Волновод в микроволновке что это

yourmicrowell.ru

Волновод микроволновой печи

Для того, что бы детально разобраться во всей сложности процессов происходящих в волноводе, этой статьи, конечно, будет мало. Но для первого знакомства с волноводом, я думаю, вполне достаточно.

Волновод микроволновой печи, по своей сути – является полой металлической трубой с прямоугольным сечением. Вход волновода расположен за пределами камеры печи и оснащен фланцем для крепления магнетрона (Рисунок 1). Второй конец волновода выходит внутрь камеры и закрыт специальной крышкой (Рисунок 2). Не смотря на внешнюю простоту, на самом деле, волновод представляет собой очень точно рассчитанный компонент микроволновой печи.

Любую систему, даже в той же микроволновке можно разделить на составные части, это: генератор – линия связи – потребитель. К примеру, возьмем двигатель вентилятора. В этом случае, в качестве генератора выступает питающая сеть. В качестве линии связи — провода, а в качестве потребителя – двигатель. В случае с СВЧ мы имеем: генератор – магнетрон, линия связи – волновод и потребитель – камера печи. Причины применения именно волновода в качестве линии связи, кроются в природе распространения токов высокой частоты. Токи низких частот прекрасно текут по всему сечению проводника, но с увеличением частоты картина меняется. В линиях связи начинают возникать потери энергии. Например, токи частот метрового диапазона, для снижения потерь, вместо проводов целесообразно передавать по коаксиальному кабелю в медной оплетке и с полиэтиленовым наполнителем. А, СВЧ токи, вообще протекают только по поверхности проводника, причем по очень тонкому слою, и здесь, довольно большая площадь волновода играет положительную роль, обеспечивая малые токовые потери. Кроме того, волновод, является резонансным устройством. Благодаря расчету его геометрических размеров, в нем могут возбуждаться волны только определенной частоты. Магнетрон, во время работы, помимо микроволн основной – нужной частоты, излучает целый спектр побочных частот – гармоник, в большинстве своем являющихся паразитными. Волновод, применяемый в микроволновых печах – является прямоугольным волноводом закороченным с одной стороны металлической стенкой. Расстояние от торца колпачка антенны магнетрона до этой стенки должно равняться приблизительно четверти длины основной волны (Рисунок 3). Это позволяет возбуждать в нем микроволны той частоты, которая необходима. Волны побочных — паразитных частот, благодаря многократному отражению от стенок волновода, или взаимоуничтожаются, или затухают, не доходя до выхода. Известно, что все резонансные устройства, в том числе и магнетрон, способны не только излучать волны, но и принимать их. Если заставить магнетрон излучать весь спектр колебаний прямо в камеру печи, минуя волновод, то благодаря не равномерности нагрузки в камере, какая то часть спектра после переотражения от ее стенок, обязательно вернется назад к магнетрону, что опять же приведет к потере мощности и перегреву магнетрона. Наличие волновода, позволяет согласовать генератор с нагрузкой и тем самым исключить это явление. Но, при включении микроволновки с пустой камерой, не спасет и наличие волновода. Микроволновая энергия, не поглощенная продуктами будет принята магнетроном, что отрицательно скажется на его здоровье.

На основании выше изложенного, можно сделать вывод, что волновод в микроволновой печи нужен для согласования магнетрона с рабочей камерой, а так же для селекции микроволн излучаемых магнетроном.

А, теперь пару слов о практической стороне этого вопроса.

При замене магнетрона будьте внимательны, следите за тем, чтобы длина антенны магнетрона – донора, была такой же, как у того, что был установлен ранее. Соблюдайте расстояние от колпачка магнетрона, до стенки волновода. В противном случае, в такой микроволновке вы ничего не разогреете, кроме того, можете загубить новый магнетрон.

Для нормальной работы печи, волновод должен быть электрически герметичен, кроме выхода конечно, иначе возникнут утечки высокочастотной энергии, что приведет к возрастанию потерь в волноводе и падению выходной мощности. Если в результате электрического пробоя стенки волновода прогорели до дыр, то такой волновод работать уже не будет.

Так как токи СВЧ распространяются по поверхности проводника, внутренняя поверхность волновода должна быть идеально гладкой, без царапин, кратеров и наростов. Дефекты поверхности волновода – являются серьезным препятствием для токов СВЧ. Для предотвращения попадания фрагментов продуктов на внутреннюю поверхность волновода во время работы печи, его выход в камере закрыт специальной крышкой. Крышка волновода, должна быть изготовлена из термостойкого и прозрачного для микроволн материала. Для этого, как правило, применяется слюда. В печах, не оснащенных грилем, может применяться специальный пластик.

Тому, у кого есть желание узнать больше, могу рекомендовать книгу С. Г. Сапунова «Ремонт микроволновых печей». Книгу можно скачать здесь. Формат DJVU, размер файла 4,1Мб.

Источник

В микроволновой печи скрывается мощное и опасное СВЧ оружие

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.

В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности

Вскрываю корпус

Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.
Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор: МОТ. Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать магнетрон.

В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:

Антенна для магнетрона

Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Техника безопасности

Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.

Необычные применения магнетрона

Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.

Источник

Микроволновая техника — волноводы

Как правило, если частота сигнала или конкретной полосы сигналов высока, использование полосы пропускания является высоким, поскольку сигнал обеспечивает больше места для накопления других сигналов. Однако высокочастотные сигналы не могут преодолевать большие расстояния без ослабления. Мы изучили, что линии передачи помогают сигналам преодолевать большие расстояния.

Микроволны распространяются через микроволновые цепи, компоненты и устройства, которые действуют как часть микроволновых линий передачи, широко называемых волноводами.

На следующем рисунке показан пример волновода.

Волновод обычно предпочтителен в микроволновой связи. Волновод представляет собой особую форму линии передачи, которая представляет собой полую металлическую трубку. В отличие от линии передачи, волновод не имеет центрального проводника.

Основными характеристиками волновода являются —

Стенка трубки обеспечивает распределенную индуктивность.

Пустое пространство между стенками трубки обеспечивает распределенную емкость.

Это громоздкие и дорогие.

Стенка трубки обеспечивает распределенную индуктивность.

Пустое пространство между стенками трубки обеспечивает распределенную емкость.

Это громоздкие и дорогие.

Преимущества волноводов

Ниже приведены некоторые преимущества волноводов.

Волноводы просты в изготовлении.

Они могут работать с очень большой мощностью (в киловаттах).

Потери мощности очень незначительны в волноводах.

Они предлагают очень низкие потери (низкое значение альфа-затухания).

Когда микроволновая энергия проходит через волновод, она испытывает меньшие потери, чем коаксиальный кабель.

Волноводы просты в изготовлении.

Они могут работать с очень большой мощностью (в киловаттах).

Потери мощности очень незначительны в волноводах.

Они предлагают очень низкие потери (низкое значение альфа-затухания).

Когда микроволновая энергия проходит через волновод, она испытывает меньшие потери, чем коаксиальный кабель.

Типы волноводов

Существует пять типов волноводов.

На следующих рисунках показаны типы волноводов.

Типы волноводов, показанные выше, являются полыми в центре и состоят из медных стенок. Они имеют тонкую подкладку из Au или Ag на внутренней поверхности.

Давайте теперь сравним линии электропередачи и волноводы.

Линии передачи и волноводы

Основное различие между линией передачи и волноводом —

Двухпроводная структура, которая может поддерживать волну ТЕА, представляет собой линию передачи.

Структура с одним проводником, которая может поддерживать волну TE или волну TM, но не волну TEM, называется волноводом.

Двухпроводная структура, которая может поддерживать волну ТЕА, представляет собой линию передачи.

Структура с одним проводником, которая может поддерживать волну TE или волну TM, но не волну TEM, называется волноводом.

В следующей таблице приведены различия между линиями передачи и волноводами.

Фазовая скорость

Фазовая скорость — это скорость, с которой волна меняет свою фазу, чтобы пройти фазовый сдвиг в 2π радиан. Его можно понимать как изменение скорости волновой составляющей синусоидальной волны при модуляции.

Выведем уравнение для фазовой скорости.

Согласно определению следует учитывать скорость изменения фазы при 2π радиан.

V = f r a c l a m b d a T

λ = длина волны и T = время

V = f r a c l a m b d a T = l a m b d a f

Так как f = f r a c 1 T

Если мы умножим числитель и знаменатель на 2π, то получим

V = l a m b d a f = f r a c 2 p i l a m b d a f 2 p i

Мы знаем, что o m e g a = 2 p i f и b e t a = f r a c 2 p i f

Приведенное выше уравнение можно записать в виде

V = f r a c 2 p i f f r a c 2 p i l a m b d a = f r a c o m e g a b e t a

Следовательно, уравнение для фазовой скорости представляется в виде

V p = f r a c o m e g a b e t a

Скорость группы

Групповая скорость может быть определена как скорость, с которой волна распространяется по волноводу. Это можно понимать как скорость, с которой движется модулированная огибающая по сравнению с одной несущей. Эта модулированная волна проходит через волновод.

Уравнение скорости группы представляется в виде

V g = f r a c d o m e g a d b e t a

Скорость модулированной огибающей обычно медленнее, чем сигнал несущей.

Источник

Как работает микроволновка

Содержание

Содержание

Приготовление и разогрев пищи в микроволновой печи уже давно не вызывает вау-эффекта. Но вот как работает этот кухонный девайс, знает далеко не каждый. Это в свою очередь рождает множество мифов и кривотолков. В данном материале рассмотрим, как устроена микроволновка и как ее безопасно использовать.

Теория нагрева в СВЧ-печи

Как известно, полярные молекулы (иначе называемые диполями) ориентируются в пространстве вдоль силовых линий магнитного поля. Если такую молекулу поместить в переменное магнитное поле, она, обладая дипольным моментом, начнет поворачиваться, следуя за его магнитными линиями. Чем выше частота смены направления силовыми линиями поля, тем чаще молекула будет менять свое положение.

Ярким представителем диполя является молекула воды, самого распространенного на Земле вещества. Приложение переменного магнитного поля к молекулам воды заставляет их находиться в постоянном движении, обусловленным дипольным моментом. Из-за сил трения, возникающих между соседними молекулами, выделяется тепло и, соответственно, повышается температура материала, помещенного в электромагнитное поле. Причем чем быстрее и чаще меняется направление поля, тем быстрее происходит внутренний нагрев. Такое поведение молекулы воды является основополагающим принципом готовки в микроволновой печи.

Любой продукт содержит то или иное количество воды, поэтому если поместить его под действие электромагнитных волн, это гарантированно вызовет его нагрев. Причем продукт нагревается изнутри, а не снаружи, как это происходит при традиционных способах готовки. СВЧ-волны проникают вглубь продукта примерно на 2,5-3 см, а остальной нагрев происходит за счет теплового движения молекул.

Чтобы разогреть продукты, их подвергают воздействию электромагнитных волн, меняющих направление своих электромагнитных полей с высокой частотой.

Общепринятым стандартом частоты электромагнитного поля в СВЧ-печах является значение 2,45 ГГц.

Основной миф о микроволновках гласит, что молекула воды начинает менять свое положение лишь на частоте 2,45 ГГц. На самом деле это не так. Движение молекул воды возможно в более широком спектре частот. Причем чем ниже частота, тем глубже радиоволны проникают в толщу материала. Некоторые промышленные образцы микроволновок успешно работают на частоте 915 МГц.

Используемая частота радиоволн — определенный компромисс между эффективностью, стоимостью и повсеместной доступностью технологии. Во-первых, возможность использовать микроволновку должна быть везде, а значит, частота ее волн должна находиться в разрешенном радиочастотном диапазоне. Во-вторых, конечное изделие не должно иметь высокую стоимость, чтобы быть по карману большинству. В-третьих, прибор для приготовления должен быть достаточно компактным и иметь небольшой вес.

Устройство и принцип действия микроволновки

СВЧ-печь состоит из небольшого количества узлов и компонентов. В ее состав входят:

Главную скрипку в работе микроволновки играет магнетрон — узел, генерирующий радиоволны высокой частоты.

Пытаясь вникнуть в суть работы магнетрона, так и хочется воскликнуть словами известного интернет-мема: «Ничего не понятно, но очень интересно!» На самом деле это так, только если подходить к вопросу, что называется, академически. Упрощенно работу электромагнитного излучателя можно описать следующим образом.

Конструктивно, магнетрон — это вакуумная электролампа, известная еще со времен дедовских телевизоров и радиоприемников. Узел состоит из толстостенного анода, как правило, выполненного из медного сплава и имеющего в своей конструкции камеры резонаторов, а также катода с дополнительной обмоткой, изготовленной из сплава вольфрама и тория. Катод осуществляет эмиссию электронов в вакуумную среду устройства. Для ускорения процесса отделения электронов с поверхности катода, обмотка нагревается путем подачи на нее небольшого напряжения. Колба магнетрона с обоих торцов заключена в постоянные магниты, создающие внутри нее постоянное магнитное поле.

Возникновение волн сверхвысокой частоты происходит при взаимодействии перпендикулярных друг другу постоянного магнитного поля, сформированного постоянными магнитами, и переменного электромагнитного поля, возникающего при подаче высокого напряжения на выводы магнетрона. Для питания излучателя СВЧ-волн используется высокое напряжение, величина которого составляет порядка 4000 В.

В кольцевом промежутке между катодом и анодом, иначе называемым пространством взаимодействия, происходит формирование потока электронов и их круговое вращение внутри воздушного зазора. Во время прохождения потока электронов мимо полостей резонаторов скорость электронов несколько замедляется. В этот момент происходит отбор энергии из пучка электронов и формирование СВЧ-волн, которые в свою очередь усиливаются в резонаторах и выводятся через проволочную петлю на антенну магнетрона.

Дальнейший путь СВЧ-волн довольно прост. По волноводу они попадают в рабочую камеру печи и поглощаются помещенными в нее продуктами, в результате чего пища нагревается.

Магнетрон, волновод и рабочая камера — замкнутая среда распространения СВЧ-волн, в которой они должны поглощаться. Именно по этой причине в рабочей камере должны находиться продукты, поглощающие энергию волн. Если включить пустую микроволновую печь, волны, отражаясь от стенок камеры, рано или поздно попадут обратно в волновод и на антенну магнетрона, что вызовет искрение внутри печи и станет причиной возможного выхода излучателя из строя.

Работу магнетрона обеспечивает мощный трансформатор, повышающий сетевое напряжение до 2 кВ. Посредством проходного конденсатора, установленного во вторичной обмотке, форма напряжения преобразуется в пульсирующую, удвоенную по величине. Таким образом, на контакты магнетрона поступает напряжение порядка 4 кВ, необходимое для нормальной работы излучателя. Дополнительно на вторичной обмотке трансформатора имеются выводы для питания нити нагрева катода. Напряжение питания схемы подогрева находится в пределах 2,5-4,5 В.

В процессе работы магнетрон выделяет большое количество тепла, которое отводится потоком нагнетаемого вентилятором воздуха. Воздух проходит через пластины радиатора, а затем попадает в рабочую камеру. Его избыток выходит через специальные вентиляционные отверстия.

Для равномерного воздействия микроволн на всю поверхность продуктов, в рабочей камере устанавливается вращающаяся тарелка.

По типу управления работой магнетрона микроволновые печи могут быть трансформаторными (устройство которых рассмотрено выше) или инверторными. Различие конструкций обеих концепций заключается лишь в источнике питания СВЧ-излучателя, а вот логика работы отличается существенно.

Если в классической конструкции мощность СВЧ-излучения регулируется путем периодического включения магнетрона на полную мощность, то при инверторном управлении излучатель остается включенным постоянно, а мощность его излучения регулируется посредством инвертора.

Что это дает конечному потребителю? В первую очередь — большую рабочую камеру. Физические размеры инвертора значительно меньше размеров трансформатора, поэтому высвобождаемое внутреннее пространство печи можно использовать для увеличения полезного объема камеры. Во-вторых, снижение веса. Высоковольтный трансформатор микроволновки — довольно мощный аппарат, вес которого составляет от 3 до 5 кг, что не идет ни в какое сравнение с весом инвертора. В-третьих, улучшение вкусовых качеств готовых блюд. Поскольку излучатель включен постоянно, то исключаются «ударные» нагрузки на молекулы воды в моменты включения магнетрона на полную мощность. Как результат, исключается излишнее высушивание продуктов путем избыточного выпаривания влаги. Это положительно сказывается на конечном вкусе готовых блюд. В-четвертых, снижение мощности в процессе готовки приводит к снижению потребления электроэнергии.

Многие сайты и невежественные продавцы бытовой техники утверждают, что инверторные модели лишены механизма поворотной тарелки, а равномерное приготовление пищи происходит за счет регулировки длины и интенсивности волн инверторным управлением. Это не так! Просто есть модели, в которых магнетрон установлен над или под рабочей камерой. Такое конструктивное решение позволяет выиграть еще несколько десятков кубических сантиметров полезного объема печи.

Безопасное использование микроволновой печи

Чтобы кухонный аппарат долгие годы служил верой и правдой и не требовал вмешательства сервисных служб в свой «внутренний мир», следует соблюдать несколько простых правил:

1. Не включать печь с пустой камерой, без продуктов. Микроволны ничем не поглощаются, поэтому «хлопки» и искрение гарантированы. К тому же это не лучшим образом сказывается на ресурсе магнетрона.

2. Поверхность рабочей камеры следует содержать в чистоте. Остатки продуктов на стенках мало того, что неэстетичны, но и содержат воду, поэтому при работе печи будут поглощать микроволны. В конечном итоге это приведет к порче покрытия стенок камеры.

3. Перед приготовлением продуктов, заключенных в какую-либо оболочку с намеком на герметичность (сосиски, сардельки и т. д.), оболочку продукта нужно проколоть в нескольких местах. Это простое действие создаст каналы для выхода пара, который неизбежно будет образовываться внутри продукта во время приготовления. Это позволит продукту сохранить свой первоначальный вид и остаться в тарелке, а не «украшать» своими частями стенки камеры.

4. Нельзя пользоваться СВЧ-печью с неисправной блокировкой дверцы или умышленно ее отключать. Стенки камеры и экранированное стекло дверцы надежно защищают от проникновения микроволн за пределы рабочего пространства печи. Ведь мы помним, что воздействие микроволнового излучения вызывает нагрев тканей, поэтому можно получить глубокие ожоги. Как не стоит использовать магнетрон можно посмотреть в этом коротком видео.

Внимание! Такие эксперименты опасны для здоровья!

5. Не нужно помещать в рабочую камеру металлические предметы и посуду, имеющую металлизированную кайму. Дело в том, что микроволны хоть и не поглощаются металлом, но приводят к возникновению в нем вихревых токов больших величин. Не лучшая идея — создать внутри микроволновки подобие сварочного аппарата и испортить внутренние поверхности печи.

6. Нужно всегда помнить, что СВЧ-излучатель питается напряжением порядка 4 кВ. Не стоит проводить самостоятельный ремонт. Риск получения электротравмы очень высок!

Дополнительное оснащение микроволновки

В современных микроволновках еду готовят не только с использованием СВЧ-излучения. Практически все модели оснащают грилем, а более «продвинутые» модели — и режимом конвекции.

Гриль

Существует два типа нагревательных элементов, служащих для создания румяной корочки у готового блюда или полноценной готовки в этом режиме. Это может быть обычный ТЭН или кварцевый излучатель.

Приготовление еды происходит от воздействия теплового (либо инфракрасного) излучения, создаваемого нагревательным элементом. Нагреватели имеют небольшую мощность, поэтому приготовление блюд только ими довольно сомнительно и занимает много времени. А вот в качестве подспорья микроволнам — вполне рабочий вариант. Кулинарные шедевры, приготовленные в комбинированном режиме «СВЧ + Гриль», получаются с хорошо пропеченной корочкой снаружи и сочными внутри.

Конвекция

Для режима «Конвекция» в камеру СВЧ-печи дополнительно устанавливают вентилятор, обеспечивающий принудительную вентиляцию горячего воздуха. В этом режиме блюдо гарантированно пропекается со всех сторон.

В режиме конвекции отлично удается запекать продукты (рагу, запеканки, тушеное мясо и т. д.), особенно хорошо выходит выпечка (пироги, безе, кексы и многое другое).

Важно помнить! Комбинированные режимы самые энергозатратные. Потребление электроэнергии может составить до 2,5 кВт*ч, поэтому следует удостовериться, что проводка выдержит такую нагрузку.

Источник