基于场路结合的微波加热系统等效电路模型

研究了微波加热过程中微波与被加热媒质之间动态响应过程。在微波加热动态过程中，求解电磁热耦合多物理场方程组复杂且耗时，为此，本文提出了基于“场路结合”的微波加热等效电路分析方法。首先，定性分析微波传输过程中加热媒质、腔壁、微波馈入口介质片的阻抗特性，用阻抗特性相同的电路元件等效微波传输过程中各类介质的阻抗作用，建立微波加热系统的等效电路模型；其次，用全波场分析方法分析媒质、腔壁、微波馈入口介质片对电磁波的吸收、反射和透射作用，微波电磁场的变化用散射参数定量表示；然后，通过参数转换将定量分析得到的散射参数转换为等效电路阻抗参数，代入等效电路模型中，以提高等效电路模型计算的精确度；最后，通过等效电路计算获得微波应用器中加热媒质部分的电场强度，求出媒质耗散的微波功率，进而计算出媒质加热温度。研究结果表明：当计算微波媒质加热温度时，场路结合方法在保证计算精确度的同时计算耗时为有限元方法的一半，体现了场路结合方法的优越性。在不同条件下的微波加热媒质实例计算中，场路结合求解准确率在96%以上，验证了场路结合方法求解微波加热问题的可行性和有效性。