微波加热由于其作用机理不同常规加热方式,因此具有加热均匀、选择性强、环保节能的优异特性,且加热时存在非热效应的作用,对于反应过程过程有着特殊的催化作用,从而在微波化学领域,如何利用这一特性便成为研究学者们关注的重点。同时,又由于微波化学反应器中电磁场的分布与腔体的类型、结构参数息息相关,所以设计一个能高效率利用微波能量的化学反应器便成为了难点。本文基于商业项目“油页岩等含油混合物的微波地面干馏”,以同轴腔作为反应器设计了一套高效率的微波加热系统,并配套完成了参数测量所用的圆柱谐振腔的设计,以及微波馈能所用高功率波导同轴转换器的设计。本文首先从无磁性电介质材料的介电特性出发,利用Debye方程简要介绍了电介质的复介电常数与频率、温度的变化关系,微波热效应与介电损耗的关系,之后从宏观以及微观两个角度理论推导并证明了微波非热效应的存在性;之后详细介绍了本文中测试所用的圆柱谐振腔理论以及微波加热所用的同轴谐振腔理论,给出各种谐振模式的场分布,推导谐振腔微扰理论。接着根据测试频率915MHz和谐振模式010TM的要求,利用HFSS、CAD设计了圆柱谐振腔,结合本征模式的软件仿真结果,选取环耦合结构作为谐振腔的激励源,并合理设计样品放置孔的位置与大小,使其屏蔽效能达到39.9d B。之后推导了介电常数测量的相关理论。随后,分析比较多种同轴阻抗补偿手段,选取锥形补偿设计同轴加热腔;通过分析物料的复介电常数,降低了结构参数对于腔体驻波比的影响,并优化腔体结构,提升腔体加热的均匀性;然后设计了高功率波导同轴转换器,选用内导体渐进变化的门钮型波导同轴转换器,功率容量完全满足项目要求。最后利用加工好的圆柱谐振腔,首先空腔测试了腔体的耦合强度与谐振模式的激励情况,与理论方针较为一致,并测试含油混合物的复介电常数;搭建完整的含油混合物微波加热系统,采用便携式矢量网络分析仪测试腔体驻波比,与软件仿真结果的理论值一致性较好,并分析了误差来源。