Для термической обработки различных сред может быть применима обработка энергией электромагнитного поля высоких и сверхвысоких частот. Энергия ЭМП СВЧ широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. Эффективность такой обработки в технологических процессах подтверждается многочисленными исследованиями, как в ранних работах [1–4], так и в более поздних исследованиях [5–9 и др.].
При обработке диэлектрической среды электромагнитным полем высоких и сверхвысоких частот коэффициент полезного действия системы будет зависеть от эффективности передачи электромагнитной энергии генератора к обрабатываемому объекту. Последнее обстоятельство напрямую связано с распределением напряженности электромагнитного поля в объекте. При этом важное значение имеют физические свойства среды, частота и напряженность электромагнитного поля, а также способ передачи СВЧ-мощности в объект (импульсная или непрерывная обработка). В связи с этим для оценки и прогнозирования результата СВЧ-обработки наиболее важным является оценка величины и характера распределения напряженностей электрического и магнитного полей в обрабатываемом объекте [10–12 и др.].
Если обрабатываемая среда представляет собой плоскослоистую структуру, то процесс можно рассматривать с позиций электродинамической задачи взаимодействия падающей электромагнитной волны с диэлектрическим плоскослоистым объектом. Такой вид обработки имеет место при электромагнитной обработке слоя материала под рупорным излучателем.
Ниже приведено обобщенное решение электродинамической задачи распространения электромагнитной волны в плоскослоистой полупроводящей среде, отдельные решения которой имеются во многих работах [11, 12].
На основе общего решения с успехом могут быть решены важные практические вопросы, например согласования источника с нагрузкой по минимуму коэффициента отражения, создания концентрации напряженности электромагнитного поля в определенной зоне технологической среды (объекта) и др.
Физическая модель (расчетная схема) задачи приведена на рис. 1. При этом будем полагать, что объект представляет собой плоскослоистую диэлектрическую структуру, обладающую некоторой проводимостью (несовершенный диэлектрик), а электрофизические параметры внешней среды μ, ε, σ и каждого слоя объекта μj, εj, σj являются постоянными и однородными по всему объему, при средней объемной плотности электрического заряда ρ, равной нулю. Если принять постоянство электрофизических характеристик в каждом слое объекта (не зависящих от линейной координаты), т. е. считать среду изотропной, то при ρ = 0 с достаточной степенью достоверности имеют место соотношения: