微波技术的基本原理以及在环境中的应用杨燕娜福州大学环境与资源.PDF

微波技术的基本原理以及在环境中的应用 杨燕娜 福州大学环境与资源学院 一、微波的基本知识 微波是一种电磁波，波长范围没有明确的界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三个 波段，也就是波长从 1mm 到 1m 左右，频率范围从 300 MHz 到 300 GHz，由于微波的频率 很高，所以亦称为超高频电磁波。微波与工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围比较 如表 1 所示。 表 1 各系统所用频率与波长范围 项目 频率 波长/m 工业用电 50Hz 或 60Hz 或 无线电中波广播 300～3000kHz 1000～100 微波 300～300000MHz 1～0.001 因为微波的应用极为广泛，为了避免相互间的干扰，供工业、科学及医学使用的微波频 段（如表 2 所示）是不同的。目前只有 915MHz 和 2450MHz 被广泛使用，在较高的两个频 率段还没有合适的大功率工业设备。 表 2 常用微波频率范围 频率范围/MHz 波段/m 中心波长/m 常用主频率/MHz 波长/m 890～940 L 0.330 915 0.328 2400～2500 S 0.122 2450 0.122 C 0.052 5800 0.052 5725～5875 K 0.014 22125 0.014 22000～22250 微波是电磁波，它是具有电磁波的诸如反射、投射、干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁 波进行能量传输等波动特性，这就决定了微波的产生、传输、放大、辐射等问题都不同于普 通的无线电、交流电。在微波系统中没有导线式电路，交、直流电的传输特性参数以及电容 和电感等概念亦失去了其确切的意义。在微波领域中，通常应用所谓“场”的概念来分析系 统内电磁波的结构，并采用功率、频率、阻抗、驻波等作为微波测量的基本量。具体说来有 以下几点。 （1）在研究微波问题时，应使用电磁场的概念，许多高频交变电磁场的效益不能忽略。 例如微波的波长和电路的直径尺寸已是同一数量级，位相滞后现象已十分明显，这一点必须 加以考虑。 （2 ）微波传播时是直线传播，遇到金属表面将发生反射，其反射方向符合光的反射规 律。 （3 ）微波的频率很高，因此其辐射效应更为明显，它意味着微波在普通的导线上传播 时，伴随着能量不断地向周围空间辐射，波动传播将很快地衰减，所以对传输元件有特殊的 要求。 （4 ）当入射波与反射波相遇叠加时能形成波的干涉现象，其中包括驻波现象。在微波 波导 或谐振腔中，微波电磁场的驻波分布现象就很常见。在微波设备中，也可利用多种模 式的电磁场的分布、叠加来改善总电磁场分布的均匀性。 （5 ）微波能量的空间分布同一般电磁场能量一样，具有空间分布性质。哪里存在电磁 场，哪里就存在能量。例如微波能量传输方向上的空间某点，其电场能量的数值大小与该处 空间的电场强度的平方有关，微波电磁场总能量为空间点的电磁场能量的总和。 另外，电磁波是以光的速度传播的，电磁波透入物质的速度也是与光的传播速度相接近； 而将电磁波的能量转变为物质的能量的时间近似是即使的，在微波频段转换时间快于千万分 之一秒。这就是微波可构成内外同时快速加热的原理。 二、微波加热作用