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微波技术

2019-12-02 21:20

专门研究和应用微波的无线电技术的学科。微波是频率高、波长短的电磁波。它的波长在1米到1毫米之间,频率为3×108赫兹到3×1011赫兹。微波能穿透电离层,具有波粒二象性的量子特性。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)的发明则是另一标志。第二次世界大战中,微波技术得到飞跃发展,因战争需要,当时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,微波技术已成为无论在理论和技术上都相当成熟,又不断向纵深发展的学科。 微波技术的基本理论是以麦克斯韦方程为核心的经典电磁场理论,“场解”是基本研究方法,它涉及到求解偏微分方程,因此,一般求场解都相当复杂。微波的广泛应用,要求一种简便的工程计算方法,发展至今已形成了“微波等效电路理论”。应用微波技术,主要的问题是微波元件和微波测量,无论如何复杂的微波系统都由若干微波元件组成,而微波测量是微波技术的定量实验方法和解决工程实际问题的重要手段。由于受控热核反应研究的需要,微波与等离子体相互作用的研究相当活跃,最近利用高速运动的等离子体产生了超高功率毫米波和亚毫米波。近年来,在超导研究中,微波约瑟夫森效应研究进展很快,除了探讨其作用机理外,已制成了各种约瑟夫森效应微波器件,它有可能引起低功率微波系统的重大革新。但是,微波技术研究和发展的主要趋势,仍是频率不断向更高范围推进。 微波技术之所以得到迅速发展,其主要原因是它有巨大的应用价值。目前,微波技术应用层出不穷,主要有:①雷达。微波技术的早期发展是和雷达交织在一起。雷达不仅用于国防,也用于导航、气象测量、大地测量、工业检测和交通管理等方面。现在雷达种类很多,如超远程预警雷达,它的作用距离在1万千米以上,可以对洲际导弹的突然袭击给出15~30分钟的预警时间;又如现代相控阵雷达,可以根据需要同时探测许多目标和自动跟踪许多目标。②通信。微波频带宽、信息量大,可以用微波作为载波进行通信。现主要应用在卫星通信和常规的中继通信中。③是一种科学研究手段。近年来,微波作为科学研究手段得到广泛应用。例如,所谓“原子钟”就是工作在微波波段的一种时间基准。1967年第十三届国际计量大会决议:定义时间单位“秒”为铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间,这根谱线落在微波频段。此外,射电望远镜、微波加速器等对于物理学、天文学研究具有重要意义。毫米波微波技术为控制热核反应的等离子体测量提供了有效方法。值得注意的是,微波作为一种观测手段,对科学发展作出了重大贡献,如60年代天文学四大发现:类星体、中子星、2.7K背景辐射和星际有机分子,全都是利用微波作为主要观察手段而发现的。④微波能的应用。主要有微波加热,其基本原理是微波与物质分子相互作用并被吸收而产生热效应。微波加热的特点是加热速度快,热能利用率高,可实现快速自动控制。目前,正在形成微波医学、微波生物学、微波化学等新的边缘学科。有趣的是,有的科学家用微波能来解释金字塔内的神奇奥秘。举世闻名的埃及金字塔,建造于约5000年前,塔高164.6米,由230万块巨大石头堆成。本世纪30年代后期,法国人鲍维斯在参观金字塔时发现,位于塔高1/3处的一只垃圾桶里有水 果屑、死猫死狗等小动物,当时塔内温度虽然很高,但这些小动物的尸体并不腐烂,反而脱水变成木乃伊。他回国后,模拟金字塔的构造了一个小模型,并把死猫放在1/3高处,结果发生同样现象。从此便有一种神奇的“金字塔能”的说法。后来,人们相继发现金字塔不仅可以对水果保鲜,而且有人在金字塔式的建筑物内睡觉,感到头脑清晰,甚至还能消除牙痛、肿痛等症状。捷克一位工程师把剃头刀片放在金字塔式的建筑物内,发现已钝的刀片又变得十分锋利,据说他为此还得到了“金字塔剃头刀片锋利器”的专利。金字塔内如此多的神奇奥秘,科学家经过研究分析,倾向于“金字塔能”实际就是微波能。事实上,金字塔式的建筑物是一种最有效的微波振荡器,它能把宇宙间各处发射来的微波有效地汇集起来,并使之发生谐振。因此,采用金字塔式结构可以把来自宇宙深处的能源有效地集中起来为人类服务。实验还表明,塔身1/3处最为有效。当然关于金字塔内奇异现象与微波的联系,仅为一家之言,仅供参考。

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