1、 微波技术与天线020122013学年上学期微波工程期中论文微波技术的当前应用浅析学生姓名： 邓兴盛 学 号： 10908030101 课程名称: 微波工程 指导教师： 何俊 专业班级： 电子信息工程 完成时间： 2012 年 5 月 20 日 微波技术与天线1微波技术的当前应用浅析【摘要】微波技术早在二战结束不久就已经在工业上得到应用，但真正得到重视确实在上世纪七八十年代，经过了多年的发展已逐步形成了一系列的交叉技术，在不同的领域都发挥着其独有的优势和特殊作用，本文就目前世界上微波技术在不同领域的应用及其前景做一简单的分析，并就微波技术在应用中的一些需要我们共同关注的问题试图做一些思考。 【
2、关键词】微波技术，应用价值，影响思考【正 文】1864 年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887 年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后，1898 年，马可尼又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。至此，随着人们对电磁波概念的认知，开始不断地认识到了电磁波在实际生活中的应用价值。一个典型的例子，1936 年 4 月美国科学家 South Worth 用直径为 125cm青铜管将 9cm 的电磁波传输了 2
3、60m 远，从而它证实了麦克斯韦的另一个预言电磁波可以在空心的金属管中传输，因此在第二次世界大战中微波技术的应用就成了一个热门的课题。战争的需要，促进了微波技术的发展，而电磁波在波导中传输的成功，又提供了一个有效的能量传输设备，微波电真空振荡器及微波器件的发展十分迅速。在 1943 年终于制造出了第一台微波雷达，工作波长在 10cm。在第二次世界大战期间，由于迫切需要能够对敌机及舰船进行探测定位的高分辨率雷达，大大促进了微波技术的发展。一、 微波的存在微波是指波长在 1mm1000mm、频率在 300MHz300GHz 范围之间的电磁波，因为它的波长与长波、中波与短波相比来说，要“微小”得多，
4、所以它也就得名为“微波”了。微波有着不同于其他波段的重要特点，它自被人类发现以来，就不断地得到发展和应用。19 世纪末，人们已经知道了超高频的许多特性，赫兹用火花振荡得到了微波信号，并对其进行了研究。但赫兹本人并没有想到将这种电磁波用于通信，他的实验仅证实了麦克斯韦的一个预言电磁波的存在。微波技术与天线2二、 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
5、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。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
6、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。三、 微波的应用价值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
7、业生产及人们的日常生活中，例如微波加热与解冻、微波于燥、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人了寻常百姓的家中，直接为人类造福。1. 通信方面的应用1901 年马可尼使用 800KHz 中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上微波技术与天线3第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验，从此，在自由空间中飞翔的电波替代了信鸽.由于微波频带宽，信息容量大， 因此微波可用于多路通信。在有线通信方面，利用同轴电缆可以同时传送几千路和几路电视信号；在无线通信方面，利用微波的中继接力传送电视信号，利用微波能穿透电离层的特性，可进行卫星通信和宇航通信，利用外层空间三颗互成 120角
8、的同步卫星，就能实现全球通信和电视实况转播。蓝牙技术是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在 10m 的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟 1 兆字节。以前红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。 2. 雷达应用雷达是微波技术应用的典型例子。在第二次世界大战期间，敌对双方开始了迅速准确地发现敌人的飞机和舰船的踪迹，继而又为了指引飞机或火炮准确地攻击目标，所以发明了可以进行探测、导航和定位的装置，这就是雷达。事实上，正是由于第二次世界大战期间对于雷
9、达的急需，微波技术才迅速发展起来。雷达的发展经过了几个阶段。为适应各种不同要求，雷达的种类很多，性能也在不断提高。现代雷达多数是微波雷达。迄今为止，各种类型的雷达，例如导弹跟踪雷达、炮火瞄准雷达、导弹制导雷达、地面警戒雷达乃至大型国土管制相控阵雷达等，仍然代表微波频率的主要应用。这主要是由于这些雷达要求它所用的天线能象光探照灯那样，把发射机的功率基本上全部集中于一个窄波束内辐射出去。在其他方面，军事上，空间和海事导航，飞机、导弹、空间飞行器的定位、检测和跟踪，导弹的精确制导，导弹和火炮的点火控制，武器保险、侦察等。现代的战争，已经不再单纯以杀伤对方的有生力量为主要目的，而越来越倾向于以电子信息
10、的获取与反获取为核心的“电子战” 。南联盟战争与伊拉克战争充分说明了这一点。而微波技术，恰恰是所有信息传输的基础技术。公共应用上，如机场监视、海上导航、气象雷达、测量学、飞机着陆、夜间防盗、速度测量（警戒雷达） 、测绘等。科学应用上，天文学、绘图和成像，精密距离测量，自然资源遥感等。微波技术与天线43. 微波能应用微波能的利用几乎渗透到了社会生产生活的各个领域。从应用角度来看，主要可分为物料的快速加热及烘干、食品的杀菌灭虫以及材料改性等几个方面。国际无线电管理委员会规定的民用微波频率有：433MHz，915MHz，245OMHz，5800MHz 和 22125MHz。国内通常用于加热的微波频率
11、为：915MHz 和 245OMHz。微波能的产生来自于微波源。微波源是由磁控管以及为磁控管提供必要工作条件的电源所组成。目前，在微波加热设备中绝大多数采用的是连续波磁控管。因为这种磁控管的价格较低，工作电压低，效率高。根据具体应用情况，磁控管大致分为三类： （1）. 300W 以下的供微波理疗用；（2）. 3001000W 左右的供微波热疗（包括治癌等） 、家用微波炉等用；（3）. 1000W 以上的供科研和工、农业生产使用。随着能源问题的日益突出，关于微波能的应用研究，目前在国内外都是一个热点研究方向。美国有研究小组提出了一种微波烘干衣物的方法，并进行了初步实验。表明采用微波烘干衣物可比热
12、风烘干节能 50%以上，且节省时间。进一步需要解决的问题是衣物中存在微小金属物品时导致的局部过热问题。我国在非典期间，有人在医院进行了微波杀菌方面的实验，对病人的床单进行杀菌处理。比对巴氏杀菌法，这种杀菌方法效率提高 80%以上。可惜的是缺乏进一步的资金支持，未能继续进行深入研究。氧化物陶瓷的微波烧结技术，是目前国内外化工及材料科学方面的学者研究的重要方向之一。目前的研究结果表明，微波烧结陶瓷具有更好的力学和热学性能，如微波烧结拉伸模，优于常规烧结，也优于合金钢拉伸模。功能陶瓷的微波烧结也取得了良好的效果。氧化物陶瓷实样微波烧结已可得到稳定可靠的烧成率，非氧化物陶瓷的研究工作则重点在提高烧成率
13、方面寻求突破。在我国国内，目前从事这方面研究的学者大多属于化工及材料科学领域，缺乏自己研制设备的能力，购入设备将是主要的选择。微波能技术还可用于污水处理，使污水处理方法变得更简易有效：其原理是微波对流体中的不同物质进行选择性分子加热；微波对流体中的吸波物质的物化反应具有强烈的催化作用；流体中的固相微粒在微波场中能迅速汇聚沉微波技术与天线5降与水分离；由于微波加热是吸波物质分子直接加热，所以废水置于微波场中，不但温升迅速，而且微波能量非常集中，并且在较低温度下就能杀灭微生物；另外，由于微波对流体的穿透作用，置于微波场中的流体表现为加热非常均匀；由于流体中吸收微波能的物质分子可直接将微波能转化成热
14、能，因此不会给被处理流体带入任何新的污染物，而且节省综合耗能，设备占地面积也大大减小。4. 生物医学应用医学上利用磁核共振技术来进行诊断，在治疗中，利用热效应进行微波理疗、组织固定，也利用非热效应进行免疫组织化学和免疫细胞化学研究。利用微波的生物效应，英国的研究小组曾报道了一种用于杀灭土壤中害虫的微波能装置，可有效杀灭土壤中的害虫及其虫卵。如果这一技术能够在我国得到应用，则将会大大降低蔬菜水果中的农药残留量。5. 科学研究应用微波可以作为科学研究的一种重要手段。根据各种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和反射特性，来观察气象的变化；在射电天文学中，利用微波作
15、为一种观测手段，可以发现新的星体。在前面说的生物医学方面也有很大应用。上述可见，微波以其特殊的功能进入到了我们日常生活以及科研，乃至世界战争中，并起到了很大的作用。然而面对这样一个信息技术日益发展的时代，像微波这样的技术的发展给我们带来日益增长的生活水准的同时，也必然会产生一些需要我们注意，乃至警惕的问题，可能影响到一部分人，但也可能影响到我们全人类和大自然。五、总结通过本文，我们看到了微波技术的发展对当今世界的重大影响，就这样的来自于大自然的物理现象还有很多很多，都在不断地为人类所发现并服务于人类。然后，随着科学技术的飞速发展，在我们享受现在科技所带来的便利之时，我们更要思考，如何能够更好的利用它们，减少对我们自身的危害性，并防止更深的潜在危害，比如核等，做到真正的利用大自然能源。
