CN110176661B - 一种微波隔离器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型微波隔离器件，包括波导，所述波导两端设有标准法兰盘、并且波导的上下两侧连接有超界面。该新型微波隔离器件可以代替传统的微波功率保护和效率增强装置。本隔离器不仅保护了微波电源也提高了微波能量的利用率。解决了传统保护器件功率容量过小，效率较低，以及传统效率增强器件，调配难度大，存在调配盲区等问题。该非互易传输隔离器相比于三销钉，具有无需动态调节，系统组成简单等特点。相比于环形器和隔离器，提高了能量的利用率。该器件可以利用3D打印的方法加工，生产成本低，易于大规模生产加工且使用过程中温度较低，寿命较长，可以满足各领域对大功率微波器件的需求。

Description

一种微波隔离器件
技术领域
本发明涉及微波能技术领域，具体为一种微波隔离器件。
背景技术
微波能作为一种高效的清洁能源，具有高效节能、选择性加热、清洁无污染等特点，在食品加工、化工、医药等领域有着广泛的应用。尤其在化工和冶金这两个高耗能行业，微波的应用展现出了明显的节能减排优势，随着科技的发展，微波隔离器件有了很大程度的发展，它的发展给人们在对高效的清洁能源带来了很大的便利，其种类和数量也正在与日俱增。目前市场上的微波隔离器件虽然种类和数量非常多，但是大多数的微波隔离器件的容量低，并且结构复杂，同时因为容易损坏造成能量利用率低的情况，另外因为调节过程复杂，存在调配盲区，响应速度慢，调解过程中会出现反射骤变，因此市面上迫切需要能改进微波隔离器件结构的技术，来完善此设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波隔离器件，以解决上述背景技术提出的目前市场上的微波隔离器件的容量低，并且结构复杂，同时因为容易损坏造成能量利用率低的情况，另外因为调节过程复杂，存在调配盲区，响应速度慢，调解过程中会出现反射骤变的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微波隔离器件，包括波导，所述波导两端设有标准法兰盘、并且波导的上下两侧连接有超界面。
优选的，所述超界面的厚度为2mm，且超界面是一种具有传统材料所不具备的超常物理性质的特种复合材料。
优选的，所述电磁波遇到超界面会产生相位上的突变，并且这个突变相位在界面方向是连续变化的，电磁波多次经过超界面逐渐变化成表面波，从而实现了电磁波的单透传播。超界面通过使用弱化器件的方法得到。电磁波在渐变折射率超界面上满足如下分布：
对于TE波满足：
Figure GDA0002573653800000021
在方程中：
Figure GDA0002573653800000022
为电场强度，ε0为真空介电常数，μ0为真空中的磁导率，ω为电磁波的角频率，x为渐变折射率超界面的相对起始位置的坐标，即波导中某一点的位置，渐变折射率超界面的起始位置x为0，单位为m，ε(x)表示在渐变折射率超界面在x位置的介电常数，μ(x)表示渐变折射率超界面在x位置的磁导率。
优选的，所述超界面(3)通过一定形式的弱化和牺牲渐变折射率超界面的部分功能的方法来保证超界面的电容量张量和磁导率张量相同，弱化和牺牲渐变折射率超界面的部分功能是指牺牲了磁导率随位置的变化，并且将介电常数随位置的连续变化弱化为介电常数随位置离散变化，弱化后渐变折射率超界面材料的介电系数函数为：
Figure GDA0002573653800000023
在方程中：K为与设计不对称传输波导有关的比例系数，为常数，K值决定了折射率的变化率和介电常数的变化率，K通过电磁仿真优化得到，x为渐变折射率超界面的相对起始位置的坐标，即波导中某一点的位置，x0为渐变折射率超界面的起始位置坐标，n(x)为这种材料的折射率随位置变化函数，k0为电磁波的波束，ε′(x)表示弱化后结构的介电常数随位置变化函数，d为渐变折射率超界面的厚度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该微波隔离器件：
1.设置有具有传统材料所不具备的超常物理性质的特种复合材料的超界面不仅保护了微波电源也提高了微波能量的利用率，而且解决了传统保护器件功率容量过小，效率较低，以及传统效率增强器件，调配难度大，存在调配盲区等问题，
2.设置有超界面通过一定形式的弱化和牺牲器件部分功能的方法来保证电容量张量和磁导率张量相同，非互易传输隔离器相比于三销钉，具有无需动态调节，系统组成简单等特点。
3.设置有电磁波多次经过超界面逐渐变化成表面波，从而实现了电磁波的单透传播，相比于环形器和隔离器，提高了能量的利用率。该器件可以利用3D打印的方法加工，生产成本低，易于大规模生产加工且使用过程中温度较低，寿命较长，可以满足各领域对大功率微波器件的需求。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明超界面材料局部单元模型图。
图中：1、标准法兰盘，2、波导，3、超界面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种微波隔离器件，包括标准法兰盘1、波导2和超界面3，所述波导2两端设有标准法兰盘1、并且波导2的上下两侧连接有超界面3。
进一步，所述超界面3的厚度为2mm，且超界面3是一种具有传统材料所不具备的超常物理性质的特种复合材料。
进一步，所述电磁波遇到超界面3会产生相位上的突变，并且这个突变相位在界面方向是连续变化的，电磁波多次经过超界面3逐渐变化成表面波，从而实现了电磁波的单透传播。超界面3通过使用弱化器件的方法得到。电磁波在渐变折射率超界面3上满足如下分布：
对于TE波满足：
Figure GDA0002573653800000041
在方程中：
Figure GDA0002573653800000042
为电场强度，ε0为真空介电常数，μ0为真空中的磁导率，ω为电磁波的角频率，x为渐变折射率超界面的相对起始位置的坐标，即波导中某一点的位置，渐变折射率超界面的起始位置x为0，单位为m，ε(x)表示在渐变折射率超界面在x位置的介电常数，μ(x)表示渐变折射率超界面在x位置的磁导率。
进一步，所述超界面(3)通过一定形式的弱化和牺牲渐变折射率超界面的部分功能的方法来保证超界面的电容量张量和磁导率张量相同，弱化和牺牲渐变折射率超界面的部分功能是指牺牲了磁导率随位置的变化，并且将介电常数随位置的连续变化弱化为介电常数随位置离散变化，弱化后渐变折射率超界面材料的介电系数函数为：
Figure GDA0002573653800000043
在方程中：K为与设计不对称传输波导有关的比例系数，为常数，K值决定了折射率的变化率和介电常数的变化率，K通过电磁仿真优化得到，x为渐变折射率超界面的相对起始位置的坐标，即波导中某一点的位置，x0为渐变折射率超界面的起始位置坐标，n(x)为这种材料的折射率随位置变化函数，k0为电磁波的波束，ε′(x)表示弱化后结构的介电常数随位置变化函数，d为渐变折射率超界面的厚度。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种微波隔离器件，包括波导(2)，其特征在于：所述波导(2)两端设有标准法兰盘(1)、并且波导(2)的上下两侧连接有超界面(3)，电磁波遇到超界面(3)会产生相位上的突变，并且这个突变相位在界面方向是连续变化的，电磁波多次经过超界面(3)逐渐变化成表面波，从而实现了电磁波的单透传播，电磁波在渐变折射率超界面(3)上满足如下分布：
对于TE波满足：
Figure FDA0002573653790000011
在方程中：
Figure FDA0002573653790000012
为电场强度，ε0为真空介电常数，μ0为真空中的磁导率，ω为电磁波的角频率，x为渐变折射率超界面的相对起始位置的坐标，即波导中某一点的位置，渐变折射率超界面的起始位置x为0，单位为m，ε(x)表示在渐变折射率超界面在x位置的介电常数，μ(x)表示渐变折射率超界面在x位置的磁导率。
2.根据权利要求1所述的一种微波隔离器件，其特征在于：所述超界面(3)的厚度为2mm。
3.根据权利要求1所述的一种微波隔离器件，其特征在于：所述超界面(3)通过一定形式的弱化和牺牲渐变折射率超界面的部分功能的方法来保证超界面的电容量张量和磁导率张量相同，弱化和牺牲渐变折射率超界面的部分功能是指牺牲了磁导率随位置的变化，并且将介电常数随位置的连续变化弱化为介电常数随位置离散变化，弱化后渐变折射率超界面材料的介电系数函数为：
Figure FDA0002573653790000013
在方程中：K为与设计不对称传输波导有关的比例系数，为常数，K值决定了折射率的变化率和介电常数的变化率，K通过电磁仿真优化得到，x为渐变折射率超界面的相对起始位置的坐标，即波导中某一点的位置，x0为渐变折射率超界面的起始位置坐标，n(x)为这种材料的折射率随位置变化函数，k0为电磁波的波束，ε′(x)表示弱化后结构的介电常数随位置变化函数，d为渐变折射率超界面的厚度。
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