微波的特点

三、微波的特点

既然微波是一种电磁波，那么它与其他电磁波相比又有哪些特点呢？

1）它的第一个特点是它的波长可以与人们日常生活中的许多物体具有可比拟的长度。例如钢笔、手表、书本、碗筷、水果、香烟、手提箱……这就是说，在微波的厘米波段，其微波波长约几厘米至几十厘米，在毫米波段的波长约为几毫米的数量级，与普通无线电广播中的波长（约为数百米）相比要短得多。即使是与调频广播（超短波）的电磁波相比也要短一些。因此，这时传输微波的传输线已不再是低频时的两根金属导线，也不是传输电视节目的普通视频电缆（即具有外导体圆筒和内导体芯线的同轴电缆或同轴线），而是一种被称为“波导”的空心金属导管（矩形或圆形截面），矩形截面的称为“矩形波导或方波导”，圆形截面的称为“圆波导”。如图1-1所示。

图1-1　各种传输线

微波可在一根空心的金属管中传播似乎不可思议？因为在人们心目中，总是认为必须要有两根导线才能构成回路，实际上这只是在频率较低情况下才是正确的。一旦当频率进入到微波波段，上述概念就存在问题了，这时不能再采用双线传输线来传输微波能量，而应代之以空心的金属波导管来传输了。

2）它的第二个特点是它与光线相似，以300 000km/s（公里/秒）的速度沿直线传播，遇到金属物体时会产生反射或散射，遇到绝缘介质时会穿透进去并继续向前传播，而同时会产生部分反射。不同材料对微波的穿透和反射是不一样的，如图1-2所示。也正因为如此，所以用金属板形成一个封闭的空间就能使内部的微波不会泄漏出来，同样，外面的微波也无法进入被金属板屏蔽起来的内部空间。当把微波炉的炉门关好后，启动微波炉，这时微波只存在于炉内供烹饪食物，而不会泄漏出来。由此可见，微波炉的炉体一定是用金属板制成的，目前较流行的材料是不锈钢板，尽管它的导电性能在金属中不算很好（与铜铝等相比），但其性能稳定，不易氧化和腐蚀，作为食品加工设备是很好的材料。

图1-2　微波射向金属板及介质板时产生的反射及透射情况

3）它的第三个特点是不像长波或中波那样沿着地球的表面传播（地波），地波传播距离因地表土壤和植被以及树木森林房屋等影响而非常有限；也不像短波那样向天空辐射，遇到大气层外的电离层会产生反射（天波），从而将电波传播至地球上很远的地方，但由于电离层的性质千变万化，它会随着季节、昼夜甚至一天内的不同时段、太阳的磁暴或黑子的出现等天文或气象因素的变化而变化，相当不稳定；而微波却能容易穿透电离层而不会产生强烈的反射，沿着直线向前传播，因此有时也称微波为“空间波”。然而，微波在沿地面传播时却只能沿直线传播，通常为几十公里的视距范围，由于地球是圆形的，因此即使架设100m高的天线，也会在不到50km以内与地平线相切。各种无线电波的传播途径如图1-3所示。正是微波的这一特点，解决了人造卫星、宇宙飞船上的信号可以顺利地传到地球上来，从而实现人类与太空之间的通信和控制。互联网、卫星定位系统（GPS）、卫星直播电视等无一不是利用微波的这一特点的，否则，很难想象人类能登上月球，能够从火星上发回信号。微波的这一特点是人们始料未及的！

图1-3　各种无线电波传播途径

4）它的第四个特点是微波与物质相互作用时的选择性，这就是说，它与各种物质之间的相互作用将视该物质的材料性能不同而不同。对某些物质如像水这种强极性介质，微波的作用要强烈得多，而对像陶瓷、玻璃、云母和一些非极性或弱极性介质其作用则要小得多。这种选择性就是目前微波加热的重要依据与原理。

5）它的第五个特点就是量子能级较低，尚不足以破坏化合物的化学键和分子结构，这就是近年来微波化学领域中被广泛用于催化、萃取、消解、合成等应用的根据。