微波炉电磁仿真的分析与腔体性能优化

论文摘要

随着现代计算机硬件技术和软件技术的发展,其计算能力大幅提升。依靠计算机辅助设计的CAD技术,也早已从简单的数值分析,逐渐细化,诞生了很多应用于现代工业的各种各样的仿真软件,来模拟现实中的力学,电磁学,热学,流体等复杂的物理过程,比如ANSYS, HFSS,Designer,ADS,CST,Microwave office等。其采用的算法也各有不同,包括有限元法,有限积分技术,时域差分法等等。现代仿真技术的应用,对现代科技和产业的发展发挥着巨大的作用。目前微波炉的设计,仍然采用传统方法:依靠经验,先设计腔体,加工好样品后再进行测试。但这样的设计表现并不太好,需要进一步修改,再测试,再修改,如此反复,导致设计周期长,研发费用高,而且腔体的性能也不是最优化的。HFSS软件是一个很好的三维电磁仿真软件,它采用有限元法,通过多次迭代计算,得到较为精确的解,最后通过后处理,可以直接得到我们需要的结论。通过仿真来进行产品设计和性能改善设计,可以大幅降低产品研发费用,缩短研发周期,提升产品的品质。因此,将仿真技术引入微波炉工业,是可行的,也是行业发展的必然。本文利用HFSS软件对微波炉系统合理的建模,通过大量的仿真并同实测结果对比验证,来设定尽可能精确的材料参数。经广东美的微波电器事业部多个微波炉平台的验证,在炉腔电磁场分布和电压驻波比等方面,仿真结果均取得与实际较为一致的结论。文中还介绍了通过电磁仿真的方法,对两款微波炉腔体性能做出改善:一是解决了某型微波炉微波聚焦的问题;二是对另一款微波炉的均匀性问题做出了很好的改善。本文经过了大量试验论证得出,将电磁仿真技术应用于现代微波电器设计领域是完全可行的。这一技术的推广,将会对微波能应用行业带来全面的技术革新,使得产品具有更好的品质和更低的成本,极大的提高企业的竞争力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波及其特性
• 1.1.1 微波定义
• 1.1.2 微波波段的划分
• 1.1.3 微波的特点
• 1.1.4 微波的应用
• 1.1.5 微波的防护
• 1.2 微波炉发展概况
• 1.3 微波炉的基本组成
• 1.3.1 磁控管
• 1.3.2 炉腔
• 1.3.3 波导
• 1.3.4 炉门
• 1.3.5 高压电源
• 1.3.6 时间功率控制器
• 1.3.7 其他辅件
• 1.4 微波炉工作原理
• 第二章 有限元法与仿真技术
• 2.1 现代电磁仿真技术的发展概况
• 2.2 微波炉谐振腔
• 2.2.1 谐振腔基本参数
• 2.2.1.1 谐振波长
• 2.2.1.2 品质因数
• 2.2.1.3 损耗电导
• 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 有限元分析原理
• 2.3.1 有限元方法的特点
• 2.3.2 有限元模型
• 2.4 仿真软件简介
• 第三章 微波炉的仿真分析
• 3.1 微波炉各平台的仿真验证
• 3.1.1 8L 平台
• 3.1.2 17L 系列
• 3.1.2.1 C17L 炉腔
• 3.1.2.2 F17L 炉腔
• 3.1.3 20L 系列
• 3.1.3.1 F20L 炉腔（石英管烧烤功能）
• 3.1.3.2 E20L 烧烤炉腔
• 3.1.4 23L 系列
• 3.1.4.1 EC23L 炉腔
• 3.1.4.2 F23L 炉腔
• 3.1.5 28L简易炉
• 3.1.6 40L 平台
• 3.2 HFSS 电磁仿真与网络分析仪的对照分析
• 3.2.1 对独立波导口的仿真
• 3.2.2 28L 手板腔体的仿真
• 3.3 小结
• 第四章 腔体优化
• 4.1 对E20L 腔体微波聚焦的改善
• 4.2 对A40L 腔体均匀性的改善
• 4.3 小结
• 第五章 其它仿真应用
• 5.1 波导对微波炉腔体性能的影响分析
• 5.2 关于微波泄漏的仿真考察
• 5.3 对特种陶瓷解冻的仿真分析
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果