多模谐振腔中的微波加热仿真与实验研究

本文对一种树脂复合材料在多模谐振腔中进行微波加热,使用COMSOL Multiphysics软件对反应过程涉及到的电磁场和温度场进行耦合分析,将仿真结果与实验结果对比发现,物料内部的某些位置出现"热点",这种温度分布的不均匀性使局部应力过大导致物料断裂;物料内部的化学反应在微波辐照下速率加快,使物料的介电特性发生改变,从而引起温度发生变化。

陶瓷材料微波加工用高均匀度多模谐振腔的研究

微波能作为一种新型能源，用于陶瓷材料的加工具有广阔的应用前景。如何改善微波加热时的均匀性，是实现微波加工陶瓷的关键技术之一。基于旋转场天线原理，建立了一种新型的多模谐振腔。采用了３ｄＢ桥及相互垂直的耦合孔，从而在谐振腔内形成旋转的电磁场，大大改善了加热均匀性。与频率２４５０ＭＨｚ、输出功率５ｋＷ的微波源相配合，建立的加热系统结构简单，加热特性优良，尤其适合于大尺寸陶瓷材料的微波加工。对Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等先进陶瓷成功地进行了烧结。

基于波导等效阻抗建模用于钛铁矿微波还原的谐振腔体研究

提出了一种利用等效阻抗的思想来设计微波谐振腔。通过计算传输波导的主模等效阻抗与谐振腔近似等效阻抗匹配来确定谐振腔体的尺寸,从而使多模谐振腔与传输波导具有良好的匹配,微波源能够以最小的反射馈入谐振腔内。以钛铁矿作为加热研究的物料,利用HFSS软件分别对单馈口和多馈口多模腔的反射系数进行了优化仿真,并且给出了腔体内场分布的情况,仿真优化的结果与等效阻抗匹配方法计算值接近,验证了根据波导等效阻抗方法来设计腔体结构的可行性,为设计高温微波冶金多模腔体提供了新的参考依据。

微波场中含碳铬矿粉升温特性曲线数值模拟

在微波加热过程中,冶金物料在微波照射下的温度分布是它与微波场相互作用且吸收微波的过程,此期间伴随的传输过程所导致的升温都归因于微波能耗散转化为热能。分析了微波场影响含碳铬铁矿粉升温特性一系列重要因素,即分析了影响微波场分布的加热谐振腔体的结构和多管耦合方式;结合含碳铬矿粉在微波场中的比热容、介电性质等热及物理性质的变化,通过计算模拟得出微波耗散功率与温度的关系,进而拟合出含碳铬矿粉的升温曲线。这种方法对于不同物料、不同配比、不同体积条件下在类似场结构下的微波冶金物料的升温特性也是有效的。

基于慢波半模基片集成波导的紧凑型平衡滤波器设计

本文基于慢波半模基片集成波导(Slow-Wave Half-Mode Substrate Integrated Waveguide,SW-HMSIW)结构,设计了一款紧凑型平衡滤波器.该滤波器由金属盲孔阵列加载的SW-HMSIW多模谐振腔、两对间距0.5λ_(g)的差分馈电线(λ_(g)为滤波器中心频率处的波长)组成.该平衡滤波器由于利用了HMSIW多模谐振腔的不同模式,TE_(102)^(SW)和TE_(106)^(SW)两个模式工作在共模(Common Mode,CM)状态,而TE_(103)^(SW),TE_(104)^(SW),TE_(105)^(SW)这3个模式工作在差模(Differential Mode,DM)状态;因此该滤波器相较于已发表文献中的SIW平衡滤波器,具有更宽的工作带宽.进一步,慢波结构的引入实现了对HMSIW多模谐振腔不同模式谐振频率的调控,明显降低了谐振腔的纵向及横向尺寸,实现了滤波器的紧凑化设计.本文提出的滤波器,其总尺寸为1.86λ_(g)×0.34λ_(g),-3 dB DM工作相对带宽可达32%,-20 dB CM抑制相对带宽可达23%.与同类HMSIW平衡滤波器相比,本文提出的SW-HMSIW平衡滤波器的电路面积减小了约42%.

6G无线通信新型毫米波双频带通滤波器的设计与仿真

针对6G无线通信系统对毫米波带通滤波器的需求,提出一种工作频段为W波段的毫米波双频带通滤波器。基于对多模谐振腔的研究,利用谐振腔内的TE301模式和TE102模式设计一种超宽带谐振腔,并基于TE302模式和TE103模式设计一种具有传输零点的多模谐振腔,通过将这两种谐振腔进行级联和优化,设计出一款工作于W波段的双频带通滤波器。两个工作频段分别为83.26~91.54 GHz和96.58~105 GHz,3 dB相对分数带宽分别为9.5%和8.4%。3个传输零点的位置分别在81.12、93.3、109.31 GHz。所设计结构采用CNC工艺进行制备,经测试,测试结果与仿真结果具有良好的一致性。两个工作频段的3 dB相对分数带宽误差分别为0.3%和1.5%。因此,所提出的W波段双频带通滤波器的设计方式可以为高频毫米波的设计带来一定的参考价值。

微波高温加热真空系统的研制

在微波加热原理的基础上,根据具体的实验要求,介绍了一套自制的多模谐振腔微波高温加热真空系统。在该真空系统上进行了温度场测量;碳毡和碳化硅的微波加热试验;碳毡的气相致密化与碳化钨陶瓷的烧结试验。结果表明:该微波加热系统电场主要聚焦在中心区域,而且均匀分布;在气氛保护下,碳化硅的加热温度在20m in内达到1700℃,碳化钨的烧结致密度达到96%以上,在90小时内,碳毡的密度可达1.70g/cm3。

新型加工陶瓷材料的微波加热系统

基于圆极化天线原理，建立了一种新型的多模谐振腔加热系统。结构设计中采用３ｄＢ电桥及相互垂直的耦合孔，从而在谐振腔内形成极化电磁波，显著改善加热均匀性。与合适的助热保温结构相配合，成功地对ＺＴＡ、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等先进陶瓷进行烧结。建立的加热系统加热效率高，结构简单，操作方便。

中草药微波萃取装置的设计

设计了一种大容量分层辐射微波萃取装置,微波频率915 MHz,容积可大于10m3;通过多根矩形波导管将微波导入萃取罐内,解决了微波穿透深度不足的问题,实现均匀加热。分析表明:大容量罐体微波辐射均匀,结构简单,安全可靠,可实现保温、恒温、常压、正压、负压等萃取工作,满足不同中草药萃取的工艺要求。

采用共面波导/微带耦合结构的超宽带带通滤波器的改进设计

本文提出了一种超宽带带通滤波器的改进设计方法,通过这种设计方法能够有效展宽阻带,实现谐波抑制的效果。该设计方式基于微带和共面波导(CPW)耦合的结构,其中,微带与输入/输出共面波导分别设计在介质基板的两个不同面上。本文在输入/输出端口附近的共面波导中心导带处做了改进,用于抑制高频段的谐波,从而在保证通带性能良好的基础上,有效抑制了寄生通带。文中给出了改进后滤波器的结构以及通过仿真和实验获得的性能参数,结果显示该滤波器具有良好的谐波抑制作用,使得阻带的高端达到20.0GHz,约为中心频率的3倍左右。

微波馈口形式对微波热解升温特性的影响

以PTA氧化残渣为热解对象,在实验室自制微波热解设备的基础上,研究微波馈口形式对微波热解升温特性的影响.通过对比分析4种馈口形式的微波热解温度变化规律,发现当四馈口E-H分布时,物料升温速率快,反应充分,热解终温高,固态产物产率低,且在相同热解终温下总能耗更低.该结论可为微波热解的工业化应用提供参考.