CN116390320A - 一种电子回旋共振放电装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子回旋共振放电装置及应用，包括馈电波导、波导功率分配器、微波天线以及放电室，馈电波导与放电室的放电腔体垂直，通过波导功率分配器与微波天线连接；波导功率分配器选用Y形功率分配器，对称设置于微波天线上表面；椭圆形的微波天线设置于放电室顶部，阵列设置有多个缝隙；放电室侧壁上设置进气口，进气口用于向放电室通入工作气体；工作时，微波源产生的微波从馈电波导端口输入，经过功率分配器传输给微波天线，通过缝隙在放电室击穿所述工作气体并产生等离子体。该装置解决了现有技术中存在的结构复杂、操作不便、辐射不均匀以及体积受限的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微波等离子体放电装置领域，具体涉及一种电子回旋共振放电装置及应用，该装置用于处理农作物细菌病毒。
背景技术
微波等离子体因其具有无极放电、放电区域集中、放电稳定等特点,在工业以及农业应用领域有着广泛的应用，比如在农业领域采用低功率等离子体放电可对种子烘干、消毒。而电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)放电是微波放电的一种,电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业（比如材料加工、空间电推进）中有着广泛的应用。电子回旋共振加热过程指电子在磁场中绕磁力线回旋的频率与微波频率相等，同时电子的回旋与微波电场振荡等相位时，微波能量耦合到电子并把电子转变为高能电子的过程。高能电子产生后与气体分子或原子碰撞产生等离子体。
传统的微波等离子放电装置，一般采用尖端放电，需要在装置内设置一个金属尖端，这种放电装置结构复杂、操作不便。同时，采用尖端放电方式，放电部位集中，存在辐射不均匀以及体积受限的问题。
发明内容
本发明提供一种电子回旋共振放电装置及应用，目的是解决背景技术中存在的至少上述问题。
本发明提供的技术解决方案如下：
本发明提供一种电子回旋共振放电装置，其特殊之处在于：
包括馈电波导、波导功率分配器、微波天线以及放电室；
所述馈电波导的顶面与所述放电室的放电腔体垂直，所述馈电波导一端与微波源连接，另一端通过所述波导功率分配器与所述微波天线连接；
所述波导功率分配器选用Y形功率分配器，所述Y形功率分配器对称设置于所述微波天线上表面；
所述微波天线设置于所述放电室顶部，所述微波天线的截面为环形，所述微波天线底部周向等间距设置有多个缝隙，所述缝隙均与所述放电室连通；
所述放电室侧壁上设置进气口，所述进气口用于向所述放电室通入工作气体，所述放电室整体为封闭结构；
工作时，所述微波源产生的微波从所述馈电波导端口输入，经过所述功率分配器传输给所述微波天线，通过所述缝隙在所述放电室击穿所述工作气体并产生等离子体。
进一步地，所述馈电波导的通过口设计为矩形；
所述Y形功率分配器的底部尺寸与所述微波天线的尺寸一致，且所述Y形功率分配器内侧和外侧均与所述微波天线平齐。
进一步地，所述工作气体包括O2、AR、N2、CDA、CO2、H2和C4F。
进一步地，所述缝隙包括椭圆缝隙以及圆形缝隙，其面积为0～0.01km2，相邻所述缝隙的距离为0mm～500m。
进一步地，所述缝隙的数量为9个，所述缝隙面积为4000mm2，相邻所述缝隙的距离为350mm。
进一步地，所述放电室形状包括圆柱形、椭球形、半圆形以及方形，所述放电室的尺寸为0mm～1km，面积为0～1km2。
进一步地，所述电子回旋共振放电装置的工作频率为0～1000 GHz。
进一步地，所述电子回旋共振放电装置的工作频率为2.45 GHz。
进一步地，所述馈电波导、所述波导功率分配器、所述微波天线以及所述放电室的材质均为铜、铝、铁或者不锈钢材质。
同时，本发明还提供一种上述的电子回旋共振放电装置的应用，其特殊之处在于：
所述电子回旋共振放电装置用于农作物种子或产品的杀菌消毒，所述农作物种子或产品包括小麦、玉米、大豆和棉花。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种电子回旋共振放电装置，该装置通过馈电波导、波导功率分配器、微波天线以及放电室，解决了现有技术存在的结构复杂、操作不便、辐射不均匀以及体积受限的问题。该装置具有结构简单、操作便利、天线辐射均匀以及体积不受限的优点，可以满足空间飞行任务对大推力电系统的需求，还可以用于农业领域对农作物细菌、病毒的消杀。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图一；
图2为本发明实施例的结构示意图二；
图3为本发明实施例的结构示意图三；
图4为本发明实施例的工作频率和反射系数对应关系图，横坐标Frequency为工作频率，纵坐标S11为反射系数。
附图标记如下：
1-馈电波导，2-Y形功率分配器，3-微波天线，4-椭圆缝隙，5-放电室。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，下面所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下结合附图提供的本申请实施例的详细描述旨在仅仅表示本申请的选定实施例，并非限制本申请要求保护的范围。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本申请保护的范围。
需要理解的是，在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”、等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
参阅图1-图3，本发明提供了一种电子回旋共振放电装置，该装置用于处理农作物，对农作物进行杀菌和消毒，包括馈电波导1、波导功率分配器、微波天线3以及放电室5。
所述馈电波导1的顶面与所述放电室5的放电腔体垂直，所述馈电波导1一端与微波源连接，另一端通过所述波导功率分配器与所述微波天线3连接；
所述波导功率分配器选用Y形功率分配器2，所述Y形功率分配器2对称设置于所述微波天线3上表面。
所述微波天线3设置于所述放电室5顶部，所述微波天线3的截面设计为环形，所述微波天线3阵列设置有多个与所述放电室5连通的缝隙，缝隙设计为圆形或者椭圆形的平滑设计。
所述放电室5侧壁上设置进气口，所述进气口用于向所述放电室通入工作气体。
工作时，所述微波源产生的微波从所述馈电波导1端口输入，经过所述功率分配器传输给所述微波天线3，通过所述缝隙在所述放电室5击穿所述工作气体并产生等离子体。
其中，放电室5设计为一个整体密闭的腔体结构，在放电室5的侧壁上除了开设进气口之外，还可以根据需要设置一个可供农作物放入或取出的进料口。
本实施例中，所述微波天线3的开口尺寸、位置均满足微波理论要求。微波天线3的尺寸与Y形功率分配器2的底部尺寸一致，Y形功率分配器2与微波天线3内侧以及外侧边缘平齐。
本实施例中，缝隙设计为椭圆缝隙4，所述椭圆缝隙4均与所述放电室5连通。
优选的，所述馈电波导1的通过口设计为矩形。
优选的，所述工作气体可以选用O2、AR、N2、CDA、CO2、H2和C4F。还可以根据不同的需要，选用其他种类的工作气体，如氦气、氖气等容易电离的气体。其中，CDA为压缩空气。C4F是四氟化碳气体。
优选的，所述椭圆缝隙4的面积为0～0.01km2，相邻所述缝隙的距离为0mm～500m。
优选的，所述放电室5的形状包括但不限于圆柱形、椭球形、半圆形以及方形，所述放电室5的尺寸为0mm～1km，面积为0～1km2。
优选的，所述电子回旋共振放电装置的工作频率为0～1000 GHz。
参阅图4，本实施例中，椭圆缝隙4的数量设置为9个，椭圆缝隙5面积设置为4000mm2，相邻椭圆缝隙5的距离为350mm。该装置的工作频率为2.45 GHz。该装置可根据微波理论改进设计为其他频段进行工作。与传统装置相比，该装置具有馈电简单，低反射透射系数，辐射均匀优点，该装置的微波天线3在2.45 GHz处反射系数小于-10dB，约95%的微波能量辐射到放电室5用于击穿气体形成等离子体。
优选的，所述馈电波导1、所述波导功率分配器、所述微波天线3以及所述放电室5的材质均包括但不限于铜、铝、铁或者不锈钢材质。选用不同的材质，工作频率会有一定的变动。
同时，本发明还提供一种上述的电子回旋共振放电装置的应用，该装置用于农作物种子或产品的杀菌消毒，所述农作物种子或产品包括先不限于小麦、玉米、大豆和棉花。
采用该装置进行农作物种子或产品的杀菌消毒时，通过放电室5的进料口将农作物种子或产品放入，2.45GHz微波从所述馈电波导1端口输入，经过所述功率分配器传输给所述微波天线3，通过所述椭圆缝隙4在所述放电室5击穿所述工作气体并产生等离子体，通过等离子体对农作物种子或产品进行杀菌消毒。
如图4所示，该装置的中心工作频率为2.45 GHz。
本发明提供的电子回旋共振放电装置，除了应用在农作物种子或产品的杀菌消毒，还可以用于满足空间飞行任务对大推力电系统的需求。通过本发明，理论上可以设计出大体积的ECR放电装置。该装置解决了现有技术存在的结构复杂、操作不便、辐射不均匀以及体积受限的问题。
以上所述，仅为本申请的最优具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电子回旋共振放电装置，其特征在于：
包括馈电波导、波导功率分配器、微波天线以及放电室；
所述馈电波导的顶面与所述放电室的放电腔体垂直，所述馈电波导一端与微波源连接，另一端通过所述波导功率分配器与所述微波天线连接；
所述波导功率分配器选用Y形功率分配器，所述Y形功率分配器对称设置于所述微波天线上表面；
所述微波天线设置于所述放电室顶部，所述微波天线的截面为环形，所述微波天线底部周向等间距设置有多个缝隙，所述缝隙均与所述放电室连通；
所述放电室侧壁上设置进气口，所述进气口用于向所述放电室通入工作气体，所述放电室整体为封闭结构；
工作时，所述微波源产生的微波从所述馈电波导端口输入，经过所述功率分配器传输给所述微波天线，通过所述缝隙在所述放电室击穿所述工作气体并产生等离子体。
2.根据权利要求1所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述馈电波导的通过口设计为矩形；
所述Y形功率分配器的底部尺寸与所述微波天线的尺寸一致，且所述Y形功率分配器内侧和外侧均与所述微波天线平齐。
3.根据权利要求1所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述工作气体包括O2、AR、N2、CDA、CO2、H2和C4F。
4.根据权利要求1所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述缝隙包括椭圆缝隙和圆形缝隙，其面积为0～0.01km2，相邻所述缝隙的距离为0mm～500m。
5.根据权利要求1所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述缝隙的数量为9个，所述缝隙面积为4000mm2，相邻所述缝隙的距离为350mm。
6.根据权利要求1所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述放电室形状包括圆柱形、椭球形、半圆形以及方形，所述放电室的尺寸为0mm～1km，面积为0～1km2。
7.根据权利要求1所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述电子回旋共振放电装置的工作频率为0～1000 GHz。
8.根据权利要求5所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述电子回旋共振放电装置的工作频率为2.45 GHz。
9.根据权利要求1-8任一所述的电子回旋共振放电装置，其特征在于：
所述馈电波导、所述波导功率分配器、所述微波天线以及所述放电室的材质均为铜、铝、铁或者不锈钢材质。
10.一种如权利要求1-9任一所述的电子回旋共振放电装置的应用，其特征在于：
所述电子回旋共振放电装置用于农作物种子或产品的杀菌消毒，所述农作物种子或产品包括小麦、玉米、大豆和棉花。
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