣性能可实现低仰角精密跟踪雷达和成像雷达。

　　在远程导dan或航天器重返大气层时，需采用能顺利穿透等离子体的毫米波实现通信和制导。高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。

　　2、高功率微波技术

　　高功率微波武器主要的攻击目标是雷达、通信、导航、计算机电子设备、武器控制及制导系统，能够击穿电子元件，烧毁敌方电子设备，地损坏电子系统。由于高功率微波武器几乎可以对付所有现代Z先进的武器，在的政治和军事形势下越来越显示出极高的应用价值。高功率微波技术的高速发展，使其在功率上已经达到了武器应用的水平，在军事领域的用途也越来越广泛。高功率微波武器已经成为对付高技术兵器的新型武器系统，成为现代电子武器大家族中的佼佼者。

　　3、声表面波器件

　　声表面波器件主要用于表面波带通滤波器、延迟线、匹配滤波器、温度传感器、振荡器和表面波卷积器等：由于声表面波器件具有小型、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点，所以它在雷达、通信、空中交通管制、电子战微波中继、声纳以及电视中已经或正在得到广泛的应用。

　　4、静磁波器件

　　静磁波(MSW)器件具有无源、可方便实现电调、可靠性高及外围电路简单等优点，静磁波(MSW)是在旋磁介质(如YIG 薄膜) 中传播的自旋波的长波部分。由于其可在高频(数GHz 或数十GHz)范围内直接进行模拟信号处理，所以在通信、电子对抗和无线电引信等系统中有广泛的应用前景。

　　随着微波射频技术的不断发展，高频技术正成为炙手可热的技术，在5G 通信、汽车和直升飞机的自动驾驶、雷达、遥感、激光光谱、射电天文学、宇航通信、军事航天、极高频卫星通信系统等领域都将是不可或缺的。