WO2020249082A1 - 一种用于改变微波电场分布的电调天线结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，包括微波炉腔体（101）以及射频天线（102），所述射频天线（102）一端设置在所述微波炉腔体（101）内，另一端与传动机构（103）连接，所述传动机构（103）与驱动装置（104）连接，通过所述驱动装置（104）驱动所述传动机构（103），改变所述射频天线（102）与所述微波炉腔体（101）的相对位置，针对放置于微波炉腔体（101）内变化的食物负载，用所述电调天线结构改变负载匹配使得驻波VSWR可以最优，从而以最高的效率将微波能量转换被食物负载吸收。

Description

一种用于改变微波电场分布的电调天线结构
本申请要求于2019年06月14日提交中国专利局、申请号为201910514820.5、发明名称为“一种用于改变微波电场分布的电调天线结构”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及微波炉领域，特别是涉及一种用于改变微波电场分布的电调天线结构。
背景技术
传统微波炉使用磁控管产生微波能量，耦合到波导再传输至腔体内给食物加热，为了形成多模场需要比较大的腔体尺寸，这样微波加热均匀性才能得以保证。而固态微波源作为新的微波能量源相比较磁控管有很多的技术优势，比如DC供电，输出功率和反射功率可控并可检测，频率和相位可调，这些手段使得精准加热和定向加热成为现实。固态源微波的馈入方式也比较多，常见的是同轴转波导传输模式，还有一种是以谐振天线馈入的方式。由于各种食物的介电常数不同，在腔体内形成的负载匹配也不一样，导致谐振天线与负载之间的匹配并不是一个固定值，如何能让谐振天线主动适应负载匹配是本发明重点要解决的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，旨在解决射频天线主动适应负载匹配的问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，包括微波炉腔体以及射频天线，所述射频天线的一端设置在所述微波炉腔体内，所述射频天线的另一端与传动机构连接，所述传动机构与驱动装置连接，所述驱动 装置用于驱动所述传动机构，以改变所述射频天线与所述微波炉腔体的相对位置。
所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述射频天线位于微波炉腔体外的一端，所述射频天线设置在屏蔽滚珠轴套内。
所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述传动机构与所述微波炉腔体之间设置限位开关，所述限位开关用于对所述射频天线定位。
所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述射频天线、所述传动机构、所述驱动装置、所述屏蔽滚珠轴套以及所述限位开关均设置在所述微波炉腔体的顶端。
所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其中，所述射频天线包括天线本体、射频同轴连接器、限位轴卡以及天线盘，所述天线盘设置在所述微波炉腔体内，所述传动机构通过所述射频同轴连接器与所述天线本体连接，所述射频天线靠近所述天线盘的一端的屏蔽外壳上设置轴卡槽，所述轴卡槽用于设置所述限位轴卡。
所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其中，所述传动机构包括偏心轮以及连杆，所述驱动装置用于通过带动所述偏心轮转动，带动所述射频天线的所述射频同轴连接器，从而带动所述天线本体和所述天线盘在所述微波炉腔体内上下移动。
所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其中，所述偏心轮包括两组，其中第一组偏心轮与所述驱动装置连接，所述第一组偏心轮通过所述连杆与第二组偏心轮连接，所述第二组偏心轮与所述射频同轴连接器连接。
所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其中，所述微波炉腔体内壁包括微波屏蔽和反射面，所述微波炉腔体内壁的材料为金属导体材料。
所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其中，所述天线盘的截面积大于所述天线本体的截面积。
所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述驱动装置为步进电机。
有益效果：本发明公开了一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，包括微波炉腔体以及射频天线，所述射频天线一端设置在所述微波炉腔体内，另一端与传动机构连接，所述传动机构与驱动装置连接，通过所述驱动装置驱动所述传动机构，改变所述射频天线与所述微波炉腔体的相对位置，本发明针对放置于微波炉腔体内变化的食物负载，用所述电调天线结构改变负载匹配使得驻波VSWR可以最优，从而以最高的效率将微波能量转换被食物负载吸收。
说明书附图
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明所述用于改变微波电场分布的电调天线结构的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明所述用于改变微波电场分布的电调天线结构的示意图，本发明公开了一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，包括微波炉腔体101以及射频天线102，所述射频天线102的一端设置在所述微波炉腔体101内，另一端与传动机构103连接，所述传动机构103与驱动装置104连接，通过所述驱动装置104驱动所述传动机构103，改变所述射频天线102与所述微波炉腔体101的相对位置。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述射频天线102位于微波炉腔体101外的一端，所述射频天线102设置在屏蔽滚珠轴套105内。
所述屏蔽滚珠轴套105由外侧金属轴套和内侧滚珠轴套组成，内侧滚珠轴套上密布活动金属滚珠颗粒，内侧滚珠轴套通过金属滚珠颗粒将外侧金属轴套和射频同轴连接器201的外壳相连，这样一方面提供良好接地起到射频信号屏蔽作用，另一方面减小运动摩擦使得射频天线102在屏蔽滚 珠轴套105内顺滑运动，提高寿命。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述传动机构103与所述微波炉腔体101之间设置限位开关106，通过所述限位开关106对射频天线102定位。
所述驱动装置104和限位开关106用于对标射频天线102上下运动的位置。
上述进一步方案的有益效果在于，标准化的食物负载通过大量的测试可以定标最好负载匹配相对应的天线位置，可以做到精准快速加热。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述射频天线102、所述传动机构103、所述驱动装置104、所述屏蔽滚珠轴套105以及所述限位开关106均设置在所述微波炉腔体101的顶端。
本发明较佳实施例，所述微波炉腔体101为单模腔体，电调天线安装在所述微波炉腔体101食物承载面的正上方。
上述进一步方案的有益效果在于，所述电调天线从正上方对下方正中心的食物负载形成标准圆形的微波强场，从而使得食物可以比较均匀的获得微波能量。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述射频天线102包括天线本体、射频同轴连接器201、限位轴卡202以及天线盘203，所述天线盘203设置在所述微波炉腔体101内。
所述射频天线102靠近天线盘203的一端的屏蔽外壳上设计有轴卡槽，轴卡槽内安装有限位轴卡202。
上述进一步方案的有益效果在于，限位轴卡202可以有效保护天线盘不因为意外情况与微波炉腔机壳地接触，导致打火或者能量泄露。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述传动机构103包括偏心轮301以及连杆302，通过驱动装置104带动偏心轮301转动，带动射频天线102的射频同轴连接器201，从而带动天线本体以及天线盘203在所述微波炉腔体101内上下移动。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述偏心轮301包括两组，其中第一组偏心轮与所述驱动装置104连接，通过连杆302与第二组偏心轮连接，第二组偏心轮与所述射频同轴连接器 201连接。
本发明较佳实施例，所述传动机构103属于往复连杆结构，由于偏心轮301的特殊结构，所述驱动装置104带动第一组偏心轮转动，连杆302带动第二组偏心轮转动，从而实现往复运动。
上述进一步方案的有益效果在于，往复连杆结构决定了天线行程的最高和最低点，天线永远在行程内往复运动，这样保证了整个大功率射频链路的安全可靠运行。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述微波炉腔体101由金属良好导体材料制造，形成微波屏蔽和反射面107。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述天线盘203的截面积大于所述天线本体的截面积。
本发明所述天线结构，优选所述天线盘203的截面积大于所述天线本体的截面积，所述天线盘203的结构优选为圆形。
进一步的，所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，所述驱动装置104为步进电机。
本发明所述天线结构，优选所述驱动装置为步进电机。
本发明较佳实施例，微波能量从射频天线馈入腔体形成驻波场，驻波系数取决于食物负载，食物负载、天线形状以及腔体尺寸三者共同形成了负载匹配，它们是否匹配决定了微波能量馈入的效率。而本发明可以在微波炉腔体内针对变化的食物负载，用设计的电调天线改变负载匹配使得驻波VSWR可以最优，从而以最高的效率将微波能量转换被食物负载吸收。
本发明的目的在于：设计一种电调谐振天线，通过天线反射功率检测驻波，以此为依据通过步进电机精准控制谐振天线改变天线深度来匹配负载，同时具有良好的射频屏蔽性能。具体的包括：
(1)步进电机，所述步进电机带动传动机构使得射频天线运动，接收来自MCU指令改变方位角，精准控制天线位置。
(2)限位开关，所述限位开关配合传动机构中的偏心轮提供原点检测，用于射频天线位置定标。
(3)传动机构，所述传动机构由偏心轮、连杆以及配套的限位螺丝组成，实现步进电机与射频天线之间的动力传输并带动射频天线垂直方向往 复运动。
(4)射频天线，所述射频天线包括射频同轴连接器、限位轴卡和天线盘，实现射频微波信号的馈入。
(5)屏蔽滚珠轴套，所述屏蔽滚珠轴套包括外侧轴套和内测滚珠轴套，射频天线在轴套中顺滑运动并良好接地，实现较好的射频信号屏蔽效果。
(6)微波炉腔，所述微波炉腔用于放置食物负载，微波能量从射频天线辐射至腔体内最终形成驻波场。
在一些具体实施例中，所述电调天线安装在所述微波炉腔正上方。
具体的，所述射频天线在微波炉腔体中和顶面参考地之间的间隙有最大距离和最小距离，最大距离和最小距离之间的差值等于偏心轮传动杆圆周运动的直径R。
具体的，偏心轮上可根据实际需求设计不同运动直径R的连杆固定孔。
在一些具体实施例中，所述射频天线的天线盘形状可变，根据所需照射食物负载范围和距离来定制不同形状尺寸的天线盘。其辐射特性可用HFSS仿真得出。
在一些具体实施例中，所述微波炉腔体的形状和尺寸根据所需频率决定，由HFSS仿真可得出最合适的匹配尺寸以保证该频率微波源在腔体内形成驻波，这是由电磁波本身特性决定的。
在一些具体实施例中，食物负载一般放置在射频天线正下方，射频能量通过射频天线馈入微波炉腔体，以食物为中心形成圆形电场，食物负载吸收微波的多少取决于负载介电常数以及食物重量大小等因素。
具体的，当食物负载和电场失配时，从天线反射回固态源功放的功率会变大，此时通过电调天线改变天线深度可重新寻找天线和食物负载的最佳匹配，通过设置功放输出频率来重新获得最佳匹配下的功率输出。
综上所述，本发明公开了一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，其中，包括微波炉腔体以及射频天线，所述射频天线的一端设置在所述微波炉腔体内，另一端与传动机构连接，所述传动机构与驱动装置连接，通过所述驱动装置驱动所述传动机构，改变所述射频天线与所述微波炉腔体的相对位置，本发明针对放置于微波炉腔体内变化的食物负载，用所述 电调天线结构改变负载匹配使得驻波VSWR可以最优，从而以最高的效率将微波能量转换被食物负载吸收。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

  1. 一种用于改变微波电场分布的电调天线结构，其特征在于，包括微波炉腔体以及射频天线，所述射频天线的一端设置在所述微波炉腔体内，所述射频天线的另一端与传动机构连接，所述传动机构与驱动装置连接，所述驱动装置用于驱动所述传动机构，以改变所述射频天线与所述微波炉腔体的相对位置。
  2. 根据权利要求1所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述射频天线位于微波炉腔体外的一端，所述射频天线设置在屏蔽滚珠轴套内。
  3. 根据权利要求2所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述传动机构与所述微波炉腔体之间设置限位开关，所述限位开关用于对所述射频天线定位。
  4. 根据权利要求3所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述射频天线、所述传动机构、所述驱动装置、所述屏蔽滚珠轴套以及所述限位开关均设置在所述微波炉腔体的顶端。
  5. 根据权利要求1所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述射频天线包括天线本体、射频同轴连接器、限位轴卡以及天线盘，所述天线盘设置在所述微波炉腔体内，所述传动机构通过所述射频同轴连接器与所述天线本体连接，所述射频天线靠近所述天线盘的一端的屏蔽外壳上设置轴卡槽，所述轴卡槽用于设置所述限位轴卡。
  6. 根据权利要求5所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述传动机构包括偏心轮以及连杆，所述驱动装置用于通过带动所述偏心轮转动，带动所述射频天线的所述射频同轴连接器，从而带动所述天线本体和所述天线盘在所述微波炉腔体内上下移动。
  7. 根据权利要求6所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述偏心轮包括两组，其中第一组偏心轮与所述驱动装置连接，所述第一组偏心轮通过所述连杆与第二组偏心轮连接，所述第二组偏心轮与所述射频同轴连接器连接。
  8. 根据权利要求1所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述微波炉腔体内壁包括微波屏蔽和反射面，所述微波炉腔体内壁的材料为金属导体材料。
  9. 根据权利要求5所述的用于改变微波炉电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述天线盘的截面积大于所述天线本体的截面积。
  10. 根据权利要求1所述的用于改变微波电场分布的电调天线结构，其特征在于，所述驱动装置为步进电机。
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