CN1244769C - 微波炉 - Google Patents

Abstract

一种适于辐射相互反相的微波以使响应于食品载荷变化的波导管的阻抗变化达到最小的微波炉，从而不论食品载荷量的多少均能保持微波以恒定值输出，同时使电场在腔内的分布保持恒定。

Description

微波炉

技术领域

本发明涉及一种微波炉，特别是一种适于辐射相互反相的微波以使响应于食品载荷变化的波导管的阻抗变化达到最小的微波炉，从而不论食品载荷量的多少均能保持微波以恒定值输出，同时使电场在腔内的分布保持恒定。

背景技术

通常，微波炉用于经波导管向腔内辐射由磁控管振动产生的微波，以通过电介质加热烹调放置于腔内预定位置的食品。

图1为本发明一实施例的微波炉内的波导管的剖视示意图，图2为图1中波导管的辐射结构的分析图，其中波导管1形成有插入口9和矩形辐射孔7，磁控管3的天线3a经插入口9插入，而微波经矩形辐射孔7辐射进入腔5。

由磁控管3的振动产生的微波经波导管1辐射进入腔5，以通过电介质加热烹调腔5内的食品。

如图2所示，若磁控管3的功率为P_in，而腔5内预定位置的功率为P_out，则输出功率P_out可由下述公式1、2和3得出。

[公式1]

$P_{\mathrm{in}}=E_s^2$

[公式2]

E_y＝E_s sin(x)

[公式3]

$P_{\mathrm{out}}={\left(E_y\right)}^2={\left(E_s\sin \left(\mathrm{\χ}\right)\right)}^2=E_s^2\sin {\left(\mathrm{\χ}\right)}^2$

其中，E_s为由磁控管3的振动产生的微波所形成的电场能量(例如输入电场能量)，而E_y为腔5内预定位置处形成的电场能量(例如输出电场能量)。磁控管3的功率是由磁控管的振动产生的微波形成的E_s的平方。

此外，由磁控管3振动产生的微波是某相位的正弦波，从而腔5内确定位置处的电场能量E_y为电场能量E_s乘以sin(x)，而P_out为E_y的平方。

因此，功率P_out随载荷的变化而变化。图3为极坐标图，其示出了波导管1根据食品载荷变化的阻抗特性。图3基于2.44-2.47GHz的微波频率范围，并分别加载2000cc、500cc和100cc的水。

如图3所示，在加载2000cc水的情况下，电压驻波比(VSWR)增大。换言之，波导管1的阻抗减小以增大微波炉的功率。在加载100cc水的情况下，电压驻波比(VSWR)减小。换言之，波导管1的阻抗增大以减小微波炉的功率。

也就是说，此处存在一个问题，即当食品载荷比较大的时候，微波炉的功率稍高，但当载荷较小时，波导管的阻抗增大以减小微波炉的输出。

此外还有一个问题，即波导管1的阻抗随食品载荷的变化而变化过大，从而使电场不能在腔5内恒定分布。

另外还有一个问题，即一个波导管1不能应用于不同种类的腔5，从而每个腔5均需采用单独的波导管1。

为克服这些问题，公开了日本公开专利No.平6-111933(公开于1994年4月22日)，其中如图4所示，微波炉的双向波导系统包括上和下辐射孔11a和11b、腔12、磁控管14及波导管15，磁控管14用于经天线13产生具有λg频率的微波。

此时，从磁控管14产生的电波用于形成电压驻波，其依次经辐射孔11a和11b辐射进入腔12，以均匀加热食品。

但是，如此构造的微波炉的传统波导管系统存在一个问题，即仅有微波的扩散效率更好，从而不能充分克服微波炉随食品载荷变化的功率变化。

日本公开专利No.平4-233188(公开于1992年8月21日)公开了另一种此前技术，其中如图5所示，用于双向加热方法的微波炉包括波导管19、上和下辐射孔21a和21b、磁控管23、天线25及凸伸件27，凸伸件27构造为具有与天线25的长度几乎相同的宽度。

此时，辐射孔21a和21b形成为具有最大距离，而波导管19在其上侧形成有水平面19a并在其底侧形成有斜面19b。

在如此构造的双向式微波炉中，从磁控管23产生的微波经天线辐射进波导管19，而辐射进波导管19的微波经凸伸件27形成电压驻波，其经上辐射孔21a直接辐射进腔17。部分电压驻波经下辐射孔21b倾斜辐射，从而均匀加热并烹调放置于腔17的底板上的食品。

在此，用于反相辐射的波导管19的结构原理可由公式4得出。

[公式4]

A-B＝(k+n·0.5)λg

其中，A等于从上辐射孔21a的上周边至下辐射孔21b的下周边测得的波导管19的总长，B等于从中轴线29至上辐射孔21a的上周边测得的波导管19的长度，k等于值为0.7-0.9范围内的常数，n＝0，1，2，3...，而λg等于波导管19基本型式下的波长。

由公式4，长度是λg的函数，而互异反相(+，-)的微波用于均匀加热并烹调放置于腔17的底板上的食品。

然而，在如此构造的传统双向式微波炉中存在一个问题，即输出波导管既长且厚，从而难以容纳电子元件，并且波导管19的阻抗根据腔17经常变化，因此，一旦腔17的尺寸变化，上和下辐射孔21a和21b的尺寸和位置均要进行调整和重新设计。

此外，还有一个问题，即腔17内的微波以不同的相辐射进腔内，腔17内的电场分布型式并未通过上和下辐射孔21a和21b整体形成，而是主要在上部和下部形成。

发明内容

本发明的公开在于解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种可改进波导管和辐射孔的结构以在波导管内产生水平、垂直、向上和向下反相的微波的微波炉，从而在腔内形成多种电场分布型式，因此可提高烹调效率、使由载荷变化引起的阻抗变化最小，并且不管食品载荷多少总能保持输出恒定。

根据本发明的一个目的，提供一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，该微波炉包括输出波导管内的磁控管，磁控管的天线位置(A-B)由公式A-B＝kλg得到，其中A等于输出波导管的总长，B等于从输出波导管的一侧至磁控管天线的距离，0.5≤k＜0.7，及λg等于输出波导管内的波长；d1为输入波导管上形成的孔的中心到上辐射孔的距离，d2为输入波导管上形成的所述孔的中心到下辐射孔的距离；d1和d2由以下公式得到：d1＝λg/4，d2＝λg/2，d2＝2×d1，其中，λg等于波导管内的波长，当所述孔的天线位置在0.5≤k＜0.7的范围内变化时，d1形成于上辐射孔的斜尖顶X1和辐射孔底线X2之间。

提供一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，该微波炉包括输出波导管内的磁控管，其中，磁控管的天线位置(A-B)由公式A-B＝kλg得到，其中A等于输出波导管的总长，B等于从输出波导管的一侧至磁控管天线的距离，0.5≤k＜0.7，及λg等于输出波导管内的波长；d1为输入波导管上形成的孔的中心到上辐射孔的距离，d2为输入波导管上形成的所述孔的中心到下辐射孔的距离；d1和d2由以下公式得到：d1＝λg/4，d2＝λg/2，d2＝2×d1，其中，λg等于波导管内的波长，当所述孔的天线位置在0.5≤k＜0.7的范围内变化时，d2位于下辐射孔的斜尖顶Y1和辐射孔底线Y2之间。

根据本发明的另一目的，提供一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，输出波导管具有由公式a＝b＝λg得到的宽度a和长度b，从而由磁控管振动产生的微波可以沿左/右和上/下方向以一个周期的波长λg分布。

根据本发明的又一目的，提供一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，输出波导管包括上辐射孔和下辐射孔，上和下辐射孔包括：

立槽；

左和右斜槽，每个槽形成为相反的V形，从而绕立槽的中轴线P水平对称，并在其两底端与立槽配合，并且形成为水平倾斜30°-60°；及

横槽，每个槽均与左和右斜槽配合而水平对称地形成于左和右斜槽的底外侧。

根据本发明的又一目的，提供一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，其中输出波导管分别形成有左辐射孔和右辐射孔，每个孔具有g≤λg的槽宽。

附图说明

为充分理解本发明的特征和目的，下面联系附图进行详细的描述，其中：

图1为已有技术一实例的微波炉的波导管的剖视示意图；

图2为图1中波导管的辐射结构的分析图；

图3为示出图1中波导管的每载荷阻抗特性的极坐标图；

图4为已有技术第二例的微波炉的波导管的剖视示意图；

图5为已有技术第三例的双向式微波炉的波导管的示意图；

图6为示出图5中腔内的电场型式的示意图；

图7至11示出本发明第一实施例的视图，其中

图7为示出本发明安装在腔一侧的波导管的示意图；

图8为示出波导管装配于磁控管的侧剖视图；

图9(I)和9(II)为示出输入波导管和输出波导管之间的波导管的装配状态的前视图和侧视图；

图10为示出输出波导管的上和下辐射孔的主要部件的详图；

图11A和11B为腔内微波分布的分析图；

图12和13为本发明第二实施例的视图，其中

图12(I)和12(II)为示出本发明的输入波导管和输出波导管之间的波导管的装配状态的前视图和侧视图；及

图13A和13B为示出图12中输出波导管的左和右辐射孔的主要元件的详图。

具体实施方式

现在，将参照图7至11详细描述本发明的第一实施例。

如图7和8所示，本发明的微波炉包括：腔50，用于容纳烹调食品；磁控管60，用于产生具有频率λg的微波；及波导管70，用于将从磁控管60产生的微波经天线61导入腔50。

此时，波导管70包括输入波导管71和输出波导管72，其中输入波导管71与磁控管60连接，并将磁控管60产生的微波输送进输出波导管72。

换言之，如图9所示，输入波导管71位于输出波导管72的略微向上的后部区域，并呈预定角度的喇叭形焊接于输出波导管72，从而与输出波导管72固定在一起。

输入波导管71具有外斜面71a，其宽度L1比天线61的长度略小。

磁控管60的天线61在输出波导管72内的位置可由公式5得到。

[公式5]

A-B＝k·λg

其中，A等于输出波导管72的总长(A＝a＝b)，B等于从输出波导管72的一侧至天线61的距离，K为值在0.5≤k＜0.7范围内的常数，及λg等于输出波导管72内的波长。

因此，输出波导管72构造为在横向a和纵向b具有相同长度的矩形，从而在波导管70内向左、右、上和下的横向电磁型式(TE型)和横向磁共振型式(Tm型)的一个周期的波长可同时存在。

换言之，当a＝b＝λg时，波导管70内的波长可由公式6和7得到。

[公式6]

$\mathrm{\λg}=\frac{\mathrm{\λ}}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2a}\right)}^2}}$

[公式7]

$\mathrm{\λg}=\sqrt{\frac{5}{4}\mathrm{\λ}}$

其中，a和b等于输出波导管的宽度和长度，λg等于波导管内的一个波长，并且在λ＝c/f的情况下，c等于微波速度而f等于微波频率。

根据公式6和7，波导管70内的波长λg＝136.4mm(λ＝c/f＝122mm)，其也是输出波导管72的宽度a和长度b，并且λg/4＝34.1mm。

此时，整个波导管70的高度(d)也是λg/4，其中输出波导管72的高度c小于10mm。

输出波导管72形成有电气对称地设置在腔50的上和下中心侧的上辐射孔72a和下辐射孔72b，从而微波可以反相向上/向下和向左/向右的方向辐射。

此时，上辐射孔72a向上设置于绕孔71b的距离d1处，孔71b形成于输入波导管71，而下辐射孔72b向下形成于绕孔71b的距离d2处。

现在，d1和d2可由公式8、9和10得到。

[公式8]

d1＝λg/4

[公式9]

d2＝λg/2

[公式10]

d2＝2×d1

其中，当孔71b处的天线61位置位于0.5≤k＜0.7时，d1绕孔71b形成于上辐射孔72a的斜尖顶X1和辐射孔底线X2之间，而d2绕孔71b位于下辐射孔72b的斜尖顶Y1和辐射孔底线Y2之间。

此外，上辐射孔72a和下辐射孔72b形成为相反的V形并绕中轴线P对称设置。

换言之，如图10所示，上辐射孔72a和下辐射孔72b设有立槽72c、左/右斜槽72d和横槽72e，左/右斜槽72d分别以预定角度(例如相对水平线30-60度)形成，相对立槽72c处的中轴线P的参考线成对称形状，从而在立槽72c的两底侧与之相通，横槽72e对称地形成于左/右斜槽72d的底外侧，从而与之相通。

此时，左/右斜槽72d的斜角相对于斜尖顶X₁，Y₁的水平线来说，在左边是-45°，而在右边是+45°，并且斜面的长度e是λg/4，其左或右长度f分别是λg/4，从而左和右长度f加在一起时为λg/2。

此外，左/右斜槽72d的宽度g是确定阻抗的重要因素，并形成为小于λg/16的间隙，以使上辐射孔72a和下辐射孔72b具有槽缝辐射的特征。

换言之，左/右斜槽72d的宽度g应远小于波导管70内的波长λg，但应小于或等于横槽72e的宽度(g)。

下面将详细描述如此构造的本发明的第一实施例的运行效果。

如图8所示，当微波经波导管70的输入波导管71辐射进输出波导管72时，部分微波经输出波导管72的上辐射孔72a辐射进腔50的上侧，而其余部分则经输出波导管72的下辐射孔72b辐射进腔50的下侧。

此时，微波炉的输出可由从输出波导管72的上辐射孔72a和下辐射孔72b辐射的微波能量的总和来表示。

由于经辐射孔72a和72b扩散的微波的电场能量具有相互对称的量值和相位，因此微波能量的值是经辐射孔72a和72b辐射的微波的总和，并且其相位相互偏置，以产生预定的输出。

至于微波在腔50内的分布，由于微波在横槽72c处因90度的斜角差而相位相反，然后辐射进腔50，因此在腔50的水平面的左侧和右侧产生反相微波的交叉点，以形成各种电场型式，如图11A所示。

同时，由于斜尖顶X₁和Y₁之间的距离差是λg/4(例如λg/4＝d2-d1，d1＝λg/4，d2＝λg/2)，如图11B所示，因此产生相互反相的微波辐射进腔50，并且多个电场分布型式产生于腔50的水平和垂直面上。

因此，本发明的波导管70在腔50内的上/下和左/右区域产生均匀间隔的电磁场分布型式，与传统开口型波导管或双向型波导管的微波炉相比，将产生远多于其的多种电磁场分布型式。

如上所述，本发明第一实施例有一优点是，可形成远多于传统双向型微波炉的多种电磁场分布型式，从而将由食品载荷变化引起的波导管的阻抗变化降至最小，因此微波炉的输出可保持为恒定水平，而不管食品的载荷多少，同时电磁场在腔内的分布也可保持恒定。

此外还有一优点是同一波导管可以很容易地应用于各种类型的腔，并且仅仅调整上和下辐射孔处的斜槽宽度就可轻易改变腔内的烹调分布，从而可为开发波导管和腔节约大量的精力和时间。

现在将参照图12和13详细描述本发明的第二实施例。

用于表示相同结构的与第一实施例相同的标号和符号用于表示相同或等效的部件或部分，并且将省去多余的标号，以简化示意和说明。

根据本发明的第二实施例，上辐射孔72a和下辐射孔72b电气对称地分别形成于腔内的横向中心区域的上侧和下侧，从而可沿上/下和左/右方向辐射反相的微波，并且左和右辐射孔73和74电气对称地分别形成于上和下辐射孔72a和72b之间的腔50的横向中心区域的左侧和右侧。

此时，左辐射孔73设有：横槽73a，在上左方向形成；斜槽73b，从横槽73a的右端向下以预定角度(例如相对水平线30-60度)延伸形成；及立槽73c，从斜槽73b底端垂直延伸。

右辐射孔74设有：立槽74a，垂直形成于其上端；斜槽74b，从立槽74a的底端以预定角度(例如相对水平线30-60度)延伸形成；及横槽74c，从斜槽74b的底端向右延伸形成。

如图13所示，斜槽73b和74b分别以相对水平线成+45度的角度形成，并且其宽度g远小于波导管70内的波长λg，但小于或等于横槽73a和74c以及立槽73c和74a的宽度(g)。

换言之，形成于左/右辐射孔73和74的斜槽73b和74b以与斜槽72d相同的斜角和宽度g形成，斜槽72d形成于上和下辐射孔72a和72b。

此外，左/右辐射孔73和74分别设置在输出波导管72的左侧和右侧，从而位于由输出波导管72的纵向b和横向a以均匀间隔λg/4形成的网格区域。

下面将详细描述如此构造的本发明的第二实施例的运行效果。

当由磁控管60的振动产生的微波经波导管70的输入波导管71发送进输出波导管72时，部分微波经输出波导管72的上辐射孔72a扩散进腔50的上内侧，而其余部分则经输出波导管72的下辐射孔72b辐射进腔50的下内侧。

此外，部分微波经输出波导管72的左辐射孔73辐射进入腔50的左内侧，而其余部分经输出波导管72的右辐射孔74辐射进入腔50的右内侧。

此时，微波炉的输出可由从上和下辐射孔72a和72b以及左和右辐射孔73和74辐射的微波能量的总和来表示。由于经上、下、左和右辐射孔72a、72b、73和74辐射的微波的电磁场能量具有相互对称的相位和量值，因此微波能量的值是经上和下辐射孔72a和72b以及左和右辐射孔73和74辐射的微波的总和，并且其相位相互偏置，以产生预定的输出。

换言之，如图12所示，输出波导管72的横向a和纵向b长度与波导管70内的波长λg相同，因此电磁场型式有4个，并且当输出波导管72由λg/4的间隔垂直和水平分隔时，将产生16个网格形状。

此时，上辐射孔72a位于上中心部的两个网格内，而下辐射孔72b位于下中心区域的其它两个网格内。左辐射孔73位于第二左顶端，而右辐射孔74位于第二右顶端。

同时，请观注一下上和下辐射孔72a和72b以及左和右辐射孔73和74的运行特征。上辐射孔72a和下辐射孔72b形成为相同形状并绕中轴线P对称设置，并且其槽长L是λg/2，高度h是λg/4，而槽宽g是g≤λg。

此外，上和下辐射孔72a和72b以及左和右辐射孔73和74的斜槽72d、73b和74b与输出波导管72内的电磁场分布75a，75b，75c和75d的中心点垂直或水平相对。

换言之，当上辐射孔72a的槽的倾斜方向与电磁场分布75a，75b的中心点垂直相对时输出磁场，而当下辐射孔72b的槽的倾斜方向与电磁场分布75c，75d的中心点水平相对时输出磁场。

如上所述，电磁场和磁场在其相位特性上相差90度，因此槽的阻抗特性(相位)相差90度，从而补偿并偏移了阻抗的变化。

此外，左和右辐射孔73和74的槽长L和槽高h分别是λg/4，而槽宽是g≤λg。

此时，左辐射孔73在其槽的倾斜方向上与电磁场分布75c和75d的中心点垂直相对，从而导致磁场的产生，而右辐射孔74在其槽的倾斜方向上与电磁场分布75c和75d的中心点水平相对，从而导致磁场的产生。

因此，根据本发明的波导管70，均匀间隔的电磁场分布型式以向左/向右和向上/向下方向在腔50内产生，从而形成远多于传统开口式波导管或双向式波导管的多种电磁场分布型式。

此外，输出波导管72的设有上/下辐射孔72a，72b和左/右辐射孔73，74的槽排列天线可比单槽辐射的天线增加更大的增益及方向特性，从而提高微波炉的输出性能和烹调效率。

从本发明的第二实施例可知，其优点在于结构设计为使由磁控管振动产生的微波发送进矩形波导管的输入波导管，同时经上/下和左/右辐射孔发送进腔的内部区域，从而由上/下和左/右辐射孔辐射的微波以上/下和左/右方向相反的相位辐射，因此形成远多于传统双向式微波炉的电磁场分布型式，并将根据食品载荷变化的波导管的阻抗变化降至最小，从而不管载荷多少总能将微波的输出保持恒定，同时将腔内电磁场的分布保持为预定水平。

Claims (4)

1.一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，该微波炉包括输出波导管内的磁控管，其特征在于，磁控管的天线位置(A-B)由公式A-B＝kλg得到，其中A等于输出波导管的总长，B等于从输出波导管的一侧至磁控管天线的距离，0.5≤k＜0.7，及λg等于输出波导管内的波长；

d1为输入波导管上形成的孔的中心到上辐射孔的距离，

d2为输入波导管上形成的所述孔的中心到下辐射孔的距离；

d1和d2由以下公式得到：

d1＝λg/4，

d2＝λg/2，

d2＝2×d1

其中，λg等于波导管内的波长，

当所述孔的天线位置在0.5≤k＜0.7的范围内变化时，d1形成于上辐射孔的斜尖顶X1和辐射孔底线X2之间。

2.一种具有输入波导管和输出波导管的微波炉，该微波炉包括输出波导管内的磁控管，其特征在于，磁控管的天线位置(A-B)由公式A-B＝kλg得到，其中A等于输出波导管的总长，B等于从输出波导管的一侧至磁控管天线的距离，0.5≤k＜0.7，及λg等于输出波导管内的波长；

d1为输入波导管上形成的孔的中心到上辐射孔的距离，

d2为输入波导管上形成的所述孔的中心到下辐射孔的距离；

d1和d2由以下公式得到：

d1＝λg/4，

d2＝λg/2，

d2＝2×d1

其中，λg等于波导管内的波长，

当所述孔的天线位置在0.5≤k＜0.7的范围内变化时，d2位于下辐射孔的斜尖顶Y1和辐射孔底线Y2之间。

3.如权利要求1或2所述的微波炉，其特征在于，输入波导管在其外周形成具有外斜面的锥形，其与磁控管的天线相隔以产生微波。

4.如权利要求1或2所述的微波炉，其特征在于，输入波导管的高度L₁小于天线的长度L₂。

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