CN112616213B - 一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，包括：依次间隔设置的若干个辐射波导、若干个隔离板，所述辐射波导通过所述隔离板连接；所述辐射波导内固定连接有磁控管，所述磁控管设于所述辐射波导的底部；所述辐射波导上表面开设有若干个纵缝，相邻的所述纵缝左右错落设置，所述辐射波导下表面开设有圆形孔隙；所述波导缝隙天线阵上表面覆盖有天线罩。本发明所需辐射波导为非标准波导，与现有技术相比，尺寸更小、增减和组装更为简易，且基布烘干面的微波能均匀度高、烘干效果好、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，特别是涉及一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵。
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红外线作用下时，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，此时光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。
另外，现有辐射波导均采用标准波导，横截面尺寸较大，所需烘干机体积大，并且采用基布行进方向的阵列排布方式，难以根据基布行进速度调整波导的数量。
因此，急需研发一种环保、高效、节能、尺寸小且增减和组装更为简易的基布烘干设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，以解决现有技术中存在的技术问题，所需辐射波导的尺寸小、增减和组装简易，且基布烘干面的微波能均匀度高、烘干效果好、能源利用率高、加工偏差要求低。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，包括：依次间隔设置的若干个辐射波导、若干个隔离板，所述辐射波导通过所述隔离板连接；所述辐射波导内固定连接有磁控管，所述磁控管设于所述辐射波导的底部；所述辐射波导上表面开设有若干个纵缝，相邻的所述纵缝左右错落设置，所述辐射波导下表面开设有圆形孔隙；所述波导缝隙天线阵上表面覆盖有天线罩。
优选地，相邻的所述辐射波导呈180°反向设置。
优选地，所述辐射波导为矩形辐射波导；所述矩形辐射波导的宽边的内边长为90mm±5mm，窄边内边长为45mm±3mm，纵向的内边长为1974mm±10mm，壁厚为2mm±1mm；其中，纵向方向的内边长与所述纵缝的方向相同。
优选地，所述磁控管内设有磁控管探针，所述磁控管探针为实心金属圆柱形探针。
优选地，所述磁控管探针的直径为16.4mm，所述磁控管探针伸入所述辐射波导内的长度为30mm。
优选地，每个所述辐射波导上表面开设的所述纵缝的数量为24个。
优选地，所述辐射波导的24个纵缝相对于辐射波导的中心对称分布，其中辐射波导中心一侧的12个纵缝的宽度由辐射波导的中心到辐射波导的端点分别为(8,7,7,7,7,7,7,7,7,7,8,7)，单位：mm；相应纵缝的中心线距所述辐射波导上表面中心线的距离为(7.6,7.7,9.7,11.3,12.3,12.8,12.8,12.3,11.3,9.7,7.7,7.6)，单位：mm。
优选地，所述隔离板为铝板，所述隔离板与所述辐射波导平行设置。
优选地，所述天线罩的材质为聚四氟乙烯材料。
优选地，所述天线罩的厚度为1mm±0.5mm。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明采用的辐射波导为非标准波导，尺寸相对于现有市场所用波导尺寸更小，一方面节省微波烘干机的内部空间，能够用更小的机箱达到烘干效果；另一方面波导纵向长度可以与绝大部分布匹宽度实现匹配；此外，易于根据布匹行进速度添加或减少所用辐射波导的总数量，并且矩形辐射波导与铝板及馈源排布结构简单易于增减和组装。
(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)本发明波导缝隙天线阵参数集使得基布烘干面的微波能均匀度高、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为本发明用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵的三维结构示意图；
图2为本发明用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵的剖面结构示意图；
图3为本发明辐射波导纵缝及隔离板的排布方式结构示意图；
图4为本发明实施例中用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵的回波损耗仿真结果图；
图5为本发明实施例中用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵的基布烘干面的电场强度分布仿真结果图。
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1-3所示，本实施例提供一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，包括：依次间隔设置的若干个辐射波导、若干个隔离板，所述辐射波导的数量比所述隔离板的数量多一个，所述辐射波导通过所述隔离板连接，相邻的所述辐射波导呈180°反向设置；所述辐射波导内固定连接有磁控管，所述磁控管设于所述辐射波导底部的中心位置；所述辐射波导上表面开设有若干个纵缝，相邻的所述纵缝左右错落设置，所述辐射波导下表面的中心位置开设有圆形孔隙；所述波导缝隙天线阵上表面覆盖有天线罩。
进一步地优化方案，所述辐射波导为非标准的矩形辐射波导；所述矩形辐射波导的宽边的内边长为90mm±5mm，窄边内边长为45mm±3mm，纵向的内边长为1974mm±10mm，壁厚为2mm±1mm；其中，纵向方向的内边长与所述纵缝的方向相同，并且与基布生产厂所生产的基布宽度相匹配；本实施例中，矩形辐射波导的宽边的内边长为90mm，窄边内边长为45mm，纵向的内边长为1974mm，壁厚为2mm。
进一步地优化方案，所述磁控管内设有磁控管探针，所述磁控管探针为实心光滑金属圆柱形探针；本实施例中，所述磁控管探针的直径为16.4mm，所述磁控管探针伸入所述辐射波导内的长度为30mm。
进一步地优化方案，所述圆形孔隙的直径为36.5mm。
进一步地优化方案，每个所述辐射波导上表面开设的所述纵缝的数量为24个。
进一步地优化方案，若干个所述纵缝的长度相同，长度为51mm；所述辐射波导的24个纵缝相对于辐射波导的中心对称分布，其中辐射波导中心一侧的12个纵缝的宽度由辐射波导的中心到辐射波导的端点分别为(8,7,7,7,7,7,7,7,7,7,8,7)，单位：mm；相应纵缝的中心线距所述辐射波导上表面中心线的距离为(7.6,7.7,9.7,11.3,12.3,12.8,12.8,12.3,11.3,9.7,7.7,7.6)，单位：mm。
进一步地优化方案，所述隔离板为铝板，所述隔离板与所述辐射波导平行设置。
进一步地优化方案，所述隔离板的宽度为79mm，厚度为3mm长度为1978mm。
进一步地优化方案，所述天线罩的材质为聚四氟乙烯材料，有效增强了烘干效果的稳定性。
进一步地优化方案，所述天线罩的厚度为1mm±0.5mm；本实施例中，天线罩的厚度为1mm。
为进一步验证本发明用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵的有效性，本实施例采用工作中心频率为2.45GHz、功率为1000W的磁控管对波导缝隙天线阵进行馈电，并对波导缝隙天线阵在各馈源的回波损耗、波导缝隙天线阵的总体电场强度分布进行仿真，仿真结果分别如图4、图5所示；由图4可知，所有馈源处的回波损耗均低于-17dB；由图5可知，距离矩形辐射波导上表面130mm处基布烘干面的电场强度分布均匀。
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 (4)
1.一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，其特征在于，包括：依次间隔设置的若干个辐射波导、若干个隔离板，所述辐射波导通过所述隔离板连接；所述辐射波导内固定连接有磁控管，所述磁控管设于所述辐射波导的底部；所述辐射波导上表面开设有24个纵缝，相邻的所述纵缝左右错落设置，所述辐射波导下表面开设有圆形孔隙；所述波导缝隙天线阵上表面覆盖有天线罩；
相邻的所述辐射波导呈180°反向设置；
所述辐射波导为矩形辐射波导；所述矩形辐射波导的宽边的内边长为90mm±5mm，窄边内边长为45mm±3mm，纵向的内边长为1974mm±10mm，壁厚为2mm±1mm；其中，纵向方向的内边长与所述纵缝的方向相同；
所述辐射波导的24个纵缝相对于辐射波导的中心对称分布，其中辐射波导中心一侧的12个纵缝的长度均为51mm；辐射波导中心一侧的12个纵缝的宽度由辐射波导的中心到辐射波导的端点分别为8,7,7,7,7,7,7,7,7,7,8,7，单位：mm；相应纵缝的中心线距所述辐射波导上表面中心线的距离为7.6,7.7,9.7,11.3,12.3,12.8,12.8,12.3,11.3,9.7,7.7,7.6，单位：mm。
2.根据权利要求1所述的用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，其特征在于，所述磁控管内设有磁控管探针，所述磁控管探针为实心金属圆柱形探针，所述磁控管探针的直径为16.4mm，所述磁控管探针深入所述辐射波导下表面圆形孔隙内的长度为30mm。
3.根据权利要求1所述的用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，其特征在于，所述隔离板为铝板，所述隔离板厚度为3mm,所述隔离板与所述辐射波导平行设置。
4.根据权利要求1所述的用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵，其特征在于，所述天线罩的材质为聚四氟乙烯材料，所述天线罩的厚度为1mm±0.5mm。
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