CN106123052A - 一种便携式固态微波炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用GaN微波功率源并采用分布式天线系统的便携式固态微波炉。一种便携式固态微波炉，包括炉体上盖，炉体以及炉体底座，所述炉体上盖（301）与炉体（303）活动配合连接，炉体底座（306）内置供电部件及GaN微波功率源（304），炉体底座上端面设有或从中引出与所述GaN微波功率源连接的1～n个微波同轴电缆输出接头（305），炉体内胆下方或其圆周设置分布式天线系统，所述分布式天线系统通过微波同轴电缆输出接头与炉体底座内的GaN微波功率源连接。本发明采用低电压工作的GaN微波功率源及分布式天线系统，体积小，重量轻，适合办公场所、户外、车载等不同场合使用，为微波炉向高效、节能、轻便、简化方向上的发展提供了基础。

Description

一种便携式固态微波炉

技术领域

本发明涉及一种便携式微波炉，尤其是涉及一种使用GaN（氮化镓）微波功率源并采用分布式天线系统的便携式固态微波炉。

背景技术

目前的家用微波炉是由磁控管产生微波，其结构如附图1所示，包括炉门101、炉腔102、波导管103、炉盖104、磁控管105、冷却风扇106、高压系统107及炉窗108、微波搅拌器109等部分构成。其中高压系统107是整个家用微波炉系统的核心，包括高压变压器、高压保险、高压电容、高压二极管、灯丝变压器等部分。高压系统107正常工作时，给磁控管105提供所需的4000V的脉动直流阳极电压和3-4V的灯丝电压，磁控管105发射微波并经过波导管103导向炉腔102，微波与炉腔102中的被加热物质发生作用起到快速加热的目的。

上述家用磁控管微波炉由于高压部分的存在，具有成本高、体积大、重量大及电压高等问题，而磁控管本身体积巨大、工作条件苛刻（需要高电压及冷却装置）、输出效率低、工作寿命短、制造难度大，限制了微波炉向高效、节能方向上的发展。市售的家用磁控管微波炉，炉腔102通常为矩形方腔，为使自波导管103导入的微波在炉腔102内分布均匀并生产谐振，使用微波搅拌器109旋转将微波反射到炉腔102，并且食物放置托盘下设置旋转机构，使食物在加热过程中旋转，达到均匀加热的目的。这类机构使得运动部件增多，设计与制造复杂。并且矩形炉腔内空间利用率不高，无法缩小体积，做成便携式微波炉。虽然有新式的平板式微波炉取消了底部的旋转托盘和微波搅拌器，但底部平板依然需要设置旋转的实体天线来将磁控管发射的微波尽量均匀的导入炉腔，同样需要复杂的运动部件。

目前产生微波的技术除了采用磁控管外，还有半导体器件能够产生微波。但目前基于半导体的微波技术主要应用在雷达与通信技术方面。用于雷达与通信方面的微波与用于加热的微波主要区别仅仅是频段的不同。微波加热应用规定的ISM（IndustrialScientific Medical工业、科学、医学）频段为915MHz及2450MHz。915MHz多用于工业微波加热，家用微波炉采用的是2450MHz的频率。通常半导体微波炉使用的微波功率源，都是采用源、放大原理。在实际使用的过程中多采用专用的微波产生器，如基于锁相环及压控振荡器来产生所需频率的微波。如图2所示，信号源201所产生的2450Mhz微波经过预放大模块202进行初次放大成为小功率微波信号，再经过功率分配模块203和平衡负载210后，进入1 路或是多路的二级LDMOS（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体）功率放大管204、209，得到大功率微波信号，经过功率合成器205及输出平衡负载208后，输出到微波炉工作腔体206中。功率检测模块207通常用于采用检波二极管检测电压驻波比来检测微波的反射功率，进行功率控制。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种结构简单、体积小、重量轻的便携式固态微波炉，克服了传统的磁控管式微波炉存在的体积大、成本高及高电压、设计与制造复杂等问题。

本发明所采用的技术方案：

一种便携式固态微波炉，包括炉体上盖（301），炉体（303）以及炉体底座（306），所述炉体上盖（301）与炉体（303）活动配合连接，所述炉体底座（306）内置供电部件及GaN微波功率源（304），炉体底座（306）上端面设有或从中引出与所述GaN微波功率源（304）连接的1～n个微波同轴电缆输出接头（305），炉体内胆下方或其圆周设置分布式天线系统，所述分布式天线系统通过微波同轴电缆输出接头（305）与炉体底座（306）内的GaN微波功率源（304）连接，n为自然数。

所述的便携式固态微波炉，分布式天线系统采用波导宽边缝隙天线，炉体内胆圆周均布1～n片圆弧波导（501），每片圆弧形波导（501）内侧分布有水平缝隙（502）及垂直缝隙（503），所述水平缝隙（502）及垂直缝隙（503）为正交分布，共同构成波导宽边缝天线，在每片圆弧形波导内部设有用于微波耦合的天线头（506）及用于与GaN微波功率源（304）对接的同轴电缆接头（504）。

所述的便携式固态微波炉，分布式天线系统采用1～n旋臂平面螺旋天线，天线平面由等角螺旋部分（601）和阿基米德螺旋（602）复合构成；所述平面螺旋天线（604）置于炉体内胆下方，平面螺旋天线（604）背部设有抛物型反射面（606），平面螺旋天线中部对应设有1～n个水滴型馈电点（603），所述水滴型馈电点向下通过阻抗变换器（605）与同轴电缆接头（607）相连。

所述的便携式固态微波炉，炉体（303）采用圆柱形炉体，炉体上盖（301）与炉体（303）铰接并设有固定搭扣（302），炉体内胆包括上内胆（318）与下内胆（319），上内胆（318）设置于炉体上盖（301）内，所述上内胆（318）与下内胆（319）共同形成圆柱形微波谐振工作腔体，炉体上盖（301）与炉体下内胆（319）的结合部分设有电磁铁装置（320），电磁铁装置（320）与固定搭扣（302）联动。

所述的便携式固态微波炉，圆柱形微波谐振工作腔体内径125mm-150mm，高度为225-250mm。

所述的便携式固态微波炉，炉体上盖（301）上端面设置有LCD显示屏或数码管（316）以及功能按键（315）；炉体上盖（301）内设有温度传感器（317）及IR温度单元，所述IR温度单元由红外热电堆感应器及信号调节芯片组合封装而成，输出数字信号供控制系统的MCU处理。

所述的便携式固态微波炉，炉体底座（306）内，GaN微波功率源（304）置于供电部件之上，供电部件由市电输入模块（408）、直流DC输出模块（413）组成，市电输入模块（408）通过直流DC输出模块（413）给GaN微波功率源（304）提供0-50V的工作电压以及提供控制系统所需的12V、5V、3.3V直流工作电压。

所述的便携式固态微波炉，供电部件包括充电器模块（412）、电池组（409）、充放电控制器（410）、太阳能电池板（411），供电部件通过电池组（409）给GaN微波功率源（304）提供0-50V的工作电压以及提供控制系统所需的12V、5V、3.3V直流工作电压。

本发明的有益效果：

1、本发明便携式固态微波炉，采用低电压工作的GaN（氮化镓）微波功率源及分布式天线系统，结构上减少了传统磁控管微波炉需要的高压及带有复杂运动部件，体积小，重量轻，适合办公场所、户外、车载等不同场合使用。克服了传统磁控管微波炉本身工作条件苛刻（需要高电压及冷却装置）、输出效率低、工作寿命短、制造难度大等问题，为微波炉向高效、节能、轻便、简化方向上的发展提供了基础。

2、本发明便携式固态微波炉，分布式天线系统采用四路波导缝隙天线单元，每路波导的功率及频率均可通过控制系统独立调节。缝隙天线中的缝隙采用正交分布排列，使得缝隙间的干扰减少，最大限度的保证了圆柱腔内的微波分布均匀。是一种效果良好的低成本分布线天线实现。

3、本发明便携式固态微波炉，分布式天线系统采用四旋臂平面螺旋天线，天线背腔中带抛物面板射板，可以为圆柱型加热腔中形成相匹配的微波场分布。四旋臂平面螺旋天线体积小，增益高，无任何运行部件。此实例通常用于总发射功率小于200W的情况下使用。

4、本发明便携式固态微波炉，锁紧电磁铁由控制系统通过检测固定搭扣302内部的微动开关来进行控制。当固定搭扣302合上，内部微动开关闭合，锁紧电磁铁将吸合，使得炉体上内胆318与炉体下内胆319紧密闭合，防止微波外泄。保障人体安全。

5、本发明便携式固态微波炉，结构简单，设计与制造简单，炉体内腔内空间利用率高，可以缩小微波炉体积，方便做成便携式微波炉。采用低电压供电的GaN（氮化镓）半导体功率放大器件构成微波功率源，可以采用内置电池供电或是外接直流电源工作，在特定情况下，甚至可以接入太阳能电池板供电工作。小功率微波信号经GaN（氮化镓）半导体功率放大管放大后，无需功率合成，分别采用1路或N路RF输出，可简化微波功率源结构，无需高成本的微波功率合成器。

附图说明

图1是现有磁控管微波炉结构示意图；

图2是现有LDMOS微波功率源示意图；

图3a为本发明便携式固态微波炉整体结构示意图；

图3b为本发明便携式固态微波炉底座结构示意图；

图3c为本发明便携式固态微波炉炉体上盖结构示意图；

图4a、图4b、图4c为本发明便携式固态微波炉分布式天线之一结构示意图；

图5a、图5b、图5c为本发明便携式固态微波炉分布式天线之二结构示意图；

图6为本发明便携式固态微波炉供电部件原理方框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图3 a、图3b、图3c，本发明便携式固态微波炉，包括炉体上盖301，炉体303以及炉体底座306，所述炉体上盖301与炉体303活动配合连接，所述炉体底座306内置供电部件及GaN微波功率源304，炉体底座306上端面设有或从中引出与所述GaN微波功率源304连接的1～n个微波同轴电缆输出接头305，炉体内胆下方或其圆周设置分布式天线系统，所述分布式天线系统通过微波同轴电缆输出接头305与炉体底座306内的GaN微波功率源304连接，所述n为自然数。

实施例2

参见图4a、图4b、图4c，本实施例的便携式固态微波炉，与实施例1的不同之处在于：所述的分布式天线系统（结构）采用波导宽边缝隙天线，炉体内胆505圆周（或图3a中下内胆319中下部圆周）均布1～n片圆弧波导501，每片圆弧形波导501内侧分布有水平缝隙502及垂直缝隙503，所述水平缝隙502及垂直缝隙503为正交分布，共同构成波导宽边缝天线，在每片圆弧形波导内部设有用于微波耦合的天线头506及用于与GaN微波功率源304对接的同轴电缆接头504。

实施例3

参见图5a、图5b、图5c，本实施例的便携式固态微波炉，与实施例1的不同之处在于：分布式天线系统采用1～n旋臂平面螺旋天线，天线平面由等角螺旋部分601和阿基米德螺旋602复合构成；所述平面螺旋天线604置于炉体内胆505（图4a，图3a中为下内胆319）下方，平面螺旋天线604背部设有抛物型反射面606，平面螺旋天线中部对应设有1～n个水滴型馈电点603，所述水滴型馈电点向下通过阻抗变换器605与同轴电缆接头607相连。

实施例4

参见图3 a、图3b，本实施例的便携式固态微波炉，与前述各实施例不同的是：炉体303采用圆柱形炉体，炉体上盖301与炉体303铰接并设有固定搭扣302，炉体内胆包括上内胆318与下内胆319，上内胆318设置于炉体上盖301内，所述上内胆318与下内胆319共同形成圆柱形微波谐振工作腔体，炉体上盖301与炉体下内胆319的结合部分设有电磁铁装置320，电磁铁装置320与固定搭扣302联动。

实施例5、实施例6

分别参见图3、图4或图3、图5和图6。此两个实施例的便携式固态微波炉，由炉体上盖301、炉体303（采用圆柱形炉及炉腔）、底座306等部件组成。固定搭扣302用于固定上盖301与炉体303。炉体303置于底座装置上。

底座装置内置电池、供电部件及GaN（氮化镓）微波功率源304。供电部件上有交流充电接口307用于充电及供电。GaN（氮化镓）微波功率源304上有1个或多个微波同轴电缆输出接头305。GaN微波功率源304 通过RF输出模块输出对接微波发射天线，大功率微波信号通过微波发射天线馈送到微波炉腔体，供加热食物使用。

炉体上内胆318与炉体下内胆319共同形成圆柱形微波谐振工作腔体（加热腔），可放置附带的工作餐盛放附件。优选炉腔内径125mm-150mm，优选炉腔高度为225-250mm。

炉体303上部与炉体下内胆319的结合部分设有电磁铁装置320，工作时锁紧上盖301与炉体下内胆319。电磁铁装置320与固定搭扣302联动，当302扣合时，微动开关接通，电磁铁装置320吸合，将炉体303上部与炉体下内胆319结合部分紧密吸合，防止微波外泄，保障使用人体安全。当302打开时，微动开关断开，电磁铁装置320释放，此时可以打开炉盖301，取出或是放置加热物品进入炉体下内胆319 。

锁紧电磁铁由控制系统通过检测固定搭扣302内部的微动开关来进行控制。当固定搭扣302合上，内部微动开关闭合，锁紧电磁铁将吸合，使得炉体上内胆318与炉体下内胆319紧密闭合，防止微波外泄。保障人体安全。

炉盖301外部设置显示加热时间及工作状态以及电池剩余电量等信息的LCD屏或是数码管316，另设有功能按键315，用于开盖、增加、减少、开始、停止等功能操作。

炉体上内胆318内侧设有温度传感器317及IR温度单元，所述IR温度单元由红外热电堆感应器及信号调节芯片组合封装而成，直接输出数字信号供控制系统的MCU处理。温度传感器在-40℃----+125℃范围内有0.5度的精度，直接输出数字信号给控制系统的MCU进行处理。

GaN（氮化镓）微波功率源304置于供电部件之上，供电部件结构见图6。供电部件由市电输入模块408、充电器模块412、直流DC输出模块413、电池组409、充放电控制器410、太阳能电池板411等部分线路成。市电输入模块408通过直流DC输出模块给GaN（氮化镓）微波功率源提供0-50V的工作电压以及给控制系统提供12V、5V、3.3V直流工作电压。市电输入模块408或是经过充电器模块412给电池组409供电，太阳能电池板411通过充放电控制器410也可以给电池组409供电，由电池组409给GaN（氮化镓）微波功率源提供0-50V的工作电压以及给控制系统411提供12V、5V、3.3V直流工作电压。

实施例5（图4）采用波导宽边缝隙天线，RF输出模块优选为四路输出。在炉体内胆505（图3a中为下内胆319）周边均分有四片圆弧波导501。在每片圆弧形波导内部有用于微波耦合的天线头506及用于与GaN（氮化镓）微波功率源304对接的同轴电缆接头504。

每片圆弧形波导501内侧分布有水平缝隙502及垂直缝隙503。502与503均为正交分布，共同构成波导宽边缝天线。

实施例6（图5）采用四旋臂平面螺旋天线，RF输出模块优选为四路输出。平面螺旋天线604置于在炉体内胆505（图3a中为下内胆319）底部，天线平面由等角螺旋部分601和阿基米德螺旋602复合构成。天线平面中部设有四个水滴型馈电点603，馈电点穿过背腔部分由阻抗变换器605与同轴接头607相连。在背腔内部设有抛物型反射面606。

控制系统通过调节VCO的可变电容值来调节本地振荡电路的工作频率在2450±50MHz 范围内，并控制供电部分向1至多路GaN（氮化镓）功率管提供0-50V工作电压，并通过工作电压的调节变化，控制GaN（氮化镓）功率管的输出功率。

Claims (8)

1.一种便携式固态微波炉，包括炉体上盖（301），炉体（303）以及炉体底座（306），所述炉体上盖（301）与炉体（303）活动配合连接，其特征在于：所述炉体底座（306）内置供电部件及GaN微波功率源（304），炉体底座（306）上端面设有或从中引出与所述GaN微波功率源（304）连接的1～n个微波同轴电缆输出接头（305），炉体内胆下方或其圆周设置分布式天线系统，所述分布式天线系统通过微波同轴电缆输出接头（305）与炉体底座（306）内的GaN微波功率源（304）连接，n为自然数。

2.根据权利要求1所述的便携式固态微波炉，其特征在于：分布式天线系统采用波导宽边缝隙天线，炉体内胆圆周均布1～n片圆弧波导（501），每片圆弧形波导（501）内侧分布有水平缝隙（502）及垂直缝隙（503），所述水平缝隙（502）及垂直缝隙（503）为正交分布，共同构成波导宽边缝天线，在每片圆弧形波导内部设有用于微波耦合的天线头（506）及用于与GaN微波功率源（304）对接的同轴电缆接头（504）。

3.根据权利要求1所述的便携式固态微波炉，其特征在于：分布式天线系统采用1～n旋臂平面螺旋天线，天线平面由等角螺旋部分（601）和阿基米德螺旋（602）复合构成；所述平面螺旋天线（604）置于炉体内胆下方，平面螺旋天线（604）背部设有抛物型反射面（606），平面螺旋天线中部对应设有1～n个水滴型馈电点（603），所述水滴型馈电点向下通过阻抗变换器（605）与同轴电缆接头（607）相连。

4.根据权利要求1、2或3所述的便携式固态微波炉，其特征在于：炉体（303）采用圆柱形炉体，炉体上盖（301）与炉体（303）铰接并设有固定搭扣（302），炉体内胆包括上内胆（318）与下内胆（319），上内胆（318）设置于炉体上盖（301）内，所述上内胆（318）与下内胆（319）共同形成圆柱形微波谐振工作腔体，炉体上盖（301）与炉体下内胆（319）的结合部分设有电磁铁装置（320），电磁铁装置（320）与固定搭扣（302）联动。

5.根据权利要求4所述的便携式固态微波炉，其特征在于：圆柱形微波谐振工作腔体内径125mm-150mm，高度为225-250mm。

6.根据权利要求1、2或3所述的便携式固态微波炉，其特征在于：炉体上盖（301）上端面设置有LCD显示屏或数码管（316）以及功能按键（315）；炉体上盖（301）内设有温度传感器（317）及IR温度单元，所述IR温度单元由红外热电堆感应器及信号调节芯片组合封装而成，输出数字信号供控制系统的MCU处理。

7.根据权利要求1、2或3所述的便携式固态微波炉，其特征在于：炉体底座（306）内，GaN微波功率源（304）置于供电部件之上，供电部件由市电输入模块（408）、直流DC输出模块（413）组成，市电输入模块（408）通过直流DC输出模块（413）给GaN微波功率源（304）提供0-50V的工作电压以及提供控制系统所需的12V、5V、3.3V直流工作电压。

8.根据权利要求7所述的便携式固态微波炉，其特征在于：所述供电部件包括充电器模块（412）、电池组（409）、充放电控制器（410）、太阳能电池板（411），供电部件通过电池组（409）给GaN微波功率源（304）提供0-50V的工作电压以及提供控制系统所需的12V、5V、3.3V直流工作电压。