分布式射频或微波解冻设备的制作方法

本发明涉及解冻技术领域，具体地，涉及一种分布式射频或微波解冻设备。

背景技术：

射频或微波解冻是一种新型的解冻方式，其通过高速变化的射频或微波振荡电磁场使待解冻物品中的晶格、分子、离子等进行剧烈振动旋转等运动而升温，从而达到快速解冻的目的。与其他解冻方式相比，射频或微波解冻的速度块、加热均匀，对待解冻物品的品质影响较小。

公开号为cn208768875u的中国专利文献公开了一种射频解冻装置，包括壳体，所述壳体内部被一隔板从上到下分隔为射频空间和容纳空间；所述容纳空间的侧壁上设置有进风口，所述射频空间顶部设置有排风口；还包括食品原料盒、对食品原料盒内冷冻食品加热解冻的射频加热机构、设置在容纳空间内并与食品原料盒内部连通的热风系统；所述射频加热机构包括设置在容纳空间内的射频发生器、从上到下相对设置在射频空间内的上极板和下极板；所述射频发生器分别与上极板和下极板连接，且通电后在上极板和下极板之间形成交变电场；所述食品原料盒位于上极板和下极板之间。该方案提供的射频解冻装置仅在射频空间内放置一对天线，当设备需要使用较大功率时，功率损耗也会相应增大，且采用一对天线，天线板上不同位置的功率密度不一样，远离加电位置的功率密度小，存在功率密度不均匀的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种分布式射频或微波解冻设备。

根据本发明提供的分布式射频或微波解冻设备，包括一个或多个解冻单元；

所述解冻单元包括电源模块、控制单元、射频或微波发生模块、测量单元、天线装置以及解冻腔体；

所述电源模块、射频或微波发生模块、测量单元以及天线装置依次连接；

所述控制单元分别与电源模块和测量单元连接；

所述天线装置设置在解冻腔体内，天线装置包括第一天线组和第二天线组，所述第一天线组包括一个或多个第一天线，所述第二天线组包括一个或多个第二天线，第一天线与第二天线成对设置，成对的第一天线与第二天线相互平行且正对放置并形成一个天线单元，多个天线单元并排放置，所述解冻腔体内包括一排或多排天线单元；所述第一天线组和第二天线组之间形成工作仓；

所述射频或微波发生模块和测量单元的数量为一个或多个；射频或微波发生模块、测量单元分别与天线单元一一对应连接。

优选地，所述第一天线组和第二天线组包括金属板天线和/或波导天线，相邻天线单元之间具有间隙；

当所述第一天线组和第二天线组为金属板天线时，第一天线组与第二天线组之间的距离能够根据待解冻物品的形状尺寸调节。

优选地，所述工作仓包括第一支撑板、第二支撑板，第一支撑板靠近第一天线组设置，第二支撑板靠近第二天线组设置，第一支撑板、第二支撑板之间形成待解冻物品的放置空间；

所述第一支撑板、第二支撑板为绝缘支撑板；

所述第一支撑板、第二支撑板之间的距离能够根据待解冻物品的形状尺寸调节；

所述解冻腔体为金属腔体，解冻腔体接地。

优选地，所述射频或微波发生模块包括射频或微波发生源和固态功率放大器。

优选地，还包括传送装置、入料口、出料口以及总控制台；

所述传送装置包括传送带、驱动装置，驱动装置驱动传送带运动；

所述解冻单元的工作仓上设置有窗口，多个解冻单元并排放置，通过窗口彼此连接，窗口之间通过连接通道连接，形成一个待解冻物品传送通道，所述传送带设置在传送通道内，所述天线单元沿着传送通道传送的方向并排放置；

所述入料口、出料口分别设置在传送通道的两端；

所述入料口、出料口分别为金属入料口、金属出料口；所述连接通道为金属连接通道；

所述总控制台信号连接多个解冻单元的控制单元。

优选地，所述解冻单元还包括调谐模块，所述调谐模块包括一个或多个无源器件；所述射频或微波发生模块产生的射频或微波功率经由测量单元进入调谐模块阻抗匹配后再分别到达第一天线组和第二天线组，在第一天线组和第二天线组之间形成交变电场。

优选地，所述测量单元能够检测射频或微波发生模块的前向功率及反向功率；

所述调谐模块能够调整至反向功率与前向功率比率最小的阻抗匹配状态。

优选地，所述控制单元能够根据测量单元反馈的前向功率及反向功率计算反向功率与前向功率的比率并判断调谐模块的状态。

优选地，所述调谐模块具有手动模式和/或自动模式，手动模式的调谐模块通过手动设定来调整射频或微波发生模块输出端与天线单元输入端之间的阻抗匹配状态；

自动模式的调谐模块通过控制单元来自动控制射频或微波发生模块输出端与天线单元输入端之间的阻抗匹配状态，所述控制单元根据测量单元反馈的前向功率及反向功率调节调谐模块。

优选地，采用平衡馈电，保证第一天线组中的第一天线馈入点间的电压幅度差小于50％，相位差在0-90°范围内；第二天线组中的第二天线馈入点间的电压幅度差小于50％，相位差在0-90°范围内；天线单元的第一天线与第二天线的馈入点电压幅度差小于70％，相位差在80-280°的范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可根据实际需要在解冻单元内设置一个或多个天线单元，当解冻单元需使用较大功率时，设置多个天线单元，每个天线单元由单独的射频或微波发生模块提供射频或微波能量，由此避免了功率合路再馈入到单个天线单元所造成的能量损耗问题，且提升了工作仓内的功率密度及均匀度。

2、本发明提供的分布式射频或微波解冻设备将解冻单元与物料传送装置结合，可以同时对多个待解冻物品进行解冻，能够较快完成大批量的物品解冻工作，适用于流水线工作；同时，待解冻物品在传送带上依次经过每一个解冻单元，解冻的均匀性会更好。

3、本发明中每个解冻单元的工作状态由单独的控制单元控制，总控制台又与各个解冻单元的控制单元连接，用户可根据需要，自主选择解冻单元的数量以及摆放，并可以通过总控制台对每一个解冻单元进行单独的工作状态控制，可根据待解冻物品需要的解冻功率及时间调整解冻单元的工作状态。

4、本发明提供的分布式射频或微波解冻设备通过采用分布式搭积木的组合方式来构造解冻设备，位置摆放灵活，功率选择多样，若其中某台解冻单元出现故障，设备仍能继续运行，同时维修简单，成本低。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明第一种实施例解冻单元解冻腔体的结构示意图，第一天线组和第二天线组为金属板天线。

图2为本发明第二种实施例解冻单元解冻腔体的结构示意图，第一天线组和第二天线组为波导天线。

图3为本发明解冻单元的系统模块构成示意图。

图4为本发明第三种实施例分布式射频或微波解冻设备的示意图，第一天线组和第二天线组为金属板天线。

图5为本发明第四种实施例分布式射频或微波解冻设备的示意图，第一天线组和第二天线组为波导天线。

图6为本发明分布式射频或微波解冻设备的控制连接示意图。

图中示出：

101-第一天线组201-第一波导天线304-第二个解冻单元

102-第二天线组205-滚动轴305-第n个解冻单元

103-第二支撑板301-传送带306-出料口

104-第一支撑板302-入料口307-连接通道

105-解冻腔体303-第一个解冻单元308-待解冻物品

106-工作仓

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

传统的解冻单元解冻腔体内仅放置一个天线单元，大功率是由多个射频或微波发生模块产生的射频或微波功率合路产生的，再馈入天线单元上，合路损耗较大，白白损失大量的能量；本发明提供的分布式射频或微波解冻设备可以在每个解冻单元的解冻腔体内设置多个天线单元，每个天线单元辐射相应的功率，不需要先合路产生大功率，同时保证功率密度不变。传统的解冻单元尺寸及功率较大(至少2kw),组合后的解冻设备尺寸及功率设计均不灵活，成本较高，不能较好的满足用户需求；本发明提供的分布式射频或微波解冻设备，每个解冻单元尺寸较小，功率适中，同时选择多样。传统的解冻设备若出现故障，则不能使用，耽误工期，同时维修成本很高；本发明提供的分布式射频或微波解冻设备通过采用分布式搭积木的组合方式来构造解冻设备，位置摆放灵活，功率选择多样，若其中某台解冻单元出现故障，设备仍能继续运行，同时维修简单，成本低。此外，本发明提供的分布式射频或微波解冻设备控制灵活，可灵活的选择需要工作的解冻单元，同时每个解冻单元可灵活的设置功率大小，保证待解冻物品处于最佳解冻状态。

根据本发明提供的分布式射频或微波解冻设备，如图1-6所示，包括一个或多个解冻单元；所述解冻单元包括电源模块、控制单元、射频或微波发生模块、测量单元、天线装置以及解冻腔体105；所述电源模块、射频或微波发生模块、测量单元以及天线装置依次连接；所述控制单元分别与电源模块和测量单元连接；所述天线装置设置在解冻腔体105内，天线装置包括第一天线组101和第二天线组102，所述第一天线组101包括一个或多个第一天线，所述第二天线组102包括一个或多个第二天线，第一天线与第二天线成对设置，成对的第一天线与第二天线相互平行且正对放置并形成一个天线单元，多个天线单元并排放置，所述解冻腔体105内包括一排或多排天线单元；所述第一天线组101和第二天线组102之间形成工作仓106；所述射频或微波发生模块和测量单元的数量为一个或多个；射频或微波发生模块、测量单元分别与天线单元一一对应连接。所述射频或微波发生模块产生的射频或微波功率到达第一天线组101和第二天线组102，在第一天线组101和第二天线组102之间形成交变电场。

所述第一天线组101和第二天线组102包括金属板天线和/或波导天线，相邻天线单元之间具有间隙；当所述第一天线组101和第二天线组102为金属板天线时，第一天线组101与第二天线组102之间的距离能够根据待解冻物品308的形状尺寸调节。当第一天线组101和第二天线组102均为波导天线时，第一天线组101包括一个或多个第一波导天线201，第二天线组102包括一个或多个第二波导天线。

所述工作仓106包括第一支撑板104、第二支撑板103，第一支撑板104靠近第一天线组101设置，第二支撑板103靠近第二天线组102设置，第一支撑板104、第二支撑板103之间形成待解冻物品308的放置空间；所述第一支撑板104、第二支撑板103为绝缘支撑板；所述第一支撑板104、第二支撑板103之间的距离能够根据待解冻物品308的形状尺寸调节；所述解冻腔体105为金属腔体，解冻腔体105接地，以此起到防止射频或微波功率泄露到腔体外面。

所述射频或微波发生模块包括射频或微波发生源和固态功率放大器。固态功率放大器能将功率很小的射频或微波信号放大产生能快速解冻的射频或微波能量，通常可采用ldmos或者gan等器件；固态功率放大器用于将射频或微波发生模块产生的射频或微波信号放大到合适的功率，并将这部分射频或微波功率传递到测量单元。

所述解冻单元还包括调谐模块，所述调谐模块包括一个或多个无源器件；所述射频或微波发生模块产生的射频或微波功率经由测量单元进入调谐模块阻抗匹配后再分别到达第一天线组101和第二天线组102，在第一天线组101和第二天线组102之间形成交变电场。优选地，所述无源器件为电容值可调的电容。在另一个实施例中，无源器件为电阻值可调的电阻。又一个实施例中，无源器件为电感值可调的电感。所述测量单元能够检测射频或微波发生模块的前向功率及反向功率；所述调谐模块能够调整至反向功率与前向功率比率最小的阻抗匹配状态，从而在解冻过程中确保最大的射频或微波能量进入工作仓。

所述控制单元能够根据测量单元反馈的前向功率及反向功率计算反向功率与前向功率的比率并判断调谐模块的状态。若反向功率与前向功率的比率越小说明有更多的射频或微波功率到达天线，解冻时间也就越短。所述调谐模块具有手动模式和/或自动模式，手动模式的调谐模块通过手动设定来调整射频或微波发生模块输出端与天线单元输入端之间的阻抗匹配状态；自动模式的调谐模块通过控制单元来自动控制射频或微波发生模块输出端与天线单元输入端之间的阻抗匹配状态，所述控制单元能够根据测量单元反馈的前向功率及反向功率调节调谐模块。在调谐模块处于自动模式下时，当解冻单元为空箱状态，比如工作仓106内未放置待解冻物品308时，调谐模块的状态是唯一且确定的，因此，控制单元能够根据调谐模块的状态判断解冻单元是否为空箱状态，当检测到解冻单元处于空箱状态时，控制单元将自动调整射频或微波发生模块输出的射频或微波功率大小，使得空箱状态下，输出功率自动降到最小。

采用平衡馈电，保证第一天线组101中的第一天线馈入点间的电压幅度差小于50％，相位差在0-90°范围内；第二天线组102中的第二天线馈入点间的电压幅度差小于50％，相位差在0-90°范围内；天线单元的第一天线与第二天线的馈入点电压幅度差小于70％，相位差在80-280°的范围内。优选地，所述第一天线组101中的第一天线馈入点电压幅度、相位相同，第二天线组102中的第二天线馈入点电压幅度、相位相同，天线单元的第一天线与第二天线的馈入点电压幅度相同、相位相反，所述相同可以是完全相同或近似相同，只要两个数值相当即可。控制单元、测量单元和调谐模块配合工作实现平衡馈电。电场的方向是电势能降低最快的方向，若第一天线组101中所有第一天线上的电压幅度近似相同，相位也近似相同，则它们边缘之间的电场几乎为零；同理，第二天线组102中第二天线边缘之间的电场也几乎为零；第一天线组101上的电压和第二电级组102上的电压幅度相同，相位相反，则在两天线组之间能形成较多电场，便于快速解冻食物。

还包括传送装置、入料口302、出料口306以及总控制台；所述传送装置包括传送带301、驱动装置，驱动装置驱动传送带301运动；所述解冻单元的工作仓106上设置有窗口，多个解冻单元并排放置，通过窗口彼此连接，窗口之间通过连接通道307连接，形成一个待解冻物品308传送通道，所述传送带301设置在传送通道内，所述天线单元沿着传送通道传送的方向并排放置；所述入料口303、出料口306分别设置在传送通道的两端；所述入料口303、出料口306分别为金属入料口、金属出料口；所述连接通道307为金属连接通道；所述总控制台信号连接多个解冻单元的控制单元。用户可根据需要，自主选择解冻单元的数量以及摆放，并可以通过总控制台对每一个解冻单元进行单独的工作状态控制，可根据待解冻物品需要的解冻功率及时间调整解冻单元的工作状态。

例如，当解冻单元的数量为n个(n为自然数)，解冻时，将待解冻物品308放置于传送带301上，驱动装置驱动传送带301运动，传送带301运送待解冻物品308从入料口303出发，流经第一个解冻单元303、第二个解冻单元304，直到流经最后一个解冻单元即第n个解冻单元305，到达出料口306完成食物的解冻。优选地，所述解冻腔体105内部设置有一个或多个滚轮轴205，滚轮轴205与传送带301连接，传送带301通过滚轮轴205运动，滚轮轴205能减少传送带运动时的摩擦阻力。

优选实施例：

根据本发明提供的分布式射频或微波解冻设备，包括一个或多个解冻单元；所述解冻单元包括电源模块、射频或微波发生模块、测量单元、调谐模块、控制单元、天线装置以及解冻腔体105；所述电源模块、射频或微波发生模块、测量单元、调谐模块以及天线装置依次连接；所述控制单元分别与电源模块、测量单元以及调谐模块连接。

所述电源模块用于为解冻单元的每一个系统模块提供稳定可靠的电源输出；所述射频或微波发生模块用于产生射频或微波高功率振荡电磁场，以使食物中的晶格、分子、离子等进行剧烈振荡旋转等运动而升温，从而达到解冻的目的；所述测量单元用于检测射频或微波发生模块的前向功率及反向功率，从而计算出反向功率与前向功率的比率，若比率越小说明有更多的射频或微波功率到达天线，解冻时间也越短；所述调谐模块上有一个或多个电感值可调或者电容值可变的无源器件，可补偿因食物的种类、大小、位置、形状及温度等不同而产生地阻抗变化；所述控制单元负责监控整个系统的工作状态，收集测量单元反馈的前向功率及反向功率大小并调节调谐模块，确保解冻过程中最大的射频或微波能量进入解冻腔体105。

所述解冻腔体105包括天线装置和工作仓106；所述天线装置包括第一天线组101和第二天线组102，所述第一天线组101包括一个或多个第一天线，所述第二天线组102包括一个或多个第二天线，第一天线与第二天线成对设置，成对的第一天线与第二天线相互平行且正对放置并形成一个天线单元，多个天线单元并排放置，平行放置的第一天线和第二天线间容易实现较为均匀的电场分布。所述第一天线组101和第二天线组102之间形成工作仓106，所述工作仓106包括第一支撑板104、第二支撑板103，第一支撑板104靠近第一天线组101设置，第二支撑板103靠近第二天线组102设置，第一支撑板104、第二支撑板103之间形成待解冻物品308的放置空间，第一支撑板104、第二支撑板103为绝缘支撑板。

解冻腔体105为金属腔体，从而构成一个屏蔽腔体，进一步地，解冻腔体105与大地连接，以此起到防止射频或微波功率泄露到腔体外面的作用。

传统的射频或微波解冻装置在解冻腔体内部仅放置一个天线单元，当需要使用较大射频或微波功率时，在解冻腔体外将多个射频或微波发生模块的功率合路在一起，然后再馈入到该天线单元上，这不可避免的带来了功率合路损耗大、成本高的问题，同时，合路后的功率太大易导致线路打火等安全问题。因此，本发明根据所需功率的大小，自主选择在解冻腔体105内设置一个或多个天线单元，射频或微波发生模块和测量单元的数量也为一个或多个；射频或微波发生模块、测量单元分别与天线单元一一对应连接。例如，当需要使用多个射频或微波发生模块提供较大射频或微波功率时，在解冻腔体105内放置与射频或微波发生模块数量相同的天线单元，每一个天线单元接收一个射频或微波发生模块提供的射频或微波能量，这样便不需要先合路产生大功率，避免了功率合路所带来的损失，同时还可以提升解冻腔体105内的功率密度，使得解冻速度更快，安全性也更高。

射频或微波发生模块产生的射频或微波功率经由测量单元进入调谐模块阻抗匹配后再分别到达第一天线组101和第二天线组102，在第一天线组101和第二天线组102之间形成交变电场。

射频或微波发生模块与天线装置之间设置有固态功率放大器，固态功率放大器能将功率很小的射频或微波信号放大产生能快速解冻的射频或微波能量，通常可采用ldmos或者gan等器件；固态功率放大器用于将射频或微波发生模块产生的射频或微波信号放大到合适的功率，并将这部分射频或微波功率传递到测量单元。

测量单元能够检测射频或微波发生模块的前向功率及反向功率，从而计算出反向功率与前向功率的比率，若比率越小说明有更多的射频或微波功率到达天线，解冻时间也就越短。控制单元根据测量单元反馈的前向功率及反向功率调节调谐模块，调谐模块包括一个或多个电感感值可调或者电容容值可变的无源器件，调谐模块能够选择反向功率与前向功率的比率最小的阻抗匹配状态，从而在解冻过程中确保最大的射频或微波能量进入工作仓。

值得说明是，在调谐模块处于自动模式下时，空箱状态下(即工作仓106未放置食物)的调谐模块的状态是唯一并且确定的，解冻单元可以检测是否处于该状态从而判定自身是否是空箱状态。当解冻单元检测出自身处于空箱状态，其将自动调整功率大小，即空箱状态下，输出功率可自动降到最小。

电场的方向是电势能降低最快的方向，若第一天线组101中所有第一天线上的电压幅度近似相同，相位也近似相同，则它们边缘之间的电场几乎为零；同理，第二天线组102中第二天线边缘之间的电场也几乎为零；第一天线组101上的电压和第二电级组102上的电压幅度相同，相位相反，则在两天线组之间能形成较多电场，便于快速解冻食物。因此，采用平衡馈电的方式，使第一天线组101中的第一天线馈入点电压幅度、相位相同，第二天线组102中的第二天线馈入点电压幅度、相位相同，天线单元的第一天线与第二天线的馈入点电压幅度相同、相位相反(即相差180°)。每个天线被提供一路功率较小的射频或微波信号。

将多个所述解冻单元通过搭积木的组合方式来构造分布式射频或微波解冻设备。解冻单元的工作仓106左右开窗，便于待解冻物品308的进出，将传送带301穿越每一个解冻单元的工作仓106。将待解冻物品308放置于入料口302处，入料口302是食物的进入通道，同时其能启到衰减电磁波的作用，防止射频或微波能量溢出；传送带运送食物流过每一个解冻单元，直至到达出料口306完成食物的解冻，所述出料口306也能起到衰减电磁波的作用，防止射频或微波能量溢出。由于每个解冻单元尺寸较小，功率适中，因而组装的这种解冻设备构造灵活，维修成本低，每个解冻单元可单独设置，保证食物处于最佳解冻状态。同时将待解冻物品308放置在传送带上，依次经过每一个解冻单元，解冻的均匀性会更好。

组装时，第一个解冻单元303一侧需安装金属入料口，第n个解冻单元305一侧需安装金属出料口，同时解冻单元之间有金属的连接通道307，它们均能启到防止射频或微波能量溢出的作用。用户可自主的选择解冻单元的数量，自主摆放；同时解冻不同物品时，还可设定每一个解冻单元的工作状态，比如功率大小等。通过总控制台电信号连接每一个解冻单元的控制单元，用户可通过总控制台对每一个解冻单元进行单独控制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。