一种基于功分辐射一体化的微波加热装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于加热沥青路面的基于功分辐射一体化的微波加热装置，包括：磁控管、金属腔体、耦合圆台和螺旋天线；所述金属腔体的底板外部设置有支撑腿；所述磁控管固定在金属腔体的顶板的中心位置，且磁控管的天线帽一端从所述金属腔体顶板的中心位置伸进所述金属腔体，另一端与外部电源连接；所述耦合圆台固定于所述金属腔体的内顶板上；所述螺旋天线的一端连接有金属连接线，所述螺旋天线位于所述金属腔体的底板的外部，且其连接有金属连接线的一端通过所述金属腔体底板上的通孔伸入所述金属腔体内部，并与所述耦合圆台的中心处相电连接。本发明用于沥青路面的加热时，可显著提高微波加热的均匀度。
【专利说明】
-种基于功分福射一体化的微波加热装置
技术领域
[0001] 本发明设及电子器件领域，特别设及一种基于功分福射一体化的微波加热装置， 用于对渐青路面的加热。
【背景技术】
[0002] 改革开放至今，中国公路发展迅速。渐青路面因其具有行车舒适、维护方便、地质 条件适应性强等特点被广泛应用于我国公路建设。微波加热相对于红外加热不均匀，易使 得渐青表面老化，失去再生能力等特点来说具有加热更均匀，不易使得渐青表面老化等优 点。
[0003] 20世纪70年代初，国外已经开始对微波能在渐青路面现场热维修中的应用进行试 验研究。早在1973年的秋季，加拿大的Bisisio等人就开始在渐青路面的修补试验中使用微 波加热技术，他们在渐青高速公路路面上找了一个长20英尺，宽0.5英寸，深6英尺的裂缝， 并用频率为2450MHz的微波对其进行了修复，修复的路面在英国经过了一个冬季繁重的交 通之后仍保持较好的性能;直到1995年，陆续很多科研人员在磁控管、渐青材料等方面进行 了各种优化尝试。2005年，佛山市公路局的李红群等人利用威特公司的微波养路车对国道 进行修复，并修复病害面积达350平方米。
[0004] 目前，虽然使用微波加热技术进行渐青路面的维修研究较多，但是普遍存在微波 加热不均匀的缺陷，至今未有很好的解决方案。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于功分福射一体化的 微波加热装置，用于渐青路面的加热回收再利用时，具有良好的微波加热均匀度。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用W下技术方案予W实现。
[0007] -种基于功分福射一体化的微波加热装置，用于加热渐青路面，其特征在于，包 括:磁控管、金属腔体、禪合圆台和螺旋天线;所述金属腔体的底板外部设置有支撑腿;所述 磁控管固定在金属腔体的顶板的中屯、位置，且所述磁控管的天线帽一端从所述金属腔体顶 板的中屯、位置伸进所述金属腔体，另一端与外部电源连接;所述禪合圆台固定于所述金属 腔体的内顶板上;所述螺旋天线的一端连接有金属连接杆，所述螺旋天线位于所述金属腔 体的底板的外部，且其连接有金属连接杆的一端通过所述金属腔体底板上的通孔伸入所述 金属腔体内部，并与所述禪合圆台的中屯、处电连接。
[000引本发明的特点和进一步的改进为：
[0009] 所述禪合圆台的半径为20~30mm。
[0010] 所述螺旋天线为矩形径向螺旋天线，其线径为1~2mm，线圈应数为1~1.5,螺旋线 管的半径为18~24mm，螺距为7~9mm。
[0011] 所述禪合圆台为多个，且W所述磁控管为中屯、进行排布。
[0012] 所述禪合圆台两两之间的距离为60~100mm。
[0013] 所述螺旋天线、通孔的个数分别与所述禪合圆台的个数一致。
[0014] 所述金属腔体的各内侧面中屯、位置处还竖直设置有支撑圆柱体，所述支撑圆柱体 与所述金属腔体的顶板和底板相连接，且与所述磁控管等距。
[001引所述通孔的孔径为11~12mm。
[0016] 所述支撑圆柱体的半径为2~4mm。
[0017] 本发明的基于功分福射一体化的微波加热装置的实现原理是:外接高压电源为本 发明的磁控管提供电能，通过磁控管将电能转换成微波能量，并发射到金属腔体内部，禪合 圆台用于对接收到的微波能量进行禪合，并功分给螺旋天线，最后螺旋天线将禪合的微波 能量福射向渐青路面，完成本发明的基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青路面的加 热。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0019] 本发明的基于功分福射一体化的微波加热装置用于渐青路面的加热时，可将过量 聚集的禪合能量进行一定程度的分离，使得福射面积增大，福射平均，通过增加同一加热区 域的有效热区个数的方式来提高微波加热的均匀度。
[0020] 另外，由于该加热装置福射面积的增大，使得本发明在使用的时候需要的磁控管 数量减少，降低了应用成本；同时，由于磁控管的数量减少，因此在相同面积下磁控管与磁 控管之间的距离增大，从而散热空间变大，进而使得本发明基于功分福射一体化的微波加 热装置的工作时间更长，稳定性更好。
【附图说明】
[0021 ]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0022] 图1为本发明的一种基于功分福射一体化的微波加热装置的正视结构示意图；图 中：1、磁控管；101、磁控管的天线帽一端;2、金属腔体;3、禪合圆台；4、螺旋天线;401、金属 连接杆;5、支撑腿;6、通孔;7、支撑圆柱体；
[0023] 图2为本发明的一种基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青试件加热后渐青 试件表面的体损耗密度分布图，其中，volume loss den为体损耗密度，0、100、200为示意图 的标尺，A为加热集中区域；
[0024] 图3为卿趴天线加热装置对渐青试件加热后渐青试件表面的体损耗密度分布图， 其中，vol皿e loss den为体损耗密度，0、100、200为示意图的标尺，A为加热集中区域；
[0025] 图4为本发明的一种基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青试件加热后渐青 试件内部的体损耗密度分布图，其中，vol皿e loss den为体损耗密度，0、100、200为示意图 的标尺，A为加热集中区域；
[0026] 图5为卿趴天线加热装置对渐青试件加热后渐青试件内部的体损耗密度分布图， 其中，vol皿e loss den为体损耗密度，0、100、200为示意图的标尺，A为加热集中区域；
[0027] 图6为本发明的一种基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青试件加热后渐青 试件的溫度Ξ维立体分布图；
[0028] 图7为卿趴天线加热装置对渐青试件加热后渐青试件的溫度Ξ维立体分布图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合本发明实施例的附图对本发明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做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。
[0030] 参考图1，本实施例提供一种基于功分福射一体化的微波加热装置，用于加热渐青 路面，包括:磁控管1、金属腔体2、禪合圆台3和螺旋天线4;金属腔体2的底板外部设置有支 撑腿5;磁控管1固定在金属腔体2的顶板的中屯、位置，且磁控管的天线帽一端101从金属腔 体2的顶板的中屯、位置伸进金属腔体2内，另一端与外部高压电源连接;禪合圆台3通过螺丝 固定于金属腔体2的内顶板上，其中，禪合圆台的材质为金属；螺旋天线的端连接有金属连 接杆401，螺旋天线4位于金属腔体2的底板的外部，且其连接有金属连接杆401的一端通过 金属腔体2底板上的通孔6伸入金属腔体2内部，并与禪合圆台3的中屯、处电连接，金属连接 杆401的半径小于通孔6的半径，且金属连接杆401与通孔6的孔壁不相接触。
[0031] 本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置共有四个禪合圆台3,且与磁控 管1等距，共有四个螺旋天线4,且其分别通过对应的通孔6连接于对应的禪合圆台3中屯、处， 同时，金属腔体2的各内侧面中屯、位置处还竖直设置有四个支撑圆柱体7,支撑圆柱体7与金 属腔体2的顶板和底板相连接，且与磁控管1等距。
[0032] 本实施例基于功分福射一体化的微波加热装置的实现原理是:外接高压电源为本 发明的磁控管提供电能，通过磁控管将电能转换成微波能量，并发射到金属腔体内部，禪合 圆台用于对接收到的微波能量进行禪合，并功分给螺旋天线，最后螺旋天线将禪合的微波 能量福射向渐青路面，完成本发明的基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青路面的加 热。
[0033] 基于上述原理，本发明中的禪合圆台3用于对接收到的微波能量进行禪合，因此， 其半径不能过小，否则禪合圆台3将无法有效的禪合微波能量，导致螺旋天线4得到的能量 较小，不能有效地进行微波能量福射，从而使得对渐青路面的加热效果不佳。另外，支撑圆 柱体7的半径不宜过大，否则将会影响禪合圆台3对微波能量的禪合，也会影响驻波比。本发 明中的通孔6主要是起连通作用，使得螺旋天线4可W顺利穿过并连接到禪合圆台3上，另 夕h通孔6还能有效阻止螺旋天线4发射出去的能量反射回金属腔体2,从而防止反射波对螺 旋天线4的伤害。
[0034] 因此，本实施例经过仿真，得到本实施例中禪合圆台3的半径为25mm，禪合圆台3两 两之间的距离为80mm;螺旋天线4为矩形径向螺旋天线，其线径为1.5mm，线圈应数为1.32， 螺旋线管的半径为21mm，螺距为8.2mm;通孔6的孔径为11.5mm，支撑圆柱体7的半径为3mm。
[0035] 本实施例将基于功分福射一体化的微波加热装置中的螺旋天线用于渐青路面的 加热，W期改善渐青路面微波加热的不均匀性。由于螺旋天线的负担和特性主要由D/λ决 定，其中，D为螺旋天线的直径，λ为螺旋天线的谐振频率所对应的波长。本实施例中，控制螺 旋天线的直径D/λ在0.25~0.46之间，保证其福射方向沿径向。
[0036] (1)将本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置用于对渐青试件(尺寸为 200 X 200 X 50mm3)加热，并与现有技术中的卿趴天线加热装置进行对比，仿真结果如下：
[0037] 表1为本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置与渐青试件表面的距离对 加热效果的影响，由表可知，由表可知，d为螺旋天线距离渐青试件表面的距离，仿真发现， 当d为ο~20mm时，虽然基于分福射一体化设计的微波加热装置与渐青之间的距离d对渐青 的加热效果是有一定的影响的，但是驻波比的变化不大，其驻波比均小于1.45,符合工作指 标要求。当螺旋天线无限接近渐青试件时，损耗能量占发射总能量的比率是最高的，也就是 说，运时的加热效率最高。因此，我们最终选择无限贴近渐青表面。
[0038]表1基于功分福射一体化的微波加热装置与渐青试件表面的距离d对加热效果的 影响 Γ00391
[0040] ~在仿真过程中，体损耗密度可W反映微波能量的损耗情况，进而反映溫度的分布，胃 因此，通过观察渐青试件的体损耗密度来反映加热装置对渐青试件加热的溫度分布。将本 实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置和卿趴天线加热装置作对比，分别测试其对 渐青试件表面加热后，渐青试件表面的体损耗密度，结果如图2、图3所示。
[0041] 由图2可知，加热区域为200mmX200mm，在加热区域内，本实施例的基于功分福射 一体化的微波加热装置对渐青试件加热后，渐青试件的表面产生四个加热集中区域A，分别 与本实施例的四个螺旋天线一一对应，代表损耗最大点1.8130e+004，渐青试件的表面的体 损耗密度为1.295e+003~1.813e+004,整个渐青试件表面的体损耗目睹分布图连接起来完 全覆盖了渐青试件的表面，从而反映出加热过程中，渐青试件的表面溫度分布均匀。
[0042] 由图3可知，加热区域同样为200mmX200mm，但在加热区域内，卿趴天线加热装置 对渐青试件加热后，渐青试件上只产生了一个加热集中区域A，渐青试件的表面的体损耗密 度为6.6376e+001~1.0619e+003,相比于本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装 置，加热区域明显较小，且加热不均匀。
[0043] 对比图2、图3可W看出，在相同的加热面积内，本实施例的基于功分福射一体化的 微波加热装置在渐青试件表面的福射面积明显大于卿趴天线加热装置，且加热均匀度较 好。
[0044] 同时，分别对实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置和卿趴天线加热装置 对渐青试件加热后渐青试件内部的体损耗密度分布进行了测试，结果如图4、图5所示。其 中，图4为本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青试件加热后渐青试件内 部的体损耗密度分布图，图5为卿趴天线加热装置对渐青试件加热后渐青试件内部的体损 耗密度分布图。
[0045] 由图4可知，加热区域为200mmX200mm，在加热区域内，本实施例的基于功分福射 一体化的微波加热装置对渐青试件加热后，渐青试件表面产生四个加热集中区域A，对应四 个螺旋天线福射方向，四个加热集中区域连接起来，微波福射能量充满了整个渐青试件的 内部，其体损耗密度值从8. OOOOe+002~5.7143e+001，充满整个渐青试件内部，说明微波能 量在试件内部的损耗均匀，对试件内部的均匀加热效果较好。
[0046] 由图5可知，加热区域为200mm X 200mm，在加热区域内，卿趴天线加热装置对渐青 试件加热后，渐青试件表面只产生了一个加热集中区域A，且微波能量未充满整个渐青试件 的内部，其体损耗密度值从6.6376e+001~1.0619e+003，体损耗密度分布不能完全充满整 个渐青试件的内部，而是只分布在加热集中区域A的下方，对渐青试件的内不加热不均。
[0047] 对比图4、图5可知，在相同的加热面积内，本实施例的基于功分福射一体化的微波 加热装置对渐青试件的加热深度与卿趴天线加热装置基本相当，但其加热广度远大于卿趴 天线加热装置。
[0048] (2)将本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置用于渐青路面加热，并与 现有技术中的卿趴天线加热装置进行对比，实测结果如下：
[0049] 图6为本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青试件加热后渐青试 件的溫度Ξ维立体分布图，由图7可知，基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青试件加 热后，产生四个福射区域，且四个福射区域的溫度均在20(TCW上，最低溫度为116Γ，平均 溫度达到150°C左右，达到了渐青软化所需要的溫度，可W使渐青完全软化。
[0050] 图7为现有技术的卿趴天线加热装置对渐青试件加热后渐青试件的溫度Ξ维立体 分布图，由图可知，卿趴天线加热装置对渐青试件加热后，福射区域的最高溫度为91.9°C， 平均溫度只有60°C左右，不能达到渐青软化的溫度，无法使渐青完全软化。
[0051] 对比图6和图7可知，相比于现有技术的卿趴天线加热装置，本发明的基于功分福 射一体化的微波加热装置可W对渐青试件实现均匀加热的效果。
[0052] 通过具体的实验表明，在同一个磁控管源的情况下，基于功分福射一体化的微波 加热装置对渐青试件的加热范围大概是卿趴天线加热装置对渐青试件加热范围的一倍左 右;基于功分福射一体化的微波加热装置通过对聚集的能量进行一定程度的功分，使得其 在同一区域下拥有更广的有效"热区"；基于功分福射一体化的微波加热装置，对渐青试件 加热W后，整个渐青试件表面的溫度达200°C，平均溫度达到150°C，加热后的渐青可W轻松 被创开，另外，使用本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置和卿趴加热装置对渐 青路面加热后，加热深度基本相当，均约为50mm;而卿趴天线加热装置加热后，只有在卿趴 天线的福射区域内，创开的深度达到了50mm，周围部分溫度只有60°C左右，并没有软化，不 符合渐青回收的要求，本实施例的基于功分福射一体化的微波加热装置对渐青加热后，渐 青整体都可W轻松抛开，加热的效果较好。
[0053] W上仿真试验结果和实测结果均可W表明本实施例的基于功分福射一体化的微 波加热装置通过对聚集能量进行合理的功分，在可W满足渐青混合料加热能量需求的同 时，增加了 "热区"面积，提高了加热均匀度。
[0054] W上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应W所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种基于功分辐射一体化的微波加热装置，用于加热沥青路面，其特征在于，包括： 磁控管（1)、金属腔体(2)、耦合圆台（3)和螺旋天线(4); 所述金属腔体(2)的底板外部设置有支撑腿(5); 所述磁控管（1)固定在金属腔体（2)的顶板的中心位置，且所述磁控管的天线帽一端 (101)从所述金属腔体(2)的顶板的中心位置伸进所述金属腔体(2)，另一端与外部电源连 接； 所述耦合圆台（3)固定于所述金属腔体(2)的内顶板上； 所述螺旋天线(4)的一端连接有金属连接杆(401)，所述螺旋天线(4)位于所述金属腔 体(2)底板的外部，且其连接有金属连接杆(401)的一端通过所述金属腔体(2)底板上的通 孔(6)伸入所述金属腔体(2)内部，并与所述耦合圆台（3)的中心处电连接。2. 根据权利要求1所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述耦合 圆台（3)的半径为20~30mm。3. 根据权利要求1所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述螺旋 天线(4)为矩形径向螺旋天线，其线径为1~2mm，线圈匝数为1~1.5,螺旋线管的半径为18 ~24mm，螺距为7~9mm。4. 根据权利要求1所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述耦合 圆台（3)为多个，且以所述磁控管（1)为中心进行排布。5. 根据权利要求4所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述耦合 圆台（3)两两之间的距离为60~100mm。6. 根据权利要求4所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述螺旋 天线(4)、通孔(6)的个数分别与所述耦合圆台的个数一致。7. 根据权利要求1所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述金属 腔体(2)的各内侧面中心位置处还竖直设置有支撑圆柱体(7)，所述支撑圆柱体(7)与所述 金属腔体(2)的顶板和底板相连接，且与所述磁控管（1)等距。8. 根据权利要求1所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述通孔 (6)的孔径为11~1 2臟。9. 根据权利要求1所述的基于功分辐射一体化的微波加热装置，其特征在于，所述支撑 圆柱体(7)的半径为2~4mm。
【文档编号】E01C23/14GK105970789SQ201610382381
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】苏涛, 韩旭, 付苍雨, 李楠, 李里
【申请人】西安电子科技大学