CN108770107A - 一种用于柱状物体加热的微波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于柱状物体加热的微波装置。包括针式印刷天线、同轴馈电、底座、底座固件、屏蔽腔。可通过底座以及固定件将针式印刷天线固定在底座上，同时针式印刷天线通过插入到待加热的柱形物体中心进行加热，通过金属屏蔽腔来减少电磁波的泄露，且屏蔽腔上的通孔用来进行加热后的温度检测和气味释放。本发明是微波加热在工业中的应用，优点使具有高转换效率、加热均匀、便携、安全等良好的效果。

Description

一种用于柱状物体加热的微波装置
技术领域
本发明属于微波能应用领域，涉及一种用于柱状物体加热的微波装置。
背景技术
微波加热是微波能应用领域中较为常见的一种应用，由于其具有高加热效率以及高均匀性等特点，在食品加热、药材烘干、茶叶翻炒、路面除冰等方面获得了较多应用。只是在这些应用中，微波能量更多的是通过波导喇叭、金属偶极子等大尺寸天线辐射到开放空间或者是较大密闭金属容器中。当所要求的天线尺寸以及密闭空间缩小至一个微波工作波长以内时，天线会发生严重的失配导致能量无法有效辐射到密闭腔中。如何针对特殊待加热物体开发出一种小巧紧凑型的微波加热装置，确保微波能量能够通过相应的天线辐射到尺寸相对狭小的金属密闭空间中，以成为微波加热研究的一大难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于柱状物体加热的微波装置，在实现微波能量较高利用的同时，实现其加热效果的均匀性；且可根据不同的需求背景，定制化设计整个微波加热装置的尺寸，实现加热装置的小型化和低成本化。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于柱状物体加热的微波装置，包括针式印刷天线、同轴馈电、底座、底座固定件、屏蔽腔；所述针式印刷天线固定在底座上，并由同轴馈电进行微波馈电，且插入到柱状物体的中心；所述的底座固定件将针式印刷天线、底座固定在底座固定件内；所述的屏蔽腔罩在由针式印刷天线、底座、固定件以及柱状物组成的模块上。
进一步的，所述的针式印刷天线由印刷在基板上上的N(N≥3)个U型分支组成，每两个分支的线的宽度以及相互之间的间距由柱状物体的种类和直径决定；每两个U型分支线的长度由待加热柱状物体的长度以及种类来决定；针式印刷天线顶部为劈尖式，方便将针式印刷天线插入到柱状物体的中心；针式印刷天线的底座上开有通孔，用于螺丝钉将其固定在底座上。
进一步的，所述的底座包括活动块、螺纹孔以及螺丝钉，活动块可以通过螺丝钉插入螺纹孔固定针式印刷天线在底座上。
进一步的，所述的屏蔽腔上开有通气孔、两个沟槽以及螺丝钉，螺丝钉通过沟槽将屏蔽腔与其余部件固定在一起。
进一步的，同轴馈电可以通过螺丝钉插入螺纹孔中固定在底座上，且和针式印刷天线的馈电部分电接触。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)可以实现对柱形待加热物体的均匀加热。
(2)可以实现整个加热装置的小型化和便携化。
(3)可以保障加热装置的安全性。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的整体示意图
图2是本发明所设计的平面印刷天线结构示意图。
图3是针式印刷天线在2.40GHz-2.50GHz的反射系数S11曲线。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种用于柱状物体加热的微波装置包括针式印刷天线1、同轴馈电2、底座3、底座固定件4、屏蔽腔5。其特征在于：针式印刷天线1固定在底座3上，并由同轴馈电2进行馈电，底座固定件4将针式印刷天线1、底座3固定在底座固定件4内，将待加热柱形物体6沿针式印刷天线的劈尖端按插下去固定好，屏蔽腔5罩在由针式印刷天线1、底座3、固定件4以及柱形物体6组成的模块上。
进一步的，针式印刷天线1由N(N≥3)个U型分支构成，每两个分支的线的宽度以及相互之间的间距由待加热物质的种类决定；每两个U型分支线的长度由待加热柱形物体6的长度来决定；针式印刷天线1的底座上开有螺纹孔11，用于螺丝钉32的固定。
进一步的，所述的底座3包括活动块33、螺纹孔31以及螺丝钉32，活动块33可以通过螺丝钉34插入螺纹孔31将插在底座3上的针式印刷天线1固定住，方便同轴馈电2对针式印刷天线进行稳定馈电。
进一步的，所述的屏蔽腔5上开有通气孔54、两个沟槽53以及螺丝钉52，螺丝钉52通过沟槽53将屏蔽腔5与其余部件固定在一起，一方面，将加热的针式印刷天线1与柱形物体6罩起来，防止电磁波的泄露，另一方面，屏蔽腔上开孔，实现对加热温度的实时监控，还可以作为通风孔，有利于气味等散出。
进一步的，所述的同轴馈电2可以通过螺丝钉32插入螺纹孔31中固定在底座3上，且和针式印刷天线1的馈电部分接触，用于馈电，且馈入微波功率的大小，可根据实际所需的加热效果来进行设定。
为了进一步说明上述方案的可实施性，下面给出一个具体的设计实例。一种用于柱状物体加热的微波装置，设计的针式印刷天线工作在2.4GHz～2.5GHz。使用的介质基片的厚度为0.508mm,介电常数为3.66的Rogers 5880。整个基板的尺寸为：14mm*6mm*0.508mm,其中劈尖处的倒角长度为3mm；基板上的印刷天线，U型金属条带的数目为4，每个U型金属条带的线宽均为0.4mm,每个U型金属条带内部的间隙分别为0.4mm,相邻两个金属条带之间的间距均为0.4mm、0.3mm、0.4mm；金属屏蔽腔的直径为8mm，高度为27mm,侧壁上通风孔的直径为1.4mm,柱状物体的直径为7mm，相对介电常数为1.9，损耗角正切为0.07。在整个工作频段2.4GHz～2.45GHz内的S11均小于-10dB。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于柱状物体加热的微波装置，包括平面印刷天线(1)、同轴馈电(2)、金属底座(3)、底座固定件(4)、金属屏蔽腔(5)、柱状待加热物体(6)；其特征在于：所述的平面印刷天线(1)固定在金属底座(3)上，并由同轴馈电(2)进行微波馈电，且由下而上地插入到柱状待加热物体(6)内部；；所述的金属底座(3)固定在底座固定件(4)上，确保金属底座(3)与平面印刷天线(1)在柱状待加热物体(6)插入时不发生左右晃动；所述的金属屏蔽腔(5)罩住平面印刷天线(1)以及柱状待加热物体(6)，并与底座(3)以及底座固定件(4)一起形成电磁密闭腔，确保通过平面印刷天线(1)所辐射出来的微波不会泄露到电磁密闭腔外。
2.根据权利要求1所述的一种用于柱状物体加热的微波装置，其特征在于：平面印刷天线(1)由印刷在耐高温基板(12)上的N(N≥2)个U型分支线(13)以及类共面波导馈电线段(14)组成，每个U型分支线(13)的宽度以及相互之间的间距由柱状待加热物体的等效电磁参数以及截面积决定；每个U型分支线(13)的长度略小于柱状待加热物体(6)的长度；平面印刷天线(1)顶部加工成劈尖式，方便由下而上地快速插入到柱状待加热物体(6)内部；所述的类共面波导馈电线段(14)包括中部与N个U型分支线中的其中一个U型分支线直接相连的直微带线段(15)以及位于直微带线段(15)两侧的接地面(16)；调节直微带线段(15)以及接地面(16)的缝隙间距改变类共面波导馈电线段(14)的特性阻抗，进而实现微波有效的馈入到平面印刷天线(1)上。
3.根据权利要求1所述的用于柱状物体加热的微波装置，其特征在于：所述的屏蔽腔(5)的侧壁开有M个(M≥2)检测通孔(51)用于柱状待加热物体的温度、湿度参数的实时监控；屏蔽腔(5)的上方开有网状的通气孔方便柱状待加热物体的排气；屏蔽腔(5)的下方开有两个沟槽(53)；通过插入到沟槽(53)的螺丝钉(52)将屏蔽腔(5)与底座(3)以及底座固定件(4)紧密固定在一起。
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