微波技术发展与前景展望

微波技术发展与前景展望

1、引言

微波技术是近一个世纪以来最重要的科学技术之一，从雷达到广播电视、无线电通信再到微波炉，其波长约在１米到１毫米之间，可被进一步细分为分米波，厘米波和毫米波

。随着现代微波技术的发展，波长在１毫米以下的亚毫米波也被视为微波的范畴，这相当于把微波的频率范围进一步扩大到更高的频率。因此，有的文献里也把微波的频率范围定义为300MHZ－3000GHZ。本文介绍了微波技术的发展以及在各个领域中的应用，并对微波技术未来的发展方向进行了讨论。

2、微波技术发展简史

从19世纪末德国物理学家赫兹发现并用实验证明了电磁波的存在后，对电磁波的研究便迅速展开。对微波直到20世纪初期对微波技术的研究又有了一定的进展。到了20世纪30年代，高频率的超外差接受器和半导体混频器的出现为微波技术的进一步发展提供了条件，使得微波技术的发展取得的一定的进步。

我国开始研究和利用微波技术是在20世纪70年代初期，

首先是在连续微波磁控管的研制方面取得重大进展，特别是大功率磁控管的研制成功，为微波技术的应用提供了先决条件。20世纪80年代，我国开始生产微波炉，到目前为止，已经发展有家用微波炉、工业微波炉等系列产品，产品质量接近或达到世界先进水平。随着科学技术的迅猛发展，微波技术的研究向着更高频段──毫米波段和亚毫米波段发展。

3、微波技术发展现状和未来趋势

进入21世纪，微波技术继续在广播、有线电视、电话和无线通信领域发挥着巨大的作用，在其他领域如计算机网络等应用中也崭露头角。在广播电视方面，当前广播电视节目制作逐步走向数字化。在通信领域，微波与卫星和光缆并列为现代通信传输的三大支柱。微波通信可作为干线光纤传输的备份及补充，解决城区内铺设有线资源困难的问题。此外，诸如微波单片集成、全数字化处理、数字专用集成电路等提高可靠性及降低成本的技术也需要进一步的研究。

3.1 太赫兹波的应用

太赫兹时域光谱技术是国际上近年来发展起来的研究技术。它利用物质对THz频带的不同特征吸收谱分析研究物质成分、结构及其相互作用关系。太赫兹时域光谱有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度很高，可以广泛应

用于多种样品的探测。太赫兹时域光谱系统分为透射型和反射型，既可以做透射探测，也可以做反射探测，还可以在泵浦-探测的方式下研究样品的时间动力学性质。对于不同的样品、不同的测试要求可以采用不同的探测装置。

两种探测方法有各自的特点。光导天线探测太赫兹波时由于产生光电流的载流子寿命较长胆是ZnTe 晶体5.3THz 处存在横向声子吸收，因此其探测带宽较窄。电光取样技术的时间响应只与所用的电光晶体的非线性性质有关，有较高的探测带宽。目前用电光取样探测到的频谱已超过37THz。同时这种探测方法具有光学平行处理的能力和好的信噪比，使它在实时二维相千远红外成像技术中具有很好的应用前景。但是这种方法光路的调节比较麻烦。

THz技术从产生到探测都离不开超快激光技术，所以设备庞大，价格昂贵。要想THz技术应用到气体检测、环境监测、医疗设备等方面，就必须使其小型化，低廉化、逐渐发展的纳米技术等有可能使其从学术阶段过渡到工业应用方面。

3.2 成像技术

太赫兹辐射对于电介质材料具有较强的穿透效果，除了可测量由材料吸收而反映的空间密度分布外，还可通过位相测量得到折射率的空间分布，获得材料的更多信息。

太赫兹成像所依据的基本原理是：透过成像样品(或从样品反射)的太赫兹电磁波的强度和相位包含了样品复介电函数的空间分布。将透射太赫兹电磁波的强度和相位的二维信息记录下来，并经过适当的处理和分析，就能得到样品的太赫兹图像。THz辐射频率介于红外与微波之间，能量较低，

1THz频率光子的能量只有4meV，不会对人体组织产生伤害。而且THz辐射可以轻易穿透织物、纸张、卡片等物体，对于塑料、陶瓷又可以很清晰地成像。

3.3 通信与雷达技术

太赫兹波是很好的宽带信息载体．因此在网络通信方面有很大的应用前景。太赫兹波的频率是目前手机通信频率的1000倍左右，利用太赫兹波进行无线电通信，可以极大地增宽无线电通信网络的频带，使无线移动高速信息网络成为现实。太赫兹波比微波能做到的宽带和迅道数多得多，尤其适合作为卫星间、星地间以及局域网的宽带移动通讯，太赫兹通讯时代可望到来；另外，用光子能量约为可见光光子能量的

1／40的太赫兹波作信息载体，比可见光或近中红外光

能量效率高得多。从技术上，太赫兹雷达技术可以探测比微波雷达更小的目标和更准确的定位，并且有更高的分辨率和更强的保密性，有望在军事装备和国家安全等方面发挥巨大的作用。

4、展望

太赫兹光谱和成像技术仍然处于研究和发展之中，尽管目前已有一些方面得到了应用，但是就整体水平来看，太赫兹技术还刚刚起步，基础研究和技术应用都还在不断地完善和不断地发展着。现有的太赫兹时域光谱系统及成像系统的设备不仅价格昂贵，信息处理过程也很复杂，有待于进一步实用化。为了在现场应用太赫兹技术，还要使太赫兹系统向微型化发展。特别是在国内，关于太赫兹技术的研究处于起步阶段，有大量的工作需要进一步地开展。