一种高效率微波加热腔馈电激励系统的制作方法

本发明属于微波加热应用技术领域，尤其涉及一种高效率微波加热腔馈电激励系统。

背景技术：

微波加热是一种高效节能的加热方式，基本原理是通过大功率微波对目标的照射，使被照射目标自内到外产生振荡电流，并产生热量实现加热。由于微波加热系统无污染、效率高、加热速度快，并能同步实现对目标的杀菌，被广泛的用于粮食烘干加热、饲料加工加热、食品生产加热等各个方面。但需要强调的是在涉及工业生产的大功率微波加热领域，还面临着一些问题：(1)由波导直接激励加热腔体时，由于腔体馈电口的输入阻抗和馈电系统的阻抗差异较大，造成微波功率传输匹配较差引起微波能量反射率过高。不仅馈电效率较低，形成能量浪费，而且造成微波源被反射功率烧毁的风险；(2)由于腔体馈电口的输入阻抗与腔体内被加热的对象特性-如加热目标的介电常数、电导率等参数-有很大的关系。因此受加热对象动态变化的影响，很难将腔体馈电口的输入阻抗和馈电系统的阻抗直接匹配。(3)部分加热目标仅对一个极化的电磁波具有较好加热效果，固定极化的入射波，加热效果不能保障。这些因素导致目前的腔体类微波加热系统在实际的动态工作中存在馈电系统匹配差、馈电效率较低、加热效果受目标影响波动较大的问题；这也导致了整个微波加热系统效率较低，存在微波源易被反射功率烧毁的缺陷。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的腔体类微波加热系统在存在馈电系统匹配差、馈电效率较低、加热效果受目标影响波动较大；导致整个微波加热系统效率较低，微波源易被反射功率烧毁。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高效率微波加热腔馈电激励系统。

本发明是这样实现的，一种高效率微波加热腔馈电激励系统，所述高效率微波加热腔馈电激励系统包括：微波激励源；

所述微波激励源的输出口通过第一连接波导连接到环行器第一端口，环行器第二端口通过连接第二连接波导提供第一输出口；环行器的第三端口与切角弯波导的一端连接，切角弯波导的另一端经与极化扭转波导的一端连接，极化扭转波导的另一端通过连接第三连接波导提供第二输出口。

本发明的另一目的在于提供一种简化微波加热腔馈电激励系统，其特征在于，所述简化微波加热腔馈电激励系统包括：微波激励源；

所述微波激励源的输出口通过第一连接波导连接到环行器第一端口，环行器第二端口通过连接第二连接波导提供第一输出口；环行器的第三端口通过连接第三连接波导提供第二输出口；

本发明的另一目的在于提供一种加热腔体，其特征在于，所述加热腔体与单个或多个并联的高效率微波加热腔馈电激励系统的输出端口连接；

本发明的另一目的在于提供一种微波杀菌空气净化腔体，其特征在于，所述微波杀菌空气净化腔体与单个或多个并联的高效率微波加热腔馈电激励系统的输出端口连接；

本发明的另一目的在于提供一种微波激励紫外无极灯阵腔体，其特征在于，所述微波激励紫外无极灯阵腔体与单个或多个并联的高效率微波加热腔馈电激励系统的输出端口连接；

本发明的优点及积极效果为：充分利用环行器的单向流动特性，环行器引导由腔体反射回来的能量不流向微波激励源；通过环行器端口及另一路波导再次进入腔体产生激励；因此对该部分反射能量进行了利用，提升了系统的能量利用效率：腔体直接馈电反射效率为50％时，本发明可以将其提高到75％左右，当直接馈电反射效率为75％时，本发明可以将其提高到93％左右。因此，由于能量不直接流向微波激励源避免了微波激励源受扰动形成的烧毁风险；可以避免由反射功率形成了磁控管模式跳转和烧毁。采用极化扭转波导，使馈入腔体的两路微波在极化上呈现正交的特性，避免了某些目标仅对一个极化方向电波敏感而造成的加热效果不高、腔体输入口反射大的情形。采用双输入口，可以激励起腔体内的更加丰富的模式结构，例如矩形腔体中的各种temnp和tmmnp模式，这些模式场分布各不相同，造成了目标的多重吸收，增强了目标的加热均匀性。在波导的弯曲部位引入切角结构，确保波导传输过程中反射控制在最小。

综上所述，与现有技术相比，在常见的直接反射率约50％-75％的范围，本发明的微波能量馈送效率可以提高20％左右，此外该系统对目标的加热效率、加热均匀性也有同步提升；并避免了高功率微波源被反射功率烧毁大大提升了系统的整体性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高效率微波加热腔馈电激励系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的采用两组激励系统的高效率微波加热系统示意图；

图3是本发明实施例提供的馈电效率比对图；

图中：1、微波激励源；2、第一连接波导；3、环行器；4、第二连接波导；5、微波加热腔；6、切角弯波导；7、极化扭转波导；8、第三连接波导；9、加热目标。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的高效率微波加热腔馈电激励系统包括：微波激励源1、第一连接波导2、环行器3、第二连接波导4、微波加热腔5、切角弯波导6、极化扭转波导7、第三连接波导8、加热目标9。

微波激励源1的输出口通过第一连接波导2连接到环行器3的1端口，环行器2端通过连接第二连接波导4与加热腔体连接；环行器的3端口与切角弯波导6的一端连接，切角弯波导6的另一端与极化扭转波导7的一端连接，极化扭转波导7的另一端与第三连接波导8连接，第三连接波导8另一端与加热腔体5连接，加热腔体5内的双极化微波场对加热目标9加热。

本发明也可以依据安装环境调换极化扭转波导7与切角弯波导6的连接次序；即，环行器的3端口与极化扭转波导7的一端连接，极化扭转波导7的另一端连接切角弯波导6的一端，切角弯波导6的另一端与第三连接波导8的一端连接，第三连接波导8另一端与加热腔体5连接，加热腔体5内的双极化微波场对加热目标9加热。

对于极化不敏感的材料，也可选用不加入极化扭转波导7。即环行器的3端口与切角弯波导6的一端连接，切角弯波导6的另一端与第三连接波导8连接，第三连接波导8另一端与加热腔体5连接，加热腔体5内的双极化微波场对加热目标9加热。

本发明也可以采用如图2所示的多组激励系统进行工作。

本发明的微波激励源的输出口能量通过第一连接波导连接到环行器的1端口，经环行器后由2端口输出，再通过连接第二连接波导进入加热腔体5对加热目标9进行加热。部分能量反射回来后，经过第二连接波导后进入环行器端口并由环行器的3端口输出，该部分能量经过切角弯波导后，进入极化扭转波导，形成另一种极化的入射信号并经第三连接波导馈入加热腔体对目标进行进一步加热。

下面结合对比对本发明的应用效果作详细的描述。

与传统的微波激励源与腔体通过波导直接相连的方式相比，可以看出，本发明系统的优势表现在：

(1)通常情形下，由第二连接波导馈入腔体的能量会形成一定的反射。传统馈电方式中，该部分能量将直接进入微波源，对微波源造成了很大的影响，以磁控管为例，该能量将造成磁控管模式跳变甚至烧毁。而采用本发明的装置以后，该部分能量被环行器和后续波导再次导入腔体，因此一方面对该部分反射能量进行了利用，提升了系统的能量利用效率，另一方面由于该部分能量不直接流向微波激励源避免了微波激励源受大信号扰动形成的烧毁风险；

(2)采用极化扭转波导对波进行极化扭转以后，使馈入腔体的两路微波在极化上呈现正交的特性，通过这样的设置，目标先后有两次对不同极化的波进行吸收的过程，因此避免了某些目标仅对一个极化方向电波敏感而造成的加热效果不高、腔体输入口反射大的情形；

(3)采用双输入口设置，由于输入位置不同可以激励起腔体内的更加丰富的模式结构，增强了目标的加热均匀性；

(4)由第二连接波导、环行器2-3端口、切角弯波导、极化扭转波导、腔体内构成了一个环路，在某种程度上提供了能量被目标反复吸收的机会，大大提高了微波能量利用率。

图3给出了通过本发明的双通道馈电后对馈电效率的提升效果。其中横坐标为波导对含加热目标的腔体进行直接馈电的反射率。两条曲线非别给出了直接馈电和采用本发明所提出方法的馈电效率。可以看出由于对反射功率进行了再次馈送吸收，系统馈电效率在通常系统工作对应的直接馈电反射率在50-85％的区间有20左右的提升。

本发明的微波激励系统以微波加热腔体为例，可以用于任何其他适用的领域，如对微波杀菌的空气净化腔体、以及微波激励的紫外无极灯阵腔体等等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。