主题：【基础知识】微波知识讲座（二）

微波知识讲座（二）（来源：微波汇研微波公司）
微波的特殊性质
    当微波在传输过程中遇到不同的材料时，会产生反射、吸收和穿透现象，这些作用和其程度、效果取决于材料的几个主要的固有特性：介电常数(εr)、介质损耗角正切（tgδ，简称介质损耗）、比热、形状、含水量的大小等。
    1. 常用材料
    在微波加工系统中，常用的材料有导体、绝缘体、介质、极性和磁性化合物几类。
    1） 导体  一定厚度以上的导体，如铜、银、铝之类的金属，能够反射微波，因此在微波系统中，常利用导体反射微波的这种特殊的形式来传播微波能量。例如微波装置中常用的波导管，就是矩形或圆形的金属管，通常由铝或黄铜制成。它们像光纤传导光线一样，是微波的通路。
    2）绝缘体  在微波系统中，绝缘体有其完全不同于普通电路中的地位，绝缘体可渗透微波并且，并且它吸收的微波功率很小。微波和绝缘体相互间的影响，就像光线和玻璃的关系一样，玻璃使光线部分地反射，但大部分则透过，只有很少部分被吸收。在微波系统中，根据不同地情况使用着玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料之类地绝缘体，它们常作为反应器的材料。由于这种“透明”特性，在微波工程中也常用绝缘体材料来防止污物进入某些要害部位，这时的绝缘体就成为有效的屏障。
    3）介质  对微波而言，介质具有吸收、穿透和反射的性能。介质通常就是被加工的物料，他们不同程度地吸收微波的能量，这类物料也称为有耗介质。特别是含水和含脂肪的食品，它们不同程度地吸收微波能量并将其转变为能量。
    4）极性和磁性化合物  这类材料的一般性能非常像介质材料，也反射、吸收和穿透微波。应当指出，由于微波能量具有能对介质材料和有极性、磁性的材料产生影响的电场和磁场，因此许多极性化合物、磁性材料同介质材料一样，也易于作微波加工材料。
    2. 微波对介质的穿透性质
    微波进入物料后，物料吸收微波能并将其转变为热能，微波的场强和功率就不断地衰减，即微波透入物料后将进入衰减状态。
    不同的物料对微波能的吸收衰减能力是不同的，这随物料的介电特性而定。衰减状态决定着微波对介质的穿透能力。
    1） 穿透深度  当微波进入物料时，物料表面的能量密度是最大的，随着微波向物料的渗透，其能量呈指数衰减，同时微波的能量释放给了物料。
    穿透深度可表示物料对微波能的衰减能力的大小。一般它有两种定义：
Ⅰ 渗透深度为微波功率从物料表面减至表面值的1/e （36.8％）时的距离，用DE表示，e为自然对数底值。

式中  λ0――自由空间波长
      εr――介电常数     
      tgδ――介质损耗
Ⅱ 微波功率从物料表面衰减到表面值的1/2时的距离，即所谓半功率渗透深度D1/2,其表示式为


渗透深度随波长的增大而变化，换言之，它与频率有关，频率越高，波长越短，其穿透力也越弱。在2450Hz时，微波对水的渗透深度为2.3cm，在915MHz时增加到20cm；245Hz时，微波在空气中的渗透深度为12.2cm；915MHz时为33.0cm。
由于一般物体的 ,微波渗透深度与所使用的波长是同一数量级的，这些结论也揭示了一个电磁场穿透能力的物理特性。由此可知，目前远红外线加热常用的波长仅为十几个纳米。因此，与红外、远红外线加热相比，微波对介质材料的                    穿透能力要强得多。
穿透能力差的加热方式，对物料只能进行表层加热，从整个物料的加热情况来看，属热传导加热范畴。而微波依靠其穿透能力较强的特点，能深入物料内部加热，使物料表里几乎同时吸热升温形成体热状态加热，其加热方式显然有别于热传导加热，由此，微波加热工艺带来一系列不同的加热效果。
2）穿透深度与温度  微波的穿透深度也和物质的温度有关，见表3。
表3. 微波对不同温度物质的渗透深度