CN103517624A - 一种电磁带隙结构和一种屏蔽微波炉电磁辐射的炉门边框面板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁带隙结构和一种基于电磁带隙结构的抑制微波炉电磁辐射的面板，根据电磁带隙理论，不同的电磁带隙结构可以对特定频段的电磁波产生较高的波阻抗，使该频段的电磁波发生极大的衰减，从而起到屏蔽特定频段电磁波的作用。该电磁带隙结构包括：地平面、介质层、连接孔、金属贴片。本发明基于此结构设计的微波炉门边框面板可有效解决炉门边框与微波炉边沿缝隙处的微波衍射问题，使微波炉工作频率2.45GHz附近的电磁辐射有50dB的衰减，有效解决微波炉门四周微波泄漏问题，具有相当好的社会和经济效益。

Description

一种电磁带隙结构和一种屏蔽微波炉电磁辐射的炉门边框面板

所属技术领域

本发明属于电子设计领域，具体涉及一种电磁带隙结构和一种基于电磁带隙结构的屏蔽微波炉电磁辐射的炉门边框面板。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步和人民生活水平的不断提高，微波炉已经非常普及。微波炉有着快捷、省时、卫生等优点，成为现代厨房中不可或缺的生活电器。但是，由于微波炉工作时发射射频载波功率强度远远大于对人体安全的功率要求，如果防护不当就会对人体健康造成影响。有资料表明，过量的电磁辐射会引起人体中枢神经系统、心血管系统、内分泌系统、免疫系统和生殖系统的功能紊乱，因此，由微波炉带来的相关健康问题引起了人们的高度关注，微波炉的电磁辐射防护措施至关重要。

现有的微波炉防辐射技术主要有以下几种：(1)导电漆。导电漆是一种将导电金属粉末添加于特定的树脂原料中制成的能够喷涂的油漆涂料，喷涂在壳体内部可以起到反射及抵消部分辐射的作用。这种方法较为简单，但是通过导电漆抵消和反射的只有部分电磁波，屏蔽效果并不理想。(2)基于栅形结构的电磁屏蔽膜和电磁屏蔽玻璃。这种屏蔽措施主要是依靠绝缘材料层中间的栅形结构金属网来屏蔽辐射，优点在于透明可视，但屏蔽辐射的效果较差，且制造成本较高。(3)防辐射罩。其主要原理是依靠网状金属层或是导电涂层屏蔽辐射。在实际使用中，防辐射罩需要套在微波炉外部，这样会影响电器的正常散热，减少微波炉的使用寿命，且有安全隐患。

目前市场上的微波炉大多采用以上一种技术或多种技术结合的方式，可以较理想地屏蔽大部分电磁辐射，但是微波泄漏主要发生在炉门四周，即炉门与微波炉边沿贴合处，而现有的技术主要用来屏蔽与面板呈一定角度入射的电磁波，无法有效的解决炉门边框与微波炉边沿缝隙处的微波衍射问题。因此，有效抑制微波炉炉门边沿处电磁辐射方法的成功研制和推广应用必将有相当好的社会和经济效益。

发明内容

为了有效地解决炉门边框与微波炉边沿缝隙处的微波衍射问题，本发明提供一种新型的方法，该方法不仅解决了以上问题，而且具有良好的防辐射效果和较低的生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

根据电磁带隙理论，不同的电磁带隙结构可以对特定频段的电磁波产生较高的波阻抗，使该频段的电磁波发生极大的衰减，从而起到屏蔽特定频段电磁波的作用。本发明采用具有电磁带隙结构的面板作为微波炉炉门边框面板，结构轻便、体积小、成本低，对微波炉辐射的屏蔽效果更是弥补了现有技术的不足。

本发明提供了一种电磁带隙结构和基于此结构的屏蔽微波炉辐射的炉门边框面板，由于该结构对特定频段的平行于面板的电磁波有非常好的抑制作用，具有此结构的微波炉炉门边框面板可以有效屏蔽微波炉炉门边沿缝隙处泄漏的电磁波。

本发明提供了一种电磁带隙结构，主要包括：地平面、介质层、连接孔、金属贴片。

本发明的电磁带隙结构特征在于：第一层为周期性的金属贴片；第二层为介质层，介电常数为ε；第三层为地平面，通过连接孔与金属贴片连通。

本发明提供了一种基于上述结构的屏蔽微波炉电磁辐射的炉门边框面板，该面板包括面板内层、电磁带隙结构、面板外层。面板内层可为现有任意可用的微波炉炉门面板材料，面板外层可为现有任意可用的微波炉外壳材料，电磁带隙结构位于面板外层和内层之间，金属贴片紧贴面板内层，地平面紧贴面板外层。使用时面板内层与微波炉门四周紧贴，面板外层即为炉门边框。

有益效果：本发明基于电磁带隙抑制特定频段电磁波的原理，特定的电磁带隙结构可以对特定频段的电磁波产生较高的波阻抗，使该频段的电磁波发生极大的衰减，并根据微波炉的工作频率2.45GHz设计了一种电磁带隙结构，可有效抑制中心频率为2.45GHz频段的电磁波，可以有效屏蔽微波炉炉门边沿缝隙处泄漏的电磁波，解决了现有的导电漆、栅网结构和防护罩等不能解决的炉门边框与微波炉边沿缝隙处的微波衍射问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电磁带隙微波炉防辐射炉门边框面板立体结构图。

图2是本发明的电磁带隙单元结构图。

图3是本发明的电磁带隙单元等效电路图。

图4是本发明的电磁带隙微波炉防辐射面板与普通面板辐射对比图

图5是本发明的电磁带隙微波炉防辐射炉门边框面板S参数仿真效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明所提供的一种电磁带隙结构和一种具有电磁带隙结构的抑制微波炉电磁辐射的炉门边框面板整体结构图如图1所示，主要由金属贴片、介质层、连接孔、地平面组成。金属贴片为正方形并以周期平面电磁带隙结构排布于第一层；介质层为本发明的第二层，采用厚度为1.6mm，相对介电常数为4.5的FR4介质材料，用于隔离金属贴片和地平面；连接孔圆心位于金属贴片中心，贯穿金属贴片、介质层和地平面，且连接孔内壁均有金属层，即金属贴片通过连接孔与地平面导通；地平面为本发明的底层，采用金属平面。

本发明的电磁带隙单元结构如图2所示，本发明的第一层包括64个周期平面电磁带隙单元，按照8×8的方阵以一定间隔进行排列，从而构成电磁带隙单元。方形金属贴片的单元边长为w，单元周期为p，单元间的缝隙为g，金属连接孔的直径为d；第二层为介质层，介电常数为ε，厚度为t。连接孔的圆心位于正方形的中心。本发明中金属贴片层所取的电磁带隙单元数目和正方形边长是根据实际应用中所需面板的大小确定的，而不限于64个。

本发明的电磁带隙单元等效电路图如图3所示。由于采用周期的电磁带隙单元排布于第一层，并通过连接孔与地平面连通，因而能够在频域内形成一定宽度的阻频带，用来抑制特定中心频率的电磁波辐射。该阻带的形成及其宽度与平面电磁带隙单元的结构和尺寸相关，在此可通过图3所示的平面电磁带隙单元的等效电路进行说明。

本发明的电磁带隙防辐射面板与普通面板电磁波辐射对比如图4所示，普通面板可以在一定程度上抑制垂直于面板的电磁波辐射，但无法抑制平面波，而微波炉炉门边框处的电磁辐射主要来自于平面波。本发明的电磁带隙防辐射面板可以有效抑制平面波，从而防止微波炉炉门边框处的微波泄漏。

本发明的效果可通过以下等效电路和仿真进一步说明：

1)等效电路

参照图3，本发明的平面电磁带隙单元等效电路可以通过平面电磁带隙单元正方形贴片之间的等效电容C、平面电磁带隙单元正方型结构的等效电感L来表示。结构中的一个单元可以看作一个等效谐振电路，应用复变函数中保角变换原理求解等效模型中的电容和电感值，单元等效参数由式(1)、(2)给出：

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}w}{\mathrm{\π}}c{h}^{-1}(p/g)+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r{w}^{\′}}{\mathrm{\π}}c{h}^{-1}\left\{\frac{\mathrm{sh}[\mathrm{\π}(w^{\′}+g)/4t]}{\mathrm{sh}(\mathrm{\πg}/4t)}\right\}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}w}{\mathrm{\π}}[\frac{{\mathrm{\π}}^{2}t}{2w}/\ln \left(\frac{p+\sqrt{p^2-d^2}}{d}\right)]---\left(1\right)$

$L={\mathrm{\μ}}_{0}t\left\{\frac{1}{\mathrm{\π}}\right[\ln \left(\frac{p+\sqrt{p^2-d^2}}{d}\right)+1.301825\left]\right\}---\left(2\right)$

式中

k参数一般取3左右。ε₀为真空介电常数，ε_r为介质的介电常数，μ₀为真空磁导率，t为基板厚度。由(1)式和(2)式可以得到相应电磁带隙结构的阻频带中心频率在本发明中，用来抑制微波炉电磁辐射的阻频带中心频率应与微波炉的工作频率一致，即ω₀为2.45GHz。

2)仿真实验

对本发明具有电磁带隙结构的抑制微波炉电磁辐射的炉门边框面板进行仿真实验，在面板上均添加2个50欧姆的集总同轴端口，并在电磁仿真软件HFSS中对S参数进行仿真，仿真结果如图5所示。其中虚线表示S₁₁，可见平行于面板的电磁波有较大的反射，在微波炉工作频率2.45GHz附近，试图穿透的电磁波大部分都反射回去。实线表示S₁₂，可以看到2.38GHz-2.6GHz频带范围内，阻带深度可达到40dB以下，在2.45GHz处，电磁波辐射的衰减几乎达到50dB，可大大降低微波炉门缝处泄露的电磁波，从而验证了本发明的效果。

Claims (9)

1.本发明提供了一种电磁带隙结构，主要包括：

(1)金属贴片；

(2)连接孔；

(3)介质层；

(4)地平面。

其特征在于：第一层为金属贴片，单元周期为p，单元间的缝隙为g，金属连接孔的直径为d；第二层为介质层，介电常数为ε，厚度为t。第三层为地平面，通过连接孔与金属贴片连通。

2.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于金属贴片为正方形。

3.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于金属连接孔为圆柱形。

4.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于金属连接孔的圆心位于金属贴片的中心。

5.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于金属连接孔为通孔，并将金属贴片与地平面导通。

6.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于地平面为金属平面。

7.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于介质层位于金属贴片与地平面之间，采用相对介电常数为4.5的FR4介质材料。

8.一种可屏蔽微波炉电磁波辐射炉门边框面板，该面板包括面板内层、电磁带隙结构、面板外层；其特征在于，所述电磁带隙结构位于面板内层和面板外层之间，其包括：

(1)金属贴片；

(2)连接孔；

(3)介质层；

(4)地平面。

第一层为金属贴片，单元周期为p，单元间的缝隙为g，金属连接孔的直径为d；第二层为介质层，介电常数为ε，厚度为t。第三层为地平面，通过连接孔与金属贴片连通。

9.根据权利要求8所述的可屏蔽微波炉电磁波辐射面板，其特征在于面板内层位于金属贴片层之上，紧贴金属贴片；面板外层位于地平面之下，紧贴地平面。

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