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微波谐振腔分布原理

2015-07-04 09:29阅读:

微波谐振腔分布原理
微波加热原理
微波属于交变电磁场,其中电场分量微波频率的每一个周期内,其方向将变化180度。在该电场内如果有极化分子(例如水,其分子中正负电荷中心不重合),将随着电场的变化改变方向,顺从电场的方向,在此过程中从电场吸收能量。电场方向发生变化,极化分子的排列方向也将随之发生变化,如果极化分子在旋转过程中与其他相邻的分子发生摩擦,就会产生热量。
由于微波的电场频率较高,如家用微波炉的频率为2450MHz,即每秒中微波炉电磁场要进行24.5亿个周期的方向变化。这样极化分子在电磁场内将剧烈运动,相互也剧烈的摩擦,体现在宏观上,是极化分子的温度升高。
对于非极化分子(例如四氯化碳、云母、玻璃、陶瓷),由于其构成物质的单个分子结构中心一致,微波对其加热的效果较差,相对于微波其近乎于透明状态。

â微波传输及谐振特性
微波的传播速度为光速(约30万公里/秒),家用微波炉磁控管的工作频率一般为2450MHz,自由空间(空气中)的波长约为121mm。微波传输过程中遇金属反射,如同光波照射到镜子上一样,由于通常微波加热炉的腔体内四壁均为钢铁等金属材料制成,微波在多次反射后会形成漫反射,同时如果入射波和反射波叠加,会形成驻波。
微波传输过程中在10个波长(大于1210mm)以上的空间内有明显的方向性, 微波经墙壁的多次反射形成漫
反射,漫反射的微波是大容积加热腔微波均匀加热的主要途径。

而在10个波长以内,特别是小于5个波长,方向性不明显,在此情况下,微波在腔体内形成谐振状态。微波炉腔体内加热就是通过驻波的方式进行的。而驻波的形成同微波在腔体内的模式分布有关系,所谓的模式是尺寸已定(长×宽×高)腔体在某一频率f是的微波分布状态。如下图,在频率f1时,微波炉腔体内的模式分布图,途中深色柱状物为电场强度较高的区域,而其余空间为电场强度较低的区域。而当微波频率在f2时,腔体内的分布会变为另一种方式。当多种频率(f1、f2、f3 … …)依次工作时,会有多种模式发生,在腔体空间内电场分布强弱互补,形成均匀分布。
微波在谐振状态,由于加热腔内的物料不停的消耗微波能,而微波能也不停的有微波源传输到腔体。采用先进的专用软件系统可以方便的计算微波的瞬时传输状态,以便使得腔体的设计能按预期设想进行,确保均匀的控制微波分布,以及功率及温度控制。

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