По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 537.8

К оценке передачи импульса мощности при СВЧ-обработке диэлектрических сред

Вендин С.В. д-р техн. наук, профессор, инженерный факультет, кафедра электрооборудования и электротехнологий в АПК, ФГБОУ Белгородский ГАУ, Россия, п. Майский, e-mail: elapk@mail.ru

Энергия электромагнитного поля (ЭМП) высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот может быть применима для термической обработки различных сред. Энергия ЭМП СВЧ широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. Необходимо учитывать также, что при СВЧ-обработке КПД системы будет зависеть от эффективности передачи электромагнитной энергии генератора к обрабатываемому объекту. При этом важное значение имеют физические свойства среды, частота и напряженность электромагнитного поля, а также способ передачи СВЧ-мощности в объект (импульсная или непрерывная обработка). Для оценки и прогнозирования результата СВЧ-обработки наиболее важным является оценка величины и характера распределения напряженностей электрического и магнитного полей в обрабатываемом объекте. При разработке СВЧ-технологий обработки диэлектрических сред следует отметить актуальность использования импульсных источников электромагнитной энергии. В СВЧ-импульсе можно сосредоточить большую мощность, при этом средняя мощность источника может быть небольшой. Однако практическое использование таких источников невозможно без изучения теоретических аспектов распространения электромагнитного импульса в диэлектрической среде и доставки мощности СВЧ-импульса в зону обработки (объекта). В статье приведено обобщенное решение электродинамической задачи распространения электромагнитного импульса для случая полупроводящих сред. На основе полученного решения с успехом могут быть решены важные практические вопросы, например, согласования источника с нагрузкой и доставки мощности СВЧ-импульса в зону обработки (объекта).

Литература:

1. Вендин С.В. СВЧ-дезинсекция семян бобовых: автореф. дис. канд. техн. наук / С.В. Вендин. Московский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П. Горячкина. – Москва, 1990. – 16 с.

2. Вендин С.В. Высокочастотный нагрев в технологии обработки семян зерновых / Техника в сельском хозяйстве. – 1994. – № 3. – С. 18.

3. Вендин С.В., Горин А.Д. Воздействие температурных факторов на всхожесть семян зерновых при их обработке в электромагнитном поле СВЧ // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 1994. – № 3. – С. 21.

4. Вендин С.В. Интегральная оценка температурного действия на семена // Техника в сельском хозяйстве. – 1995. – № 3. – С. 31.

5. Вендин С.В. Экспериментальные исследования предпосевной обработки семян пшеницы электромагнитным полем // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2014. – № 1(1). – С. 4-10.

6. Вендин С.В. Регрессионный анализ влияния удельной СВЧ-мощности и экспозиции, скорости и конечной температуры нагрева на предпосевную обработку семян пшеницы // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2015. – № 2(6). – С. 9-13.

7. Вендин С.В. Результаты экспериментальных исследований по предпосевной обработке семян пшеницы электромагнитным полем // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2016. – № 1(16). – С. 73-77.

8. Вендин С.В. Технологические приемы СВЧ-обработки семян в слое // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2016. – № 2(10). – С. 3-11.

9. Вендин С.В. Экспериментальные исследования процессов СВЧ-обработки семян: Монография / С.В. Вендин. Москва-Белгород: ОАО «Центральный коллектор библиотек “БИБКОМ”», ООО «ТРАНСЛОГ», 2017. – 116 с.

10. Вендин С.В. К решению задачи взаимодействия электромагнитной волны с многослойным сферическим диэлектрическим препятствием // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 5. – С. 216-220.

11. Вендин С.В., Трубаев П.А. К расчету напряженностей электромагнитного поля при СВЧ-обработке диэлектрических плоскослоистых объектов //Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 6. – С. 215-218.

12. Вендин С.В. Теория и математические методы анализа электродинамики процессов СВЧ-обработки семян /С.В. Вендин. – М.: ОАО «Центральный коллектор библиотек “БИБКОМ”», ООО «ТРАНСЛОГ», 2015. – 137 с. ISBN-online 978-5905563-38-6.

13. Вендин С.В., Щербинин И.А. К расчету распространения электромагнитного импульса при СВЧ-обработке диэлектрических сред // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2015. – № 2. – С. 204-206.

14. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – М.: Наука, 1984. – 835 с.

15. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле. Учебник для вузов. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1978. – 231 с.

16. Глазунов Л.П. и др. Основы теории надежности автоматических систем управления: Учеб. пособие для вузов/ Л.П. Глазунов, В.П. Грабовецкий, О.В. Щербаков. – Л.: Энергоатомиздат, Ленигр. отделение, 1984. – 208 с.

17. Басов А.М. и др. Электротехнология/ A.M. Басов и др. – M.: Агропромиздат, 1984. – 256 с.

18. Глуханов Н.П. Физические основы высокочастотного нагрева. – Л.: Машиностроение, 1989. – 56 с.

Энергия электромагнитного поля (ЭМП) высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот может быть применима для термической обработки различных сред. Энергия ЭМП СВЧ широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. Эффективность такой обработки в технологических процессах подтверждается многочисленными исследованиями как в ранних работах [1-4], так и в более поздних исследованиях [59 и др.].

Необходимо учитывать также, что при СВЧ-обработке КПД системы будет зависеть от эффективности передачи электромагнитной энергии генератора к обрабатываемому объекту. При этом важное значение имеют физические свойства среды, частота и напряженность электромагнитного поля, а также способ передачи СВЧ-мощности в объект (импульсная или непрерывная обработка). В связи с этим для оценки и прогнозирования результата СВЧобработки наиболее важным является оценка величины и характера распределения напряженностей электрического и магнитного полей в обрабатываемом объекте [10-12 и др.].

При разработке СВЧ-технологий обработки диэлектрических сред следует отметить актуальность использования импульсных источников электромагнитной энергии. В СВЧ-импульсе можно сосредоточить большую мощность, при этом средняя мощность источника может быть небольшой. Однако практическое использование таких источников невозможно без изучения теоретических аспектов распространения электромагнитного импульса в диэлектрической среде и доставки мощности СВЧимпульса в зону обработки (объекта).

Ниже приведено обобщенное решение электродинамической задачи распространения электромагнитного импульса для случая полупроводящих сред.

Заметим, что отдельные вопросы исследования закономерностей распространения электромагнитного импульса в полупроводящих средах рассмотрены в работе [12] и, в частности, в работах [13].

Согласно общей постановке задачи напряженность электрического поля падающей на объект плоской электромагнитной волны ЭМВ определяется выражением вида:

Учитывая, что наиболее важным является вопрос передачи мощности СВЧ-импульса в определенную зону объекта, полезно ввести комплексную передаточную функцию [1], которая определяет напряженность электрического поля на произвольной глубине z = d :

Для Цитирования:
Вендин С.В., К оценке передачи импульса мощности при СВЧ-обработке диэлектрических сред. КИП и автоматика: обслуживание и ремонт. 2020;4.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: