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微波介质谐振器的发展和应用前景

成都微波技术支持工程师：郑国全

一、微波是什么

微波是指频率300MHz-3000GHz的电磁波，是无线电波中的一个频段，即波长

在1米（不含1米）到毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波

的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”，微波

作为一种电磁波具有波粒二象性。

二、微波的特性

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷

器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而

对金属类东西，则会反射微波。从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱

具有不同于其他波段的如下重要特点：

穿透性

微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具

有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质

材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热

传导时间，物料内外加热均匀一致。

选择性加热

物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质

对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于

各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产

生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，

对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波

的吸收能力比水小得多。因此对于食品，含水量的多少对微波加热效果影响很大。

热惯性小

微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随

时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制

和连续化生产的需要。

似光性和似声性

微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相

对要小得多，或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。

因此在微波频段工作，能使电路元件尺寸减小，系统更加紧凑。可以制成体积小，

波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来

的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。由于微波波长与物体的

尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。例如微波波

导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学喇叭及萧与笛；微波谐

振腔类似于声学共鸣腔。

非电离性

微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的

化学键。再从物理学角度看，分子原子在外加电磁场的作用下所呈现的许多共振现

象都发生在微波范围，因而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。利用这一特性，还可以制作许多微波器件

信息性

由于微波频率很高，所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百

甚至上千兆赫兹。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大，所

以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无一例外都是工作在微波波段。另

外，微波信号还可以提供相位信息，极化信息，多普勒频率信息。这在目标检测，

遥感目标特征分析等应用中十分重要

微波还具有其它所谓的非热效应，如电效应、磁效应及化学效应等，根据这些

效应，我们可以开发出微波的更多应用领域。

三、微波的用途

微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。微波技术的形成以波导管的

实际应用为其标志，若干形式的微波电子管(速调管、磁控管、行波管等)的发明是

另一标志。在第二次世界大战中，微波技术得到飞跃发展。因战争需要，微波研

究的焦点集中在雷达方面，由此而带动了微波元件和器件、高功率微波管、微波电

路和微波测量等技术的研究和发展。至今，微波技术已成为一门无论在理论和技术

上都相当成熟的、又是不断向纵深发展的学科。微波振荡源的固体化以及微波系

统的集成化是现代微波技术发展的两个重要方向。固态微波器件在功率和频率方面

的进展，使得很多微波系统中常规的微波电子管已为或将为固体源所取代。固态微

波源的发展也促进了微波集成电路的研究。频率不断向