微波炉腔体电磁场分布仿真及尺寸结构优化设计

论文摘要

微波炉是微波能应用的最重要的一个方面,但是,微波炉的设计依然停留在“设计—试制—校正”的那种旧的设计制造模式,极大地延长了设计时间,增加了设计成本,不利于企业竞争力的提升。电磁场仿真软件的出现,为改进和应用新的方法计算和预测场分布特性提供了新的手段,实现了在产品设计阶段就能对其所应用的系统进行精确计算及性能预测,节约大量的设计实验费用。可以直观地用彩色显示部件内部空间和各横截面上电磁场强度分布。通过计算机仿真对腔体场结构的研究,可根据场结构的特点来改进谐振腔结构设计,使微波能最大限度的耦合到腔体中,并作用到加热负载上去。本文主要工作如下:第一章介绍了微波加热的原理及微波炉的各个组成部分。第二章介绍了微波炉设计过程中涉及到的几个主要理论,包括有限元理论、谐振腔理论、耦合波理论、波导理论及阻抗匹配理论。并结合微波炉实际设计进行了一些说明。第三、四、五章是本文的工作重点。第三章把对微波炉性能影响比较大的几个因素进行了仿真研究,得到了各个因素的影响规律,为实际设计微波炉提供指导。这些因素包括:磁控管模型、波导、腔体、玻璃盘。其中,磁控管模型的准确与否直接影响了仿真的准确性。本文严格按照磁控管天线的实际尺寸进行了建模。第四、五章是本文的创新之处。第四章探讨了仿真结果的判断方法,提出了波导打火、输出功率和效率、熔轴和炸盘、均匀性的判断方法。然后,在25L和28L炉子上将仿真结果和实验结果进行了对照,证明了仿真方法的可行性。另外,在实际工作中解决了21L炉子的熔轴问题。第五章介绍了实际开发的两个新平台微波炉,F17L和F20L炉子。将仿真软件应用于实际设计中,并且根据仿真结果提出了最终的腔体结构,将仿真结果和实验结果进行了对照,结果吻和的较好,在实际平台上验证了仿真方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 微波的概念
• 1.2 微波加热的原理
• 1.3 微波的防护
• 1.4 微波炉的主要结构部件
• 1.4.1 磁控管
• 1.4.2 波导
• 1.4.3 炉门
• 1.4.4 高压电源
• 1.4.5 时间功率控制器
• 第二章 微波炉设计和仿真软件的理论基础
• 2.1 有限元（FEM）基本理论
• 2.2 微波谐振腔
• 2.2.1 微波谐振腔的基本特性参数
• 2.2.2 矩形谐振腔振荡模式及其场分量
• 2.2.3 微扰理论
• 2.3 耦合波理论
• 2.4 矩形波导
• 2.4.1 单模工作频率范围
• 2.4.2 过模波导与截止波导
• 2.4.3 宽波导与扁波导
• 10模的特性阻抗'>2.4.4 矩形波导TE₁₀模的特性阻抗
• 2.4.5 矩形波导的功率传输
• 2.5 微波阻抗匹配
• 第三章 影响微波炉性能的各个因素的讨论
• 3.1 磁控管激励源的模型的确定
• 3.2 改变波导口形状的影响
• 3.3 改变波导厚度的影响
• 3.4 对规则腔体拉伸不同部位的影响
• 3.4.1 只改变一个参数
• 3.4.2 改变两个参数
• 3.5 玻璃盘高度、厚度、直径大小的影响
• 3.5.1 改变盘子高度
• 3.5.2 改变盘子厚度
• 3.5.3 改变盘子直径
• 3.6 改变边界电导率的影响
• 3.7 改变边界磁导率的影响
• 3.8 改变玻璃盘介电常数的影响
• 3.9 小结
• 第四章 仿真结果判断方法的探讨及仿真可行性的实验验证
• 4.1 采用C17L炉子提出波导打火的判断方法
• 4.2 采用28L样板炉子提出输出功率和效率的判断方法
• 4.2.1 微波输出功率的试验方法
• 4.2.2 微波炉效率的试验方法
• 4.3 针对28L炉子提出熔轴、炸盘的判断方法
• 4.4 通过25L和17L，28L炉子的比较提出均匀性判断方法
• 4.5 25L炉子仿真跟实验结果比较
• 4.6 28L炉子仿真跟实验结果比较
• 4.7 21L炉子融轴问题解决
• 4.8 小结
• 第五章 新平台微波炉的开发
• 5.1 F17L平板炉子开发
• 5.2 F20L炉子开发
• 5.3 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果