耦合装置及微波加热装置的制作方法

本发明涉及微波加热技术领域，具体地，涉及一种耦合装置及微波加热装置。

背景技术：

微波炉从上世纪40年代发明至今大多是使用磁控管发出微波加热食物，微波频率以2450±50MHz为主。通过高压变压器、电容、二极管等提供约4000V高压供磁控管工作。磁控管、变压器耗费大量铜、硅钢等，且体积大、重量高。磁控管工作寿命短、微波频率不可调整、材料标准要求高、制造难度大，限制了目前微波炉能效进一步提升及成本降低。

为了解决磁控管微波炉存在的问题，本领域技术人员开始研究将半导体微波技术应用于微波炉。目前半导体微波技术主要应用在通信上，与微波加热应用主要区别是频段差异。半导体微波应用于加热一直存在很高的技术难度，主要包括功率小、效率低、成本高、馈入腔体困难等问题。但随着半导体微波技术发展日新月异，半导体微波效率越来越高、成本越来越低、重量越来越轻、单位体积功率密度越来越大，其在微波炉上的应用是半导体微波技术发展的必然趋势。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种设备，该设备能够使微波源产生的微波高效的传递到被加热食物上。

为了实现上述目的，本发明提供一种耦合装置，该耦合装置包括：馈入段和螺旋天线杆，其中所述螺旋天线杆包括螺旋部和杆部；所述馈入段一端连接微波源同轴输出端的内导体，另一端与所述螺旋天线杆的螺旋部连接；所述螺旋天线杆的杆部连接所述微波源同轴输出端的外导体并接地；以及所述馈入段与所述微波源同轴输出端的外导体绝缘。

进一步地，所述馈入段包括馈入天线杆和平行天线杆，其中所述馈入天线杆一端连接所述微波源同轴输出端的内导体，另一端与所述平行天线杆的一端垂直连接；以及所述平行天线杆的另一端与所述螺旋天线杆的螺旋部连接；

进一步地，所述馈入天线杆与所述平行天线杆之间和/或所述平行天线杆与所述螺旋天线杆之间通过焊接连接或者通过卡口连接。

进一步地，所述馈入段连接所述内导体的一端从所述外导体的开口穿出，以及所述馈入段与所述螺旋部的连接位置与所述外导体的距离范围为9-15mm。

进一步地，所述螺旋天线杆的螺旋部的螺旋间距为5-10mm，螺旋高度为4-10mm。

进一步地，所述螺旋天线杆的螺旋部的螺旋圈数为2-5.5。

进一步地，该耦合装置的阻抗为50Ω或75Ω。

进一步地，所述馈入段和所述螺旋天线杆的材料为铜。

本发明的另一个方面，提供了一种微波加热设备，该微波加热设备包括加热室、微波源以及上述的耦合装置，其中所述耦合装置用于将来自所述微波源的微波馈入所述加热室。

进一步地，所述微波源同轴输出端为半导体微波源的输出端或射频连接器的输出端，其中所述射频连接器的输入端连接半导体微波源的输出端。

通过上述技术方案，提供的耦合装置通过馈入段与螺旋天线杆的配合连接，能够使微波源产生的微波高效的传递到被加热食物上。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施方式提供的耦合装置组成结构示意图；

图2是本发明另一个实施方式提供的耦合装置组成结构示意图；

图3是本发明实施方式提供的耦合装置的一个示例驻波曲线图，其中横坐标为h，纵坐标为驻波值；

图4是本发明实施方式提供的耦合装置的另一个示例驻波曲线图，其中横坐标为螺旋圈数，纵坐标为驻波值；以及

图5是本发明实施方式提供的耦合装置的全频段驻波曲线图。

附图标记说明

1 馈入段 2 螺旋天线杆

11 馈入天线杆 12 平行天线杆

3 内导体 4 外导体

5 接地板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明实施方式提供的耦合装置组成结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供一种耦合装置，该耦合装置包括：馈入段1和螺旋天线杆2，其中所述螺旋天线杆2包括螺旋部(图中螺旋天线杆上部)和杆部(图中螺旋天线杆下部)；所述馈入段1一端连接微波源同轴输出端的内导体3，另一端与所述螺旋天线杆2的螺旋部连接；所述螺旋天线杆2的杆部连接所述微波源同轴输出端的外导体4并接地；以及所述馈入段1与所述微波源同轴输出端的外导体4绝缘。

在实施方式中，接地可以通过连接接地板5实现。例如，可以将外导体4与接地板5连接，然后将螺旋天线杆2的杆部与外导体4连接；再如，可以将外导体4与接地板5连接，并且将螺旋天线杆2的杆部与接地板5连接。优选地，当将上述实施方式中提供的耦合装置用于微波加热时，接地板5要良好接地，最好与微波源和加热室直接接触连接。或者，如不能保证与微波源和加热室都直接连接时，至少与微波源和加热室其中之一保持直接接触。

在实施方式中，绝缘可以通过设置绝缘材料实现。例如，可以在馈入段1与外导体4之间设置陶瓷材料，以实现馈入段1与外导体4绝缘；再如，可以在馈入段1与外导体4之间设置诸如聚四氟乙烯(特氟龙)的高分子聚合材料，以实现馈入段1与外导体4绝缘。

在实施方式中，馈入段1连接内导体3的一端可以从所述外导体4的开口穿出。其中，外导体4可以为与内导体3同轴的桶形结构，外导体4的开口处可以与轴垂直向外延伸，螺旋天线杆2的杆部可以连接(例如，垂直连接)在外导体4的延伸部分上。在实施方式中，为了便于连接，可以将馈入段1设置为“L”形状，以便于从外导体4的开口穿出以及与螺旋天线杆2连接。

通过上述技术方案，提供的耦合装置通过馈入段1与螺旋天线杆2的配合连接，能够使微波源产生的微波高效的传递到被加热食物上。

在实施方式中，可以将耦合装置的阻抗配置为50Ω或75Ω，以便于阻抗匹配。在实施方式中，馈入段的天线杆可以选用金属且低损耗材质，接地板5可以选用金属且导电性能好的材质。优选地，馈入段1和螺旋天线杆2的材料为银、铜或其合金，接地板5的材料为银、铜或其合金。

图2是本发明另一个实施方式提供的耦合装置组成结构示意图。如图2所示，在实施方式中，图1中所示的馈入段1可以包括馈入天线杆11和平行天线杆12，其中所述馈入天线杆11一端连接所述微波源同轴输出端的内导体3，另一端与所述平行天线杆12的一端垂直连接；以及所述平行天线杆12的另一端与所述螺旋天线杆2的螺旋部连接。

在实施方式中，馈入天线杆11与平行天线杆12之间和/或平行天线杆12与螺旋天线杆3之间可以通过焊接连接或者通过卡口连接。其中，通过焊接连接可以保证良好的连接质量，采用这种连接方式的耦合装置可以具有较好的抗震能力；通过卡口连接，则可以实现模块化生产，便于零部件组装和替换，提高生产效率。

在实施方式中，耦合装置还可以包括外壳或外罩(未示出)，设置在耦合装置的上述组件外部以保护组件。该外壳或外罩的材料可以是不影响微波传输的玻璃、陶瓷以及塑料。

本发明的另一个方面，提供了一种微波加热设备，该微波加热设备包括加热室、微波源以及上述的耦合装置，其中所述耦合装置用于将来自所述微波源的微波馈入加热室。在实施方式中，耦合装置与同轴线的内导体3的连接方式可以为间接连接或直接连接。在直接连接的方式中，内导体3连接的微波源同轴输出端为半导体微波源的输出端。在间接连接的方式中，内导体3连接的微波源同轴输出端为射频连接器的输出端，其中所述射频连接器的输入端可以连接半导体微波源的输出端。

图3是本发明实施方式提供的耦合装置的一个示例驻波曲线图，其中横坐标为h，纵坐标为驻波值。在图3所示的实施方式中，馈入段1(或平行天线12)与螺旋天线杆3的连接位置与外导体4的距离h为变量，当螺旋天线杆的圈数为5圈，螺旋间距为5mm，螺旋的高度为8mm，水平天线杆的长度为10mm时，可以得到如图3所示的h-驻波值关系图。其中，变量h也可以描述为是平行天线12与外导体4的距离。

用驻波衡量传输效率，驻波为1到1.04，传输效率为100％，是理论值，很难达到。驻波为1.3，表示此时的微波传输效率为98.3％；驻波为1.6时的微波传输效率为94.7％；驻波为2时，传输效率为88.9％。一般来说，为了保证整个微波加热系统的高效率，耦合装置的效率需要在90％以上，在这种情况下，可以选择h为9mm到15mm。

图4是本发明实施方式提供的耦合装置的另一个示例驻波曲线图，其中横坐标为螺旋圈数，纵坐标为驻波值。在图3所示的实施方式中，螺旋天线杆的圈数为变量，当固定h为15mm，螺旋间距为5mm，螺旋的高度为8mm，水平天线杆的长度为10mm时，可以得到如图4所示的螺旋圈数-驻波值关系图。可以看出在2圈到5.5圈的范围内，驻波值都能满足要求，其中，3圈及5.5圈时，驻波值最好。

通过发明人实测，本发明实施方式提供的耦合装置中馈入段与螺旋部的连接位置与外导体的距离范围可以为9-15mm，螺旋天线杆的螺旋部的螺旋间距可以为5-10mm，螺旋高度可以为4-10mm，螺旋天线杆的螺旋部的螺旋圈数可以为2-5.5。

图5是本发明实施方式提供的耦合装置的全频段驻波曲线图。如图5所示，本发明实施方式提供的耦合装置驻波值在全频段都接近1.3，性能良好。

本发明实施方式提供的耦合装置具有结构简单，效率高，在全频段内阻抗特性一致的优点。同时，在不同的应用中调谐程度强。本发明实施方式提供的微波加热设备因装备有上述耦合装置，因而具有相似的优点。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。