微波设备构件
由于微波的特殊性质，在微波加工设备、元器件中有许多具有各种用途的腔体，称为空腔谐振器。空腔谐振器是一种具有集中参数的特殊的专用振荡回路，微波可在空腔谐振器中产生、输出、输入或在其中进行作用，它在微波技术中应用很广泛。例如：微波由磁控管产生，磁控管的腔体就是一种空腔谐振器，它由多种形式的小腔组成；微波炉的“加热箱”也是一种空腔谐振器，微波在其中进行加热作用；还有起混频、倍频等作用的空腔谐振器等。
在微波设备中常采用各种形式、形状的空腔谐振器，最简单的谐振腔是圆柱和矩形谐振腔（空腔）。由于在腔体中研究微波使用的是三维形式，因此，微波场的模的下角标注是三个，谐振腔的主要参量是谐振波长λ0、品质因数Q0。下面对几种主要的谐振腔作一阐述。
1、微波谐振腔
当从谐振腔外部输入微波能量时，若其频率等于谐振的谐振频率，则在腔内会激起强烈的振荡，相当于声学中的共鸣箱。
谐振频率主要取决于谐振腔的形状、尺寸和输入的波形，对于不同形式的谐振腔有不同的计算方法。
常用的矩形谐振腔：当矩形谐振腔的长（L）、宽（B）、高（H）知道以后，其谐振波长可由下列公式计算：λo=2/[(ｍ／L)²+(ｎ／ｂ)²+(ｐ／ｈ)²]--------（1）
式中
m﹑n﹑p 为波型指数。
而对于一个λO和选定的l、b、h值却可能有一组以上的 m、n、p值满足上式，这说明腔中不是只有单一模式的场分布，而是可以同时存在多个模式，这提示我们，在制造微波加热设备时，恰当选择谐振腔的l、b、h三个尺寸来获得较多的模式，这样加热效率和均匀性都将获的改善。
谐振腔的另一个重要参量是品质因数Qo。简单地说，Qo表示了谐振腔的质量，Qo值越高，腔的效率越高。Qo值定义如下：
Qo=2π×（谐振腔内储存的能量）/每一周期内谐振腔内损耗的能量
Ｑo值的大小可由下式进行近似计算：Ｑo=（1/δ）×（V/S）
式中
V---------- 谐振腔体积
S---------- 谐振腔内表面积
δ--------- 谐振腔内壁的集肤
应不难看出，为提高谐振腔的品质因数，当设计尺寸确定以后，因尽可能选用δ值较小的材料制成的谐振腔，并应提高加工精度，以求减低损耗以提高效率。
微波化学污水处理工程中应用的谐振腔是由我公司根据微波谐振腔的设计原理及其在工程实际应用中的经验来进行设计，在设计中严格遵循了以下几点要求：
① 驻波比要小；
② 污水过波能均匀受到穿透；
③ 微波泄露符合国标。
因为污水成分变化比较大（即负载变化较大），从阻抗匹配角度考虑，为使负载获得最大功率，减少反射损耗，并防止因为失配而烧毁磁控管，大型谐振腔应备有四螺钉调配器和环行器，力求使微波能源与负载匹配，降低反射功率。
在矩形谐振腔中，可存在TEmnp和TMmnp多种模式的电磁波。上面已讲过最小的空腔有TE101和TM110 二种模式。
这种最小的空腔谐振器有二个缺点：一是尺寸小，二是内部电场分布的很不均匀，达不到均匀加热的要求。为获得均匀加热，希望空腔谐振器的模式要多些，为此要加大空腔的体积。空腔谐振器的模式数可由（1）式计算，但计算较繁，通常可用下式粗略估算：
N=（8πV/λ³）+（πs/2λ²）+[（L+b+h）/λ]------（2）
式中
V----------空腔的体积；
S----------空腔的内表面积；
λ---------自由空间的波长。
但在增大空腔体积的同时，要考虑功率密度的下降，防止因体积过大而使加热速度降低，以及腔壁的损耗增大。
另一个要注意的是应避免采用（1—4）λ的整数倍尺寸，以免产生某些优势模。
采用多模谐振箱是污水获得均匀穿透的一个重要条件。同样，让介质往复多次通过腔体的不同部位，微波的穿透也一定会更均匀些。
微波能泄漏问题的解决办法：
一是设计好谐振腔体的门，门和门框采用弹簧片来达到较好的接触，或采用 λ/2短路特性设计抗流结构。
二是在物料进出口处加截止波导，或在相应部位设金属屏蔽和网。
2、磁控管的谐振腔
磁控管的谐振腔中有电场和磁场，电子在其中进行一定频率、一定分布形式的圆周运动，将低频的能量进行转换，变成微波输出。
3、谐振腔的特性
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微波进入腔体后在壁与壁之间多次反射，微波的轨迹轮廓分明，波模可被清楚地辨认。在电力线“密集”的区域，微波场能量集中，这就是所谓的“热点”；在电力线“稀疏”的区域，微波能量分散，形成“冷点”。这一特性是传统能量分布中没有的。当然，在足够大的腔体中所激发的波模的方向和模数基本能达到微波均匀加热的目的。输入微波腔中的微波能被腔中的物料吸收，每种相互作用都消耗能量，直至微波的能量完全被吸收。在加热时，把一个容器放入微波腔内，微波能从各个方向穿过容器。微波穿过容器时，容器内的介质按它的介电常数、损耗因子吸收一定的微波能量。但是，若在微波腔中放入第二个容器，容器在腔内的位置决定了容器受辐射的程度。例如，一个容器处于微波场交叉增强位置，另一个处于微波场的部分相抵位置，结果一个容器将比另一个容器受到更强的辐射，那么两个容器受微波的作用就不均匀。其它常用微波组件及辅助设施种类很多，除以上介绍的之外，微波设备中常用的还有以下几种。
4、环行器和调配器
波从一个介质中传播到另一种介质中没有反射的传播反式为阻抗匹配状态。微波工作时，整个体系一般达不到这种理想状态，因而会产生反射功率。反射过来的能量导致磁控管和微波腔之间的不匹配，并导致磁控管的过热而改变磁控管的输出功率，甚至危害设备。因此，需使用消除微波反射的装置，在出现不匹配时可以保护磁控管，并使磁控管给出稳定的输出功率。在微波系统中最常用的消除反射的设备是环行器，它是一个用铁氧体和静磁场构成的装置，这种装置使微波正向通过，而把反射波送入空负载中变成无害的热量损耗。
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上图为调配器件图 |
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上图为环形器图 |
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环行器又称环流器、循环器，一般具有三个分支，环行器上标有环行的方向，输入到某一个分支的微波，只能按环行方向传到下一个分支中去。
在某些微波加热器中，为了降低成本、缩小体积，在对输出功率不要求恒定的场合下，在微波能承受的外界驻波比范围内，也可不用环行器。例如，家用微波炉就是如此。
为了使负载获得最大功率，减少反射的损耗，并防止因反射功率过大而损坏磁控管，加热器和微波源之间的匹配，还可采用在传输波导中加入调配组件的方法来获得。调配的组件可以是介质调配器，比如在加热器中的不同位置加上反射板、反射棒，在馈电波导中加入调配介质。也可采用膜片、调谐销钉、螺栓等。常用四螺栓调配器。调配器的形式多种多样，各种调配器的工作原理、性能、效果、优缺点可参阅有关专业书籍。但是，随着物料的变化，经常要调节调配器，如果能用反射功率大小作为控制信号来实现自动调节，将对设备的最佳运行带来很大益处，它可以使设备始终处在良好匹配状态。
5、全匹配负载
全匹配负载接在传输线的终端，它可以吸收未被物料吸收的微波能而只有很少的反射，即达到了匹配状态。
全匹配负载是一端装有吸收材料的波导，根据吸收材料的不同，可以将其分为干负载和液体负载（水或油）。
6、阻抗变换器
不同截面尺寸的波导或轴线具有不同的阻抗，若将它们直接连接，势必在连接处引起很大反射；有时波导和同轴线需要相互转换，这都要用到阻抗变换器。
阻抗变换器的形式很多，常用的有阶梯型与渐变型阻抗变换器
7、衰减器
衰减器主要用于改变和降低传输系统中的微波功率，或将微波功率及信号电平降低到一定的数值。
在一般标准波导中，放一尖劈状的薄衰减器片，上面涂有衰减导电材料（如镍铬合金等），它平行于波导的窄边移动，当靠近波导窄边时，由于此处电场很弱，衰减片吸收的功率最大。其衰减片吸收的功率最大。衰减器一般在低功率下作为测量组件使用，其衰减量可以达到20～30dB，即可将输入功率衰减到原来的百分之一到千分之一。
8、通风系统
通风系统的作用主要是排除水蒸汽和灰尘。
可在谐振腔侧壁打一定数量的小孔，在腔体外部加上风罩，并设两个吸风口和风栅。水蒸气由此吸入风道。
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