CN105392227A - 一种采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉 - Google Patents

一种采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉 Download PDF

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Abstract

该发明属于一种食物烹饪用微波炉，包括壳体，设于壳体内的底部为绝缘介质板的加热腔，含微波磁控管及由垂直波导管与带波导出口的水平矩形波导管组合而成的“L”形馈能波导管、设于波导出口与加热腔底板之间的圆极化螺旋天线及微波反射器、电源、风扇、电路板在内的电器箱，设于壳体正面的炉门、带电路控制按键或旋纽的面板。该发明采用螺旋线作为天线辐射器，向炉腔内辐射旋转速率为微波源工作频率的超高速旋转的圆柱形极化波，有效提高了微波辐射及被加热物受热的均匀性，省去了传统微波炉所需的电机载物转盘或搅拌叶片等旋转部件，因而具有微波炉的结构简单、炉体重量轻，微波辐射及被加热物受热均匀，使用寿命长，以及生产成本低等特点。

Description

一种采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉
技术领域
本发明属于食物烹饪用微波炉，特别是一种采用圆极化性质的螺旋天线作为辐射器、以辐射高速旋转电磁波(其旋转速率与微波源的工作频率相同)，使加热(谐振)腔中微波辐射及被加热物受热均匀的微波炉，该微波炉当微波的工作频率为2450MHz时，微波的旋转速率为2.45×109r/sec(即转速为1470×108rpm的超高速旋转)。
背景技术
微波炉发明至今已近70年了，传统微波炉均包括壳体，设于壳体内的微波加热(谐振)腔及与微波加热腔隔离设置的含微波磁控管(微波发生器)及其馈能波导、开关电源(或变压器)、冷却用风扇、控制电路板在内的电器箱，设于壳体正面的炉门、电路控制面板；其微波功率的馈送通常有以下几种方式，其一.转盘式微波炉：此类微波炉是从微波炉腔内一个侧壁(通常为右侧)适当位置上开一矩形窗口，该窗口与磁控管(微波源)的馈能波导连接，工作时产生一个垂直的线极化场，并直接向炉腔内辐射电场方向固定不变的微波(功率)，同时在炉腔底部安放一个可旋转的绝缘介质盘(如玻璃盘或微晶玻璃盘)，以提高位(置)于其上的被加热物受热的均匀性，多年前人们普遍使用的家用微波炉即为此类转盘式微波炉，此类微波炉虽然在一定程度解决了加热(受热)均匀性问题，但却存在结构复杂、炉体重，以及被加热物由于加热温度呈周期变化，整体(特别是固态物)受热仍欠均匀；其二.平板式微波炉：此类微波炉馈能波导位于炉腔的底部或底部和顶部，直接在波导管宽边顶面开设窗口，并在馈孔(方形孔)中心安装一根绝缘介质轴，轴的顶端安置一个形状不对称的金属叶片，在轴的底部(波导管外)安装一个慢速旋转电机，通过转轴带动顶部叶片旋转，构成了所谓的“模式搅拌器”，微波功率从窗口经搅拌片搅动后向炉腔内辐射，以期望达到炉腔内辐射及被加热物受热均匀的目的；此外，另一种平板式微波炉是在上述结构的基础上，将模式搅拌器中的转轴换成金属轴，与金属叶片一起形成了一种有源天线，微波功率直接从天线叶片上向炉腔内辐射。公告号为CN204574146U、发明名称为《微波炉》的专利文献所公开的即属于此类平板式微波炉，该微波炉设置了第一、第二两个微波搅拌装置并分设于炉腔(容纳腔)的底部及顶部，以使炉腔内的微波分布更均匀，但该微波炉却存在结构复杂、生产成本高等弊病；而公告号为CN204648356U、发明名称为《微波炉》的专利文献，则针对上述专利技术结构复杂等弊病，在其基础上改进设计的一种微波炉，该微波炉将波导管设置于箱体的外侧，将多个磁控管设于同一波导管上、搅拌电机亦设于该波导管上并将其主轴置于波导管内侧，主轴上连接有搅拌叶片，该微波炉通过采用多个磁控管共用一个波导管及一个搅拌电机的方式，以降低生产成本、克服前一专利技术生产成本高的缺陷，但由于多个磁控管设于同一波导内且“每个分支内的微波从同一微波出口进入通孔内，最后进入微波炉箱体内部”，这种各分支的微波从同一微波出口进入通孔内却存在微波相互干扰、影响其功率输出的难以克服的弊端；此外，上述传统微波炉还存在需采用电动机并设置叶片搅拌器或(载物)转盘这类较复杂的转动系统，以及由于采用的是慢速旋转电动机或带减速机构的电动机传动系统，搅拌叶片的转速有限，微波辐射及被加热物受热仍不均匀等问题。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉，以达到简化微波炉的结构、炉体重量轻，微波辐射及被加热物受热均匀，延长其使用寿命，以及降低生产成本等目的。
本发明微波炉的解决方案是采用圆极化特性的螺旋天线作为微波辐射器，将其设于波导出口及炉腔的外底部，并与磁控管及由垂直波导管和带波导出口的水平波导管组成的“L”形波导管、微波反射器配合，通过设于波导出口的螺旋天线以轴向辐射模式向上部加热腔(炉腔)内直接辐射高速旋转的微波(电磁波)，以取代传统平板微波炉中需设置对磁控管产生(发出)的微波进行搅动的电动机及叶片等搅拌机构、以及波导喷口设于侧面的转盘式微波炉所必需的载物转盘及其传动系统，从而克服传统转盘式及平板式微波炉结构复杂、炉体重，微波辐射及被加热物受热不均匀等问题。因而本发明采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉包括微波炉壳体，设于壳体内的加热腔及与加热腔隔离设置的含微波磁控管及其馈能波导管、电源、风扇、电路板在内的电器箱，设于壳体正面的炉门、带电路控制按键或旋纽的面板，关键在于在波导出口处还设有圆极化螺旋天线及微波反射器，而馈能波导管则为由垂直波导管与带波导出口的水平矩形波导管组合而成的“L”形馈能波导管，加热腔的底板为绝缘介质板；微波磁控管紧固于垂直波导管的上部、其输出天线头则置于该处的波导管内，波导出口设于水平矩形波导管的顶部，微波反射器的下口部与波导管出口固定、而上口部则与微波加热腔底板的外表面固定，波导管出口和微波反射器的中心线均位于微波加热腔的中心线上，圆极化螺旋天线的上端则置于微波加热腔底板的外表面上并通过设于该螺旋天线下端的杆体垂直紧固于正对波导管出口的矩形波导管底部内壁上，微波加热腔底部的绝缘介质板与加热腔内四侧的金属(壁)板紧固密封连接。
所述圆极化螺旋天线及微波反射器，其中圆极化螺旋天线为等直径的圆柱形螺旋天线，并满足D/λ＝0.25～0.46这一条件，以形成轴向辐射模式，式中：D为圆柱形螺旋天线的大径、λ为工作微波的波长，而设于该螺旋天线下端的杆体直径与螺旋天线线体的直径相同、其高度则与水平矩形波导管上、下内壁之间的距离(高度)相等，所述微波反射器为喇叭形、球面或抛物面反射器。所述加热腔的底板为绝缘介质板，其材质为玻璃板、微晶玻璃板或陶瓷板。所述“L”形馈能波导管中垂直波导管和水平矩形波导管前、后内壁之间的距离(即深度)均相等，所述垂直波导管包括上部与微波磁控管连接的(微波)激励段、中部过渡波导段和下部矩形波导段，其中：(微波)激励段的纵、横截面均为矩形，而中部的过渡波导段的纵截面为倒直角梯形、横截面为矩形，下部矩形波导段左、右内壁之间的距离与(微波)激励段左、右内壁之间的距离之比为1﹕2.0-3.0。所述带波导出口的水平矩形波导管的内管底面上还设有一凸起的半球体金属匹配器，该水平矩形波导管上、下内壁之间的距离(高度)与垂直波导管下部矩形波导段左、右内壁之间的距离均相等。
本发明由于采用圆极化性质的螺旋线作为天线辐射器，向炉腔内辐射微波功率，辐射的是圆极化波，其旋转速率即为微波源的工作频率，亦即当频率f＝2450MHz时、微波的旋速率为2.45×109r/sec，相当于1470×108rpm的超高速旋波，因而有效提高了微波辐射及被加热物受热的均匀性；加之本发明省去了慢速旋转电机及载物转盘或搅拌叶片、或有源天线等动力及旋转部件，因而，本发明具有微波炉的结构简单、炉体重量轻，微波辐射及被加热物受热均匀，使用寿命长，以及生产成本低等特点。
附图说明
图1为本发采用圆极化螺旋天线作为辐射器微波炉的结构示意图(剖视图)；
图2为具体实施方式HFSS电磁仿真效果图。
图中：1.壳体，2.炉门，3.加热腔、3-1.加热腔底板，4.电器箱，5.磁控管，6.“L”形波导管、6-1.(微波)激励段、6-2.过渡波导段、6-3.(垂直波导管)下部矩形波导段、6-4.(带波导出口的)水平矩形波导管、6-5.半球体金属匹配器，7.微波反射器，8.圆极化螺旋天线、8-1.(螺旋天线)杆体，9.电路板，10.电源，11.风扇，12.面板、12-1.电路控制旋纽(或按键)。
具体实施方式
本实施方式以额定输入功率1200W(输出功率750W)、微波工作频率2450MHz的家用微波炉为例：壳体1.尺寸(高×宽×深)295×460×395mm、加热腔3.尺寸(高×宽×深)200×320×320mm、加热腔底板3-1本实施方式采用微晶玻璃板，板体(长×宽×厚)320×320×5mm，磁控管5.型号2M219、工作频率F＝2450MHz，“L”形波导管6中的垂直波导管总高为185mm，其中：(微波)激励段6-1为内腔的纵向高70mm、横向宽40mm、深80mm的矩形波导管，过渡波导段6-2内上底面与(微波)激励段6-1横截面相同、而下底面则与(垂直波导管)下部矩形波导段6-3的横截面相同、高为75mm过渡波导段，下部矩形波导段6-3的横截面(宽×深)15×80mm、高42mm的矩形波导段，(带波导出口的)水平矩形波导管6-4为(高×宽×深)15×200×80mm的矩形波导管，管中所设半球体金属匹配器6-5与(螺旋天线)杆体8-1的中心距100mm、球体半径R15mm、凸出波导管内底面10mm；微波反射器7本实施方式采用喇叭形反射器，其下口部的孔径φ1＝50mm、上口部的孔径φ2＝220mm、轴向高20mm；圆极化螺旋天线8的平均大径(螺旋线中心距)D＝φ40mm，螺旋线的直径(小径)φ1.5mm、螺距t＝5mm、圈数n＝4，(螺旋天线)杆体8-1高15mm、直径φ1.5mm；电源10本实施方式采用开关电源。
附图2即为本实施方式微波炉加载时的HFSS电磁仿真效果图；图中可看出玻璃杯水中的电场分布的均匀性。

Claims (5)

1.一种采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉，包括微波炉壳体，设于壳体内的加热腔及与加热腔隔离设置的含微波磁控管及其馈能波导管、电源、风扇、电路板在内的电器箱，设于壳体正面的炉门、带电路控制按键或旋纽的面板，其特征在于在波导出口处还设有圆极化螺旋天线及微波反射器，而馈能波导管则为由垂直波导管与带波导出口的水平矩形波导管组合而成的“L”形馈能波导管，加热腔的底板为绝缘介质板；微波磁控管紧固于垂直波导管的上部、其输出天线头则置于该处的波导管内，波导管出口设于水平矩形波导管的顶部，微波反射器的下口部与波导管出口固定、而上口部则与微波加热腔底板的外表面固定，波导出口和微波反射器的中心线均位于微波加热腔的中心线上，圆极化螺旋天线的上端则置于微波加热腔底板的外表面上并通过设于该螺旋天线下端的杆体垂直紧固于正对波导管出口的矩形波导管底部内壁上，微波加热腔底部的绝缘介质板与加热腔内四侧的金属板紧固密封连接。
2.按权利要求1所述采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉，其特征在于所述圆极化螺旋天线及微波反射器，其中圆极化螺旋天线为等直径的圆柱形螺旋天线，并满足D/λ＝0.25～0.46这一条件，以形成轴向辐射模式，式中：D为圆柱形螺旋天线的大径、λ为工作微波的波长，而设于该螺旋天线下端的杆体直径与螺旋天线线体的直径相同、其高度则与水平矩形波导管上、下内壁之间的距离相等，所述微波反射器为喇叭形、球面或抛物面反射器。
3.按权利要求1所述采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉，其特征在于所述加热腔的底板为绝缘介质板，其材质为玻璃板、微晶玻璃板或陶瓷板。
4.按权利要求1所述采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉，其特征在于所述“L”形馈能波导管中垂直波导管和水平矩形波导管前、后内壁之间的距离均相等，所述垂直波导管包括上部与微波磁控管连接的微波激励段、中部过渡波导段和下部矩形波导段，其中：微波激励段的纵、横截面均为矩形，而中部的过渡波导段的纵截面为倒直角梯形、横截面为矩形，下部矩形波导段左、右内壁之间的距离与微波激励段左、右内壁之间的距离之比为1﹕2.0-3.0。
5.按权利要求1所述采用圆极化螺旋天线作为辐射器的微波炉，其特征在于所述带波导出口的水平矩形波导管的内管底面上还设有一凸起的半球体金属匹配器，该水平矩形波导管上、下内壁之间的距离与垂直波导管下部矩形波导段左、右内壁之间的距离均相等。
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