Утечка энергии из камеры СВЧ печи и защита от нее

В камере бытовой печи имеются отверстия, предназначенные для ее вентиляции, освещения и т.д. Все эти отверстия можно считать источниками утечки СВЧ излучения. Поскольку толщина стенок камеры невелика, то можно условно принять ее равной нулю (по сравнению с длиной волны СВЧ колебаний, составляющих около 12 см) и рассматривать любое отверстие в камере не как волновод, а как диафрагму. Диафрагма может пропускать СВЧ излучение, если ее геометрические размеры больше, чем длина волны в камере печи. В противном случае имеет место эффективная экранировка электромагнитного излучения. В диапазоне частот излучения бытовых СВЧ печей заметная утечка происходит при превышении диаметра отверстия круглой формы в стенке печи величиной 10.15 мм. Сложнее обстоит дело с узкими щелями в камере печи, ширина которых значительно меньше длины волны излучения. Щель не излучает СВЧ энергию (независимо от ее длины), когда она расположена вдоль линий протекания тока в камере. Напротив, такие щели эффективно излучают, если они расположены поперек линий тока на поверхности камеры. Причем, замена одного большого отверстия на несколько маленьких, но имеющих такую же площадь, заметно уменьшает уровень излучения за пределами камеры печи. Значительное увеличение излучения происходит, если через диафрагму, даже небольшого диаметра, проходит провод, либо любой другой металлический предмет

Основным источником утечки СВЧ энергии из камеры печи служит дверца печи. Ситуация усугубляется тем, что именно со стороны дверцы находится пользователь. Таким образом, к конструкции дверцы печи предъявляются взаимопротиворечащие требования:

1. Легкость доступа к пище, находящейся внутри печи и обеспечение при этом защиты пользователя от облучения, даже если дверца открылась в процессе приготовления пищи.

2. Удобство наблюдения за процессом приготовления пищи.

3. Тщательная экранировка СВЧ излучения и недопущение его утечки из камеры.

Первое требование решается особой конструкцией запорной системы дверцы печи и применением трех, а в хороших печах - четырех выключателей защиты и блокировки.

Для выполнения второго и третьего требований используется специальная многорамочная конструкция дверцы.

 

Рис. 2. Конструкция дверцы печи, где А01 - рамка дверцы; А02 - пластина из акрила; А03 - держатель; А04 - петля дверцы со стопором; А05 - сварная рамка; А06 - пластина из полиэстера; А07 - уплотнитель; А08 - рычаг; А09 - пружина рычага

 

Конструкция дверцы СВЧ печи "Daewoo KOG-37050S" приведена на рис. 2.

В дополнение на рис. 3 приведена конструкция дверцы печи "Samsung CE101KR" в разобранном виде.

Рис. 3. Конструкция дверцы печи "Samsung CE101KR", где 1 - рамка дверцы; 2 - стекло дверцы; 3 - сборка дверцы; 4 - уплотнитель; 5 - толкатель выключателей; 6 - пружина; 7 - фиксирующие штыри; 8 - двухсторонние держатели

 

Как видно из рис. 2 и 3, смотровое окно дверцы печи перекрывается перфорированным металлическим листом. Все отверстия в этом листе играют роль запредельных диафрагм и должны минимизировать утечку СВЧ. При этом размеры отверстий либо пазов в дверце печи не превышают 2.3 мм.

Более сложно обеспечивается отсутствие утечки СВЧ по контуру дверцы. Между шасси печи и ее дверцей всегда имеются щели,

размер которых неизбежно увеличивается в процессе ее эксплуатации. То есть здесь создаются более чем благоприятные условия для значительной утечки радиации.

Чтобы решить эту проблему, используется метод так называемого "полуволнового шунтирования". Смысл его сводится к тому, чтобы из двух четвертьволновых отрезков создать короткозамкнутую полуволновую линию, в которой поле может существовать только в виде стоячей волны (см. рис. 4).

Рис. 4. Принцип полуволнового шунтирования

 

Для этого в дверце печи изготавливается специальный четвертьволновый паз. Как следует из рис. 4, вдоль паза и зазора будет находиться "ноль" электромагнитной волны, что исключает излучение СВЧ энергии за пределы камеры печи. Ослаблению просачивания СВЧ энергии наружу будет дополнительно способствовать также значительная разница в геометрических размерах - четверть длины основной рабочей волны печи составляет около

30 мм, а размер зазора - обычно около 0,1...0,2 мм. Это позволяет отказаться от непосредственного электрического контакта между дверцей и камерой печи. Для того, чтобы ситуация не ухудшилась от внезапно возникшего электрического контакта между дверцей и камерой печи (и вызванного им искрения), дверцу тщательно изолируют несколькими слоями лака. Однако метод полуволнового шунтирования хорошо работает только на определенной рабочей частоте. Как уже отмечалось, в камере СВЧ печи присутствует широкий спектр электромагнитных колебаний. В связи с этим, добиться указанным методом полного отсутствия утечки СВЧ радиации из микроволновой печи невозможно.

Рис. 5. Проверка зазора дверцы печи

 

При проведении ремонтных работ важно после снятия-установки дверцы печи убедиться в параллельности дверцы и шасси печи (см. рис. 5). Размеры "а" должны быть одинаковы и составлять 0,1...0,2 мм. При необходимости производят регулировку дверцы. Устанавливают дверцу так, чтобы не было люфта между внутренней поверхностью дверцы и шасси печи. Люфт следует проверять также периодически в процессе эксплуатации печи.

Если дверца установлена неверно, возможна опасная для здоровья человека утечка СВЧ радиации.

Измерение уровня утечки микроволновой энергии выполняют в следующей последовательности:

- устанавливают чашу объемом 600 мл, содержащую 275±15 мл холодной воды в центр поворотного стола печи;

- настраивают измеритель утечки (типа ПО-1, либо Holay H1-1500, либо Hi-1501 либо Nadra

8100/8200) на частоту 2450 МГц и калибруют его в соответствии с инструкцией изготовителя;

- измеряя утечку, всегда держат зонд прибора на расстоянии 50 мм от измеряемой поверхности;

- включают печь в режим работы с максимальной мощностью.

При измерении микроволнового излучения следует держать зонд перпендикулярно исследуемой поверхности (см. рис. 6).

Рис. 6. Измерение утечки СВЧ излучения из камеры печи

Следует передвигать зонд вдоль заштрихованной поверхности. Скорость перемещения зонда при этом не должна превышать 25 мм/с.