Общие свойства и особенности устройств СВЧ

Курсовая работа

По дисциплине: "Теория электронагрева"
Тема: "Распределение температурных полей в СВЧ печи"

Номер зачетки: 141325

                                  Выполнил:

Ст.гр. Б2ЭЛЭТ-31

Чапанов М.М.

Проверили:

К.т.н. доц. каф. АЭУ

Тригорлый С.В.

Ассистент.каф. АЭУ

Бозриков А.В.

Саратов 2016

ВВЕДЕНИЕ. 3

2 ЗАДАНИЕ. 4

3 СВЧ ПЕЧЬ. 5

3.1 Техника сверхвысоких частот. 5

3.2 Общие свойства и особенности устройств СВЧ. 6

3.3 Цепи, элементы и электронные приборы СВЧ. 7

3.4 Устройства и системы СВЧ. 11

3.5 Перспективы СВЧ. 13

3.6 Особенности нагрева диэлектриков в диапазонах УВЧ и СВЧ. 14

4 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ И РАСЧЕТОВ.. 17

4.1 Описание геометрической модели в программной среде ELCUT. 17

4.2 Задание физических свойств задачи. 18

4.3Ввод свойств материалов и граничных условий. 19

5 РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ.. 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 25

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................................... 24

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе стоит задача дать физические представления о работе электронных приборов СВЧ и их применении в различных отраслях народного хозяйства, в частности, в пищевой промышленности, а также дать расчетные данные по волновым приборам, нагреву и сушки материалов с помощью СВЧ энергии.

Если в 40-х — 50-х годах электроника СВЧ в основном служила потребностям радиолокации и связи, то в последние годы она все шире применяется во многих отраслях хозяйства, ускоряя научно-технический прогресс, повышая эффективность и качество производства.

Появлению новых областей применения мощной СВЧ электроники способствует ряд специфических свойств электромагнитных колебаний этого диапазона частот, которые позволяют создать неосуществимые ранее технологические процессы или значительно их улучшить. К ним относятся, например: создание сверхчистой плазмы с широким интервалом температур; возможность серийного изготовления простых по конструкции и удобных в эксплуатации мощных генераторов СВЧ энергии, с помощью которых могут осуществляться полимеризация и упрочнение различных изделий и материалов, в частности шин и лакокрасочных покрытий, упрочнение металлов, стабилизация параметров полупроводников и т.д.; все более широкое применение получают нагрев и сушка с помощью СВЧ различных материалов, в частности приготовление пищи, пастеризация молока и т.п.

Познакомить с возможностями СВЧ электроники в области народного хозяйства — одна из главных задач этой работы. При работе были использованы материалы книги И. В. Лебедева «Техника и приборы СВЧ», научно-технических статей, опубликованных в журналах «Электронная техника», «Радио» и др.

ЗАДАНИЕ

При помощи программы ELCUTнеобходимо исследовать процесс нагрева вещества в СВЧ печи. Для этого необходимо создать модель печи СВЧ в программе.

ELCUT - это современный комплекс программ для инженерного моделирования электромагнитных, тепловых и механических задач методом конечных элементов. Компьютерное моделирование и численный анализ в промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных натурных испытаний, ускоряет, дополняет и иллюстрирует процесс проектирования и разработки, способствует развитию инженерной интуиции.

СВЧ ПЕЧЬ

Техника сверхвысоких частот

Техника СВЧ, область науки и техники, связанная с изучением и использованием свойствэлектромагнитных колебаний и волн в диапазоне частот от 300 мГцдо 300 мГц. Эти границы условны: внекоторых случаях нижней границей диапазона СВЧ считают 30 мГц, а верхней — 3 ТГц.По типу решаемыхзадач и связанных с ними областям применения устройства и системы СВЧ (излучающие, передающие,приёмные, измерительные и др.) можно подразделить на информационные, относящиеся к радиосвязи, телевидению, радиолокации, радионавигации, радиоуправлению, технической диагностике, вычислительной технике и т. д., иэнергетические, применяемые в промышленной технологии, бытовых приборах, в медицинском,биологическом и химическом оборудовании, при передаче энергии и т. д. Устройства и системы СВЧ используются как мощный инструмент во многих научных исследованиях, проводимых в радиоспектроскопии, физике твёрдого тела, ядерной физике,радиоастрономии и др.

Рисунок 3- СВЧ печь (микроволновая печь)

Весьма широкий диапазон СВЧ условно разбивают наотдельные участки, чаще всего определяемые длиной волны λ, — участки метровых (λ = 10—1 м),дециметровых (100—10 см), сантиметровых (10—1 см), миллиметровых (10—1 мм) и децимиллиметровых(или субмиллиметровых) (1—0,1 мм) волн. (Длина волны связана с частотой f соотношением λ = clf, где с —скорость распространения электромагнитных волн в вакууме.)

Теория электромагнитного поля СВЧ основывается на общих законах электродинамики, в соответствии с которыми составляющие электромагнитного поля (векторыэлектрического и магнитного полей Е и н), зависящие от координат и времени, и характеристики источников,порождающих это поле (плотность заряда и плотность полного тока), связаны между собой системой Лоренца— Максвелла уравнений. Вводя понятие волнового сопротивления среды ρ = Е/Н, можно перейти к так называемым телеграфным уравнениям, которые устанавливают связь между напряжениями и токами в СВЧ устройствах (зависящими откоординат и времени), с одной стороны, и электрическими параметрами устройств — с другой.

Общие свойства и особенности устройств СВЧ

Устройствам СВЧ (особенно на длинах волн 30см — 3 мм.)присущи характерные свойства, которые отличают их от устройств, применяемых в других,примыкающих к ним участках электромагнитного спектра. К числу таких свойств относятся: соизмеримость(как правило) длины волны с линейными размерами устройств и их элементов, соизмеримость временипролёта электронов в электронных приборах с периодом СВЧ колебаний, относительно слабое поглощениеволн в ионосфере и сильное (на определённых частотах) поглощение их в приповерхностном слое Земли,высокий коэффициент отражения от металлических поверхностей, возможность концентрации СВЧ энергии вузком луче, способность энергетического взаимодействия с веществом (молекулами и атомами), большаяинформационная ёмкость диапазона СВЧ и т. д.