тепловой МОДУДЬ свч ПИРАМИДАЛЬНОМ КОНСТРУКЦИИ

February 22, 2013 by admin Комментировать »

Кижлай и. Н., Кураев А. А., Синицын А. К., Щербаков А. В.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, Минск, 220027, Беларусь Тел. (375-17) 239-84-98, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by, sinitsyn@bsuir.unibel.by

Аннотация – Представлены результаты расчета электродинамики теплового модуля пирамидальной конструкции для СВЧ сушки и обработки диэлектрических поглощающих материалов.

I.                                       Введение

Одним из перспективных направлений в интенсификации процессов сушки всевозможных материалов является использование энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ). В последнее время ввиду появления удачных конструкций СВЧ-установок с камерой в форме пирамидального облучателя [1] проявляется интерес к адекватному моделированию и оптимизации электродинамических и тепловых процессов в камерах пирамидальной формы. При правильном выборе размеров в ближнем поле рупорного облучателя прямоугольной формы формируется волна основного типа Ню, для которой характерно равномерное распределение поля в одном направлении и синусоидальное в другом. Это обуславливает преимущество использования таких камер для СВЧ-обработки по сравнению с прямоугольными.

В настоящей статье приведены результаты моделирования и оптимизации СВЧ-камеры пирамидального типа. Исследовано влияние диэлектрической нагрузки на процессы возбуждения высших мод. Описан изготовленный экспериментальный макет такой камеры

II.            Устройство теплового модуля

Горловина рупора представляет отрезок стандартного прямоугольного волновода размером 4.5см.х8.94см. к которому подключается магнетрон

Рис. 1. Fig. 1.

Внешний вид исследуемого теплового модуля с основным типом Ню-волны, разработанного и созданного в БГУИР в рамках данного проекта, представлен на рис.1. На Рис.1. можно видеть технологическое окно в виде щели высотой Ld=2.5cM и шириной до 40см. Такое же окно имеется на противоположной (задней) стенке. Через эти окна предполагается подача высушиваемого материала в виде слоя толщиной до 2 СМ на диэлектрической подложке (или конвейерной ленте).

ный блок мощностью 1КВт на частоте 2.451 ГГц. Размеры основания рупора DxxDy, его высота L и профиль находились из расчетов. Ниже основных технологических окон расположен прямоугольный поддон, глубиной Lp=8cM. Внутри поддона расположены продольные в Н плоскости ребра, высотой 3/4λ которые предназначены для подавления высших мод и обеспечения равномерности нагрева по ширине материала.

III.                  Математическая модель

геометрия рупора

На Рис.2. представлена расчетная область теплового модуля, спроектированная для моделирования в системе FEMLAB. Здесь 1 – окно ввода энергии, 2 – рупор, 3 – поглощающий диэлектрический материал, 4 – поддон.

Fig. 2.

Формулировка уравнений для расчетной области:

Уравнения Максвелла для комплексных амплитуд записывались в виде:

I

где введена комплексная диэлектрическая проницаемость:

I

определяет потери, при этом ε{^ – характеризует диэлектрические потери, σ/ω – омические потери, сг- проводимость материала.

На проводящих стенках заданы условия идеального

проводника пхЁ = 0.

На входе обеспечивается согласованное возбуждение рупора Ногволной мощности Pq .

На расчет одного варианта рассматриваемой задачи методом конечных элементов требуется несколько часов времени современной ЭВМ. Поэтому для поиска оптимальных вариантов камеры без диэлектрического заполнения был использован разработанный нами эффективный метод, основанный на отображении нерегулярного волновода на регулярный [3, 4].

Профиль рупора и размеры камеры находились из условия минимизации, целевой функции определяемой как минимум дисперсии квадрата напряженности Еу{х,у) И максимум ее среднего значения в сечении диэлектрического материала.

VI. Результаты оптимизации

Расчеты на основе методики [2,3] показали, что за счет оптимизации размеров и профиля возможно обеспечение равномерности электрической составляющей СВЧ поля (Рис.З) в сечении материала.

/ = 2450МГц , L = 4SCM , Dy = 20см ,               =   40см      ,

Lj = 2см , Lp = ScM Р = IKBm . Рис.4 иллюстрирует

Рис. 4.

Fig.4.

Рис. 3. Fig. 3.

тоже распределение, полученное на основе стандартного пакета FEMLAB при ε’ = 10, ε” = 4.

Зависимость поглощения (a=p^/Pq) в диэлектрике с ε’ =20 от величины σ представлена на рис.5.

Рис. 5.

[1]  Кураев А. А., Малевич И. Ю., Попкова Т. Л. Основы оптимального проектирования технологических установок СВЧ-нагрева // Радиотехника и электроника: Республиканский межведомственный сборник научных трудов. – Вып. 25. – 2000 – с. 129-135.

[2]  Кураев А. А., Синицын А. К. Нерегулярные волноводы с прямоугольным сечением. Теория и приложения. // Электромагнитные волны и электронные системы.

2002 Г, т.7, №3, С. 12-23.

[3]  Батура М. П., Кураев А. А, Синицын А. К. Моделирование и оптимизация мощных электронных приборов СВЧ.

–        Минск. БГУИР, 2006 г.

THE PYRAMIDAL MICROWAVE THERMAL MODULE

I.                                N. Kizhlai, A. A. Kurayev,

A.                        K. Sinitsyn, A. V. Scherbakov Byelarussian State University of Informatics and Radioeiectronics

6,                P. Brovka Str, Minsk, 220027, Byeiarus Ph.: +375-17239-84-98, e-mail: kurayev@bsuir unibel. by, sinitsyn@bsuir unibel. by

Abstract – Results of calculation of electrodynamics of the thermal module of a pyramidal design for the microwave drying and processing of dielectric absorbing materials are submitted.

I.                                         Introduction

In present article results of modeling and optimization of the microwave – rectangular resonator of pyramidal type are resulted. Influence of dielectric loading on processes of excitation of the supreme modes is investigated. The made experimental breadboard model of such chamber is described.

II.                The Device ofthe Thermal Module

Appearance of the researched thermal module with the basic type of the HI 0-wave, developed and created in BSUIR is submitted on Fig. 1.

III.                              Mathematical Model

On Fig. 2. the settlement area of the thermal module designed for modeling in system FEMLAB is submitted. Here, 1 – a window of input of energy, 2 – a megaphone, 3 – an absorbing dielectric material, 4 – the pallet. Statement of a task is formulated for the Maxwell equations (1) – (3).

VI.                             Optimization Results

Calculations have shown, that due to optimization of the sizes and a structure on the basis of a technique [2,3] maintenance of uniformity of an electric making microwave field (Fig.3) in section of a material is possible. / = 2450MHz , Ly = 4S0mm , Dy = 200mm ,       = 400mm , Lj = 20mm ,

Lp = \00mm P = \kW . Fig. 4 also illustrates the distribution

received on the basis of standard FEMLAB package at ε’ = 10 , ε" = 4. Dependence of absorption in a dielectric with ε’ =20 from quantity σ is submitted on Fig. 5.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты