CN211297009U - 微波发射天线和微波加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微波发射天线和微波加热系统，微波发射天线包括波导管(10)和金属连接罩(20)；波导管(10)的入口端设置有第一连接件(11)，波导管(10)的出口端位于金属连接罩(20)内部；金属连接罩(20)包括环形侧壁(23)与设置于环形侧壁(23)一端的波导管连接端面(24)，环形侧壁(23)的另一端依次连接有第二连接件(21)和真空密封窗(22)，波导管(10)的出口端与真空密封窗(22)具有一定距离，以使波导管(10)出口端微波的反射系数最小。该微波发射天线能够设置在真空室外，天线本身对真空度和漏率无特殊要求，因此天线无需复杂的结构，即可满足微波传输的功能，缩短了加工周期，可快速应用于微波加热装置上。

Description

微波发射天线和微波加热系统

技术领域

本实用新型涉及等离子体加热领域，具体涉及一种微波发射天线和微波加热系统。

背景技术

微波发射天线用于接收并发射微波。微波由波源输出后经传输线各微波组件将微波传输至微波发射天线，最终由微波发射天线将微波馈入所需加热的区域。微波发射天线的结构和性能直接决定了微波的传输效果，良好的微波发射天线结构应保证微波可以获得较高的传输系数。

现有微波发射天线大多结构复杂，加工周期长，成本高，特别是当天线位于所需加热区域内部，即天线内部空间真空度和漏率需同待加热区域保持一致，此时对天线内部零组件的结构设计及材料均有较高的要求，同时由于天线位于待加热区域内部，给天线的调节及检修带来了一定的不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种微波发射天线和微波加热系统，以解决现有技术中微波发射天线因设置在真空室内而导致对天线真空度要求高，造成天线结构复杂的问题。

为实现上述目的，本实用新型首先提供了一种微波发射天线，包括：设置于真空室外部的波导管和金属连接罩；

波导管的入口端设置有第一连接件，用于连接微波源，波导管的出口端位于金属连接罩内部；

金属连接罩包括环形侧壁与设置于环形侧壁一端的波导管连接端面，环形侧壁的另一端依次连接有第二连接件和真空密封窗，第二连接件用于连接真空室，真空密封窗用于传输微波并密封真空室；波导管的出口端与真空密封窗具有一定距离，以使波导管出口端微波的反射系数最小。

可选地，波导管的出口端与真空密封窗之间的距离和相对角度均可调。

可选地，波导管连接端面与波导管之间具有间隙，以使波导管的出口端与真空密封窗之间的距离和相对角度均可调。

可选地，金属连接罩与波导管通过可伸缩波纹金属件连接。

可选地，第二连接件和真空密封窗均可拆卸地设置于环形侧壁上。

可选地，金属连接罩的形状为圆柱形壳体，波导管横截面的形状为矩形；

第一连接件为矩形法兰盘，第二连接件为圆形法兰盘。

可选地，环形侧壁包括两个半圆壳体，两个半圆壳体可拆卸地拼接在一起，真空密封窗位于环形侧壁内。

可选地，金属连接罩上还设置有冷却装置，冷却装置设置于真空密封窗周围。

可选地，冷却装置为盘在真空密封窗周围的冷却水管。

本实用新型另一方面提供一种微波加热系统，包括微波源以及本实用新型提供的微波发射天线；

微波源与第一连接件连接，微波加热系统通过第二连接件设置于真空室的外部且与真空室密封连接。

本实用新型提供的微波发射天线使用时无需设置在真空室内，即微波发射天线位于所需加热区域外部，微波发射天线本身对真空度和漏率无特殊要求，因此该微波发射天线无需复杂的结构，即可满足微波传输的功能，缩短了加工周期，可快速应用于微波加热装置上实现微波加热实验。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中微波发射天线的立体示意图；

图2是图1中微波发射天线的局部剖切立体示意图；

图3是图1中微波发射天线的局部剖切主视图；

图4是图1中微波发射天线的另一角度的立体示意图。

附图标记：

10-波导管；11-第一连接件；

20-金属连接罩；21-第二连接件；22-真空密封窗；23-环形侧壁；24-波导管连接端面。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1和图2，本实施方式提供一种微波发射天线，包括：波导管10和金属连接罩20；波导管10的入口端设置有第一连接件11，用于连接微波源，波导管10的出口端位于金属连接罩20内部；金属连接罩20包括环形侧壁23和设置于所述环形侧壁23一端的波导管连接端面24，波导管10的出口端从波导管连接端面24伸入金属连接罩20内部，环形侧壁23的另一端依次连接有第二连接件21和真空密封窗22，第二连接件21用于连接真空室，真空密封窗22用于传输微波并封闭真空室；波导管10的出口端与真空密封窗22与具有一定距离，以使所述波导管10出口端微波的反射系数最小。这里描述的“一定距离”仅是说明波导管10的出口端与真空密封窗22之间具有间隙，这个距离的实际值并不限定。通过设置金属连接罩20能够有效防止波导管10末端输出的微波散射到周围环境中，从而提高微波注入功率，使更多的微波注入到真空室中。

微波发射天线使用时无需设置在真空室内，真空密封窗22实现对真空室的密封，而且能够保证微波的输入，从而使得微波发射天线位于真空室的外部，因此微波发射天线本身对真空度和漏率无特殊要求，无需复杂的结构，即可满足微波传输的功能，缩短了加工周期，可快速应用于微波加热装置上实现微波加热实验。

较佳地，波导管10的出口端与真空密封窗22之间的距离和相对角度均可调。参阅图3，波导管10的出口端与真空密封窗22之间的距离为L，通过调整L使各传输器件之间达到阻抗匹配，获得最小的S值(即波导管端口的反射系数)。同时波导管10与真空密封窗22的相对位置角度决定微波注入角度，在使用过程中若设置波导管10的出口端与真空密封窗22之间的距离和相对角度均可调可满足各种实验需求。

波导管10可放置于可调节支架(未示出)上，通过调节支架来调节波导管10出口端的位置，实现调整L值大小的目的。

为了实现波导管10的出口端与真空密封窗22之间的距离和相对角度均可调，波导管10与金属连接罩20之间可以设置为软连接，可以设置金属连接罩20与波导管10之间具有间隙，以使波导管10的出口端与真空密封窗22之间的距离和相对角度均可调，这里所述的间隙位于波导管连接端面24上，在波导管连接端面24上设置有矩形孔，该矩形孔的尺寸大于波导管10的尺寸。软连接的方式也可以是设置金属连接罩20与波导管10通过可伸缩波纹金属件连接。这种软连接的设置方式既可以保证波导管10可以沿微波传输方向移动(控制L的大小)，又可以保证波导管10相对于真空密封窗22进行一定角度的偏转。在实际安装调试过程中，通过调节波导管10出口端距离真空密封窗22的距离L寻找S参数最小值对应的距离L，此时微波反射系数最低，可以获得最优的微波传输能力。定义波导管10入口为端口1，S参数即1为端口的反射系数。除此之外，波导管10还可以进行一定角度的偏转，偏转角定义为波导管10与真空密封窗22中心轴线之间的夹角，其中波导管10微波传输方向与真空密封窗22中心轴线平行放置时偏转角定义为0度。根据偏转方位不同，偏转角分为环向偏转和极向偏转，定义沿波导管10所在水平方向的偏转为环向偏转，沿波导管10所在水平方向垂直的方向的偏转为极向偏转。如此即可根据待加热区域加热实验的需求，灵活调节微波注入方向。

在一个具体的实施例中，第二连接件21和真空密封窗22之间，环形侧壁23与第二连接件21之间均为可拆卸连接，以方便微波发射天线拆卸和内部情况检查。

在一个具体的实施例中，金属连接罩20的形状为圆柱形壳体，波导管10的横截面形状为矩形；第一连接件11为矩形法兰盘，第二连接件21为圆形法兰盘。

其中，金属连接罩20可以是整体结构，也可以是组合结构，组合结构设计的金属连接罩，需对组合处结构做好密封处理，防止微波泄漏，例如采用铝箔纸对缝隙处进行包裹，也可以设计专门的密封结构进行密封。金属连接罩2可拆卸结构设计，可以方便天线内部实验现象分析及天线零组件的更换。在一个具体的实施例中，金属连接罩20的环形侧壁23包括两个半圆壳体，两个半圆壳体可拆卸地拼接在一起，真空密封窗22位于环形侧壁23内。

对于高功率微波源，金属连接罩20上还可以设置冷却装置(图中未示出)，冷却装置设置于真空密封窗22周围。具体地：冷却装置为盘在真空密封窗22周围的冷却水管。冷却装置的设置一方面可以吸收天线处的泄漏微波，同时可以将真空密封窗22处沉积的热量及时带走，防止对真空密封窗22造成损坏。

其中，真空密封窗22的窗体材料可以选用高硼硅、石英等微波透过率较高的材料。

综上可以看出本实施方式提供的微波发射天线，使用时位于所需加热区域外部，微波发射天线内部对真空度和漏率无特殊要求，通过金属连接罩可有效防止微波泄漏，保证微波获得良好的传输效果，提高微波注入加热区域的微波功率，且金属连接罩及真空密封窗之间为可拆卸连接，方便天线拆卸和内部情况检查，解决现有等离子体加热领域天线加工周期长、加工成本高的问题，可快速实现微波加热。

基于上述微波发射天线，本实施方式还提供一种微波加热系统，包括微波源以及本实施方式提供的微波发射天线；微波源与第一连接件11连接，微波加热系统通过所述第二连接件21设置于真空室的外部且与真空室密封连接。该微波加热系统采用本实施方式提供的微波发射天线能够正常地进行微波加热试验。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种微波发射天线，其特征在于，包括：设置于真空室外部的波导管(10)和金属连接罩(20)；

所述波导管(10)的入口端设置有第一连接件(11)，用于连接微波源，所述波导管(10)的出口端位于所述金属连接罩(20)内部；

所述金属连接罩(20)包括环形侧壁(23)与设置于所述环形侧壁(23)一端的波导管连接端面(24)，所述环形侧壁(23)的另一端依次连接有第二连接件(21)和真空密封窗(22)，所述第二连接件(21)用于连接真空室，所述真空密封窗(22)用于传输微波并密封所述真空室；所述波导管(10)的出口端与所述真空密封窗(22)具有一定距离，以使所述波导管(10)出口端微波的反射系数最小。

2.根据权利要求1所述的微波发射天线，其特征在于，所述波导管(10)的出口端与所述真空密封窗(22)之间的距离和相对角度均可调。

3.根据权利要求2所述的微波发射天线，其特征在于，所述波导管连接端面(24)与所述波导管(10)之间具有间隙，以使所述波导管(10)的出口端与所述真空密封窗(22)之间的距离和相对角度均可调。

4.根据权利要求2所述的微波发射天线，其特征在于，所述金属连接罩(20)与所述波导管(10)通过可伸缩波纹金属件连接。

5.根据权利要求2所述的微波发射天线，其特征在于，所述第二连接件(21)和真空密封窗(22)均可拆卸地设置于所述环形侧壁(23)上。

6.根据权利要求1所述的微波发射天线，其特征在于，所述环形侧壁(23)包括两个半圆壳体，两个所述半圆壳体可拆卸地拼接在一起，所述真空密封窗(22)位于所述环形侧壁(23)内。

7.根据权利要求1所述的微波发射天线，其特征在于，所述金属连接罩(20)上还设置有冷却装置，所述冷却装置设置于所述真空密封窗(22)周围。

8.根据权利要求7所述的微波发射天线，其特征在于，所述冷却装置为盘在所述真空密封窗(22)周围的冷却水管。

9.一种微波加热系统，包括微波源以及权利要求1-8任意一项所述的微波发射天线；

所述微波源与所述第一连接件(11)连接，所述微波加热系统通过所述第二连接件(21)设置于所述真空室的外部且与所述真空室密封连接。

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