CN109496005B - 一种基于多频多模天线加载的微波加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多频多模天线加载的微波加热装置，包括多频多模天线、金属加热腔体以及馈电网络，多频多模天线由多个具有不同结构尺寸的四种辐射单元构成，通过改变微波加热装置中的天线工作频率来激励不同的辐射模式，实现按需加热效果。本发明可用于微波加热系统中，其优点是适用于加热系统的小型化、轻量化、集成化、低成本化，而且其加工周期短，不同区域的加热效果可以通过改变天线工作频率实现按需加热效果。

Description

一种基于多频多模天线加载的微波加热装置
技术领域
本发明属于微波加热应用领域，涉及一种微波加热装置。
背景技术
微波加热与传统加热相比，具有高效快速、节能、加热均匀、清洁安全的特点，在许多领域得到了广泛的应用和发展。而微波谐振腔是微波加热系统中一种最基本的微波器件，主要起存储电磁波能量和选择谐振频率的作用。微波加热系统大多以谐振腔作为加热室，微波谐振腔形状、尺寸的设计与谐振模式的产生密切相关，而谐振腔内电磁场分布直接影响微波加热的均匀性。目前主要通过以下几种方式实现微波加热：(1)增加选择模式个数，调整频率间隔使其均匀，改善加热均匀性的组合；(2)谐振模式分布应该较均匀，在中心频率两边存在大致相同的谐振频率；(3)利用模式奇偶互补使场分布更加均匀。有效实现电磁场分布均匀，得到较为均匀的能量分布状态，改善微波加热均匀性。
为提高微波加热均匀性，唐强熙等人公开了一种变频微波炉(唐强熙、邹涛，变频微波炉，中国发明专利，申请号201320613727.8，申请日2013.09.30)通过在开关电路与磁控管之间设置有变频电路板,该变频电路板上设置有用于控制磁控管输出功率大小的火力控制器，实现了线性的控制输出功率，效率高并且节省资源，但是由于电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波干扰。另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的冲击,给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰，而解决电磁兼容问题面要大大提高制造成本，实用性受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供了一种基于多频多模天线加载的微波加热装置，通过改变微波加热装置中的天线工作频率来激励不同的辐射模式，进而达到不同区域的加热效果，最终实现按需加热效果，包括均匀加热以及分区非均匀加热。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于多频多模天线加载的微波加热装置，包括多频多模天线、金属加热腔体以及馈电网络，所述的多频多模天线通过PCB印刷技术制备在耐高温的单层介质基片上，并固定到金属加热腔体的内侧壁；所述的馈电网络与多频多模天线相连实现外部微波源低反射输入到多频多模天线并进一步辐射到金属加热腔体中。
进一步的，所述的多频多模天线由N个(N为大于等于2的自然数)矩形、圆形、螺旋形或条状的辐射体结构单元构成，其中辐射体结构单元的具体数量与排布位置由所需加热范围形状决定，辐射体结构单元的长宽要确保其工作频率位于ISM标准频段内。
进一步的，所述的馈电网络由PCB印刷技术制备在耐高温单层介质基片上的树状传输线以及输入馈电端口组成，其中树状传输线的分支数量由辐射体结构单元的具体数量决定；树状传输线的分支宽度、分支长度、主干长度与主干宽度由所需加热范围形状决定；输入馈电端口在大功率输入时采用N型头连接，在小功率输入时采用SMA头连接，具体馈电点位置由所需加热范围形状决定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的多频多模天线通过PCB印刷技术制备在耐高温的单层介质基片，简单的天线设计和制备方式减少了制备的成本和制备周期，由于材料轻薄，使得加热装置的重量轻和容积大都得到了进一步的优化。
(2)本发明采用了在金属腔体中使用多频多模天线进行激励谐振，实现了互不干扰的多个温度场的叠加，进一步提高了加热装置的加热范围和局部温度的任意可控性。
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是本发明的总体结构展开示意图。
图2是本发明所采用的多频多模天线正视图。
图3是本发明的温度场示意图。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种基于多频多模天线加载的微波加热装置，包括多频多模天线1、金属加热腔体2以及馈电网络3，所述的多频多模天线1通过PCB印刷技术制备在耐高温的厚度为0.5mm的F4B265单层介质基片11上，并固定到尺寸为340mm*338mm*145mm金属加热腔体2的内侧壁，其工作频率位于2.4GHz～2.5GHz范围之间；所述的馈电网络3与多频多模天线1相连实现功率范围为1-200W的外部微波源低反射输入到多频多模天线1并进一步辐射到金属加热腔体2中。
进一步的，如图2的多频多模天线正视图所示，所述的多频多模天线1由5个矩形的辐射体结构单元12构成，辐射体结构单元12尺寸根据工作频率和位置不同略有调整。
所述的馈电网络3由PCB印刷技术制备在耐高温单层介质基片11上的树状传输线31以及输入馈电端口32组成，其中树状传输线5路分支长度与主干长度由所需加热范围形状决定，虽然树状传输线结构尺寸各不相同，但是其具有相同的0.3mm宽度。输入馈电端口32在大功率输入时采用N型头连接，在小功率输入时采用SMA头连接，具体馈电点位置由所需加热范围形状决定，馈电点直径为0.5mm。
图3给出了本具体实施中该加热装置在工作时温度场分布，中央温度最高周围温度递减，但是整体温度差异较小。调节树状传输线31的分支长度与主干长度，同时配以2.4GHz～2.5GHz的工作频率输入调控，可以实现其他各种温度场分布，包括中央温度最低周围温度递增，甚至是完全的等温度分布。
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 (1)

1.一种基于多频多模天线加载的微波加热装置，包括多频多模天线(1)、金属加热腔体(2)以及馈电网络(3)，其特征在于：所述的多频多模天线(1)通过PCB印刷技术制备在耐高温的单层介质基片(11)上，并固定到金属加热腔体(2)的内侧壁；所述的馈电网络(3)与多频多模天线(1)相连实现外部微波源低反射输入到多频多模天线(1)并辐射到金属加热腔体(2)中；
所述的多频多模天线(1)由N个矩形、圆形、螺旋形或条状的辐射体结构单元(12)构成，其中，N为大于等于2的自然数；辐射体结构单元(12)的数量与排布位置由加热范围形状决定，辐射体结构单元(12)的长宽要确保其工作频率位于ISM标准频段内；
所述的馈电网络(3)由PCB印刷技术制备在耐高温单层介质基片(11)上的树状传输线(31)以及输入馈电端口(32)组成，其中树状传输线的分支数量由辐射体结构单元(12)的数量决定；树状传输线的分支宽度、分支长度、主干长度与主干宽度由加热范围形状决定；输入馈电端口(32)在大功率输入时采用N型头连接，在小功率输入时采用SMA头连接，馈电点位置由加热范围形状决定；
所述基于多频多模天线加载的微波加热装置所采用的多频多模天线通过PCB印刷技术制备在耐高温的单层介质基片，天线设计和制备方式减少了制备的成本和制备周期，由于材料轻薄，使得加热装置的重量轻和容积大都得到了的优化；采用了在金属腔体中使用多频多模天线进行激励谐振，实现了互不干扰的多个温度场的叠加，提高了加热装置的加热范围和局部温度的任意可控性。
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