Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Наибольшее распространение в качеств? базовых 'Лементсв различных устройств техники СВЧ получили волноводы ростейших сечений - прямоугольный,-круглый, коаксиальный.
Вместе с тем существуют ситуации, когда параметры указанных линий .ередачи препятствуют расширению функциональных возможностей уст-юйства. Так в СЗЧ энергетике к нагревательным установкам с бегу цей юлкой часто предъявляются требования повышенной широкополссности, [аличия обширней области однородного электрического поля, малой металлоемкости, ВЫСОКОЙ ПреДеЛЬНОЙ MCIEKOCTH. Волноводы сложных сече-;ий как системы с большим числом степеней свободы предоставляй:1 :ж~ юкие перспективы в плане обеспечения указанных характэркстг.к.
Традиционное применение волноводов - это направленная перодача нергии электромагнитных волн от источника к нагрузке. При этом іелается все возможное, чтобы избежать потерь в стенках и з іаполнении волновода. В установках же СВЧ нагрева имээт ыесто поглощение электромагнитной энергии и ее преобразование в тепловую. Следовательно, при разработке соответствующих устройств необходимо считывать влияние диэлектрически?: потерь на характеристики распространения и структуру поля.
Подобные задачи актуальны и при исследовании узлов измерительной техники, согласованных нагрузок, аттенюаторов и ряда других элементов, для которых потери в среде играют принципиальную роль.
Закономерности функционирования камер СВЧ нагревательных установи : и элементов антенно-фидерных трактов на волноводах сложных селений с учетом потерь в заполняющем их материале недостаточно хоро-ЕО изучены и поэтому представляют научных и прикладной интерес.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ проектирования и использования линий 7ередачи сложных сечений, содержащих поглсщаюауій материал, большая ' грудоемкость, высокая стоимость экспериментального исследования зпределяют актуальность работы, посвященной разработке методов автоматизированного проектирования и изучения некоторых электродинамических свойств указанных структур.
л.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование собственных параметров и структурі электромагнитного поля волноводов сложных сєченкй, 'частичке заполненных диэлектриком и поглоіцающим материалом, а также выработка рекомендаций к эффективному и рациональному использований зтих волноводов в технике и энергетике СВЧ.
a. Выбор волнободных профилей, удовлетворяющих требованиям,
предьявляемкм к высокоэффективным и универсальным рабочим камераь
СВЧ нагревательных установок с бегущей волной.
b. Разработка алгоритма численного решения внутренней краево?
задачи электродинамики для регулярных волноводов произвольно»
сечений, содерйаіуіх произвольное заполнение поглещаюїдим материалом;
реализация алгоритма в виде программы для ЭВМ.
c. Анализ собственных параметров и структуры электромагнитногс
поля волноводов специально подобранных сечений, содеражщи?
поглощающий материал в области равномерно распраделенногс
электрического поля; изучение закономерностей вариаций поля г
материале при изменении диэлектрической проницаемости и тангенсг
угла потерь в рабочем диапазоне температур.
d. Разработка методики инженерного проектирования элементов СВ1
техники на волноводах сложных сечений, изучение возможностей и>
практического применения в технике, и энергетике СВЧ.
e. Экспериментальная проверка полученных результатов, построение
практических конструкций, использующих результаты теоретически}
исследований.
-
При расчете волноводов с емкостным зазором, частично заполненных поглощающим материалом (коэффициент смещения от 0,1 до 0,4), метод возмущений дает приемлемую точность определения собственны; параметров и полей С до 5 в случае, если тангенс угла диэлект] ческих потерь не превышает 0,05-0,1.
-
В процессе СВЧ термообработки в камерах на прямоугольном с Т-ребром и подковообразном волноводах (коэффициент заполнения от 0,1 до 0,4) рост тангенса угла диэлектрических потерь свыше 0,05-0,1 пс
арактеру влияния на распределение поперечного электрического поля дектичен увеличению вещественней части диэлектрической проницае-ости с нелинейным коэффициентом пропорциональности 0,03-0,3.
3. В плавных согласующих переходах между прямоугольным и прямоу-ольным с Т-ребром, прямоугольным и подковообразным волноводами охранение рабочей полосы входного сигнала в каждом сечении требует елинэйного изменения по длине по крайней мере одного геометричес-ого параметра.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов работы состоит в следующем:
a. Предложен новый вид металлического волновода, названный под-
;овообразнь!м; исследованы его собственные параметры в случае га-
:олнения его емкостного зазсра диэлектриком и поглотителем, а та:с-
:е при отсутствии заполнения; показано, что он обладает рядом пр->-
муществ по сравнению с П-волноэодом и может использоваться б Ест
естве базового элемента СВЧ нагревательных установок конвейерного
тша для термообработки жидких и сыпучих материалов.
b. Впервые с учетом высших типов волн проведен анализ собственных
араметров и структуры поля П-волновода и прямоугольного волновода
: T-рєбром, емкостной зазор которых заполнен диэлектриком или
юглощающим материалом; проведено численное моделирование изменения
шектрических параметров и структуры поля, которое имеет место в
>абочей камере в процессе СВЧ термообработки, показавшее нарушение
іавномерности распределения электрического поля в поперечном
:ечении при вариации диэлектрической проницаемости и тангенса угла
ютерь материала,
c. Предложен метод графоаналитического анализа и согласованного
выбора геометрических и электрических параметров линий передачи СВЧ
»кергш на прямоугольном с Т-ребром и подконообраэном волноводах.
d. Теоретически и экспериментально исследованы диапазонные
сарактеристики плавных переходов с прямоугольного волновода на пря
моугольный с Т-ребром; показано, что в переходах с линейным
изменением -геометрических параметров сечения по длине
зсуществляется уменьшение доминантного диапазона входного сигнала,
сто ограничивает его применение в технике СВЧ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в следующем:
a. Впервые создана и внедрена в практическое пользовагав
универсальная программа для ЭВМ серии ЕС, предназначенная дш
численного расчета регулярных волноводов произвольного сечения,
частично заполненных поглощающим материалом.
b. Предложено использование класса волноводов сложных сечєниї
С прямоугольного с Т-ребром, подковообразного и других, обладающих і
поперечном сечении участком емкостного зазора) в качестве базовые
элементов СВЧ нагревательных установок.
c. Выработан ряд практических рекомендаций к построению камер СВ1
нагрева на волноводах сложных сечений для интенсификацш
технологических процессов термообработки с учетом противоречивости
некоторых требований, предъявляемых к подобным устройствам в целяз
расширения их функциональных возможностей.
d. Разработаны номограммы, позволяющие проводить инженерный гра
фоаналитический расчет конфигурации и некоторых электрически?
параметров элементов СВЧ устройств на прямоугольном с Т-ребром і
подковообразном волноводах.
e. Выполнена экспериментальная апробация рабочей камеры устрой
ства для СВЧ стерилизации жидкости и плавного перехода с
прямоугольного волновода на прямоугольный с Т-ребром, используеыогс
в установке плазменной очистки керамических цилиндров.
РЕАЛИЗАЦИЯ. Разработанная в диссертации программа расчета регулярных волноводных линий, содержащих поглощающий материал, передана в фонд алгоритмов и программ САПР МЭП С держатель фонда -НПО "Исток"), а также внедрена в научно-исследовательские работы у учебный процесс КФ ОЭИС, МИРЭА и СПИ.
На основании теоретических исследований и практических рекомендаций были созданы широкополосные оконечные поглощающие волноводннє нагрузки, различные пассивные элементы СВЧ цепей, волноводные переходы и другие устройства (ПО "Контакт" и "Знамя труда",г. Сарато;
Практическое использование результатов и выводов диссертации подтверждается соответствующими актами внедрения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Результаты, вошедшие в диссерта-
да, получены автором в период с 1930 по 1988 гг. Материалы всех їзделов докладывались на Декадах науки СПИ С і 980-1985), на Област-)й конференцій молодых ученых (Саратов, 1980), на Всесоюзной конвенции по машинному проектированию устройств СВЧ С Киев, 1981) , на 5минарэ "Элементы и устройства СВЧ волноводных трактов" С Киев, ?82), на научно-технических семинарах - выездных заседаниях секции Золноводные устройства" НТО РЭС им. А.С.Попова "Элементы и узлы элноводных трактов радиорелейных линий" С Таллинн, 1983), "Антенно-здерные тракты и С8Ч компонента систем связи" (Фрунзе, 1986) и Золноводные элементы антенно-фидерных устройств" с Днепропетровск, 339), на IV-ой и V-сй научно-технических конференциях по проблемам зименения СВЧ энергии в народном хозяйстве (Саратов, 1983, 1986), ї 1Х-ом Всесоюзном семинара по решении внутренних краевых адач электродинамики (Новороссийск, 1986), на научно-техническом зминаре специалистов на ВДНХ СССР "Современные проблемы зэрхшеокочастотной обработки в энергетике" (Москва, 1989), а неге на семинарах ряда организаций.
Основной материал диссертации изложен в 8 печатных, одной эпонированной работах и одном авторском свидетельстве. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, этырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы. элный обьем работы - 226 страниц, из них 126 страниц с ашнописным текстом, 67-е рисунками, 10-е таблицами; текст рограммь для ЭВМ занимает 23 страницы. Библиография включает 182 аименования.
