FDTD法模拟介质加载矩形腔中的场分布.pdfVIP

( ) 1999年2月 四川大学学报 自然科学版 F eb. 1999 ( ) 　 　 　 第36卷第1期 Jou rn a l o f Sichu an U n iver sity N atu ra l Scien ce E d it ion V o l. 36　N o. 1 研究简报 FD TD 法模拟介质加载矩形腔中的场分布 闫丽萍　汪　平　华　伟　江汉保 ( 四川大学电子信息学院　成都 6 10064) 微波加热以其独特的优势已被应用于各种领域. 1986年加拿大化学家 . 发现微波可 R Gedye 以显著加快有机化学合成以后, 微波在化学领域的潜力开始得到开发, 现正已延伸到几乎所有的 [ 1 ] [2 ] 化学领域 . 近年来, 微波结合聚合物材料加工领域正处于起步阶段 . 其中, 一个重要研究课题 是渴望了解微波反应腔内部发生的电磁现象, 以便更好地处理这类聚合物材料, 这首先就必须确 定腔体内部的电磁场分布与聚合物材料本身损耗的功率. 另外, 为了使聚合物材料得到有效加 热, 该介质最好能位于电场最大值附近, 但是对于不同的聚合物材料, 反应腔谐振波长不同, 因此 必须调节腔体的长度及介质材料的位置, 以达到最有效加热的目的. 我们是通过微波网络分析仪 或在实验中实时监测输入功率与耦合功率来达到这一 目的的, 这给化学领域的工作者使用微波 化学反应腔带来了极大的不便. 如果能预先通过数值计算确定这些数据, 无疑会给他们提供极大 的便利. 为此, 我们采用 法来解决这一问题. 法最早于1966年由 . . 提出, 该 FD TD FD TD K S Y ee 方法直接将有限差分式代替麦克斯韦时域旋度方程中的微分式, 得到关于场分量的有限差分式, 从而得到包括时间变量的麦克斯韦方程的四维数组解. FD TD 法以其简单、直观、易掌握与广泛 的适用性, 特别是可节约大量存储空间和计算时间的特点为广大科技人员所接受, 成为当前电磁 领域应用最广泛的数值方法之一. 我们应用 FD TD 法计算了空腔场分布, 并与理论值进行了比较. 在此基础上计算了介质加 载后反应腔的场分布及介质本身损耗功率的分布, 并计算了当不同介质加载时的腔体长度与介 质中心的最佳位置. 1　计算结果与讨论 　　用矩形波导配上短路活塞与合适的耦合膜片构成一矩形微波反应腔, 工作在2450 . 当 M H z 矩形腔工作在H 10n 模式时, 由于E y 沿y 方向不变, 因此可将三维情形简化为二维, 此时腔内各 场分量的差分格式为[3 ] n+ 12 1 n- 12 1 t n n H x ( i, k + ) = H x ( i, k + ) + [E y ( i, k + 1) - E y ( i, k ) ]