2.1.2 微波的基本概念
1. 微波的定义
微波是指频率为 300 MHz～300 GHz 的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长为 1 m～0.1 mm 的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波、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」。
2. 微波的性质
微波的基本性质通常表现为穿透性、反射性和吸收性三个特性。玻璃、塑料和瓷器几乎不吸收微波，水和食物等则会吸收微波而使自身发热，金属类物体会反射微波。微波作为一种电磁波具有波粒二象性。微波传输满足光学原理，直线传播。从电子学和物理学观点来看，微波具有如下重要特性。
（1）穿透性
微波比其他用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等的波长更长，因此具有更好的穿透性。当微波穿透介质时，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以微波频率 2450 MHz 为例，它能使介质的分子每秒产生二十四亿五千万次震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起介质温度的升高，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，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。因此，微波在工程上有广泛的应用，如下所述：
• 微波（特别是厘米波）信号能穿透电离层，打开了人们探测外层空间的宇宙窗口；
• 微波能穿透云雾、植被、积雪和地表层，具有全天候工作能力，是遥感技术的重要手段；
• 微波能穿透生物组织，是医学透热疗法的重要方法；
• 微波能穿透等离子体，是等离子体诊断与研究的重要手段。
（2）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就弱。由于各物质的损耗因数存在差异，采用微波加热时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，其介质损耗因数很大，对微波具有较强吸收能力。而蛋白质和碳水化合物等的介质损耗因数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。
（3）热惯性小
微波对介质材料是瞬时加热升温，升温速度快。另外，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性地随之改变，不存在「余热」现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。
（4）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，因此微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性，故此采用微波工作能使电路元器件尺寸减小，使系统更加紧凑，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（实验室中的无线设备）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、萧和笛，微波谐振腔类似于声学共鸣腔。
（5）非电离性
微波量子的能量为 1.99×l0−25～1.99×10−21焦耳，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键。然而，部分物质除外，如微波可对废弃橡胶进行再生，可通过微波改变废弃橡胶的分子键。另外，分子原子核在外加电磁场的周期力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，从而形成了一门独立的微波波谱学。
（6）信息性
由于微波频率很高，所以在相对带宽不宽的情况下，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，所以移动通信、多路通信、图像传输、卫星通信等系统几乎无例外都工作在微波波段。另外，微波信号还可以提供相位信息、极化信息和多普勒频率信息，这在目标检测和遥感目标特征分析等应用中十分重要。
