变频微波加热装置制造方法及图纸

一种用于测试或者其它所选应用的变频微波加热装置（１０’），设计成可以调制引入到多波模微波腔（３２’）内的微波的频率。该变频加热装置（１０’）行波管（ＴＷＴ）２０。功率监视器（６２）接收检测入射到和反射出微波腔（３２’）的信号的方向和幅度的定向耦合器（２４’）的输入。功率和温度显示／控制器（６０）还用作控制微波振荡器（１４’）、预放大器功率控制（１８’）和ＴＷＴ电源（２２’）。设置冷却系统（６６）用于冷却ＴＷＴ（２０）。渐缩波导耦合器（６８）用作阻抗变换器。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波辐射，尤其涉及具有选择性地改变微波源的频率和功率的能力的微波炉。
技术介绍
在微波辐射领域中，众所周知，微波炉一般是由固定的工作频率构成的。已经知道，各种材料与微波的相互作用(interaction)是与频率相关的。这些相互作用可以包括固化(curing)橡胶和烧结(sintering)陶瓷。因此，希望有可以在宽的频率范围上工作的微波炉。大多数微波源的带宽非常窄，这是因为它们使用谐振腔。为家用制作的微波炉设置有磁控管，它工作在2.45GHz上，这是加热水有效的频率。由于2.45GHz的微波与水的耦合能力，这些微波炉用于烹调食品、干燥以及其它目的，其中受到作用的主要材料是水。然而，众所周知，在该范围内的频率并不适于所有的场合，例如加热等离子体、烧结诸如硅等的材料以及准备诸如金刚石膜片等膜片。通过波模摆动(mode stirring)方法使频率扫过较宽范围重要的含义是用微波功率对医疗器械或者被污染的废物进行消毒。这样使用决定了能消除腔内的可能不能接收到足够功率的“死区”，以彻底进行消毒。电子频率扫描能以较高的速率进行，因而在整个炉腔内产生了更一致的时间上均匀的功率密度。所要求的频率扫描可以通过使用各种微波电子设备来实现。例如，螺旋式行波管(TWT)与诸如电压可调磁控管(2.45±0.05GHz)相比可以使扫描覆盖较宽的带宽(例如2至8GHz)。如下文将揭示的，其它设备具有其它的特性带宽。又，已知一般家庭使用的频率固定的微波炉具有冷点和热点。这种现象是由波长对微波腔大小的比率引起的。把较低频率的微波引入较小的腔内，会产生驻波，因此微波功率不是均匀地充满腔内的所有空间，未受影响的区域没有加热。在极端的情况下，炉腔实际上成为“单波模”腔。已经在波模摆动下进行了偿试，或者随机地使微波“束”偏转，以消除驻波波模，从而使微波辐射充满腔体。一种偿试是在腔的波束进口处增加旋转的风扇叶片。克服驻波不利影响的另一种方法是在单波模腔内故意产生驻波，可以把工件放置在具有最高功率(热点)的位置上。因此，仅仅腔内驻波最集中的部份可以使用。虽然还不知道其正确的原因，但已经显示，在高频上烧结各种材料会得到改善。然而，现有技术难以进行一系列相同的仅改变频率的摆动实验。这大部分是由于各微波源连接到不同的炉腔内所造成的。众所周知，炉腔的几何形状是在这种实验中必须考虑的参量。在一些著作中，已经报导了引入陀螺振子振荡器以产生频率固定的28GHz微波的炉。陀螺振子炉能比那些设置有2.45GHz磁控管的微波炉更有效地烧结某些材料。陀螺振子炉在烧结陶瓷等材料方面有特殊的应用。然而，28GHz并不是烧结所有材料都有效的频率。要求确定把最有效的频率加到带有所选结构的腔的炉中的指定材料上。在加热处理时最有效的处理频率可以随指定的材料而变化。当材料改变状态时，也可能要求改变频率。因此，可以要求它在加热过程中具有改变频率的能力，允许测试器开始以一频率加热样品，然后随着温度的升高，改变频率，以维持良好的耦合。也可以要求在加热合成材料时，改变材料来有效地对不同频率起作用。也已生产了其它的设备来改变所选材料的加热工艺的参数。已有技术中典型的技术是下列美国专利中所揭示的设备专利号 专利技术人公告日期3,611,135D.L.Margerum 1971.10.54,144,468G.Mourier 1979.3.134,196,332A.Mackay B，等1980.4.14,340,796M.Yamaguchi等 1982.7.204,415,789T.Nobue等 1983.11.154,504,718H.Okatsuka等 1985.3.124,593,167O.K.Nilssen 1986.6.34,777,336J.Asmussen1988.10.114,825,028P.H.Smith 1989.4.254,843,202P.H.Smith等 1989.6.274,866,344R.I.Ross等1989.9.124,939,331B.Berggren等 1990.7.3发表在1979年14(1)期的微波功率期刊上的、Mackay B.等著的、名称为“微波炉的频率灵敏(agile)源”文章中进一步讨论MacKay在’332中所揭示的主题。然而，除了上述共同待批申请No.07/792,103之外，并没有揭示具有宽频范围的微波炉。使用宽频范围的一个障碍是难以实现高效地把微波耦合到多波模敷贴腔，尤其是在这种耦合装置包括介电窗时。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种微波加热装置，它能在宽频范围上工作。本专利技术的另一个目的在于提供一种可以在宽频范围上工作的微波加热装置，其中该微波源可以与具有其它频率范围的微波源互换。本专利技术的再一个目的在于提供这样一种微波加热装置，其中，可以把两个或更多个微波源以并行方式设置到系统中。本专利技术的又一个目的在于提供一种包括多个平行设置的微波源的微波加热装置，其中，微波源可以选择和替换使用。本专利技术的又一目的在于提供一种具有多个微波源的微波加热装置，每个微波源由同一个信号发生器和电源控制。本专利技术的又一个目的在于提供一种微波加热装置，频率调缺点可以用作波模摆动(mode stirring)的形式，以在多波模腔和设置在其内的负载内产生更均匀的功率分布。
技术实现思路
本专利技术还将实现其它的目的和优点，它被设计成调制引入到用于测试或者其它所选应用的炉腔内的微波频率。一些可用的处理包括热处理、消毒、烧结、等离子体处理、矿物处理、聚合、蚀刻以及制备膜。本专利技术提供一种微波信号发生器，用于产生低功率微波信号，输入到微波放大器中。较佳实施例中的信号发生器可以扫过一指定范围的频率，以脉冲方式工作，调制微波信号的频率，并产生各种复杂的波形。较佳实施例的微波信号发生器可以利用内部的脉冲发生器工作在脉冲模式，或者可以从外部得到脉冲。设置有一内部调制器以进行宽带调制。内部调制器可以工作在调幅(AM)模式或者调频(FM)模式。电压控制器用于调制微波压控振荡器的振幅。微波压控振荡器可以用来替代微波信号发生器，以改善产生的微波的频率和幅度。可以提供第一放大器，以放大微波信号发生器或者微波压控振荡器输出的信号的幅度。较佳实施例的第一放大器是压控的，因此，其增益是可以调节的，操作者可以选择输出的幅度。提供第二放大器，处理第一放大器输出的信号，或者当不用第一放大器时处理从微波信号发生器或者微波压控振荡器输出的信号。第二放大器向炉腔输出高功率微波信号，并使工件受到微波辐射。在较佳实施例中，第二放大器可以是螺旋式行波管(TWT)、耦合腔TWT、环形TWT、环棒TWT、速调管、行波速调管或者陀螺振子之一。这些器件包括设计成扩散放大器在正常工作期间集聚的热的内部冷却设备。在本专利技术的另一个实施例中，振荡器和第一和第二放大器可以用频率灵敏的同轴磁控管来代替，其频率可以手动、机械或者电调谐。提供一电源，用于第二放大器的工作。在较佳实施例中，电源是由精确稳压的螺旋式电源与无稳压控制器的高压电源组成的直流电源。提供一定向耦合器，用于检测信号的方向以及根据检测到的方向进一步控制该信号。把从微波源接收到的信号送至微波腔。从微波腔的方向上接收到的信号送至反射功率负载上。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频微波加热装置，用于处理所选材料，所述变频微波加热装置包括微波炉，它限定有一多波模腔，用于处理所述所选的材料，其特征在于，所述变频微波加热装置包含： 微波信号发生器，用于产生一个具有所选波形、频率和幅度的信号； 第一信号放大器，用于放大所述信号发生器产生的所述信号，所述第一信号放大器在所选频率范围内产生微波，并限定一中心频率，所述微波的功率与所选幅度相关，所述第一信号放大器包含有用带宽至少为所述中心频率５％的微波电子器件； 电源，用于向所述第一信号放大器提供电力；和 传输器，用于把所述第一信号放大器产生的所述微波传送到所述微波炉内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐W拜布尔，罗伯特J劳夫，阿维德C约翰逊，拉里T西格彭，
申请(专利权)人：马丁马零塔能源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]