Исследование методов сфокусированной апертуры для повышения эффективности СВЧ-технологических установок открытого типа

• Автор: Потапова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Содержание

Введение
Глава I Методы и аппаратура СВЧ-технологий производственного назначения
1.1 Традиционные и перспективные области применения СВЧ-технологий
1.2 Электрические параметры сред
1.3 Микроволновые технологические установки
1.4 Типы камер и электромагнитные поля в них
1.5 Постановка задач фокусировки электромагнитных
полей и классификация задач оптимизации
Выводы по главе I
Глава II Методы сфокусированной апертуры при
когерентном возбуждении излучателей
2.1 Задачи фокусировки в заданную точку
пространства
2.1.1 Постановка и решение задачи оптимизации амплитудно-фазового распределения
2.1.2 Постановка и решение задачи определения
геометрии системы
2.2 Задачи фокусировки в заданную область
пространства
2.2.1 Постановка и решение задачи оптимизации амплитудно-фазового распределения по критериям энергетической эффективности и повышения равномерности при заданной геометрии решетки излучателей
2.2.2 Постановка и решение задачи оптимизации геометрии решетки излучателей по критериям энергетической эффективности и повышения равномерности при фиксированном амплитудно-фазовом распределении
2.3 Оценка эффективности методов сфокусированной
апертуры при когерентном возбуждении излучателей
Выводы по главе II
Глава III Методы сфокусированной апертуры при
некогерентном возбуждении излучателей

3.1 Задачи фокусировки в заданную точку
пространства
3.1.1 Постановка и решение задачи оптимизации
амплитудного распределения
3.1.2 Постановка и решение задачи оптимизации :
геометрии системы
3.2 Задачи фокусировки в заданную область
пространства
3.2.1 Постановка и решение задачи оптимизации амплитудного распределения по критериям энергетической эффективности и повышения равномерности
при заданной геометрии решетки излучателей
3.2.2 Постановка и решение задачи оптимизации геометрии решетки излучателей по критериям энергетической эффективности и повышения равномерности
при фиксированном амплитудном распределении
3.3 Оценка эффективности методов сфокусированной
апертуры при некогерентном возбуждении излучателей
3.4 Сравнение эффективности методов сфокусированной апертуры при когерентном и некогерентном
возбуждении излучателей
Выводы по главе III
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение II

ВВЕДЕНИЕ
В последние два десятилетия активно проводились исследования, направленные на расширение сфер применения электромагнитных полей (ЭМП) СВЧ-диапазона. Физические свойства, присущие ЭМП СВЧ, в том числе способность проникать на определенную глубину в облучаемой среде, а также эффекты биологического характера определили перспективность использования СВЧ-полей для решения широкого круга задач в медицине, биологии, сельском хозяйстве и промышленности:
— наибольшее практическое распространение получили СВЧ-установки, предназначенные для обработки пищевых продуктов: приготовления, сушки, размораживания, пастеризации овощей, мясных продуктов, рыбы и т.д. [1—6];
— многолетние эксперименты в производственных условиях подтвердили эффективность использования СВЧ-энергии для предпосевной обработки почвы с целью борьбы с сорняками и болезнями [7, 8, 9];
— в растениеводстве разрабатывается ряд новых технологий с использованием СВЧ-энергии. К таким процессам следует отнести, в первую очередь, предпосевную обработку семян для стимулирования прорастания, дезинфекции, дезинсекции, кроме того, весьма эффективна СВЧ-сушка зерна [8—11];
— в полиграфической промышленности успешно используется микроволновая сушка в процессах производства бумаги, печатающих составов, клеев и обложек книг [4, 5, 18];
— в текстильной промышленности микроволновые технологии (МВТ) применяются для сушки кож и текстильных волокон, что повышает однородность распределения влажности в конечном продукте, и следовательно, уменьшает выход брака [5, 18];
— СВЧ-энергия широко используется для сушки конструкционных (дерево, фанера, керамика, бетон) и композиционных материалов [18-24];
— микроволновая вулканизация и девулканизация перспективны при изготовлении эластомеров (хлоропренов, нитрилов и др.) [19, 25];
— достаточно широко распространено СВЧ-облучение сельскохозяйственных животных и птицы. Высокочастотное излучение применяют для лечения и профилактики отдельных болезней сельскохозяйственных животных, в частности, мастита коров, заболеваний органов пищеварения, дыхания, нервной системы, серозных оболочек у различных групп животных [8, 9, 26, 27];

где W — комплексное характеристическое сопротивление среды.
Выражения (1.25) определяют электрическое поле в обрабатываемой среде без учета его отражения от границы воздух-среда.
Характерным в выражениях (1.25) является сложная зависимость поля от расстояния: в них имеются слагаемые, меняющиеся обратно пропорционально первой, второй и третьей степени расстояния. На малых расстояниях от вибратора, т.е. при R«l/{к / (в ближней зоне), в выражениях для Ег и Е() преобладают слагаемые, меняющиеся обратно пропорционально кубу расстояния. В промежуточной зоне, т.е. когда R&l/jkj, модули всех слагаемых имеют приблизительно одинаковую величину. При R»l/jk / всеми слагаемыми, кроме первых, можно пренебречь:
Эту зону называют дальней зоной (или зоной излучения) элементарного электрического вибратора. В дальней зоне /Ег/« /Е/, поэтому продольной составляющей вектора Е молено пренебречь:
Выражения (1.26) представляют собой упрощенную модель, описывающую поле, создаваемое элементарным электрическим излучателем в камере открытого типа.
Для оценки точности приближенной модели (1.26), сравним распределение электрического поля, рассчитанного с помощью выражений (1.23) и (1.26) в средах, представляющих собой суглинок каштановый (а=1,57 Нп/м, (3=40,5 1/м, с-4,0, 6=0,96 ГГц) и мед («,=28,6 Нп/м, (3=90,8 1/м, е'=3,0, Г—2,375 ГГц). Распределения мощности электрического поля в глубину обрабатываемого материала соответствующие этим средам представлены на рис. 1.10 а и рис. 1.10 6.
Представленные зависимости свидетельствуют о хорошем совпадении результатов, полученных для точной и приближенной моделей, с точностью до постоянного множителя, равного коэффициенту прохожде-
iaejw

(1.26)