微波是波长从1mm～1m的一种电磁波，包括分米波、厘米波和毫米波等波段，从现代微波技术的发展来看，一般认为短于1mm的电磁波（亚毫米波）也属于微波范围。相应的频率从300MHz～300GHz，比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波具有波粒二象性，微波量子的能量为199×10－25～1.99×10－22 J。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。
1.微波特性
1）电子学方面，微波在电子学方面的表现是，它的波长比地球上很多物体和实验室中常用器件的尺寸相对要小很多，或在同一量级。当波长远小于物体（如飞机、船只、火箭、建筑物等）的尺寸时，微波的特点和几何光学的相似。利用这个特点，在微波波段能制成高方向性的系统（如抛物面反射器）。当波长和物体（如实验室中的无线电设备）的尺寸有相同量级时，微波的特点又与声波相近，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；谐振腔类似于共鸣箱等。波长和物体尺寸在同一量级的特点，提供了一系列典型的电磁场边值问题。
2）物理学方面，微波物理学方面的表现是分子、原子与核系统许多共振现象都发生在微波的范围，因而微波为探索物质的基本特性提供了有效的研究手段，微波的产生、放大、发射、接收、传输、控制和测量等一系列技术都不同于其他波段。
3）微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键。
4）信息性。由于微波频率很高，所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千MHz。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，所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无一例外都是工作在微波波段。另外，微波信号还可以提供相位信息、极化信息、多普勒频率信息。这在目标检测、遥感目标特征分析等应用中十分重要。
5）微波的热效应。微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热，而对生物体产生的生理影响。热效应主要是生物体内，有极分子在微波高频电场的作用下，反复快速取向转动而摩擦生热；体内离子在微波作用下振动，也会将振动能量转化为热量；一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加。如果生物体组织吸收的微波能量较少，它可借助自身的热调节系统，通过血液循环将吸收的微波能量（热量）散发至全身或体外，如果微波功率很强，生物组织吸收的微波能量多于生物体所能散发的能量，则引起该部位体温升高。局部组织温度升高将产生一系列生理反应，如使局部血管扩张，并通过热调节系统使血液循环加速，组织代谢增强，白细胞吞噬作用增强，促进病理产物的吸收和消散等。
6）微波的非热效应。微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应，如电效应、磁效应及化学效应等。在微波电磁场的作用下，生物体内的一些分子将会产生变形和振动，使细胞膜功能受到影响，使细胞膜内外液体的电状况发生变化，引起生物作用的改变，进而可影响中枢神经系统等。微波干扰生物电（如心电、脑电、肌电、神经传导电位、细胞活动膜电位等）的节律，会导致心脏活动、脑神经活动及内分泌活动等一系列障碍。对微波的非热效应，人们还了解的不很多。当生物体受强功率微波照射时，热效应是主要的（一般认为，功率密度在10mW／cm2者多产生微热效应，且频率越高产生热效应的阈强度越低）；长期的低功率密度（1mW／cm2以下）微波辐射主要引起非热效应。
7）微波加热原理。被加热介质物料中的水分子是极性分子，它在快速变化的高频磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子间相互摩擦运动，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一系列物化过程，达到微波加热的目的。
8）微波杀菌的机理。微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养、繁殖和生存的条件而死亡。
微波振荡源的固体化以及微波系统的集成化是现代微波技术发展的两个重要方向。固态微波器件在功率和频率方面的进展，使得很多微波系统中常规的微波电子管已为或将为固体源所取代。固态微波源的发展促进了微波集成电路的研究。
2.微波的应用
1）雷达和通信。雷达不仅用于国防，同时也用于导航、气象测量、大地测量、工业检测和交通管理等方面。通信应用主要是现代的卫星通信和常规的中继通信。射电望远镜、微波加速器等对于物理学、天文学等的研究具有重要意义。毫米波微波技术对控制热核反应的等离子体测量，提供了有效的方法。微波遥感已成为研究天体、气象和大地测量、资源勘探等的重要手段。微波在工业生产、农业科学等方面的研究，以及微波在生物学、医学等方面的研究和发展已越来越受到重视。
2）与其他学科互相渗透而形成若干重要的边缘学科。微波天文学、微波气象学、微波波谱学、量子电动力学、微波半导体电子学、微波超导电子学等，已经比较成熟。微波声学的研究和应用已经成为一个活跃的领域。微波光学的发展，特别是20世纪70年代以来光纤技术的发展，具有技术变革的意义。
3）传送电能。微波传输电能的实例有微波动力飞机。微波动力飞机不带燃料，只有一台直流电动机和微波接收整流装置。起飞时由蓄电池为电动机供电，待升高到100m后，电池关闭，地面上的微波发生器通过锅形天线发射微波；飞机上的特殊天线，把接收到的微波变成直流电，驱动电动机，带动飞机螺旋桨。飞行使用的波长为10cm和3.8cm微波，功率为几百千瓦，足够飞机在9000多米高度使用，如果将两个或多个这样的发生器合并起来，可供飞机在1.5万米以上的高空飞行使用。发射微波的天线很大，直径达60多米。微波动力飞机的接收天线不仅要接收微波，还要把微波转换成电动机可用的直流电。现在在加拿大、美国都已试制出较大型的微波动力飞机，但地面发射天线太大，不容易转动，一般还只能用于直升机。(www.xing528.com)
3.微波天线
工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。图14-1为微波天线。微波天线技术是制约雷达、测量控制技术发展的瓶颈。与其他电子产品不同的是，微波天线的电气性和整机功能，主要靠馈源网络的结构保证，因此，馈源网络的设计及工艺制造是天线产品制造的关键技术。中国电子科技集团公司第三十九研究所，解决了高精度微波天线设备的配套能力，以大中型天线系统为对象，设计制造出天线馈源、精密传动箱、天线成形模具三个系列四种类型关键零件系统。
4.微波传播
微波主要是由空间波来传播的，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离Rmax以外的区域，则称为阴影区。利用微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波；发射天线发出的指向地面的电波，被地面反射而到达接收点的电波称为反射波。显然，接收点的信号应该是直射波和反射波的合成。电波的合成不会像1＋1=2那样简单地代数相加，合成结果会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同。波程差为半个波长的奇数倍时，直射波和反射波信号相加，合成为最大；波程差为一个波长的倍数时，直射波和反射波信号相减，合成为最小。可见，地面反射的存在，使得信号强度的空间分布变得相当复杂。在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。从太空向地面传播不存在阴影区问题。
图14-1 微波天线
5.微波与环境
微波能量传输系统采用了国际电信联盟分配的2.45GHz和5.8GHz，微波能量传输功率密度比通信系统的高几个数量级，必须考虑微波能量传输对环境的影响。
1）对无线通信系统的影响。日本对2.45GHz的太空电站微波能量传输与无线通信系统间的干涉做了计算。如果要使微波传输频率的谐波在国际通信联盟规定的能量辐射密度范围内，需要对信号进行调制。载波噪声、谐波及乱真发射必须足够小以避免对广播的影响。栅瓣及旁瓣应尽量低以减小影响区域。降低栅瓣还可减小传输功率的损失。
2）对人的影响。由于微波能量传输的功率密度比无线通信强，需要考虑信号对人的影响。关于微波安全的考虑由来已久，目前射频和微波的标准是基于相关科学文献的临界状况制定的，该标准不考虑微波与人体相互作用的机理，而把在最敏感情况下可能对人体造成伤害的吸收率作为指标。有研究认为微波对人健康的影响仅在于热效应，辐射防护委员会（ICNIRP）制定的标准是：无论何种频率，工作中应在50W／m2下，公共场合在10W／m2下。IEEE对人体暴露在微波辐射的最大量标准，在2.45GHz和5.8GHz下分别是以平均81.6W／m2以及100W／m2的强度超过6min，或以平均16.3W／m2以及38.7W／m2的强度超过30min，前者是在可控的环境下，后者是在不可控的环境下，也可理解为职业环境和公共场合。对于今后的微波功率传输系统，天线外区域辐射需控制在安全标准内，天线内的辐射标准还有待讨论。
3）微波与大气的相互作用。大气对微波的影响主要由空气和雨对微波的吸收和散射以及不规则的空气折射率造成。总的来说这些影响很小。对于2.45GHz和5.8GHz的微波，水汽和氧气的吸收占主要部分。特殊情况下只需考虑氧气对微波的吸收。该值约为0.007dB／km。就太空电站而言，总吸收量约为0.035dB。对于日本，吸收量约为0.05dB。50mm／h及150mm／h的雨量对于2.45GHz微波造成的衰减系数分别为0.01dB／km和0.03dB／km，对5.8GHz微波造成的衰减系数分别为0.3dB／km和1.2dB／km。不规则的空气折射率造成的微波损失更小。2.45GHz情况下的太空电站可以忽略空气和雨对其的衰减，而5.8GHz在雨天的损失需要考虑。
4）微波与太空等离子区的相互作用。当太空电站的微波穿过电离层的等离子区时两者会相互作用。像卫星的弱微波通信信号在等离子区会发生折射、法拉第旋转、闪光或火花以及被吸收等现象。因此等离子区对微波功率传输系统的影响是不可忽略的。例如，根据斯奈尔定律及电离层的总电子束计算，2.45GHz和5.8GHz通过电离层的反射理论上仅0.67m和0.12m。然而天线的直径超过千米这一因素却没有考虑。虽然2.45GHz在法拉第旋转作用下偏振面会旋转7°，由于太空电站的微波使用的是圆偏振波，故也不考虑。
微波和电离层间的非线性作用需要仔细考虑。理论上可以预测如等离子的欧姆热效应、通过等离子的有质动力产生的霍尔效应、微波束的热自聚焦效应、三波互作用以及在MHz频段对静电波的激励等作用。它们在卫星通信系统由于微波能量小而不会发生。
Perkins和Roble于1978年从理论上计算了太空电站微波束的欧姆热效应。根据电子的密度及电子中子的碰撞频率可估算微波的吸收量。该效应在低电离层最为明显，因为碰撞频率最高。对三波互作用以及在MHz频段对静电波的激励等作用，Matsumoto在1982年预测微波会衰减为向前的等离子波（拉曼散射Raman Scattering）或离子声波（布里渊散射Bril-louin Scattering）以及向后的次微波。1983年，Matsumoto团队利用火箭做了微波能量传输试验。通过试验对理论进行修正后认为，小于0.01％的微波能量会转化为静电波。
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