單模微波燒結(jié)腔內(nèi)電磁場分布規(guī)律及其影響因素的HFSS仿真研究.pdf

1、近年來，微波加熱技術(shù)的應(yīng)用越來越受到人們的重視，特別是在微波燒結(jié)陶瓷領(lǐng)域。單模燒結(jié)腔由于結(jié)構(gòu)簡單、便于控制和調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，其中以TE103模式的燒結(jié)腔最為典型，它具有較穩(wěn)定的場分布和較高的場強(qiáng)密度。在微波燒結(jié)陶瓷過程中，確定腔體的諧振特性從而找到最佳的腔體長度十分重要，這為確定腔內(nèi)電磁場的分布規(guī)律提供了必要條件。了解不同幾何尺寸和微波參數(shù)的材料對場分布的影響會使微波燒結(jié)工藝更具有針對性。以往的解析方法只能處理簡單的燒結(jié)腔模

2、型，對于復(fù)雜腔體或者加載試樣的腔體模型，解析方法已不再適用，而只能借助于電磁仿真軟件所采用的數(shù)值計算方法。 HFSS是Ansoft公司推出的基于電磁場有限元方法(FEM)的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件。本論文首先借助HFSS構(gòu)建了BJ-22型和改進(jìn)型兩種TE103單模燒結(jié)腔模型，數(shù)值模擬了腔體的諧振特性和電磁場的分布云圖，確定出兩種腔體中電磁場均勻區(qū)域的空間范圍，改進(jìn)型燒結(jié)腔繼承了BJ-22型的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了波導(dǎo)寬邊方向的

3、均勻場空間范圍，可燒結(jié)較大尺寸的塊狀試樣；研究了燒結(jié)腔建模仿真中的影響因素，證實(shí)了頻率偏移會導(dǎo)致電場的均勻區(qū)域減小，二維面和對稱面的使用可以在保證求解精度的基礎(chǔ)上減少解算時間和計算機(jī)硬件資源，為多模燒結(jié)腔模型的仿真提供了簡化模型的依據(jù)；數(shù)值模擬了加載圓柱狀試樣的燒結(jié)腔內(nèi)的電場分布，仿真結(jié)果顯示腔內(nèi)電場的三個均勻區(qū)域都有所減小，兩邊的均勻區(qū)域縮小程度較小，中間的均勻區(qū)域由于試樣吸收微波能量收縮較大，場強(qiáng)密度和穩(wěn)定性都大大降低；結(jié)合參數(shù)掃描

4、，分析和討論了試樣不同的幾何尺寸和微波參數(shù)對試樣和燒結(jié)腔內(nèi)電場分布的影響：當(dāng)表面半徑R較小時，試樣內(nèi)部的電場分布從里到外逐漸增強(qiáng)，R的增大使試樣中心和左右兩端出現(xiàn)較高電場，腔內(nèi)中間的均勻區(qū)域受到破壞，兩邊的受到“擠壓”。軸向高度H和相對介電常數(shù)εr的不同都會使試樣內(nèi)部出現(xiàn)完全相反的電場分布，當(dāng)H和εr，處于發(fā)生變化的分界點(diǎn)時，試樣內(nèi)部的場強(qiáng)趨于一致。H的增大使徑向表面退極化場的減少幅度大于軸向表面的增加幅度，也使腔內(nèi)中間的均勻區(qū)域的場穩(wěn)