CN117652883A - 一种射频烤箱 - Google Patents

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姚廷明
王定远
段耀铎
许升
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    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J37/00—Baking; Roasting; Grilling; Frying
    • A47J37/06—Roasters; Grills; Sandwich grills
    • A47J37/0623—Small-size cooking ovens, i.e. defining an at least partially closed cooking cavity
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Abstract

本发明提供一种射频烤箱，涉及家用电器技术领域，该射频烤箱包括：设置于箱体内部的透镜天线组件；所述透镜天线组件包括用于发射电磁波的馈源天线以及用于将所述电磁波转换为平面电磁波的透镜，所述透镜设置于所述馈源天线的电磁波辐射方向上。本发明提供的射频烤箱，通过在馈源天线辐射方向上增加透镜结构来汇聚电磁波，将点源或线源的馈源天线所发射电磁波的辐射面转换为平面波，使得馈源天线辐射的能量更加均匀，能够实现射频烤箱内部的均匀辐射，对于食物接收到的辐射也是均匀的，从而使得食物受热均匀，有效提升了用户的使用体验。

Description

一种射频烤箱
技术领域
本发明涉及电器设计技术领域，具体涉及一种射频烤箱。
背景技术
近年来，随着经济社会的快速发展，人们生活水平不断提高，各种射频烤箱已经逐渐成为人们日常生活中必不可少的装备，有效的改善了人们的生活质量。如图1所示，目前现有射频烤箱的天线一般为线天线，线天线为全向天线，微波天线辐射面通常为球面或柱面，向所有方向辐射，一部分电磁波直接对腔体内的食物进行辐射，其他都会在腔体内壁被反射，有的被多次反射，导致烤箱加热腔内的电磁场分布不均匀，不同位置接收的辐射强度也是不均匀的，有的地方辐射的电磁波多，有的地方少，有的被再次反射到食物上，对食物进行加热，有的在反射过程中逐渐衰减，浪费了较多的能量，且食物有的部位因为接收辐射的电磁波多，食物加热更多，有的部位接收的辐射少，食物加热就少，导致食物有的部位因为过加热被烤焦，而同时有的部位还未烤熟状态，食物受热不够均匀。因此，如何解决现有技术中射频烤箱电磁波辐射强度不均匀导致食物受热不均匀的缺陷成为亟待解决的难题。
发明内容
为此，本发明提供一种射频烤箱，以解决现有技术中存在的射频烤箱电磁波辐射强度不均匀，导致食物受热不均匀的问题。
第一方面，本发明提供一种射频烤箱，包括：设置于箱体内部的透镜天线组件；所述透镜天线组件包括用于发射电磁波的馈源天线以及用于将所述电磁波转换为平面电磁波的透镜，所述透镜设置于所述馈源天线的电磁波辐射方向上。
进一步的，所述透镜为通过面型控制电磁波的相位以使得在出射面上各个位置处的相位达到一致来形成所述平面电磁波的介质透镜，所述面型为用于校正球面波的双曲球面或者用于校正柱面波的双曲柱面。
进一步的，所述介质透镜固定在第一安装支架上，所述第一安装支架固定设置在箱体内部的加热腔中使得所述介质透镜处于所述馈源天线的辐射方向上。
进一步的，所述介质透镜的透镜厚度是基于所述介质透镜的辐射口径、所述介质透镜的折射率以及所述馈源天线到所述介质透镜曲面顶端的距离确定的；其中，所述介质透镜的折射率是基于所述介质透镜的相对介电常数和相对磁导率确定的。
进一步的，所述透镜包括：多个放置在所述馈源天线的电磁波辐射方向上的金属板。
进一步的，所述金属板为等间距平行排列。
进一步的，所述透镜为E面金属透镜；所述E面金属透镜的折射率是基于所述电磁波在自由空间中的波长和所述金属板之间的间距确定的。
进一步的，所述E面金属透镜通过第二安装支架固定在箱体内部的加热腔中使得所述E面金属透镜处于所述馈源天线的电磁波辐射方向上，所述E面金属透镜的金属板与所述馈源天线的电磁波发射方向处于平行状态。
进一步的，所述金属板在所述馈源天线的电磁波辐射方向上形成若干个波导横截面尺寸大小不同或者长度不同的平行金属波导。
进一步的，所述金属板之间的间距大于或等于所述电磁波在自由空间中的波长的一半。
本发明提供的射频烤箱，通过在馈源天线辐射方向上增加透镜结构来汇聚电磁波，将点源或线源的馈源天线所发射电磁波的辐射面转换为平面波，使得馈源天线辐射的能量更加均匀，能够实现射频烤箱内部的均匀辐射，对于食物接收到的辐射也是均匀的，从而使得食物受热均匀，有效提升了用户的使用体验。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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取其他的附图。
图1是现有技术中射频烤箱电磁波路径的示意图；
图2是本发明实施例提供的射频烤箱电磁波路径的示意图；
图3是本发明实施例提供的馈源天线与介质透镜的相对位置示意图；
图4是本发明实施例提供的介质透镜的结构参数示意图；
图5是本发明实施例提供的介质透镜在射频烤箱中的安装示意图；
图6是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的正面视图；
图7是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的侧面视图；
图8是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的三维视图；
图9是本发明实施例提供的馈源天线与E面金属透镜的相对位置示意图；
图10是本发明实施例提供的E面金属透镜在射频烤箱中的安装示意图。
其中，101-馈源天线，102-透镜，103-射频烤箱，104-电磁波，105-经过透镜之后的电磁波，106-平面波，107-第一安装支架，108-加热腔，109-螺丝，1010-食物，1011-金属板，1012-E面金属透镜，1013-平行电磁波，1014-第二安装支架，1015-安装孔，1021-介质透镜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使馈源天线101(辐射天线)辐射的能量更加集中，可以在馈源天线101辐射方向上放置透镜结构来汇聚电磁波，所构成的结构被称为透镜天线。通常，透镜天线由馈源天线101和透镜102两部分构成。通常透镜天线馈源为各向同性的点源，向四周辐射球面电磁波。为了模拟点源的辐射，通常采用微带天线或者喇叭天线这种口径效率高的定向天线作为馈源天线101。透镜102部分的结构种类可以是模拟了光学镜片的结构，有凸透镜、凹透镜、球面镜、平面镜等。此外，本发明根据透镜材料的不同也可以分为介质透镜1021和金属型透镜1012。透镜的原理是通过相位补偿的方法将入射的球面波转换成平面波从而达到波束汇聚的效果，因此根据相位补偿的快慢，又可以分为加速型透镜和减速型透镜。
下面基于本发明所述的射频烤箱，对实施例进行详细描述。如图2所示，其为本发明实施例提供的射频烤箱电磁波路径的示意图。所述射频烤箱103包括设置于箱体内部的透镜天线组件。所述透镜天线组件包括用于发射电磁波的馈源天线101以及用于将所述电磁波转换为平面电磁波的透镜102，所述透镜102设置于所述馈源天线101的电磁波辐射方向上。通过在所述馈源天线101辐射方向上设置所述透镜102能够汇聚其所发射的电磁波，进而将馈源天线101所发射电磁波的辐射面转换为平面波，使得馈源天线101辐射的能量更加均匀，从而实现了射频烤箱103内部的均匀辐射。
如图3所示，其为馈源天线101与介质透镜1021的相对位置示意图。所述透镜102可以是通过面型控制电磁波104的相位以使得在出射面上各个位置处的相位达到一致(即经过透镜之后的电磁波105平行)来形成所述平面电磁波106的介质透镜1021，其设置于所述馈源天线101辐射方向上的正前方。其中，介质透镜1021，又称为延迟透镜，因电磁波在介质内的传播速度小于真空中的波速而得名。介质透镜1021通过面型控制电磁波的位相，越厚的位置位相延迟越大，最终在透镜的出射面上各个位置处的位相达到一致。根据费马原理可得介质透镜的面型为双曲球面(用于校正球面波)或者双曲柱面(用于校正柱面波)等。
如图4所示，其为本发明实施例提供的介质透镜的结构参数示意图。所述介质透镜1021的透镜厚度d是基于所述介质透镜1021的辐射口径D、所述介质透镜1021的折射率n以及所述馈源天线101到所述介质透镜1021曲面顶端的距离f确定的。具体的，透镜天线组件包含的介质透镜1021的透镜厚度d，介质透镜辐射口径(孔径)为D，透镜折射率n，馈源天线101到透镜曲面顶端的距离为f，透镜厚度d和孔径D之比为公式(1)：
其中，所述介质透镜1021的折射率n是基于所述介质透镜1021的相对介电常数和相对磁导率确定的。具体的，所述介质透镜的折射率ε为介质透镜的相对介电常数，μr为相对磁导率。
电磁波通过介质透镜1021的总相位延迟为：
其中：n使透镜材料的折射率。所述介质透镜1021的透镜材料可以为石蜡、聚乙烯、树脂玻璃或者聚苯乙烯等。knΔ(x，y)是由介质透镜1021引起的相位延迟，Δ(x，y)是介质透镜的厚度函数，k[Δ0-Δ(x，y)]是两个平面之间剩下的自由空间区域引起的相位延迟。
如图5所示，其是本发明实施例提供的介质透镜在射频烤箱中的安装示意图。
本发明实施例提供的介质透镜在射频烤箱中的安装示意图。所述介质透镜1021可预先固定在第一安装支架107上，所述第一安装支架107通过螺丝109设置在箱体内部的加热腔108中使得所述介质透镜1021处于所述馈源天线101的辐射方向上，使射频烤箱内部受到的辐射是均匀的，对于食物1010接收到的辐射也是均匀的，从而可以使食物1010受热均匀。
另外，如图6所示，其是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的正面视图。所述透镜102可以包括多个放置在所述馈源天线的电磁波辐射方向上的金属板1011。
具体的，如图7所示，其是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的侧面视图。所述透镜为E面金属透镜1012。如图8所示，其是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的三维视图。所述E面金属透镜1012由若干个按照等间距平行排列的金属板1011构成，所述金属板1011之间的间距大于或等于所述电磁波在自由空间中的波长λ0的一半。
进一步的，所述E面金属透镜1011的折射率n是基于所述电磁波在自由空间中的波长和所述金属板1011之间的间距确定的。其中，E面金属透镜1012，也称为加速透镜。由于电磁波在E面金属透镜1012里以快波的形式传播。E面金属透镜1012是由多个放置在所述馈源天线的电磁波辐射方向上的金属板1011组成。相互交错的金属板1011在所述馈源天线的电磁波辐射方向上形成许多大小(即波导横截面尺寸大小)不同或者长度不同的波导。相同长度的波导，如果大小不同，则波导中相速也不相同。通过调节波导的大小可实现位相的调节。相同大小的波导，长度不同位相延迟也不同。通过调节波导的长度也可以实现位相的调节。利用上述原理，E面金属透镜1012可以实现波前的变换。
具体的，E面金属透镜1012由多个等间距的平行金属板1011组成，其间距为a。当平行金属板1011间距a大于等于λ0/2(λ0为自由空间中的波长)时，电磁波在金属板1011之间的传输可以视为在间距为a的平行金属波导中传播(间距a大于等于λ0/2时，电磁波会发生严重色散，随着间距的缩小，电磁波在E面金属透镜1012内终止传播)。其中电磁波在平行金属板1011波导中单模传输的相速度可以表示为公式(3)：
式中，v0为自由空间中的波速。通过公式可以发现此时电磁波的相速度比在自由空间快，所以可以将多个等间距平行金属板1011等效为折射率小于1的均匀材料，其折射率通过公式(4)得到：
由于平行金属板1011对电磁波的加速效应，初级的馈源天线101辐射的球面波通过金属凹透镜后变换为平面波，因聚焦汇聚作用使电磁波能量更为集中，从而使得馈源天线101发射的电磁波转换为平行电磁波1013，获得高增益均匀性特性。
如图9所示，其是本发明实施例提供的馈源天线与E面金属透镜的相对位置示意图。如图10所示，其是本发明实施例提供的E面金属透镜在射频烤箱中的安装示意图。
所述E面金属透镜1012通过第二安装支架1014及其上的安装孔1015固定在箱体内部的加热腔108中，并使得所述E面金属透镜1012处于所述馈源天线101的辐射方向上。
所述E面金属透镜1012的金属板1011与所述馈源天线101的电磁波发射方向处于平行状态，即发射出平行电磁波1013，且所述金属板1011在所述馈源天线的电磁波辐射方向上形成若干个波导横截面尺寸大小不同或者长度不同的平行金属波导。
通过在射频烤箱内增加透镜102将点源或线源的馈源天线1011的球面波或柱面波转换为平面波，从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线。通过合适设计透镜表面形状和折射率n，调节电磁波的相速以获得辐射口径上的平面波前。射频烤箱内部受到的辐射是均匀的，对于食物接收到的辐射也是均匀的，从而可以使食物受热均匀。此透镜也可以安装在微波炉中，将微波炉天线发射的球面波转换为平面波，从而实现电磁波均匀辐射，均匀加热食物，在此不做具体限定。
在一个完整实施例中，所述射频烤箱103包括设置于箱体内部的透镜天线组件。所述透镜天线组件包括用于发射电磁波的馈源天线101以及用于将所述电磁波转换为平面电磁波的透镜102，所述透镜102设置于所述馈源天线101的电磁波辐射方向上。通过在所述馈源天线101辐射方向上设置所述透镜102能够汇聚其所发射的电磁波，进而将馈源天线101所发射电磁波的辐射面转换为平面波，使得馈源天线101辐射的能量更加均匀，实现了射频烤箱103内部的均匀辐射。
进一步的，所述透镜102可以是通过面型控制电磁波104的相位以使得在出射面上各个位置处的相位达到一致来形成所述平面电磁波106的介质透镜1021，其设置于所述馈源天线101辐射方向上的正前方。介质透镜1021通过面型控制电磁波的位相，越厚的位置位相延迟越大，最终在透镜的出射面上各个位置处的位相达到一致，比如介质透镜的面型为用于校正球面波的双曲球面或者用于校正柱面波的双曲柱面。所述介质透镜1021可预先固定在第一安装支架107上，所述第一安装支架107可通过螺丝109固定设置在箱体内部的加热腔108中使得所述介质透镜1021处于所述馈源天线101的辐射方向上，使射频烤箱内部受到的辐射是均匀的，对于食物1010接收到的辐射也是均匀的，从而可以使食物1010受热均匀。所述介质透镜1021的透镜厚度d是基于所述介质透镜1021的辐射口径D、所述介质透镜1021的折射率n以及所述馈源天线101到所述介质透镜1021曲面顶端的距离f确定的。
除此之外，所述透镜102还可以是由多个放置在所述馈源天线的电磁波辐射方向上的金属板1011组成的金属透镜。所述金属透镜可以是指E面金属透镜1012。如图8所示，其是本发明实施例提供的E面金属透镜中金属板的三维视图。所述E面金属透镜1012由若干个按照等间距平行排列的金属板1011构成，所述金属板1011之间的间距大于或等于所述电磁波在自由空间中的波长的一半。所述E面金属透镜1011的折射率n是基于所述电磁波在自由空间中的波长和所述金属板1011之间的间距确定的。由于电磁波在E面金属透镜1012里以快波的形式传播。E面金属透镜1012是由多个放置在所述馈源天线的电磁波辐射方向上的金属板1011组成。相互交错的金属板1011在所述馈源天线的电磁波辐射方向上形成许多大小(即波导横截面尺寸大小)不同或者长度不同的波导。相同长度的波导，如果大小不同，则波导中相速也不相同。通过调节波导的大小可实现位相的调节。相同大小的波导，长度不同位相延迟也不同。通过调节波导的长度也可以实现位相的调节，即通过E面金属透镜1012可以实现波前的变换。具体的，E面金属透镜1012由多个等间距的平行金属板1011组成，其间距为a。当平行金属板1011间距a大于等于λ0/2(λ0为自由空间中的波长)时，电磁波在金属板1011之间的传输可以视为在间距为a的平行金属波导中传播。通过平行金属板1011对电磁波的加速效应，馈源天线101辐射的球面波通过金属凹透镜后变换为平面波，因聚焦汇聚作用使电磁波能量更为集中。
本发明提供的射频烤箱，通过在馈源天线辐射方向上增加透镜结构来汇聚电磁波，将点源或线源的馈源天线所发射电磁波的辐射面转换为平面波，使得馈源天线辐射的能量更加均匀，能够实现射频烤箱内部的均匀辐射，对于食物接收到的辐射也是均匀的，从而使得食物受热均匀，有效提升了用户的使用体验。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了多个步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种射频烤箱，其特征在于，包括：设置于箱体内部的透镜天线组件；所述透镜天线组件包括用于发射电磁波的馈源天线以及用于将所述电磁波转换为平面电磁波的透镜，所述透镜设置于所述馈源天线的电磁波辐射方向上。
2.根据权利要求1所述的射频烤箱，其特征在于，所述透镜为通过面型控制所述电磁波的相位以使得在出射面上各个位置处的相位达到一致来形成所述平面电磁波的介质透镜，所述面型为用于校正球面波的双曲球面或者用于校正柱面波的双曲柱面。
3.根据权利要求2所述的射频烤箱，其特征在于，所述介质透镜固定在第一安装支架上，所述第一安装支架固定设置在箱体内部的加热腔中使得所述介质透镜处于所述馈源天线的辐射方向上。
4.根据权利要求2所述的射频烤箱，其特征在于，所述介质透镜的透镜厚度是基于所述介质透镜的辐射口径、所述介质透镜的折射率以及所述馈源天线到所述介质透镜曲面顶端的距离确定的；其中，所述介质透镜的折射率是基于所述介质透镜的相对介电常数和相对磁导率确定的。
5.根据权利要求1所述的射频烤箱，其特征在于，所述透镜包括：多个放置在所述馈源天线的电磁波辐射方向上的金属板。
6.根据权利要求5所述的射频烤箱，其特征在于，所述金属板为等间距平行排列。
7.根据权利要求5所述的射频烤箱，其特征在于，所述透镜为E面金属透镜；所述E面金属透镜的折射率是基于所述电磁波在自由空间中的波长和所述金属板之间的间距确定的。
8.根据权利要求7所述的射频烤箱，其特征在于，所述E面金属透镜通过第二安装支架固定在箱体内部的加热腔中，使得所述E面金属透镜处于所述馈源天线的电磁波辐射方向上，所述E面金属透镜的金属板与所述馈源天线的电磁波发射方向处于平行状态。
9.根据权利要求5或6所述的射频烤箱，其特征在于，所述金属板在所述馈源天线的电磁波辐射方向上形成若干个波导横截面尺寸大小不同或者长度不同的平行金属波导。
10.根据权利要求6所述的射频烤箱，其特征在于，所述金属板之间的间距大于或等于所述电磁波在自由空间中的波长的一半。
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