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1、安徽新华学院微波技术与天线课程论文设计题目：微波技术的发展与应用 专业班级：08 通信工程（1）班 学生姓名：胡文翠 学 号：08202053112 授课教师：王志摘要摘要：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。 关键词关键词：微波技术，应用，微波加热，微波武器 引言引言：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，
2、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。 正文正文: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
3、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。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、
4、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
5、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。 微波技术的应用：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
6、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。由于微波频率高，极性分子摆动速度很快，因此，快速加热是 微波加热的突出特点。水分子是极性分子，绕其对称轴的旋转频率 为 22 吉赫，在此频率的水对微波产生共振吸收现象，对微波有很 强的吸收作用。而一般食品中都含有水分子，因此可用微波快速烘 干和烹调食品。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
7、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
8、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。 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 130 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，
9、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 1300 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
10、系统。微波武器 的穿透力极强，能像中子弹那样杀伤目标（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。与常 规武器、激光武器等相比，微波武器并不是直接破坏和摧毁武器设 备，而是通过强大的微波束，破坏它们内部的电子设备。实现这种 目的途径有两条：其一是通过强微波辐射形成瞬变电磁场，从而使 各种金属目标产生感应电流和电荷，感应电流可以通过各种入口 （如天线、导线、电缆和密封性差的部位）进入导弹、卫星、飞机、 坦克等武器系统内部电路。当感应电流较低时，会使电路功能混乱， 如出现误码、抹掉记忆或逻辑等；当感应电流较高时，则会造成电 子系统内的一些敏感部件如芯片等被烧毁，从而
11、使整个武器系统失 效。这种效应与核爆炸产生的电磁脉冲效应相似，所以又称非核爆 炸电磁脉冲效应；其二是强微波束直接使工作于微波波段的雷达、 通信、导航、侦察等电子设备因过载而失效或烧毁。因此，微波武器也被认为是现代武器电子设备的克星。所以有人说，核武器是人 类 20 世纪最大的杰作，而微波武器则是人类兵器研究的最大突破， 在 21 世纪，它拥有的地位将可能仅次于上世纪的核武器。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。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
12、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。日本用 2450MHz ，5-l0kw 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 3-4t 重量的轮 胎；美国采用 915MHz ， 50kw 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
13、化时间 缩短三分之一。如美国采用微波技术处理回收的沥青路面，利用率 达 10000 ，成本降低且质量相同，既节约了清运和处理费用，又 大大减轻了环境污染。目前这种利用虽不十分普遍，但其市场前景 无疑是乐观的。 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。原煤中的硫以黄铁矿形式出现， 黄铁矿比煤有更高的损耗角正切，因此利用微波可使黄铁矿得到选 择性加热与气体发生反应，进行脱硫。而煤不受影响。理想的方法 是以持续时间为 0.1 秒的脉冲波进行间歇式加热，将黄铁矿加热到 约 650 的高温。这种方法
14、去硫效果好，不需昂贵的催化剂，节 省资金，能源效率高，环境污染小。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。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
15、、解冻冷藏器官；还可设计微波手术 刀，开刀止血快、出血量少。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
16、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。 结语结语: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。 参考文献参考文献: 1 叶新强 , 王占湖 , 付宣 . 应用前景广阔的微波处理技术 J. 山东环境 , 1 8 (1) 21-23. 2 孙六连 . 微波技术应用简介 J. 安徽农机 , 2005
