[发明专利]一种具有金属亚波长结构的微波炉

说明书

技术领域

本发明属于微波加热技术领域，涉及金属亚波长结构电磁学，特别涉及一种微波炉。

背景技术

微波炉是利用微波频段电磁能量来加热腔体中食物和饮料的家用器具。微波炉加热食物的原理是通过磁控管把电能转变为微波能后传送给炉腔，在炉腔内建立起一定分布的微波场，当食物处于微波场中时，食物会吸收微波能量而使食物内外同时被加热。微波炉主要由磁控管、波导、微波能量输出窗口、微波炉腔、炉门和配套电路等组成，微波炉基本结构见图1。由磁控管产生的微波能量，总是要经过波导，透过微波炉腔体上的微波输出窗口，进入微波腔体，进而加热食物。根据微波炉设计的不同，微波炉的微波输出窗口可以位于微波炉上面板，微波炉侧面板，或者微波炉底板下方等。

在食物的加热过程中一般总是希望能够受热均匀，对于微波炉而言，要实现这一点，其中关键的就是要求微波能在炉腔内能够均匀分布，这是家用微波炉炉腔设计中一个主要设计指标。实际工厂中对于微波炉炉腔的设计时大多利用矢量网络分析仪和由磁控管厂家定制的馈入天线一起使用才能够通过试验测得微波炉炉腔内的驻波系数大小和雷基图等参数指标。根据微波炉炉腔的大体几何尺寸，采用模式分析理论计算炉腔中存在的模式数的多少，判断炉腔中场分布是否均匀。如果模式数越多，那么场分布就越均匀。同时运用红外热像仪可以迅速直观的测试出微波炉腔内的场分布。通常认为，微波加热装置中微波场的分布不是十分均匀的，这种微波场分布的不均匀性限制了微波炉的推广应用。因为微波场分布的不均匀性一方面会导致被加热物质受热的不均匀，从而导致加热效果的下降；另一方面，微波场分布的严重不均匀时，会使得微波能量集中于某些局部区域，从而可能导致局部区域由于温度过高而带来的安全隐患。由于微波炉炉腔内的结构分布比较复杂，要使微波在微波炉腔内均匀分布，给实际的设计计算带来很大的困难。

常见的解决微波炉腔场均匀分布的方法有：

1、采用加装转盘机构的微波炉设计。

在微波炉腔的底部加装转盘机构，食物和饮料等微波负载放置在转盘上。微波加热时，旋转的转盘带动转盘上的负载搅动微波场分布，使微波场相对微波负载分布均匀。这种方法能使转盘上的微波负载较均匀的吸收到微波能量。但微波炉的腔体一般设计为六面体，在矩形的腔底增加圆形转盘，浪费了微波炉腔体内一部分放置负载的空间。转盘需要马达带动才能进行旋转，设计微波炉电路时必须考虑这些，马达也消耗了一部分电能。

2、采用无转盘机构的微波炉设计。

从磁控管产生的微波能量，若仅仅经由波导输出，经过微波炉腔体上的微波输出窗口进入微波炉腔体，微波炉腔内的场分布显然是不均匀的。采用无转盘微波炉设计时，通常需要在微波输出窗口前加上金属搅拌片。微波能量会先经过旋转的金属搅拌片，再通过微波输出窗口进入微波炉腔。因为金属搅拌片也需要有马达带动旋转，这样会消耗额外的电能；同时，金属搅拌片会反射一部分输入的微波能量，使微波炉的效率下降。微波炉的效率也是衡量微波炉性能的一个重要指标。仅仅追求微波炉腔体内能量的均匀分布却导致了微波炉的效率下降，也是微波炉设计中必须要避免的一个问题。况且，采用这种无转盘加有搅拌片的方法，仍然很难设计出适合的结构，做到微波炉腔腔内微波场的均匀分布。

3.修饰微波炉腔体。

微波在金属制的微波炉腔内会不断反射。在炉腔壁上设计一系列的金属凸起，通过金属凸起反射微波，使炉腔内的微波分布均匀。从波导输出的微波能量分布不均，通过微波输出窗口进入微波炉腔内的微波能量集中在小范围内，是造成微波炉腔内场分布不均的根本原因。在微波炉腔体上修饰金属凸起可以在一定程度上改善微波炉腔内内的场分布，但微波炉腔的设计较复杂，参数很多，进行这类设计时，往往能难达到使微波炉腔内微波场均匀分布的效果。而且，在炉腔壁上设计一系列的金属凸起，如果设计不当，可能引起大火现象，从而带来更加严重的安全事故。