文档介绍：四笱妒垦宦畚高功率微波器件及热效应分析软件设计指导教师:黄卡玛教授陈依军业:无线电物理硕士生:专中国·四こ啥二六年五月
高功率微波器件及热效应分析软件设计陈依军频率下,得到了反射系数,渐变长度的同轴线阻抗变换结无线电物理专业研究生指导老师黄卡玛教授摘要随着电磁理论的发展和计算机性能的不断提高,计算电磁学在最近几年得到长足的发展。其中时域有限差分方法是一种时域计算方法,在解决非均匀介质,任意形状和复杂结构电磁问题中非常突出。它的这些优点得到了越来越广泛的应用和重视。高功率微波诠馈⒖蒲а芯考懊用领域的应用和需求的推动下得到了迅猛的发展。在高功率微波作用下,半导体器件的失效问题一直困扰着人们。高功率器件研究追求高的输出功率,向易于实际应用方面发展。计算电磁学为分析高功率微波器件以及半导体器件的失效机理提供了一条有效的途径。本文采用喑逃镅员喑蹋杓聘吖β饰⒉ㄆ骷头治龈吖β效应软件。如果介质的介电特性不随温度和时间变化,微波器件直接采用计算。如果介电特性会随着温度或时间变化,把反应时间分成很多小段,在每个小时间段内,把介质的温度,介电系数和电导率看成常数,用算法计算器件内的电磁场分布,再利用所得电磁场分布算出功率分布和每个网格点的温度分布来分析器件的高功率效应,最后用所得结果修改介质参数重复以上步骤。这个过程实际上是用时域有限差分法并结合蛙跳技术,联合求解匠套楹腿却ǖ挤匠獭为了验证软件的正确性,用本软件分析了两个实例。第一个实例是用遗传算法调用该软件分析设计了高功率微波同轴阻抗变换器。通过同轴线内导体的渐变,可以实现阻抗变换,内导体渐变可以采用多项式,余弦,指数等函数形式。用方法计算同轴线的反射系数,以同轴线内导体渐变段的长度和反射系统达到最小为目标,采用遗传算法优化渐变段的结构参数,在工作
构。为了提高计算效率,遗传算法优化计算在一套具有节点的并行计算机系统上采用主从式并行计算技术完成。本软件的计算结果同有限元计算结果一致。第二个实例是用该软件模拟了烧杯中的水的微波加热过程,记录了水中心点温度随时问的变化,其变化规律同实验结论一致。两个实例表明该软件能够用来设计高功率微波器件和进行热效应分析。关键词。时域有限差分法遗传算法高功率微波阻抗变换器
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第一章前言高功率微波的发展和对半导体器件的破坏机理简介微波热效应简介高功率微波的迅速发展是随着脉冲功率技术的实用化而迅速发展起来的“高功率微波器件的度量因子是峰值功率和信号频率平方的乘积。到目前为止,度量因子最大的器件是相对论衍射器嘲,它的输出功率是,工作频率是高功率微波源的极限功率水平仍然是个未知数,有文献嗍表明在今后数年可能会达到峰值功率水平为未来高功率微波的研制发展方向将朝着更高峰值功率、更高频率、更长脉冲、更高平均功率和更高输出能量、更高重复频率或连续波,更有效的相位控制和锁相技术等方面发展伽。所以高功率微波的研究已从早期的宽范围、多品种研究逐步转移到重点研究具有应用前景的几种高功率微波器件上面嘲。近二十年来,半导体器件已经被广泛应用于相控阵雷达、卫星通信等各种微波系统中。通常在军事和民用领域,这些器件的工作温度范围为一℃到妗并且,越来越多的科研领域,例如航空电子学、汽车工业、深层钻孔、空间技术等都要求器件工作在更加恶劣的高温环境下嘲。随着温度上升,器件的一些重要物理参数都将发生变化,进而导致器件端口问亩窕T谥诙嗤饨缬跋煲素中,高功率电磁脉冲可以在很短时间内提升器件内部温度,使得器件性能和可靠性降低,甚至导致器件快速失效。理论上研究不同波形高功率电磁脉冲对半导体器件的影响,模拟器件内部温度分布变化规律具有十分重要的意义。.⒉ḿ尤鹊幕驹微波加热埘同普通的加热有显著的区别。普通的加热都是由外部热源通过热辐射,再经过热传导对物体进行加热。而微波加热是通过介质损耗而引起的体加热。微波加热是把微波的电磁能转换成热能,能量是由电磁波来完成转移的。微波对物质的加热同物质内部的分子结构有密切的关系。加热的具体过程是在微波场的作用下,电介质的极性分子从原来杂乱无章的热运动变为按电场方向取向的规则运动,而热运动和分子问相互作用力的干扰四川大学硕士学位论文
第一章前言高功率微波的发展和对半导体器件的破坏机理简介微波热效应简介高功率微波的迅速发展是随着脉冲功率技术的实用化而迅速发展起来的“高功率微波器件的度量因子是峰值功率和信号频率平方的乘积。到目前为止,度量因子最大的器件是相对论衍射器“,它的输出功率是,工作频率是高功率微波源的极限功率水平仍然是个未知数,有文献⋯表明在今后数年可能会达到峰值功率水平为未来高功率微波的研制发展方向将朝着更高峰值功率、更高频率、更长脉冲、更高平均功率和更高输出能量、更高重复频