CN205336572U - 用于微波加热设备的天线和微波炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及家用电器领域，公开了一种用于微波加热设备的天线和微波炉，所述天线包括天线杆(1)，该天线杆(1)具有用于连接所述微波加热设备的微波源的馈入端(11)和用于向所述微波加热设备的加热室发射微波的发射端(12)，且该天线杆(1)沿从馈入端(11)向发射端(12)的方向外扩延伸，以使所述发射端(12)的端面面积大于所述馈入端(11)的端面面积。微波从天线杆(1)的馈入端(11)馈入至天线后，经扩散延伸的结构向发射端(12)传输，使得输出的微波能够均匀、高效地发射至加热室内。本实用新型提供的天线指向性好，传输效率高，便于用于如半导体微波炉中以减小能量消耗，并便于简化结构、提高安全性。

Description

用于微波加热设备的天线和微波炉

技术领域

本实用新型涉及家用电器领域，具体地，涉及一种用于微波加热设备的天线。在此基础上，本实用新型还涉及具有所述天线的微波炉。

背景技术

微波炉是现代社会中常见的烹调灶具之一，其基本原理是利用天线将微波源(又称“微波发生器”)产生的微波传输至加热室(即烹调腔)内，并在该加热室内建立微波场，以使得食物中的极性分子(如水、脂肪、蛋白质等)的取向随微波场快速变动，这种变动使得相邻分子间相互作用，产生类似摩擦的效果，从而加热食物。通过这种加热原理，微波炉能够均匀、快速地烹调食物，因而得到广泛应用。

根据微波源的不同，微波炉又可以分为磁控管微波炉和半导体微波炉。其中，磁控管微波炉以其能够容易地获得大功率微波而在传统技术中得到长足发展。而半导体微波炉利用半导体微波发生器产生微波，功率较低。据相关文献记载，半导体器件在获得微波大功率方面与磁控管相比至少相差三个数量级。因而尽管半导体微波炉具有结构简单、安全性高、成本低等优点，但微波在加热领域使用仍被预测为将主要是磁控管微波炉。另外，由于微波源工作机理和产生微波功率方面的巨大差异，使得在半导体微波炉的技术发展中难以直接转用磁控管微波炉中的部件和技术，而需进行针对性、适应性的精细化设计。这是因为，磁控管作为自振荡真空器件，外围匹配结构和环境需要与磁控管构成为整体设计，结构和尺寸上的微小变化即会影响磁控管的功率输出；而半导体微波源为用于将小信号微波放大的器件，与磁控管在结构、原理、性能和效果等各方面均完全不同，二者的设计准则不同，导致二者之间的技术转用几乎不具有可行性。

在中国发明专利CN102767854B中公开的微波炉中，为了克服微波功率低的技术问题，设置了两个或两个以上半导体微波发生器，并通过各自对应的天线传输微波。尽管其通过改进波导盒结构适当简化了上述技术改进所带来了结构复杂、体积较大的问题，但该微波炉的结构仍较为复杂(包含两个电源、两个半导体微波发生器等)，且不可避免地存在微波相互影响的问题。另外，这种设置实质上是将产能效率较高的磁控式微波源变为多个产能效率较低的半导体式微波源，相比传统磁控式微波炉仅能提高安全性，对于节约能源、降低成本并不起到显著效果，甚至可能导致成本不降反升的后果。

有鉴于此，有必要对上述现有技术进行改进，以解决其中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型实际要解决的技术问题是如何降低微波加热设备(如微波炉)的能耗并使其结构简化。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一个方面提供一种用于微波加热设备的天线，该天线包括天线杆，该天线杆具有用于连接所述微波加热设备的微波源的馈入端和用于向所述微波加热设备的加热室发射微波的发射端，且该天线杆沿从所述馈入端向所述发射端的方向外扩延伸，以使所述发射端的端面面积大于所述馈入端的端面面积。

优选地，所述天线杆具有位于靠近所述馈入端一侧的馈入段、靠近所述发射端一侧的发射段以及位于所述馈入段与该发射段之间过渡段，其中，所述馈入段和所述发射段的横截面积大小各自不变。

优选地，所述馈入段和所述发射段分别具有圆柱形结构，所述过渡段具有圆锥台形结构。

优选地，所述天线杆满足以下至少一者：所述馈入段的直径为2mm～4mm，长度为8mm～14mm；所述发射段的直径为4mm～7mm，长度为5mm～9mm；所述过渡段的锥度为1:7～1:3。

优选地，所述天线还包括与所述天线杆彼此绝缘设置的接地板，该接地板形成有用于微波传输路径穿过的内孔并与所述加热室共地。

本实用新型的另一个方面还提供一种微波炉，该微波炉具有本实用新型提供的上述天线、用作所述微波源的半导体微波发生器以及用作所述加热室的烹调腔室，所述天线杆的所述馈入端连接于所述半导体微波发生器的功率输出端，以能够从所述发射端向所述烹调腔室内传输微波。

优选地，所述天线还包括与所述天线杆彼此绝缘设置的接地板，该接地板形成有用于微波传输路径穿过的内孔并与所述烹调腔室共地。

优选地，所述接地板连接于所述半导体微波发生器的外壳或基座。

优选地，所述接地板通过成对设置的射频连接器的外导体连接于所述半导体微波发生器的外壳或基座，所述天线杆的所述馈入端通过所述射频连接器的内导体连接于所述半导体微波发生器的功率输出端。

优选地，所述天线通过成对设置的射频连接器连接于所述半导体微波发生器，其中，成对设置的所述射频连接器之间连接有射频电缆。

优选地，所述微波炉还包括波导盒，该波导盒连接至所述烹调腔室的外壁面上，所述接地板贴合在该波导盒的远离所述烹调腔室的一侧，并使所述天线杆的所述发射端伸入至该波导盒内。

优选地，所述接地板具有用于接合所述烹调腔室的外壁面的弯折部。

优选地，所述天线杆的所述发射端伸入至所述烹调腔室内，且该烹调腔室的内壁面上设置有用于保护所述天线杆的遮挡件。

通过上述技术方案，微波从天线杆馈入端馈入至天线后，经扩散延伸的结构向发射端传输，使得输出的微波能够均匀、高效地发射至加热室内。本实用新型提供的天线指向性好，传输效率高，便于用于如半导体微波炉中以减小能量消耗，并便于简化结构、提高安全性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型一种优选实施方式的天线的结构示意图；

图2a和图2b分别是图1中天线的天线杆的立体图和主视图；

图3a和图3b分别是图1中的天线与半导体微波发生器的连接示意图；

图4是根据本实用新型第一种实施方式的微波炉的连接结构示意图；

图5是根据本实用新型第二种实施方式的微波炉的连接结构示意图；

图6是根据本实用新型第三种实施方式的微波炉的连接结构示意图；

图7是根据本实用新型第四种实施方式的微波炉的连接结构示意图；

图8是根据本实用新型一种优选实施方式的微波炉的天线的驻波特性图。

附图标记说明

1天线杆11馈入端

12发射端13馈入段

14发射段15过渡段

2接地板21弯折部

3半导体微波发生器4烹调腔室

5射频连接器6射频电缆

7波导盒8遮挡件

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

参照图1至图2b所示，本实用新型的一个方面提供一种用于微波加热设备的天线，该天线包括天线杆1，该天线杆1具有用于连接微波加热设备的微波源的馈入端11和用于向所述微波加热设备的加热室发射微波的发射端12。从而，在连接后，微波源产生的微波信号能够从馈入端11馈入天线，并将导行波转换为自由空间波后通过发射端12向加热室发射，以加热加热室中的食物等。

在本实用新型提供的天线中，天线杆1沿从馈入端11向发射端12的方向外扩延伸，以使所述发射端12的端面面积大于所述馈入端11的端面面积。通过这种结构，微波从天线杆1的馈入端11馈入至天线后，经扩散延伸的结构向发射端12传输，使得输出的微波能够均匀、高效地发射至加热室内。本实用新型提供的天线指向性好，传输效率高，便于用于如半导体微波炉中以减小能量消耗，并便于简化结构、提高安全性。

本实用新型的天线可以形成为多种结构形式。例如，可以在天线杆1的整个延伸长度上均匀外扩，以具有锥台或圆台形结构，或者，在天线杆1的部分延伸长度上(如中间部分)外扩，以具有喇叭形结构等。此处所述“外扩延伸”通常指天线杆1的横截面沿延伸中心线逐渐增大，且所述延伸中心线为一条连续的直线或曲线。

在图示优选实施方式中，天线杆1具有位于靠近馈入端11一侧的馈入段13、靠近发射端12一侧的发射段14以及位于馈入段13与发射段14之间过渡段15，其中，所述馈入段13和所述发射段14的横截面积大小各自不变，即该馈入段13和发射段14分别具有垂直于其延伸方向的恒定的横截面，如馈入段13和发射段14可以分别设置为如下所述的圆柱形结构。通过这种设置，微波源产生的微波能够通过较细的馈入段13集中馈入天线，并在过渡段15逐渐扩散传播，进而在较粗的发射段14稳定、均匀地向加热室发射，便于改善微波加热效果。

进一步地，馈入段13和所述发射段14分别具有圆柱形结构，所述过渡段15具有圆锥台形结构，从而适应微波的传输，以减少功率损失。作为另一种选择，馈入段13和发射段14可以分别具有棱柱结构，并且/或者，过渡段15可以具有棱锥台形结构。

优选地，为了减少微波在传输路径上的漏波以及各部分之间的功率匹配，天线还可以包括接地板2，该接地板2与天线杆1彼此绝缘设置，例如，可以用绝缘材料将接地板2与天线杆1隔开，且接地板2形成有用于微波传输路径穿过的内孔并与加热室共地。此处微波传输路径主要指从微波源的功率输出端至天线杆1的如过渡段15之间的部分，即穿过所述内孔的结构可能为天线杆1的馈入段13或者随后进一步优选实施方式中射频连接器5的内导体等。

天线的微小变化即可能引起微波加热性能的较大变化，为此，需要进行精细化设计。另外，微波加热的性能还受到受热空间(如微波炉的烹调腔室)的尺寸等因素的影响。在设计天线尺寸参数过程中，需要综合考虑上述多种因素，经过复杂的计算和长期的调试而获得适宜的天线结构参数。在本实用新型中，天线的阻抗按标准阻抗(50Ω～75Ω)设计。且在本实用新型一种较为优选的实施方式中，天线杆1满足以下至少一者：馈入段13的直径为2mm～4mm，长度为8mm～14mm；发射段14的直径为4mm～7mm，长度为5mm～9mm；过渡段15的锥度为1:7～1:3。具有上述关键参数的天线3能够在半导体微波炉中发挥显著改善的传输效率，以减少功率损耗、节约成本。另外，从随后的实施例可以看出，本实用新型提供的天线由于具有上述尺寸参数，能够在半导体微波炉中获得稳定高效的功率输出，从而能够显著改善微波炉的整体性能。

为直观地理解本实用新型优选实施方式的优点，现参照附图8分析本实用新型一种优选结构的驻波特性。

如图8所示，本实用新型的天线的工作频段为2.4GHz～2.5GHz，并由驻波比衡量传输效率。其中，驻波比为1～1.04时，微波传输效率可被视为100％，这很难达到。天线杆1满足：馈入段13的直径为3mm，长度为11.4mm；发射段14的直径为5.4mm，长度为7mm；过渡段15的锥度为1:5。从图中可以看出，在上述工作频段内，本实用新型的天线的驻波比介于1.4～1.51，传输效率约为96％～97％，从而能够高效地加热食物等。

参照图3a至图7所示，本实用新型的另一个方面提供一种具有上述天线的微波炉，该微波炉为半导体微波炉并进一步包括用作微波源的半导体微波发生器3以及用作加热室的烹调腔室4，天线杆1的馈入端11连接于半导体微波发生器3的功率输出端，以能够从发射端12向烹调腔室4内传输微波。对于本领域技术人员公知地，微波源(如磁控管、半导体微波发生器3等)产生的微波需要经过导行波转换为自由空间波才能够被用于加热作业。例如，传统技术中磁控管上的输出天线头(需要注意的是，该输出天线头上通常可以连接天线，但其作用仅是改变极化方式和微波方向性)和本实用新型中的天线3即为用于上述转换功能的部件。

由此，本实用新型的天线能够转换半导体微波发生器3产生的微波并将其传输至烹调腔室4内以加热食物等。可以看出，在本实用新型中，微波炉利用半导体微波发生器3作为微波源产生微波，具有较高的安全性；并通过外扩延伸的天线杆1向烹调腔室4传输微波，从而能够提高微波传输效率，以减少加热食物所需的能量。在本实用新型中，使用的天线甚至无需或减少相关匹配结构的设置，可以仅由单个电源、微波源或天线输出和转换微波，结构简单。在随后的优选方式中可以看出，尽管为了保证充足的能量或其他缘由可以进一步提供一些相关结构，但本实用新型的微波炉整体上在微波源部分、馈入部分的结构较为简单、成本较低。

在本实用新型中，天线杆1可以由金属且低损耗材质制成，如铜质基体镀金等；接地板2可以由金属且导电性能良好的材质制成，如铜质或铝质基体镀锌等。

在加热过程中，需要将微波约束在烹调腔室4内，烹调腔室4的壁通常由金属材料制成，因此，尽管有时会根据需要而增设其他材料，但通常使接地板2与烹调腔室4的壁紧密连接，从而使二者保持共地。

为了更好地理解上述及其他特征，以下将结合本实用新型的多种优选实施方式详述本实用新型的微波炉的多种具体结构。其中，出于简洁和篇幅的考虑，对于相同结构的部分，将省略其重复说明。

参照图4所示，根据本实用新型第一种优选实施方式的微波炉，具有半导体微波发生器3、烹调腔室4以及包括天线杆1和接地板2的天线。接地板2的一侧与烹调腔室4的外壁面直接接触，尽管未图示，也可以将接地板2设置在烹调腔室4内以使其一侧与烹调腔室4的内壁面直接接触。天线杆1主体部分伸入至烹调腔室4内，且该烹调腔室4的内壁面上设置有用于保护天线杆1的遮挡件8。典型地，该遮挡件8由微波能够穿透且不吸收微波的材料制成，如云母片、塑料、玻璃等，以避免由于食物飞溅等造成的污物粘附在天线杆1上等问题，影响微波传输效率。

其中，接地板2可以直接或间接连接于半导体微波发生器3的外壳或基座(根据半导体微波发生器3的具体结构形式)。例如，结合图3a所示，接地板2与半导体微波发生器3之间设置有成对的射频连接器5，且接地板2通过该射频连接器5的外导体连接于半导体微波发生器3的外壳或基座，天线杆1的馈入端11通过该射频连接器5的内导体连接于半导体微波发生器3的功率输出端。可以理解的是，此处及以下所述的射频连接器5，包括配对使用的分别连接半导体微波发生器3和天线的一对，且当其中一者为公头时，另一者为母头。通过射频连接器5可以改善设计、制造和调试的灵活性，便于在需要的情况下拆卸作业。

作为另一种可选实施方式，天线也可以与半导体微波发生器3直接连接，如图3b所示。在此情形下，接地板2与半导体微波发生器3的壳体或基座可以直接接触，从而同时与半导体微波发生器3和烹调腔室4同时共地。相应地，此时天线杆1的馈入端11与半导体微波发生器3的功率输出端直接连接。通过这种连接方式，可以使微波炉的馈入部分具有简洁的结构，降低成本和功率损耗。但相比上述通过射频连接器5的间接连接形式，其灵活性相对较差。

参照图5所示，根据本实用新型第二种优选实施方式的微波炉，基本具有与上述第一种优选实施方式相同的结构。其不同在于，增设有射频电缆6。这种设置方式的优点在于，便于在半导体微波发生器3与天线不能近距离直接连接时的结构布置，以使微波炉的整体结构设计具有更好的灵活性。

上述两种优选实施方式主要说明天线与半导体微波发生器3之间的连接形式，并描述了接地板2与烹调腔室4的直接连接形式。以下将结合另外两种优选实施方式说明该天线与烹调腔室4之间的间接连接形式。在此基础上，可以选择性地将不同实施方式的特征相互组合，以构成更多的实施方案。例如，上述第二种优选实施方式中的射频电缆6也可以用于下述其他优选实施方式中等。

参照图6所示，根据本实用新型第三种优选实施方式的微波炉，基本具有与上述第一种优选实施方式相同的结构。其不同在于，增设有波导盒7，且天线杆1主体部分伸入至该波导盒7内。通常地，可以在烹调腔室4的壁上设置波导口，使波导盒7从外侧扣合在波导口上并与烹调腔室4的外壁连接，同时，接地板2贴合于波导盒7的远离烹调腔室4的一侧，从而通过该波导盒7与烹调腔室4共地。

参照图7所示，根据本实用新型第四种优选实施方式的微波炉，基本具有与上述第三种优选实施方式相同的结构。其不同在于，接地板2具有用于接合烹调腔室4的外壁的弯折部21，从而接地板2与烹调腔室4的外壁直接接触而共地。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (13)

1.一种用于微波加热设备的天线，其特征在于，所述天线包括天线杆(1)，该天线杆(1)具有用于连接所述微波加热设备的微波源的馈入端(11)和用于向所述微波加热设备的加热室发射微波的发射端(12)，且该天线杆(1)沿从所述馈入端(11)向所述发射端(12)的方向外扩延伸，以使所述发射端(12)的端面面积大于所述馈入端(11)的端面面积。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线杆(1)具有位于靠近所述馈入端(11)一侧的馈入段(13)、靠近所述发射端(12)一侧的发射段(14)以及位于所述馈入段(13)与该发射段(14)之间过渡段(15)，其中，所述馈入段(13)和所述发射段(14)的横截面积大小各自不变。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述馈入段(13)和所述发射段(14)分别具有圆柱形结构，所述过渡段(15)具有圆锥台形结构。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述天线杆(1)满足以下至少一者：

所述馈入段(13)的直径为2mm～4mm，长度为8mm～14mm；

所述发射段(14)的直径为4mm～7mm，长度为5mm～9mm；

所述过渡段(15)的锥度为1:7～1:3。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的天线，其特征在于，所述天线还包括与所述天线杆(1)彼此绝缘设置的接地板(2)，该接地板(2)形成有用于微波传输路径穿过的内孔并与所述加热室共地。

6.一种微波炉，其特征在于，该微波炉具有根据权利要求1至4中任意一项所述的天线、用作所述微波源的半导体微波发生器(3)以及用作所述加热室的烹调腔室(4)，所述天线杆(1)的所述馈入端(11)连接于所述半导体微波发生器(3)的功率输出端，以能够从所述发射端(12)向所述烹调腔室(4)内传输微波。

7.根据权利要求6所述的微波炉，其特征在于，所述天线还包括与所述天线杆(1)彼此绝缘设置的接地板(2)，该接地板(2)形成有用于微波传输路径穿过的内孔并与所述烹调腔室(4)共地。

8.根据权利要求7所述的微波炉，其特征在于，所述接地板(2)连接于所述半导体微波发生器(3)的外壳或基座。

9.根据权利要求8所述的微波炉，其特征在于，所述接地板(2)通过成对设置的射频连接器(5)的外导体连接于所述半导体微波发生器(3)的外壳或基座，所述天线杆(1)的所述馈入端(11)通过所述射频连接器(5)的内导体连接于所述半导体微波发生器(3)的功率输出端。

10.根据权利要求7所述的微波炉，其特征在于，所述天线通过成对设置的射频连接器(5)连接于所述半导体微波发生器(3)，其中，成对设置的所述射频连接器(5)之间连接有射频电缆(6)。

11.根据权利要求7所述的微波炉，其特征在于，所述微波炉还包括波导盒(7)，该波导盒(7)连接至所述烹调腔室(4)的外壁面上，所述接地板(2)贴合在该波导盒(7)的远离所述烹调腔室(4)的一侧，并使所述天线杆(1)的所述发射端(12)伸入至该波导盒(7)内。

12.根据权利要求11所述的微波炉，其特征在于，所述接地板(2)具有用于接合所述烹调腔室(4)的外壁面的弯折部(21)。

13.根据权利要求6所述的微波炉，其特征在于，所述天线杆(1)的所述发射端(12)伸入至所述烹调腔室(4)内，且该烹调腔室(4)的内壁面上设置有用于保护所述天线杆(1)的遮挡件(8)。