基于多物理场计算的微波加热均匀性改善研究

针对微波加热过程中存在温度分布不均匀的问题,提出利用多端口加热方式,通过多物理场耦合计算分析了端口布局、位置、数量以及功率配比对微波加热马铃薯块均匀性的影响。仿真计算结果表明,在四端口馈入时,端口分布于腔体四面,四个端口坐标分别为(-55,-162.5,70)、(162.5,-55,70)、(55,162.5,70)和(-162.5,55,70),且四端口馈入功率比为200∶200∶300∶300时,微波加热均匀性效果最佳。     

基于缝隙辐射器的腔内四分区定向加热研究

分区定向加热能够实现腔内任意方向的定向加热控制,且可以加热多种食材。本文设计一种耐高温、功率容量大的缝隙辐射器,并根据该缝隙辐射器设计了一个腔内四分区分时定向加热系统。首先设计了一种耐高温、便于生产加工的缝隙辐射器,利用其组成辐射器阵列,并根据波的叠加原理推导出每个辐射器的相位,以实现腔体中的分区指向,从而达到腔内四分区分时定向加热的目的;随后通过耦合电磁场和热传递方程建立了微波加热的多物理场模型,分析了在腔内的微波定向性能,最后搭建实验系统,利用温度计测量实验结果,以验证腔内四分区分时定向加热的效果。     

基于选频技术的高效高均匀性微波加热

近年来,微波加热以其高效性和内部加热等优点在各领域得到广泛应用。然而,微波加热的不均匀性限制了其大规模工业应用的发展。高均匀性和高效率是微波加热领域研究的重点。效率低会造成能源的浪费,而不均匀加热会导致加热品质差、甚至热失控等现象。本文提出一种双端口选频加热方法,通过在腔体中内置两个正交极化天线方式进行馈电。并且利用扫频来分析各频点的加热效率以及不同频率对加热效果的影响。最后选择性地对其中高效率的频点进行选频加热,使其在维持加热高效率的前提下提高加热的均匀性。     

基于数值仿真的多馈微波加热温度控制系统

针对常用多模腔加热的不均匀性,对多馈口微波加热进行了研究,提出了一种基于数值仿真分析来设计微波加热系统的方法。通过建立1/2 全尺寸有限元模型进行仿真计算,分析了馈口数量对微波加热的影响,在此基础上采用Bang-Bang 控制策略设计了加热系统。其中,圆柱形谐振腔模型的高度为800 mm,半径为395 mm。腔体周围环形布置10个微波源,通过德拜模型仿真温度变化和测量值进行对比,验证了仿真模型的正确性。不同馈口数的COMSOL仿真结果表明,馈口数为4时,温度变异系数(COV)为0.0897,相比于一个馈口的情况,温度的均匀性提高了10.5%。通过实验测试了微波加热系统性能,实验结果表明,媒质温度能得到合理控制。     

基于旋转变频式加热技术对微波加热均匀性的影响研究

微波加热作为一种清洁又高效的加热方式,已普遍应用于化工、医药、冶金以及食品加热等多个方面,而如何提高微波加热的均匀性一直是近些年来研究的热点。本文通过分别对比旋转和变频对微波加热均匀性的影响,提出一种旋转变频的新型微波加热技术,同时使用多物理场仿真软件COMSOL仿真计算,结果表明采用频率范围在2.4~2.5GHz变化的旋转变频式加热方式,温度变化系数降低了0.33,并进行了实验验证。实验结果和仿真计算结果相一致,证实了旋转变频式加热技术有利于提高微波加热的均匀性。     

一种915 MHz和2450 MHz双频微波加热分析

微波加热作为一种新型的加热方式在许多领域中得到了广泛的应用,与传统的加热方法相比,微波加热具有高效节能、选择加热、清洁无污染等特点。多源微波加热结构是实现微波均匀高效加热的有效手段,也是微波加热领域未来的发展趋势。在工业应用的多源微波加热腔体中,保证加热效率的同时如何提升加热均匀性始终是该领域的研究重点。本文在现有微波加热模型的基础上,提出了一种新型的双端口双频微波加热模型。本文基于有限元方法的多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.4设计了一种915 MHz和2450 MHz的双频微波加热模型,通过端口之间的正交和缝隙滤波器的设计减少了两个端口之间能量的互相耦合,在保证加热效率的同时提高了加热的均匀性。     

毫米波多分区单脉冲波导缝隙阵天线的设计

设计了一种毫米波多分区单脉冲缝隙阵天线。通过多分区拓展了天线的驻波带宽,通过阵面近场分布优化 来消除分区短路板对方向图的影响,实现了超低副瓣。设计了一个28*28 的圆口径单脉冲缝隙阵天线,仿真结果表明天 线驻波带宽600MHz(VSWR<1.3),副瓣电平中心频率-34.9dB,带宽内-30dB。     

微波辅助油炸的加热均匀性研究

为了实现高均匀性的微波和油炸的联合加热,本文设计了一种延展的微波单模腔,扩大了微波加热区域,通过调节矩形加热区域在极化方向的尺寸可获得均匀的电场分布,同时建立了微波加热的多物理场仿真模型来计算腔体内的电磁场分布以及土豆的温度分布。仿真结果表明,在设计的腔体内模拟微波油炸初步实现对土豆油炸效率的提升,模拟土豆在矩形加热腔内做匀速平移运动以及调节上下两个端口之间的相位差随时间不断变化能够进一步提高油炸均匀性,并建立实验系统,验证了所提方法的准确性。还讨论了不同厚度、不同含水量的土豆片对油炸均匀性的影响。     

多馈源微波加热腔体的研究

提出了一种在空腔情况下多馈源长方体加热腔的设计方法。通过调整馈孔间的位置与距离,研究其S参数及腔体内的电磁场分布。仿真结果表明,当多个馈源两两正交,且互相距离为1/4个波长的奇数倍时,腔内电磁场分布最为均匀。此项研究为工业上微波多源加热腔的优化设计提供了参考。     

波导宽边纵向缝隙阵的分析

采用等效电路与矩量法相结合的方法，建立波导宽边纵向缝隙数学模型。它既克服了一般效电路分析方法无法进行频率特性分析的缺点，又克服了利用一般矩量法求解积分方程仅适应于几个缝的小阵的缺点。这种分析方法缝隙的辐射导纳是由矩量法直接求解的，与站平时征于谐振状态无关，因此，可以分析天线性能随频率的变化情况。介绍的分析方法包括一互耦，考虑了波导的壁厚、利用该分析方法，对宽边纵向缝隙阵端馈与中心馈电的两种情况进行     

提升微波加热均匀性的新型电介质基底

介绍并分析了一种新型的电介质基底,旨在提升微波加热的温度分布均匀性。该基底为非轴对称结构,由FR-4环氧玻璃纤维板与氧化铝制成,其几何参数的选定是以降低球形介质样品的平均温升变异系数为目的。为探究电介质基底对微波加热均匀性的影响,采用球形马铃薯为研究对象,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟微波加热过程,并计算马铃薯的平均温升变异系数。仿真结果表明：相比于不加载基底直接加热,加载电介质基底加热的马铃薯样品的平均温升变异系数降低了40%以上。最后,进行实验测试验证计算的有效性,实验结果表明：实验测试与仿真计算结果一致,温度上升曲线吻合较好,使用该电介质基底可以有效改善微波加热的均匀性。     

波导宽边同缝隙阵的分析

采用等效电路与矩量法相结合的方法，建立波导宽边纵向缝隙阵分析的数学模型。它既克服了一般等效电路分析方法无法进行频率特性分析的缺点，又 克服了利用一般矩量法求解积分方程仅适应于分析几个缝的小阵的缺点。     

W波段多波束基片集成波导缝隙阵列天线

束天线.     

一种h形缝隙多频微带天线设计

通过对传统缝隙微带天线的分析,提出了一种h形缝隙微带天线.该天线具有多频带、小型化等特点,通过加载短路探针和在接地板挖槽的方法降低了天线的谐振频率,提高了带宽.利用基于有限元法的电磁仿真软件HFSS11.0对天线的特性进行了仿真,仿真结果表明,该天线在回波损耗S11＜-10 dB时,其工作频段为2.38～2.79 GHz,4.59～4.75 GHz和5.12～5.90 GHz,尺寸比普通微带天线降低了62.43％,从而验证了这种设计方案的有效性.该天线结构简单易于实现,能够满足无线局域网802.11a/b/g/n移动终端内置天线的多频带和小型化的要求.     

S波段圆波导缝隙全向天线的设计

设计了一种S波段圆波导缝隙全向天线,该天线是在圆波导柱面上开凿一定数量的纵列缝,组成缝隙阵列。经过仿真优化设计和测试,天线在360°方位面范围内幅度起伏小,具有很好的全向特性,目前天线已成功地应用到了雷达产品中。     

基于可切换频率选择表面的微波加热数值研究

为解决微波加热中普遍存在的加热不均匀问题,已提出模式搅拌器、旋转转盘等机械转动方法来改变加热物体中的电场分布,从而提高加热均匀性。 然而,机械转动的方法往往使得仿真计算困难并且会增加微波系统的复杂性。 因此,本文提出一种应用于微波加热的可切换频率选择表面,其工作频率为2. 45 GHz,通过调整PIN 二极管的开关状态来改变电场分布,将不同状态下的频率选择表面在时间上进行联合并加热,可以明显提高加热均匀性和效率。 计算结果表明,该频率选择表面在导通和关闭状态下的传输系数分别为-32. 10 dB 和-0. 16 dB,能将均匀性提高 43%,加热效率提高42%,有望广泛应用于工业领域。     

基于SIW的多波束波导缝隙阵列天线设计

基片集成波导(SIW)是一种新型的波导结构,具有低插损、高Q值、易于加工和设计等优点,在雷达、通信和导航等领域有很好的应用价值。本文应用SIW技术设计与仿真了一个Ku波段基于Butler矩阵馈电网络的多波束波导缝隙阵列天线。仿真结果表明该天线通过俯仰维实现同时4波束,提供±45o覆盖,具有良好的方向图和驻波特性。它采用一体化设计方式,大大减轻阵列天线重量和减小尺寸,具有较高的工程实用性。