CN110177405A - 一种多微波源加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多微波源加热系统，其中，包括微波炉腔体和炉门，所述微波炉腔体设置有固态源以及磁控管，所述固态源与电调射频同轴天线连接，所述磁控管与微波波导激励器连接，通过所述固态源以及磁控管作为微波源共同加热，本发明所述多微波源加热系统，能够实现多种微波源共同加热，提高微波加热效率。
Description
技术领域
本发明涉及微波加热领域，尤其涉及一种多微波源加热系统。
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，但2.45GHz因为频率高，对食物的穿透性不够，在加热食物时容易造成内外部加热不均匀。而900MHz频率低，对食物的穿透性更好，但受制于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，腔体设计较大导致900MHz无法应用于家用微波炉小体积需求。
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多微波源加热系统，旨在解决在家用微波炉尺寸里使得900MHz微波馈入，和2.45GHz磁控管组成双源加热系统，提升加热效率和食物均匀性。
本发明的技术方案如下：
一种多微波源加热系统，其中，包括微波炉腔体和炉门，所述微波炉腔体设置有固态源以及磁控管，所述固态源与电调射频同轴天线连接，所述磁控管与微波波导激励器连接，通过所述固态源以及磁控管作为微波源共同加热。
所述的多微波源加热系统，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。
所述的多微波源加热系统，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的相对位置。
所述的多微波源加热系统，其中，所述控制器包括MCU控制器、驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制所述驱动装置，通过所述驱动装置的驱动，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。
所述的多微波源加热系统，其中，所述固态源设置在所述微波炉腔体顶端，通过射频传输线缆与所述电调射频同轴天线连接。
所述的多微波源加热系统，其中，所述磁控管设置在所述微波炉腔体侧边或者后边，与所述微波波导激励器通过微波波导传输线连接。
所述的多微波源加热系统，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。
所述的多微波源加热系统，其中，所述磁控管设置有1组或多组。
所述的多微波源加热系统，其中，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W。
所述的多微波源加热系统，其中，所述固态微波源功放输出频率为902MHz-928MHz。
有益效果：本发明公开了一种多微波源加热系统，其中，包括微波炉腔体和炉门，所述微波炉腔体设置有固态源以及磁控管，所述固态源与电调射频同轴天线连接，所述磁控管与微波波导激励器连接，通过所述固态源以及磁控管作为微波源共同加热，本发明所述多微波源加热系统，能够实现多种微波源共同加热，提高微波加热效率。
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为本发明所述多微波源加热系统的结构示意图。
图2为本发明所述多微波源加热系统的较佳实施例，电调射频同轴天线的局部放大示意图。
具体实施方式
本发明提供一种多微波源加热系统，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。
针对特定功率的固态源功放，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,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)。磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。
本发明提出一种使用多微波源的方式进行微波加热，所述多微波源加热系统通过多种方式的微波源配合进行微波加热，提高了加热效率。
具体的，请参阅图1，为本发明所述多微波源加热系统的结构示意图，本发明公开了一种多微波源加热系统，其中，包括微波炉腔体101和炉门102，所述微波炉腔体101设置有固态源103以及磁控管104，所述固态源103与电调射频同轴天线105连接，所述磁控管104与微波波导激励器106连接，通过所述固态源103以及磁控管104作为微波源共同加热。
进一步的，所述的多微波源加热系统，如图2所示，图2为本发明所述多微波源加热系统的较佳实施例，电调射频同轴天线的局部放大示意图，图中是本发明的一个具体实施例，因此，图2跟图1的天线结构有点差异，其中，所述电调射频同轴天线105包括天线本体501、射频同轴连接器502、限位轴卡503以及天线盘504，所述天线盘504设置在所述微波炉腔体101内。
本发明所述多微波源加热系统，其中固态源功放作为微波源时，通过电调射频同轴天线传输微波频率，所述电调射频同轴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。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述电调射频同轴天线侧边设置有控制器(控制器在图中的位置关系未画出)，通过所述控制器控制所述天线本体与所述微波炉腔的相对位置。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述控制器包括MCU控制器、驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制所述驱动装置，通过所述驱动装置的驱动，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。
本发明所述微波炉，所述控制器包括MCU控制器，驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制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，请参阅图2，最左侧的为驱动装置，通过MCU控制器信号控制开启，中间的虚线框整体是传动装置，带动电调射频同轴天线在微波炉腔体内移动。
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。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述固态源103设置在所述微波炉腔体101顶端，通过射频传输线缆107与所述电调射频同轴天线105连接。
本发明所述多微波源加热系统，较佳实施例，所述固态源设置在微波炉腔体的顶端，并且，通过射频传输线缆与电调射频同轴天线连接，所述射频传输线缆优选为射频同轴电缆，能够保证屏蔽效率，避免微波能量流失。绝缘材料采用物理发泡聚乙烯隔离铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体即外导体，外导体(组织屏蔽层)采用铜带成型、焊接、扎纹；或是采用铝管结构；或是采用编织结构，然后整个电缆由聚氯乙烯材料的护套包住。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述磁控管104设置在所述微波炉腔体101侧边或者后边，与所述微波波导激励器106通过微波波导传输线108连接。
同样的，所述微波波导激励器与磁控管通过微波波导传输线连接，现有的已知的微波波导激励器包括：波导盒，所述波导盒内具有腔体，沿所述波导盒的长度方向上所述腔体的一端敞开且另一端封闭；同轴连接器，所述同轴连接器位于所述腔体内且上端穿过所述波导盒的所述顶壁；以及至少一个天线杆，所述天线杆设在所述腔体内且与所述同轴连接器连通，所述天线杆均在垂直于所述同轴连接器的轴线的平面内延伸。
进一步的，所述的多微波源加热系统，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。
本发明所述多微波源加热系统，优选所述炉门设置多层屏蔽层，保证屏蔽效率，减少微波能量损耗。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述磁控管设置有1组或多组。
本发明所述多微波源加热系统，所述磁控管的个数可根据需要选取，根据不同的加热需求，可选取一个或多个磁控管，实现一路或多路磁控管的微波源加热。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W。
进一步的，所述的多微波源加热系统，其中，所述固态微波源功放输出频率为902MHz-928MHz。
本发明较佳实施例，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W，输出频率为902MHz-928MHz。
本发明较佳实施例，目的在于：采用900MHz固态源和2.45GHz磁控管作为微波源共同加热，解决传统2.45GHz磁控管微波炉加热深度不足的缺点，提高食物加热均匀性。
本发明涉及一种采用900MHz固态源功放和2.45GHz磁控管共同加热系统，包括：
微波炉腔体，根据HFSS仿真得出最佳匹配腔体尺寸为长280-320mm，高180-220mm，深280-320mm。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；同时支持2.45GHz产生多模场。
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GB 4824-2013/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。
2.45GHz磁控管及波导传输线，可由一组或两组磁控管共同输出加大输出功率，安装位置在微波炉侧面或后边。
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，安装在微波炉正上方，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。而本发明采用天线馈入的方式，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。配合一路或两路2.45GHz磁控管，提供超过2千瓦的微波加热功率实现快速均匀加热。在900MHz固态源功放上设计低通滤波电路，天线也设计有高频隔离指标，共同对2.45GHz高频进行抑制，防止高频信号经天线耦合损毁固态源功放，提高微波转换效率。
综上所述，本发明公开了一种多微波源加热系统，其中，包括微波炉腔体和炉门，所述微波炉腔体设置有固态源以及磁控管，所述固态源与电调射频同轴天线连接，所述磁控管与微波波导激励器连接，通过所述固态源以及磁控管作为微波源共同加热，本发明所述多微波源加热系统，能够实现多种微波源共同加热，提高微波加热效率。
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 (10)
1.一种多微波源加热系统，其特征在于，包括微波炉腔体和炉门，所述微波炉腔体设置有固态源以及磁控管，所述固态源与电调射频同轴天线连接，所述磁控管与微波波导激励器连接，通过所述固态源以及磁控管作为微波源共同加热。
2.根据权利要求1所述的多微波源加热系统，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所述的多微波源加热系统，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的相对位置。
4.根据权利要求3所述的多微波源加热系统，其特征在于，所述控制器包括MCU控制器、驱动装置以及传动装置，通过所述MCU控制器控制所述驱动装置，通过所述驱动装置的驱动，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所述的多微波源加热系统，其特征在于，所述固态源设置在所述微波炉腔体顶端，通过射频传输线缆与所述电调射频同轴天线连接。
6.根据权利要求1所述的多微波源加热系统，其特征在于，所述磁控管设置在所述微波炉腔体侧边或者后边，与所述微波波导激励器通过微波波导传输线连接。
7.根据权利要求1所述的多微波源加热系统，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。
8.根据权利要求6所述的多微波源加热系统，其特征在于，所述磁控管设置有1组或多组。
9.根据权利要求1所述的多微波源加热系统，其特征在于，所述固态微波源功放输出功率为300W-800W。
10.根据权利要求1所述的多微波源加热系统，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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