[其他]利用裂縫天線饋能的微波加熱器

無效

• 申請號: 86103424
• 申請日: 1986-05-22
• 公開（公告）號: CN86103424B
• 公開（公告）日: 1988-12-28
• 發明（設計）人: 黃慶發
• 申請（專利權）人: 電子工業部計算機系統工程研究所
• 主分類號: H05B6/64
• 分類號: H05B6/64;H05B6/72
• 代理公司: 電子工業部專利服務中心
• 代理人: 張占榜

本發明是關于利用裂縫天線饋能的微波加熱器，屬于微波加熱技術領域。

微波加熱技術具有獨特的優點，在工業、農業、生活領域正被廣泛采用，箱式加熱器特別是隧道式加熱器，由于進出料口大，并能連續加工，是工業上普遍采用的一種結構形式。

目前國內外這種類型的微波加熱器，其加熱均勻性和匹配性不夠理想，使其應用受到某種程度的限制。多年來微波技術專家做了很多工作：改進箱體設計;選擇諧振模式數及模式分布;選擇饋能口的位置;采用多口和多波導饋能;安裝模式攪拌器;采用旋轉饋能等。使微波加熱器結構逐漸復雜，成本相應提高，但其加熱均勻性和匹配性能改善甚微。

目前國際上已有的微波加熱器，如美國專利US4354083介紹了用裂縫的分支波導饋能的微波爐，微波能從頂壁和底壁饋進，在底壁設有反射板，目的是改善家用微波爐的效率和加熱均勻性。

國際專利WO83/02996，介紹了用帶裂縫的分支波導伸進密封箱體內進行真空干燥和真空冷凍干燥的裝置，該裝置提高了產品的質量和干燥效率。

美國專利US4463239，介紹了用四個圓弧形裂縫在饋電波導中的取向發生周期變化，使裂縫輻射的能量也相應地變化，不同程度地改善了微波加熱的均勻性。

上述的技術是針對小型家用的微波爐和真空冷凍干燥箱，但對工業上應用的隧道式微波加熱器的加熱均勻性、匹配性能、轉換效率等問題，尚未妥善解決。本發明介紹的利用裂縫天線饋能的微波加熱器，較好地解決了以上問題。其工作原理如下：

裂縫天線可以分為諧振式和非諧振式兩種，相鄰裂縫的距離等于1/2λg（λg為波導波長）稱為諧振式裂縫天線，這種天線的特點是：裂縫的激勵都是同相的，最大輻射方向與天線軸垂直，終端裝短賂板，匹配頻帶較窄。相鄰裂縫之間的距離較大于或稍小于λg/2的稱為非諧振式裂縫天線。這種天線的特點是：裂縫的激勵不同相，其相位沿天線按線性變化，最大輻射方向偏離天線軸的法線，為消除反射波瓣，在終端裝短路板。實驗測試表明，諧振式裂縫天線的匹配頻帶很窄，雖經測試，未能奏效，不能滿足國產磁控管的技術條件。非諧振式裂縫天線的匹配頻帶較寬，可以滿足國產磁控管的要求，但輻射的效率較低，有1/3的能量被終端吸收，負載吸收不能滿足微波加熱器的需要。

鑒于在微波加熱器上使用的裂縫天線是向箱體內輻射微波能，與向天空幅射的雷達上使用的裂縫天線用途不一樣，工作條件也不一樣。后者要求較好的方向性，必須消除反射波形成的波瓣;而前者要求加熱的均勻性和效率，對方向性要求不太嚴格。根據這一特點，我們充分利用非諧振式裂縫天線在較寬頻帶良好匹配的優點，用短路板代替終端的吸收負載，調節短路板位置，利用調諧裝置（圖中未畫出），采用調匹方法，來使短路板的反射降至最低限度。這樣就研制成功了既有較寬的匹配頻帶又有較高輻射效率的適用微波加熱用的非諧振式裂縫天線饋能器。

作為微波加熱器的裂縫天線，工作條件相當復雜，與饋電波導的匹配除受裂縫天線諧振情況，裂縫的大小和位置，終端短路板的影響外，還受加熱箱體的諧振情況，負載物料的影響。為此，我們采用近似計算方法。假定：裂縫之間的相互影響忽略不計;每個裂縫均工作在諧振狀態;終端短路板的反射影響被忽略;所有裂縫由行波激勵;每個裂縫輻射能量相等。

首先根據微波波長選出一個矩形波導作為饋能器波導，求出波導波長λg和TE10摸式的內壁電流分布，根據箱體和饋能器波導的尺寸和λg，考慮裂縫的對稱性和均勻性，確定裂縫天線總數，最后確定裂縫天線的結構尺寸。

1.確定裂縫天線中心線與饋能器波導中心線間的距離X1：隨著微波能沿著波導向前傳輸，裂縫天線不斷向箱體輻射能量，輻射能量的數量與裂縫的電導G成正比，縱向裂縫的歸一化電導G與X1的關系式如下：

G′＝2.09（a/b）（λg/λ）｛cos（π/2）（λ/λg）｝sin（πX1/a）

……（1）

式中：a，b為饋能器波導寬壁和窄壁的內壁尺寸。λ為所使用的微波自由空間波長。由（1）式知，當X1＜a/2時，G′∝X1，G′隨著X1的增加而增大。為了達到均勻加熱的效果，希望每個裂縫輻射的功率相等。隨著微波能向終端傳輸，裂縫不斷幅射能量，波導饋能器里的能量越來越少，如果G′不變，裂縫幅射的能量將越來越少。為了使每個裂縫幅射的能量相等，G′要逐漸增大，X1也要逐漸增大。根據裂縫幅射的功率和通過功率與G′的關系，計算出每個裂縫的X1值。X1的數值范圍為：X1＝（15-39）%a。