BJ84矩形波導溫升有限元仿真

鄧 達，呂宏坤

（1.上海子波電子科技有限公司，上海 200072；2.首鋼總公司設備部，北京 100041）

0 引言

文獻［1］計算出了BJ84矩形波導在傳導頻率為10 GHz的連續波、傳輸的平均功率容量為2 019 W時，其溫升為41℃，峰值功率為1.547 MW，允許功率為516 k W。因此，在BJ84矩形波導傳導高于2 019 W的10 GHz的連續波時，應該有一極限值使得BJ84矩形波導既不會被擊穿，也不會因波導損耗引起的溫升過高而導致其不能使用（過高的溫度會使得波導的機械性能大大降低而損壞，或者使得波導附近的電子設備環境溫度超標等等）。基于以上分析，本文利用FEM仿真軟件對BJ84矩形波導在傳導10 k W連續波時的溫升情況進行了電磁場－熱場耦合仿真分析，以探尋一個通過有限元技術來獲取矩形直波導使用功率極限的辦法，也為波導在傳輸10 k W連續波時是否添加冷卻水套或散熱片提供理論依據。

1 仿真步驟分析

波導在傳輸微波時溫度升高的原因是波導在傳輸微波過程中存在損耗，這些損耗主要包括波導傳輸介質和波導壁因表面電阻內通過表面電流引起的損耗。由于將要分析的波導的傳輸介質是干燥空氣，它引起的損耗可以忽略不計，因此波導溫升主要是由于波導壁的表面電阻內通過的表面電流產生的功耗引起的。為計算波導傳輸過程中的電阻損耗，可利用微擾法，通過讀取波導電磁場仿真分析結果中波導壁上的磁場強度分布（即表面電流密度分布），再根據公式（其中，pav為平均功率流密度，H 為磁場強度，Rs為表面電阻）來計算波導壁處透射波的平均功率流密度，并利用表面單元面積獲得該處的功率損耗，然后利用全局矩陣變量將這些結果傳遞到波導的熱場分析模型中進行穩態熱分析。……