电容加载同轴谐振腔的微波能应用研究

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在微波能应用研究中,核心问题是微波能应用器的设计,关键就是微波谐振腔的设计。电容加载同轴谐振腔,具有独特的电磁场分布,内部电场分布较为集中,已在诸多微波领域得到应用,在灭菌和航天推进研究领域引起了众多学者的广泛关注。本文采用成熟的三维电磁工程软件CST MICROWAVE STUDIO?,建立电容加载同轴谐振腔的三维电磁模型,分析谐振腔体内部电磁场分布特性,讨论和说明了其较为集中的电场分布在微波灭菌和微波推进应用中的优点。主要内容分为以下三部分:1.介绍微波能应用的历史,发展现状以及目前的研究热点。对微波灭菌和微波推进领域的研究工作做较全面的叙述。较为详细地分析和介绍了电容加载同轴谐振腔的电磁特性,以及谐振腔体内部电场分布情况。2.详细地介绍微波灭菌的基本原理,及与本文密切相关的电穿孔机理。以电穿孔理论和电磁理论为基础,采用CST MICROWAVE STUDIO?建立电容加载同轴谐振腔的三维电磁模型,阐述基于此的灭菌方案。通过模拟仿真,发现在较低功率情形下其内部场强即能满足击穿灭菌要求,进而说明与一般箱式微波灭菌系统的区别及优缺点。3.详细介绍了微波推进的原理及国内外的研究动态和最新进展。建立电容加载同轴谐振腔的三维电磁模型,利用CST MICROWAVE STUDIOTM中的Drude色散模型来模拟等离子体的电磁特性,对等离子体进行近似处理。针对这一处理方法,我们参照相关MPCVD的腔体模型进行了初步的模拟仿真验证。同时对于整个腔体系统,我们采用短路枝节和阻抗变换进行阻抗匹配的研究。通过模拟仿真,结果表明根据气体压强的不同,当外加功率为数十至数百瓦时,腔体内部的场强幅值满足激发等离子体的要求,并且电场分布利于等离子体的稳定工作。Drude色散模型处理的等离子体在电磁模拟中作为负载的特性能较好的体现出来,而且匹配网络较好地实现了腔体和传输线间的匹配。最后总结了本文的研究成果,并展望了电容加载同轴谐振腔在微波灭菌和微波推进领域的应用研究前景。
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