CN113851822B - 一种大功率频分空间选择性天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率频分空间选择性天线，包含辐射体、多工馈电网络、金属柱和金属腔，所述辐射体为金属化窄带辐射体；所述多工馈电网络连接辐射体为其馈能，多工馈电网络使用厚金属结构并悬空；所述金属柱将辐射体与金属腔连接起来；所述的金属柱支撑辐射体悬空。本发明所采用的大功率频分空间选择性天线由纯金属结构够成，具有设计简单、制备周期短和耐受功率高等优点；同时，因为采用了多工器特性与天线特性结合，提高天线之间的高独立特性，实现天线辐射间的互不影响。

Description

一种大功率频分空间选择性天线
技术领域
本发明属于微波毫米波天线技术领域，涉及一种大功率频分空间选择性天线。
背景技术
有很多关于解决不均匀加热问题的研究，包括利用电磁参数、电磁场干扰和形状变换等。这些工程在一定程度上形成了相对均匀的热效应，但存在设备结构复杂、设备成本较高的问题。而且，电磁场的变化是无序的，导致效率低下。随着加热过程的进行，炉膛内的热点分布仍然很明显。利用可控天线阵精确控制加热范围和加热效果，是实现均匀加热的有效途径。切换开关是实现可控天线阵最简单、成本最低的方法。J.Zgraja等人公开了一种通过可调阻抗匹配双频感应加热发生器(J.Zgraja，“Dual-Frequency Induction HeatingGenerator With Adjustable Impedance Matching，”IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIALELECTRONICS，VOL.66，NO.11，PP.8308-8317，Nov 2019.)。然而，它的插入损耗和非线性也是不可避免的问题。四川大学黄卡玛、朱铧丞、杨阳、刘长军和陈星公开了一种基于温度反馈和相控阵的实现微波均匀加热的方法及设备(四川大学，一种基于温度反馈和相控阵的实现微波均匀加热的方法及设备，中国发明专利，申请号：201811545411.3，申请日：2018.12.17)，相控阵为可控天线阵设计增加了自由度，进一步提高了微波加热范围和效果的控制精度。然而，相控阵天线结构复杂，成本较高。相控阵天线占用空间大，且存在一定的辐射盲点，特别是在角落和边缘，相控阵方法的空间利用率不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种大功率频分空间选择性天线，在实现天线空间选择特性的前提下，同时实现其结构的高耐受功率、轻量化和低成本化。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种大功率频分空间选择性天线，包含辐射体、多工馈电网络、金属柱和金属腔，所述辐射体为金属化窄带辐射体；所述多工馈电网络连接辐射体为其馈能，多工馈电网络使用厚金属结构并悬空；所述金属柱将辐射体与金属腔连接起来；所述的金属柱支撑辐射体悬空。
进一步地，所述辐射体有四个定位固定用的通孔。
进一步地，所述的通孔的直径为2mm。
进一步地，所述辐射体为4个工作在2.4GHz-2.5GHz的金属化窄带辐射体，厚度为1mm。
进一步地，所述的多工馈电网络由λ/4阻抗变换线组成，通过微带天线特性来调节天线的输入阻抗，使输入阻抗在谐振点外实现开路形式，实现一种窄带的多路输出单路输入，然后通过连接辐射体达到不同频率的信号通过多工馈电网络，分别进入不同谐振点的辐射体，实现辐射体所在区域的辐射效果。
进一步地，所述的多工馈电网络使用厚金属结构并悬空1mm高度，金属厚度为1mm。
进一步地，所述的金属柱支撑辐射体悬空，而且位于电流最高的位置，将天线温度导入金属腔壁，防止天线由于高温影响其性能。
进一步地，所述的金属柱支撑辐射体悬空，半径为1.5mm。
进一步地，所述的金属腔的内壁有四个凸起的高台，并且在高台的中心有用于固定的螺纹孔。
进一步地，所述的金属腔的内壁有四个凸起的高台，凸起高度为1mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的大功率频分空间选择性天线由纯金属结构够成，具有设计简单、制备周期短和耐受功率高等优点；同时，因为采用了多工器特性与天线特性结合，提高天线之间的高独立特性，实现天线辐射间的互不影响。
(2)本发明是在金属化天线表面上通过四个螺丝钉与金属腔体连接起来，进一步缩小了天线尺寸，并且起到了给天线散热的功能。
(3)本发明可以通过金属腔密闭，避免电磁泄露给使用者造成不必要的伤害。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的大功率频分空间选择性天线的总体结构展开示意图。
图2是本发明所采用的大功率频分空间选择性天线结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种大功率频分空间选择性天线包含辐射体11、多工馈电网络12、金属柱13和金属腔21，所述辐射体11为4个工作在2.4GHz-2.5GHz的金属化窄带辐射体，厚度为1mm，提高天线的功率容量，增强辐射体11之间的隔离度，并提高辐射体11的所在区域辐射效果的控制；所述多工馈电网络12连接辐射体11为其馈能，多工馈电网络使用厚金属结构并悬空1mm高度，金属厚度为1mm，长度与加热范围有关，使天线的加热范围覆盖整个被加热区域，并且由于空气是温度的良绝缘体，提高耐受温度，进一步提高多工馈电网络的功率容量，并提高天线的鲁棒性；所述金属柱将辐射体11与金属腔21连接起来；图2是本发明所采用的大功率频分空间选择性天线结构示意图所示，所述辐射体11有四个定位固定用的通孔14，通孔的直径为2mm；所述的金属腔21的内壁有四个凸起的高台，凸起高度为1mm，并且在高台的中心有用于固定的螺纹孔。
所述的多工馈电网络12由λ/4阻抗变换线组成，通过微带天线特性来调节天线的输入阻抗，使输入阻抗在谐振点外实现开路形式，实现一种窄带的多路输出单路输入，然后通过连接辐射体11达到不同频率的信号通过多工馈电网络12，分别进入不同谐振点的辐射体，实现辐射体所在区域的辐射效果。
所述的金属柱13支撑辐射体11悬空，半径为1.5mm，而且位于电流最高的位置，还可以减小天线长度5mm，并将天线温度导入金属腔21壁，由于金属是温度的良导体，可以快速将温度从天线传导到金属壁上，防止天线由于高温影响其性能，进一步提高天线的耐受温度，进而提高天线的耐受功率。
中国专利申请文献“一种基于温度反馈和相控阵的实现微波均匀加热的方法及设备(申请号：201811545411.3，申请日：2018.12.17)”采用相控阵结构，由于介质基板的耐受温度大都低于200摄氏度，本发明通过空气基板代替介质基板，耐受温度高达700摄氏度以上，由于耐受温度决定耐受功率，这一方式极大提高了耐受功率。并且相控阵等线阵由于阵元数量多和加工精度高，本发明使用简单的贴片天线，加工精度低，成本与线阵相比大大降低。加热面积越大线阵的阵元数量指数提高，但是本发明中天线仅仅延长馈电网络长度，相比线阵，在馈电网络长度增长的重量提高要远小于线阵的阵元数量提升带来的重量提高，并且随面积增大，差异越明显。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大功率频分空间选择性天线，其特征在于：包含辐射体（11）、多工馈电网络（12）、金属柱（13）和金属腔（21），其特征在于：所述辐射体（11）为金属化窄带辐射体；所述多工馈电网络（12）连接辐射体（11）为其馈能，多工馈电网络（12）使用厚度为1mm的厚金属结构并悬空；所述金属柱将辐射体（11）与金属腔（21）连接起来；所述的金属柱（13）支撑辐射体（11）悬空，而且位于电流最高的位置，将天线温度导入金属腔（21）壁，防止天线由于高温影响其性能；
所述辐射体（11）为4个工作在2.4GHz-2.5GHz的金属化窄带辐射体，厚度为1mm；
所述的多工馈电网络（12）由λ⁄4阻抗变换线组成，通过微带天线特性来调节天线的输入阻抗，使输入阻抗在谐振点外实现开路形式，实现一种窄带的多路输出单路输入，多工馈电网络（12）连接辐射体（11），不同频率的信号通过多工馈电网络（12）分别进入不同谐振点的辐射体，实现辐射体所在区域的辐射效果。
2.根据权利要求1所述的大功率频分空间选择性天线，其特征在于：所述辐射体（11）有四个定位固定用的通孔（14）。
3.根据权利要求2所述的大功率频分空间选择性天线，其特征在于：所述的通孔的直径为2mm。
4.根据权利要求1所述的大功率频分空间选择性天线，其特征在于：所述的多工馈电网络（12）使用厚金属结构并悬空1mm高度。
5.根据权利要求1所述的大功率频分空间选择性天线，其特征在于：所述的金属柱（13）支撑辐射体（11）悬空，半径为1.5mm。
6.根据权利要求1所述的大功率频分空间选择性天线，其特征在于：所述的金属腔（21）的内壁有四个凸起的高台，并且在高台的中心有用于固定的螺纹孔。
7.根据权利要求6所述的大功率频分空间选择性天线，其特征在于：所述的金属腔（21）的内壁有四个凸起的高台，凸起高度为1mm。
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