一种TM模行波加热反应装置及方法

本发明涉及微波，更具体地说，涉及一种tm模行波加热反应装置及方法。

背景技术：

1、微波具有易于集聚成束、高度定向性与直线传播的特性，市面上最常见是利用微波炉对食物加热处理，且对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热，而对金属类东西，则会反射微波，由于微波的特性，其在空气中传播损耗很大，传输距离短，但机动性好，工作频宽大，且现有的部分为微波加热使用，在生活中也较为常见。

2、现有的微波加热如市面上的微波炉，且在加热时容易产生加热不均匀的情况，造成局部过热，在对多油类食物加热时，如发生局部过热的情况，极易发生油迸溅的情形，并在保持高热的情况下，降低物质的后期利用，且不同的物质吸热微波的情况存在差异，导致物质加热时微波能量发生反射与漏失的情况，没有被物质本身吸收，因此造成了能源浪费。

3、为解决上述问题，首先是要解决微波加热过程中的均匀性问题，确保物料在微波反应器中获得均匀、稳定且高效的加热；然后是解决微波反应器在加热不同介电常数物料时可能引发的能量反射和漏失问题，以确保在微波加热过程中能量的有效利用，因此需要工作人员对其改进处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种tm模行波加热反应装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题：

2、如何改善现有微波加热物料(如流体、固体、气体等物质)时出现加热均匀性低、加热效率差、稳定性不好等一系列问题。

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种tm模行波加热反应装置及方法，包括矩形波导结构，所述矩形波导结构设置于装置的上下两侧的位置，两个所述矩形波导结构的中部均设置有渐变阻抗匹配台，两个所述矩形波导结构内壁的中部均贯穿插接有同轴线的内导体，两个所述矩形波导结构的一侧均设置有外导体，且同轴线的内导体居中于同轴线的外导体中间，同轴线的外导体与同轴线的内导体有一定距离，用于传输微波，两个所述外导体的一侧均固定连接有渐变阻抗匹配器，两个所述渐变阻抗匹配器的一侧设置有圆波导，所述圆波导内壁的中部设置有微波加热反应腔。

5、当电磁波从矩形波导传输到同轴线时，te模式(只有横向电场分量)可以转换为tem模式(既有横向电场又有横向磁场分量)，这是由于同轴线内部的结构，其中电场和磁场都存在并相互关联，从而导致波型的变化；当电磁波从同轴线传输到圆形波导时，tem模式可以转换为tm模式(只有横向磁场分量)，这是因为在圆形波导中，只有横向磁场可以被支持，而电场则沿波导壁面的切线方向分布。

6、微波加热反应腔为一根石英玻璃管或者陶瓷(透波材料)，其主要作用是为了将要加热的物料(如：气体、固体、流体等)置于上述圆形波导中的tm01模式的几何中心，也就是中心高功率密度位置，实现对物料加热的强稳定性、高均匀性和微波能量的高利用率。

7、优选的，上端所述矩形波导结构的一端可连接匹配负载，上端所述矩形波导结构的另一端可连接可调滑动段路面，下端所述矩形波导结构的一端为微波馈入，下端所述矩形波导结构的另一端为可调滑动段路面，由此可在微波加热反应腔实现行波传输。

8、装置两端的矩形波导结构是关于中心点对称的结构，让整体装置对称，便于安装。

9、优选的，所述渐变阻抗匹配台与同轴线的内导体相连接，且同轴线的内导体的内壁为中空状态，可从底部将玻璃加热反应器放入装置中。

10、渐变阻抗匹配台呈凹陷的梯形结构，在波的传输路径上形成阻抗匹配，让微波无反射和微波能量高效的馈入下一个器件。

11、优选的，所述矩形波导结构一端可连接可调滑动段路面，所述可调节短路活塞呈左右滑动调节，在使用微波加热反应腔时，将短路活塞连接，且可扭动进行调节阻抗。

12、一种tm模行波加热反应方法，包括以下步骤：

13、s1、磁控管等微波源产生的微波后通过下方的矩形波导结构传输到矩形波导中，经过下方的渐变阻抗匹配台将下方的矩形波导结构中的微波传输到下方的同轴线的内导体和同轴线的外导体之间，实现te10模式到tem模式的转换；

14、s2、微波经过下方的渐变阻抗匹配器将同轴线的内导体和同轴线的外导体之间的微波传输到圆波导当中，将同轴线中的tem模式转换为tm01模式；

15、s3、微波传输到达经过上方的渐变阻抗匹配器，实现tm01到tem模式的转换，然后微波传输到同轴线的内导体和同轴线的外导体之间，然后经过上方的渐变阻抗匹配台将微波传输到矩形波导中；

16、s4、微波分左右两路，两端连接匹配负载和可调滑动段路面，其中，左右两路一边可以连接微波匹配负载和可调滑动段路面或者两边都接微波匹配负载，将微波吸收，使其整个装置实现行波传输。

17、优选的，所述渐变阻抗匹配台呈梯形设计，此种梯形形状有助于平衡不同波导模式之间的阻抗差异，能够更有效地实现波导模式之间的能量转移，矩形波导与同轴线之间存在不连续性从而造成微波能量的反射，因此梯形渐变阻抗匹配台可以高效的将矩形波导中的微波能量传输到同轴线当中，实现能量的高效率利用，以提高整体系统的性能。

18、通过渐变阻抗变换器不但实现了从同轴线到圆波导的变换，并且抑制了模式转换过程中其他模式对工作模式的干扰，这样可以实现了模式保持，而且还实现了将同轴线和中的tem模式转换到圆波导中高均匀性、高轴对称性和中心高功率密度的tm01模式，进一步提高了tem模到tm01模的模式转换效率。

19、圆波导为能传输中心高功率密度的模式，圆形波导顶端连接的器件和低端连接的器件是关于圆波导中心点对称的结构，顶部标准矩形波导，使得整个装置结构为一个互易装置(装置结构轴向、纵向对称)，除此之外，顶部的矩形波导接微波匹配负载和滑动断路器件或者两边都接微波匹配负载，这样巧妙的设计可以让整体装置几乎没有能量反射，实现纯行波的传输，从而实现对加热物料进行均匀、快速、高效的加热，实现能量的高效利用。

20、优选的，所述渐变阻抗匹配器从同轴结构到圆波导的变换，并且抑制了模式转换过程中其他模式对工作模式的干扰，可以实现了模式保持，这样还可以更好的进行阻抗匹配，让微波能量更好的馈入圆波导中，能量更加的高效，实现了将同轴线的内导体和同轴线的外导体之间的tem模式转换到圆波导中高均匀性、高轴对称性和中心高功率密度的tm01模式，进一步提高了tem模到tm01模的模式转换效率。

21、优选的，所述匹配负载为了装置实现微波无反射，实现更加均匀的行波加热，所述可调滑动段路面可以实现微波阻抗调配，更好的利用微波能量。

22、优选的，所述可调滑动段路面是一个由金属制成的可滑动的平板，可以在波导内部滑动，当滑动短路面处于波导内的不同位置时，它会改变波导中电磁波的传播特性，从而影响电磁波的相位，可调滑动段路面的另一个作用还可以用来调节阻抗匹配，可以调节电磁波的自由传输而不受反射影响。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1)本tm模行波加热反应装置在使用时，通过结构设计和调节装置的优化，克服了微波加热过程中能量分布不均匀和适应性差等问题，从而实现了更均匀的能量分布和稳定的加热效果。

25、2)本tm模行波加热反应装置在使用时，在加热反应腔上下部的标准矩形波导左右接的一些部件使其整个装置以行波传输的方式传输，在加热腔部分的物料受热就会更加均匀，加热效果更好。

26、3)本tm模行波加热反应装置在使用时，通过梯形渐变阻抗匹配台和渐变阻抗匹配器可以高效的将矩形波导中的微波能量传输到同轴线当中，从同轴结构到圆形波导结构的变换，并且抑制了模式转换过程中其他模式对工作模式的干扰，实现了模式保持，还可以更好的进行阻抗匹配，让微波能量更好的馈入圆形波导中，能量更加的高效，进一步提高了tem模到tm01模的模式转换效率。

27、4)本tm模行波加热反应装置在使用时，圆形波导顶端连接的器件和低端连接的器件是关于圆波导中心点对称的结构，使得整个装置为一个互易装置，便于安装，具有良好的应用前景。