利用裂缝天线馈能的微波加热器制造技术

本发明专利技术是关于利用裂缝天线馈能的微波加热器，属于微波加热技术领域．这种微波加热器，其加热均匀性有很大改善，匹配性能，转换效率，处理效果也有很大提高．这种加热器进出料口尺寸大，漏能小，适用于处理较大尺寸块状物料和袋装物料．此种利用裂缝天线馈能加热方式也可用于各种微波加热技术中，同样达到如上良好效果．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于利用裂缝天线馈能的微波加热器，属于微波加热
微波加热技术具有独特的优点，在工业、农业、生活领域正被广泛采用，箱式加热器特别是隧道式加热器，由于进出料口大，并能连续加工，是工业上普遍采用的一种结构形式。目前国内外这种类型的微波加热器，其加热均匀性和匹配性不够理想，使其应用受到某种程度的限制。多年来微波技术专家做了很多工作改进箱体设计;选择谐振模式数及模式分布;选择馈能口的位置，采用多口和多波导馈能;安装模式搅拌器;采用旋转馈能等。使微波加热器结构逐渐复杂，成本相应提高，但其加热均匀性和匹配性能改善甚微。目前国际上已有的微波加热器，如1977年微波功率杂志(The Journal of Microwave Power，Vol 12，No.13)报导的作者S.C.Kashyap and W.Wyslouzilf的文章“改善微波烘箱加热均匀性的方法”(Methods for Inproving Heating Uniformty of Microwave Ovens)，文中介绍了采用四个横向裂缝馈能和一个模式搅拌器的微波炉，对24 50MHz家用微波炉加热均匀性有了一定程度的改善。又如1984年的美国专利专利号4，463，239;名称为用于微波炉的旋转裂缝天线装置(Rotating Solt Antenna Arrangement for Microwave Ovens);专利技术者Matthew、S·Miller等人。提出了用四个园弧形裂缝在馈电波导中的取向发生周期变化。使裂缝辐射的能量也相应地变化，对改善微波加热的均匀性也有不同程度的改善。上述的技术是针对小型家用的微波炉，但对工业上应用的隧道式微波加热器的加热均匀性、匹配性能、转换效率问题，尚未妥善解决。本专利技术介绍了利用裂缝天线馈能的微波加热器能较好地解决了以上问题。其工作原理如下。当微波能在波导中传输时，在波导内壁存在表面电流，如果表面电流被开在波导壁上的裂缝切割，此裂缝就被激励，激励强度取决于切割电流的密度和它在垂直于电流方向上的投影长度。在波导壁上裂缝可分为横向、纵向、倾斜裂缝，当馈能器波导尺寸确定后，开在波导壁上的纵向裂缝为横向裂缝的两倍，倾斜裂缝加工较复杂，一般不希望采用，为使加热均匀，裂缝尽量多些，因此采用开在矩形波导宽边上的纵向裂缝向加热器馈能。由于宽边表面电流沿中心线对称，并且方向相传，纵向裂缝按一定规律开在波导中心线两侧。裂缝天线可分为谐振式和非谐振式两种，相邻裂缝的距离等于波导波长λg的1/2称为谐振式裂缝天线，相邻裂缝的距离稍大于或稍小于λg/2时，称为非谐振式裂缝天线。对于非谐振式裂缝天线来说，由于相邻裂缝之间的距离不等于λg/2，入射波对裂缝的激励就不同相，其相位沿裂缝天线按线性变化，裂缝天线的辐射方向偏离裂缝轴的法线，如果入射波所产生的方向图的最大辐射方向与天线轴的法线成夹角+θ，有了反射后，就会在-θ方向上出现波瓣，为消除此现象，通常有吸收负载。实验表明，谐振式裂缝天线与馈电波导的匹配频带较窄，不能满足国产磁控管的技术条件，非谐振式裂缝天线与馈电波导的匹配频带较宽，可以满足国产磁控管的要求，但辐射效率较低，有1/3的能量被终端负载吸收，不能满足微波加热器的需要。鉴于在微波加热器上使用的裂缝天线是向箱体内辐射微波能，与向天空辐射的雷达上使用的裂缝天线用途不一样，工作条件也不一样，后者要求较好的方向性，必须消除反射波形成的波瓣，而前者要求加热的均匀性和效率，对方向性要求不太严格，根据这一特点，我们充分利用非谐振式裂缝天线在较宽频带内与馈电波导良好匹配的优点，用短路板代替终端的吸收负载，提高了微波能辐射效率，这样就研制成了既有较宽的匹配频带又有较高辐射效率的适于微波加热用的非谐振式裂缝天线馈能器。非谐振式裂缝天线结构尺寸设计、试验结果如下(参看图一)做为微波加热器的裂缝天线，工作条件相当复杂，与馈电波导的匹配除受裂缝天线谐振情况、裂缝排裂、终端负载的影响外，还受加热箱体的谐振情况、负载物的影响。为此，我们采用近似的计算方法，假定裂缝之间的相互影响忽略不计;每个裂缝均工作在谐振状态;终端短路板反射影响被忽略;所有裂缝由行波激励;每个裂缝辐射能量相等。首先根据微波波长选出一个矩形波导作为馈能器波导，求波导波长λg和基次工作模式的内壁电流分布，由裂缝的对称性和均匀性，确定裂缝天线总数。最后确定裂缝天线的结构尺寸。1.确定裂缝天线中心线与馈能器波导中心线的距离X1随着微波能沿着波导向前传输，裂缝天线不断向箱体辐射能量，微波能逐渐减少，为了保证每个裂缝天线辐射能量相等，裂缝天线的电导值G要逐渐增大，即X1也要逐渐增加，其值等于(15-39)%波导宽边内壁尺寸a。即X1＝(15-39)%a2.确定相邻裂缝天线中心间的距离dd值的选择是为保证裂缝天线与馈电波导匹配，d稍小于λg/2其差值与裂缝数N有关，N愈大，差值愈小，d等于(45-48.5)%λg。即d＝(45-48.5)%λg3.确定裂缝宽度D为满足通过频带可达10%的要求，同时在最大输出功率时，裂缝不被击穿，选取D＝(0.05-0.1)λ。即D＝(0.05-0.1)λ4.确定裂缝长度2L选取裂缝的谐振长度作为裂缝的长度，选取2L(46.5-49)%λ，λ为微波波长。即2L＝(46.5-49)%λ馈能器波导的园弧部分，园弧裂缝宽度和直线波导部分的裂缝宽度相同，裂缝间隔和弧长同直线波导部分的电角度相同。以此原则确定园弧部分裂缝天线的结构尺寸。本利用裂缝馈能的微波加热器，其优点为被加热箱体内温度均匀;驻波比小;匹配性能好;电、热转换效率高;结构简单。本专利技术利用裂缝天线馈能的微波加热器，为隧道式微波加热器，其结构如图二所示。微波加热器的固定支架和传动装置未画出，[6]为进料口，进出料口尺寸为800mm×130mm，[5]为梳状抑制器，内装梳状抑制片和吸收材料，[4]为群岛抑制器，内装方形抑制块，[3]为抑制檐，辐射进箱体[1]的微波能，经抑制檐[3]、群岛抑制器[4]、梳状抑制器[5]后，绝大部分被抑制掉，使泄漏的能量在国家规定的安全标准以内。在抑制檐[3]上下壁开有通风排湿孔和外部排风系统相连，吸收箱体[1]内的物料排放的水蒸汽。在箱体[1]侧壁装有炉门[2]，炉门[2]内装有抑制微波能的结构。在箱体[1]上壁安置馈能器波导[7]和馈电波导[8]，微波能通过馈电波导[8]进入馈能器波导[7]向箱体[1]内辐射微波能。本微波加热器工作频率为915MHz±25MHz，为使箱体[1]在工作频带内有足够多的谐振模式，箱体[1]的尺寸希望尽量大些，从功率密度和机械加工角度希望箱体[1]尺寸尽量小些。根据模式计算和频谱分析，选择箱体[1]的外形尺寸为201cm×100cm×108cm。本裂缝天线馈能的微波加热器，其馈能器波导结构尺寸如图三所示。根据微波的频率、箱体[1]的尺寸、裂缝天线[9]在箱体[1]顶壁上的分布。选择裂缝天线[9]的数目等于19。即N＝19选择WG-8波导做为馈能器波导[7]，其内壁宽、窄边尺寸为a＝292.1mm，b＝146.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用裂缝天线馈能的加热器，属于微波加热技术领域。由箱体（１）、进料口（６）、炉门（２）、馈能波导（７）以及抑制微波能泄漏的部分构成。其特征是：在箱体（１）的一壁上分布着馈能器波导（７）；在馈能器波导（７）内，有裂缝天线；在馈能器波导终端装有匹配器。

【技术特征摘要】
1.一种利用裂缝天线馈能的加热器，属于微波加热技术领域。由箱体(1)、进料口(6)、炉门(2)、馈能波导(7)以及抑制微波能泄漏的部分构成。其特征是在箱体(1)的一壁上分布着馈能器波导(7)；在馈能器波导(7)内，有裂缝天线；在馈能器波导终端装有匹配器。2.根据权利要求1所述的裂缝天线馈能的加热器，其特征是在箱体(1)的一壁和馈能器波导(7)的一宽壁共用同一金属板。3.根据权利要求1所述的裂缝天线馈能的加热器，其特征是裂缝天线(9)沿馈能器波导(7)宽壁的中心线分布。4.根据权利要求3所述的裂缝天线(9)、其特征是裂缝天线(9)的中心线与馈能器波导(7)内壁宽边的中心线间的距离X1逐渐增大，且大于15%馈能器波导(7)宽壁宽边，小于39%馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆发，
申请(专利权)人：电子工业部计算机系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]