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円筒キャビティの位相制御シミュレーション
Abstract

電磁波解析ソフトKeyFDTDを使用して円筒キャビティの位相制御シミュレーションを行った。位相制御はキャビティ内に位相差を加えてマイクロ波を入力することで電磁界分布を制御する手法である。TM110モードとTE111モード2つの電磁界モードが共振するようにループアンテナを模擬した磁界励振源を円筒キャビティに配置し、位相差を0、90、180度とした場合の電界分布を観測した。位相差0度、180度は互いに90度回転したTM110モードもしくはTE111モードの電界分布を示した。位相差90度の場合、TM110モードではドーナツ状の電界分布、TE111モードでは同心円状の電界分布を示した。位相制御により、電磁界モードの分布を変化させ電界分布を均一に近づけられることが確認できた。

 

 

 

1. 解析概要      位相制御による集中、または均一加熱の研究が半導体発振器の発展に伴い盛んに行われている。今回は円筒キャビティを電磁波解析ソフトKeyFDTDで解析し、加熱分布の理解に重要な電界分布について位相制御による変化を検討した結果を報告する。

2. 解析条件      解析モデルをFig.1に示す。円筒キャビティの寸法は直径150mm、高さ70mm、メッシュ幅は1mm(≒λ/122)である。点源を共振モードにあわせ、TM110モードはキャビティ高さ中心の側面に90度ずらして2箇所、TE111モードはキャビティ上下面の中心に1箇所ずつ配置した。TM110モードは円周方向、TE111モードは半径方向に励振方向を設定した。周波数は2.44GHz、ループアンテナをループから発生する交番磁界を点源に与えることで模擬した。点源の位相差を0、90、180度で励振した際の電界分布を確認した。

Fig.1 解析モデル

3. 解析結果      Fig.2、3、4はTM110モード、Fig.5、6、7はTE111モードの位相差0、90、180度における高さ中心のxy平面電界分布である。TM110モードの場合、位相差0度はTM110モードの電界分布、位相差90度はドーナツ状の電界分布、位相差180度は位相差0度を90度回転させたような電界分布を示した。位相差に関わらずTM110モードでキャビティ中心に点対称でない原因は、点励振源の配置がキャビティ中心に対して点対称でないことが考えられる。

TE111モードの場合、位相差0度はTE111モードの電界分布、位相差90度はxy平面の円周方向に均一な電界分布、位相差180度は位相差0度を90度回転させたような電界分布を示した。TE111モードでは点励振源の配置がキャビティ中心に対して点対称であるため、対称な電界分布が得られている。TM110、TE111モードどちらも位相差0度、180度は分布の角度変化のみで分布自体に変化はないため、位相差90度が円筒キャビティ内の電界強度均一化に最適だと考えられる。

4. まとめ       電磁波解析ソフトKeyFDTDで円筒キャビティの位相制御をシミュレートした。位相差を与えることにより、電磁界モードの分布を変化させ電界分布を均一に近づけられることが確認できた。

TM110モード
 
位相差0度
位相差90度
位相差180度
0deg
90deg
180deg
TM110_0deg_sum-min
TM110_90deg_sum-min
TM110_180deg_sum-min

 

TE111モード
 
位相差0度
位相差90度
位相差180度
TE111_0deg
TE111_90deg
TE111_180deg
TE111_0deg_sum-min
TE111_90deg_sum-min
TE111_180deg_sum-min
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