CN110337155B - 一种基布烘干用波导缝隙天线阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基布烘干用波导缝隙天线阵，包括若干个矩形辐射波导和探针，所述矩形辐射波导通过隔离板固定连接，所述矩形辐射波导下表面的中心固定连接矩形耦合波导，所述矩形耦合波导与所述矩形辐射波导正交排布；所述探针的一端伸入矩形耦合波导，所述探针的另一端伸入矩形辐射波导，所述探针外部连接聚四氟乙烯套管，聚四氟乙烯套管与辐射波导的下表面及耦合波导的上表面相连接，所述探针与所述矩形耦合波导垂直，所述矩形辐射波导的上表面开设有若干个交错的纵缝。本发明在基布烘干时，基布的温度均匀度高、烘干效果好，除此之外能源利用率高、加工偏差要求低。
Description
技术领域
本发明涉及微波加热及天线技术领域，特别是涉及一种基布烘干用波导缝隙天线阵。
背景技术
随着物质水平的不断提高，人们对于衣帽服饰的需求越来越多，纺织行业也越来越大，而基布烘干是纺织行业不可忽略的重要一环，基布烘干设备可以实现对基布的烘干作业。纵观基布烘干领域，目前，主流的纺织工业烘干设备分为三大类，分别是蒸汽式烘干设备、红外烘干设备和微波烘干设备。
蒸汽式烘干设备是市场中主流的纺织品烘干设备，利用的是热传导原理。将水蒸气通过管道传到箱体内部，高温水蒸气将热量传递给低温湿物料，从而实现对物料烘干的目的。但是，因为这种烘干方式的热量来源于煤炭或天然气，所以会对环境造成比较严重的污染，其次，由于利用的是热传导方式，在蒸汽传输管道上和烘干金属箱体上均有能量的损耗，会造成不必要的能源浪费，从而造成能源利用率低、烘干效率低、烘干效果不理想等问题。除此之外，蒸汽式烘干设备需要建设煤炉、蒸汽管道等，造价成本比较高。
红外烘干设备主要发射红外射线，当湿物料处于快速变化的高频电磁场作用下时，物料中的水分子会发生极性运动，运动的水分子之间互相碰撞与摩擦，此时微波能被转换成了水分子内部的热能，从而实现了对物料的烘干作业。由于不需要预热，所以红外烘干设备烘干效率更高，而且有实验表明，红外烘干设备比蒸汽式烘干设备的烘干效果更理想，环保无污染。但是，由于红外烘干设备发射波的波长短，具有穿透性差、适用范围小的缺点，目前并未得到广泛应用。
最后一种便是微波烘干设备，其烘干原理与红外烘干设备相同，但是微波烘干设备发射的是厘米波或毫米波，波长比红外射线更长，穿透力更强。除了具备红外烘干设备环保的优点之外，微波烘干设备的烘干效率比红外烘干设备的烘干效率更高。当前市场上生产的有功率为20kw、90kw、300kw的微波烘干设备。然而，市场上在售的微波烘干设备采用的是密闭金属腔体结构，通过波导端口将几十个、甚至几百个磁控管的能量直接发射到金属腔体内部，利用电磁波在金属腔体内的频繁反射实现对物料的烘干作业。虽然与蒸汽式烘干设备相比，这种微波烘干设备具有更环保、更节能的优势，但是这种微波烘干方式的能耗高，微波能量有效利用率低，而且根据用户反馈，这种基布烘干设备的烘干效果并不理想。因此，急需研发一种高效、节能的基布烘干设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种基布烘干用波导缝隙天线阵，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基布烘干用波导缝隙天线阵，包括若干个矩形辐射波导和探针，所述矩形辐射波导通过隔离板固定连接，所述矩形辐射波导下表面的中心固定连接矩形耦合波导，所述矩形耦合波导与所述矩形辐射波导正交排布；所述探针的一端伸入矩形耦合波导，所述探针的另一端伸入矩形辐射波导，所述探针与所述矩形耦合波导垂直，所述矩形辐射波导的上表面开设有若干个交错的纵缝。
优选的，所述矩形耦合波导上表面开设有两个第一圆形孔隙，下表面中心位置开有一个第二圆形孔隙，所述第一圆形孔隙和第二圆形孔隙的直径均为36.5mm，所述矩形耦合波导通过第二圆形孔隙与磁控管固定连接
优选的，所述矩形辐射波导下表面中心位置开设有一个第三圆形孔隙，第三圆形孔隙的直径为40.5mm。
优选的，所述探针为圆柱形状结构，所述探针的直径为10mm，长度为60mm，所述探针通过第一圆形孔隙、第三圆形孔隙与矩形耦合波导、矩形辐射波导连接，探针通过所述第三圆形孔隙伸入矩形辐射波导的长度为30mm，探针通过第一圆形孔隙伸入矩形耦合波导的长度为30mm，所述探针外部连接聚四氟乙烯套管，聚四氟乙烯套管与辐射波导的下表面及耦合波导的上表面相连接。
优选的，所述矩形辐射波导的宽边内尺寸为109mm，窄边内尺寸为55mm，纵向长度内尺寸为3108mm，壁厚为2mm。
优选的，所述矩形辐射波导上表面开有42个交叉纵缝，纵向缝隙呈现中心对称分布。
优选的，所述纵缝长度均为50mm，靠近矩形辐射波导中心位置处的6个纵缝的宽度为6mm，纵缝宽边中心线距矩形辐射波导上表面宽边中心线距离为16mm，其余纵缝宽度均为7mm，纵缝宽边中心线距矩形辐射波导上表面宽边中心线距离为16.5mm。
优选的，所述隔离板上的纵缝长度均为50mm，宽度均为6mm，第二纵缝宽边中心线与隔离板宽边中心线的距离均为16mm。
优选的，所述矩形辐射波导上表面固定安装聚四氟乙烯板，所述聚四氟乙烯板的厚度为1mm。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明矩形耦合波导与矩形辐射波导正交排布结构易于组装。
2、本发明矩形辐射波导上表面覆盖厚度为1mm的聚四氟乙烯材料，增强了烘干效果的稳定性。
3、本发明隔离板上开有众多纵缝，加快了基布与矩形辐射波导上表面之间水蒸气的流动速度，提高了能源利用率和烘干效率。
4、本发明中心馈电与中心耦合的设计提高了基布烘干效果的均匀性。
5、本发明波导缝隙天线阵整体设置使得基布的温度均匀度高、烘干效果好、能源利用率高和加工偏差要求低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明A-A的剖视图；
图2为本发明的三维示意图；
图3为本发明的俯视图；
图4本发明中图1的局部放大图B；
图5为本发明装置下表面结构示意图；
图6为缝隙宽度减少0.5mm时S11曲线图；
图7为缝隙宽度减少0.5mm时电场强度分布图；
图8为缝隙宽度增加0.5mm时S11曲线图；
图9为缝隙宽度增加0.5mm时电场强度分布图；
图10为缝隙长度减少0.5mm时S11曲线图；
图11为缝隙长度减少0.5mm时电场强度分布图；
图12为缝隙长度增加0.5mm时S11曲线图；
图13为缝隙长度增加0.5mm时电场强度分布图；
图14为探针长度减少1mm时S11曲线图；
图15为探针长度减少1mm时电场强度分布图；
图16为探针长度增加1mm时S11曲线图；
图17为探针长度增加1mm时电场强度分布图；
其中，磁控管1，矩形耦合波导2，探针3，矩形辐射波导4，隔离板5，第一纵缝6，第二纵缝7，第一圆形孔隙8，第二圆形孔隙9，聚四氟乙烯板10,聚四氟乙烯套管11，第三圆形孔隙12。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-17，本发明提供一种基布烘干用波导缝隙天线阵，包括若干个矩形辐射波导4和探针3，所述矩形辐射波导4通过隔离板5固定连接，所述矩形辐射波导4下表面的中心固定连接矩形耦合波导2，所述矩形耦合波导2与所述矩形辐射波导4正交排布；所述探针3的一端伸入矩形耦合波导2，所述探针3的另一端伸入矩形辐射波导4，所述探针3与所述矩形耦合波导2垂直，所述矩形辐射波导4的上表面开设有若干个交错的第一纵缝6，所述隔离板5上开设有若干个第二纵缝7，所述隔离板5为具有一定厚度、开有若干个第二纵缝7的金属铝板，所述矩形耦合波导2固定连接磁控管1，磁控管1作为馈源将电磁能量发射出去，矩形耦合波导2将一个磁控管1的能量耦合到对应的两根矩形辐射波导4上，矩形辐射波导4通过第一纵缝6将电磁能量辐射到基布烘干面上。当使用工作中心频率为2.45GHz的1000w磁控管进行馈电时，所有馈源处的回波损耗低于-17dB，距离矩形辐射波导上表面200mm处基布烘干面的电场强度分布均匀。
进一步的，所述矩形耦合波导2上表面开设有两个第一圆形孔隙8，下表面中心位置开有一个第二圆形孔隙9，所述第一圆形孔隙8和第二圆形孔隙9的直径均为36.5mm，所述矩形耦合波导2通过第二圆形孔隙9与磁控管1固定连接。
进一步的，所述矩形辐射波导4下表面中心位置开设有一个第三圆形孔隙12，第三圆形孔隙12的直径为40.5mm。
进一步的，所述探针3为实心光滑金属圆柱，所述探针3的直径为10mm，长度为60mm，所述探针3外部连接聚四氟乙烯套管11，聚四氟乙烯套管11与辐射波导的下表面及耦合波导的上表面相连接，所述探针3通过第一圆形孔隙8、第三圆形孔隙12与矩形耦合波导2、矩形辐射波导4连接，探针3通过所述第三圆形孔隙12伸入矩形辐射波导4的长度为30mm，探针3通过第一圆形孔隙8伸入矩形耦合波导2的长度为30mm，所述探针3通过聚四氟乙烯套管11进行固定，所述聚四氟乙烯套管11的直径为20mm，所述聚四氟乙烯套管11的长度为30mm。
进一步的，所述矩形辐射波导4上表面开有42个交叉第一纵缝6，第一纵缝6呈现中心对称分布。
进一步的，所述第一纵缝6长度均为50mm，靠近矩形辐射波导4中心位置处的6个第一纵缝6的宽度为6mm，第一纵缝6宽边中心线距矩形辐射波导4上表面宽边中心线距离为16mm，其余纵缝宽度均为7mm，纵缝宽边中心线距矩形辐射波导4上表面宽边中心线距离为16.5mm。
进一步的，所述隔离板5上的第二纵缝7长度均为50mm，宽度均为6mm，第二纵缝7宽边中心线与隔离板5宽边中心线的距离均为16mm。
进一步的，所述矩形辐射波导4上表面固定安装聚四氟乙烯板10，所述聚四氟乙烯板10的厚度为1mm。
如图6所示，当缝隙宽度减少0.5mm时，2.45GHz频点处的S11数值约为-20dB；如图7所示，此时基布烘干面处的电场强度分布比较均匀。
如图8所示，当缝隙宽度增加0.5mm时，2.45GHz频点处的S11数值约为-16dB；如图9所示，此时基布烘干面处的电场强度分布比较均匀。
如图10所示，当缝隙长度减少0.5mm时，2.45GHz频点处的S11数值约为-18dB；如图11所示，此时基布烘干面处的电场强度分布比较均匀。
如图12所示，当缝隙长度增加0.5mm时，2.45GHz频点处的S11数值约为-15dB；如图13所示，此时基布烘干面处的电场强度分布比较均匀。
如图14所示，当耦合波导内探针长度减少1mm时，2.45GHz频点处的S11数值约为-14dB；如图15所示，此时基布烘干面处的电场强度分布比较均匀。
如图16所示，当耦合波导内探针长度增加1mm时，2.45GHz频点处的S11数值约为-26dB；如图17所示，此时基布烘干面处的电场强度分布比较均匀。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基布烘干用波导缝隙天线阵，其特征在于：包括若干个矩形辐射波导(4)和探针(3)，每个所述矩形辐射波导(4)之间相互平行设置，所述矩形辐射波导(4)通过隔离板(5)固定连接，所述矩形辐射波导(4)下表面的中心位置固定连接矩形耦合波导(2)，所述矩形耦合波导(2)与所述矩形辐射波导(4)正交排布；所述探针(3)的一端伸入矩形耦合波导(2)，所述探针(3)的另一端伸入矩形辐射波导(4)，所述探针(3)外部连接聚四氟乙烯套管(11)，聚四氟乙烯套管(11)与矩形辐射波导的下表面及矩阵耦合波导的上表面相连接，所述探针(3)与所述矩形耦合波导(2)垂直，所述矩形辐射波导(4)的上表面开设有若干个交错的第一纵缝(6)，所述隔离板(5)上开设有若干个第二纵缝(7)，所述矩形耦合波导(2)固定连接磁控管(1)；
所述第一纵缝(6)的长度均为50mm，靠近矩形辐射波导(4)中心位置处的6个第一纵缝(6)的宽度为6mm，第一纵缝(6)宽边中心线距矩形辐射波导(4)上表面宽边中心线距离为16mm，其余纵缝宽度均为7mm，纵缝宽边中心线距矩形辐射波导(4)上表面宽边中心线距离为16.5mm；
所述矩形耦合波导(2)上表面开设有两个第一圆形孔隙(8)，下表面中心位置开有一个第二圆形孔隙(9)，所述第一圆形孔隙(8)和第二圆形孔隙(9)的直径均为36.5mm，所述矩形耦合波导(2)通过第二圆形孔隙(9)与磁控管(1)固定连接；
所述矩形辐射波导(4)下表面中心位置开设有一个第三圆形孔隙(12)，第三圆形孔隙(12)的直径为40.5mm。
2.根据权利要求1所述的基布烘干用波导缝隙天线阵，其特征在于：所述探针(3)为圆柱形状结构，所述探针(3)的直径为10mm，长度为60mm，所述探针(3)通过第一圆形孔隙(8)、第三圆形孔隙(12)与矩形耦合波导(2)、矩形辐射波导(4)连接，所述探针(3)通过所述第三圆形孔隙(12)伸入矩形辐射波导(4)的长度为30mm，所述探针(3)通过第一圆形孔隙(8)伸入矩形耦合波导(2)的长度为30mm。
3.根据权利要求1所述的基布烘干用波导缝隙天线阵，其特征在于：所述矩形辐射波导(4)的宽边内尺寸为109mm，所述矩形辐射波导(4)的窄边内尺寸为55mm，所述矩形辐射波导(4)的纵向长度内尺寸为3108mm，所述矩形辐射波导(4)的壁厚为2mm。
4.根据权利要求1所述的基布烘干用波导缝隙天线阵，其特征在于：所述矩形辐射波导(4)上表面开有42个交叉第一纵缝(6)，所述第一纵缝(6)呈现中心对称分布。
5.根据权利要求1所述的基布烘干用波导缝隙天线阵，其特征在于：所述隔离板(5)上的第二纵缝(7)长度均为50mm，宽度均为6mm，第二纵缝(7)宽边中心线与隔离板(5)宽边中心线的距离均为16mm。
6.根据权利要求1所述的基布烘干用波导缝隙天线阵，其特征在于：所述矩形辐射波导(4)上表面固定安装聚四氟乙烯板(10)，所述聚四氟乙烯板(10)的厚度为1mm。
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