微波爐門(mén)的作用

1、1.微波爐門(mén)是如何讓可見(jiàn)光通過(guò)而阻止微波的？如圖1所示，微波爐門(mén)由金屬框架和玻璃觀察窗組成。觀察窗的玻璃夾層中有一層金屬網(wǎng)格，既可透過(guò)它看到食品，又可防止微波泄漏。圖1.1 微波爐的門(mén)對(duì)于金屬網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)孔都是一個(gè)波導(dǎo)管。我們可以通過(guò)波導(dǎo)管的高通濾波性，讓高頻的可見(jiàn)光通過(guò)的同時(shí)，防止了低頻的微波泄露。目前常見(jiàn)的波導(dǎo)有矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)等，本文以此兩者為例，計(jì)算經(jīng)過(guò)波導(dǎo)管后的平均能流密度S，并與經(jīng)過(guò)波導(dǎo)管前的平均能流密度相比較，進(jìn)而證明波導(dǎo)管的高通濾波性。1.1 矩形波導(dǎo)現(xiàn)在我們求矩形波導(dǎo)內(nèi)的屏蔽效能，選一直角坐標(biāo)系，如圖2所示，取波導(dǎo)內(nèi)壁面為x=0和a，y=0和b,沿z軸方向傳播。圖1.2 矩

2、形波導(dǎo)管由于電磁波沿z軸方向傳播，它應(yīng)有傳播因子。因此，我們把電場(chǎng)E取為在波導(dǎo)管中，傳播的電磁波波數(shù)k滿(mǎn)足下列條件: 也就是說(shuō)kz滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)，電磁場(chǎng)沿z軸正向傳播，這種情況不在我們的考慮范圍。當(dāng)時(shí)，解得kz為虛數(shù)，此時(shí)Ez的傳播因子變?yōu)樗p因子，電磁場(chǎng)不再是沿波導(dǎo)傳播的波，而是沿著z軸方向振幅不斷衰減的電磁振蕩。求解波導(dǎo)管內(nèi)電磁波的亥姆霍茲方程，再考慮x=0和a，y=0和b四個(gè)面上的邊界條件，得kxa和kxb必須為的整數(shù)倍，即 ， (m,n=0,1,2.)將kx和ky代入上式，并代入k=2/即可得為了方便計(jì)算，我們作了2個(gè)簡(jiǎn)化：令b=a，將矩形變作正方形，減少一個(gè)變量。根據(jù)資料，微波爐的頻率為2

3、.45GHz，波長(zhǎng)為122mm，而方孔邊長(zhǎng)a為0.5-2mm，/2遠(yuǎn)大于a，故可將42近似為0。經(jīng)過(guò)上述2個(gè)簡(jiǎn)化后，即得當(dāng)kz取負(fù)時(shí)，隨著z的增大，E的振幅將趨于無(wú)窮大，故排除此可能，此時(shí)場(chǎng)強(qiáng)E為當(dāng)m和n的取值越大時(shí)，衰減越快，為了求衰減最慢的電磁波的屏蔽效果，我們?nèi)=1，n=0，則有則相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為平均能流密度S為（下面改過(guò)的公式對(duì)不對(duì)）1.2 圓形波導(dǎo)現(xiàn)在我們求圓波導(dǎo)內(nèi)的屏蔽效能，建立如圖3所示坐標(biāo)系，其中波導(dǎo)管半徑為a。圖3 圓波導(dǎo) 由于電磁波有傳播因子，因此，我們把電場(chǎng)E取為Er,z=E(r,)eikzz。由于圓波導(dǎo)的亥姆霍茲方程的計(jì)算復(fù)雜，此處不加以贅述。在圓波導(dǎo)中，傳播因子

4、kz=k2-(u'mna)2（u'mn為m階貝塞爾函數(shù)的第n個(gè)零點(diǎn)）,其中，m ,n的取值如下 圖1.3 TE波 圖1.4 TM波 同樣的，我們可將k2=4/2k2=42近似為0。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，可得kzu'mnai故，電場(chǎng)E為u'mn的取值越大時(shí)，衰減越快，為了求衰減最慢的電磁波的屏蔽效果，u'mn應(yīng)取最小，由圖1.3和1.4得，最小為1.841，則有Er,z=E(r,)e-1.841za平均能流密度S為1.3 兩種波導(dǎo)屏蔽效能的估算 對(duì)于矩形波導(dǎo)，衰減后的平均能流密度與之前的比值有 對(duì)于圓波導(dǎo)，衰減后的平均能流密度與之前的比值有 以z/a為x軸，為y軸繪制

5、曲線(xiàn)圖1.5 1 圖1.6 2 若矩形金屬網(wǎng)格，其邊長(zhǎng)a=1mm，孔深z=0.7mm，則1=0.0123。 若圓形金屬網(wǎng)格，其半徑a=0.5mm，孔深z=0.7mm，則2=0.0058。 根據(jù)圖形和數(shù)據(jù)，我們可以知道兩種波導(dǎo)管的屏蔽效果。2.微波爐內(nèi)壁上的孔是做什么用的？ 側(cè)面的孔是用來(lái)排出在微波過(guò)程中出來(lái)的蒸汽，起到一個(gè)泄壓的作用，如果蒸汽在腔體內(nèi)部大量留存，容易溢出產(chǎn)生危險(xiǎn)，在側(cè)面開(kāi)孔主要是考慮側(cè)面溢出的蒸汽不會(huì)傷到人。內(nèi)壁后面的孔是微波爐的通風(fēng)口，主要是給磁控管散熱用的。當(dāng)微波爐正常使用過(guò)程中，其內(nèi)部電器元件（如：磁控管、高壓變壓器、鹵素管、高壓電容）以及電子元件（電阻、電容、繼電器）等

6、都要消耗電能。其中一部分會(huì)以熱能的形式向外散發(fā)，使微波爐各部件的溫度不同程度升高。當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，有可能導(dǎo)致以下不良后果：（1）柜受熱變形，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致燃燒，繼而引發(fā)火災(zāi)；（2）磁控管使用壽命降低或損壞，導(dǎo)致微波爐使用壽命減少；（3）微波爐內(nèi)部溫度過(guò)高，有可能使作為絕緣支撐或安裝的結(jié)構(gòu)件（熱塑材料等）受熱軟化、變形。導(dǎo)致帶電部件之間的電氣間隙（在兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間測(cè)得的最短空間距離。即在保證電氣性能穩(wěn)定和安全的情況下，通過(guò)空氣能實(shí)現(xiàn)絕緣的最短距離）和爬電距離（沿絕緣表面測(cè)得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間，在不同的使用情況下，由于導(dǎo)體周?chē)慕^緣材料被電極化，導(dǎo)致絕緣材料呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象，此帶電區(qū)的半徑即為爬電距離）減少，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)；（4）溫度過(guò)高會(huì)造成微波爐中電子元器件內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)速度加快，從而產(chǎn)生較大電流。承受較大電流和較高溫度的電子元器件，就容易加速老化，最終導(dǎo)致整機(jī)使用壽命的降低。 有的微波爐在上