CN109417838A - 微波馈送系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于微波炉或用于具有微波加热功能的炉的微波馈送系统(10)，其中，该微波馈送系统(10)包括磁控管(12)、矩形波导(14)、以及圆柱形空腔(18)，该圆柱形空腔(18)连接至或可连接至炉腔(20)上，可旋转全向天线(22)被安排在该圆柱形空腔(18)内部，该全向天线(22)由天线电机(24)驱动，该全向天线(22)通过由导电材料制成的轴(30)连接至该天线电机(24)，内腔(26)被安排在该圆柱形空腔(18)内部，该内腔(26)被安排成与该圆柱形空腔(18)同轴，该内腔(26)至少部分地围住该轴(30)，并且该内腔(26)与该轴(30)彼此同轴安排，其特征在于，该磁控管(12)、该矩形波导(14)、以及该圆柱形空腔(18)串联连接，其中该微波馈送系统(10)提供用于该炉腔(20)的椭圆极化的TEM电磁波，并且其中该全向天线(22)充当连续移相器，并且其中该圆柱形空腔(18)的内径在被引导至所述圆柱形空腔(18)内的微波波长的0.75倍到三倍之间。

Description

微波馈送系统
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种用于微波炉或用于具有微波加热功能的炉的微波馈送系统。进一步地，本发明涉及一种微波炉或具有微波加热功能的炉。
目前的微波馈送系统提供的功率效率不大于约55％，因为磁控管输送的大量功率由于反射现象和加热所述磁控管的外部主体而损失。
图3展示了根据现有技术的微波馈送系统的实例的示意性截面侧视图。微波馈送系统10包括磁控管12、矩形波导14、切比雪夫(Chebyshev)波导变换器16、以及圆柱形空腔18。波搅拌器34被安排在圆柱形空腔18的内部。波搅拌器34由电机24驱动、并且经由搅拌器轴36连接至所述电机24。所述搅拌器轴36由介电材料制成。
图4展示了根据现有技术的、用于微波炉的微波馈送系统10的示意性截面顶视图。波搅拌器34包括四个搅拌器叶片。波搅拌器34改变电磁波的相位，但这不足以改善微波分布，因为磁控管12的天线定位点与炉腔20之间的阻抗变化较大。这导致功耗效率不大于50％至55％。波搅拌器34的叶片将一部分微波能量反射回磁控管12的天线，使得所述磁控管12的外部主体被加热。现有技术的微波馈送系统10仅产生线性极化的TE电磁波和TM电磁波，从而在炉腔20中产生驻波图。唯一的相变是通过旋转波搅拌器34获得的，但这基本上没有改善炉腔20和载荷中的功率分布。
US 5,204,503披露了一种微波炉，其中，微波馈送系统包括磁控管、矩形波导、以及圆柱形空腔。可旋转天线与内腔被安排在圆柱形空腔内部。波导水平地延伸。圆柱形空腔被安排在所述波导下方。
FR 2 410 414 A1披露了一种微波炉，其中，微波馈送系统包括磁控管、矩形波导、以及圆柱形空腔。可旋转天线被安排在圆柱形空腔内部。波导水平地延伸。可旋转天线被安排在所述波导上方。
本发明的目的是提供一种用于微波炉的微波馈送系统，该系统优化了从磁控管到炉腔的功率传递。
该目的是通过根据权利要求1所述的微波馈送系统来实现的。
根据本发明，该磁控管、该矩形波导、以及该圆柱形空腔串联连接，其中该微波馈送系统提供用于该炉腔的椭圆极化的TEM电磁波，并且其中该全向天线充当连续移相器，并且其中该圆柱形空腔的内径在被引导至所述圆柱形空腔内的微波波长的0.75倍到三倍之间。
本发明的核心是一方面该圆柱形空腔、该内腔、以及该轴彼此同轴安排，另一方面该磁控管、该矩形波导、以及该圆柱形空腔串联连接。通过椭圆极化的电磁波，微波馈送系统增加了向炉腔的能量传递。炉腔中以及所述炉腔的载荷中的电磁场功率的均匀度和密度显著提高。被载荷吸收的实际功率相对于由磁控管传送的微波功率的效率大于80％。被载荷吸收的实际功率相对于主电源的效率约为60％。因此，降低了功耗。
优选地，切比雪夫波导变换器互连在矩形波导与圆柱形空腔之间。
具体地，该全向天线是四级天线并且包括四个叶片。
例如，该全向天线的叶片在一个平面内延伸。
进一步地，该全向天线的叶片所在的平面可以平行于矩形波导的纵向轴线延伸。
此外，该全向天线的叶片所在的平面可以垂直于所述全向天线的旋转轴线延伸。
优选地，该全向天线和该轴形成为单件式零件。
例如，该全向天线和/或该轴由金属、具体是不锈钢或铝制成。
优选地，该圆柱形空腔的内径在被引导至所述圆柱形空腔内的微波波长的1.5倍到两倍之间。
进一步地，该全向天线的旋转轴线可以对应于该圆柱形空腔的对称轴线。因此，该全向天线在圆柱形空腔的中心。这使得微波馈送系统的输出级对称。
具体地，该内腔形成为圆柱筒，其中优选地，该内腔的内径在被所述内腔围住的轴的直径的1.1倍到五倍之间、具体地在二倍到四倍之间。在此情况下，内腔的形状与圆柱形空腔相同。这有助于微波馈送系统的输出级对称。
此外，微波馈送系统可以包括安排在天线电机与圆柱形空腔之间的至少一个扼流滤波器。
此外，微波馈送系统可以包括至少一个盖板，该至少一个盖板由介电材料制成、并且被安排或可安排在圆柱形空腔与炉腔之间。由介电材料制成的盖板一方面保护圆柱形空腔的内部空间、并且使电磁波从圆柱形空腔传递到炉腔。
优选地，该矩形波导、该切比雪夫波导变换器、该圆柱形空腔、该内腔和/或该扼流滤波器由金属、具体是不锈钢和/或铝制成。
进一步地，本发明涉及一种微波炉或具有微波加热功能的炉，其中，该微波炉或具有微波加热功能的炉分别包括至少一个上述微波馈送系统。
具体地，该微波馈送系统被安排在炉腔的壁的内部、优选地在所述炉腔的顶壁内部。
在所附权利要求中阐述了本发明的新颖性和创造性特征。
将参照附图进一步详细地描述本发明，在附图中：
图1展示了根据本发明的优选实施例的、用于微波炉的微波馈送系统的示意性截面侧视图，
图2展示了根据本发明的优选实施例的、用于微波炉的微波馈送系统的示意性截面顶视图，
图3展示了根据现有技术的、用于微波炉的微波馈送系统的示意性截面侧视图，并且
图4展示了根据现有技术的、用于微波炉的微波馈送系统的示意性截面顶视图。
图1展示了根据本发明的优选实施例的、用于微波炉的微波馈送系统10的示意性截面侧视图。在这个实例中，微波馈送系统10被安排在炉腔20的顶壁内部。一般来说，微波馈送系统10可以被安排在微波炉或具有微波加热功能的炉的炉腔的任意壁。
微波馈送系统10包括磁控管12、矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18。磁控管12连接至矩形波导14，其中，磁控管天线穿入矩形波导14。切比雪夫波导变换器16连接至矩形波导14、并且被安排成与磁控管12相反。圆柱形空腔18连接至切比雪夫波导变换器16。因此，磁控管12、矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18串联连接。矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18由金属(例如，不锈钢或铝)制成。
旋转的全向天线22被安排在圆柱形空腔18内部。全向天线22的旋转轴线对应于圆柱形空腔18的对称轴线。由于微波馈送系统10被安排在炉腔20的顶壁内部，所以全向天线22的旋转轴线是竖直的。在这个实例中，全向天线22是四级天线并且包括四个叶片。全向天线22由天线电机24驱动。在这个实例中，天线电机24被安排在圆柱形空腔18的上方。轴30互连在天线电机24与全向天线22之间。轴30由导电材料制成。例如，轴30与全向天线22形成为单件式零件。优选地，轴30与全向天线22由金属(例如，不锈钢或铝)制成。
内腔26被安排在圆柱形空腔18内部。内腔26被安排成与圆柱形空腔18同轴。优选地，内腔26形成为圆柱筒。内腔26围住轴30。内腔26与轴30彼此同轴安排。内腔26由金属(例如，不锈钢或铝)制成。优选地，内腔26的内径在被所述内腔26围住的轴30的直径的1.1倍到五倍之间。具体地，内腔26的内径可以在被所述内腔26围住的轴30的直径的二倍到四倍之间。
进一步地，盖板28被安排在圆柱形空腔18与炉腔20之间。所述盖板28由介电材料制成。具体地，盖板28保护全向天线22和内腔26。
此外，扼流滤波器32被安排在天线电机24与圆柱形空腔18之间。所述扼流滤波器32具有圆柱形形状、并且被安排成与圆柱形空腔18同轴。扼流滤波器32避免微波能量通过天线电机24逸出。
图2展示了根据本发明的优选实施例的、用于微波炉的微波馈送系统10的示意性截面顶视图。具体地，图2阐明了磁控管12、矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18的布置。优选地，圆柱形空腔18的内径在被引导至所述圆柱形空腔18内的微波波长的0.75倍到三倍之间。具体地，圆柱形空腔18的内径可以在被引导至所述圆柱形空腔18内的微波波长的1.5倍到两倍之间。
磁控管12连接至矩形波导14。切比雪夫波导变换器16连接至矩形波导14、并且被安排成与磁控管12相反。进而，圆柱形空腔18连接至切比雪夫波导变换器16。磁控管12、矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18串联连接。在这个实例中，全向天线22包括四个叶片。内腔26被安排成与圆柱形空腔18同轴。
本发明的微波馈送系统10为炉腔20提供椭圆极化的TEM电磁波。全向天线22充当连续移相器。
内腔26还充当微波扼流滤波器，这避免了微波能量逸出至天线电机24。进一步地，内腔26为主工作效率提供大于90％的衰减。通常，磁控管12的主工作效率为2.45GHz。
通过椭圆极化的电磁波，本发明的微波馈送系统10增加了向炉腔20的能量传递。电场矢量平行于炉腔20的底壁延伸。炉腔20中以及所述炉腔20的载荷中的电磁场功率的均匀度和密度显著提高。被载荷吸收的实际功率相对于由磁控管12传送的微波功率的效率大于80％。被载荷吸收的实际功率相对于主电源的效率约为60％。因此，降低了功耗。改善了微波场在炉腔20中的分布。
图3展示了根据现有技术的、用于微波炉的微波馈送系统10的示意性截面侧视图。
现有技术的微波馈送系统10包括磁控管12、矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18。磁控管12连接至矩形波导14。切比雪夫波导变换器16连接至矩形波导14、并且被安排成与磁控管12相反。圆柱形空腔18连接至切比雪夫波导变换器16。因此，磁控管12、矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18串联连接。矩形波导14、切比雪夫波导变换器16、以及圆柱形空腔18由金属(例如，不锈钢或铝)制成。
波搅拌器34被安排在圆柱形空腔18的内部。波搅拌器34的旋转轴线对应于圆柱形空腔18的对称轴线。波搅拌器34经由搅拌器轴36连接至电机24。所述搅拌器轴36由介电材料制成。
图4展示了根据现有技术的、用于微波炉的微波馈送系统10的示意性截面顶视图。波搅拌器34包括四个搅拌器叶片。波搅拌器34改变电磁波的相位，但这不足以改善微波分布，因为磁控管12的天线定位点与炉腔20之间的阻抗变化较大。这导致功耗效率不大于50％至55％。波搅拌器34的叶片将一部分微波能量反射回磁控管12的天线，使得所述磁控管12的外部主体被加热。现有技术的微波馈送系统10仅产生线性极化的TE电磁波和TM电磁波，从而在炉腔20中产生驻波图。所述电磁波竖直地并且水平地极化。唯一的相变是通过旋转波搅拌器34获得的，但这基本上没有改善炉腔20和载荷中的功率分布。
尽管在此参照附图描述了本发明的说明性实施例，但应理解的是，本发明并不限于确切的实施例，并且本领域技术人员在其中可以进行多种其他改变和修改而不背离本发明的范围或精神。所有这样的改变和修改都旨在包含在由所附权利要求所限定的本发明的范围内。
附图标记清单
10 微波馈送系统
12 磁控管
14 矩形波导
16 切比雪夫波导变换器
18 圆柱形空腔
20 炉腔
22 全向天线
24 天线电机、电机
26 内腔
28 盖板
30 轴
32 扼流滤波器
34 波搅拌器
36 搅拌器轴

Claims (15)

1.一种用于微波炉或用于具有微波加热功能的炉的微波馈送系统(10)，其中
-该微波馈送系统(10)包括磁控管(12)、矩形波导(14)、以及圆柱形空腔(18)，
-该圆柱形空腔(18)连接至或可连接至炉腔(20)上，
-可旋转全向天线(22)被安排在该圆柱形空腔(18)内部，
-该全向天线(22)由天线电机(24)驱动，
-该全向天线(22)通过由导电材料制成的轴(30)连接至该天线电机(24)，
-内腔(26)被安排在该圆柱形空腔(18)内部，
-该内腔(26)被安排成与该圆柱形空腔(18)同轴，
-该内腔(26)至少部分地围住该轴(30)，并且
-该内腔(26)与该轴(30)彼此同轴安排，
其特征在于，
该磁控管(12)、该矩形波导(14)、以及该圆柱形空腔(18)串联连接，其中该微波馈送系统(10)提供用于该炉腔(20)的椭圆极化的TEM电磁波，并且其中该全向天线(22)充当连续移相器，并且其中该圆柱形空腔(18)的内径在被引导至所述圆柱形空腔(18)内的微波波长的0.75倍到三倍之间。
2.根据权利要求1所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
切比雪夫波导变换器(16)互连在该矩形波导(14)与该圆柱形空腔(18)之间。
3.根据权利要求1或2所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该全向天线(22)是四极天线、并且包括四个叶片。
4.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该全向天线(22)的叶片在一个平面内延伸。
5.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该全向天线(22)的叶片所在的平面平行于该矩形波导(14)的纵向轴线延伸。
6.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该全向天线(22)的叶片所在的平面垂直于所述全向天线(22)的旋转轴线延伸。
7.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该全向天线(22)与该轴(30)形成为单件式零件，其中优选地，该全向天线(22)和/或该轴(30)由金属、具体是不锈钢或铝制成。
8.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该圆柱形空腔(18)的内径在被引导至所述圆柱形空腔(18)内的微波波长的1.5倍到两倍之间。
9.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该全向天线(22)的旋转轴线对应于该圆柱形空腔(18)的对称轴线。
10.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该内腔(26)形成为圆柱筒，其中优选地，该内腔(26)的内径在被所述内腔(26)围住的轴(30)的直径的1.1倍到五倍之间、具体地在二倍到四倍之间。
11.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该微波馈送系统(10)包括安排在该天线电机(24)与该圆柱形空腔(18)之间的至少一个扼流滤波器(32)。
12.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该微波馈送系统(10)包括至少一个盖板(28)，该至少一个盖板由介电材料制成、并且被安排或可安排在该圆柱形空腔(18)与该炉腔(20)之间。
13.根据以上权利要求中任一项所述的微波馈送系统(10)，
其特征在于，
该矩形波导(14)、该切比雪夫波导变换器(16)、该圆柱形空腔(18)、该内腔(26)和/或该扼流滤波器(32)由金属、具体是不锈钢和/或铝制成。
14.一种微波炉或具有微波加热功能的炉，
其特征在于，
该微波炉或具有微波加热功能的炉分别包括至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的微波馈送系统(10)。
15.根据权利要求14所述的微波炉或具有微波加热功能的炉，
其特征在于，
该微波馈送系统(10)被安排在炉腔(20)的壁的内部、优选地在所述炉腔(20)的顶壁内部。
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