CN105655724B - 面向复合材料微波固化的微波天线阵 - Google Patents
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Abstract
一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，它包括波导单元和微波天线阵单元，其特征是所述微波天线阵单元为缝隙状单元、杆状单元或旋转单元中的一种或几种的组合；天线阵单元规则或不规则排布在矩形波导一侧宽壁或窄壁上。本发明能实现同时多束微波辐射入腔体，分布更为均匀；辐射功率和方向可调，能够满足不同均匀性要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料固化技术，尤其是一种微波固化技术，具体地说是一种面向复合材料微波固化的微波天线阵。
背景技术
微波具有加热速度快、温度易于控制、能耗低、选择性加热、能够对大型并且较厚的复杂结构件进行加热等优点，已在工业领域和生活领域得到广泛地应用。
现有微波加热装置大多通过少数波导口向加热腔内辐射微波，由于腔体中的微波场分布与微波输入腔体的方式和部位直接相关，导致微波场在腔体中分布不均匀，正是这种不均匀性使得微波能的实际应用受到很大限制。虽然转盘和模式搅拌器可将微波束打散，但仍存在本质缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有复合材料微波固化装置中微波场分布不均匀的问题，设计一种面向复合材料微波固化的微波天线阵。
本发明的技术方案是：
一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，包括波导单元和微波天线阵单元，其特征在于：所述天线阵单元可为缝隙状单元、杆状单元或旋转单元;缝隙天线单元规则或不规则排布在矩形波导一侧宽壁上，宽壁为嵌套结构，宽壁嵌套结构内层壁面可紧贴在外层壁面后方沿波导长边方向往复移动，遮挡或打开宽壁外层壁面的缝隙轮廓；内层壁面具有与外层壁面不同的缝隙单元排布方式；杆状单元规则或不规则排布在矩形波导一侧宽壁或窄壁上，包括天线杆体和天线底杆，底杆通过刚性连接与同轴电缆相连；旋转单元规则或不规则排布在矩形波导一侧宽壁或窄壁上，所述旋转单元包括天线片、天线轴、天线支架、电机轴和微波屏蔽结构，天线轴顶端固定天线片，底端与电机轴通过天线支架相连接。
所述微波天线阵所使用的微波频率范围为：10MHz~300 GHz，优选900MHz~6GHz。
所述缝隙单元为多边形缝隙，至少为四边形，在缝隙相邻两边交界处可采用圆弧过渡，也可不采用圆弧过渡，缝隙优选为矩形缝隙或圆形端头缝隙，其长度为波导中微波工作波长λ的1/2或1/4；
所述缝隙单元排布在矩形波导一侧宽边上，缝隙轮廓的长边可垂直于波导宽边，也可平行于波导宽边，或者采取一个在此之间的位置，相邻缝隙一般交替分布在波导宽壁中线两侧，彼此中心点相距至少λ/2长度。
所述杆状单元杆体部分位于波导外部；底杆部分位于腔体壁面以内；杆状单元之间相距波导中微波工作波长的1/2或1/4；排列方式按照六边形或八边形形式排列，每组单元分布在六边形或八边形形状的交点处，多边形之间共用一个边，依次排开，若为六边形则中心点放置一个杆状单元，若为八边形则中心点放置至少两个杆状单元，多边形的边长为微波波长的1/2。
所述旋转单元的天线轴底端与电机轴顶端采用柔性非金属方式连接，电机轴底端伸出波导与电机相连，其转速可调，调节范围在0至300r/min之间；旋转单元天线之间距离至少为一个微波波长；具有不对称结构。
所述旋转单元中电机轴底部与波导壁相交处设有微波屏蔽结构，为一种同心金属网格圆柱，高度至少为一个波长。
本发明的有益效果：
本发明能实现同时多束微波辐射入腔体，分布更为均匀；辐射功率和方向可调，能够满足不同均匀性要求。
附图说明
图1是本发明的缝隙状天线嵌套结构示意图。
图2是本发明缝隙状天线单元结构示意图。
图3是本发明的杆状天线单元结构示意图。
图4是本发明的旋转天线单元结构示意图。
图中：1-外层矩形波导、2-内层矩形波导、3-相交缝隙轮廓、4-矩形波导管、5-缝隙状天线单元、6-天线杆体、7-天线底杆、8-同轴电缆、9-天线片、10-天线轴、11-天线支架、12-电机轴、13-微波屏蔽结构、14-电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示。
一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，包括波导单元和微波天线阵单元，微波天线阵单元采用缝隙状单元的嵌套结构，由外层波导1和内层波导2组成，内外层波导壁上均开有裂缝，其中内层波导壁面可紧贴在外层壁面后方沿波导长边往复移动；在移动过程中，由于内外层波导壁面上的缝隙排布差异形成的相交缝隙轮廓3会被遮挡或打开，相交处的缝隙也会随之变化；根据实际使用要求，及时改变相交缝隙轮廓的形状，可动态调整微波辐射的均匀性。
实施例二。
如图2所示。
一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，包括波导部分和微波天线阵单元，微波天线阵单元采用缝隙天线单元，由矩形波导4和缝隙天线5组成，其中缝隙天线单元可规则或不规则排布在波导壁上，缝隙轮廓的长边可垂直于波导宽边，也可平行于波导宽边，或者采取一个在此之间的位置，相邻缝隙一般交替分布在波导宽壁中线两侧，彼此中心点相距至少λ/2长度。
实施例三。
如图3所示。
一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，包括波导和微波天线阵单元，微波天线阵单元采用杆状天线单元，它由天线杆体6、天线底杆7和同轴电缆8组成。其中，天线单元杆体部分位于波导外部，底杆部分位于腔体壁面以内，天线底杆起支撑固定以及连接天线杆体和同轴电缆的作用。
杆状天线单元按照六边形方式排布，六边形的各顶点和中心处分别分布一个杆状天线单元，各天线单元之间相距波导中微波工作波长的1/2或1/4。（若为八边形则中心点放置至少两个杆状单元，多边形的边长为微波波长的1/2。）六边形依次排开，相邻两个六边形共用一条边上的两个天线单元。
实施例四。
如图4所示。
一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，包括波导单元和微波天线阵单元，微波天线阵单元采用旋转天线单元，旋转天线单元由天线片9、天线轴10、天线支架11、电机轴12、微波屏蔽结构13和电机14组成，天线轴顶端采用螺纹连接方式固定天线片，底端通过天线支架与电机轴相连。天线支架起辅助支撑作用，使用不吸波的耐高温材料制作。天线轴与电机轴采用陶瓷相连，电机轴底端伸出波导与电机相连，其转速可在0至300r/min之间调节，以适应不同均匀性要求。天线片可采用非对称结构，相邻旋转天线单元之间相距至少一个微波波长。为防止微波泄漏，在电机轴底部与波导壁相交处设有微波屏蔽结构，该结构为一种同心圆柱型金属网格，高度至少为一个波长。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种面向复合材料微波固化的微波天线阵，它包括矩形波导单元和微波天线阵单元，所述微波天线阵单元为以下之一：（1）缝隙状单元；（2）缝隙状单元和杆状单元的组合；（3）缝隙状单元和旋转单元的组合；（4）缝隙状单元、杆状单元和旋转单元的组合；微波天线阵单元规则或不规则排布在矩形波导单元一侧宽壁或窄壁上，其特征是所述缝隙状单元为嵌套结构，嵌套结构内层壁面紧贴在外层壁面后方沿波导长边方向移动，内层壁面具有与外层壁面不同的缝隙单元排布方式；所述缝隙单元为四边以上的多边形缝隙，在缝隙相邻两边交界处采用圆弧过渡或不采用圆弧过渡，缝隙为矩形缝隙或圆形端头缝隙，其长度为波导中微波工作波长λ的1/2或1/4；缝隙单元排布在矩形波导一侧宽边或窄边上，缝隙轮廓的长边垂直于波导边或平行于波导边，或者采取一个在此之间的位置，相邻缝隙交替分布在波导宽壁或窄壁中线两侧，彼此中心点相距至少λ/2长度。
2.根据权利要求1所述的面向复合材料微波固化的微波天线阵，其特征是所述杆状单元包括天线杆体和耦合底杆，底杆插入波导内。
3.根据权利要求1所述的面向复合材料微波固化的微波天线阵，其特征是所述旋转单元的天线轴底端与电机轴顶端采用非金属连接，电机轴底端伸出波导与电机相连，旋转单元中电机轴底部与波导壁相交处设有金属网屏蔽微波；所述旋转单元在辐射微波的同时按一定转速旋转天线，不同旋转天线的转速相同或不同。
4.根据权利要求1-3任一所述的面向复合材料微波固化的微波天线阵，其特征是所述微波天线阵所使用的微波频率范围为：10MHz~300 GHz。
5.根据权利要求4所述的面向复合材料微波固化的微波天线阵，其特征是所述微波天线阵所使用的微波频率范围为900MHz~6GHz。
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