關于微波技術的發展與應用

朱延敏

摘 要：隨著科學技術的迅速發展和生產工藝的不斷改進，微波技術已在許多工業生產領域得到應用。無論國內還是國際對微波的工業應用都非常重視，把微波技術作為改進生產工藝和提高產品質量的重要手段。本文闡述了微波的特性，即似光性、穿透性、信息性和非電離性。結合微波的原理，介紹了微波技術在微波爐和微波武器等方面的應用。縱觀微波技術在各個方面的應用優勢，預示了微波技術在工業、醫藥等領域的應用前景。

關鍵詞：微波技術 應用 微波加熱 微波武器

1、微波的特性

一是似光性。微波的傳輸特性符合幾何光學傳輸特性，這樣利用微波就可以獲得方向性好、體積小的天線設備，用于接收地面上或宇宙空間中各種物體反射回來的微弱信號，從而確定該物體的方位和距離，這就是雷達導航技術的基礎。

二是穿透性。微波是射頻波譜中惟一能穿透電離層的電磁波（光波除外），因而成為人類外層空間的“宇宙窗口”；微波能穿透生物體，成為醫學透熱療法的重要手段。

三是信息性。微波波段的信息容量是非常巨大的，即使是很小的相對帶寬，其可用的頻帶也是很寬的，可達數百甚至上千兆赫。所以現代多路通信系統，包括衛星通信系統，幾乎無例外地都是工作在微波波段。

四是非電離性。微波的量子能量不夠大，因而不會改變物質分子的內部結構或破壞其分子的化學鍵，所以微波和物體之間的作用是非電離的，這一性質為探索物質的內部結構和基本特性提供了有效的研究手段。

2、微波技術的應用

2.1 微波加熱原理與微波爐

微波爐的微波加熱原理是基于物質對微波的吸收作用而產生的熱效應。微波加熱的是一些能夠吸收微波的吸收性介質，即含有極性分子的介質材料。當有極性分子的介質材料置于微波電磁場中時，介質材料中會形成偶極子或已有的偶極子在交變電磁場的作用下重新排列，并隨著高頻交變電磁場以每秒高達數億次的速度擺動，分子要隨著不斷變化的高頻電場的方向重新排列，就必須克服分子原有的熱運動和分子相互間作用的干擾和阻礙，產生類似于摩擦的作用，實現分子水平的“攪拌”，從而產生大量的熱量。由于微波頻率高，極性分子擺動速度很快，因此，快速加熱是微波加熱的突出特點。水分子是極性分子，繞其對稱軸的旋轉頻率為22吉赫，在此頻率的水對微波產生共振吸收現象，對微波有很強的吸收作用。而一般食品中都含有水分子，因此可用微波快速烘干和烹調食品。

2.2 微波的殺傷機理與微波武器

微波武器是利用高功率微波束毀壞敵方電子設備和殺傷作戰人員的一種定向能武器。用作武器的微波波長通常在30～3厘米、頻率為1～30吉赫、輸出脈沖功率在吉瓦級。目前，美、俄、英、法等國研制的微波武器主要分為兩大類：一類是高功率微波波束武器，另一類是微波炸彈。

微波武器的殺傷機理是基于微波與被照射物之間分子相互作用，將電磁能轉變為熱能而產生的微波效應，就其物理機制來講，主要有以下三種效應：電效應、熱效應和生物效應。基于這種原理，微波武器利用高增益定向天線，將強微波發生器輸出的微波能量會聚在窄波束內，從而輻射出強大的微波射束（頻率為1～300吉赫的電磁波），直接毀傷目標或殺傷人員，由于微波武器是靠射頻電磁波能量打擊目標，所以又稱“射頻武器”。高功率微波武器的關鍵設備有兩個，即高功率微波發生器和高增益天線。高功率微波發生器的作用是將初級能源（電能或化學能）經能量轉換裝置（強流加速器等）轉變成高功率強脈沖電子束，再使電子束與電磁場相互作用而產生高功率電磁波。這種強微波將經高增益天線發射，其能量匯聚在窄波束內，以極高的強微波波束（其能量要比雷達波的能量大幾個數量級）輻射和轟擊目標、殺傷人員和破壞武器系統。

與常規武器、激光武器等相比，微波武器并不是直接破壞和摧毀武器設備，而是通過強大的微波束，破壞它們內部的電子設備。實現這種目的途徑有兩條：其一是通過強微波輻射形成瞬變電磁場，從而使各種金屬目標產生感應電流和電荷，感應電流可以通過各種入口（如天線、導線、電纜和密封性差的部位）進入導彈、衛星、飛機、坦克等武器系統內部電路。當感應電流較低時，會使電路功能混亂，如出現誤碼、抹掉記憶或邏輯等；當感應電流較高時，則會造成電子系統內的一些敏感部件如芯片等被燒毀，從而使整個武器系統失效。這種效應與核爆炸產生的電磁脈沖效應相似，所以又稱非核爆炸電磁脈沖效應；其二是強微波束直接使工作于微波波段的雷達、通信、導航、偵察等電子設備因過載而失效或燒毀。因此，微波武器也被認為是現代武器電子設備的克星。所以有人說，核武器是人類20世紀最大的杰作，而微波武器則是人類兵器研究的最大突破，在21世紀，它擁有的地位將可能僅次于上世紀的核武器。

3、微波技術的發展應用前景

目前，我國已在皮革、木材、彩色印刷、食品、紙張等行業逐漸采用微波技術，并取得了良好的經濟效益。

3.1 微波技術的工業應用前景

利用微波可對食品進行膨化、烘干、脫腥和保鮮處理。目前已用于糕點、牛肉干、土豆片、方便食品加工、茶葉殺青、干燥等方面的生產中。

日本用2450MHz，5-l0kw微波加熱設備對輪胎作一次加熱，升溫到硫化溫度后用熱風保溫，可硫化3-4t重量的輪胎；美國采用915MHz，50kw喇叭天線作為輻射加熱器，利用程序控制對大型輪胎進行旋轉掃描，其優點是加熱均勻、硫化時間縮短三分之一。

3.2 微波技術在醫療領域的應用前景

微波生物效應分熱效應和非熱效應。其熱效應在醫療方面可進行微波理療、配合放療和化療進行透熱治癌；另外還可以利用微波加熱血漿、解凍冷藏器官；還可設計微波手術刀，開刀止血快、出血量少。

3.3 微波技術在其它領域的應用前景

半導體生產工藝中已經采用微波等離子體技術，進行刻蝕、濺射、氣相沉積、氧化硅片；還可用于金屬、合金、非金屬的表面處理；用于等離子體光譜分析，可檢測十幾種元素。利用微波源進行加熱干燥，就是將干燥物料處在真空條件下。在真空條件下，水的汽化溫度低，實現了低溫干燥，完好地保持了加工物料原有的色、香、味及營養成份，避免了物料中活性成分的氧化變質，制品復水性好；微波穿透至物料內部，回轉系統驅動物料作回轉運動，使物料受熱更均勻，干燥更迅速，其運行成本遠遠低于冷凍干燥和紅外干燥，節能降耗、衛生環保，應用領域廣闊。

4、結語

縱觀微波技術在各個方面的應用優勢，我們有理由相信在不久的將來它可以成為工業生產、環保及其它個領域的常規技術。然而，我們知道，至今微波的高效和獨特性還沒有一個統一的理論解釋。盡管應用面廣，但不能深入。特別在我國，理論研究幾乎空白。要深入地應用和開發微波技術，正確的理論指導是很重要的，因經，理論研究非常必要。這在我國應該引起關注。預計理論研究的突破性進展將會帶來真正意義上的微波技術應用的時代。

參考文獻

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