微波炉电磁场仿真设计匹配研究

摘要

微波炉阻抗匹配是否良好是决定微波炉品质优劣的重要因素之一，这需要知道腔体内电磁场的分布情况。如果匹配不当，微波炉可能会在轻负载测试的时候发生微波能量聚集某一点而打火、热变等质量问题，或者降低微波炉的输出功率和效率，严重降低了微波炉的品质。在厂家实际生产时，局部热变、打火等问题也比较常见，而匹配是否恰当，主要是由腔体结构和尺寸、波导尺寸和位置及耦合窗的结构等决定。所以分析波导和耦合窗、腔体的结构对阻抗匹配的影响，确定适合的尺寸，来改善微波炉匹配，减小发生质量问题的概率，减少不必要的人力、物力的浪费，提高研发、生产效率。通常实际情况中，研制设计微波炉是不断地“设计-试制-校正”，众所周知这种方法研发周期长并耗经费，所以很多微波炉企业、研究者都在寻找一种研发周期更短，经费更低的设计手段。
　　某款微波炉在质量测评时频繁出现打火、熔轴等问题，未能达到指标要求。解决这些问题，改善微波炉的匹配性能，需要一定、确切的数据依据和理论指导。微波炉腔体结构较复杂，只通过理论来分析电磁场分布是很困难的，几乎不可能得出一个精确的数值，需要借助于三维电磁场仿真软件来得出腔内电磁场分布及微波反射参数。本文中主要工作为：
　　（1）采用Ansoft HFSS软件对该微波炉进行了空气和实体建模，仿真得到的玻璃盘电场、S11参数极坐标圆图曲线、电场能量集中的区域分别与实际玻璃盘温度分布、网络分析仪的S11参数曲线、打火或热变问题发生的位置一致，验证了建立微波炉模型和介质材料电特性参数设置的准确性。
　　（2）在保证微波炉模型准确性的基础上，分别对耦合窗，波导，腔体后板和顶板，玻璃盘，转环滚轮等几个因素进行仿真优化并结合实验测试分析其变化对微波炉匹配的影响规律，为了解决影响微波炉匹配的问题，利用仿真探索改善匹配的方法，从而提出最终优化方案。
　　（3）最后介绍了优化方案并将其应用到实际微波炉，进行能效测试和煮食测试等发现果然解决了微波炉的打火问题，并提高了输出功率和效率，煮食测试81.4分，达到指标要求。

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第一章 绪 论

1.1微波炉发展史

1.2 仿真技术在微波炉匹配中应用的研究意义

1.3 仿真应用于微波炉匹配在国内外的研究现状

1.4 Ansoft HFSS仿真软件有限元理论

1.5 M20L微波炉存在的问题

1.6本文主要内容和创新点

第二章 关于微波炉匹配的理论

2.1 微波炉结构和工作原理

2.2 磁控管

2.3 波导

2.4 谐振腔理论

2.5 谐振腔的体积微扰理论

2.6 谐振腔的品质因数

2.7 能量耦合阻抗匹配

2.8 炉门

2.9 微波炉网络分析

第三章 HFSS微波炉建模的准确性

3.1 微波炉在HFSS中的建模

3.2 建模准确性研究

3.3 小结

第四章 微波炉各结构优化仿真匹配

4.1 波导下调仿真

4.2 耦合窗优化

4.3 腔体结构优化

4.4 实验测试

4.5 玻璃盘匹配

4.6 小结

第五章 微波炉性能改善及实验测试

5.1 改善匹配设计方案

5.2 加水负载仿真

5.3 实验测试验证

5.4 小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果