關(guān)于微波技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

朱延敏

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，微波技術(shù)已在許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)際對(duì)微波的工業(yè)應(yīng)用都非常重視，把微波技術(shù)作為改進(jìn)生產(chǎn)工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)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(jié)合微波的原理，介紹了微波技術(shù)在微波爐和微波武器等方面的應(yīng)用?？v觀微波技術(shù)在各個(gè)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，預(yù)示了微波技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù) 應(yīng)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(xué)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(shè)備，用于接收地面上或宇宙空間中各種物體反射回來(lái)的微弱信號(hào)，從而確定該物體的方位和距離，這就是雷達(dá)導(dǎo)航技術(shù)的基礎(chǔ)。

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(lèi)外層空間的“宇宙窗口”；微波能穿透生物體，成為醫(yī)學(xué)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(duì)帶寬，其可用的頻帶也是很寬的，可達(dá)數(shù)百甚至上千兆赫。所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)，包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)，幾乎無(wú)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(huì)改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞其分子的化學(xué)鍵，所以微波和物體之間的作用是非電離的，這一性質(zhì)為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。

2、微波技術(shù)的應(yīng)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(zhì)對(duì)微波的吸收作用而產(chǎn)生的熱效應(yīng)。微波加熱的是一些能夠吸收微波的吸收性介質(zhì)，即含有極性分子的介質(zhì)材料。當(dāng)有極性分子的介質(zhì)材料置于微波電磁場(chǎng)中時(shí)，介質(zhì)材料中會(huì)形成偶極子或已有的偶極子在交變電磁場(chǎng)的作用下重新排列，并隨著高頻交變電磁場(chǎng)以每秒高達(dá)數(shù)億次的速度擺動(dòng)，分子要隨著不斷變化的高頻電場(chǎng)的方向重新排列，就必須克服分子原有的熱運(yùn)動(dòng)和分子相互間作用的干擾和阻礙，產(chǎn)生類(lèi)似于摩擦的作用，實(shí)現(xiàn)分子水平的“攪拌”，從而產(chǎn)生大量的熱量。由于微波頻率高，極性分子擺動(dòng)速度很快，因此，快速加熱是微波加熱的突出特點(diǎn)。水分子是極性分子，繞其對(duì)稱(chēng)軸的旋轉(zhuǎn)頻率為22吉赫，在此頻率的水對(duì)微波產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象，對(duì)微波有很強(qiáng)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(diào)食品。

2.2 微波的殺傷機(jī)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(shè)備和殺傷作戰(zhàn)人員的一種定向能武器。用作武器的微波波長(zhǎng)通常在30～3厘米、頻率為1～30吉赫、輸出脈沖功率在吉瓦級(jí)。目前，美、俄、英、法等國(guó)研制的微波武器主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是高功率微波波束武器，另一類(lèi)是微波炸彈。

微波武器的殺傷機(jī)理是基于微波與被照射物之間分子相互作用，將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏a(chǎn)生的微波效應(yīng)，就其物理機(jī)制來(lái)講，主要有以下三種效應(yīng)：電效應(yīng)、熱效應(yīng)和生物效應(yīng)。基于這種原理，微波武器利用高增益定向天線，將強(qiáng)微波發(fā)生器輸出的微波能量會(huì)聚在窄波束內(nèi)，從而輻射出強(qiáng)大的微波射束（頻率為1～300吉赫的電磁波），直接毀傷目標(biāo)或殺傷人員，由于微波武器是靠射頻電磁波能量打擊目標(biāo)，所以又稱(chēng)“射頻武器”。高功率微波武器的關(guān)鍵設(shè)備有兩個(gè)，即高功率微波發(fā)生器和高增益天線。高功率微波發(fā)生器的作用是將初級(jí)能源（電能或化學(xué)能）經(jīng)能量轉(zhuǎn)換裝置（強(qiáng)流加速器等）轉(zhuǎn)變成高功率強(qiáng)脈沖電子束，再使電子束與電磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生高功率電磁波。這種強(qiáng)微波將經(jīng)高增益天線發(fā)射，其能量匯聚在窄波束內(nèi)，以極高的強(qiáng)微波波束（其能量要比雷達(dá)波的能量大幾個(gè)數(shù)量級(jí)）輻射和轟擊目標(biāo)、殺傷人員和破壞武器系統(tǒng)。

與常規(guī)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(shè)備，而是通過(guò)強(qiáng)大的微波束，破壞它們內(nèi)部的電子設(shè)備。實(shí)現(xiàn)這種目的途徑有兩條：其一是通過(guò)強(qiáng)微波輻射形成瞬變電磁場(chǎng)，從而使各種金屬目標(biāo)產(chǎn)生感應(yīng)電流和電荷，感應(yīng)電流可以通過(guò)各種入口（如天線、導(dǎo)線、電纜和密封性差的部位）進(jìn)入導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)、坦克等武器系統(tǒng)內(nèi)部電路。當(dāng)感應(yīng)電流較低時(shí)，會(huì)使電路功能混亂，如出現(xiàn)誤碼、抹掉記憶或邏輯等；當(dāng)感應(yīng)電流較高時(shí)，則會(huì)造成電子系統(tǒng)內(nèi)的一些敏感部件如芯片等被燒毀，從而使整個(gè)武器系統(tǒng)失效。這種效應(yīng)與核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖效應(yīng)相似，所以又稱(chēng)非核爆炸電磁脈沖效應(yīng)；其二是強(qiáng)微波束直接使工作于微波波段的雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、偵察等電子設(shè)備因過(guò)載而失效或燒毀。因此，微波武器也被認(rèn)為是現(xiàn)代武器電子設(shè)備的克星。所以有人說(shuō)，核武器是人類(lèi)20世紀(jì)最大的杰作，而微波武器則是人類(lèi)兵器研究的最大突破，在21世紀(jì)，它擁有的地位將可能僅次于上世紀(jì)的核武器。

3、微波技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用前景

目前，我國(guó)已在皮革、木材、彩色印刷、食品、紙張等行業(yè)逐漸采用微波技術(shù)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 微波技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用前景

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

日本用2450MHz，5-l0kw微波加熱設(shè)備對(duì)輪胎作一次加熱，升溫到硫化溫度后用熱風(fēng)保溫，可硫化3-4t重量的輪胎；美國(guó)采用915MHz，50kw喇叭天線作為輻射加熱器，利用程序控制對(duì)大型輪胎進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，其優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻、硫化時(shí)間縮短三分之一。

3.2 微波技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景

微波生物效應(yīng)分熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。其熱效應(yīng)在醫(yī)療方面可進(jìn)行微波理療、配合放療和化療進(jìn)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(shè)計(jì)微波手術(shù)刀，開(kāi)刀止血快、出血量少。

3.3 微波技術(shù)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用前景

半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中已經(jīng)采用微波等離子體技術(shù)，進(jìn)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(cè)十幾種元素。利用微波源進(jìn)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(shí)現(xiàn)了低溫干燥，完好地保持了加工物料原有的色、香、味及營(yíng)養(yǎng)成份，避免了物料中活性成分的氧化變質(zhì)，制品復(fù)水性好；微波穿透至物料內(nèi)部，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)物料作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使物料受熱更均勻，干燥更迅速，其運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于冷凍干燥和紅外干燥，節(jié)能降耗、衛(wèi)生環(huán)保，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。

4、結(jié)語(yǔ)

縱觀微波技術(shù)在各個(gè)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，我們有理由相信在不久的將來(lái)它可以成為工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保及其它個(gè)領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)。然而，我們知道，至今微波的高效和獨(dú)特性還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的理論解釋。盡管應(yīng)用面廣，但不能深入。特別在我國(guó)，理論研究幾乎空白。要深入地應(yīng)用和開(kāi)發(fā)微波技術(shù)，正確的理論指導(dǎo)是很重要的，因經(jīng)，理論研究非常必要。這在我國(guó)應(yīng)該引起關(guān)注。預(yù)計(jì)理論研究的突破性進(jìn)展將會(huì)帶來(lái)真正意義上的微波技術(shù)應(yīng)用的時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

[1]夏湘，陳祖興，譚杰.微波能在工業(yè)上的應(yīng)用前景[J].海南礦冶.2001（11）47-50.

[2]劉興利，譚炯.微波技術(shù)在藥物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào).2005（1）92-89.endprint