天華中威科技微波小課堂_微波技術(shù)發(fā)展簡史

對微波的理論研究以及進行相關(guān)實驗起步于20世紀初，但早期的設(shè)備不能滿足實驗的需要， 主要表現(xiàn)為缺乏大功率的信號發(fā)生器和靈敏的信號接收器， 因此早期的研究并沒有取得實質(zhì)性的進展。到了20世紀30年代，高頻率的超外差接受器和半導體混頻器的出現(xiàn)為微波技術(shù)的進一步發(fā)展提供了條件， 使得微波技術(shù)的發(fā)展取得的一定的進步。

1931 年意大利科學家馬可尼進行了距離為 18 英里的無線通信實驗，實驗中使用 600MHz 的微波來傳輸具有較好質(zhì)量的話音信號， 信號源為巴克豪森管（ Barkhausentube ）。這是首次利用300MHz以上的微波完成的無線通信實驗。第二年，馬可尼又利用 57 厘米的微波，在相距15英里的梵蒂岡和岡多菲堡之間建立了無線電通信， 并提供電話和電傳打印機服務(wù)， 從此微波技術(shù)由實驗室走向了真正的實際應(yīng)用。同一時期，雷達的相關(guān)概念和理論也逐漸形成，到了20世紀30年代中期， 世界上已經(jīng)有八個國家在進行相關(guān)的研究。 

1、高速發(fā)展的二戰(zhàn)時期

第二次世界大戰(zhàn)時期普遍被認為是微波技術(shù)發(fā)展的黃金時期， 其背后主要的推動力來自于軍方對雷達的需求。雷達在二次大戰(zhàn)中扮演著重要的角色， 為此盟軍投入了大量人力物力進行雷達的研究。在美國， 雷達的相關(guān)研究主要是在麻省理工學院的輻射實驗室進行， 1945 年其員工人數(shù)甚至達到 4000 余人，在該研究室工作過的科學家中， 后來有 9 人獲得了諾貝爾獎。

戰(zhàn)后， 輻射實驗室編著了 28 卷的《輻射實驗室叢書》 并于 1947 出版， 書中記錄了二戰(zhàn)期間輻射實驗室及相關(guān)研究機構(gòu)研究發(fā)展雷達的大量工作。

1886 年， 赫茲就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電磁波會被固體反射回來， 這實際就是雷達最基本的原理。到了 1903 年， 德國的 Hulsmeyer將其發(fā)明的用于航海的系統(tǒng)申請了專利，該系統(tǒng)利用無線電波的反射來檢測障礙物的存在， 并為船只進行導航。1933年，美國海軍實驗室展示了發(fā)射 3MHz 的無線電波的雷達， 能夠在 50 英里的范圍內(nèi)檢測到飛機的存在。1934年，英國物理學家和雷達技術(shù)專家沃森瓦特建立了實驗雷達站， 1938年組建了英國東海岸的防空雷達網(wǎng)， 由25MHz的雷達構(gòu)建而成。二戰(zhàn)中英國戰(zhàn)役的最終勝利， 防空雷達網(wǎng)起了很大的作用。1939年， 美國軍隊裝備了105MHz 的 SCR 270 型雷達用作遠程預警系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在后來的珍珠港戰(zhàn)役中， 成功地提前檢測到了日軍的飛機。1943 年輻射實驗室研制出利用空腔磁控管的微波雷達－ 3GHz 的 SCR 584 型雷達， 同年投入生產(chǎn)并廣泛使用在歐洲和太平洋戰(zhàn)場， 這種雷達能夠有效的判斷空中物體的位置并進行火力控制， 在其幫助下倫敦戰(zhàn)役中德軍 85％的 V-1 型飛彈被對空火力摧毀。

二戰(zhàn)期間， 微波技術(shù)在其他方面的應(yīng)用也在繼續(xù)向前發(fā)展。在無線通信方面，1943 年 AT&T 研制出 AN/TRC-6 型多頻段微波無線電， 該設(shè)備利用了脈沖位置調(diào)制和數(shù)字調(diào)制技術(shù)， 美軍和英軍裝備了這種型號的無線電設(shè)備。微波測量技術(shù)也在40 年代發(fā)展起來， 其中包括能量檢測， 能量測量， 頻率測量， 相位測量和電壓駐波比等技術(shù)。  

1944 年，Meyers， Charles 和 Julian 首次提出了反射計和阻抗測量技術(shù)。微波技術(shù)在生物和醫(yī)學上的應(yīng)用研究也在二戰(zhàn)期間展開。

1938年， 德國人 Hollman和美國人Hemingway 及 Stenstrom 共同提出將微波用于治療的技術(shù)。其原理在于，與其他電磁波相比， 微波可以更好地集中能量進行透熱療法。而且使用微波在對深層的組織進行加熱時， 不會引起皮膚表面溫度過高。

2、微波技術(shù)戰(zhàn)后的發(fā)展

微波技術(shù)在二戰(zhàn)后的十幾年間迅速地傳播開來， 并得到各個國家的重視。許多國家由政府進行資金支持， 在大學， 大型企業(yè)或是研究所里設(shè)置了微波技術(shù)的研究項目。特別是冷戰(zhàn)時期為了提供對新武器系統(tǒng)的支持， 進行了大量微波技術(shù)的相關(guān)研究， 這些研究極大地促進了微波技術(shù)的發(fā)展。新的波導結(jié)構(gòu)被提出， 以替換那些體積過于龐大的矩形和圓形波導。許多新類型的微波管也投入了使用。信號發(fā)生器和接收器的體積也被大幅度減小， 以降低生產(chǎn)整個微波系統(tǒng)的費用并使增強了穩(wěn)定性。以上的技術(shù)進步促進了微波集成電路技術(shù)的發(fā)展。

雷達技術(shù)也在繼續(xù)進步，1955 年 Page 發(fā)明了單脈沖雷達， 美國無線電公司于1958年生產(chǎn)了高精度單脈沖追蹤儀器雷達 AN/FPS-16 ， 這是第一臺達到 0.1 米級精度的雷達。

戰(zhàn)后微波通訊技術(shù)飛速發(fā)展， 1946 年美國軍隊成功接受到被月球表面反射回來的雷達微波信號。AT&T于1947年在紐約和波士頓之間建立了3.7-4.2GHz的帶中繼器的視距無線電系統(tǒng)， 該系統(tǒng)可傳輸 500路電話或是一個黑白電視頻道的節(jié)目。

1965 年研制出第一顆商用地球同步軌道通信衛(wèi)星“ Early Bird”。

在微波測量技術(shù)方面， 1951年Fellgett 提出了傅里葉變換光譜法。第一臺應(yīng)用分離振蕩場方法的銫原子鐘于1952年在美國國家標準局問世， 隨后的1955年， 英國國家物理實驗室的埃森等人研制出超精細微波誘導躍遷銫原子鐘， 1960 年Cutler和Bagley引入原子鐘作為原子頻率標準， 原子鐘的發(fā)明和應(yīng)用成為現(xiàn)代時間測量技術(shù)的里程碑。1966 年 Weinert 發(fā)明了射頻向量伏特計。

微波技術(shù)在生物和醫(yī)學上的應(yīng)用研究在戰(zhàn)后也在繼續(xù)發(fā)展， 1950年， Gessler，McCarty和Parkinson三位物理學家首次進行了利用微波能量治療癌癥的試驗， 并使用頻率為2450MHz 的微波輻射根治了白鼠身上的乳腺癌。1955年， Allen 利用微波和 X 射線的混合輻射根治了鼠類身上的S180 腫瘤， 隨后關(guān)于混合輻射療法的研究大量展開。

3、從軍用到民用的轉(zhuǎn)變

二戰(zhàn)后微波技術(shù)的研究與應(yīng)用逐漸從滿足軍事需求為主向民用領(lǐng)域過渡， 具有代表性的便是微波爐的發(fā)明。從20世紀40年代開始， 出現(xiàn)了許多利用微波進行加熱的相關(guān)技術(shù)的專利， 這標志著微波加熱技術(shù)的起步。其中 Westinghouse 和 GE 公司側(cè)重于工業(yè)加工方面的應(yīng)用， 如紡織品、輪胎和木材等的烘干， 而 Raytheon 公司則致力于食品的烹飪和加熱。1949 年Raytheon 公司提出了微波爐的若干基本專利。但 Raytheon 公司專注于商業(yè)用微波爐的市場， 沒有涉足家用微波爐。到了1960 年， 在 Raytheon 公司的授權(quán)下， 幾家大的美國公司Hotpoint，Westinghouse， 和 Whirlpool 等開始生產(chǎn)面向普通消費者的家用微波爐。然而微波加熱技術(shù)在工業(yè)加工方面的應(yīng)用卻比預想的增長的要慢，在家用微波爐市場，消費者的需求也增長的有限， 這主要是因為當時微波爐的主要元器件——磁控管的成本一直居高不下。

歷史性的轉(zhuǎn)折發(fā)生在1967年，Raytheon 下屬的 Amana 公司推出了一種家用臺面式微波爐RR - 1 ， 由于使用了成本大為降低的新型磁控管， 使得整機的價格還不到以前微波爐的一半。RR - 1 型微波爐一經(jīng)推出便迅速的推動了家用微波爐市場的發(fā)展，不僅美國本土的公司迅速跟進，而且吸引了東芝、夏普、日立等日本公司也投入到這個市場中來。60年代， 美國的微波爐年銷售量只有1萬臺左右，而到了1975年，這個數(shù)字超過了100萬臺，1985年更是高達500萬臺。其中，日本公司也在家用微波爐市場占領(lǐng)了很大的份額， 根據(jù)夏普公司公布的數(shù)據(jù)， 到 1977 年為止夏普公司已經(jīng)銷售了 200 萬臺微波爐。隨后，在日本，歐洲等地家用微波爐市場也發(fā)展起來。一項1976年的調(diào)查結(jié)果顯示，日本已有17％的家庭使用微波爐進行烹飪。如今微波爐已經(jīng)成為世界各地廣泛使用的食品加工和烹飪器具， 許多美國人甚至認為微波爐是20世紀70年代以來最重要的科學技術(shù)突破，在我國，微波爐在大中城市的普及率已經(jīng)達到80％以上。