专利名称：微波加热馈能天线及其制作方法
技术领域：
本发明涉及工业微波加热技术领域，具体地说，是关于微波加热馈能天线及其制作方法。
背景技术：
在微波能应用技术领域中，广泛使用着国际微波能协会(IMPI)推荐的两个主要频段，即915MHz及2450MHz频段。而冷冻干燥技术由于其保存物料的热敏成分和生物活性的优点，在食品，药品和生物制品行业已得到广泛的应用。但应用传统热源的冷冻干燥有干燥速率低，时间长，耗能大，成本高的缺点。微波加热属于介电加热，微波真空冷冻干燥技术是微波技术与真空冷冻干燥技术相结合的产物，它是以微波作为热源，避免了传统加热方式的缺点，大大缩短干燥时间，降低能耗。但存在加热均勻性和低压放电的问题。通常的谐振腔的耦合方式在耦合孔区域电场强度高，容易打火放电和物料局部过热。因此，寻找一种大功率馈能既可保证加热时的均勻性，同时又可提高微波耦合效率和防止放电的微波加热馈能天线具有重要的学术上和实用上的价值和意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的微波加热馈能天线的谐振腔的耦合方式在耦合孔区域电场强度高，容易打火放电和物料局部过热的不足，提供一种大功率馈能的既可保证加热时的均勻性、又可提高微波耦合效率和防止放电的微波加热馈能天线。为了实现上述目的，本发明的微波加热馈能天线，用于与波导连接，包括与该波导的接口连接的波导法兰；以及整体成平板状的谐振腔，该谐振腔的腔体内填充有密封介质层，且该谐振腔的腔壁上设置有将微波辐射出该谐振腔的孔阵列；其中，该波导法兰位于该谐振腔的一角上，且该波导与该谐振腔之间的激励角度为 45°。上述的微波加热馈能天线，其中，该谐振腔包括网板框架、第一侧网板和第二侧网板，该第一侧网板、第二侧网板与该网板框架相围合形成该谐振腔的腔体，该密封介质层呈平板状嵌入在该网板框架内填满该腔体。上述的微波加热馈能天线，其中，该波导法兰包括前法兰、过渡法兰、上半法兰和下半法兰，该上半法兰和该下半法兰皆与该网板框架连接且分别位于该第一侧网板和第二侧网板的外侧，该过渡法兰上部与该前法兰连接、下部与该上半法兰和下半法兰连接。上述的微波加热馈能天线，其中，该前法兰与该过渡法兰之间，该过渡法兰与该上半法兰、下半法兰之间，该上半法兰和该下半法兰之间皆设置有密封件。上述的微波加热馈能天线，其中，该谐振腔采用TM_模或TEmraJl该ΤΜ 。模或ΤΕ_模由m列Xn行基本场型体元构成，其中，m、η为整数，该基本场型体元的尺寸为
3EitlXEiciXh, ￡1。为TMlltl场型体单元尺寸，h介于10 20mm之间。上述的微波加热馈能天线，其中，该孔阵列位于该腔壁的中央，且该孔阵列中的每 一孔的直径为20 25mm。上述的微波加热馈能天线，其中，该孔阵列为M行XN列，其中，M = (1 2) Xm, N= (1 2) Xn，M、N 为整数。上述的微波加热馈能天线，其中，在该孔阵列中，孔与孔之间的上下左右间距为 (1/3 1/2) Xa00进ー步地，本发明还提供上述微波加热馈能天线的制作方法，其包括如下步骤SlOO 根据标准波导设置波导法兰；S200 制作谐振腔首先设计谐振腔模式，然后根据该谐振腔模式确定谐振腔的 大小及谐振腔的腔壁上的孔阵列，并于谐振腔的腔体内填充满密封介质；S300:设计波导导入谐振腔的方式及激励角度，根据该导入谐振腔的方式及激励 角度连接波导法兰于谐振腔的一角上。上述的微波加热馈能天线的制作方法，其中，在该步骤S200中，又包括如下步骤，S210:设置网板框架；S220 设置其上具有孔阵列的第一侧网板和第二侧网板；S230 设置平板状的密封介质层；S240 将该密封介质层嵌入在该网板框架内，并于该密封介质层的前、后两侧分別 设置该第一侧网板和该第二侧网板以构成谐振腔的腔壁。本发明的有益功效在于，微波从波导经波导法兰以45°激励角度从侧面传入平板 状的谐振腔，在谐振腔的密封介质层中振荡形成TM_模驻波，再从孔阵列中辐射出去，从而 可以提高微波功率输出效率和耦合效率，以及加热的均勻性，并且能抑制放电。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明的微波加热馈能天线的立体图；图2为本发明的微波加热馈能天线的主视图；图3为本发明的微波加热馈能天线的局部剖视图；图4为图2中的A-A剖视图；图5为本发明的微波加热馈能天线的制作方法流程图；图6为图5中的制作谐振腔的流程图。其中，附图标记100-微波加热馈能天线10-波导法兰11-前法兰111-连接孔12-过渡法兰13-上半法兰14-下半法兰
20-谐振腔
21-网板框架
22-第一侧网板
23-第二侧网板
30-密封介质层
40-孔阵列
41-孔
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。本发明的微波加热馈能天线用于与波导连接，以辐射微波能。如图1所示，微波加热馈能天线100包括波导法兰10、谐振腔20、设置在谐振腔20 的腔体内填满整个腔体的密封介质层、以及设置在谐振腔20的腔壁上的将微波辐射出谐振腔的孔阵列40，其中，波导法兰10位于谐振腔20的一角上，且波导与谐振腔之间的激励角度为45°，如谐振腔20为方形状时，波导法兰10位于谐振腔20的对角线上。结合参阅图2和图3，波导法兰10用于与波导的接口(图中未示出)连接。在本实施例中，波导采用标准波导，波导的接口具有方形法兰，为了利于微波加热馈能天线与波导连接，波导法兰10具有与该方形法兰相对应的前法兰11，前法兰11上具有连接孔111， 该前法兰11与波导的接口之间通过螺栓连接。波导法兰10还包括过渡法兰12、上半法兰 13和下半法兰14，该过渡法兰12 —端与前法兰11采用螺栓连接，另一端与上半法兰13和下半法兰14也采用螺栓连接。进一步地，为了保证波导法兰10的密封性，前法兰11与过渡法兰12之间，过渡法兰12与上半法兰13、下半法兰14之间，上半法兰13和下半法兰14之间皆设置有密封件。结合参阅图4，谐振腔20整体成平板状。该谐振腔20包括网板框架21、第一侧网板22和第二侧网板23，第一侧网板22、第二侧网板23与网板框架21相围合以形成谐振腔 20的腔体，密封介质层30呈平板状嵌入在网板框架21内填满该腔体。也就是说，第一侧网板22和第二侧网板23分别位于密封介质层30的前、后两侧形成谐振腔20的腔壁。为了使网板框架21、第一侧网板22和第二侧网板23连接起来形成腔体结构，第一侧网板22 和第二侧网板23位于网板框架21的上、下两侧，并通过螺栓与网板框架21连接。上半法兰13和下半法兰14皆与网板框架21连接且分别位于第一侧网板22和第二侧网板23的外侧。孔阵列40形成于第一侧网板22和第二侧网板23上。上述的密封介质层30可以由聚四氟乙烯、石英玻璃或Al2O3陶瓷制成。本实施例中，谐振腔20采用TM_模或TE_模，该ΤΜ 。模或ΤΕ_模由m列X η行基本场型体元构成，其中，m、n为整数，该基本场型体元的尺寸为aO X aO Xh，彻为TMlltl场型体单元尺寸，h为密封介质层30的厚度。孔阵列40位于谐振腔20的腔壁的中央，且该孔阵列中的每一孔41的直径为20 25mm，该孔阵列40为M行XN列，其中，M= (1 2) Xm,N = (1 2) Xn，M、N为整数，在该孔阵列40中，孔与孔之间的上下左右间距(即图2中的L1和 L2)为(1/3 1/2) Xa00本实施例中，波导为标准波导(根据微波源的工作频率为M50MHz
5设计)，从侧面角上导入，导入角度α为45°，谐振腔20的尺寸为519X519X10mm，孔41 的直径为30mm,孔阵列40包括11X11个孔，孔41上下左右间距为30. 54mm。本发明的微波加热馈能天线的制作方法，包括如下步骤SlOO 根据标准波导设置波导法兰；S200 制作谐振腔首先设计谐振腔模式，然后根据该谐振腔模式确定谐振腔的大小及谐振腔的腔壁上的孔阵列，并于谐振腔的腔体内填充满密封介质；S300:设计波导导入谐振腔的方式及激励角度，根据该导入谐振腔的方式及激励角度连接波导法兰于谐振腔的一角上。其中，在上述的步骤S200中，又包括如下步骤，S210:设置网板框架；S220 设置其上具有孔阵列的第一侧网板和第二侧网板；S230 设置平板状的密封介质层；S240 将该密封介质层嵌入在该网板框架内，并于该密封介质层的前、后两侧分别设置该第一侧网板和该第二侧网板以构成谐振腔的腔壁。本发明的微波加热馈能天线10经电磁仿真计算，得到天线输入端的输入驻波比为Sll = -IldB,即SWR = 1. 9，这与网络仪实际测到的非常符合，这使得波导与天线的耦合效率的理想值在90%以上，其功率均勻性好。本发明的微波加热馈能天线的工作过程为微波从标准波导经45°激励角度从侧面传入谐振腔，在谐振腔中以Tln。模形成驻波，并从孔阵列中辐射出去。综上可以看出本发明的馈能天线为多孔平板式结构，且属于二次馈能，微波先通过波导传入谐振腔，在谐振腔中重新分布后再通过孔阵列馈入加热设备的加热腔。这样保证了天线下方区域的均勻性，即，保证了横截面上的均勻性。干燥装置或加热装置采用该种多孔平板式结构馈能天线后，比现有的微波加热装置中的微波馈能天线具有更高的微波功率输出效率，并能够改善微波加热的均勻性。当然，本发明还可有其它多种实施例，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当可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。
权利要求
1.一种微波加热馈能天线，用于与波导连接，其特征在于，包括与该波导的接口连接的波导法兰；以及整体成平板状的谐振腔，该谐振腔的腔体内填充有密封介质层，且该谐振腔的腔壁上设置有将微波辐射出该谐振腔的孔阵列；其中，该波导法兰位于该谐振腔的一角上，且该波导与该谐振腔之间的激励角度为 45°。
2.根据权利要求1所述的微波加热馈能天线，其特征在于，该谐振腔包括网板框架、第一侧网板和第二侧网板，该第一侧网板、第二侧网板与该网板框架相围合形成该谐振腔的腔体，该密封介质层呈平板状嵌入在该网板框架内填满该腔体。
3.根据权利要求2所述的微波加热馈能天线，其特征在于，该波导法兰包括前法兰、过渡法兰、上半法兰和下半法兰，该上半法兰和该下半法兰皆与该网板框架连接且分别位于该第一侧网板和第二侧网板的外侧，该过渡法兰上部与该前法兰连接、下部与该上半法兰和下半法兰连接。
4.根据权利要求3所述的微波加热馈能天线，其特征在于，该前法兰与该过渡法兰之间，该过渡法兰与该上半法兰、下半法兰之间，该上半法兰和该下半法兰之间皆设置有密封件。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的微波加热馈能天线，其特征在于，该谐振腔采用Tln。模或ΤΕ_模，该ΤΜ 。模或ΤΕ_模由m列Xn行基本场型体元构成，其中，m、n为整数，该基本场型体元的尺寸为^1XgItlXh,彻为TMlltl场型体单元尺寸，h介于10 20mm之间。
6.根据权利要求5所述的微波加热馈能天线，其特征在于，该孔阵列位于该腔壁的中央，且该孔阵列中的每一孔的直径为20 25mm。
7.根据权利要求6所述的微波加热馈能天线，其特征在于，该孔阵列为M行XN列，其中，M= (1 2)Xm，N= (1 2) Xn，M、N 为整数。
8.根据权利要求7所述的微波加热馈能天线，其特征在于，在该孔阵列中，孔与孔之间的上下左右间距为(1/3 1/2) Xa00
9.一种微波加热馈能天线的制作方法，其特征在于，包括如下步骤SlOO 根据标准波导设置波导法兰；S200 制作谐振腔首先设计谐振腔模式，然后根据该谐振腔模式确定谐振腔的大小及谐振腔的腔壁上的孔阵列，并于谐振腔的腔体内填充满密封介质；S300 设计波导导入谐振腔的方式及激励角度，根据该导入谐振腔的方式及激励角度连接波导法兰于谐振腔的一角上。
10.根据权利要求9所述的微波加热馈能天线的制作方法，其特征在于，在该步骤S200 中，又包括如下步骤，S210 设置网板框架；S220 设置其上具有孔阵列的第一侧网板和第二侧网板；S230 设置平板状的密封介质层；S240 将该密封介质层嵌入在该网板框架内，并于该密封介质层的前、后两侧分别设置该第一侧网板和该第二侧网板以构成谐振腔的腔壁。
全文摘要
本发明公开了一种微波加热馈能天线及其制作方法，微波加热馈能天线用于与波导连接，包括与该波导的接口连接的波导法兰；以及整体成平板状的谐振腔，该谐振腔的腔体内填充有密封介质层，且该谐振腔的腔壁上设置有将微波辐射出该谐振腔的孔阵列；其中，该波导法兰位于该谐振腔的一角上，且该波导与该谐振腔之间的激励角度为45°。采用本发明的微波加热馈能天线，能使微波从波导经波导法兰以45°激励角度从侧面传入平板状的谐振腔，在谐振腔的密封介质层中振荡形成TMmno模驻波，再从孔阵列中辐射出去，从而可以提高微波功率输出效率和耦合效率，以及加热的均匀性，并且能抑制放电。
文档编号H05B6/72GK102448208SQ20101029921
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者李仪凡, 李树君, 杨炳南, 赵东林, 韩清华, 马季威 申请人:中国农业机械化科学研究院