微波炉电磁仿真与优化设计

论文摘要

随着生活水平的不断提高,微波炉已经成为一种不可缺少的家用电器。作为顾客来说,对微波炉的性能要求也越来越高,表现在对加热食物的品种要求更多,从传统的一般食物加热发展到各种食品的制作,同时还要有烧烤和解冻功能,这就要求微波炉具备更为全面和优异的功能。而所有的这些功能,均依赖于微波炉的匹配是否良好,即使功能全面的微波炉,如果匹配不好,不仅达不到预期的效果,而且还有可能在空载时出现打火、“热变”、泄漏以及磁控管阳极温度高等不良现象,严重影响微波炉的正常工作和磁控管的寿命。而匹配状态的好与坏,很大程度上取决于腔体结构、波导尺寸以及耦合窗的位置及尺寸等,因此,研究腔体和耦合窗的尺寸,对其进行优化设计,可以改善腔体的匹配状态,减少打火、热变和泄漏的发生概率,降低生产成本,提高产品利润。本论文介绍了微波的产生、传输和加热原理,结合工程实际,利用CST仿真软件对生产线发生的打火、泄漏和磁控管阳极温度高等问题进行了详细的分析,并进行了优化设计,主要内容为:1.详细研究了微波炉打火的原因,并对微波炉的耦合窗进行了优化设计。打火原因的分析包括仿真分析和实验分析。通过仿真分析得出了微波炉的匹配状况,而在实验分析中,打火频点的测试是非常重要的,也是本论文的创新之处,它为解决磁控管天线帽的打火提供了一个很好的方法,在工程上有重要的指导意义。2.对炉门抗流结构进行了仿真分析和优化设计。通过对炉门抗流结构的建模仿真,分析了微波进入抗流结构后的传输系数,并对比了优化设计前后的传输系数大小,仿真与实验结果都证实了优化设计方案的可行性。3.严格按照工程要求对优化设计了耦合窗和抗流结构的整机进行了大量的实验,实现了优化设计后的大批量生产,并形成相应的技术文件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 微波的基本特点和加热原理
• 1.1.1 微波的基本特点
• 1.1.2 微波加热原理
• 1.2 微波炉历史和发展趋势
• 1.2.1 微波炉的历史
• 1.2.2 国内外微波炉技术的发展趋势
• 1.3 选题依据、研究意义和国内外研究现状
• 1.3.1 选题依据
• 1.3.2 研究意义
• 1.3.3 国内外研究现状
• 第二章 微波炉的理论分析
• 2.1 微波炉的组成结构与工作原理
• 2.1.1 磁控管
• 2.1.2 波导
• 2.1.3 谐振腔
• 2.1.4 炉门
• 2.2 谐振腔的理论分析
• 2.2.1 多模腔理论
• 2.2.2 谐振腔的品质因数
• 2.2.3 微波炉腔体的微扰
• 2.3 波导的激励
• 2.3.1 波导的激励方法
• 2.3.2 探针激励的格林函数法求解场分布
• 2.4 波导与谐振腔的耦合
• 2.4.1 小孔耦合的一般理论
• 2.4.2 耦合系数
• 2.5 微波炉的网络分析
• 2.5.1 等效电压、等效电流和等效阻抗
• 2.5.2 电压、电流和阻抗的归一化
• 2.5.3 微波网络的S参数
• 2.5.4 微波炉等效S参数模型
• 2.6 微波炉炉门抗流结构的工作原理
• 第三章 微波炉仿真、实验研究及优化设计
• 3.1 某型号微波炉存在的问题
• 3.3 打火原因分析
• 3.3.1 打火原因的仿真分析
• 3.3.2 打火原因的实验分析
• 3.3.4 打火原因分析总结
• 3.4 微波炉的优化设计
• 3.4.1 优化设计的目标
• 3.4.2 优化设计方案的仿真分析
• 3.4.3 优化设计方案的实验验证
• 第四章 微波炉抗流结构仿真与实验
• 4.1 微波炉炉门泄漏的实验分析
• 4.2 抗流结构的仿真分析
• 4.3 抗流结构的改进设计
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文的主要内容
• 5.2 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果