CN110177404A - 一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉 - Google Patents
一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有固态微波源功放以及电调射频同轴天线，所述固态微波源功放与所述电调射频同轴天线通过射频传输线缆连接，所述固态微波源功放以及电调射频同轴天线设置在所述微波炉腔体外侧，通过本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，能够实现ISM低频900MHz频段在小型化腔体内的微波加热。
Description
技术领域
本发明涉及微波加热领域，尤其涉及一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉。
背景技术
传统微波炉使用2.45GHz磁控管产生微波能量，耦合到波导再传输至腔体内给食物加热，为了形成多模场需要比较大的腔体尺寸，这样微波加热均匀性才能得以保证。受制于900MHz磁控管体积以及波导传输口尺寸，一般900MHz用于工业微波加热，腔体设计较大无法应用于家用15至30升体积需求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种900MHz采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，旨在解决家用小型微波的固态源功放加热的问题。
本发明的技术方案如下：
一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有固态微波源功放以及电调射频同轴天线，所述固态微波源功放与所述电调射频同轴天线通过射频传输线缆连接，所述固态微波源功放以及电调射频同轴天线设置在所述微波炉腔体外侧。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述电调射频同轴天线包括天线本体、射频同轴连接器、限位轴卡以及天线盘，所述天线盘设置在所述微波炉腔体内。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述电调射频同轴天线侧边设置有控制器，通过所述控制器控制所述天线本体与所述微波炉腔体的相对位置。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述控制器包括MCU控制器、步进电机驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制所述步进电机驱动装置，通过所述步进电机驱动装置的驱动，所述传动装置带动所述天线本体在所述微波炉腔体内移动，调整天线本体与微波炉腔体的相对位置。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述电调射频同轴天线外侧设置有屏蔽滚珠轴套，所述天线本体可在所述屏蔽滚珠轴套上滑动。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述炉门设置有多层屏蔽层，通过所述多层屏蔽层对射频信号进行屏蔽。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W。
所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述固态微波源功放输出频率为902MHz-928MHz。
有益效果：本发明公开了一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有固态微波源功放以及电调射频同轴天线，所述固态微波源功放与所述电调射频同轴天线通过射频传输线缆连接，所述固态微波源功放以及电调射频同轴天线设置在所述微波炉腔体外侧，通过本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，能够实现ISM低频900MHz频段在小型化腔体内的微波加热。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉的结构示意图。
图2为本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉的电调射频同轴天线的局部放大示意图。
图3为本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉的控制器的结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，针对特定频率的固态源功放，受制于900MHz磁控管体积以及波导传输口尺寸，一般900MHz用于工业微波加热，腔体设计较大无法应用于家用15至30升体积需求。因此，本发明针对900MHz的磁控管方案缺陷，对应提出本发明的方案，实现了900MHz微波在小型化腔体内的能量耦合，并经由电调天线自适应算法来跟踪不同食物负载匹配，极大的提高了能量耦合效率，根据实验验证，微波源能量转换效率能达到95％以上。
请参阅图1，为本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉的结构示意图，本发明公开了一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，包括微波炉腔体101以及炉门102，所述微波炉腔体101设置有固态微波源功放103以及电调射频同轴天线104，所述固态微波源功放103与所述电调射频同轴天线104通过射频传输线缆105连接，所述固态微波源功放103以及电调射频同轴天线104设置在所述微波炉腔体101外侧。
本发明公开了一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，包括微波炉腔体以及炉门，微波炉腔体内设置有固态微波源功放以及电调射频同轴天线，通过固态微波源功放与所述电调射频同轴天线配合，实现小型微波炉的微波加热。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，如图2所示，为所述电调射频同轴天线的局部放大示意图，其中，所述电调射频同轴天线104包括天线本体401、射频同轴连接器402、限位轴卡403以及天线盘404，所述天线盘404设置在所述微波炉腔体101内。
本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，天线盘设置在所述微波炉腔体内，能够实现天线本体在微波炉腔体内的位置调节，从而达到不同的微波频率发射效率。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述电调射频同轴天线104侧边设置有控制器106，通过所述控制器106控制所述天线本体401与所述微波炉腔体的相对位置。控制器在图中未画出，控制器通过信号传输控制，故不限定具体的位置。
本发明所述微波炉，优选所述电调射频同轴天线的侧边还设置有控制器，通过所述控制器控制所述天线本体在腔体内的相对位置。来实现不同的微波效率。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，如图3所示，为所述控制器的结构框图，其中，所述控制器106包括MCU控制器601、步进电机驱动装置602以及传动装置603，通过所述MCU控制器601控制所述步进电机驱动装置602，通过所述步进电机驱动装置602的驱动，所述传动装置603带动所述天线本体401在所述微波炉腔体101内移动，调整天线本体401与微波炉腔体101的相对位置。
本发明较佳实施例，所述传动机构包括偏心轮以及连杆，通过步进电机驱动装置带动偏心轮转动，带动射频天线的射频同轴连接器，从而带动天线本体以及天线盘在所述微波炉腔体内上下移动。
所述偏心轮包括两组，其中一组偏心轮与所述驱动装置连接，通过连杆与另一组偏心轮连接，另一组偏心轮与所述射频同轴连接器连接。
本发明较佳实施例，所述传动机构属于往复连杆结构，由于偏心轮的特殊结构，所述步进电机驱动装置带动其中一组偏心轮转动，连杆带动第二组偏心轮转动，从而实现往复运动。
上述进一步方案的有益效果在于，往复连杆结构决定了天线行程的最高和最低点，天线永远在行程内往复运动，这样保证了整个大功率射频链路的安全可靠运行。
本发明所述微波炉，所述控制器包括MCU控制器，步进电机驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制步进电机驱动装置驱动所述传动装置，从而通过所述传动装置带动天线本体在所述微波炉腔体内移动。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述电调射频同轴天线104外侧设置有屏蔽滚珠轴套107，所述天线本体401可在所述屏蔽滚珠轴套107上滑动。
本发明所述小型微波炉，为了保证微波效率，优选所述电调射频同轴天线的外侧设置有屏蔽滚珠轴套，所述天线本体可在所述屏蔽滚珠轴套上滑动，能够将所述电调射频同轴天线与外界的传输屏蔽，减少微波能量的流失，所述屏蔽滚珠轴套由外侧金属轴套和内侧滚珠轴套组成，滚珠轴套上密布活动金属滚珠颗粒，内侧滚珠轴套通过金属滚珠颗粒将外侧金属轴套和射频同轴连接器外壳相连，一方面提供良好接地起到射频信号屏蔽作用，另一方面减小运动摩擦使得射频天线在轴套内顺滑运动，提高寿命。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述炉门102设置有多层屏蔽层，通过所述多层屏蔽层对射频信号进行屏蔽。
本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，进一步的避免微波能量的流失，在炉门上设置有多层屏蔽层，能够对射频信号进行屏蔽。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述固态微波源功放103输出功率为300W-800W。
进一步的，所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，所述固态微波源功放103输出频率为902MHz-928MHz。
本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，较佳实施例，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W，并且，所述固态微波源功放输出频率范围为902MHz-928NHz，可在所属范围内微调。
微波固态源(microwave solid-state oscillator)采用固态有源器件，产生微波信号的装置，所使用的固态器件一般为LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)和GaN(氮化镓半导体)。
本发明涉及一种采用900MHz固态源功放作为微波加热源的小型微波炉设计，其包括微波炉腔体，炉门，固态微波源功放，电调射频同轴天线，屏蔽轴套。
腔体由HFSS仿真确定最佳匹配尺寸，电调射频同轴天线可位于微波炉腔体正上方或侧方以及后方，微波能量从固态源功放经由天线与食物负载匹配激起谐振模式，将微波能量馈入腔体。电调天线可在食物负载匹配变化时动态自适应重新匹配。
本发明涉及一种采用900MHz固态源功放的小型微波炉，包括：
微波炉腔体，根据HFSS仿真得出最佳匹配腔体尺寸为长305mm，高220mm，深280mm。此腔体尺寸可在902MHz-928MHz频段适应不同食物负载获得较好匹配，驻波均在1.0至2.0之间，可最大化获得能量转换效率。
HFSS是一种三维电磁仿真软件,HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。使用HFSS，可以计算:①基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；②端口特征阻抗和传输常数；③S参数和相应端口阻抗的归一化S参数；④结构的本征模或谐振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。
HFSS应用有如下几个场景：
微波器，HFSS能够快速精确地计算各种射频/微波部件的电磁特性，得到S参数、传播特性、高功率击穿特性，优化部件的性能指标，并进行容差分析，帮助工程师们快速完成设计并把握各类器件的电磁特性，包括:波导器件、滤波器、转换器、耦合器、功率分配/合成器，铁氧体环行器和隔离器、腔体等。
电真空器，在电真空器件如行波管、速调管、回旋管设计中，HFSS本征模式求解器结合周期性边界条件，能够准确地仿真器件的色散特性，得到归一化相速与频率关系，以及结构中的电磁场分布，包括H场和E场，为这类器件的设计提供了强有力的设计手段。
天线、天线罩及天线阵设计仿真，HFSS可为天线及其系统设计提供全面的仿真功能，精确仿真计算天线的各种性能，包括二维、三维远场/近场辐射方向图、天线增益、轴比、半功率波瓣宽度、内部电磁场分布、天线阻抗、电压驻波比、S参数等。
炉门，炉门设计有2层屏蔽，能有效隔离射频信号泄露，达到GB4824-2013/IEC/CISPR 11-2010ISM射频设备辐射和骚扰特性要求。
固态微波源功放，输出功率300W-800W，满足小型化微波炉加热要求。
电调射频同轴天线，所述射频天线包括射频同轴连接器，限位轴卡和天线盘组成，实现射频微波信号的馈入。电调由MCU控制步进电机和机械传动连杆带动天线运动，改变天线在腔体内的深度来跟踪食物负载匹配特性的变化。
屏蔽滚珠轴套，所述屏蔽滚珠轴套包括外侧轴套和内测滚珠轴套组成，射频天线在轴套中顺滑运动并良好接地，实现较好的射频信号屏蔽效果。
本发明的有益效果在于：900MHz因为频率低，波长33厘米，以传统波导传输方式需要较大尺寸的波导口设计，无法用于小型腔体。而本发明采用天线谐振的方式，实现了900MHz微波在小型化腔体内的能量耦合，并经由电调天线自适应算法来跟踪不同食物负载匹配，极大的提高了能量耦合效率，根据实验验证，微波源能量转换效率能达到95％以上。
综上所述，本发明公开了一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其中，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有固态微波源功放以及电调射频同轴天线，所述固态微波源功放与所述电调射频同轴天线通过射频传输线缆连接，所述固态微波源功放以及电调射频同轴天线设置在所述微波炉腔体外侧，通过本发明所述采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，能够实现ISM低频900MHz频段在小型化腔体内的微波加热。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，包括微波炉腔体以及炉门，所述微波炉腔体设置有固态微波源功放以及电调射频同轴天线，所述固态微波源功放与所述电调射频同轴天线通过射频传输线缆连接，所述固态微波源功放以及电调射频同轴天线设置在所述微波炉腔体外侧。
2.根据权利要求1所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述电调射频同轴天线包括天线本体、射频同轴连接器、限位轴卡以及天线盘，所述天线盘设置在所述微波炉腔体内。
3.根据权利要求2所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述电调射频同轴天线侧边设置有控制器，通过所述控制器控制所述天线本体与所述微波炉腔体的相对位置。
4.根据权利要求3所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述控制器包括MCU控制器、步进电机驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制所述步进电机驱动装置，通过所述步进电机驱动装置的驱动，所述传动装置带动所述天线本体在所述微波炉腔体内移动，调整天线本体与微波炉腔体的相对位置。
5.根据权利要求4所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述电调射频同轴天线外侧设置有屏蔽滚珠轴套，所述天线本体可在所述屏蔽滚珠轴套上滑动。
6.根据权利要求1所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述炉门设置有多层屏蔽层，通过所述多层屏蔽层对射频信号进行屏蔽。
7.根据权利要求1所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W。
8.根据权利要求1所述的采用900MHz固态源功放作为微波源的小型微波炉，其特征在于，所述固态微波源功放输出频率为902MHz-928MHz。
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