微波加热具有自内而外、瞬时可控的加热特性,被广泛应用于食品烹饪、农产品干燥、微波冶金、铀矿石处理、微波理疗、肿瘤处理等领域。然而,由于大部分微波反应腔的类封闭特点,使得其中的微波场解具有本征特性,这个特性导致了微波场分布的不均匀,进而从热源上导致了微波加热的不均匀。根据电磁场理论,在反应腔中设置微波搅拌器,可在加热过程中扰动反应腔的电磁场边界条件,进而扰动微波场分布,这个方法为微波反应腔加热效率和加热均匀性的提升提供了可能。本文在详细分析介绍微波加热理论、谐振腔理论、波导理论、物料电磁特性、电磁搅拌器等基础上,设计并开展了三款具有搅拌器的高功率矩形微波反应腔加热特性的研究,主要研究工作如下:（1）在详细介绍分析微波加热相关理论知识的基础上,设计了具有线型搅拌器、H型搅拌器、超材料搅拌器的三款高功率矩形微波反应腔,给出了相应仿真计算方法,并验证了该方法的有效性。（2）计算分析了具有底置单线型搅拌器、侧置双线型搅拌器、底置H型搅拌器、侧置单面超材料搅拌器、底置单面超材料搅拌器、侧置双面超材料搅拌器、五面超材料搅拌器共三款七个自行设计的高功率矩形微波反应腔的加热特性。（3）研究了当加热物料分别取圆柱形或正方形马铃薯、红薯、三七粉、粉煤灰时,搅拌器线型结构的宽度和旋转角度、H形结构宽度和旋转角度、超材料结构的厚度和旋转片角度等参数对加热效率和均匀性的影响规律,最后给出了更优的搅拌器设计及运行参数。上述工作的开展,为微波加热的效率和均匀性提升提供了新途径,为微波反应腔新型搅拌器的设计提供了参考,为新型微波反应腔的设计理论添砖加瓦。