[其他]利用裂缝天线馈能的微波加热器

说明书

本实用新型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1977年微波功率杂志（The  Journal  of  Microwave  Power，Vol  12，No3）报导的作者S.C.Kashyap  and  W.Wyslouzilf的文章“改善微波烘箱加热均匀性的方法”（Methods  for  Improving  Heating  Uniformty  of  Microwave  Ovens），文中介绍了采用四个横向裂缝馈能和一个模式搅拌器的微波炉，对2450MHZ家用微波炉的加热均匀性有了一定程度的改善。又如1984年的美国专利：专利号4、463、239；名称为用于微波炉的旋转裂缝天线装置（Rotating  Slot  Ontenna  Orrangement  for  Micr－owave  Ovens）；发明者Matthew、S.Miller等人。提出了用四个园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，对改善微波加热的均匀性也有不同程度的改善。

上述的技术是针对小型家用的微波炉，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、转换效率问题，尚未妥善解决。

本实用新型介绍了利用裂缝天线馈能的微波加热器能较好地解决了以上问题。其工作原理如下。

当微波能在波导中传输时，在波导内壁存在表面电流，如果表面电流被开在波导壁上的裂缝切割，此裂缝就被激励，激励强度取决于切割电流的密度和它在垂直于电流方向上的投影长度。在波导壁上裂缝可分为横向、纵向、倾斜裂缝，当馈能器波导尺寸确定后，开在波导壁上的纵向裂缝为横向裂缝的两倍，倾斜裂缝加工较复杂，一般不希望采用，为使加热均匀，裂缝尽量多些，因此采用开在矩形波导宽边上的纵向裂缝向加热器馈能。由于宽边表面电流沿中心线对称，并且方向相反，纵向裂缝按一定规律开在波导中心线两侧。

裂缝天线可分为谐振式和非谐振式两种，相邻裂缝的距离等于波导波长λg的1／2称为谐振式裂缝天线，相邻裂缝的距离稍大于或稍小于λg／2时，称为非谐振式裂缝天线。对于非谐振式裂缝天线来说，由于相邻裂缝之间的距离不等于λg／2，入射波对裂缝的激励就不同相，其相位沿裂缝天线按线性变化。裂缝天线的辐射方向偏离裂缝轴的法线。如果入射波所产生的方向图的最大辐射方向与天线轴的法线成夹角＋θ，有了反射后，就会在－θ方向上出现波瓣，为消除此现象，通常有吸收负载。

实验表明，谐振式裂缝天线与馈电波导的匹配频带较窄，不能满足国产磁控管的技术条件，非谐振式裂缝天线与馈电波导的匹配频带较宽，可以满足国产磁控管的要求，但辐射效率较低，有1／3的能量被终端负载吸收，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，与向天空辐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内与馈电波导良好匹配的优点，用短路板代替终端的吸收负载，提高了微波能辐射效率，这样就研制成了既有较宽的匹配频带又有较高辐射效率的适于微波加热用的非谐振式裂缝天线馈能器。

非谐振式裂缝天线结构尺寸设计、试验结果如下（参看图1）：

做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、裂缝排列、终端负载的影响外，还受加热箱体的谐振情况、负载物的影响。为此，我们采用近似的计算方法，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，求波导波长λg和基次工作模式的内壁电流分布，由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。