由于微波的特殊性質(zhì)，在微波加工設(shè)備、元器件中有許多具有各種用途的腔體，稱為空腔諧振器�？涨恢C振器是一種具有集中參數(shù)的特殊的專用振蕩回路，微波可在空腔諧振器中產(chǎn)生、輸出、輸入或在其中進(jìn)行作用，它在微波技術(shù)中應(yīng)用很廣泛。例如：微波由磁控管產(chǎn)生，磁控管的腔體就是一種空腔諧振器，它由多種形式的小腔組成；微波爐的“加熱箱”也是一種空腔諧振器，微波在其中進(jìn)行加熱作用；還有起混頻、倍頻等作用的空腔諧振器等。

        在微波設(shè)備中常采用各種形式、形狀的空腔諧振器，最簡單的諧振腔是圓柱和矩形諧振腔（空腔）。由于在腔體中研究微波使用的是三維形式，因此，微波場的模的下角標(biāo)注是三個(gè)，諧振腔的主要參量是諧振波長λ0、品質(zhì)因數(shù)Q0。下面對(duì)幾種主要的諧振腔作一闡述。

        1、微波諧振腔

        當(dāng)從諧振腔外部輸入微波能量時(shí)，若其頻率等于諧振的諧振頻率，則在腔內(nèi)會(huì)激起強(qiáng)烈的振蕩，相當(dāng)于聲學(xué)中的共鳴箱。

        諧振頻率主要取決于諧振腔的形狀、尺寸和輸入的波形，對(duì)于不同形式的諧振腔有不同的計(jì)算方法。

        常用的矩形諧振腔：當(dāng)矩形諧振腔的長（L）、寬（B）、高（H）知道以后，其諧振波長可由下列公式計(jì)算：λo=2/[(ｍ／L)²+(ｎ／ｂ)²+(ｐ／ｈ)²]--------（1）

                    式中

                       m﹑n﹑p 為波型指數(shù)。

        而對(duì)于一個(gè)λO和選定的l、b、h值卻可能有一組以上的 m、n、p值滿足上式，這說明腔中不是只有單一模式的場分布，而是可以同時(shí)存在多個(gè)模式，這提示我們，在制造微波加熱設(shè)備時(shí)，恰當(dāng)選擇諧振腔的l、b、h三個(gè)尺寸來獲得較多的模式，這樣加熱效率和均勻性都將獲的改善。

        諧振腔的另一個(gè)重要參量是品質(zhì)因數(shù)Qo。簡單地說，Qo表示了諧振腔的質(zhì)量，Qo值越高，腔的效率越高。Qo值定義如下：

                Qo=2π×（諧振腔內(nèi)儲(chǔ)存的能量）/每一周期內(nèi)諧振腔內(nèi)損耗的能量

                Ｑo值的大小可由下式進(jìn)行近似計(jì)算：Ｑo=（1/δ）×（V/S）

                        式中   

                                   V---------- 諧振腔體積

                                   S---------- 諧振腔內(nèi)表面積

                                   δ--------- 諧振腔內(nèi)壁的集膚

        應(yīng)不難看出，為提高諧振腔的品質(zhì)因數(shù)，當(dāng)設(shè)計(jì)尺寸確定以后，因盡可能選用δ值較小的材料制成的諧振腔，并應(yīng)提高加工精度，以求減低損耗以提高效率。

        微波化學(xué)污水處理工程中應(yīng)用的諧振腔是由我公司根據(jù)微波諧振腔的設(shè)計(jì)原理及其在工程實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格遵循了以下幾點(diǎn)要求：

        ① 駐波比要��；

        ② 污水過波能均勻受到穿透；

        ③ 微波泄露符合國標(biāo)。

        因?yàn)槲鬯煞肿兓容^大（即負(fù)載變化較大），從阻抗匹配角度考慮，為使負(fù)載獲得最大功率，減少反射損耗，并防止因?yàn)槭涠鵁龤Т趴毓埽笮椭C振腔應(yīng)備有四螺釘調(diào)配器和環(huán)行器，力求使微波能源與負(fù)載匹配，降低反射功率。

        在矩形諧振腔中，可存在TEmnp和TMmnp多種模式的電磁波。上面已講過最小的空腔有TE101和TM110 二種模式。

        這種最小的空腔諧振器有二個(gè)缺點(diǎn)：一是尺寸小，二是內(nèi)部電場分布的很不均勻，達(dá)不到均勻加熱的要求。為獲得均勻加熱，希望空腔諧振器的模式要多些，為此要加大空腔的體積�？涨恢C振器的模式數(shù)可由（1）式計(jì)算，但計(jì)算較繁，通常可用下式粗略估算：

                N=（8πV/λ³）+（πs/2λ²）+[（L+b+h）/λ]------（2）

                        式中      

                                V----------空腔的體積；

                                S----------空腔的內(nèi)表面積；

                                λ---------自由空間的波長。

        但在增大空腔體積的同時(shí)，要考慮功率密度的下降，防止因體積過大而使加熱速度降低，以及腔壁的損耗增大。

        另一個(gè)要注意的是應(yīng)避免采用（1—4）λ的整數(shù)倍尺寸，以免產(chǎn)生某些優(yōu)勢模。 

        采用多模諧振箱是污水獲得均勻穿透的一個(gè)重要條件。同樣，讓介質(zhì)往復(fù)多次通過腔體的不同部位，微波的穿透也一定會(huì)更均勻些。

        微波能泄漏問題的解決辦法：

        一是設(shè)計(jì)好諧振腔體的門，門和門框采用彈簧片來達(dá)到較好的接觸，或采用 λ/2短路特性設(shè)計(jì)抗流結(jié)構(gòu)。

        二是在物料進(jìn)出口處加截止波導(dǎo)，或在相應(yīng)部位設(shè)金屬屏蔽和網(wǎng)。

        2、磁控管的諧振腔

磁控管的諧振腔中有電場和磁場，電子在其中進(jìn)行一定頻率、一定分布形式的圓周運(yùn)動(dòng)，將低頻的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成微波輸出。

        3、諧振腔的特性

        微波進(jìn)入腔體后在壁與壁之間多次反射，微波的軌跡輪廓分明，波�？杀磺宄乇嬲J(rèn)。在電力線“密集”的區(qū)域，微波場能量集中，這就是所謂的“熱點(diǎn)”；在電力線“稀疏”的區(qū)域，微波能量分散，形成“冷點(diǎn)”。這一特性是傳統(tǒng)能量分布中沒有的。當(dāng)然，在足夠大的腔體中所激發(fā)的波模的方向和模數(shù)基本能達(dá)到微波均勻加熱的目的。輸入微波腔中的微波能被腔中的物料吸收，每種相互作用都消耗能量，直至微波的能量完全被吸收。在加熱時(shí)，把一個(gè)容器放入微波腔內(nèi)，微波能從各個(gè)方向穿過容器。微波穿過容器時(shí)，容器內(nèi)的介質(zhì)按它的介電常數(shù)、損耗因子吸收一定的微波能量。但是，若在微波腔中放入第二個(gè)容器，容器在腔內(nèi)的位置決定了容器受輻射的程度。例如，一個(gè)容器處于微波場交叉增強(qiáng)位置，另一個(gè)處于微波場的部分相抵位置，結(jié)果一個(gè)容器將比另一個(gè)容器受到更強(qiáng)的輻射，那么兩個(gè)容器受微波的作用就不均勻。其它常用微波組件及輔助設(shè)施種類很多，除以上介紹的之外，微波設(shè)備中常用的還有以下幾種。

        4、環(huán)行器和調(diào)配器

        波從一個(gè)介質(zhì)中傳播到另一種介質(zhì)中沒有反射的傳播反式為阻抗匹配狀態(tài)。微波工作時(shí)，整個(gè)體系一般達(dá)不到這種理想狀態(tài)，因而會(huì)產(chǎn)生反射功率。反射過來的能量導(dǎo)致磁控管和微波腔之間的不匹配，并導(dǎo)致磁控管的過熱而改變磁控管的輸出功率，甚至危害設(shè)備。因此，需使用消除微波反射的裝置，在出現(xiàn)不匹配時(shí)可以保護(hù)磁控管，并使磁控管給出穩(wěn)定的輸出功率。在微波系統(tǒng)中最常用的消除反射的設(shè)備是環(huán)行器，它是一個(gè)用鐵氧體和靜磁場構(gòu)成的裝置，這種裝置使微波正向通過，而把反射波送入空負(fù)載中變成無害的熱量損耗。

上圖為調(diào)配器件圖

上圖為環(huán)形器圖

        環(huán)行器又稱環(huán)流器、循環(huán)器，一般具有三個(gè)分支，環(huán)行器上標(biāo)有環(huán)行的方向，輸入到某一個(gè)分支的微波，只能按環(huán)行方向傳到下一個(gè)分支中去。

        在某些微波加熱器中，為了降低成本、縮小體積，在對(duì)輸出功率不要求恒定的場合下，在微波能承受的外界駐波比范圍內(nèi)，也可不用環(huán)行器。例如，家用微波爐就是如此。

        為了使負(fù)載獲得最大功率，減少反射的損耗，并防止因反射功率過大而損壞磁控管，加熱器和微波源之間的匹配，還可采用在傳輸波導(dǎo)中加入調(diào)配組件的方法來獲得。調(diào)配的組件可以是介質(zhì)調(diào)配器，比如在加熱器中的不同位置加上反射板、反射棒，在饋電波導(dǎo)中加入調(diào)配介質(zhì)。也可采用膜片、調(diào)諧銷釘、螺栓等。常用四螺栓調(diào)配器。調(diào)配器的形式多種多樣，各種調(diào)配器的工作原理、性能、效果、優(yōu)缺點(diǎn)可參閱有關(guān)專業(yè)書籍。但是，隨著物料的變化，經(jīng)常要調(diào)節(jié)調(diào)配器，如果能用反射功率大小作為控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，將對(duì)設(shè)備的最佳運(yùn)行帶來很大益處，它可以使設(shè)備始終處在良好匹配狀態(tài)。

        5、全匹配負(fù)載

        全匹配負(fù)載接在傳輸線的終端，它可以吸收未被物料吸收的微波能而只有很少的反射，即達(dá)到了匹配狀態(tài)。

        全匹配負(fù)載是一端裝有吸收材料的波導(dǎo)，根據(jù)吸收材料的不同，可以將其分為干負(fù)載和液體負(fù)載（水或油）。

        6、阻抗變換器

        不同截面尺寸的波導(dǎo)或軸線具有不同的阻抗，若將它們直接連接，勢必在連接處引起很大反射；有時(shí)波導(dǎo)和同軸線需要相互轉(zhuǎn)換，這都要用到阻抗變換器。

        阻抗變換器的形式很多，常用的有階梯型與漸變型阻抗變換器

        7、衰減器

        衰減器主要用于改變和降低傳輸系統(tǒng)中的微波功率，或?qū)⑽⒉üβ始靶盘?hào)電平降低到一定的數(shù)值。

        在一般標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)中，放一尖劈狀的薄衰減器片，上面涂有衰減導(dǎo)電材料（如鎳鉻合金等），它平行于波導(dǎo)的窄邊移動(dòng)，當(dāng)靠近波導(dǎo)窄邊時(shí)，由于此處電場很弱，衰減片吸收的功率最大。其衰減片吸收的功率最大。衰減器一般在低功率下作為測量組件使用，其衰減量可以達(dá)到20～30dB，即可將輸入功率衰減到原來的百分之一到千分之一。

        8、通風(fēng)系統(tǒng)

        通風(fēng)系統(tǒng)的作用主要是排除水蒸汽和灰塵。

        可在諧振腔側(cè)壁打一定數(shù)量的小孔，在腔體外部加上風(fēng)罩，并設(shè)兩個(gè)吸風(fēng)口和風(fēng)柵。水蒸氣由此吸入風(fēng)道。

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