CN105142253A - 一种微波发生装置、微波加热装置以及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波发生装置，包括：信号发生器，其用于根据实际需求输出多路具有相同/不同相位的信号；基于半导体固态器件构造的多个固态微波源，每个所述固态微波源与所述信号发生器相连以接收一路所述信号，所述固态微波源根据所述信号生成并输出相应的微波能量；多路天线，其用于发射输出所述微波能量，每路所述天线与一个所述固态微波源相连。本发明还公开了一种微波加热装置及方法。与现有技术相比，本发明的微波发生装置体积小，结构简单，工作电压低，不仅大大提高了装置的实用性还降低了用电安全隐患；相较于现有技术的微波加热装置，基于本发明的微波发生装置微波加热装置不仅减少了能耗，而且提高了加热效率。

Description

一种微波发生装置、微波加热装置以及加热方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体说涉及一种微波发生装置、微波加热装置以及加热方法。

背景技术

随着科技的不断发展，微波的应用领域也越来越广泛。例如人们日常生活中使用的微波炉就是利用微波来加热食物。

使用微波的前提是需要构造特定的微波源，即根据需要生成特定的微波。在传统方法中，通常使用磁控管来生成特定的微波。基于磁控管的微波发生装置包括电源、磁控管、控制电路，谐振腔体等部分。电源向磁控管输出电压，磁控管震荡产生微波，再经过波导系统输出微波。

在现有技术中，受限于磁控管的工作原理，磁控管必须在高压驱动下才能正常工作(例如某些磁控管的工作电压高达4000伏)。这就使得基于磁控管的微波发生装置中需要构造高压电源。从而导致微波发生器结构复杂，体积较大并存在用电安全隐患。

为解决传统技术中基于磁控管的微波发生装置所存在的问题，需要一种新的微波发生装置。

发明内容

为解决传统技术中基于磁控管的微波发生装置所存在的问题，本发明提供了一种微波发生装置，包括：

信号发生器，其用于根据实际需求输出多路具有相同/不同相位的信号；

基于半导体固态器件构造的多个固态微波源，每个所述固态微波源与所述信号发生器相连以接收一路所述信号，所述固态微波源根据所述信号生成并输出相应的微波能量；

多路天线，其用于发射输出所述微波能量，每路所述天线与一个所述固态微波源相连。

在一实施例中，所述信号发生器包含脉冲调制器，所述脉冲调制器被构造成根据实际需求调节所述信号的脉宽和占空比以精确控制所述微波能量的功率。

在一实施例中，所述信号发生器包含移相器，所述移相器用于周期性改变所述信号发生器输出的所述信号的相位。

在一实施例中，所述装置包含数控衰减器，所述数控衰减器连接在所述信号发生器与所述固态微波源之间，用来对所述信号进行衰减以控制所述固态微波源的输出，所述数控衰减器被构造成根据需要改变自身的衰减值。

在一实施例中，所述装置包含多个独立的供电单元，每个所述供电单元对应一个所述固态微波源。

在一实施例中，以特定平面上的一点为中心起点在所述特定平面上沿螺旋向外发散的方式构造一路螺旋线，基于所述螺旋线的形状构造所述天线，所述天线的微波能量发射面处于同一平面上且拥有统一的发射方向。

在一实施例中，在所述特定平面上以同一所述中心起点构造多路具有特定间距的所述螺旋线，基于多路所述螺旋线的形状以及相互位置关系构造多路所述天线，多路所述天线的长度相同且两端分别位于同一平面的两个圆上，多路所述天线的微波能量发射面处于同一平面上且拥有统一的发射方向。

在一实施例中，所述信号发生器被构造成输出多个具有不同相位的所述信号，其中，位置相邻的两路所述天线所对应的两个所述信号的相位正交。

本发明还提出了一种微波加热装置，所述系统包含用于放置待加热负载的加热腔、微波发生装置、功率检测电路以及加热参数确定模块，其中：

所述微波发生装置包含信号发生器以及多个固态微波源，所述加热参数确定模块连接到所述信号发生器，所述信号发生器在所述加热参数确定模块控制下生成并输出多路具有相同/不同特定频率/相位的多路信号到多个所述固态微波源，所述固态微波源被构造成根据所述信号输出相应的微波能量；

所述微波发生装置还包含多路天线，每个所述固态微波源对应连接一路所述天线，所述天线被安装在所述加热腔内，用于发射微波能量以实现对所述待加热负载的加热；

所述功率检测电路被安装在所述加热腔内部，用于动态监测所述微波能量的反射功率以获取并输出相应的反射系数；

所述加热参数确定模块还与所述功率检测电路相连，用于基于所述反射系数确定用于进行微波加热的所述信号的频率和相位。

在一实施例中，所述装置还包含：

特征识别器，用于获取并输出所述待加热负载的特征；

加热参数存储器，其与所述特征识别器以及所述加热参数确定模块相连，用于存储所述待加热负载的特征以及相应的用于进行微波加热的所述信号的频率和相位；

参数提取器，其与所述特征识别器、所述加热参数存储器以及所述加热参数确定模块相连，用于基于所述待加热负载的特征从所述加热参数存储器提取相应的用于进行微波加热的所述信号的频率和相位并输出到所述加热参数确定模块。

本发明还提出了一种微波加热方法，所述方法包含以下步骤：

确定加热参数，针对第一待加热负载以不同的测试频率和测试相位输出相应的测试微波能量并监测所述测试微波能量的反射功率以获取相应的反射系数，根据所述反射系数确定进行微波加热的加热频率和加热相位；

加热，以所述加热频率和所述加热相位输出加热微波能量从而对所述第一待加热负载进行加热。

在一实施例中：

在所述确定加热参数步骤中，在不影响获取所述反射系数的前提下以小于满功率的功率输出所述测试微波能量；

在所述加热步骤中根据加热需求采用特定功率/满功率输出所述加热微波能量。

在一实施例中，在确定加热参数步骤中：

在特定的频率范围内，以特定的频率步长扫频以生成多个所述测试频率；

针对微波发生器的不同天线分别采用不同的测试相位以分别以多个所述测试频率输出所述测试微波能量以获取相应的所述反射系数，根据所述反射系数确定多个备选的所述测试频率；

以多个备选的所述微波信号频率输出所述测试微波能量，在特定的相位范围内以特定步长针对每路所述天线的所述测试相位分别进行微调以获取相应的所述反射系数，根据所述反射系数确定所述加热频率和所述加热相位。

在一实施例中，针对同一所述测试频率和/或所述测试相位多次监测获取所述反射功率以获取多个所述反射系数，对所述多个反射系数进行加权平均以获取所述测试频率和/或所述测试相位对应的所述反射系数。

在一实施例中，所述方法还包含以下步骤：

负载特征记录，记录所述第一待加热负载的特征以及所述加热频率和所述加热相位；

特征匹配，对第二待加热负载进行特征识别以判断所述第二待加热负载与所述第一待加热负载的特征是否匹配；

参数提取，当所述第二待加热负载与所述第一待加热负载的特征匹配时直接采用所述加热频率和所述加热相位进行加热。

与现有技术相比，本发明的微波发生装置体积小，结构简单，工作电压低，不仅大大提高了装置的实用性还降低了用电安全隐患；

相较于现有技术的微波加热装置，基于本发明的微波发生装置微波加热装置不仅减少了能耗，而且提高了加热效率。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例微波发生装置结构框图；

图2是根据本发明一实施例单天线形状示意图；

图3是根据本发明一实施例四天线形状示意图；

图4是根据本发明一实施例微波加热装置结构示意图；

图5是根据本发明一实施例微波加热流程图；

图6是根据本发明一实施例微波加热装置结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在传统方法中，通常使用磁控管来生成特定的微波。基于磁控管的微波发生装置包括电源、磁控管、控制电路，谐振腔体等部分。电源向磁控管输出电压，磁控管震荡产生微波，再经过波导系统，耦合到腔体内。在现有技术中，受限于磁控管的工作原理，磁控管必须在高压驱动下才能正常工作(例如某些磁控管的工作电压高达4000伏)。这就使得基于磁控管的微波发生装置中需要构造高压电源。从而导致微波发生器结构复杂，体积较大并存在用电安全隐患。

为解决上述问题，本发明提出了一种新的微波发生装置。在本发明中，利用半导体固态器件构造与磁控管效率相当的射频器件，从而利用半导体固态器件取代磁控管构造微波发生装置。

由于半导体固态器件工作在低压环境下，因此在微波发生装置中不需要构造复杂庞大的高压电源，这样不仅简化了微波发生装置的结构，缩小了微波发生装置的体积还大大降低了用电安全隐患。同时，相较于磁控管，半导体固态器件的体积小、重量轻、寿命长且成本低。因此，相较于现有技术的微波发生装置，本发明的微波发生装置在体积大大缩小，使用寿命大大延长的基础上成本也大大降低，具有很高的性价比。

如图1所示的实施例，本发明的微波发生装置包括信号发生器110、与信号发生器110相连的基于半导体固态器件构造的固态微波源121以及与固态微波源120相连的天线131。信号发生器110根据实际需求生成并输出特定的信号到固态微波源120；固态微波源120根据接收到的信号生成并输出相应的微波能量，微波能量最后被天线130输出。

在某些应用场合，需要获取在一定范围内相对较均匀的微波能量密度。为实现这一目的，本发明的天线采用了平面化结构，构造较大面积的微波能量发射面。微波能量发射面的面积与需要获取相对较均匀的微波能量密度的范围对应。微波能量发射面的任意部分均处于同一平面上且拥有统一的朝向。这样就能向微波发射面所朝向的区域发射相对均匀的微波能量。

在本发明的一实施例中，天线采用了平面螺旋形状。以特定平面上的一点为中心起点在特定平面上沿螺旋向外发散的方式构造一路螺旋线，基于螺旋线的形状构造天线130。最终天线130的形状如图2所示。图2中黑色的部分就是天线130正对微波能量发射面方向的视图形状。天线130以图2中圆形的圆心为中心起点沿圆形螺旋线向外延伸且天线130的微波能量发射面处于同一平面上且拥有统一的朝向。

图2所示的天线采用了圆螺线作为基础形状，在本发明的其他实施例中，也可以采用其他螺线形状，例如方形螺线、三角螺线等。当然的，本发明的天线形状并不限于平面螺旋形，任何可以达成输出相对较均匀的微波能量输出的天线形状均属于本发明的保护范围。利用采用鱼骨状或是树状构造天线。

在实际使用过程中，经常会有较高功率的微波需求。但是受限于半导体固态器件的硬件结构，单个半导体固态器件的输出功率不高。为解决这一问题，在本发明的一实施例中构造了多个固态微波源。通过多个较小功率的固态微波源的叠加来获取总体上较大的功率输出。

这样不仅解决了单个固态微波源输出功率上限不足的问题，而且当特定的半导体固态器件的输出功率增长和成本增加不成正比时，利用多个低成本小功率的器件组合来获取等同于高功率高成本的器件的输出效果，这相对的减小了装置构造成本。

同时，当单个固态微波源出现故障时，造成的影响主要是装置整体的输出功率下降，装置整体上还能维持一定的微波输出。

具体到图1所示的实施例，装置构造有4个固态微波源(121、122、123以及124)。相应的，信号发生器110被构造成可以输出4路信号。每个固态微波源(121、122、123以及124)分别与信号发生器110相连以接收一路信号。

针对多个固态微波源，装置中相应的需要构造多个天线，每个天线与一个固态微波源相连。每路天线通过阻抗变换器与固态微波源相连接，具体到图1所示的实施例，采用同轴50欧姆的阻抗变换器。

每路天线的位置以及其微波能量发射面的朝向可以根据具体的微波能量密度需求来决定。例如在一具体应用中，需要保持某一特定腔体内的微波能量密度的均匀性。针对此要求，在本发明的一实施例中将多个不同的天线安装在腔体内表面的不同位置上并保证所有天线的微波能量发射面朝向腔体内部。

为了简化装置结构，在本实施用新型的一实施例中，将所有天线布置在同一特定表面上，使得所有天线的微波能量发射面处于同一平面且朝向相同。为了保证每个天线的正常输出并维持微波能量输出的均匀性，多个天线的微波能量发射面需要布置均匀且不同天线的微波能量发射面不交叠。

以采用螺旋线形状的天线为例。在特定平面上以同一中心起点构造多路等间距的螺旋线，基于多路螺旋线的形状以及相互位置关系构造多路天线，多路天线长度相同且两端分别位于同一平面的两个圆上，所述多路天线的微波能量发射面处于同一平面上且拥有统一的朝向。

以图1所示的实施例中的四个天线(131、132、133以及134)为例，假设其均采用图2所示的圆螺旋线形状，那么最终构造的天线形状如图3所示。图3中331、332、333以及334分别为4条圆螺旋线形状的天线正对微波能量发射面方向的视图形状。。

为了进一步获取均匀的微波能量输出，在本发明的一实施例中采用了多个固态微波源生成多个不同相位的微波的方式，通过多个不同相位的微波源的合成来实现微波能量的均匀分布。即在信号发生器中构造初始信号发生器以及相位分配器。初始信号发生器生成并输出特定幅度和相位的初始信号；相位分配器基于初始信号生成并输出多个不同的具有特定相位的信号。

由于每个信号被一个固态微波源接收，即每个信号对应一路天线。因此为了保证微波能量输出的均匀，信号的相位与天线的具体位置有关。针对处于同一平面采用平面螺旋形的多个天线(类似图3所示的天线形状分布)，任意位置相邻的两路天线所连接的固态微波源所接收到的两个信号的相位正交且所有的位置相邻的两路天线所连接的固态微波源所接收到的两个信号的相位差相等。由于在类似图3所示的天线形状分布中相邻两个天线等间距旋转排布，则上述的相位差就是360度与天线数目的比值。

这样每个固态微波源输出的微波在按照天线排列顺序合方向形成合模式，并以合模式在腔体内激励起谐振模式。

具体到图1所示的实施例中，信号发生器110包含：

初始信号发生器111，其用于生成并输出特定幅度和相位的初始信号；

相位分配器112，其与初始信号发生器111相连，用于基于初始信号生成并输出4个不同的具有特定相位的信号。4个信号最终分别对应天线131、132、133、以及134。天线131、132、133、以及134采用图3所示的天线形状分布。因此4个信号的两两相位正交(相位差为90度)。

为了进一步保证特定区域内的微波能量的均匀分布，在本发明的一实施例中还采用了周期性改变固态微波源输出相位的方法。即在信号发生器中构造移相器，移相器连接在初始信号发生器与相位分配器之间。移相器在0-360度范围内改变初始信号发生器输出的信号的初始相位。使固态微波源最终输出合成后的能量分布强弱变化的极化方向移动和旋转，并已改变信号源地频率完成能量分布的方向扫描。如图1所示的实施例中，信号发生器110包含移相器113。移相器113连接在初始信号发生器111与相位分配器112之间。

为了精确的控制装置最终输出的微波能量的输出功率，在本发明的一实施例中，信号发生器内构造有脉冲调制器，脉冲调制器可以根据实际需求调节信号的脉宽和占空比以精确控制固态微波源输出的微波能量的功率，从而实现负载控制的智能化。

如图1所示的实施例，信号发生器110包含脉冲调制器114，其连接在初始信号发生器111与移相器113之间。脉冲调制器114控制初始信号发生器111输出信号的脉宽和占空比以精确控制所有固态微波源(121、122、123、124)输出的微波能量的功率。

在本发明的另一实施例中，也可以针对相位分配器的每路输出构造脉冲调制器，通过分别对每路信号的脉宽和占空比的控制以分别控制每个固态微波源输出的微波能量的功率。

在本发明的一实施例中，装置还构造有数控衰减器。数控衰减器连接在信号发生器与固态微波源之间，用来对信号进行衰减以控制固态微波源的输出，数控衰减器被构造成根据需要改变自身的衰减值。每个数控衰减器对应一个固态微波源，改变数控衰减器的衰减值从而可以改变相应的固态微波源的输出，从而改变多个固态微波源的微波能量输出的定向合成强弱并控制多个固态微波源的微波能量输出的合成极化方向。如图1所示，数控衰减器141、142、143以及144分别连接在固态微波源121、122、123以及124与信号发生器110之间。

在本发明的一实施例中，装置还包含功率检测电路，功率检测电路连接在固态微波源的输出端，用于动态监测所述固态微波源随频率变化和负载的输出实时反射/输出功率。根据检测结果调节数控衰减器和频率，以优化微波能量输出的合成方向和每一路天线上的功率输出。进而优化多个固态微波源输出的微波能量在特定区域内能量分布的均匀性。

在本发明的一实施例中，装置包含多个独立的供电单元，每个供电单元对应一个固态微波源。采用分布式供电的方式可以大大提高装置内硬件布局的灵活程度，使得装置的外形和大小更加灵活。当然，在本发明的其他实施例中，也可以根据实际具体需要采用一个供电单元集中为所有的固态微波源供电的方式。

利用本发明的微波发生装置，本发明还提出了一套微波加热装置。加热装置包含加热腔以及微波发生装置。微波发生装置包含多个固态微波源，每个固态微波源对应连接位于加热腔内的一路天线。

在一实施例中，微波发生装置的不同天线可以安装在加热腔内壁上的不同位置处(例如分别安装在顶面、底面以及侧壁)。从而实现微波能量在加热腔内的均匀分布。

在另一实施例中，微波发生装置的所有天线安装在加热腔内壁的一个平面上(例如底面)。以圆螺旋形状的天线为例，如图4所示，加热系统包含加热腔400以及。411、412、413以及414分别为微波发生装置的四个固态微波源，其安装在加热腔外部底面附近。411、412、413以及414分别连接到四路天线。微波发生装置的天线安装在加热腔400内壁的底面上，天线的微波能量发射面朝向加热腔内部，四路天线的形状如图3所示。

不同相位的微波能量经天线发射后在加热腔内合成，生成全方位的微波能量束方向。并在移相器控制下形成电控微波能量束扫描和360度/微波源数的旋转。从而实现加热腔内的均匀加热。同时利用功率检测电路动态监测每个固态微波源输出端的实时输出功率，从而检测加热腔和负载的驻波，动态调控输入功率和合成波束的方向，最终使得微波功率转化效率最优。

为了进一步尽可能的实现最优的热转换效率。本发明的天线基于宽带天线设计。具体的，在一实施例中，天线在2.4GHz-2.5GHz的频带内有非常好的通带性能。初始信号发生器被构造成为根据实际需要输出相应的特定频率的初始信号。这样就可以根据加热腔的最优频率特性，动态初始信号发生器的输出频率，从而使得微波能量的输出频率最优。

在加热过程中，不同的待加热负载的特征是不同的。为了实现最优的热转换效率，本发明提出了一种微波加热方法，方法包含以下步骤：

确定加热参数，针对待加热负载以不同的测试频率和测试相位输出相应的测试微波能量并监测测试微波能量的反射功率以获取相应的反射系数，根据反射系数确定进行微波加热的加热频率和加热相位；

加热，以加热频率和加热相位输出加热微波能量从而对待加热负载进行加热。

接下来基于附图详细描述方法的执行流程，附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

执行本发明的方法首先需要确定进行微波加热的加热频率和加热相位。如图5所示，首先执行步骤S521，扫频步骤。在特定的频率范围内，以特定的频率步长扫频生成多个不同的测试频率。具体到本实施例中，在2.4-2.5Ghz范围内，以步长2Mhz进行扫频。

接下来执行步骤S522，计算反射系数步骤。针对微波发生器的不同天线分别采用不同的测试相位(具体相位差参看本说明书前面的描述)，基于扫频获取的多个测试频率输出相应的微波能量并监测其反射功率从而获取相应的反射系数。然后执行步骤S523，确定备选频率步骤，根据反射系数确定多个备选的测试频率。在本实施例中，确定并存储5个相对最优的反射系数计算结果所对应的测试频率。

接着就可以执行步骤S524，相位微调步骤。针对微波发生器的不同天线分别采用不同的测试相位并以多个备选的测试频率输出微波能量，在特定的相位范围内以特定步长针对每路天线的微波信号相位分别进行微调。具体到本实施例，以360度/通道数/10作为步长，以+/-2个步长为微调范围进行相位微调。然后执行步骤S525，针对相位微调得到的不同微波能量获取相应的反射系数。

最后执行步骤S520，根据反射系数确定进行微波加热的加热频率以及加热相位。在本实施例中，采用3个相对最优的反射系数计算结果所对应的加热相位从而获取3组加热频率/相位结果。接下来就可以执行步骤S540，加热步骤。根据步骤S520确定的加热频率和加热相位输出加热微波能量从而对待加热负载进行加热。

在本实施例中，在确定加热参数步骤中在不影响获取所述反射系数的前提下以小于满功率的功率(即在此过程中尽可能的减小输出功率，在本实施例中，设定每路天线的输出为20w)输出测试微波能量，这样就能尽可能的节约确定加热参数过程中的功率消耗从而减小整体的功率消耗。在步骤S540中，可以满功率输出微波能量以实现最快的加热，也可以根据加热需求采用特定功率输出。

进一步的，在步骤S522以及S525中，为了获取最理想的反射系数，针对同一测试频率和/或测试相位多次监测获取反射功率以获取多个反射系数，对多个反射系数进行加权平均以获取微波信号频率和/或相位对应的反射系数。具体的，本实施例采用重复监测10次取加权平均的方式。

本发明针对不同的待加热负载采用不同的加热频率和加热相位，从而尽可能的实现最优的加热效率。为了进一步的简化计算处理过程，本发明的方法还构造了负载特征数据库。

如图5所示，当步骤S520确定了微波信号频率和相位后，执行步骤S530，负载特征记录步骤，记录用于进行微波加热的加热频率和加热相位以及对应的待加热负载的相关加热特征。即将待加热负载的相关加热特征、进行微波加热的加热频率和加热相位以及上述数据间的对应关系存入负载特征数据库。

这样，才对新的待加热负载进行加热时，首先执行步骤S500，获取负载特征步骤，获取当前的待加热负载的相关特征。然后执行步骤S510，特征匹配，基于当前待加热负载的特征在负载特征数据库进行搜索从而判别在负载特征数据库是否有与之相匹配的记录。

如果在负载特征数据库保存有与当前待加热负载的特征相匹配的特征，则执行步骤S550，参数提取，直接提取相应的特征对应的加热频率和加热相位来对当前的待加热负载进行加热。这样就避免了加热参数的重复确定，大大减少了计算量。相较于现有技术，基于本发明的微波加热方法不仅减少了能耗，而且提高了加热效率。

基于本发明的方法，如图6所示，在本发明的一实施例中，微波加热装置构造有微波发生装置610、功率检测电路600、加热参数确定模块620、加热参数存储器630、特征识别器641以及参数提取器642。

微波发生装置610包含信号发生器、多个固态微波源以及多路天线，每个固态微波源对应连接一路天线，天线被安装在加热腔内，用于发射微波能量以实现对所述待加热负载的加热(微波发生装置610内的具体结构如图1所示，这里就不再赘述)。

加热参数确定模块620连接到微波发生装置610的信号发生器，微波发生装置610的信号发生器在加热参数确定模块620的控制下生成并输出多路具有相同/不同特定频率/相位的多路信号到微波发生装置610的多个固态微波源，微波发生装置610的固态微波源被构造成根据输入的信号输出相应的微波能量。

功率检测电路600安装在加热装置的加热腔内部，用于动态监测微波能量的反射功率以获取并输出相应的反射系数。加热参数确定模块620还与功率检测电路600相连，用于基于反射系数确定用于进行微波加热的加热频率和加热相位。

特征识别器641用于获取待加热负载的特征。加热参数存储器630与特征识别器641以及加热参数确定模块620相连，用于存储待加热负载的特征以及相应的用于进行微波加热的加热频率和加热相位。参数提取器642与特征识别器641、加热参数存储器630以及加热参数确定模块620相连，用于基于待加热负载的特征从加热参数存储器630提取相应的加热频率和加热相位并输出到加热参数确定模块620。

本发明实现了多个固态微波功率源的合成，以及多个微波源的定向加热，尤其以正交多臂螺旋平面天线实现多功率源的功率合成，避免了微波功率源相互影响，优化了加热效率。解决了微波功率源相互干扰，导致合成效率降低，及多个微波功率源的合成波束的控制等技术难题。相较于现有技术的微波加热装置，基于本发明的微波发生装置微波加热装置不仅减少了能耗，而且提高了加热效率。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种微波发生装置，包括：

信号发生器，其用于根据实际需求输出多路具有相同/不同相位的信号；

基于半导体固态器件构造的多个固态微波源，每个所述固态微波源与所述信号发生器相连以接收一路所述信号，所述固态微波源根据所述信号生成并输出相应的微波能量；

多路天线，其用于发射输出所述微波能量，每路所述天线与一个所述固态微波源相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生器包含脉冲调制器，所述脉冲调制器被构造成根据实际需求调节所述信号的脉宽和占空比以精确控制所述微波能量的功率。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生器包含移相器，所述移相器用于周期性改变所述信号发生器输出的所述信号的相位。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包含数控衰减器，所述数控衰减器连接在所述信号发生器与所述固态微波源之间，用来对所述信号进行衰减以控制所述固态微波源的输出，所述数控衰减器被构造成根据需要改变自身的衰减值。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包含多个独立的供电单元，每个所述供电单元对应一个所述固态微波源。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，以特定平面上的一点为中心起点在所述特定平面上沿螺旋向外发散的方式构造一路螺旋线，基于所述螺旋线的形状构造所述天线，所述天线的微波能量发射面处于同一平面上且拥有统一的发射方向。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述特定平面上以同一所述中心起点构造多路具有特定间距的所述螺旋线，基于多路所述螺旋线的形状以及相互位置关系构造多路所述天线，多路所述天线的长度相同且两端分别位于同一平面的两个圆上，多路所述天线的微波能量发射面处于同一平面上且拥有统一的发射方向。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号发生器被构造成输出多个具有不同相位的所述信号，其中，位置相邻的两路所述天线所对应的两个所述信号的相位正交。

9.一种微波加热装置，其特征在于，所述系统包含用于放置待加热负载的加热腔、微波发生装置、功率检测电路以及加热参数确定模块，其中：

所述微波发生装置包含信号发生器以及多个固态微波源，所述加热参数确定模块连接到所述信号发生器，所述信号发生器在所述加热参数确定模块控制下生成并输出多路具有相同/不同特定频率/相位的多路信号到多个所述固态微波源，所述固态微波源被构造成根据所述信号输出相应的微波能量；

所述微波发生装置还包含多路天线，每个所述固态微波源对应连接一路所述天线，所述天线被安装在所述加热腔内，用于发射微波能量以实现对所述待加热负载的加热；

所述功率检测电路被安装在所述加热腔内部，用于动态监测所述微波能量的反射功率以获取并输出相应的反射系数；

所述加热参数确定模块还与所述功率检测电路相连，用于基于所述反射系数确定用于进行微波加热的所述信号的频率和相位。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包含：

特征识别器，用于获取并输出所述待加热负载的特征；

加热参数存储器，其与所述特征识别器以及所述加热参数确定模块相连，用于存储所述待加热负载的特征以及相应的用于进行微波加热的所述信号的频率和相位；

参数提取器，其与所述特征识别器、所述加热参数存储器以及所述加热参数确定模块相连，用于基于所述待加热负载的特征从所述加热参数存储器提取相应的用于进行微波加热的所述信号的频率和相位并输出到所述加热参数确定模块。

11.一种微波加热方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

确定加热参数，针对第一待加热负载以不同的测试频率和测试相位输出相应的测试微波能量并监测所述测试微波能量的反射功率以获取相应的反射系数，根据所述反射系数确定进行微波加热的加热频率和加热相位；

加热，以所述加热频率和所述加热相位输出加热微波能量从而对所述第一待加热负载进行加热。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：

在所述确定加热参数步骤中，在不影响获取所述反射系数的前提下以小于满功率的功率输出所述测试微波能量；

在所述加热步骤中根据加热需求采用特定功率/满功率输出所述加热微波能量。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在确定加热参数步骤中：

在特定的频率范围内，以特定的频率步长扫频以生成多个所述测试频率；

针对微波发生器的不同天线分别采用不同的测试相位以分别以多个所述测试频率输出所述测试微波能量以获取相应的所述反射系数，根据所述反射系数确定多个备选的所述测试频率；

以多个备选的所述微波信号频率输出所述测试微波能量，在特定的相位范围内以特定步长针对每路所述天线的所述测试相位分别进行微调以获取相应的所述反射系数，根据所述反射系数确定所述加热频率和所述加热相位。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，针对同一所述测试频率和/或所述测试相位多次监测获取所述反射功率以获取多个所述反射系数，对所述多个反射系数进行加权平均以获取所述测试频率和/或所述测试相位对应的所述反射系数。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包含以下步骤：

负载特征记录，记录所述第一待加热负载的特征以及所述加热频率和所述加热相位；

特征匹配，对第二待加热负载进行特征识别以判断所述第二待加热负载与所述第一待加热负载的特征是否匹配；

参数提取，当所述第二待加热负载与所述第一待加热负载的特征匹配时直接采用所述加热频率和所述加热相位进行加热。