专利名称：圆柱形微波施加器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波施加器。确切说，本发明涉及高效圆柱形微波施加器，该施加器包括一特定大小的低泄漏微波密封室和一馈送装置，该馈送装置无需活动部件即能提供一转动电磁场而加热一负载。
背景技术：
众所周知，电磁波可把能量传给一物体或负载。使用频率为300MHz-300GHz的电磁波的微波施加器一般包括一微波能源、一微波密封室和一把该能源耦合到该微波密封室的微波馈送装置。
本发明一优选微波能源为一工作在2450MHz的磁控管，尽管应该看到，由于915MHz为批准的微波烹调和加热频率，因此本发明也可工作在915MHz和任何其他所需频率。
微波密封室的内部空间为供负载(待加热物体或物质)放置其中的一空腔。
现有微波施加器最大的问题之一是负载的温度分布不均匀。加热不均的主要原因有三条与波模有关的热点和冷点、边缘过热和底面加热不足。
每一波模有一垂直波导波长λg。当一系统中的各波模可激发成即使该系统有损耗这些波模也不相互耦合时，这些波模称为正交波模。
在现有技术中，热点和冷点是由该施加器的空腔中的各波模特有的能量分布不均造成的。一波模的电磁场形态决定于工作频率和空腔的尺寸。
波模主要有两种，即横磁(TM)波模和横电(TE)波模。TE波模在传播方向上没有电场分量或E场分量，而TM波模在传播方向上没有磁场分量或H场分量。
TE和TM波模标为TEmn和TMmn。对于长方形波导来说，这些下标表示一主要为横向的场矢量沿平行于一宽壁(m)和一窄壁(n)的路径的半周期变化的数目。在一长方形坐标系统中，m和n下标通常指x轴和y轴，而波沿z轴传播。
在圆柱形空腔中，为方便起见，使用极坐标。在本发明中，传播方向为与圆柱形空腔的纵向轴线平行的z轴。在圆形横截面波导或空腔中(即该波导或空腔有一与该波导或空腔中的微波能的传播方向同心的圆壁)，下标m表示一横向场矢量在一与该壁同心的圆形路径上的全周期变化的数目。下标n表示同一矢量沿该空腔中的径向路径的反转加一的数目。
避免与波模有关的热点和冷点的现有办法或是使用机械装置(例如一转台)在加热过程中相对该空腔转动该负载，或是使用一“波模搅动器”不断改变空腔中的波模型式。波模搅动器一般为扇形机械转动装置，在空腔内或是在空腔旁的另一开口馈送盒中放置有金属叶片。某些设计使用复合馈送装置或转动天线之类装置减小热点和冷点。
仍需要有高效的微波施加器，以便方便而可靠地实现微波的按时间平均的均匀加热。
造成边缘过热(负载边缘处的热点)的原因是E场分量平行地直接耦合到负载的边缘上，而在负载的介电常数很高时尤为严重。
在大多数微波炉中，负载一般为食品之类的电介质，其相对介电常数ε很高。微波波模与高ε负载作用而把能量传入负载中。
重要的是要看到，负载中的H场强与加热型式直接有关。麦克斯韦尔方程表明，负载一般通过电场吸收能量。现有微波施加器试图尽可能提高E和H场强来尽可能传热和减少烹调时间。但在这样做时，现有微波施加器增大了边缘过热和微波泄漏的可能性。
微波加热的另一个问题是扁平负载的“底面”加热不足。由于穿过扁平负载的能量不多，因此水平放置的扁平负载的底面的受热不佳或不均。由于负载下方没有微波馈送，因此“底面”加热要求负载不伸展在空腔的整个横截面上。
本发明概述本发明的目的在于提出一种均匀加热一扁平负载的微波施加器，其能大致消除表现为热点和冷点以及边缘过热的不均匀加热。该施加器使用空腔中各波模，从而以宽带频率实现高效率，提高负载中的烹调能量、减小微波泄漏、同时降低负载边缘过热和提高负载底面加热。该施加器包括一与空腔波模配合工作的馈送装置，从而无需任何活动部件即可使能量均匀分布到负载上。
该施加器包括一微波密封室、一微波能源以及一把该微波能源与该密封室连接的馈送装置。该施加器还可包括控制该微波能源的电子控制装置。
该微波能源最好为一产生一定频率(在两优选实施例中为2450和915MHz)的微波的磁控管。该馈送装置把微波从该能源引导到该密封室。
该密封室用微波反射材料制成，设计成防止微波能泄漏到密封室外部环境中。该室包括一顶壁、一底壁和一侧壁。该侧壁(最好呈圆柱形)伸展在该顶壁与该底壁之间，围成(并界定)该空腔并有一纵向轴线。与现有微波炉空腔比较，该密封室最好有一与该纵向轴线垂直的圆形横截面，但应看到，只要空腔横截面近似为一圆，该横截面也可呈其他形状，例如至少有五条边的多边形。顶壁和底壁最好为一围绕该纵向轴线转动的表面，并最好呈平面。
该密封室的内径等于该室的横截面的实际直径或平均直径，其内部高度等于顶壁与底壁之间的距离。在实施本发明时，该内径按照一种方法设计，该方法只考虑支持该室中所需微波场的横磁波模。尽管该设计标准只涉及TM或横磁波模，但可以看到，由于使用该设计标准，该空腔中的实际波模为更复杂的混合波模，即由具有相同或相似λg的同步TE和TM波模组成。
但在实施本发明时，我们发现，使用本说明书给出的方法足以设计出一可支持一只有两个横磁波模的微波场的空腔，每一波模有一特征波导波长，其中，一波模的波导波长等于另一波模或第二波模的波导波长的两倍。该内径的大小最好选择成尽可能减小该室的设计中所使用的TM波模的下标数。
在第一优选实施例中，该室的该内径设计成生成一作为第一波模的TM02波模和一作为第二波模的TM11波模。在2450MHz的预定频率下，该实施例的该内径最好约为9.17英寸(233mm)，到负载顶面的负载高度最好约为6.28英寸(160mm)。
本发明微波施加器最好还包括一用来支撑负载的架子(用硼硅玻璃、玻璃陶瓷或其他微波透过材料制成)。该架子位于密封室内，一般与该纵向轴线垂直。该架子离开顶壁的距离最好使得负载离开顶壁的距离大致等于第二(较短)波模的波导波长的整数倍。
该微波施加器的侧壁上最好有一负载插入口和一可关闭该口的活动门。在一实施例中，一可滑动抽屉装在该门上，从而可用该抽屉把负载插入密封室中。在使用抽屉时，该架子最好为该抽屉的一部分或受该抽屉的支撑。
本发明微波施加器的馈送装置包括一主波导、一个或多个接头以及多个波导分支。这些波导分支为短波导，每一个短波导的一端连接到密封室上的一馈送孔上，另一端在一接头(两个波导分支可共用一接头，也可两个波导分支各用一接头)处连接到主波导上。馈送孔可位于顶壁上或侧壁上部。这两个馈送孔(相对该纵向轴线)之间的夹角等于两微波在进入空腔时的电相位差。在一优选实施例中，第一波导分支连接入第一馈送孔中，第二波导分支正交地连接到第二馈送孔上，即在一与纵向轴线垂直的平面中第二馈送孔与第一馈送孔之间的夹角为90°。
此外，在该实施例中，该馈送装置包括一移相装置，该移相装置把从第一波导分支进入该室的微波的电相位移动成与从第二波导分支进入该室的微波的电相位相差90°。这样就形成两束微波能量，在进入密封室时这两束能量之间的几何夹角和电相位差都为90°。
该移相装置可为在第一与第二波导分支之间造成90°相位差的任何现有装置。两波导分支从与主波导的接头(或两分开接头)到其馈送孔的长度可不同，从而第二波导分支的相位相对从第一波导分支进入该室的微波移动90°。或者，该移相装置也可使用介质移相器或铁氧体移相器或其他公知移相器。几何正交与90°移相相结合而在空腔中生成一转动微波，从而馈送装置中无需使用转动部件或活动部件即可更均匀加热。
附图的简要说明
图1为本发明微波施加器的立体图。
图2为图1微波施加器的抽屉的立体图。
图3为图2抽屉的侧视图。
图4为本发明微波施加器另一实施例的分解立体图。
图5示出2450MHz微波场若干波模的波导波长与波导直径之间的关系。
图6为本发明馈送装置第一实施例的立体图。
图7为本发明馈送装置第二实施例的立体图。
图8为本发明馈送装置第三实施例的立体图。
图9为一微波密封室的俯视图，示出一对波导分支的输入轴线以说明本发明的某些方面。
图10为图9微波密封室的侧视剖面图，以虚线示出一架子和负载。
图11为本发明实际所使用的一侧壁光阑馈送孔的局部放大立体图。
图12为一顶壁光阑馈送孔的局部放大立体图，其中，一部分波导分支切去。
图13为本发明实际所使用的一空腔的俯视图和侧视图，示出一TM11波模。
图14为图13空腔的俯视图和侧视图，示出一TM02波模。
图15为一密封室和两波导分支的俯视图，示出空腔中的微波场的一TM11波模处于本发明第一电相位状态下。
图16同图15，但示出空腔中的微波场的该TM11波模的相位已向前移动90°。
图17同15，但相位从图16向前移动90°，即与图15相差180°。
图18同图17，但相位又向前移动90°，即与图15相差270°。
本发明的详细说明本发明为一微波施加器，该微波施加器通过消除热点和冷点高效而均匀加热一负载。此外，本发明施加器使用空腔波模而消除边缘过热、减少微波能泄漏并高效地工作。
图1示出本发明一微波施加器10。该施加器10包括一微波密封室20、一能源50和一把能源50耦合到密封室20的馈送装置60。能源50为可生成一定频率微波的一磁控管或其他能源，最常用的频率为2450MHz或915MHz。电子控制装置90供用户控制磁控管的工作时间和设定磁控管的功率。通常通过周期性地开/关磁控管的工作周期来设定不同功率。
下面参看图9和10，微波密封室20为一用金属之类微波反射材料制成的容器，围成其中可放置一负载80(待加热物质)的空腔。本发明微波施加器的典型优选负载(如图10所示)为水平伸展的扁平负载，例如比萨饼和三明治。应该看到，非扁平负载也可用本发明施加器加热，但本发明的优点特别体现在较扁平的负载上。该室20有一纵向轴线z、一圆柱形侧壁22、一顶壁24和一底壁26。
微波施加器10还包括一支撑负载80的微波透过架子12。架子12位于密封室20内部，一般与顶壁24平行。在一优选实施例中，架子12用硼硅玻璃、玻璃陶瓷或其他微波透过材料制成。
微波密封室20有一内径D、一内部高度H和一负载高度h。从图10可看得最清楚，内径D为与空腔的纵向轴线z垂直的横截面的直径。高度H为顶壁24与底壁26之间的距离，应该看到，当顶壁或底壁不为平面时H为“有效”高度。负载高度h为顶壁24到负载80的距离。
下面回到图1-4，侧壁22和室20构成一正圆柱体。在其他实施例中，侧壁24的横截面可与纵向轴线z垂直，其形状可呈其他闭合曲线或高阶多边形，即边数等于大于5的·多边形。应该看到，这一多边形实施例须在一定程度上近似一圆，以便体现出本发明的优点。此外，应该看到，施加器的横截面如采取多边形，则最好采取正多边形(即各边的边长相同)，虽然采取非对称多边形也可获得本发明的某些优点。
密封室20在侧壁22上有一负载插入口28。该口一般为四边形或长方形并与纵向轴线z垂直。一活动门30用来关闭从而密封该口28，防止微波泄漏。在一实施例中，一可把负载80插入密封室20中的可滑动抽屉32装在门30上或单独放置在室20中。架子12可放置在抽屉32上。其他实施例可使用不同的门部件，例如，图4所示实施例有一用长条铰链40连接到一下部壳体36上的平面门30。架子可作为抽屉的一部分，也可座落在空腔中选定位置上。
在实施本发明时，用一方法设计室20的内径D，以便在室20中形成一微波场，该场在任何与纵向轴线z垂直的平面中只有横磁波模。确切说，密封室20的大小的设计方案只考虑支持只有第一TM波模和第二TM波模的一微波场，而第一TM波模的波导波长约为第二TM波模的波导波长的两倍。密封室20的大小最好还设计成能尽可能减小第一和第二横磁波模的下标数。而且要强调，尽管设计过程旨在只产生TM波模，但室20的空腔中的实际场事实上为混合波模而仍可实现本发明的优点。在一实施例中，密封室20的直径D大致等于9.17英寸(233mm)，密封室20的内部高度H约为7.00英寸(178mm)。在该实施例中，室20的内径D的大小设计成在2450MHz的预定频率下生成一作为第一波模的TM02波模和作为第二波模的TM11波模。第一(TM02)波模的波导波长λg1大致等于第二(TM11)波模的波导波长λg2的两倍。这两个波模的场型令人满意地互补。
在密封室20中，架子12放置成使得顶壁24到负载80的距离h为6.28英寸(160mm)。我们发现，负载80最好放置成顶壁24与负载80(水平伸展的扁平负载)的顶面之间的距离h为第二TM波模的波导波长的整数倍。因此，其他实施例可把架子放置在满足所需整数倍关系的不同位置(或一“平均”固定位置)上，以便支撑相配厚度的负载。
图5示出不同波模的波导波长λg与圆形波导的直径之间的关系。在图5中，纵轴表示波导波长(英寸)，横轴表示直径(英寸)。标有倒三角的曲线表示TM02波模，而标有“x”的曲线表示TM21波模。正三角表示TE01和TM11波模，而菱形表示TE21波模，正方形表示TE11波模。“+”(在菱形与正方形之间)表示TM01波模。在本发明的设计要求λg1＝2λg2下，可以看出，只能选择某些大小的直径D和第一和第二波模对。与两波模相配的直径和高度还可见下表1。
表1第一波模 第二波模 空腔直径(D) 负载高度(h) 内部高度(H)(TM) (TM) (英寸) (英寸) (英寸)21 018.85 5.30 6.211 016.45 5.88 6.621 118.43 6.72 7.502 218.66 11.64 12.402 119.17 6.28 7.002 019.53 5.23 6.0可以看出，其他实施例可有支持其他第一和第二波模的不同直径和高度。对所有实施例来说，第一波模的波导波长大致等于第二波模的波导波长的两倍。
使用本发明方法设计密封室空腔的大小可提高烹调效率并减小边缘过热，因为不管是“纯”波模还是混合波模都可体现出TM波模的某些优点。
TE波模的阻抗比自由空间的阻抗η0大，而TM波模的阻抗小于η0。由于边界上的阻抗相等时边界处的波反射为零，因此TM波模更适合于加热，更适合与食物之类的常见负载的阻抗匹配。无需累积起强大的驻波，为在共振时变得有效而确定密封室的空腔高度和耦合因素也不象TE波模那样重要。可确立起波非反射传播到一覆盖施加器整个横截面的较厚负载中的状态。由于反射回磁控管的能量减小了施加器的效率，因此波最好是非反射传播。
把密封室20的大小做成只生成TM波模，微波施加器10可避免很大的水平E场分量，特别是在负载80的边缘处；应该看到，空腔中的波模不管是TM还是混合波模都没有这一E场分量。把微波场的型式设计成消除掉(或减小)与负载80的边缘平行的E场分量可避免边缘过热。当失去的E场分量沿圆周指向时，再加上选择头一个下标为零的一“主导”或强耦合波模、例如TM02，即可达成这一条件。此时的另一个优点是泄漏减少，因为任何现存的E场分量都与门的开口28垂直。只使用TM02波模会在空腔中加热型式的中心以及同心圆环处造成无法接受的“冷”点。为纠正这种现象，选择在空腔的中心有一“热”点的另一波模与TM02波模一起使用。使用TM11波模可消除加热型式中的“冷”点；并且，使用正交馈送可转动TM11波模，从而通过沿圆周平均或整合加热型式而消除由简单TM11波模造成的加热型式的水平错开的“热”点和“冷”点，这在下文详述。
图4为微波施加器20’另一实施例的分解图，包括一顶壁24’、一圆柱形侧壁22’和一底壁26’。在这些附图中，相应部件用同一标号或加撇的标号表示。在该实施例中，设置一长方形下部壳体36，架子12’和门30’用长条铰链40与壳体36连接。我们发现，该实施例中的具有较短(即小于h的约15％)长方形横截面的下部壳体36并不会降低本发明的性能。可以看到，高度H等于圆柱形壁22’的高度40加上下部壳体36的高度44。这一方法可简化含有负载的区域的设计，特别是门30’的设计。
下面参看图6、7和8，整个馈送装置包括一主波导161、在接头163处从主波导161伸出的第一波导分支162和在接头163处从主波导161和第一波导分支162分叉的第二波导分支164。在该实施例中，主波导161与顶壁124的顶面平行并可如图6所示沿径向伸离密封室120或如图1虚线所示沿该室的圆柱形侧壁伸展。如图6所示，第一波导分支162从主波导161沿纵向伸展在顶壁124的顶面上；但应看到，只要馈送孔与室120的相应位置合适，主波导161(和波导分支162、164)相对于室120的位置可按需要设置。在该实施例中，第二波导分支164与第一波导分支162垂直地伸展在顶壁124的顶面上，从而其间的夹角190为90°。
第一和第二波导分支162和164通过图12所示那样的位于密封室120顶面上的馈送孔或光阑168耦合到密封室120。第一波导分支162的第一馈送孔与第二波导分支164的第二馈送孔(如角190和轴线192、194所示)成90°。这一90°错开的馈送孔布置称为几何正交。从图9中可最清楚地看出这两个馈送孔的轴线92、94。
应该看到，整个馈送装置160还包括一移相装置，该移相装置把从第二波导分支164输入该室的微波的相位相对从第一波导分支输入该室的微波移动90°。在馈送装置160中，该移相装置包括接头163、第一波导分支162和第二波导分支164，波导分支162和164从接头163到各自馈送孔166和168的长度做成第二波导分支164的微波与从第一波导分支162输入室120的微波之间的电相位差为90°。这样，两波导分支162和164耦合入密封室120的微波在几何和电方面都相差90°。由于正交波模的矢量相加特性，如下面结合图15-18所述，所得线性偏振波模不断转动。
图7示出馈送装置的第二实施例260。馈送装置260包括一有一接头263的主波导261，该接头分叉成轴线292上的第一波导分支262和轴线294上的第二波导分支264。第一和第二波导分支262和264可以、但不必与顶壁224平行。第一和第二波导分支262、264分别连接到顶壁224上如轴线292与294(每一轴线上有一与图12的光阑168相同的孔，以把能量耦合到室220)之间的直角290所示互相正交的馈送孔266、268。此外，第一和第二波导分支262和264的大小做成第二波导分支264的微波与从第一波导分支262输入室220的微波之间的电相位差为90°。
图8示出馈送装置360的第三实施例。整个馈送装置360包括主波导361、接头363、第一波导分支362和第二波导分支364。第一和第二波导分支分别连接到侧壁322上互相几何正交(即轴线392与394之间的角390所示为90°)的第一和第二馈送孔366和368，每一馈送孔的细节与图11的光阑368相同。
主波导361与纵向轴线z垂直地从密封室320的侧壁322上沿径向伸出。在接头363处，第一波导分支362从主波导361沿径向向里伸展。第二波导分支364从主波导361伸出后连接到第二馈送孔368。
第一和第二波导分支362和364的长度不同，从而第二波导分支364的微波与从第一波导分支362输入室320的微波之间的电相位差为90°。
可使用包括90°相位差馈送孔的其他馈送装置实施例(未示出)，例如包括介质移相器或铁氧体移相器的移相装置。
应该看到，图11和12所示把微波能量从各波导分支耦合入密封室中的孔，也可用其他公知方式(未示出，例如伸入空腔中的探头)取代。
图13和14为一有一TM11波模的空腔的俯视图400和侧视图402，其中大大简化地示出场线，俯视图示出磁场线，侧视图示出电场线。同样，图14示出一TM02波模的俯视图404和侧视图406。
图15和16的俯视图408和410示出转动场的工作情况，这两个俯视图表示处于不同时间的TM11波模，这不同时间与预定频率下的90°相位差对应。显然可看出，波导分支的正交馈送使得空腔中的场场转动，即磁场回线412从图15所述位置开始相继移动到图16、17和18所示位置，图15-18所示各“瞬间”之间的时间与各图之间的90°相位增量对应(也由所示时序中的磁场回线414、416、418和420的移动示出)。还应看到，图18的型式转过90°后又回到图15的型式，只要磁控管在工作，该顺序就一再反复。
本发明较之现有技术具有巨大优点。由于在设计过程中使用TM波模(特别是没有圆周E场分量而消除特别是比萨饼和三明治之类“圆形”负载的边缘过热)，因此本发明施加器提高了烹调效率(因为TM型波模与食物类负载的匹配比TE型波模更佳)。由于组合使用选定的TM波模(其中TM波模对具有简并性，即两波导波长为两倍关系)和正交馈送装置，因此能量按时间平均均匀分布，大大减少了热点和冷点。本发明的移相装置没有活动部件，因此机械上更有效、更可靠。最后，本发明施加器由于微波泄漏减少而更安全。
确定圆柱形空腔的尺寸的顺序总结如下1，选择一对具有转动对称性而可均匀加热和电子搅拌的圆柱形波模。
2，只选择TM波模，因为其特征性高耦合因素可提高效率和降低边缘过热。在一TMmn波模中设m＝0而获得一在圆周方向上没有E场分量的型式，这有利于消除边缘过热，但缺点是这一型式生成不希望有的“冷”区。例如，TM02波模会有中心“冷”点和同心环形“冷”区。所选择的第二波模须有一与第一波模“互补”的加热型式而“填满”“冷”点或“冷”区。例如，一TM11波模会有中心“热”区，转动时形成一均匀的加热型式而不引起边缘过热。
3，确定所使用微波频率(一般为2450MHz)的自由空间波长并确定在该频率下与一系列直径对应的波导波长，这些直径包括与上面所选定的圆对称TM波模对应的所需空腔直径。
4，为所使用的第一波模选择所需波模下标，此时以低阶波模下标为好，因为如图5所示，低阶下标的波模的波导波长随频率的变动更快；最好使用TM02波模，因为TM02波模的磁场呈圆对称，从而在圆周区域的加热加强。
5，为所使用的第二波模选择所需波模下标，第二波模为TM波模，其波导波长在可接受的空腔直径下为所选择第一波模的波导波长的一半。例如，在空腔直径为9.17456英寸时，TM02波模的波导波长为12.55708英寸，而TM11波模的波导波长为6.27854英寸。
6，对于共振设计来说，把空腔高度选择成等于在上面步骤4所选定的第一波模的波导波长，从而使所选择的两波模简并，即同时存在于同一空腔中，因为第一波模会在空腔中垂直地有一半波导波长，而第二波模会在空腔中垂直地有一全波导波长场分布。
空腔的尺寸一旦如上所述确定，就可按照如下步骤确定馈送装置7，为该空腔提供一正交馈送装置，其中，该空腔中的两馈送孔在顶壁或侧壁上位于靠近顶壁处(即对于较短的波模波导波长来说＜＜λg/4)，在一与纵向轴线垂直的平面中一馈送孔与另一馈送孔之间的夹角为90°；并且一馈送孔到另一馈送孔的电相位差为90°。
本发明不应看成限于上述细节，可在本发明精神和范围内作出种种修正和变动。例如(但不限于)，负载可从底壁上的一开口插入，而架子随该开口的盖移动。作为另一例子，非90°的馈送孔间距(但机械与电角度值相同)也在本发明范围内。作为又一个例子，在本发明范围内可使用端部开口的施加器，从而一壁(例如底壁)与一邻壁(例如侧壁)分开，只要其间有防止微波从侧壁与底壁之间泄漏的装置。
权利要求
1.一种加热一负载的微波施加器，该施加器包括a)一容纳微波的微波密封室，该室有一顶壁、一底壁和一圆柱形侧壁，该侧壁与该顶壁连接，该密封室有一内径；b)一微波能源，该微波能源生成预定频率的微波；以及c)一馈送装置，该馈送装置连接在该微波能源与该密封室之间、把该能源的微波耦合到该密封室其中，该密封室的大小做成支持一只有第一和第二横磁波模的微波场，该两波模分别有一波导波长；第一波模的波导波长大致等于第二波模的波导波长的两倍。
2.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该圆柱形侧壁有一纵向轴线以及与该纵向轴线垂直的圆形横截面。
3.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该圆柱形侧壁有一纵向轴线以及与该纵向轴线垂直的多边形横截面，该多边形至少有五条边。
4.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该室的该内径选择成使第一和第二横磁波模的下标数尽可能小。
5.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该室的该内径选择成在该预定频率下生成一TM02波模作为第一波模以及一TM11波模作为第二波模。
6.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该预定频率约等于2450MHz。
7.按权利要求6所述的微波施加器，其特征在于，该内径约为9.17英寸。
8.按权利要求6所述的微波施加器，其特征在于，该圆柱形侧壁的内部高度约为6.28英寸。
9.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，进一步包括一用来支撑该密封室内的负载、一般与顶壁平行的微波透过架子。
10.按权利要求9所述的微波施加器，其特征在于，该架子放置成离开顶壁的距离使得负载与顶壁之间的距离大致等于第二波模的波导波长的整数倍。
11.按权利要求9所述的微波施加器，其特征在于，该架子用硼硅玻璃制成。
12.按权利要求9所述的微波施加器，其特征在于，该架子用玻璃陶瓷制成。
13.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该圆柱形侧壁上有一开口；该施加器进一步包括一可关闭该圆柱形侧壁上的该开口的活动门。
14.按权利要求13所述的微波施加器，其特征在于，进一步包括一装在该门上的可滑动抽屉，该抽屉用来把负载插入该密封室中。
15.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该底壁的形状呈一围绕该密封室的一纵向轴线转动的表面。
16.按权利要求15所述的微波施加器，其特征在于，该内径选择成支持该室中的一微波场，该微波场没有相对该纵向轴线的横向电场分量。
17.按权利要求16所述的微波施加器，其特征在于，该室中的该微波场在圆周方向上没有横向电场分量。
18.按权利要求1所述的微波施加器，其特征在于，该馈送装置包括分别耦合到密封室的第一波导分支和第二波导分支，这两个分支进入密封室的几何位置之间的夹角等于在输入密封室处的两微波之间的电相位差。
19.按权利要求18所述的微波施加器，其特征在于，两波导分支之间的几何夹角和电相位差都等于90°。
20.按权利要求18所述的微波施加器，其特征在于，每一波导分支在顶壁上还有一馈送孔。
21.按权利要求18所述的微波施加器，其特征在于，该馈送装置包括耦合到第一和第二波导分支的一主波导以及顶壁上的一对馈送孔。
22.按权利要求18所述的微波施加器，其特征在于，第一波导分支连接入侧壁上的第一馈送孔，而第二波导分支连接入侧壁上与第一馈送孔成90°几何角的第二馈送孔。
23.按权利要求22所述的微波施加器，其特征在于，该馈送装置进一步包括一移相装置，该移相装置使从第二波导分支输入该室的微波与从第一波导分支输入该室的微波之间的电相位差为90°。
24.按权利要求23所述的微波施加器，其特征在于，该移相装置包括一连接第一与第二波导分支的接头和第一与第二波导分支之间的不同长度，从而第二波导分支把从第二波导分支输入该室的微波的相位移动成与从第一波导分支输入该室的微波的相位相差90°。
25.按权利要求23所述的微波施加器，其特征在于，该移相装置包括一介质移相器。
26.按权利要求23所述的微波施加器，其特征在于，该移相装置包括一铁氧体移相器。
27.一种加热一负载的微波施加器的微波密封室，该室包括a)一顶壁；b)一底壁；以及c)一圆柱形侧壁，该侧壁与该顶壁连接并密封良好而容纳微波，该圆柱形侧壁有一内径；其中，该圆柱形侧壁的该内径的大小做成支持一具有第一和第二横磁波模、没有横电波模的微波场，每一横磁波模有一波导波长；第一横磁波模的波导波长约为第二横磁波模的波导波长的两倍。
28.一种加热一负载的微波施加器，该施加器包括a)一圆柱形微波密封室，包括一连续侧壁、一平面顶壁和一底壁，该侧壁连接该顶壁与该底壁，该顶壁、底壁和侧壁密封地相连接而容纳微波能，该密封室有一内径；b)一微波能源，该微波能源生成频率约为2450MHz的微波能；c)一馈送装置，该馈送装置连接在该微波能源与该密封室之间而把该微波能源的微波能耦合到该密封室；其中，该密封室的该内径足够接近9.17英寸，从而支持一只有TM02第一横磁波模和TM11第二横磁波模的微波场，每一波模有一波导波长，而第一波模的波导波长约为第二波模的波导波长的两倍。
29.一种制作一微波施加器的微波密封室的方法，包括下列步骤a)用足以容纳微波的导电材料形成一圆柱形侧壁，该侧壁在其纵向两端有两个开口区，该侧壁有一内径，其中，形成该侧壁的该步骤包括如下选择该侧壁的该内径的步骤引入该圆柱形侧壁中的预定频率的微波生成一具有第一和第二横磁波模的微波场，每一横磁波模有一波导波长，第一波模的波导波长为第二波模的波导波长的两倍，从而第一与第二波模相结合而生成一均匀加热型式；b)用足以容纳微波的导电材料形成一底壁和一顶壁，该底壁和顶壁的尺寸足以封闭该侧壁的两开口区；c)把该顶壁连接到侧壁的两开口区之一上从而该顶壁封闭该开口区；把底壁连接到侧壁的另一开口上从而该底壁封闭该另一开口区，该顶壁、该底壁和该侧壁一起形成一两端封闭的圆柱形室。
30.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，选择侧壁的内径的步骤进一步包括使第一和第二波模的下标数尽可能小。
31.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，选择侧壁的内径的步骤包括把该内径的大小选择成生成一具有TM02第一横磁波模和TM11第二横磁波模的微波场。
32.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，步骤a)包括把该内径的大小做成约等于9.17英寸。
33.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，形成该侧壁的步骤包括使得该侧壁的横截面呈与纵向轴线正交的圆。
34.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，形成该侧壁的步骤包括使得该侧壁的横截面呈与纵向轴线正交的高阶多边形。
35.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，形成底壁的步骤进一步包括使该底壁的形状呈一可围绕该密封室的纵向轴线转动的表面的步骤。
36.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，进一步包括下列步骤提供一用来支撑负载的微波透过架子；把该架子一般与顶壁平行地放置在该密封室内。
37.按权利要求36所述的制作方法，其特征在于，放置该架子的步骤包括把该架子放置成它所支撑的负载与顶壁之间的距离约等于第二波模的波导波长的整数倍。
38.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在侧壁上形成一开口，提供其大小可盖住该开口的一门，把该门装到该微波施加器上而使该门可关闭该开口。
39.按权利要求29所述的制作方法，其特征在于，进一步包括下列步骤d)在该侧壁上形成一开口；e)提供一与一抽屉连接的门，包括把该门的大小做成可盖住该开口，把该抽屉的大小做成可插入该开口；以及f)把该抽屉滑动地插入该开口中而使该门可关闭该开口。
40.按权利要求29的方法制作的微波施加器的微波密封室。
全文摘要
一种微波施加器,包括一圆柱形微波密封室、一微波能源以及一把该微波能源与该密封室连接的馈送装置。该密封室的直径按照一种方法设计,该方法只须考虑支持一只有两个横磁波模的微波型式,每一波模有一特征波导波长,其中,一波模的波导波长等于另一波模的波导波长的两倍。此外,该内径的大小可选择成尽可能减小这两个横磁波模的下标数。该施加器的馈送装置包括至少两个馈送孔,这两个馈送孔之间的以该施加器的纵向轴线为中心的几何夹角等于经此两孔引入的两微波之间的电相位差,在一优选实施例中该相位差为90°。
文档编号H05B6/80GK1192845SQ96196081
公开日1998年9月9日 申请日期1996年6月4日 优先权日1995年6月5日
发明者佩尔·O·里斯曼, 查尔斯·R·比夫莱 申请人:拉伯莱特集团公司