一种带二维周期结构的微波设备制造技术

本发明专利技术提供了一种带二维周期结构的微波设备，包括两个金属平板和至少一根馈入传输线。在一对平行的金属平板内表面上设置有二维周期凹坑，在该微波设备的工作频率附近实现宽带阻带，实现馈入传输线与其它部分或其它馈入传输线之间良好的隔离，使我们可以通过调配器单独调配每一根馈入传输线。这种带二维周期结构的微波设备具有结构简单的特点，可以大规模地用于各种材料的加热和干燥。地用于各种材料的加热和干燥。地用于各种材料的加热和干燥。

【技术实现步骤摘要】
一种带二维周期结构的微波设备


[0001]本专利技术涉及均匀高效微波加热领域，具体涉及一种带二维周期结构的微波处理设备。

技术介绍

[0002]微波加热可以代替各种传统加热方式。微波设备利用微波能加热各种材料，包括但不限于木材、粮食、药材、调料、乳制品等。在微波化学领域，微波能量被用于加快各种化学反应。微波能还被用于纳米材料、人造金刚石等各种新材料的生产。
[0003]在加热腔之类的任何空腔内，电磁波将以该空腔的各种固有模式的形式共振存在。在一定工作频率，多个模式共同被激励，空间某些位置处的电场的幅值为最大，另一些位置处的幅值又很小。在2450MHz的典型微波能应用频率，这些电场集中处之间的距离为所用微波的工作波长的一半，在62毫米左右，导致被加热物在对应尺度上的不均匀。
[0004]为了解决微波加热的均匀性问题，国际国内的技术人员进行了不懈的努力。人们试图通过增加微波馈口数目，改变馈口形状，改变微波馈口在加热腔外表面上的位置，或者改变微波馈口处电场的极化方向，或者同时随机改变上述四个变量，改善加热的均匀性。但是，到目前为止，由于问题的高度复杂性，微波界对这一问题尚缺乏清晰的理论指导，三维电磁仿真模拟也因为计算量巨大而难以完成。因此微波炉，特别是大型微波设备中加热的均匀性问题一直没有得到很好地解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种带二维周期结构的微波设备。这里，可以设置多个微波源，而且其中的微波源之间是相互隔离的。我们可以独立地处理每一个微波源，测量其反射系数或通过调配器进行调配。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种带二维周期结构的微波设备，包括位于Y方向的盖板、位于
‑
Y方向的底板，在所述底板上设置有至少一根馈入传输线。在所述盖板和底板之间设置有通道。所述馈入传输线向所述盖板和底板之间的通道输送微波能量。在所述盖板的下表面上，或者在所述底板的上表面上，或者同时在所述盖板的下表面上和所述底板的上表面上，设置有二维周期结构。X、Y和Z方向构成直角坐标系。
[0007]这里的二维周期结构是指在XZ平面上的任意两个互相垂直方向上等周期地排列有某一相同形状的周期单元的结构。在光学领域此类结构被称为光子晶体结构。
[0008]更大规模的微波设备可以由以上结构沿水平面一个方向或者沿两个互相垂直的方向重复构成。这时，我们将有一个较大面积的盖板和底板和位于所述盖板或底板上的多个微波源。这里的微波源的数目可以为数只,也可以多达数万只。由于各输入传输线之间是互相隔离的，任意数目的微波源的增加，并不增加问题的复杂性，仅仅导致设备尺寸上和处理能力上的等比例变化。
[0009]一般地，在所述通道中还设置有传送带和位于传送带上面的被加热物。
[0010]较佳的设计，传送带紧贴所述底板的上表面。
[0011]进一步地，所述二维周期结构的周期单元为凹坑。这时，在所述底板的下表面或者/和在所述底板的上表面上，通过铣切，或者电火花，或者挤压等方式周期性地设置相同形状的凹坑的周期单元。也可以在一个厚度与所述凹坑的深度相同的金属板上先通过线切割或冲压等方式设置二维周期排列的通孔，然后将该金属板与另一金属板重叠焊接或采用螺钉连接在一起。
[0012]所得的凹坑为一种盲孔。
[0013]围绕至少一根所述馈入传输线与所述盖板或者所述底板的连接处所形成的馈口的中心点，在
‑
X方向，X方向，
‑
Z方向和Z方向上都有至少2个所述凹坑。该布局使得从馈口馈入的微波可以在该微波设备的工作频率附近较宽的带宽内实现微波阻带，该微波将到达通道但不随所述通道在水平面内传播，而是被局限在该馈入传输线的馈口附近。
[0014]较佳的设计，所述二维周期结构的周期单元为轴线沿Y方向的柱状体。
[0015]所述的柱状体是指凹坑所占空间所形成的构造，这里的柱状体并非是从盖板或底板的表面突出的一个结构，而是向内凹陷所缺少的一个空间，若将一个实体的柱状体结构插入到凹坑内，即可填平该凹坑，柱状体沿Y方向的尺寸，即为凹坑的深度。该柱状体可以是因工艺问题导致的缩径的柱体、也可以是一个等径的柱体，其横切面形状可以是任意的，优选为矩形、圆形、多边形等。
[0016]所述二维周期结构的周期单元的横截面的形状为正方形，或者为圆形，或者为正多边形，也可以为其它任何形状。
[0017]所述横切面可以为柱状体的横切面或凹坑的口部横切面。
[0018]较佳的设计，所述二维周期结构的周期单元的横截面的形状为“四叶草形”。这里的所谓“四叶草形”，是由位于中心的一个“十”字，和位于该“十”字的四个顶端中的每个顶端的并与该顶端相连的一个三角形或扇形结构组成。这种形状中，一个柱状凹坑相对于两个通过该柱状凹坑的轴线的互相垂直的对称面都对称。
[0019]为了在工作频率附近获得较宽的阻带，所述凹坑的中心点之间的距离大于工作波长的20％。同时，所述凹坑在Y方向的深度为工作波长的15％～35％。而且，所述通道在Y方向的高度小于工作波长的50％。
[0020]在具体设计中，我们需要对通道中的微波结构进行建模计算和优化，才能得到最终结构参数。通过改变凹坑周期单元的立体形状，相互之间的间距，我们需要获得比较宽的包括工作频率的带阻光子晶体结构。对于不同介电常数和不同长度的被加热物，我们的设计必须兼顾微波结构的带阻的带宽和随距离的较高的衰减常数。对于快速处理设备，我们倾向于采用功率更高的微波源。这时，我们还需要微波结构具有较高的功率容量。另外，对于陶瓷烧结和粉末冶金应用，我们需要微波结构具有很低的表面电阻率以降低设备本身的微波损耗，还需要微波结构具有耐高温的能力。常常我们在通道中需要添加隔热材料。
[0021]本专利技术提供了一种带二维周期结构的微波设备。该微波设备包括两个金属平板。在一个或两个金属平板上的相对面上设置有凹坑的二维周期结构。这样的两个金属板可以在该微波设备的工作频率附近较宽的带宽内实现微波阻带。当我们通过馈入传输线向两个平板之间的通道中馈入微波能量时，该微波将到达通道但不随所述通道在水平面内传播，而是被局限在该馈入传输线的馈口附近，可以用于均匀高效地加热或干燥被加热物。这样，
我们可以实现各馈入传输线之间良好的隔离，便于通过调配器匹配每只微波源。这种微波设备可以用于均匀高效微波加热领域。
[0022]同时，本专利技术的提供的凹坑的二维周期结构，由于凹坑是向盖板或者所述底板自身内部方向收缩的，因此，在盖板或者底板的腔内平面没有突出物，同时微波能量或微波范围在微波阻带的影响下偏向于馈口附近。因此，可以使得传输带直接几乎设置在在盖板或者底板的腔内平面上，对应的被加热物能以更近的距离向馈口所在的面靠近。同时，这种设计可以大大降低盖板、底板之间的距离，使得本微波设备的厚度大大的小型化。
附图说明
[0023]图1为本专利技术、实施例1的侧面剖视图。
[0024]图2为图1中的盖板的仰视图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带二维周期结构的微波设备，包括位于Y方向的盖板(1)、位于
‑
Y方向的底板(2)，在所述底板(2)下方设置有至少一根馈入传输线(3)；在所述盖板(1)和底板(2)之间设置有通道(5)；所述馈入传输线(3)向所述盖板(1)和底板(2)之间的通道(5)输送微波能量；在所述盖板(1)的下表面上，或者在所述底板(2)的上表面上，或者同时在所述盖板(1)的下表面上和所述底板(2)的上表面上，设置有二维周期结构；其特征在于，所述二维周期结构的周期单元为凹坑(4)；X、Y和Z方向构成直角坐标系。2.根据权利要求1所述的一种带二维周期结构的微波设备，其特征在于，围绕至少一根所述馈入传输线(3)与所述盖板(1)或者所述底板(2)的连接处所形成的馈口的中心点，在
‑
X方向，X方向，
‑
Z方向和Z方向上都有至少2个所述凹坑(4)。3.根据权利要求1所述的一种带二维周期结构的微波设备，其特征在于，所述二维周期结构的周期单元为轴线沿Y方向的柱状体。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清源，
申请(专利权)人：成都市吉亨特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：