[其他]利用裂缝天线馈能的微波加热器

说明书

本发明是利用裂缝天线馈能的微波加热器，属于微波加热技术领域。本微波加热器的一壁装有馈能波导，加热器壁和馈能波导壁重合的壁上分布着馈能的裂缝天线。该微波加热器加热均匀、效率高、进出料方便。此种利用裂缝天线馈能的加热方式，可用于各种微波加热技术中。

本发明是关于利用裂缝天线馈能的微波加热器，属于微波加热技术领域。

微波加热技术具有独特的优点，在工业、农业、生活领域正被广泛采用，箱式加热器特别是隧道式加热器，由于进出料口大，并能连续加工，是工业上普遍采用的一种结构形式。

目前国内外这种类型的微波加热器，其加热均匀性和匹配性不够理想，使其应用受到某种程度的限制。多年来微波技术专家做了很多工作：改进箱体设计;选择谐振模式数及模式分布;选择馈能口的位置;采用多口和多波导馈能;安装模式搅拌器;采用旋转馈能等。使微波加热器结构逐渐复杂，成本相应提高，但其加热均匀性和匹配性能改善甚微。

目前国际上已有的微波加热器，如美国专利US4354083介绍了用裂缝的分支波导馈能的微波炉，微波能从顶壁和底壁馈进，在底壁设有反射板，目的是改善家用微波炉的效率和加热均匀性。

国际专利WO83/02996，介绍了用带裂缝的分支波导伸进密封箱体内进行真空干燥和真空冷冻干燥的装置，该装置提高了产品的质量和干燥效率。

美国专利US4463239，介绍了用四个圆弧形裂缝在馈电波导中的取向发生周期变化，使裂缝辐射的能量也相应地变化，不同程度地改善了微波加热的均匀性。

上述的技术是针对小型家用的微波炉和真空冷冻干燥箱，但对工业上应用的隧道式微波加热器的加热均匀性、匹配性能、转换效率等问题，尚未妥善解决。本发明介绍的利用裂缝天线馈能的微波加热器，较好地解决了以上问题。其工作原理如下：

裂缝天线可以分为谐振式和非谐振式两种，相邻裂缝的距离等于1/2λg（λg为波导波长）称为谐振式裂缝天线，这种天线的特点是：裂缝的激励都是同相的，最大辐射方向与天线轴垂直，终端装短赂板，匹配频带较窄。相邻裂缝之间的距离较大于或稍小于λg/2的称为非谐振式裂缝天线。这种天线的特点是：裂缝的激励不同相，其相位沿天线按线性变化，最大辐射方向偏离天线轴的法线，为消除反射波瓣，在终端装短路板。实验测试表明，谐振式裂缝天线的匹配频带很窄，虽经测试，未能奏效，不能满足国产磁控管的技术条件。非谐振式裂缝天线的匹配频带较宽，可以满足国产磁控管的要求，但辐射的效率较低，有1/3的能量被终端吸收，负载吸收不能满足微波加热器的需要。

鉴于在微波加热器上使用的裂缝天线是向箱体内辐射微波能，与向天空幅射的雷达上使用的裂缝天线用途不一样，工作条件也不一样。后者要求较好的方向性，必须消除反射波形成的波瓣;而前者要求加热的均匀性和效率，对方向性要求不太严格。根据这一特点，我们充分利用非谐振式裂缝天线在较宽频带良好匹配的优点，用短路板代替终端的吸收负载，调节短路板位置，利用调谐装置（图中未画出），采用调匹方法，来使短路板的反射降至最低限度。这样就研制成功了既有较宽的匹配频带又有较高辐射效率的适用微波加热用的非谐振式裂缝天线馈能器。

作为微波加热器的裂缝天线，工作条件相当复杂，与馈电波导的匹配除受裂缝天线谐振情况，裂缝的大小和位置，终端短路板的影响外，还受加热箱体的谐振情况，负载物料的影响。为此，我们采用近似计算方法。假定：裂缝之间的相互影响忽略不计;每个裂缝均工作在谐振状态;终端短路板的反射影响被忽略;所有裂缝由行波激励;每个裂缝辐射能量相等。

首先根据微波波长选出一个矩形波导作为馈能器波导，求出波导波长λg和TE10摸式的内壁电流分布，根据箱体和馈能器波导的尺寸和λg，考虑裂缝的对称性和均匀性，确定裂缝天线总数，最后确定裂缝天线的结构尺寸。

1.确定裂缝天线中心线与馈能器波导中心线间的距离X1：随着微波能沿着波导向前传输，裂缝天线不断向箱体辐射能量，辐射能量的数量与裂缝的电导G成正比，纵向裂缝的归一化电导G与X1的关系式如下：

G′＝2.09（a/b）（λg/λ）｛cos（π/2）（λ/λg）｝sin（πX1/a）

……（1）