[发明专利]传输均匀场的介质壁波导

说明书

本发明属于微波器件。

微波能在农业、食品、印染及材料等领域获得了越来越广泛的应用。但迄今为止，微波能应用中所用的波导和谐振腔一般都是简单地用金属导体制成的。这种波导的基模（TE₁₀）的场在一个方向上呈三角函数分布，这种场的不均匀性给微波能的应用带来了许多困难。特别是在一些需要均匀场的情况下，限制了微波能的应用，为了获得较均匀的场目前都采用多模结构，即在波导或腔中激励起多种模式，把这些叠加起来，以获得较均匀的场分布。从理论上来说只有无限多个模式，且各次模式的幅度均为其傅立叶系数时，才能获得均匀的叠加场。在波导或谐振腔中，只可能存在有限个模式，且各次模式的幅度也不易精确控制;所以，这种多模叠加后的场一般仍是很不均匀的，这已成为微波能应用中的一个重要问题。

本发明的目的是提出一种能够产生均匀场的介质壁波导。

本发明的主要特点是在矩形波导的两个内窄边上分别装有介电常数ε大于50的均匀厚度介质，介质的厚度X应满足

X=C4 fε- ε1。]]>

本发明结构简单，可以用来处理种子、大豆和谷物，也可用来 处理蚕茧和对瓶装饮料消毒。非常好地解决了因温度不均对被处理物造成的损害，可以广泛用于各种领域中。

图1为无限长平行平板传输线中TEM模的场分布，

图2为介质壁波导，图中ε为介电常数，X为介质厚度。

图3为基模的场分布。

图4为存在分层介质时特殊频率下基模的场分布。

下面结合附图详细描述本发明，只有当波导的一边无限大时，才有可能获得均匀的场分布。这就是众所周知的无限长平行平板传输线。图1给出了无限长平行平板传输线中基模（TEM模）的场分布。在那里只存在Ey和H_X且它们都是均匀的。这正是微波能应用中理想的场分布，但是无限长的边界在实际上显然是做不到的。如果有一种传输线，在X₁和大于X₂之间有限的范围内的场型与图1中的场型完全相同，而小于X₁和大于X₂的两段无限长的区域用一种有限长的，甚至是很短的，特殊的闭合电路来代替，这样我们就得到了一种在微波能应用中理想的均匀场传输线。把这种传输线两端短路时，则得到了横截面上具有均匀场的谐振腔。

上面所述的特殊的传输线就是如图2所示的介质波导中的一种特殊模式。为了区别于一般的介质波导，我们把它称为介质壁波导。如图2所示的介质壁波导在特殊情况下的传输特性可以分为两类情况：当ε和X都很小时，与普通的金属壁矩形波导类似，传输的仍是快波，X₁到X₂的空腔内的场形仍为三角 函数。而当ε和X很大时，可以看作是一种介质波导，传播的是慢波，空腔内是很快衰减的场。当ε、X和频率f满足下面的关系时，

X=C4 f ε- 1]]>

，波的相速正好为光速C，它的基模的场型如图3所示。这时X₁到X₂的空腔内为TEM模，其场型与图1中无限长平行平板传输线中的场型完全一致。这样我们就得到了一种在微波能应用中理想的均匀场的传输线。

当这种均匀传输线进行微波能应用时，波导内必须加入工作物质。这一工作物质一般为介电常数不为1的，且有一定损耗的材料，它将影响波导的均匀场模式的条件。如果所加的工作物质是均匀的，则其介电常数ε₁是其本身的介电常数，如果所加的工作物质是不均匀的，则其介电常数ε₁是一个等效的介电常数。当所加的工作物质是介电常数为ε₁充满整个波导的均匀物质时，为满足产生均匀场的条件