CN116683200B - 一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵 - Google Patents
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Abstract
一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，涉及微波加热及天线技术领域。包括间隔设置的多组波导缝隙天线面阵，每组波导缝隙天线面阵包括层叠设置的一排波导缝隙天线单元，波导缝隙天线单元的一端安装有磁控管，波导缝隙天线单元之间通过隔离板连接；波导缝隙天线单元包括依次连接的矩形耦合波导、过渡波导、矩形辐射波导；波导缝隙天线面阵的矩形辐射波导之间覆盖有天线罩，天线罩连接在矩形辐射波导设置纵缝的一侧。本发明波导缝隙天线阵参数集使得基布烘干面微波能均匀度高、烘干效果好、能源利用率高且加工偏差要求低。
Description
技术领域
本发明涉及微波加热及天线技术领域，具体涉及一种基布烘干用高功率波导
缝隙天线阵。
背景技术
基布作为当代纺织业众多基础物料中及其重要的一种，烘干处理是其在出厂之前所必须经过的步骤。传统纺织业的基布烘干技术有着自动化程度低、能源利用率低等弊端，微波烘干设备作为一种新兴的烘干设备，具有以下优点：
（1）烘干速度快：微波烘干设备的加热过程无需预热，并且微波的穿透性强，能对物料表面与内部同时进行加热干燥，因此同条件下烘干速度更快。
（2）能量利用率高：由于避免了加热效率低下且容易逸散能量的热传导方式，微波烘干设备能量利用率高。
（3）烘干质量高：不同于蒸汽烘干设备直接进行热传导来加热物料，微波烘干设备对物料加热可以做到更高的均匀度，因此可以减少物料的局部变色、氧化、营养成分流失等问题，此外微波烘干不会像传统的烘干方式一样产生热惯性，从而可以更好地保持干燥物料的性能和品质。
（4）自动化程度高：通过设置电源功率、干燥温度、加热时间等参数，微波烘干设备可以实现对干燥过程的精确控制。
目前已有比较先进的基布微波烘干技术专利，其使用可扩展的波导缝隙阵列天线耦合微波能量，能够做到较高的能源利用率，但仍存在一些问题亟待解决。首先是其功率容量较小，难以适应大规模的烘干作业。其次是烘干机箱体内部空间的利用率较低。目前市场上的大型基布烘干用微波烘干设备生产线通常达到十几甚至几十米的规模，其总工作功率在数百千瓦量级。该方案的微波烘干样机虽然可以通过灵活增加波导天线阵元数量实现功率扩展。但扩展后的烘干箱体过长，当总生产功率提升到100千瓦时，其生产线纵向长度内尺寸已经超过了16米。这一方面大大提高了生产厂家的制造成本，另一方面也对消费厂家的厂房承载力有较高的要求。因此市场迫切需要一种更加成熟的高功率微波烘干技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，可以有效解决背景技术中的问题。
实现上述目的的技术方案是：一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，包括间隔设置的多组波导缝隙天线面阵，每组波导缝隙天线面阵包括层叠设置的一排波导缝隙天线单元，波导缝隙天线单元的一端安装有磁控管，波导缝隙天线单元之间通过隔离板连接；
波导缝隙天线单元包括依次连接的矩形耦合波导、过渡波导、矩形辐射波导；
波导缝隙天线面阵的矩形辐射波导之间覆盖有天线罩，天线罩连接在矩形辐射波导设置纵缝的一侧。
进一步地，矩形耦合波导宽边方向的中部设置有圆形孔，圆形孔设置在背向纵缝的一侧，磁控管安装在矩形耦合波导设置圆形孔的部位、并且磁控管的探针由圆形孔同轴插入矩形耦合波导内。
进一步地，所述过渡波导为一H面扇形喇叭。
进一步地，所述天线罩为覆盖在矩形辐射波导表面的聚四氟乙烯板。
进一步地，聚四氟乙烯板的厚度为1mm。
进一步地，波导缝隙天线面阵设置有平行排列的12组，波导缝隙天线面阵立式布置在微波烘干箱内、并且基布烘干面朝向相同，相邻波导缝隙天线面阵外表面间距121.4mm，每组包括上下依次层叠的7根波导缝隙天线单元。
进一步地，相邻波导缝隙天线单元呈180°反向设置，相邻两个矩形辐射波导之间对齐设置。
进一步地，所述隔离板为铝材制成、并与矩形辐射波导等长，隔离板分别安装在相邻矩形辐射波导之间、并且与矩形辐射波导的端部平齐，矩形辐射波导设置纵缝的一侧面与隔离板的对应侧面平齐。
进一步地，矩形辐射波导一端为开口、另一端封闭，开口端与过渡波导连接，矩形辐射波导的宽边内边长为109.2mm，窄边内边长为54.6mm，纵向长度内尺寸为1619.2mm，壁厚为2mm；
所述矩形辐射波导上表面开有22个纵缝、并分两排设置在矩形辐射波导宽度方向中心线的两侧，两排纵缝的数量相同、并沿长度方向交错设置，纵缝的长度均为50mm、宽度均为7mm，所有纵缝与矩形辐射波导宽度方向中心线之间的距离为11mm，相邻两个纵缝的中心距为73.6mm，最靠近矩形辐射波导开口端的一个纵缝的中心线与开口端之间的间距、最靠近矩形辐射波导封闭端的一个纵缝的中心线与封闭端的内侧壁之间的间距均为36.8mm；
过渡波导大口端的宽边内边长为109.2mm、窄边内边长为54.6mm，小口端的宽边内边长95.3mm，窄边内边长为54.6mm，纵向长度内尺寸为150mm，壁厚为2mm；
所述矩形耦合波导的一端为开口、另一端封闭，开口端与过渡波导的小口端连接，矩形耦合波导的宽边内边长95.3mm、窄边内边长54.6mm、纵向长度内尺寸150mm，壁厚2mm。
进一步地，矩形耦合波导上所述圆形孔的直径为36.5mm，圆形孔的圆心与矩形耦合波导外端壁之间的间距为27.5mm。
本发明的有益效果：
1）本发明波导缝隙天线阵单元结构简单排布方式简便易于组装。
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）本发明波导缝隙天线阵参数集使得基布烘干面微波能均匀度高、烘干效果好、能源利用率高且加工偏差要求低。
4）本发明每一组波导天线面阵相互之间和波导天线面阵与基布之间微波能的反射、透射，保证了微波能量的充分利用。
5）本发明波导缝隙天线阵可依实际情况灵活选择合适的波导数量组阵，可适用于多种烘干设备。
6）本发明波导缝隙天线阵在单位烘干箱体内的能量密度大，进而单位烘干箱体内的功率容量大，可适用于高功率烘干作业。
附图说明
图1为本发明的基布烘干用高功率波导缝隙天线阵的三维示意图；
图2为本发明的基布烘干用高功率波导缝隙天线面阵的三维示意图；图3为本发明的波导缝隙天线单元的结构示意图；
图4为图3中的A部放大图；
图5为矩形耦合波导的侧视图；
图6为过渡波导小口端的结构图；
图7为过渡波导大口端的结构图；
图8为矩形辐射波导截面图；
图9为本发明的基布烘干用高功率波导缝隙天线阵的回波损耗仿真结果图；
图10为本发明的基布烘干用高功率波导缝隙天线阵基布烘干面电场强度分布仿真结果图。
实施方式
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，下面描述仅仅是本发明的一个实施例，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，可以根据该实施例获得其他相似方案。
本发明公开了一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，包括间隔设置的十二组波导缝隙天线面阵1，波导缝隙天线面阵1立式布置在微波烘干箱内、并且烘干面朝向一致，相邻波导缝隙天线面阵的间距121.4mm，波导缝隙天线面阵1包括上下依次层叠的七根波导缝隙天线单元2，波导缝隙天线单元2包括依次连接的矩形耦合波导2.1、过渡波导2.2、矩形辐射波导2.3，矩形辐射波导2.3的一侧开有两排贯通侧壁的纵缝2.31，波导缝隙天线单元2之间通过隔离板4连接，隔离板4的宽度为25mm，厚度为3mm，所述隔离板4为铝材制成、并与矩形辐射波导2.3等长，隔离板4分别安装在波导缝隙天线面阵1中的相邻矩形辐射波导2.3之间、并且两端与矩形辐射波导2.3的对应端平齐，矩形辐射波导2.3设置纵缝2.31的一侧面与隔离板4的对应侧面平齐。
波导缝隙天线面阵1的矩形辐射波导2.3之间覆盖有天线罩5，天线罩5连接在矩形辐射波导2.3设置纵缝2.31的一侧，所述天线罩5为覆盖在矩形辐射波导2.3上的聚四氟乙烯板，聚四氟乙烯板的厚度为1mm。
作为本发明的进一步说明，矩形辐射波导2.3、隔离板4、天线罩5的位置关系和连接关系可以参照一种用于基布烘干的高效率波导缝隙天线阵（202011482568.3）中公开的相关技术内容。
两排纵缝2.31设置在矩形辐射波导2.3宽度方向中心线的两侧，两侧纵缝2.的数量相同、并沿长度方向交错设置，纵缝2.31的长度g均为50mm、宽度h均为7mm，所有纵缝2.31与矩形辐射波导2.3宽度方向中心线之间的距离i为11mm，相邻纵缝2.31的中心距j为73.6mm，最靠近矩形辐射波导2.3开口端的一个纵缝2.31的中心线与开口端之间的间距k、最靠近矩形辐射波导2.3封闭端的一个纵缝2.31的中心线与封闭端的内侧壁之间的间距s均为36.8mm。
波导缝隙天线面阵1中的相邻两个波导缝隙天线单元2均呈180°反向设置，相邻两个波导缝隙天线单元2的矩形辐射波导2.2之间对齐设置。
波导缝隙天线单元2的一端安装有磁控管6，矩形耦合波导2.1宽边方向的中部设置有圆形孔2.11，圆形孔2.11的直径a为36.5mm，圆形孔2.11的圆心与矩形耦合波导2.1外端壁之间的间距b为27.5mm，圆形孔2.11设置在矩形耦合波导2.1背向纵缝2.31的一侧，磁控管6安装在矩形耦合波导2.1设置圆形孔的部位、并且磁控管6的探针由圆形孔2.11同轴插入矩形耦合波导2.1内。
矩形辐射波导2.3一端为开口、另一端封闭，所述过渡波导2.2为一H面扇形喇叭，矩形辐射波导2.3的开口端与过渡波导2.2的大口端连接，矩形辐射波导2.3的宽边内边长c为109.2mm，窄边内边长d为54.6mm，纵向长度内尺寸f为1619.2mm，壁厚e为2mm。
所述过渡波导2.2大口端的宽边内边长l为109.2mm、窄边内边长m为54.6mm，小口端的宽边内边长n为95.3mm，窄边内边长o为54.6mm，纵向长度内尺寸p为150mm，壁厚q为2mm。
所述矩形耦合波导2.1的一端为开口、另一端封闭，开口端与过渡波导2.2的小口端连接，矩形耦合波导2.1的宽边内边长s为95.3mm、窄边内边长x为54.6mm、纵向长度内尺寸y为150mm，壁厚z为2mm。
利用本发明基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，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约为-15dB，距离矩形辐射波导上表面91mm处基布烘干面的电场强度分布均匀。
本实施例天线阵中某个典型馈源的回波损耗（dBS11）仿真结果如图9所示，本实施例天线阵中的某个典型波导缝隙天线面阵基布烘干面电场强度分布仿真结果如图10所示。
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。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：包括间隔设置的多组波导缝隙天线面阵，每组波导缝隙天线面阵包括层叠设置的一排波导缝隙天线单元，波导缝隙天线单元的一端安装有磁控管，波导缝隙天线单元之间通过隔离板连接；
波导缝隙天线单元包括依次连接的矩形耦合波导、过渡波导、矩形辐射波导，磁控管安装于所述矩形耦合波导上，所述过渡波导为一H面扇形喇叭；
波导缝隙天线面阵的矩形辐射波导之间覆盖有天线罩，天线罩连接在矩形辐射波导设置纵缝的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：矩形耦合波导宽边方向的中部设置有圆形孔，圆形孔设置在背向纵缝的一侧，磁控管安装在矩形耦合波导设置圆形孔的部位、并且磁控管的探针由圆形孔同轴插入矩形耦合波导内。
3.根据权利要求1所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：所述天线罩为覆盖在矩形辐射波导表面的聚四氟乙烯板。
4.根据权利要求1所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：聚四氟乙烯板的厚度为1mm。
5.根据权利要求1所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：波导缝隙天线面阵设置有平行排列的12组，波导缝隙天线面阵立式布置在微波烘干箱内、并且基布烘干面朝向相同，相邻波导缝隙天线面阵外表面间距121.4mm，每组包括上下依次层叠的7根波导缝隙天线单元。
6.根据权利要求5所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：相邻波导缝隙天线单元呈180°反向设置，相邻两个矩形辐射波导之间对齐设置。
7.根据权利要求6所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：所述隔离板为铝材制成、并与矩形辐射波导等长，隔离板分别安装在相邻矩形辐射波导之间、并且与矩形辐射波导的端部平齐，矩形辐射波导设置纵缝的一侧面与隔离板的对应侧面平齐。
8.根据权利要求1所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：
矩形辐射波导一端为开口、另一端封闭，开口端与过渡波导连接，矩形辐射波导的宽边内边长为109.2mm，窄边内边长为54.6mm，纵向长度内尺寸为1619.2mm，壁厚为2mm；
所述矩形辐射波导上表面开有22个纵缝、并分两排设置在矩形辐射波导宽度方向中心线的两侧，两排纵缝的数量相同、并沿长度方向交错设置，纵缝的长度均为50mm、宽度均为7mm，所有纵缝与矩形辐射波导宽度方向中心线之间的距离为11mm，相邻两个纵缝的中心距为73.6mm，最靠近矩形辐射波导开口端的一个纵缝的中心线与开口端之间的间距、最靠近矩形辐射波导封闭端的一个纵缝的中心线与封闭端的内侧壁之间的间距均为36.8mm；
过渡波导大口端的宽边内边长为109.2mm、窄边内边长为54.6mm，小口端的宽边内边长95.3mm，窄边内边长为54.6mm，纵向长度内尺寸为150mm，壁厚为2mm；
所述矩形耦合波导的一端为开口、另一端封闭，开口端与过渡波导的小口端连接，矩形耦合波导的宽边内边长95.3mm、窄边内边长54.6mm、纵向长度内尺寸150mm，壁厚2mm。
9.根据权利要求8所述的一种基布烘干用高功率波导缝隙天线阵，其特征在于：
矩形耦合波导上圆形孔的直径为36.5mm，圆形孔的圆心与矩形耦合波导外端壁之间的间距为27.5mm。
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