微波技术综述

微波技术综述微波是频率最高的无线电波，频率范围主要在300MHz~3000GHz之间。微波与普通无线电波相比，具有似光性、频率高、能穿透电离层和量子特性等特点。这些特点决定了传输和处理微波信号的器件和系统有别于普通无线电波所采用的器件和系统，也决定了微波的独特作用。微波技术在雷达通信、科学研究、生物医学工程和能源等方面都有重要的应用。微波是指波长在1mm~1000mm、频率在300MHz~3000GHz之间的电磁波，因为它的波长与长波、中波、短波相比要短许多，所以得名“微波”。它一般划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波三个主要波段。微波技术的发展已有近60年的历史，第二次世界大战期间雷达的研制推动了微波技术的飞速发展]1[。60年代以后，微波通信、卫星通信兴起，促进微波技术加速发展；到了70年代，微波技术广泛应用到遥感、医疗、无损检测和能源等各个领域并相继形成微波波谱、微波生物、微波超导等交叉学科。目前微波的工作频段不断向高频端扩展，微波元件及整机设备不断向小型化、宽频带发展，微波系统不断向自动化、智能化和多功能化方向发展]2[。微波具有许多特性，如似光性。微波波长短，它的波长比地球上宏观物体尺寸小得多，其传播特性与光相似：沿直线传播、遇到障碍物时会反射。利用这一点，可以制造出高方向性微波天线，用来发射或接受微波信号，从而为雷达、微波中继通信卫星通信和导弹制造等提供了必要条件。与普通无线电波相比，微波频率要高得多，在同样的相对带宽条件下，微波的可用绝对带宽特别宽，能容纳的信息量很大。因此，微波可作为多路通信的射频。另外，微波受外界干扰小且不受电离层变化的影响，故通信质量高于普通无线电波。由于这一特点，微波的震荡周期（s12910~10）与低频器件电子的渡越时间（一般为s109）属于同一数量级。因此低频波段时可忽略的一些物理现象，如极间电容、引线电感、集肤效应和辐射效应等，在微波波段这些现象特别明显，必须加以考虑。此外传输微波的电路是一种分布参数电路，所使用的器件是特殊的微波器件。利用本身的高频振荡，微波可以穿透电离层。由于微波不能被电离层所反射，所以微波的地面通讯只限于天线的视距范围之内，远距离微波通信需要中继站接力。利用这一特点微波又可以进行宇航通信、卫星通信和射电天文学研究等，因此微波开辟了电磁波谱中的一个“宇宙窗口”。微波具有波粒二象性，在低功率电平下，微波的量子特性明显的表现出来。另外，一些分子和原子的超精细结构能级落在微波波段，顺磁物质在磁场的作用下能级差也落在这一波段。利用微波与这些物质相互作用产生的物理现象，可用以研究物质的结构，从而形成一门“微波波谱学”。微波与物质的互相作用比较强烈，特别是水分子吸收了微波能量后会产生热效应，这一特点可在实践中充分利用。微波技术的实际应用相当广泛，尤其近年来随着它的发展，新的应用层出不穷。雷达是微波技术的早期应用，雷达可以利用微波信号准确地测定目标的方向、距离和速度，从而对运动目标实现定位、跟踪和识别。目前用于军事上的有制导雷达、跟踪雷达和炮瞄雷达；用于民用上的有导航雷达、气象雷达和遥感雷达。在有线通信方面，利用同轴电缆可以同时传送几千路电话和几路电视信号；无线通信方面，可进行卫星通信和宇航通信，利用外层空间三颗互成120°角的同步卫星，就能实现全球通信和电视实况转播。科研方面，根据各物质对微波吸收的不同，可以用来研究物质的内部结构；利用大气对微波的吸收与反射特性，来观察气象的变化；射电天文学中微波可作为一种观测手段用来发现新星体。生物医学方面，微波理疗仪对人体局部进行辐射，可杀死病变细胞治疗癌症；用微波针灸可治疗风湿、关节炎等疾病。我国目前，已经在微波等离子体、微波辅助催化化学反应、微波处理材料、微波生物和生理效应等方面取得了许多令人振奋的实验室科研成果。但与国外设备相比在稳定性上有差距。吴贺君]3[指出我国微波技术制造工艺落后，且与其他科技技术衔接不够，难以形成规模经济，无法获取应有的经济效益。为此吴贺君认为应当增加微波功率源的输出稳定性，提高大功率微波小传输元件及功率比例取样元件的质量，研究有效的传感工艺参数方法和闭环控制方法，使应用器的设计具有高度兼容性及适应性。微波能方面，利用微波本身作为一种能源，用于加热和烘干。家用微波炉具有能量高、烹饪快、干净等优点，已在全世界普及。大连水产大学]4[的研究表明，热风干燥扇贝具有较小的收缩率;Durance利用微波真空与热风组合干燥西红柿，发现西红柿的复水率有所改善。在未来的能源开发方面，利用空间站将太阳能转变为直流电，再转换为微波能量反射回地面接收站，最后将接收的微波能量转换成直流电供人类使用。最后应当指出，事物总是一分为二的，一方面微波能可以造福人类，但另一方面，大功率、长时间的微波辐射对人体有明显的损害，人体最易受微波伤害的器官是眼睛和神经系统，一般微波对人体的辐射强度不应超过5mW/2cm，大于此标准应采取保护措施。参考文献[1]王子宇.微波技术基础[M].北京大学出版社，2013.10：6-9WangZiyu.Basisofmicrowavetechnology[M].PekingUniversitypress,2013.10:6-9[2]王文祥.微波工程技术[M].国防工业出版社，2014.1：2-8WangWenxiang.Microwaveengineeringtechnologyof[M].NationalDefenceIndustryPress,2014.1:2-8[3]吴贺君.我国微波技术应用的发展现状及市场前景[J].长春师范学院学报，2012.6.Vo1.31(6)WuHejun.PresentstatusanddevelopmentprospectofmicrowavetechnologyapplicationinChina[J].JournalofChangchunNormalUniversity,2012.6.Vo1.31(6)[4]张国琛，毛志怀，等.微波真空干燥扇贝柱的物理特性研究[J].农工学报，2004(6)．ZhangGuochen,MaoZhihuai,etal.Physicalpropertiesofmicrowavevacuumdryingofscallop[J].Journalofagroindustrialresearch,2004(6).