微波技术论文

微波技术论文学生姓名陈国盛学号2012115020343学院计算机科学与技术学院专业通信工程指导教师胡白燕-1-微波技术摘要：本文阐述了微波的特性，即似光性、穿透性、信息性和非电离性。结合微波的原理，介绍了微波技术在微波炉和微波武器等方面的应用。纵观微波技术在各个方面的应用优势，预示了微波技术在工业、环保、医药等领域的应用前景。关键词：微波技术；应用；微波加热；微波武器1.引言随着科学技术的迅速发展和生产工艺的不断改进，微波技术已在许多工业生产领域得到应用。在国内，微波技术已应用于玻璃纤维、化工产品、保温材料、木材等的干燥，食品、医疗的灭菌、干燥和焙烤。并在医疗、环保、农业等领域也有所应用。微波技术的应用，提高了生产效率和产品质量，降低了能耗和环境污染，减轻了人的劳动强度，提高了生产效益。在国际上，许多工业发达国家都对微波的工业应用非常重视，把微波技术作为改进生产工艺和提高产品质量的重要手段。2．微波的特性一是似光性。微波波长非常小，当微波照射到某些物体上时，将产生显著的反射和折射，就和光线的反、折射一样。同时微波传播的特性也和几何光学相似，能像光线一样地直线传播和容易集中，即具有似光性。这样利用微波就可以获得方向性好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种物体反射回来的微弱信号，从而确定该物体的方位和距离，这就是雷达导航技术的基础。二是穿透性。微波照射于介质物体时，能深入该物体内部的特性称为穿透性。例如微波是射频波谱中惟一能穿透电离层的电磁波（光波除外）。因而成为人类外层空间的“宇宙窗口”；微波能穿透生物体，成为医学透热疗法的重要手段；毫米波还能穿透等离子体，是远程导弹和航天器重返大气层时实现通信和末端制导的重要手段。-2-三是信息性。微波波段的信息容量是非常巨大的，即使是很小的相对带宽，其可用的频带也是很宽的，可达数百甚至上千兆赫。所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外地都是工作在微波波段。此外，微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频率信息。这在目标探测、遥感、目标特征分析等应用中是十分重要的。四是非电离性。微波的量子能量不够大，因而不会改变物质分子的内部结构或破坏其分子的化学键，所以微波和物体之间的作用是非电离的。而由物理学可知，分子、原子和原子核在外加电磁场的周期力作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内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。微波技术是近代科学研究的重大成就之一，几十年来，它已经发展成为一门比较成熟的学科，在雷达、通信、导航、电子对抗等许多领域得到了广泛的应用，军事科学家们还应用微波的作用机理，研制新概念武器--微波武器。而微波的另一方面的应用就是作为能源应用于工农业生产及人们的日常生活中，例如微波加热与解冻、微波干燥、微波灭菌与杀虫等方面，特别是随着微波炉的日益普及，使得微波炉产品也进入了寻常百姓的家中，直接为人类造福。3.微波技术的应用3.1微波加热原理与微波炉提起微波，很多人首先想到现代炊具微波炉。微波炉的微波加热原理是基于物质对微波的吸收作用而产生的热效应。微波加热的是一些能够吸收微波的吸收性介质，即含有极性分子的介质材料。当有极性分子的介质材料置于微波电磁场中时，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列在交变电磁场的作用下，并随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动，分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，就必须克服分子原有的热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，实现分子水平的“搅拌”，从而产生大量的热量。微波炉是一种多功能、快捷、方便、能量转化均匀的加热工具。微波在生物内转化为热量的热效应，它不同于常规加热。常规加热是首先通过传导对流、辐-3-射的传热方式加热固体周围的环境或固体表面，使固体的表面得到热量，然后再通过热传导的方式将热量传到固体内部，其加热介质可以是热空气、炉气、过热蒸汽，也可以是远红外线辐射等。这种加热方式效率低，加热时间长。而微波加热是一种“冷热源”，它在产生和接触到物体时，不是一般热气，而是电磁能，要在生物体内经过分子内部作用才能转化为热能。因此，使用这种能源加热时不会像其他能源那样由外向内传输热能，当内部发热时，外表就可能焦糊了。而使用微波进行加热时由于它能深入到物体的内部，所以是里外一起加热。另因物体表外的水分一般都较少，往往是里面的湿度高于表面的湿度，且内部物质如果质地相同时，也往往是同时加热，就不会出现加热体表面烧焦的现象，并能保护表面形状的色彩。所以，微波炉既能用于工业、医疗上进行加热与解冻、烘烤与干燥等，还能用于家庭进行烹饪、野外军事训练进行后勤保障的应用。3.2微波的杀伤机理与微波武器什么是微波武器？微波武器是利用高功率微波束毁坏敌方电子设备和杀伤作战人员的一种定向能武器。用作武器的微波波长通常在30~3厘米、频率为1~30吉赫、输出脉冲功率在吉瓦级。目前，美、俄、英、法等国研制的微波武器主要分为两大类：一类是高功率微波波束武器，另一类是微波炸弹。微波武器的杀伤机理是基于微波与被照射物之间分子相互作用，将电磁能转变为热能而产生的微波效应，就其物理机制来讲，主要有以下三种效应：电效应、热效应和生物效应。基于这种原理，微波武器利用高增益定向天线，将强微波发生器输出的微波能量会聚在窄波束内，从而辐射出强大的微波射束（频率为1~300吉赫的电磁波），直接毁伤目标或杀伤人员由于微波武器是靠射频电磁波能量打击目标，所以又称“射频武器”。高功率微波武器的关键设备有两个，即高功率微波发生器和高增益天线。高功率微波发生器的作用是将初级能源（电能或化学能）经能量转换装置（强流加速器等）转变成高功率强脉冲电子束，再使电子束与电磁场相互作用而产生高功率电磁波。这种强微波将经高增益天线发射，其能量汇聚在窄波束内，以极高的强微波波束（其能量要比雷达波的能量大几个数量级）辐射和轰击目标、杀伤人员和破坏武器系统。微波武器的穿透力极强，能像中子弹那-4-样杀伤目标（如装甲车辆）内部的战斗人员，如指挥人员、武器装备操纵人员等，从而瘫痪目标。4.微波技术的发展应用前景目前，我国已在皮革、木材、彩色印刷、食品、纸张、化工、陶瓷、药品、烟叶、建材、橡胶以及医疗等行业逐渐采用微波技术，并取得了良好的经济效益。4.1微波技术的工业应用前景民以食为天，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膨化、烘干、脱腥和保鲜处理。目前已用于糕点、牛肉于、土豆片、鱼片干、盐水鸭、腰果、花生米、瓜子、大豆、方便食品加工、茶叶杀青、干燥等方面的生产中。微波可对1-6cm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；竹制品干燥、灭霉杀菌等。4.2微波技术在环保领域的应用前景用微波可在较低温度下灭菌杀虫。处理食品、药品、烟草、木材等。在70-80℃时就能起到杀虫灭菌作用.且升温速度快，不受物料厚度、形状影响。微波水处理技术应用于新建污水处理厂，无论从技术还是从经济上考虑都是可行的。使用微波法处理废水，在降低了投资总额的前提下，处理后废水出水水质大大提高，可作为冲洗或绿化用水直接使用。经济性是传统性污泥法无法比拟的。而且微波的可控性强，易于调整运行状态，对废水水质水量的变化适应性强。将微波这项高新水处理技术应用于矿冶、化工、城市生活污水和工业污水处理等行业，对地方的环境保护和可持续发展都是十分有利的。4.3微波技术在医疗领域的应用前景微波生物效应分热效应和非热效应。其热效应在医疗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。4.4微波技术在其它领域的应用前景-5-半导体生产工艺中已经采用微波等离子体技术，进行刻蚀、溅射、气相沉积、氧化硅片；还可用于金属、合金、非金属的表面处理；用于等离子体光谱分析，可检测十几种元素。微波测量精度高，适宜于生产中连续测量和自动控制。已广泛用于测距、测温、测厚、测速等方面。利用微波源进行加热干燥，就是将干燥物料处在真空条件下。在真空条件下，水的汽化温度低，实现了低温干燥，完好的保持了加工物料原有的色、香、味及营养成份，避免了物料中活性成分的氧化变质，制品复水性好；微波穿透至物料内部，回转系统驱动物料作回转运动，使物料受热更均匀，干燥更迅速，其运行成本远远低于冷冻干燥和红外干燥，节能降耗、卫生环保，应用领域广阔。该项成果也可以应用于其它农副产品的加工；如蔬菜加工、菊花茶、香菇，粮食干燥等的加工。5.结语纵观微波技术在各个方面的应用优势，我们有理由相信在不久的将来可以成为工业生产、环保及其它个领域的常规技术。然而，我们知道，至今微波的高效和独特性还没有一个统一的理论解释。尽管应用面广，但不能深入。特别在我国，理论研究几乎空白。要深入地应用和开发微波技术，正确的理论指导是很重要的，因经，理论研究非常必要。这在我国应该引起关注。预计理论研究的突破性进展将会带来真正意义上的微波技术应用的时代。参考文献[1]孙六连.微波技术应用简介[J].安徽农机,2005(1)18-20.[2]曾后生,许利琴,帅敏,帅花.浅谈我国微波技术应用现状及前景[J].九江师专学报,2001(6)82-89.[3]夏湘,陈祖兴,谭杰.微波能在工业上的应用前景[J].海南矿冶,2001(11)47-50.[4]刘兴利,谭炯.微波技术在药物研究领域中的应用[J].西南民族大学学报,2005(1)92-89.[5]崔礼生,韩跃新.微波技术在选矿中的应用[J].金属矿山,2006(4)29-32.-6-[6]王剑虹,严莲荷,周申范,刘德宝.微波技术在环境保护领域中的应用[J].工业水处理，2003(4)20-24.