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题目：微波技术原理及其在化学化工领域的应用

微波技术原理及其在化学化工领域的应用

摘要：本文介绍了微波技术原理以及其发展背景，并针对微波技术在化学化工领

域的应用概况进行了总结和介绍，也提出了应用中的问题以及展望。

关键词：微波技术，化学，化工

1.引言

微波是一种波长很短的电磁波，其频率介于300MHz-300GHz，波长介于1

mm-1m之间。因其波长介于远红外线和短波之间，故称之为微波。微波具有的

[1]

特点为高频性、波动性、热特性和非热特性。随着科学的发展，微波技术得到

了广泛的应用，尤其是在通信行业，如微波卫星通信、微波散射通信、模拟微波

通信和数字微波通信等。近年来，微波以其高效、均匀、节能、环保等诸多优点

受到广泛关注，并逐渐成为一种新型能源得到越来越广泛的应用[2]。

2.微波技术的发展

微波技术兴起于20世纪30年代，在电视、广播、通讯等相关技术领域中得

到了广泛的应用。经过长期发展后，美国于1945年率先发现了微波的又一特性，

即热效应，并创新性的将其作为一种非通讯能源开始应用于工业、农业以及相关

科学研究中。

微波技术的发展主要取决于微波器件的应用和发展。早在20世纪初，就有

研究人员开始了对微波理论的探索，并进行了相关的实验研究。但由于当时信号

[3]

发生器功率较小，加之信号接收器灵敏度较差，实验未能取得实质性的进展。

1936年，波导技术的进一步发展为微波技术的研究提供了可靠的理论及实验条

件。美国电话电报公司的GeorgeC.Southworth.将波导用作宽带传输线并申请

了专利，同时，美国麻省理工学院的M.LBarrow完成了空管传输电磁波的实验，

[4]

这些工作为规则波导奠定了理论基础，推动了微波技术进一步向前发展。20

世纪40年代，第二次世界大战期间，雷达的出现和使用引起了人们对微波理论

和技术的高度重视，并研制了很多微波器件，在此期间，微波技术迅速发展并在

实际应用中得到认可。但在当时战争条件下，各国都忙于实际应用，对微波理论

的研究尚为欠缺，所以使得微波理论滞后于实际应用。1945~1865年，微波技术

的发展速度有了明显提高，同时，其应用范围也更加广泛。在这20年间，逐步

开辟了微波新波段并形成了射电气象学、射电天文学、微波波谱学等一系列新的

科学领域。比较系统和完整地建立了一整套微波电子学理论，为微波技术的进一

步发展打下了理论基础。1965年以后，微波集成电路与微波固体器件的发展和

应用时微波设备朝着定型化与小型化的方向发展。目前，微波设备正向着更高频

段、宽频带、高功率、数字化、高可靠性、小型化等方面发展，单片集成化和毫

米、亚毫米波段微波的发展已成为现阶段微波技术研究的重点方向[5]。

3.微波作用机理

微波对物体的作用本质上是利用电磁场能量的损耗对物质做功的过程。众所

周知，极性分子由于存在较强的极性，在外加电磁场的作用下会产生偶极转向的

极化。微波所产生的高频交变电场变向速度极快，可以达到每秒数亿次的频率。

对于微波本身，偶极转向极化的速度相比电场方向变化速度稍慢，不能跟交变电

场的转向同步进行，从而造成了体系内部电磁场能量的损耗。同时对于物质本身，

微波的作用是一个由微波能向热能转化的过程。本质上讲是由于极性分子会随着

在电磁场电场的的快速转向和定向排列，会引起物质内部极性分子的剧烈运动并

且会出现摩擦碰撞的现象，从而致使体系温度迅速升高，实现由微波能向热能的

转化。由于微波加热是物质自身发生偶极转向极化而使电场能量损耗从而会有发

热的效果，所以不同物质在微波电磁场作用下的热效应也不尽相同。微波对物质

的作用效果可以分为两种，即热效应与非热效应。其中热效应是指由于微波的介

电加热特性使物体形成不同温度区域而产生的效应;非热效应是指微波固有的特

性所产生的热效应外的其他效应。其中微波所产生的热效应由于其具有加热速度

快、均匀加热没有温度梯度、且没有滞后效应等优势，在相关领域得到了广泛的

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