Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время диапазон возможного использования СВЧ энергии все более расширяется. СВЧ диапазон электромагнитных волн применяют во многих отраслях промышленности, здравоохранения, сельского хозяйства. В данной работе рассмотрена возможность расширения областей использования СВЧ поля путем разработки нового инструментария для создания требуемой конфигурации СВЧ поля, распределенного по длине и ширине облучаемого объекта. На рис.1 а, б представлен далеко не полный перечень возможных применений СВЧ энергии, что свидетельствует об актуальности решаемой проблемы. Именно создание нового инструментария, учитывающего требуемую конфигурацию СВЧ поля, позволит раздвинуть границы возможностей его применения.
В этой связи исследование направлено на получение новых знаний, положенных в основу создания нового инструментария, используемого в СВЧ установках. В конечном итоге для создания определенной СВЧ установки потребуется набор функциональных блоков и узлов, обоснованные научные и инженерные сопряжения которых позволят существенно повысить технико-экономическую эффективность разрабатываемых СВЧ установок облучения по сравнению с ранее известными. Из набора функциональных блоков и узлов выделим такие звенья как генератор с регулируемой выходной мощностью, линия передачи мощности до объекта, распределение энергии по объему, устройства утилизации невостребованной энергии.
Использование СВЧ энергии
СВязь, телевидение
Радиотехнические устройства и системы
СВЧ облучение В медицине
СВЧ облучение б с/хазяйстВе
Иеогранические материалы
СВЧ нагред материалов
Органические материалы
Сушка
а)
СВЧ облучение и нагрей
Органические объекты
щ
І
Ч
Неорганические материалы
б)
Рис. і СВЧ в радиотехнических устройствах и системах Таким образом, оптимизация звеньев СВЧ установок, применительно к решаемой проблеме, представляет весьма актуальную задачу.
В основе СВЧ установок лежит использование электромагнитного поля поверхностного волновода, выполненного в виде однопроводнои линии передачи, известной как линия Губо, вдоль которой распространяется волна Е0о-Соответственно данной постановке необходимо решить следующие задачи.
-
Уточнить модель СВЧ нагрева, которая будет основой анализа процессов в поверхностном волноводе, устройстве возбуждения и балластной нагрузке.
-
Исследовать волновод на предмет оптимизации его геометрии применительно к общей задаче СВЧ воздействий.
-
Исследовать возможности реализации требуемого амплитудно-фазового распределения поля по длине волновода.
-
Исследовать процесс отсечки полей в поперечном направлении.
-
Исследовать устройства возбуждения поверхностного волновода.
-
Исследовать процесс сложения СВЧ энергии от нескольких несинхронизированных источников.
-
Исследовать способы утилизации невостребованной энергии.
Данная работа выполнена в Северо-Казахстанском государственном университете и Омском государственном техническом университете в рамках решения задач по созданию установок оптимального СВЧ нагрева нефтепродуктов и сушки древесины.
Целью исследования является разработка инструментария для облучения СВЧ энергией протяженных объектов, методов и способов облучения объектов различной природы, используя при этом открытый поверхностный волновод и эффекты, связанные с трансформацией и переизлучением волн Еоо в Т волну, возбуждением поверхностной волны, в том числе посредством многовходового устройства возбуждения.
Объекты исследования: структура поля поверхностной волны в волноводе в виде одного провода с диэлектрическим покрытием в плоскости поперечного сечения и возможные пути регулирования скорости спада энергии в этом направлении. Процессы переизлучения поверхностной волны на неоднородностях с целью формирования требуемого распределения мощности по длине волновода. Способы концентрации энергии в поперечной плоскости и способы возбуждения рядом несинхронизированных источников СВЧ энергии.
Предметы исследования: 1. Модель СВЧ нагрева, позволяющая учесть основные факторы в процессе облучения объекта и включающая многовходовое устройство сложения
мощности отдельных несинхронизированных генераторов, антенную решетку для распределения энергии по длине, балластную нагрузку и систему утилизации мощности.
-
Способы концентрации энергии на объектах различной формы: протяженные площадки, узкие протяженные предметы.
-
Способы сложения мощности от несинхронизированных радиочастотных генераторов.
-
Способы построения балластных нагрузок
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Провести исследование модели облучения предметов полем СВЧ.
-
Обосновать метод сложения мощностей от ряда независимых несинхронизированных генераторов СВЧ;
-
Разработать способы концентрации энергии на протяженных предметах различной конфигурации.
-
Разработать конструкции балластных нагрузок с утилизацией невостребованной энергии.
Методы исследования. При выполнении работы использованы известные положения теории линий передачи электромагнитной энергии, включая теорию поверхностного однопроводного волновода; теорию антенн, в частности, антенных решеток; теорию измерений. Теоретические модели, положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной.
-
Метод СВЧ облучения протяженных объектов с помощью поверхностного волновода, в электромагнитном поле которого размещена антенная решетка.
-
Метод сложения мощностей независимых несинхронизированных генераторов в облучаемом объекте.
-
Методы концентрации энергии на облучаемых объектах.
4. Конструкции балластных нагрузок и методы утилизации невостребованной энергии.
Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем: на основе предложенных способов использования поверхностного волновода и эффектов, связанных с его свойствами, а также учитывая общую модель облучения протяженных объектов, оказалось возможным существенно расширить области использования СВЧ-облучения: промышленный нагрев, сельское хозяйство, медицина, военное дело и т.д.
Внедрение результатов работы: Результаты работы проходят апробацию на внедрение в технологический процесс АО «ЗИКСТО» гЛетропавловск (Казахстан), внедрены в учебный процесс Северо-Казахстанского государственного университета (г. Петропавловск) и Омского государственного технического университета; также предполагается внедрение на ОАО «Деревообрабатывающий комбинат», г. Омск.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Способ СВЧ облучения протяженных объектов.
-
Суммирование СВЧ мощности от ряда независимых несинхронизированных генераторов в облучаемом объекте.
-
Методы концентрации энергии на облучаемом объекте
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях проходивших в Омске, Софии, Алматы, Караганде.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе одна - в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит их введения, четырех глав, заключения и списка литературы из НО наименований. Основная часть работы изложена на 112 страницах, содержит 50 рисунков, 8 таблиц. Основное содержание работы
