小功率微波微等离子体源的集成研究

提出了一种小功率集成微波微等离子体源的结构,通过平面微带渐变螺旋电感耦合线圈激励微波微等离子体。研究表明,该集成微波微等离子体源具有频率可调、功率可调的特点,频率范围为2. 3 ~ 2. 6GHz,输出功率范围为20 ~40dBm。在频率为2477MHz、空气真空度为3. 7 Torr,输入功率为2. 15W 时,平面微带渐变螺旋电感耦合线圈能较好激励起微波微等离子体,这为微波微等离子体源的小型化研究提供了基础。     

平面螺旋电感耦合微波等离子体源的建模分析

介绍了一种小型化的2.45GHz小功率平面螺旋电感耦合微波等离子体源的建模方法.根据等效电路,推导出平面螺旋电感线圈的品质因数,并进行数值分析.研究表明:无载品质因数随结构、尺寸和频率等的变化而变化,并在谐振频率附近达到最大值.这为小功率电感耦合微波等离子体源的优化设计提供了理论依据.     

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。     

大功率长寿命连续波磁控管注入锁频技术

在工业生产中加热对象往往体积庞大,微波功率不够高将直接影响加热效果,并严重制约生产规模,远不能满足大规模工业连续生产的需求。简单将多只磁控管作为独立微波源进行非相干功率合成,造成了功率合成效率低、难以消除磁控管之间相互问的干扰。严重影响微波源的工作稳定性和工作寿命,甚至直接损坏微波源。普通连续波磁控管是一种复杂幅相特性微波器件,通常其幅度易受工作条件的影响、频率和相位随机变化、幅度和相位变化相互牵连,使得进行相干功率合成具有相当大的难度。而随着注入锁频技术的引入,注入锁频连续波磁控管将能很好的解决这些问题,可实现真正意义上的相干功率合成,为微波能大规模工业应用开辟广阔的前景。     

小功率平面螺旋电感耦合微波等离子体源的研究

 本文提出一种基于平面螺旋微带的2.45GHz小功率电感耦合微波等离子体源,根据等效变压器耦合模型分析等离子体源的谐振特性,通过微波等离子体吸收功率与等离子体阻抗之间的关系,研究不同气压条件下的放电规律.研究表明,在低气压条件下,输入功率不超过220mW时,空气开始放电;而在常压条件下,输入功率不超过1.5W时,氩气开始放电;随着微波等离子体的激励,小功率微波等离子体源的谐振频率和S参数都发生变化.这为电感耦合微波等离子体源的小型化研究提供了理论基础.     

一种双圆柱腔微波加热系统的仿真研究

本文提出并设计了一种工作频率为2．45GHz的双圆柱腔微波加热系统。该加热系统是在矩形波导宽边中央开孔,用两支铜棒将矩形波导中传输的微波耦合到双圆柱腔内并对圆柱腔内的化学反应罐进行加热。仿真研究表明,通过调节短路活塞、耦合铜棒和调配螺钉,在主要工作频带内输入端反射系数小于-10dB,耦合进两个圆柱腔内的功率相等,两个圆柱腔内场分布大致相同。此双圆柱腔微波加热系统具有效率高、加热均匀等特点,在微波化学分析中具有较好的应用前景。     

140 GHz毫米波岩石钻探技术研究

利用高功率微波加热熔化岩石实现地下快速破岩是全新的钻探技术,具有潜在技术优势.基于140 GHz高功率毫米波系统开展了高功率毫米波能量加热穿透岩石的快速钻井技术研究,测量并分析岩石在微波电磁场下的介电损耗特性,采用多物理场耦合法定量模拟不同波束尺寸和入射功率下的岩石温度分布及烧蚀情况,发现峰值功率密度在1～2 kW/c...     

微波加热效应的多物理场仿真与实验

微波对物质的加热涉及电磁、热、加热物的物理参数随温度变化等多种物理过程的综合作用。研究耦合电磁场、热传导和被加热物质物理参数方程构建多物理场方程组,数值求解获得微波加热过程的温度变化。给出多物理场算法公式和计算流程,以2.45 GHz微波加热水为例,多物理场仿真了该加热过程的微波功率分布、热量累积和温度上升,设计和加工制作了微波加热实验装置。在工作频点2.45 GHz处,测试装置的回波损耗为16.2 dB,同时测试了输入功率40 W时4个指定点处60 s内的温升,多物理场仿真结果与测试结果吻合良好,验证了多物理场仿真的正确性。     

基于双通道固态源的腔内三分区加热研究

微波加热在医疗、食品加工等特殊领域应用广泛,但是很难工程上实现对任意方向的定向加热的控制.本文基于线性相控阵天线理论,设计了一个双通道固态源的腔内三分区指向加热系统,该系统通过调节固态源各通道间的相位差以实现腔体内的微波指向从而达到三分区定向加热的效果.同时,本文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,...     

基于有源微波器件的动态调控型智能超表面设计

针对微波信号多频段宽带吸收与屏蔽的应用需求,在无源超表面基础上,对吸波频带和幅值动态可调的智能超表面进行了简要介绍.采用HFSS电磁仿真软件对智能超表面的动态可调性能进行了仿真,并分析了其动态调控机理及吸波特性,揭示了可变电阻调控对超表面吸波性能的作用规律,提出了基于有源微波器件PIN二极管加载的智能超表面设计方案.通...     

Nonlinear Terahertz Generation: Chiral and Achiral Meta-Atom Coupling

Generation and manipulation of terahertz (THz) waves are of vital importance for advancing THz technology. Nonlinear metasurfaces allow effective integration of both processes into a single compact device. However, such existing THz devices commonly rely on utilizing a single meta-atom, which has fixed THz generation properties and thus limits the range of achievable functionalities. Here, it is demonstrate how coupling between different meta-atoms within the unit-cell can be used as a degree of freedom for controlling nonlinear THz generation, where achiral coupling provides full control over the amplitude of the generated THz field, while chiral coupling makes the THz generation sensitive to the handedness of the pump polarization. In particular, chiral coupling allows the realization of multiplexed pump-handedness-selective nonlinear metasurfaces, which is illustrated experimentally by selectively generating THz beams with different orbital angular momentum with a single nonlinear metasurface. This approach provides opportunities for developing various integrated nonlinear THz devices.     

30kW连续波磁控管的研制

本文叙述了大功率连续波磁控管的研制成果,该管为2450MHz、大功率、水冷、非包装式、全金属陶瓷结构、固定频率连续波磁控管,该管最大工作效率可达72％,最大连续波输出功率可达30kW,主要用于工业加热和等离子体应用,该管的研制成功为国内微波能应用提供了高效率的微波源。     

双端口旋转对微波加热均匀性和互耦的影响

微波加热相对于传统热传导加热具有内外加热的效果,但其在工业应用中存在加热效率低下、加热不均匀等问题。据此,提出一种基于双端口非同步旋转结构的加热方法,降低端口间的互耦;并基于COMSOL Multiphysics建立了双端口旋转下的微波加热模型,分析了双微波源端口之间的旋转速度对端口间的互耦和加热均匀性的影响,实现了端口间低互耦、高均匀性的加热,同时极大提高了微波加热的效率。     

管道式固体材料微波加热装置的仿真设计*

为了解决工业上固体材料在微波加热过程中普遍存在的能量不集中、效率低、加热不均匀的问题,提 出了一种管道式固体材料微波加热装置的设计方案。利用多物理场仿真对固体材料微波加热均匀性影响因素进行 分析,并优化了微波馈入装置的分布和管道结构,仿真表明该装置具有较好的加热均匀性和较高的效率。基于优化 后的设计,计算了褐煤在微波加热时的温度分布情况,其温度场的变异系数COV 值达到0.166,表明温度分布具有 良好的均匀性。该装置实现了对褐煤的微波均匀加热,对固体材料微波加热的工业应用具有指导意义。     

Simultaneous Control of Light Polarization and Phase Distributions Using Plasmonic Metasurfaces

Harnessing light for modern photonic applications often involves the control and manipulation of light polarization and phase. Traditional methods require a combination of multiple discrete optical components, each of which contributes to a specific functionality. Here, plasmonic metasurfaces are proposed that accomplish the simultaneous manipulation of polarization and phase of the transmitted light. Arbitrary spatial field distribution of the optical phase and polarization direction can be obtained. The multifunctional metasurfaces are validated by demonstrating a broadband near‐perfect anomalous refraction with controllable linear polarization through introducing a constant phase gradient along the interface. Furthermore, the power of the proposed metasurfaces is demonstrated by generating a radially polarized beam. The new degrees of freedom of metasurfaces facilitate arbitrary manipulation of light and will profoundly affect a wide range of photonic applications.     

一种紧凑型大功率微波固态源

传统的微波源主要由行波管、磁控管、返波管等电真空器件实现,但因其工作电压高、功耗大、体积大,导致在使用安全性、利用效率和便携性等方面存在不足。而微波固态源由于具有效率高、谐波抑制性能好、稳定性高等优点,正逐步替代传统微波源,有着很好的发展空间。设计了一种紧凑型大功率微波固态源,采用锁相环作为信源,通过三级功放级联对微波信号进行逐级放大,最终输出频率为915 MHz、功率为300 W 的微波信号。测试结果表明该固态源的工作效率≥70%,二次谐波抑制≤-40 dBc,三次谐波抑制≤-50 dBc。该设计在微波加热和解冻等方面具有很好的应用前景。     

半导体技术在大功率微波加热应用研究

研究大功率半导体微波技术应用与微波炉加热,通过半导体微波炉控制系统、半导体微波馈入系统研究,实现半导体微波技术在大功率微波炉上应用。试验测试表明：半导体微波加热功率输出能够达到600W,半导体微波炉负载及频率牵引特性满足要求,加热均匀性在70％以上。加热效率在40％左右,还需进一步提升。     

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。