第一章引论一3微波加热可以深入物体内部，热量产生于物体内部，不依靠热传导，外同时加热具有热效率高、节省能源、加热速度快、加热均匀等特点，便于自动化连续生产。用于食品工时，还有消毒作用，清洁卫生，既不污染食品，也不污染环境，而且不破坏食品的营养成份。微波加热现已被广泛应用于食品，橡胶、塑料、化学、木材加工、造纸、印、卷烟等工业中，在农业上，微波加热可用于灭虫、育种、育蚕、干燥谷物等。弱功率应用的电量和非电量的测量，其显著特点是不需要和被测量对象接触，因而是非接触式的无损测量，特别适宜于生产线测量或进行生产的自动控制。现在应用最多的是测量湿度，即测量物质（如煤、原油等）中的含水量。微波的生物医学应用，也属于微波能的加热应用。利用微波对生物体的热效应，选择性局部加热，是一种有效的热疗方法，临床上可用来治疗人体的各种疾病。微波的医学应用包括微波诊断、微波治疗、微波解冻、微波解毒和微波杀菌等。用微波对生物体作局部照射，可提高局部组织的新陈代谢，并诱导产生一系列的物理化学变化，从而达到解痉镇痛、抗炎脱敏、促进生长等作用，广泛用于治疗骨折、创伤、小儿肺部疾病、胰腺疾病等。国际上规定的允许用于工业、科学、医学的微波加热专用频率是915土25MHz、2450土50MHz、5800士75MHz和22125±125MHz。目前厂泛使用的是915MHz和2450MHz。需要指出的是，微波的生物医学效应不仅有对生物体的热效应，而且有非热效应，在某些情况下，后者比前者更为主要。微波的生物医学应用是利用微波有益的生物效应。微波的生物效应还有有害的效应，表现为超剂量的微波照射有三致作用：致癌、致畸和致突变，即是说，微波的致热作用既能治病又能致病，问题在于处理好微波的强度（包括频率）、照射时间和作用条件三者之间的关系。微波的三致作用按其机理可分为热效应和非热效应两种。热效应或称致热效应是指由于微波照射生物体引起其组织器官的加热作用所产生的生理影响；非热效应或称热外效应是除了对生物体组织和器官的加热作用以外的对生物体的其它特殊生理影响。这些影响是用别的加热手段不会产生的。微波对人体的伤害作用主要是热效应。大剂量或长时间的微波照射全身时，可以使人体温度升高，产生高温生理反应，使人体组织和器官受到损伤，最容易受到伤害的是眼睛和睾丸。因此，应该采取适当的防护措施，并应对微波源的功率泄漏规定安全标准。中国在1979年制定的《微波辐射暂行卫生标准》中规定：（1）一天八小时连续插射时，其剂量不应超过38μW/cm2；（2）短时间间断辐射及一天超过八小时照射时，一天总剂量不超过300μW·h/cm；（3）由于特殊情况需要在辐射剂量大于1mW/cm2环境中工作时，必须使用个人防护用品，但日剂量不得超过300μW·h/cm，一般不容许在剂量超过5mW/cm2的辐射环境下工作
微波技术基础1.3本书的内容框图2.传输线理论3.规则金服波导均匀传输线和波导理论基础4.微波集成传输线5.毫米波介质波导与光波导1.引论6.微波网络基础7.微波报器微波电路元件理论基础8.常用微被元件9.微波铁氟体元件1.4导行波及其一般传输特性微波电路是一种由各种导行系统构成的导行电磁波电路。其设计的理论基础之一是导行波基本理论，它主要包括导行波的模式及其在导行系统横截面内的场结构分析与导行波沿导行系统轴向的传输待性分析两方面。前者称为导行波理论的横向问题，它与导行系统的具体截面形状尺寸有关；后者称为导行波理论的纵向问题。对于规则导行系统，纵向问题具有一些通性。本节在讲解导行波基本概念的基础上，论述导行波的一般传输特性。1.导行波概念导行系统（guided system）用以约束或引导电磁波能量定向传输的结构。其主要功能有二：无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能盘从一处传输至另一处，称之为馈线；②设计构成各种微波电路元件，如滤波器、阻抗变换器、定向耦合器等。导行系统的种类可按其上的导行波分为三类：①)TEM或准TEM传输线；②封闭金属波导：3)表面波波导（或称开波导），如图1.4-1所示。导行波（guidedwave）能量的全部或绝大部分受导行系统的导体或介质的边界约束，在有限横截面内沿确定方向（--般为轴向）传输的电磁波，简单说就是沿导行系统定向
第一章川论(0)(a)(c)(8)(1)(5)(e)(g)()(2)(3)()(0)(3)图1.4-1导行系统种类（1）TEM或准TEM传输线；（2）金属波导；（3）丧面波波导(a）平行双导线，（n）同轴线：（e）带状线；（d）微带线；（e）矩形波导，（J）圆形波导；（g）脊形波导，（）椭圆波导：（i）介质波导：（）镜像线：（）单根表面波传输线传输的电磁波，简称为导波。各种传输线使电磁波能量约束或限制在导体之间空间沿其轴向传播其导行波是横电磁（TEM）波或准TEM波。封闭金属波导使电磁波能量完全限制在金属管内沿轴向传播、其导行波是横电（TE）波和横磁(TM)波。开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围（波导内和波导表面附近）沿轴向传播、其导行波是表面波。导模（guidedmode）导行波的模式，又称传输模、正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是：（I)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布。且是完全确定的这一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关，②导模是离散的，具有离散谱，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数；③导模之间相互正交，彼此独立互不耦合：具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和模式而异。规则导行系统（regularguided system）无限长的笔直导行系统，其截面形状和尺寸、媒质分布情况、结构材料及边界条件沿轴向均不变化。2.导波场的分析如图1.4-2所示规则导行系统、设媒质为无耗、均匀、各向同性，媒质中无源：又设
微波技术基础6导行波的电场和磁场为时谐场，它们满足如下麦克斯韦方程：VXH=jeE(1. 4 -1)VXE=-juuH(1.4 - 2)V.H=0(1.4-3)V.E=0(1.4 4)(a)图1.1-2导行波沿规则波导(a)和传输线(0)的传播式中，&和"分别为媒质的介电常数和导磁率，为角频率。对于图1.4-2所示规则导行系统，采用广义柱坐标系（#、"，z)，设导波沿z向（轴向）传播，坐标与横向坐标4、”无关，则微分算符√和电场E、磁场H可以表示成V=V十2a/a2(1.4- 5)E(u,z)=E(u,p,z)+zB(u,n,2)(1.4 - 6)H(u,r,z)=H(u,",z)+zH(u,r,z)(1. 1- 7)足标t表示横向分量。将式(1.1-5)(1.4-7)代入方程(1.4-1)和方程(1.4-2)，展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等，得到V.XH,=jE(1. 4 - 8a)aHV.xz.+2x=jaPE(1. 4 - 86)dzV,XE=-jozH(1. 4 - 9a)VX+&×joH(1. 1 - 96)az将式(1.4-8%)两边乘以2，式(1.1-9%)两边作×9/2z运算，得到
第一章引论1aHXaz3H:是(V.×2B)+×x名jwiX2az3zaz由此两式消去H，可得是vB. + jop × VH.E(1.4 -10)dz同理可得aVH- joeaXVBH.(1.4 - 11)222式中2=@。式(1.4-10)和式（1.4-11)表明：规则导行系统中，导波场的横向分量可由纵向分量完全确定对式(1.4-9a）作√,×运算，得到(1. 4 - 12).X V.X E=-oV.XzH式(1.4-12)的左边，应用式(1.4~4)，变成VEV.X V.XE, = V(V,.E) -- VE =-V.而式(1.4-12)的右边，由式(1.1-8)，得到(joeE&×翌)=PE +2VBjoμVX2,=-jaaz于是式(1.4-12)变成+E=072即得到方程VE +RE =0(1. 4 - 13)同理可得VH+H-0(1. 4 - 14)式(1.4－13)和式(1.4-11)说明，导波的横向场满足量亥姆蛋兹（Helmholz)方程。它只有在直角坐标系中才能分解为两个标量亥姆垂兹方程。对式(1.4-11)作V.×运算，得到a++IV.XH=V.X VH, - jaeV.X 2 X VB =- jeVzB,22az应用式(1.4-8a），消除H，得到VE,+由于为常矢量，所以可移到微分号外并加以消除，即得到方程V25+2B=0(1. 4 - 15)同理可得VH,+RH,= 0(1.4- 16)式(1.1-15)和式(1.4-16)说明，规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥姆霍兹方程