微波
微波(英語:,德語:)是指波长介于红外线和無線電波之间的电磁波。微波的頻率范围大约在 300MHz至300GHz之間。所對應的波長為1公尺至1mm之间。微波频率比无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波[1]。
微波在雷达科技、ADS射线武器、微波炉、等离子发生器、无线网络系统(如手机网络、蓝牙、卫星电视及無線區域網路技术等)、传感器系统上均有广泛的应用。
在技术领域协定使用的四个频率分别为800MHz、2.45GHz、5.8GHz和13GHz。微波炉使用2.45GHz,此频率亦被作为ISM頻段(工業、科學及醫學用波段),使用在航空通讯领域。
特性
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。根據电子学和物理学的理論,微波具有不同于其他波段的以下特點
穿透性
微波比其它用于辐射加热的电磁波,如红外线、远红外线等波长更长,因此具有更好的穿透性。微波透入介质时,由于微波能与介质发生一定的相互作用,使介质的分子产生每秒24亿次的高速震动,分子的平均平动动能增加,引起的介质温度的升高,使介质材料内部、外部几乎同时加热升温,形成体热源状态,大大缩短了常规加热中的热传导时间,且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时,物料内外加热均匀一致。
加热选择性
物质吸收微波的能力,主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强,相反,介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异,微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同,产生的热效果也不同。水分子属极性分子,介电常数较大,其介质损耗因数也很大,对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小,其对微波的吸收能力比水小得多。因此,对于食品来说,含水量的多少对微波加热效果影响很大。
低热惯性
微波对介质材料是瞬时加热升温,升温速度快。另一方面,微波的输出功率随时可调,介质温升可无惰性的随之改变,不存在“余热”现象,极有利于自动控制和连续化生产的需要。
似光性和似声性
微波波长很短,比地球上的一般物体(如飞机、舰船、汽车、建筑物等)尺寸相对要小得多,或在同一量级上,不容易發生繞射現象,呈現几何光学性質。因此使用微波工作,能使电路元件尺寸减小;使系统更加紧緻;可以制成体积小,波束窄方向性很强,增益很高的天线系统,接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号,从而确定物体方位和距离,分析目标特征。
由于微波波长与物体(实验室中无线设备)的尺寸有相同的量级,使得微波的特点又与声波相似,即所谓的似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒;喇叭天线和缝隙天线类似与声学喇叭,萧与笛;微波谐振腔类似于声学共鸣腔
微波產生
微波能通常由直流电或50Hz交流电通过半導體器件或真空管来获得。真空管是利用电子在電磁場的影響下,於真空中运动而產生微波。在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管、速调管、迴旋管、行波管等。在微波加热领域中使用的主要是磁控管。
半導體器件能產生低功率微波,如場效應電晶體,隧道二極管,耿氏二極管,以及雪崩光電二極體 [2]。低功率源可為台式儀器、机架式仪器、嵌入式模塊和卡級別的格式。激微波是使用類似激光器的原理放大微波的固態裝置,它可以放大較高頻率的光波。
电磁频谱
电磁波谱 | |||||||
名字 | 波长 | 频率 (Hz) | 光子 能量 (eV) | 带宽范围 (Bel) | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
伽马射线 | 小于 0.01 nm | 多于 15 EHz | 多于 62.1 keV | 无穷 | |||
X射线 | 0.01 nm – 10 nm | 30 EHz – 30 PHz | 124 keV – 124 eV | 3 | |||
紫外线 | 10 nm – 400 nm | 30 PHz – 750 THz | 124 eV – 3 eV | 1.6 | |||
可见光 | 390 nm – 750 nm | 770 THz – 400 THz | 3.2 eV – 1.7 eV | 0.3 | |||
红外线 | 750 nm – 1 mm | 400 THz – 300 GHz | 1.7 eV – 1.24 meV | 3.1 | |||
微波 | 1 mm – 1 meter | 300 GHz – 300 MHz | 1.24 meV – 1.24 µeV | 3 | |||
无线电短波 | 1 m –100 m | 300 MHz – 3 MHz | 1.24 µeV – 12.4 feV | 8 | |||
无线电中波 | 100 - 1000 m | 3 MHz - 0.3 MHz | |||||
无线电长波 | 1 km- 100,000 km |
用途
參考資料
- 微波爐的危害 的存檔,存档日期2015-12-22.
- Microwave Oscillator 页面存档备份,存于 notes by Herley General Microwave