一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法及设备与流程

本发明涉及微波加热领域，特别是指一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法及设备。

背景技术：

随着现代科技的飞速发展，微波能作为一种新型的高效率、清洁能源，已广泛应用于工业生产、日常生活等各个领域，微波加热在生活和工业生产中发挥着越来越重要的作用的同时，消费者对微波加热的成本及加热均匀性都提出了更高的要求。

现有技术中存在通过指向加热以提升微波加热均匀性的方法，通过多固态源分区辐射以达到分区加热的目的，但其存在成本高昂的问题；

亟待出现一种可解决上述问题的新型的可实现分区加热的少固态源的加热设备及方法。

技术实现要素：

本发明提出的一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法及设备，解决了现有技术中多固态源分区加热，加热成本高、结构复杂的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种利用单固态源调频实现均匀加热的设备，包括单固态源和加热腔，还包括天线辐射装置、功分器、温度反馈装置和微控制器；所述天线辐射装置设置于加热腔内；所述单固态源通过功分器连接天线辐射装置；温度反馈装置设置于加热腔内；所述微控制器连接单固态源和温度反馈装置；所述功分器为1分9路功分器，包括功分器第①级和功分器第②级；所述功分器包括将电磁能量均分为3组×3路且3组电磁能量相位差均为或0的微带电路。

进一步地，所述功分器第①级的3路微带电路长度差l1-l2＝l2-l3＝δl设置为中心频率f0在介质中的传播波长λf0，或波长λf0的整数倍。

进一步地，所述天线辐射装置为9个微带贴片天线单元组成的3×3阵列天线，所述单个贴片天线单元在2.41ghz～2.49ghz频率范围内s11＜-10db。

进一步地，所述温度反馈装置为无线无源探头；所述无线无源探头包括无线传输模块、天线模块和传感器；所述传感器连接微控制器；所述天线模块包括收集射频微波信号的接收天线；所述接收天线的频率不同于加热腔频率，且不为加热腔频率的谐波；所述无线传输模块包括电源单元和用于接收打包的数据、探头编号及坐标信号的贴片天线单元；所述电源单元连接接收天线；所述天线模块包括连接无线传输模块的发射天线，所述发射天线通过截止孔设置于加热腔体上。

进一步地，所述微控制器包括处理温度信息的信息处理单元，用于存储指向性与单固态源频率对应关系的存储单元，用于控制单固态源频率及输出功率、工作时间的输出单元。

优选地所述单固态源为单路同轴输出、2400～2500mhz频率可控的压控固态源；所述微控制器为dps、fpga、单片机；

一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法，包括以下步骤：a、在加热腔体内设置由9个微带贴片天线单元组成的3×3阵列天线；单固态源通过功分器连接阵列天线；b、控制单固态源工作频率、输出功率和工作时间，通过功分器和阵列天线，将能量在给定的一个短时间和功率内对3个区域分别进行加热。

进一步地，还包括步骤c，设置于步骤a和b之间；c、通过微控制器，仿真改变单固态源频率，电磁能量通过作为馈源的9单元阵列天线对加热腔进行馈电，将加热腔分成3个区域，建立指向性和单固态源频率的对应关系，并将结果存储于微控制器的存储单元。

还包括步骤d将温度反馈装置设置于加热腔内，温度反馈装置连接微控装置；所述温度反馈装置可以为均匀设置的无线无源探头。

还包括步骤e通过对实时采集的温度反馈数据与预设温度数据进行对比分析，微控装置分别对单固态源工作频率、输出功率和工作时间进行实时控制，产生分区加热效果；根据实时采集的温度数据，通过微型控制器的控制，使各区域达到预设温度；所述步骤e设置于步骤b之前。

本发明公开的一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法及设备，通过微控制器和功分器连接单固态源，控制单固态源的频率、输出功率及工作时间，实现加热腔内分区加热；通过设置温度反馈装置，实时监控加热腔内的温度分布，控制单固态源的频率、输出功率及工作时间，不但可实现均匀加热，同时可实现分区不同加热曲线的加热，达到高品质加热的目的；本发明可实现分区加热,且加热均匀性好，结构简单、成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明逻辑流程图；

图2：产生相差功分器原理示意图；

图3：本发明的结构示意图；

图4：均匀加热过程中各区域温度切片图；

其中：1、贴片天线；2、微波传输线；3、功分器；4、单固态源；5、控制总线；6、微控制器；7、测温探头；8、加热腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开的一种利用单固态源调频实现均匀加热的设备，包括单固态源4和加热腔8，还包括天线辐射装置、功分器3、温度反馈装置和微控制器6；所述天线辐射装置设置于加热腔8内；所述单固态源4通过功分器3连接天线辐射装置；温度反馈装置设置于加热腔8内；所述微控制器6连接单固态源4和温度反馈装置；所述功分器3为二级微带电路或其他相同功能的微波器件。

所述功分器3为1分9路功分器，包括功分器3第①级和功分器3第②级；所述功分器3包括将电磁能量均分为3组×3路且3组电磁能量相位差均为或0的微波器件；所述功分器3第①级的3路微带电路长度差l1-l2＝l2-l3＝δl设置为中心频率f0在介质中的传播波长λf0，或波长λf0的整数倍。

进一步地，所述天线辐射装置为微带贴片天线1单元组成的阵列天线，所述单个贴片天线1单元在2.41ghz～2.49ghz频率范围内s11＜-10db。

进一步地，所述温度反馈装置为无线无源探头；所述无线无源探头包括无线传输模块、天线模块和传感器；所述传感器连接微控制器6；所述天线模块包括收集射频微波信号的接收天线；所述接收天线的频率不同于加热腔8频率，且不为加热腔8频率的谐波；所述无线传输模块包括电源单元和用于接收打包的数据、探头编号及坐标信号的贴片天线1单元；所述电源单元连接接收天线；所述天线模块包括连接无线传输模块的发射天线，所述发射天线通过截止孔设置于加热腔8体上。

进一步地，所述微控制器6包括处理温度信息的信息处理单元，用于存储指向性与单固态源4频率对应关系的存储单元，用于控制单固态源4频率及输出功率、工作时间的输出单元。

优选地所述单固态源4为单路同轴输出、2400～2500mhz频率可控的压控固态源；所述微控制器6为dps、fpga、单片机；

一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法，包括以下步骤：a、在加热腔8体内设置由微带贴片天线1单元组成的阵列天线；单固态源4通过功分器3连接阵列天线；b、控制单固态源4工作频率、输出功率和工作时间，通过功分器3和阵列天线，将能量在给定的一个短时间和功率内对3个区域分别进行加热。

进一步地，还包括步骤c，设置于步骤a和b之间；c、通过微控制器6，仿真改变单固态源4频率，电磁能量通过作为馈源的单元阵列天线对加热腔8进行馈电，将加热腔8分成3个区域，建立指向性和单固态源4频率的对应关系，并将结果存储于微控制器6的存储单元。

还包括步骤d将温度反馈装置设置于加热腔8内，温度反馈装置连接微控装置；所述温度反馈装置可以为均匀设置的无线无源探头。

还包括步骤e通过对实时采集的温度反馈数据与预设温度数据进行对比分析，微控装置分别对单固态源4工作频率、输出功率和工作时间进行实时控制，产生分区加热效果；根据实时采集的温度数据，通过微型控制器的控制，使各区域达到预设温度；所述步骤e设置于步骤b之前。

具体实施例一

天线辐射装置和温度反馈装置设置于加热腔8内；单固态源4通过功分器3连接天线辐射装置；所述微控制器6连接单固态源4和温度反馈装置；功分器3为为1分6路功分器，包括功分器3第①级和功分器3第②级；所述功分器3包括将电磁能量均分为2组×3路且2组电磁能量相位差均为或0的微带电路或其他相同功能的微波器件。其中功分器3第①级的2路微带电路长度差l1-l2＝δl设置为中心频率f0在介质中的传播波长λf0，或波长λf0的整数倍天线辐射装置为6个微带贴片天线1单元组成的2×3阵列天线，所述单个贴片天线1单元在2.41ghz～2.49ghz频率范围内s11＜-10db。

所述温度反馈装置为无线无源探头；所述无线无源探头包括无线传输模块、天线模块和传感器；所述传感器连接微控制器6；所述天线模块包括收集射频微波信号的接收天线；所述接收天线的频率不同于加热腔8频率，且不为加热腔8频率的谐波；所述无线传输模块包括电源单元和用于接收打包的数据、探头编号及坐标信号的贴片天线1单元；所述电源单元连接接收天线；所述天线模块包括连接无线传输模块的发射天线，所述发射天线通过截止孔设置于加热腔8体上。

所述微控制器6包括处理温度信息的信息处理单元，用于存储指向性与单固态源4频率对应关系的存储单元，用于控制单固态源4频率及输出功率、工作时间的输出单元。所述单固态源4为单路输出、2400～2500mhz频率可控的压控固态源；所述微控制器6为dsp、fpga、单片机。

一种利用单固态源调频通过微波分区加热实现均匀加热的方法，包括以下步骤：a、在加热腔8体内设置由6个微带贴片天线1单元组成的2×3阵列天线；单固态源4通过功分器3连接阵列天线；c、通过微控制器6，仿真改变单固态源4频率，电磁能量通过作为馈源的6单元阵列天线对加热腔8进行馈电，将加热腔8分成3个区域，建立指向性和单固态源4频率的对应关系，并将结果存储于微控制器6的存储单元；b、控制单固态源4工作频率、输出功率和工作时间，通过功分器3和阵列天线，将能量在给定的一个短时间和功率内对3个区域分别进行加热；步骤d将温度反馈装置设置于加热腔8内，温度反馈装置连接微控装置；所述温度反馈装置可以为均匀设置的无线无源探头；e、通过对实时采集的温度反馈数据与预设温度数据进行对比分析，微型控制器分别对单固态源4工作频率、输出功率和工作时间进行实时控制，产生分区加热效果；根据实时采集的温度数据，通过微型控制器的控制，使各区域达到预设温度。即实时反馈各个区域的温度，并通过微型控制器对单固态源4工作频率、输出功率和工作时间的实时调节，最终使腔体内达到分区加热的效果。

天线辐射装置和温度反馈装置设置于加热腔8内；单固态源4通过功分器3连接天线辐射装置；所述微控制器6连接单固态源4和温度反馈装置；本实施例中功分器3为1分6路功分器，包括功分器3第①级和功分器3第②级；功分器3将电磁能量均分为2组×3路且2组电磁能量相位差均为或0的微带电路或其他相同功能的微波器件。单固态源4频率分别在不同时刻输出不同功率、不同频率的电磁波能量到功分器3第①级，由于微带电路长度差δl使得功分器3第①级输出的电磁波相位差分别为0，电磁波再通过功分器3第②级后能量均分为6路，通过6单元天线阵列后能量根据相控阵理论在空间中相互叠加合成偏离角分别为0，θ，-θ的偏转波束，分别指向中心ⅱ区域和ⅰ、ⅲ区域，对3个加热空间分别进行加热。通过输出需要设定单固态源4频率、功率、加热时间，由此能够实现指向性加热，只对所需要的区域进行加热，进而能够使3个区域最终的加热温度达到所需的效果。

另外如图2所示，将功分器3进行变形，改变功分器3第①级与第②级的设计依然可以得到相同的结果。可实现此功能的功分器3有多种变形，通过变形实施后，均可通过单单固态源4变频实现分区加热的功能。

具体实施例二

(一)

天线辐射装置和温度反馈装置设置于加热腔8内；单固态源4通过功分器3连接天线辐射装置；所述微控制器6连接单固态源4和温度反馈装置；本实施例中功分器3为两组微波器件；分别为1分9路功分器，包括功分器3第①级和功分器3第②级；功分器3将电磁能量均分为3组×3路且3组电磁能量相位差均为或0的微带电路。单固态源4频率分别在不同时刻输出不同功率、不同频率的电磁波能量到功分器3第①级，由于微带电路长度差δl使得功分器3第①级输出的电磁波相位差分别为0，电磁波再通过功分器3第②级后能量均分为9路，通过9单元天线阵列后能量根据相控阵理论在空间中相互叠加合成偏离角分别为0，θ，-θ的偏转波束，分别指向中心ⅱ区域和ⅰ、ⅲ区域，对3个加热空间分别进行加热。通过输出需要设定单固态源4频率、功率、加热时间，由此能够实现指向性加热，只对所需要的区域进行加热，进而能够使3个区域最终的加热温度达到所需的效果。

(二)

再实施方式一的基础上，功分器3第①级的3路微带电路长度差l1-l2＝l2-l3＝δl设置为中心频率f0在介质中的传播波长λf0，或波长λf0的整数倍。

(三)

在上述实施方式的基础上，天线辐射装置为9个微带贴片天线1单元组成的3×3阵列天线，单个贴片天线1单元在2.41ghz～2.49ghz频率范围内s11＜-10db。

(四)

在具体实施方式三的基础上，温度反馈装置为无线无源探头；无线无源探头包括无线传输模块、天线模块和传感器；传感器连接微控制器6；

其中天线模块包括收集射频微波信号的接收天线，其频率不同于加热腔8频率，且不为加热腔8频率的谐波；其中无线传输模块包括电源单元和用于接收打包的数据、探头编号及坐标信号的贴片天线1单元；所述电源单元连接接收天线；所述天线模块包括连接无线传输模块的发射天线，所述发射天线通过截止孔设置于加热腔8体上。用于实时采集加热腔8温度、场强。为微控制器6调整单固态源4的频率、功率、加热时间的依据。

(五)

在上述具体方式的基础上，所述微控制器6微可为dps、fpga、单片机，设置信息处理单元，连接无线无源探头，采集或计算温度场内温度，计算过程可根据存储单元中已存储的指向性与单固态源4频率对应关系的存储单元，用于控制单固态源4频率及输出功率、工作时间的输出单元。所述单固态源4为单路同轴输出、2400～2500mhz频率可控的压控固态源；

在使用过程中：设频率f0＝2450mhz，f1＝2400mhz，f2＝2500mhz，如图2功分器3原理示意图所示，将功分器3第①级的3路微带电路长度差l1-l2＝l2-l3＝δl设置为中心频率f0在介质中的传播波长λf0，或波长λf0的整数倍，固态源控制频率分别在不同时刻输出不同功率的频率为f0，f1，f2的电磁波能量到功分器3第①级，功分器3第①级输出的电磁波相位差分别为0，电磁波再通过功分器3第②级后能量均分为9路，通过9单元天线阵列后能量根据相控阵理论在空间中相互叠加合成偏离角分别为0，θ，-θ的偏转波束，分别指向中心ⅱ区域和ⅰ、ⅲ区域，对3个加热空间分别进行加热。通过输出需要设定单固态源4频率、功率、加热时间，由此能够实现指向性加热，只对所需要的区域进行加热，进而能够使3个区域最终的加热温度达到所需的效果。

另外如图2所示，将功分器3进行变形，改变功分器3第①级与第②级的设计依然可以得到相同的结果。可实现此功能的功分器3有多种变形，通过变形实施后，均可通过单固态源4变频实现分区加热的功能。

使用9贴片天线1单元组成的相控阵天线阵列进行模拟分区加热仿真，总功率300w，首先将空间分为ⅰ、ⅱ、ⅲ区域，3个区域分别放有100ml水，介电常数为80-12*j，由于腔体内的反射，温升的效果不会完全相同，基于变频相控阵理论，通过改变固态源频率，形成具有指向性的微波波束，在60s内对3个区域分别进行加热：

如图4各区域加热温度切片图所示，经过60s加热后，各区域均有温升，在分区加热的基础上，通过温度反馈及微控制器6的智能调节，不断对波束指向、加热强度和加热时间进行微调，最终各区域能够达到预设的温度。

具体实施例三

天线辐射装置和温度反馈装置设置于加热腔8内；固态源通过功分器3连接天线辐射装置；所述微控制器6连接固态源和温度反馈装置；本实施例中功分器3为1分16路功分器3，包括功分器3第①级和功分器3第②级；功分器3将电磁能量均分为4组×4路且4组电磁能量相位差均为或0的微带电路或其他相同功能的微波器件。固态源分别在不同时刻输出不同功率、不同频率的电磁波能量到功分器3第①级，由于微带电路长度差δl使得功分器3第①级输出的电磁波相位差分别为0，电磁波再通过功分器3第②级后能量均分为16路，通过16单元天线阵列后能量根据相控阵理论在空间中相互叠加合成偏离角分别为0，θ，-θ的偏转波束，分别指向中心ⅱ区域和ⅰ、ⅲ区域，对3个加热空间分别进行加热。通过输出需要设定固态源频率、功率、加热时间，由此能够实现指向性加热，只对所需要的区域进行加热，进而能够使3个区域最终的加热温度达到所需的效果。

另外如图2所示，将功分器3进行变形，改变功分器3第①级与第②级的设计依然可以得到相同的结果。可实现此功能的功分器3有多种变形，通过变形实施后，均可通过单固态源4变频实现分区加热的功能。

本发明公开的一种利用单固态源调频实现均匀加热的方法及设备，通过微控制器6和功分器3连接单固态源4，控制单固态源4的频率、输出功率及工作时间，实现加热腔8内分区加热；通过设置温度反馈装置，实时监控加热腔8内的温度分布，控制单固态源4的频率、输出功率及工作时间，不但可实现均匀加热，同时可实现分区不同加热曲线的加热，达到高品质加热的目的；本发明可实现分区加热,且加热均匀性好，结构简单、成本低。

当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。