[發(fā)明專利]一種頂部開放的頻率可調(diào)諧振式微波反應(yīng)腔

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210209087.4
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102698683A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊勇;程鈺間;王磊;夏支仙
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)背景

本發(fā)明屬于微波能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及頻率可調(diào)的諧振式微波反應(yīng)腔。

背景技術(shù)

目前，大功率微波已經(jīng)廣泛應(yīng)用于加熱、醫(yī)療、干燥、鍍膜、環(huán)保、輔助萃取等場合，獲得較佳效果。為了認知微波能應(yīng)用和微波化學反應(yīng)的基本原理，研究人員需要利用微波反應(yīng)裝置，深入研究不同條件下少量樣品的反應(yīng)機理，最終指導工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。

隨著研究和應(yīng)用的逐漸深入，人們發(fā)現(xiàn)微波頻率對反應(yīng)效果非常重要。例如，某一樣品對微波的吸收是與微波頻率相關(guān)的，即某一頻率下，能更好的吸收微波能量，提高反應(yīng)效率。因此，希望開展不同微波頻率下，微波反應(yīng)的相關(guān)研究，從而準確認知不同物質(zhì)微波反應(yīng)的最佳頻率，這就對微波反應(yīng)裝置提出了新的要求，即工作頻率可重構(gòu)。

目前，小規(guī)模的微波反應(yīng)裝置已有多種，其通常由三個主要部分構(gòu)成：微波源、微波傳輸系統(tǒng)、微波反應(yīng)腔。頻率可重構(gòu)的微波反應(yīng)裝置對這三部分的要求分別是：微波源可輸出寬頻帶的大功率微波，微波傳輸系統(tǒng)可支持寬頻帶微波的傳輸，微波反應(yīng)腔可在寬頻帶范圍內(nèi)使用。（參見：金欽漢,戴樹珊,黃卡瑪著《微波化學》，第四章第4節(jié)，科學出版社，1999年。）

（1）現(xiàn)有微波反應(yīng)裝置中普遍采用電真空器件來提供輸出功率，但因其工作帶寬較窄，無法滿足頻率可重構(gòu)的要求。因此，需要采用信號發(fā)生器結(jié)合高增益固態(tài)放大器的方法，在很寬工作頻帶內(nèi)產(chǎn)生較大的微波輸出功率，當前市場已有現(xiàn)成產(chǎn)品可供采購。

（2）當微波傳輸系統(tǒng)傳輸功率低于500W時，可采用同軸傳輸線進行傳輸，相較功率容量更高的波導結(jié)構(gòu)，同軸傳輸線可使用的頻帶范圍極寬。同時，微波反應(yīng)裝置中所需的輔助器件，如耦合器、環(huán)形器等，也可采用同軸傳輸線來實現(xiàn)帶寬工作。

（3）為了在有限輸入功率下，達到相關(guān)反應(yīng)條件，現(xiàn)有的微波反應(yīng)腔通常采用諧振方式實現(xiàn)，而諧振也意味著僅能工作于某一特定頻率。另一方面，鑒于寬帶微波源僅能產(chǎn)生低于1000W的輸出功率，利用諧振腔的電場放大效應(yīng)是完成頻率可重構(gòu)微波反應(yīng)實驗的關(guān)鍵。綜上，現(xiàn)有的諧振式反應(yīng)腔只能在一個頻率正常工作，無法滿足頻率可重構(gòu)的要求，只能通過多個不同尺寸的反應(yīng)腔來覆蓋若干離散的工作頻率，成本高昂，使用不便。因此，需要開發(fā)出新型微波反應(yīng)腔，具備不同頻率下產(chǎn)生諧振的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種頂部開放的頻率可調(diào)諧振式微波反應(yīng)腔，可利用同一個反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)來覆蓋寬頻帶微波反應(yīng)的研究和應(yīng)用需求，準確認知頻率對微波反應(yīng)的效果并指導相關(guān)工藝。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種頂部開放的頻率可調(diào)諧振式微波反應(yīng)腔，如圖1所示，包括外導體1、內(nèi)導體2、饋電同軸3、托盤4。外導體1為一頂部開放的半封閉圓柱金屬腔體，其底部正中心有一底孔11；軸旋轉(zhuǎn)對稱的內(nèi)導體2穿過底孔11進入外導體1的內(nèi)部，內(nèi)導體2下半部分具有調(diào)頻螺紋21，與底孔11壁上螺紋配合，使外導體1和內(nèi)導體2保持電接觸，同時可調(diào)整內(nèi)導體2進入外導體1內(nèi)部的長度。外導體1側(cè)壁靠近底部處有側(cè)孔12，高度為可調(diào)范圍中心頻率對應(yīng)波長的五十分之一，軸旋轉(zhuǎn)對稱的饋電同軸3通過側(cè)孔12進入外導體1的內(nèi)部。饋電同軸3由饋電同軸內(nèi)導體31、饋電同軸外導體32、以及兩者之間的填充介質(zhì)33構(gòu)成。饋電同軸內(nèi)導體31的前端長于饋電同軸外導體32可調(diào)范圍中心頻率對應(yīng)波長的八分之一；饋電同軸內(nèi)導體31的末端有一同軸嵌口311、饋電同軸外導體32末端部分具有接頭螺紋321，這兩個結(jié)構(gòu)使得饋電同軸3便于和外接輸入端口相連。饋電同軸外導體32前端部分具有饋電螺紋322，與側(cè)孔12壁上螺紋配合，使得外導體1和饋電同軸外導體32保持電接觸，同時可調(diào)整饋電同軸3進入外導體1中的長度。托盤4固定于內(nèi)導體2頂端，內(nèi)部放置反應(yīng)樣品。

所述托盤4的外形宜做成錐角呈130度的圓錐體形狀，這樣能充分利用反應(yīng)腔內(nèi)電場集中區(qū)域。