基于有限積分算法設計軟件CST建立4000mm×1600mm×920mm的微波諧振腔體模型，通過調整饋口位置、饋口數量、負載位置等，優(yōu)化了腔體電場分布及饋源與腔體的耦合度，提高了微波加熱效率。

　　微波加熱與傳統的加熱方式相比，具有節(jié)能、環(huán)保、高效、可控等優(yōu)勢，在冶金、環(huán)保、化學等領域得到了廣泛的應用和發(fā)展。微波諧振腔作為微波加熱系統中最常用的熱存貯和熱轉換部件，最常用的諧振腔應用器又分為單模腔應用器與多模腔應用器。單模諧振器場結構簡單，能夠較精確地確定腔體內場分布情況，因此可以把被加熱物料放置在腔體內場強比較集中的位置，從而達到快速加熱的目的。單模諧振腔的優(yōu)點是品質因數高、儲能大，缺點是體積小、腔內場強分布不均勻，不適合分散加熱物料。

　　目前，工業(yè)領域內常用的諧振腔應用器是多模腔應用器，多模腔應用器內很多電場模式并存，各個模式的電場相互疊加，可以在腔體內形成比單模腔均勻的電磁能分布，實現物料的均勻加熱。根據電磁場理論，諧振腔的尺寸、形狀決定腔體內的諧振模式，諧振模式決定腔體的場分布，直接影響加熱的均勻性。決定多模腔應用器場分布均勻性的因素很多，波導類型、饋口數目、饋口位置、負載電磁特性、負載形狀、負載位置等，如果在實際生產中調整，由于因素多，調試周期長，研制成本高，并且由于測試手段有限，不能對腔體內的場分布進行細致的描述。

　　德國CST公司CST軟件中的CWS(微波工作室)工作模塊，包含快速便捷的結構建模工具、常用的材料庫、瞬態(tài)求解器、頻域求解器、本征模求解器、模式分析求解器、完整的后處理模塊等，可以分析處理包含天線、濾波器、耦合器、傳輸線、諧振器等所有的相關的電磁場仿真問題。

　　本文采用CST軟件仿真了饋口位置、饋口數目、負載位置對諧振腔內電場分布的影響，通過仿真分析，得出了多模式微波加熱諧振器的優(yōu)化設計方法。

1、多模微波器加熱模型

　　本試驗的仿真對象是微波煤炭脫硫設備的微波諧振腔體，模型如圖1所示，x×y×z：4000mm×1600mm×920mm。饋排列情況和負載放置情況如圖2所示。以下仿真全部基于圖1腔體尺寸，并依照圖2所示調整負載位置、尺寸和饋口數量、位置等進行計算。

圖1　腔體模型

圖2　饋口和負載放置示意圖

2、仿真結果與討論

　　2.1、饋口數量對腔體性能的影響

　　文章不考慮負載特性對腔體性能的影響，如圖2所示在腔體內部放置SIC負載(圖3陰影所示)，厚30mm。在圖1所示的腔體XOY 平面分別放置1個饋口(圖3示饋口1激勵)，激勵功率30W；放置兩個饋口(圖3示饋口2、饋口3同時激勵)，激勵功率分別為15W；放置3個饋口(圖3示饋口1、饋口2、饋口3同時激勵)，激勵功率分別設置為10W，通過仿真計算，三種情況下的場分布對比如圖3所示。

圖3　饋口分布示意圖

　　圖4所示為微波諧振腔體在z=167mm平面上的電場分布，其中(a)為單饋口激勵時的電場分布，激勵功率30 W，最小電場0，最大電場309V/m；(b)為雙饋口激勵，各饋口激勵功率分別為15W，最小電場0，最大電場164V/m；(c)為三饋口激勵，各饋口激勵功率10W，最小電場0，最大電場129V/m。通過對比分析，在同等功率激勵腔體的條件下，很明顯三饋口激勵時腔體內部的電場均勻性要優(yōu)于雙饋口激勵時的情況，雙饋口激勵時腔體的電場分布要優(yōu)于單饋口激勵時的電場分布情況。因此，在設計大體積、大功率激勵的微波諧振腔時，為了使得諧振腔內電場分布均勻，多采用多饋口激勵的模式。

圖4　諧振腔內z=167mm平面上的電場分布

結論

　　(1)多模微波加熱器中，微波諧振腔體的場均勻性及饋口的反射、耦合度與饋口數量、饋口位置、負載位置有關；

　　(2)多饋口激勵可以改善高功率、大體積微波諧振腔體的加熱均勻性；

　　(3)CST仿真軟件采用有限積分算法，可以有效分析腔體場分布、各饋口的反射系數及耦合，使用方便，占用計算機資源少，運算快，在大體積微波諧振腔優(yōu)化設計中，具有不可替代的作用。