磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置和方法

1.本发明属于微波加热领域，具体地说涉及磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置和方法。


背景技术：

2.微波作为一种新型的清洁能源广泛地应用于食品、化工、冶金和污水处理等众多领域。微波直接作用于被加热物料内部的极性分子和带电粒子，因此微波加热具有选择性加热、体加热和清洁加热等优势。然而微波在实际加热过程中普遍存在加热不均匀的问题，不均匀加热造成局部温度过高而形成“热点”，很多物质对电磁波的吸收能力与温度成正相关，“热点”区域的温度上升得更快，最终形成“热失控”现象，这很大程度制约了微波能的大规模应用。
3.随着科技的发展和人们生活水平的提高，微波炉越来越受到消费者的重视，并慢慢成为厨房必备家用电器。由于微波加热具备加热速度快、耗能低同时还方便随时控制等优点，所以微波炉逐渐得到广泛应用。但是随着技术的不断发展，消费者对微波炉的要求也逐渐提高，尤其在对食物的加热均匀性、加热效率等方面。传统微波炉工作频率为2450mhz，仅采用单一微波源、单一频率进行加热，虽然微波炉腔体是多模谐振腔，能在腔体内激励起多个电磁模式，但激励起的模式个数毕竟有限，仍存在加热不均匀的现象。
4.在微波炉加热均匀性提升方面，学者们做了大量工作。在1989年，季天仁提出了旋转天线理念，即天线随着驱动器旋转的同时使腔体内模式场发生改变，导致场分布改变，提高加热均匀性。1995年，闫丽萍等所做工作主要是探索微波炉腔体内转盘转动对加热均匀性的影响和负载大小及面积与微波炉输出功率的关系。2001年，sung yi,lie liu用fem，即有限元方法对规则的矩形波导和谐振腔进行了仿真分析，得出了腔体中激励的谐振频率越多，场分布就越均匀。2006年，shinya watanabe等人利用the方法计算热传导与fdtd法计算电磁场，对被加热物体表面的温度分布进行了研究。2017年，sang-hyeon bae和min-gyo jeong研究了由多个2.45ghz微波源做成的可持续功率控制的微波输送带式干燥器，通过顺序控制微波源的输入功率，可以改善腔体加热均匀性。中频信号指频段由300khz到3000khz的频率信号，而在射频通信系统里面，调制之前的信号被称为基带信号，混频之后的被称为射频(或者高频)信号，这两级之间的就是中频信号。
5.本领域目前还没有研究过如何使单个微波源能够输出多个频率微波，对物料进行均匀加热，以改善微波加热物料不均的问题。即便是有考虑过采用多个频率的微波对物料进行加热，一般也会增加微波源的数量，这必然导致成本的增加。或者即便是单个微波源能够输出多个频率微波，也必须采用单独设置的混频器及大量辅助配件，同样导致成本的增加。本发明低成本实现单个微波源输出多个频率微波，而且输出的微波频率可控可调，保证微波加热均匀性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对上述不足之处提供磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置和方法，拟解决现有技术中微波加热仍存在不均匀等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置，包括磁控管电源1、磁控管2、中频信号发生器3、第一电容41和腔体8；所述磁控管电源1连有第一阴极电源线71和第二阴极电源线72；所述第一阴极电源线71和第二阴极电源线72分别与磁控管2的阴极两端连接；所述第一电容41一端和中频信号发生器3连接，另一端和第一阴极电源线71连接；所述腔体8上设有馈口；所述磁控管2通过馈口向腔体8内输入多个频率的微波。
8.进一步的，所述第一电容41与第一阴极电源线71连接交点和磁控管电源1之间的第一阴极电源线71上设有第一电感51。
9.进一步的，所述第二阴极电源线72上设有第二电感52。
10.进一步的，还包括第三电感53；所述第三电感53一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地。
11.进一步的，还包括第四电容44；所述第四电容44一端与磁控管电源1和第一电感51之间的第一阴极电源线71连接，另一端接地。
12.进一步的，还包括第五电容45；所述第五电容45一端与磁控管电源1和第二电感52之间的第二阴极电源线72连接，另一端接地。
13.进一步的，还包括第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63；所述第一电阻61和第三电感53两端并联；所述第二电阻62和第一电感51两端并联；所述第三电阻63和第二电感52两端并联。
14.进一步的，还包括阻抗匹配调节器；所述阻抗匹配调节器包括第二可调电容42和第三可调电容43；所述第二可调电容42一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地；所述第三可调电容43一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地。
15.进一步的，还包括电路板；所述第一电容41、第一电感51、第二电感52、第三电感53、第四电容44、第五电容45、第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63集成在电路板上；所述电路板包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口；所述第一端口位于第一电感51和磁控管电源1之间的第一阴极电源线71上；所述第二端口位于第二电感52和磁控管电源1之间的第二阴极电源线72上；所述第三端口位于第一电感51和磁控管2之间的第一阴极电源线71上；所述第四端口位于第二电感52和磁控管2之间的第二阴极电源线72上；所述第五端口位于中频信号发生器3和第一电容41之间，使中频信号发生器3和第一电容41连通。
16.磁控管阳极电源纹波混频多频加热方法，采用上述任一磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置；具体步骤为：所述磁控管电源1为磁控管2供电；所述中频信号发生器3产生中频信号，中频信号通过第一电容41输入到第一阴极电源线71上，此时中频信号等效为磁控管2阳极电压的纹波加载到磁控管2阳极电压上，并将磁控管2本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号，当中频信号作为阳极电压纹波与磁控管2的谐振信号发生作用时，磁控管2非线性响应的特性使磁控管2的输出端产生多个频率的微波，多个频率的微波通过馈口输
入腔体8内，对物料9进行加热。
17.本发明的有益效果是：
18.本发明公开了磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置和方法，磁控管电源连有第一阴极电源线和第二阴极电源线；第一阴极电源线和第二阴极电源线分别与磁控管的阴极两端连接；第一电容一端和中频信号发生器连接，另一端和第一阴极电源线连接；腔体上设有馈口；磁控管通过馈口向腔体内输入多个频率的微波。本发明的磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置和方法，基于磁控管的非线性响应特性，中频信号等效为磁控管阳极电压的纹波加载到磁控管阳极电压上，并将磁控管本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号，利用磁控管进行混频使磁控管的输出端产生多个频率的微波，对物料进行均匀加热。
附图说明
19.图1是本发明磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置电路原理示意图，未显示腔体；
20.图2是磁控管的等效电路图；根据对磁控管谐振腔结构和作用的研究，磁控管的谐振腔可以等效为rlc并联谐振电路，g+jb为等效的磁控管源部分，g+jb为等效负载，r、l、c分别为等效电阻、等效电感和等效电容；
21.图3是磁控管输出信号时域图像；对推导得到的阳极电压含有中频信号的自由振荡磁控管稳定状态下输出信号的表达式进行作图，边带包络的深度表示了加载的中频信号的幅度，边带包络的频率则与中频信号的频率有关；
22.图4是磁控管输出信号频域图像；对推导得到的表达式进行快速傅里叶变换作出的图，图像中最高强度的频率点代表了自由振荡磁控管的中心频率，中心频率两边的强度稍弱的次频率点代表了磁控管本振频率与中频信号频率混频之后得到的新频点，中心频率与次频率分量之间的频率差即中频信号的频率；
23.图5是加载了中频信号的磁控管阳极电压波形图；原本理想阳极电压为直流电压，加载的中频信号即体现为该直流电压上的纹波分量，此处将携带信息的复杂的中频信号简化为单一频率的正弦信号；
24.图6是自由振荡状态下磁控管输出信号时域图像，通过电磁仿真软件对磁控管进行建模，仿真计算得到了自由振荡稳定状态下磁控管时域输出图像，边带包络特征与图3推导得到的图像类似；
25.图7是自由振荡状态下磁控管输出信号频域图像，通过仿真计算得到的磁控管输出频谱图，图像上的中心频率与次频率分量之间的关系特征与图4推导得到的图像类似；
26.图8是未加载中频信号时磁控管输出信号频域图像，该频谱为松下生产的2m244-m1型磁控管在自由振荡状态下输出频谱；
27.图9是加载2mhz中频信号时磁控管输出信号频域图像，图像上的中心频率与次频率分量之间的关系特征与图4推导得到的图像类似；
28.图10是加载3mhz中频信号时磁控管输出信号频域图像，图像上的中心频率与次频率分量之间的关系特征与图4推导得到的图像类似；
29.图11是加载4mhz中频信号时磁控管输出信号频域图像，图像上的中心频率与次频率分量之间的关系特征与图4推导得到的图像类似；
30.图12是对实部表达式求解可得磁控管自由振荡状态下的高频输出电压为vrf(t)的公式；
31.图13是对虚部表达式求解可得磁控管自由振荡状态瞬态输出频率ω(t)的公式；
32.图14是物料位于腔体内的示意图；
33.图15是腔体设计为405
×
295
×
340mm的矩形腔体，土豆处于腔体中心点正下方50mm，初始温度293.15k，加热时间20s的加热仿真图，单频输入2.45ghz的微波，功率600w，可看出平均温度ave＝313.68k，cov＝0.5352；
34.图16是腔体设计为405
×
295
×
340mm的矩形腔体，土豆处于腔体中心点正下方50mm，初始温度293.15k，加热时间20s的加热仿真图，输入三频频差4mhz(2.45ghz、2.446ghz、2.454ghz)的微波，功率200w，可看出平均温度ave＝310.63k，cov＝0.3738；
[0035][0036]
图17是主要的三个频率的微波其输出功率实验结果可以做到接近一致。
[0037]
附图中：1-磁控管电源、2-磁控管、3-中频信号发生器、41-第一电容、42-第二可调电容、43-第三可调电容、44-第四电容、45-第五电容、51-第一电感、52-第二电感、53-第三电感、61-第一电阻、62-第二电阻、63-第三电阻、71-第一阴极电源线、72-第二阴极电源线、8-腔体，9-物料。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。
[0039]
实施例一：
[0040]
见附图1～11、14。磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置，包括磁控管电源1、磁控管2、中频信号发生器3、第一电容41和腔体8；所述磁控管电源1连有第一阴极电源线71和第二阴极电源线72；所述第一阴极电源线71和第二阴极电源线72分别与磁控管2的阴极两端连接；所述第一电容41一端和中频信号发生器3连接，另一端和第一阴极电源线71连接；所述腔体8上设有馈口；所述磁控管2通过馈口向腔体8内输入多个频率的微波。
[0041]
单个磁控管能够输出多个频率微波的工作原理：
[0042]
本发明充分利用磁控管作为幅度非线性响应器件的特性，结合磁控管阳极电压纹波对其输出频谱特性的影响，将磁控管作为混频器使用。所述磁控管电源1为磁控管2供电；所述中频信号发生器3产生已调制的中频信号，中频信号通过第一电容41输入到第一阴极电源线71上，此时中频信号等效为磁控管2阳极电压的纹波加载到磁控管2阳极电压上，并将磁控管2本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号，当中频信号作为阳极电压纹波与磁控管2的谐振信号发生作用时，磁控管2非线性响应的特性使磁控管2的输出端产生多个频率的微波，这些频率是中频信号的频率与谐振信号的频率进行线性运算的结果。同时，多个频率的微波可以直接通过馈口输入腔体8内，对物料9进行均匀加热。
[0043]
磁控管结构：磁控管具有一个圆筒状阳极，阳极叶片沿着径向安装在阳极的内壁上，螺旋灯丝作为阴极，阴极位于磁控管中心，天线安装在阳极叶片之一上，多个冷却片安置在阳极的外圆周表面上，两个磁铁分别安装在阳极顶部和底部形成磁场。磁控管电源1通过第一阴极电源线71和第二阴极电源线72为阴极供电，加热阴极灯丝使之发射出热电子，
热电子在受到电场和磁场作用下，借助阳极叶片形成的若干个共振空腔，在做摆线运动的同时，把电子能转换为高频能量，即微波，微波通过天线发射出去。磁控管电源1为阴极提供3.3v电压，阳极接地，阴极和阳极之间具有4kv左右的负高压。
[0044]
所述第一阴极电源线71和第二阴极电源线72分别与磁控管2的阴极两端直接或间接连接；阴极两端可以分别通过扼流线圈连接第一阴极电源线71和第二阴极电源线72。第一电容41用来隔直流通交流，防止磁控管电源1的高压直流跑到中频信号发生器3里面去，同时保证中频信号发生器3产生的已调制中频信号，能够输入到第一阴极电源线71上。
[0045]
理论推导：
[0046]
见图2，本发明在磁控管等效rlc谐振电路模型的基础上，磁控管自由振荡稳定状态下的电路方程：
[0047][0048]
其中，
[0049][0050]
ω为磁控管的振荡频率，即磁控管的输出端产生的信号振荡频率；ω0为谐振腔本振频率，即磁控管本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号的频率；q0为谐振电路的固有品质因数；q
ext
为谐振电路的外部品质因数；v
dc
为磁控管的阳极电压，即磁控管的阴极和阳极之间的电压，阳极接地；v
rf
为高频电压，即磁控管的输出端产生的信号的电压；a为中频信号的幅度；f为中频信号的频率；g+jb为等效的磁控管源部分，g为磁控管源电子电导，b为磁控管源电子电纳；g+jb为等效负载，g为负载端电子电导，b为负载端电子电纳；j为虚数单位；b0、tanα为常数；r、l、c分别为等效电阻、等效电感和等效电容；t为时间变量。j.c.slater曾在1947年4月3日发表过名为“the phasing of magnetrons”的论文，有具体讲述以上理论原理，目前已属于本领域公知常识，可以直接拿来使用。
[0051]
为了分析磁控管的起振过程，在其初始振荡的过程中，可以假设其电压的幅度随时间呈指数变化，将频率表示成复数，其虚部代表指数增长的关系，即：
[0052]
ω＝ω1+jω2[0053]
高频电压随时间变化的关系表示为因此定义则ω＝ω1+jг(t)。此时，磁控管自由振荡稳定状态下的电路方程可以改写为：
[0054][0055]
将该方程中实部与虚部分离可得：
[0056][0057]
[0058]
其中
[0059]
对实部表达式求解可得磁控管自由振荡状态下的高频输出电压为：对实部表达式求解可得磁控管自由振荡状态下的高频输出电压为：
[0060]
同理，对虚部表达式求解可得磁控管自由振荡状态瞬态输出频率为：同理，对虚部表达式求解可得磁控管自由振荡状态瞬态输出频率为：
[0061]
其中，
[0062]
表明磁控管稳定工作之后其频率由三部分组成：
[0063]
ω0代表谐振腔的本振频率；代表由电子束引起的频率前推效应；代表由负载引起的频率牵引效应。
[0064]
综上所述，在将中频信号加载到磁控管阳极电压上，等效为阳极电压纹波时，自由振荡稳定状态下的磁控管输出信号表达式为：
[0065]
v(t)＝v
rf
(t)
·
sin(ω(t)
·
t)
[0066]
将前文中理论推导得到的磁控管输出表达式进行快速傅里叶变换，可以得到该表达式对应的频域图。图3是磁控管输出信号时域图像；对推导得到的阳极电压含有中频信号的自由振荡磁控管稳定状态下输出信号的表达式进行作图，边带包络的深度表示了加载的中频信号的幅度，边带包络的频率则与中频信号的频率有关。图4是磁控管输出信号频域图像；对推导得到的表达式进行快速傅里叶变换作出的图，图像中最高强度的频率点代表了自由振荡磁控管的中心频率，中心频率两边的强度稍弱的次频率点代表了磁控管本振频率与中频信号频率混频之后得到的新频点，中心频率与次频率分量之间的频率差即中频信号的频率。根据磁控管输出的频域图像，在磁控管输出信号的中心频率两边出现强度稍弱的次频率分量，而中心频率与次频率分量之间的频率差即为加载在阳极电压上的中频信号的频率，意味着磁控管起到了预期的混频器的作用。
[0067]
图5是加载了中频信号的磁控管阳极电压波形图；原本理想阳极电压为直流电压，加载的中频信号即体现为该直流电压上的纹波分量，此处将携带信息的复杂的中频信号简
化为单一频率的正弦信号。图6是自由振荡状态下磁控管输出信号时域图像，通过电磁仿真软件对磁控管进行建模，仿真计算得到了自由振荡稳定状态下磁控管时域输出图像，边带包络特征与图3推导得到的图像类似。图7是自由振荡状态下磁控管输出信号频域图像，通过仿真计算得到的磁控管输出频谱图，图像上的中心频率与次频率分量之间的关系特征与图4推导得到的图像类似。在电磁仿真软件cst studio suite对阳极电压上加载了中频信号作为等效纹波的自由振荡状态磁控管进行仿真，得到的输出频谱结果同样验证了磁控管可以起到混频器的作用。
[0068]
在此基础上，本发明搭建测试系统对数值计算和软件仿真的结果进行验证，本系统使用的是松下生产的2m244-m1型磁控管，在未加载中频信号时，磁控管的输出频谱如附图8所示；加载不同频率的中频信号之后，磁控管输出频谱如附图9、附图10、附图11所示。图像上的中心频率与次频率分量之间的关系特征与图4推导得到的图像类似，中心频率与次频率分量之间的频率差即为加载在阳极电压上的中频信号的频率，说明中频信号等效为磁控管阳极电压的纹波加载到磁控管阳极电压上，并将磁控管本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号，能够利用磁控管进行混频使磁控管的输出端产生主要的三个频率的微波，即中心频率以及中心频率两边出现的强度稍弱的次频率分量，所以中频信号不仅可以使磁控管的输出端产生主要的三个频率的微波，而且还可以影响频率的分布，使频率可调可控，主要的三个频率的微波可以对物料进行均匀加热。
[0069]
实施例二：
[0070]
见附图1～11、14。在实施例一的基础上，所述第一电容41与第一阴极电源线71连接交点和磁控管电源1之间的第一阴极电源线71上设有第一电感51。由上述结构可知，第一电感51用来隔交流通直流，防止中频信号进入磁控管电源1，同时又保障高压直流和低频直流灯丝电流能进入到磁控管。
[0071]
所述第二阴极电源线72上设有第二电感52。由上述结构可知，第二电感52用来隔交流通直流，防止中频信号进入磁控管电源1，同时又保障高压直流和低频直流灯丝电流能进入到磁控管。
[0072]
还包括第三电感53；所述第三电感53一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地。由上述结构可知，当第一电容41失效短路时，高压就直接加在中频信号发生器3上了，所以增加第三电感53，第一电容41失效短路时高压直流就通过第三电感53接地。第三电感53起到保护中频信号发生器3的作用。
[0073]
还包括第四电容44；所述第四电容44一端与磁控管电源1和第一电感51之间的第一阴极电源线71连接，另一端接地。由上述结构可知，第四电容44防止高频信号回到磁控管电源1。
[0074]
还包括第五电容45；所述第五电容45一端与磁控管电源1和第二电感52之间的第二阴极电源线72连接，另一端接地。由上述结构可知，第五电容45防止高频信号回到磁控管电源1。
[0075]
还包括第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63；所述第一电阻61和第三电感53两端并联；所述第二电阻62和第一电感51两端并联；所述第三电阻63和第二电感52两端并联。由上述结构可知，第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63分别用来降低第三电感53、第一电感51、第二电感52的q值，避免电感产生谐振。
[0076]
还包括阻抗匹配调节器；所述阻抗匹配调节器包括第二可调电容42和第三可调电容43；所述第二可调电容42一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地；所述第三可调电容43一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地。由上述结构可知，阻抗匹配调节器用于和电路进行阻抗匹配。
[0077]
还包括电路板；所述第一电容41、第一电感51、第二电感52、第三电感53、第四电容44、第五电容45、第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63集成在电路板上；所述电路板包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口；所述第一端口位于第一电感51和磁控管电源1之间的第一阴极电源线71上；所述第二端口位于第二电感52和磁控管电源1之间的第二阴极电源线72上；所述第三端口位于第一电感51和磁控管2之间的第一阴极电源线71上；所述第四端口位于第二电感52和磁控管2之间的第二阴极电源线72上；所述第五端口位于中频信号发生器3和第一电容41之间，使中频信号发生器3和第一电容41连通。由上述结构可知，将第一电容41、第一电感51、第二电感52、第三电感53、第四电容44、第五电容45、第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63集成在电路板上，方便模块化使用，直接将中频信号发生器3、磁控管电源1、磁控管2分别和电路板对应的端口连接，结构更加简化简单。
[0078]
一般出现的三个主要强度的微波频率为中心频率以及中心频率两边出现的强度稍弱的次频率分量，可以通过调整调制电路的匹配后，使磁控管输出的中心频率强度与次频率分量强度相同，也就是功率一致，这将更有助于物料均匀加热。
[0079]
实施例三：
[0080]
见附图1～11、14。磁控管阳极电源纹波混频多频加热方法，采用上述实施例任一磁控管阳极电源纹波混频多频加热装置；具体步骤为：所述磁控管电源1为磁控管2供电；所述中频信号发生器3产生中频信号，中频信号通过第一电容41输入到第一阴极电源线71上，此时中频信号等效为磁控管2阳极电压的纹波加载到磁控管2阳极电压上，并将磁控管2本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号，当中频信号作为阳极电压纹波与磁控管2的谐振信号发生作用时，磁控管2非线性响应的特性使磁控管2的输出端产生多个频率的微波，多个频率的微波通过馈口输入腔体8内，对物料9进行加热。本发明方法充分利用磁控管作为幅度非线性响应器件的特性，结合磁控管阳极电压纹波对其输出频谱特性的影响，将磁控管作为混频器使用，无需单独设置混频器及配合大量辅助配件就能够使磁控管2的输出端产生多个频率可控可调的微波，多个频率的微波通过馈口输入腔体8内，对物料9进行均匀加热。
[0081]
实际上磁控管输出大量不同频率的微波，但主要的三个频率的微波强度较高，所以只考虑这三个频率的微波，其余低强度的频率微波可以忽略。只需要在comsol multiphysics仿真软件中对磁控管输出三个不同频率微波实现改善物料加热均匀性进行验证即可：
[0082]
实验说明：因为在该软件中不能实现同时馈入频率不同的源，本发明采用在comsol multiphysics中使用单一频率源馈入，将不同频率下得到的温升结果导出到matlab软件中进行计算，以此来模拟磁控管三频同时输出的效果。
[0083]
首先腔体设计为405
×
295
×
340mm的矩形腔体，磁控管采用bj-26矩形波导馈电，腔体内放置尺寸为50
×
50
×
50mm的土豆作为物料。仿真验证中利用频率为2.45ghz、功率为
600w的单一微波源与中心频率为2.45ghz、频差2～8mhz(例如，频差2mhz即三个微波频率为2.448ghz、2.45ghz、2.452ghz)，功率均为200w的三个不同频率微波分别进行馈电，再将温升数据导入到matlab中进行计算，模拟三频加热结果，以此种方法对比验证加热均匀性的改善效果。
[0084]
利用mtalab软件计算出各情况下的平均温度(ave)及温度变异系数(cov)，温度变异系数(cov)是原始数据标准差与原始数据平均数的比，反映数据离散程度的绝对值，cov值越小，说明加热越均匀。同时计算了土豆不同位置下的改善加热均匀性情况。
[0085]
下表为土豆处于腔体中心点正下方50mm的数据：
[0086][0087]
下表为土豆处于中心点正下方80mm的数据：
[0088][0089]
将腔体设计为450
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350
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340mm的矩形腔体，下表为土豆处于中心点正下方80mm的数据：
[0090][0091]
[0092]
通过以上数据可以得出结论，将中频信号调制到磁控管高压电源上的调制电路，使磁控管混频产生具有指定频差的微波信号，实现三频输出的微波加热对改善加热均匀性具有良好的效果，能到达到预期目的。可以根据实验，选取最优的中频信号的频率，使物料加热均匀性最优。
[0093]
图15是腔体设计为405
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340mm的矩形腔体，土豆处于腔体中心点正下方50mm，初始温度293.15k，加热时间20s的加热仿真图，单频输入2.45ghz的微波，功率600w，可看出平均温度ave＝313.68k，cov＝0.5352；
[0094]
图16是腔体设计为405
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340mm的矩形腔体，土豆处于腔体中心点正下方50mm，初始温度293.15k，加热时间20s的加热仿真图，输入三频频差4mhz(2.45ghz、2.446ghz、2.454ghz)的微波，功率200w，可看出平均温度ave＝310.63k，cov＝0.3738；
[0095]
由图15、16对比可以看出，三频加热的最高温度和平均温度没有单频加热高，但平均温度差别较小，且由体表面的温度分布可以看出三频加热对均匀性的确存在一定的改善作用。
[0096]
由图17可以看出，通过改变中频信号的功率，实验可以得到主要的三个频率的微波其输出功率做到接近一致，越接近则加热越均匀。
[0097]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。