CN110381623A - 一种微波加热天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波加热天线，该种微波加热天线包括微波传输线、位于微波传输线外导体壁上且沿传输线轴线方向分布的多个缝隙和N个锥台状的金属喇叭，N≥2的整数；缝隙将微波传输线的内部空间与外部空间连通；金属喇叭由金属薄壁围成锥台状，金属喇叭设有一个较大对外开放口面和一个较小对外开放口面，较小对外开放口面与微波传输线的外壁连接在一起，实现电接触且与其对应的一组缝隙被包含在较小对外开放口面内，该组缝隙所辐射的微波功率只能通过较大对外开放口面进入外部空间。通过上述方式，本发明结构简单紧凑，场分布均匀性好，工程实施方便，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及微波能应用技术领域，特别是涉及一种微波加热天线。
背景技术
大功率微波加热领域常用的天线包括两大类：一类是缝隙天线，即根据微波传输模式的场分布特点，在传输线外导体壁上开有若干(一般至少2个)扁长缝隙，将传输线内部空间与外部连通，缝隙切割导体壁上的电流产生空间位移电流，实现传输线内部能量向外部空间的辐射；第二类是喇叭天线，锥台状的喇叭的一个口面(一般是较大的口面)与要被作用的空间连通，而另一个口面(一般是较小口面)通过适配结构和微波传输线与微波发生器连接。
缝隙天线一般应用于轴向尺寸远大于横截面尺寸的狭长加热空间，微波传输线的轴向与加热空间的轴向一致，利用缝隙天线的长度将能量分布在轴线方向的不同位置，再辐射给被加热对象，由于多条缝隙辐射场之间的相互干涉作用，在离开天线一定距离后场强会有明显的相消和相长，加剧了空间场分布的不均匀，导致温度的不均匀，影响加热效率和质量，尤其不利于对温度敏感的热敏性物料加热。
喇叭天线常用于单个或若干能量馈口的微波作用器，对于单个馈口，微波发生器产生的微波能通过传输线和适配结构直接输送给喇叭天线；而对于两个或两个以上的喇叭天线，还需要功率分配器将微波发生器产生的能量分配到不同的喇叭，这种馈能方式适合能量较为集中的应用，如果馈能位置较多，则需要较为复杂的功率分配和传输系统，增加系统复杂度和成本，给使用带来不便。
基于以上缺陷和不足，有必要对现有技术予以改进，设计出一种微波加热天线。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种微波加热天线，结构简单紧凑，具有较长距离的能量传输和辐射特性的同时限制缝隙之间的相干作用，改善缝隙天线加热的不均匀性，场分布均匀性好，工程实施方便，成本低。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种微波加热天线，该种微波加热天线包括微波传输线、位于微波传输线外导体壁上且沿传输线轴线方向分布的多个缝隙和N个锥台状的金属喇叭，N≥2的整数；所述微波传输线的一个端口为天线的输入口，微波传输线的另一个端口封装金属板短路，缝隙为条形状，缝隙将微波传输线的内部空间与外部空间连通，缝隙被划分为N个组，每一组缝隙数目相等或不等，每一组缝隙与一个金属喇叭对应；金属喇叭由金属薄壁围成锥台状，金属喇叭设有一个较大对外开放口面和一个较小对外开放口面，较小对外开放口面与微波传输线的外壁连接在一起，实现电接触且与其对应的一组缝隙被包含在较小对外开放口面内，该组缝隙所辐射的微波功率只能通过较大对外开放口面进入外部空间。
优选的是，所述微波传输线采用矩形波导，微波传输线工作于TE10模，所述缝隙位于矩形波导宽边(，所述金属喇叭的较小对外开放口面与矩形波导宽边重合。
优选的是，所述微波传输线采用矩形波导，微波传输线工作于TE10模，所述缝隙位于矩形波导窄边，所述金属喇叭的较小对外开放口面与矩形波导窄边重合。
优选的是，所述微波传输线采用同轴传输线，所述缝隙位于同轴传输线的外导体上，缝隙狭长的方向与同轴传输线轴向垂直或接近垂直；所述金属喇叭的较小对外开放口面为部分圆柱面，该圆柱面的半径与同轴传输线外导体的外径相同，较小对外开放口面与同轴传输线外导体紧密配合，实现电接触。
优选的是，该种微波加热天线还包括挡板和密封条，所述挡板采用绝缘材料，挡板覆盖在所述缝隙的表面上，防止灰尘、水汽或其它杂物进入波导内部，挡板靠近缝隙的一面设有方形槽，方形槽内安装有密封条，进一步增强防护能力。
优选的是，该种微波加热天线还包括调谐结构，所述调谐结构采用金属膜片，调谐结构位于两个所述金属喇叭所对应的两组所述缝隙之间的微波传输线外导体内壁上，调谐结构一端与该外导体内壁连接，另一端探入所述微波传输线内部的金属圆柱或膜片，所述调谐结构采用单侧内壁安装或两侧内壁成对安装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用缝隙天线的轴向传输能力将微波功率输送至较长的作用空间，再利用喇叭天线的汇聚作用，对不同组缝隙产生的辐射形成一定的隔离，降低相互之间的干涉作用，改善了缝隙天线空间场分布的均匀性，也避免了使用多个喇叭天线所需要的功率分配系统，结构简单，工程实施方便，成本低。
附图说明
图1为本发明一种微波加热天线的原理示意图。
图2为本发明具体实施例一的结构示意图。
图3为本发明具体实施例一的部分结构示意图。
图4为本发明具体实施例一的应用结构示意图。
图5为本发明具体实施例一的应用场分布仿真结果示意图。
图6为本发明具体实施例一的天线输入驻波比图。
图7为本发明具体实施例二的结构示意图。
图8为本发明具体实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图8，本发明实施例包括：
具体实施例一：
一种微波加热天线，该种微波加热天线包括微波传输线1、位于微波传输线1外导体壁上且沿传输线轴线方向分布的15条缝隙2、五个锥台状的金属喇叭3、挡板6、密封条7和调谐结构8；所述微波传输线1采用矩形波导4，微波传输线1工作于TE10模，所述微波传输线1的一个端口11为天线的输入口，微波传输线1的另一个端口12封装金属板短路，缝隙2位于矩形波导宽边41，缝隙2为矩形条状，缝隙2长边垂直于矩形波导4的轴线方向，缝隙2将矩形波导4的内部空间与外部空间连通，缝隙2被划分为5个组，如附图2中的A1～A5，每一组有3条缝隙，每一组缝隙2与一个金属喇叭3对应；金属喇叭3由金属薄壁围成锥台状，金属喇叭3设有一个较大对外开放口面31和一个较小对外开放口面32，较小对外开放口面32与矩形波导宽边41外表面重合连接在一起，实现电接触且与其对应的一组缝隙2被包含在较小对外开放口面32内，因此每个金属喇叭3所对应的缝隙2的辐射功率完全通过该金属喇叭3的较大对外开放口面31辐射到作用空间。
所述挡板6覆盖在所述缝隙2的表面上，挡板6并完全遮蔽所有缝隙，防止灰尘、水汽或其它杂物进入矩形波导4内部，挡板6靠近缝隙2的一面设有方形槽，方形槽内安装有密封条7，进一步增强防护能力，所述挡板6采用微波损耗小的介质材料，优选的采用聚四氟乙烯板。
所述调谐结构8采用金属膜片，调谐结构8位于两个所述金属喇叭3之间矩形波导4的外导体内壁上，调谐结构8一端与该外导体内壁连接，另一端探入所述矩形波导4内部的金属圆柱或膜片，所述调谐结构8采用单侧矩形波导窄边42安装或两侧矩形波导窄边42成对安装。
本实施例的微波作用器如图4所示，金属喇叭3的较大对外开放口面31对长方体腔体9的顶部连接，自顶向下照射所述长方体腔体9内的物料10，所述长方体腔体9尺寸为2.5m×0.5m×0.45m，物料10厚度为0.4mm，物料10上表面与金属喇叭3较大对外开放口面31的距离为50mm。
本实施例采用BJ9矩形波导作为传输线1，在915MHz通过电磁仿真优化，得到缝隙2长度为120mm，宽8mm，共15条，每3条缝隙为一组，两组之间间距400mm，金属喇叭3高度为200mm，调谐结构8探入长方体腔体9内的高度为28mm，当物料10介电常数在2.5～4.0之间变化，损耗角正切大于0.05时，得到场分布如图5所示，天线输入反射损耗在915±5MHz范围内小于-17dB(对应电压驻波比小于1.33)，如图6所示，本实施例针对颗粒状物料10进行加热测试，在辅助以搅拌措施后，物料10加热的温度均匀性好于4℃，上述结构尺寸、缝隙数目及分组方式仅为本实施例优化的结果之一，不作为本实施例的核心技术特征。
具体实施例二：
本实施例如图7所示，一种微波加热天线，该种微波加热天线与具体实施例一不同之处在于：缝隙2位于矩形波导窄边42，缝隙2的长边方向与矩形波导4轴线方向平行，金属喇叭3的较小对外开放口面32与矩形波导窄边42外表面重合连接在一起形成电接触。
具体实施例三：
本实施例如图8所示，一种微波加热天线，该种一种微波加热天线与具体实施例一和具体实施例二不同之处在于：微波传输线1采用同轴传输线5，同轴传输线5由外导体51和内导体52构成，缝隙2位于外导体51上，缝隙2将内导体52与外导体51之间的空间与外部空间连通，缝隙2为矩形条状，缝隙2长边与同轴传输线5轴线方向垂直，金属喇叭3的较小对外开放口面32为圆柱面的一部分，该圆柱面的半径与外导体51的外径相同，较小对外开放口面32与外导体51表面重合，形成电接触。
本发明一种微波加热天线，结构简单紧凑，具有较长距离的能量传输和辐射特性的同时限制缝隙之间的相干作用，改善缝隙天线加热的不均匀性，场分布均匀性好，工程实施方便，成本低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种微波加热天线，其特征在于：该种微波加热天线包括微波传输线(1)、位于微波传输线(1)外导体壁上且沿传输线轴线方向分布的多个缝隙(2)和N个锥台状的金属喇叭(3)，N≥2的整数；所述微波传输线(1)的一个端口(11)为天线的输入口，微波传输线(1)的另一个端口(12)封装金属板短路，缝隙(2)为条形状，缝隙(2)将微波传输线(1)的内部空间与外部空间连通，缝隙(2)被划分为N个组，每一组缝隙(2)数目相等或不等，每一组缝隙(2)与一个金属喇叭(3)对应；金属喇叭(3)由金属薄壁围成锥台状，金属喇叭(3)设有一个较大对外开放口面(31)和一个较小对外开放口面(32)，较小对外开放口面(32)与微波传输线(1)的外壁连接在一起，实现电接触且与其对应的一组缝隙(2)被包含在较小对外开放口面(32)内，该组缝隙(2)所辐射的微波功率只能通过较大对外开放口面(31)进入外部空间。
2.根据权利要求1所述的一种微波加热天线，其特征在于：所述微波传输线(1)采用矩形波导(4)，微波传输线(1)工作于TE10模，所述缝隙(2)位于矩形波导宽边(41)，所述金属喇叭(3)的较小对外开放口面(32)与矩形波导宽边(41)重合。
3.根据权利要求1所述的一种微波加热天线，其特征在于：所述微波传输线(1)采用矩形波导(4)，微波传输线(1)工作于TE10模，所述缝隙(2)位于矩形波导窄边(42)，所述金属喇叭(3)的较小对外开放口面(32)与矩形波导窄边(42)重合。
4.根据权利要求1所述的一种微波加热天线，其特征在于：所述微波传输线(1)采用同轴传输线(5)，所述缝隙(2)位于同轴传输线(5)的外导体上，缝隙(2)狭长的方向与同轴传输线(5)轴向垂直或接近垂直；所述金属喇叭(3)的较小对外开放口面(32)为部分圆柱面，该圆柱面的半径与同轴传输线(5)外导体的外径相同，较小对外开放口面(32)与同轴传输线外导体紧密配合，实现电接触。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种微波加热天线，其特征在于：还包括挡板(6)和密封条(7)，所述挡板(6)采用绝缘材料，挡板(6)覆盖在所述缝隙(2)的表面上，防止灰尘、水汽或其它杂物进入波导内部，挡板(6)靠近缝隙(2)的一面设有方形槽，方形槽内安装有密封条(7)，进一步增强防护能力。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种微波加热天线，其特征在于：还包括调谐结构(8)，所述调谐结构(8)采用金属膜片，调谐结构(8)位于两个所述金属喇叭(3)所对应的两组所述缝隙(2)之间的微波传输线(1)外导体内壁上，调谐结构(8)一端与该外导体内壁连接，另一端探入所述微波传输线内部的金属圆柱或膜片，所述调谐结构(8)采用单侧内壁安装或两侧内壁成对安装。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112086740A (zh) * | 2020-08-30 | 2020-12-15 | 电子科技大学 | 一种平面化的微波加热天线 |
| CN115978785A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-04-18 | 四川大学 | 一种同轴开缝辐射器、连续流液体加热系统及加热方法 |
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2019
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