MIKROAALTOUUNI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Tuomas Karri i78953 Jussi Luopajärvi i80712 Juhani Tammi o83312



Samankaltaiset tiedostot
VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

KELAN INDUKTANSSI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Miika Manninen, n85754 Tero Känsäkangas, m84051

KESTOMAGNEETTI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jani Vitikka p87434 Hannu Tiitinen p Dynaaminen kenttäteoria SATE2010

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jouko Esko n85748 Juho Jaakkola n Dynaaminen Kenttäteoria GENERAATTORI.

ELEKTROMAGNEETTISET VOIMAT SAMANSUUNTAISISSA VIRTA- JOHDOISSA

AALTO-OPAS H-BEND VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Juhana Kankainen j82081 Teemu Lahti l82636 Henrik Tarkkanen l84319

Harjoitustyö, joka on jätetty tarkastettavaksi Vaasassa

Häiriöt kaukokentässä

HÄVIÖLLISEN PYÖREÄN AALTOJOHDON SIMULOINTI

KOLMEPORTTISEN KIERTOELIMEN SIMULOINTI COMSO- LILLA

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

LUT, Sähkötekniikan osasto. 1. Ilmassa etenevällä tasoaallolla on sähkökentän voimakkuus z. d) vaihekerroin

Scanned by CamScanner

Aaltoputket ja resonanssikaviteetit

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

1 f o. RC OSKILLAATTORIT ja PASSIIVISET SUODATTIMET. U r = I. t τ. t τ. 1 f O. KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala

HARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE

PUTKIJÄRJESTELMÄSSÄ ETENEVÄN PAINEVAIHTELUN MALLINNUS HYBRIDIMENETELMÄLLÄ 1 JOHDANTO 2 HYBRIDIMENETELMÄN MATEMAATTINEN ESITYS

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Maarit Vesapuisto SATE.2010 DYNAAMINEN KENTTÄTEORIA. Opetusmoniste: Antennit

= ωε ε ε o =8,853 pf/m

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

Radiotekniikan perusteet BL50A0301

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku ) E a 2 ds

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /8 Laskuharjoitus 7 / Smithin-kartan käyttö siirtojohtojen sovituksessa

N:o Liite 1. Staattisen magneettikentän (0 Hz) vuontiheyden suositusarvo.

Signaalien generointi

Mikroaaltouuni MH-6047 käyttöohjeet

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

1 Olkoon suodattimen vaatimusmäärittely seuraava:

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa I

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Matematiikka ja teknologia, kevät 2011

TRIGONOMETRISTEN FUNKTIOIDEN KUVAAJAT

Aaltoputket ja resonanssikaviteetit

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

RADIOTEKNIIKKA 1 HARJOITUSTYÖ S-2009 (VERSIO2)

4757 4h. MAGNEETTIKENTÄT

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento. Äänet, resonanssi ja spektrit. Äänen tuotto ja eteneminen. Puhe äänenä

Tiilipiipun palonkestävyysanalyysi Simulointi välipohjan paksuudella 600 mm Lämpötilaluokka T450

Sähköjärjestelmä antaa raamit voimalaitoksen koolle

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Radioamatöörikurssi 2014

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

Havainnoi mielikuviasi ja selitä, Panosta ajatteluun, selvitä liikkeen salat!

Pythagoraan polku

Toimintaperiaate: 2. Kytke virta vastaanottimeen käyttämällä virtalaitetta, jossa on merkintä "horsealarm receiver only".

Tiiveyden mittauksen ja arvioinnin kehittäminen

Virhearviointi. Fysiikassa on tärkeää tietää tulosten tarkkuus.

TEKNILLINEN KORKEAKOULU Systeemianalyysin laboratorio. Mat Systeemien Identifiointi. 4. harjoitus

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.


DNA MATKAMOKKULA 4G WLAN E5377

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

Oikosulkumoottorikäyttö

RF-tekniikan perusteet BL50A0300

RF-tekniikan perusteet BL50A Luento Antennit Radioaaltojen eteneminen

Tietoliikennesignaalit & spektri

Informaation leviäminen väkijoukossa matemaattinen mallinnus

83950 Tietoliikennetekniikan työkurssi Monitorointivastaanottimen perusmittaukset

Infrapunaspektroskopia

Harjoitus 5: Simulink

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

MIKROTEORIA 1, HARJOITUS 1 BUDJETTISUORA, PREFERENSSIT, HYÖTYFUNKTIO JA VALINTA

Sapa Valokatto Suuria vapauksia suunnitteluun

LABORAATIOSELOSTUSTEN OHJE H. Honkanen

Höysysauna ja poreallas LaSpa RUBATO

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Jos sinulla on kysyttävää 10. Vastaanotin toimi.

Aaltoputket ja mikroliuska rakenteet

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

Aaltoputket analyyttinen ratkaisu. Palataan takaisin aaltoputkitehtäv än analy y ttiseen ratkaisuun.

Cubature Integration Methods in Non-Linear Kalman Filtering and Smoothing (valmiin työn esittely)

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0

Aaltoputket ja resonanssikaviteetit

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu

Analogiapiirit III. Tentti

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Modulaatio-ohjauksen toimimoottori AME 85QM

Otoskoko 107 kpl. a) 27 b) 2654

Sangean PR-D4 Käyttöohjeet

SATE1040 PIIRIANALYYSI I / MAARIT VESAPUISTO: APLAC -HARJOITUSTYÖ / KEVÄT RYHMÄ 4: Luoma, Tervo

ÄÄNENVAIMENTIMIEN MALLINNUSPOHJAINEN MONITAVOITTEINEN MUODONOPTIMOINTI 1 JOHDANTO. Tuomas Airaksinen 1, Erkki Heikkola 2

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

Suodattimet. Suodatintyypit: Bessel Chebyshev Elliptinen Butterworth. Suodattimet samalla asteluvulla (amplitudivaste)

Derivaatan sovelluksia

5. Numeerisesta derivoinnista

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 2 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

(s 2 + 9)(s 2 + 2s + 5) ] + s + 1. s 2 + 2s + 5. Tästä saadaan tehtävälle ratkaisu käänteismuuntamalla takaisin aikatasoon:

ÄÄNEKKÄÄMMÄN KANTELEEN MALLINTAMINEN ELEMENTTIME- NETELMÄLLÄ

MATEMATIIKAN KOE, LYHYT OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

Alipäästösuotimen muuntaminen muiksi perussuotimiksi

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Estimointi. Vilkkumaa / Kuusinen 1

Transkriptio:

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA Tuomas Karri i78953 Jussi Luopajärvi i80712 Juhani Tammi o83312 SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria MIKROAALTOUUNI Sivumäärä: 12 Jätetty tarkastettavaksi: 28.02.2007 Työn tarkastaja Maarit Vesapuisto

2 SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO 3 2. MALLIN RAKENNE 4 3. TULOKSET 6 4. YHTEENVETO 11

3 1. JOHDANTO Työn tarkoituksena oli opetella käyttämään ja ymmärtämään valmista COMSOLohjelmaan tehtyä sähkömagneettisen laitteen mallia. Meidän ryhmän tehtävänä oli tutkia mikroaaltouunin toimintaa ja rakennetta. Tarkemmin sanottuna tutkimme, että miten mikroaallot vaikuttavat uunissa olevaan kappaleeseen. Tässä tapauksessa kappale oli pyöreä. Ryhmämme ajoi simuloinnit ensin vakioasetuksilla ja tämän jälkeen lähdimme muuttamaan eri parametreja. Muutimme esimerkiksi aikaa, alkulämpötilaa, materiaalia ja taajuutta.

4 2. MALLIN RAKENNE Mikroaaltouuni on yksinkertaistettuna metallinen laatikko johon kytketty 1kW, 2,45 GHz mikroaaltolähetin. Mikroaaltolähde on kytketty suorakaiteen muotoiseen aaltoputkeen, joka kuljettaa signaalin TE 10 muodossa.. Uunin pohjalla on lasilautanen ja pyöreä peruna. Malli oli katkaistu keskeltä kahtia. Katso kuva 1. Kuten kuvan perusteella voi päätellä, niin lämpötilajakauma näkyy perunan keskeltä. Mikroaaltouunin kuori eli seinät, katto ja pohja muodostavat faradayn häkin, jolloin mikroaallot eivät pääse karkaamaan ja uunin toiminta on siten mahdollista. Kuva 1. Simuloinnissa käytetyn mikroaaltouunin rakenne. Rajataajuudet lasketaan seuraavalla kaavalla 2 2 c m n f cmn = + (1) 2 a b Jossa n ja m indeksejä, jotka kuvaavat eri aaltomuotoja. Esimerkiksi pienin rajataajuus saadaan TE 10 muodolla, koska TE 00 muotoa ei ole olemassa. Kirjain c kuvaa yhtälössä valon nopeutta. TE 10 muodolla m = 1 ja n = 0. a = 7,8 cm ja b = 1,8cm.

5 Sähkökentän vektori E ratkaistaan seuraavalla tavalla. 1 2 jσ ( ) r E k0 ε r E = 0 µ (2) ωε o Missä µ r on suhteellinen permeabiliteetti, σ on johtavuus, ε r on suhteellinen permittiivisyys, ε 0 on tyhjiön permittiivisyys ja k 0 on aaltoluku. Merkki (nabla) tarkoittaa matemaattista operaattoria vektoriarvoisille funktioille.

6 3. TULOKSET Kuvista 2. ja 3. näkyy tulokset simulointimallin vakioasetuksilla. Kuvasta 2. näkyy lämpötilan käyttäytyminen ajanfunktiona. Kuvasta 3. taas näkyy lämpötilajakauma perunan sisällä. Tämän jälkeen lähdimme muuttamaan eri parametreja ja tuloksissa näkyy ainoastaan lämpötilan käyttäytyminen perunan ytimessä. Kun tutkitaan perunan lämpötilan jakaumaa, niin huomataan, että keskellä on selkeä lämpötilahuippu. Tästä huomaamme, että perunassa tapahtuu onteloresonanssi eli perunan sisälle kulkeutuvat aallot heijastuvat perunan sisällä ja lämmittävät eniten keskikohtaa. Johtuen perunan huonosta lämmönjohtavuudesta reunat ovat tässä vaiheessa vielä selvästi viileämpiä. Ensimmäisenä muutimme simulointiaikaa viidestä sekunnista kahteenkymmeneen. Seuraavaksi kokeilimme muuttaa lämpötilaa satakaksikymmentä astetta alemmas. Näiden lisäksi muutimme myös perunan materiaalin nyloniin ja lasiin. Viimeisenä muutoksena meillä oli taajuuden muuttaminen 2,45 GHz:stä 3,84GHz:iin. Tuloksien analysointi löytyy kappaleesta yhteenveto. Kuva 2. Simulointi vakioasetuksilla. Lämmitysaika 5 sekuntia, perunan alkulämpötila 20 O C, materiaalina peruna ja taajuus 2,45 GHz.

7 Kuva 3. Simulointi vakioasetuksilla. Kuva simulointimallinnasta. Kuva 4. Lämmitysaika 20 sekuntia ja perunan alkulämpötila -100 O C

8 Kuva 5. Lämmitysaika 20 sekuntia ja perunan alkulämpötila 20 O C Kuva 6. Lämmitysaika 20 sekuntia, alkulämpötila 20 O C ja materiaali on lasi

9 Kuva 7. Lämmitysaika 20 sekuntia, alkulämpötila 20 O C ja materiaali on nylon Kuva 8. Taajuus 3,84 GHz ja aika 5 sekuntia

10 Kuva 9. Taajuus 3,84 GHz ja aika 20 sekuntia.

11 4. YHTEENVETO Simulointiaikaa pidentämällä huomattiin, että lämpötilan muutos ei ole lineaarinen. Tämän käsityksen voi saada, kun simuloi ainoastaan viidellä sekunnilla. Ajan kasvaessa lämpötilan nousunopeus hidastuu. Simuloinnin alkulämpötilaa muuttamalla satakaksikymmentä astetta alaspäin ainoastaan loppulämpötila muuttaa saman verran alaspäin. Toisin sanoen vaikutus on täysin lineaarinen. Tämä ei tietenkään ole todellinen tilanne, koska vedellä ja jäällä on erilaiset ominaisuudet, jota ohjelma ei ota huomioon. Materiaalin vaihto taas oli merkittävämpi muutos. Lasilla lämpötilan nousu hidastuu huomattavasti nopeammin kuin perunalla, mutta 20 sekunnin simuloinnilla loppulämpötila on kuitenkin hieman korkeampi (500 K). Pidemmällä simuloinnilla asia kääntyisi kuitenkin päinvastoin. Nylonilla käyrän muoto muistuttaa enemmän perunaa, mutta kulmakerroin on suurempi. Loppulämpötila on merkittävästi suurempi kuin perunalla (640 K). Kokeilimme myös muuttaa taajuutta ja vaihdoimme sen ylärajalle eli 3,84 GHz:iin. Viiden sekunnin simuloinnilla loppulämpötila oli 35 astetta korkeampi kuin alkuperäisellä taajuudella. Kahdenkymmenen sekunnin simuloinnilla loppulämpötila oli 100 astetta korkeampi. Nämä tulokset kertovat siis tilanteen kappaleen keskipisteessä.