一种用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线制造技术

本发明专利技术涉及一种用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线，属于微波能应用技术领域，该漏波天线包括传输能量的主传输线，位于传输线外壁上形成漏波辐射的缝隙，以及匹配调谐结构；主传输线沿传输方向被划分为N(N 2)个等长的区域，每个区域内通过控制的缝隙尺寸和位置，实现不同的漏波衰减常数，保证每个区域的漏波辐射功率相同；每个区域内均安装匹配调谐结构，使主传输线所划分的任一区域输入端口都实现良好的匹配。本发明专利技术有效解决了隧道状或圆柱状微波加热设备中，由于其轴向尺寸较大导致的加热不均匀问题，提高了能量转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波能应用
，特别地，涉及一种用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线的设计。
技术介绍
微波能加热应用中，加热的均匀性(也即场分布的均匀性)不仅影响微波能的利用效率，还会对工艺过程的成败起决定作用。微波场分布由微波能应用器和微波辐射天线共同决定。在许多应用场合中，微波能应用器往往是隧道式或圆柱状，其特点是长轴方向的尺寸远大于横截面尺寸，如图1所示。其中微波能应用器11的横截面尺寸在数个波长的量级，而长度方向有数十个波长。微波能由输入端111馈入，被加热物质12填充在应用器11中，从输入端111到末端112。为将微波能有效地馈送到末端112，通常引入漏波天线13，从应用器11的输入端111探入到末端112。微波能量沿漏波天线向前传输的同时，通过漏波缝隙向应用器11中辐射出部分能量，该部分辐射能量被物质12吸收，转化为物质12的内能，起到加热的作用。传统的漏波天线主要用于通信或雷达系统，有成熟的天线设计综合方法，其设计目标是形成特定的远场辐射方向图。而用于微波加热系统时，漏波天线与被加热物质之间距离一般达不到远场条件，设计目标是微波能更有效地转化为热能，因此不能用传统漏波天线的设计理论和方法。由于缺少合理的设计方法，目前常用的微波加热系统中，多采用尺寸不变的缝隙，沿能量传输方向均匀分布，或者绝大部分均匀分布、局部根据实验结果定性地修正。这种漏波天线的漏波衰减常数是固定值，即在天线上任一位置取相同长度为的区域，该区域的衰减量是不随位置变化的。恒定衰减常数会导致能量传输方向上不同位置辐射功率不均匀。以图2为例说明。假设具有恒定漏波衰减常数的漏波天线输入端21处输入功率为Pin，最末端22处输出功率为PL。实际应用中在不影响结论的前提下，为表述方便取则由输入端21到输出端22总的功率衰减为10dB。将天线划分为等长的N个区域，由于其漏波衰减常数为固定值，所以各区域天线的衰减量相同，均为10/N dB。取其中的第n(1n N)区，其输入端面23的入射功率输出端面24的输出功率减少的功率被漏波缝隙辐射到外部，所以漏波辐射功率 P d n = P n - 1 - P n = P i n 10 - n N ( 10 1 N - 1 ) ]]>当N固定时，可以看出漏波辐射功率随n的增加呈指数下降趋势。图3是N取10时Pdn/Pin随n变化。可以看出，靠近微波输入端的第1区漏波辐射功率超过总输入功率的20％，而最末端的第10区辐射功率不到总输入功率的3％。这就会造成靠近源端的场强高，加热功率大，温升快，而远离源的末端场强弱，加热速度慢，在能量传输方向形成明显的不均匀。目前实际工程应用中，大多根据实测的不均匀状况，定性地调整漏波缝隙的分布，不能达到最佳功率分布，也就无法实现最好的加热效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服微波加热设备中已有漏波天线漏波辐射功率的不均匀性，提出了一种具有非均匀衰减常数的漏波天线，其特点是以辐射功率均匀分布为目标，得到非均匀的衰减常数，依据衰减常数的分布设计天线结构尺寸，有效改善其能量传输方向上辐射功率的均匀性，具体方案如下：一种用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线，包括传输能量的主传输线，位于传输线外壁上形成漏波辐射的缝隙，以及匹配调谐结构，所述主传输线沿能量传输方向划分为N个长度相等的区域，其中N 2，任一个区域n内，其中1n N，通过控制所述漏波辐射缝隙的尺寸和位置，使该区域的功率衰减量αn满足 α n = Δ P n o u t P n i n = P i n - nP d P i n - ( n - 1 ) P d , 1 ≤ n ≤ N , NP d ≤ P i n , ]]>其中是区域n的输入功率，为区域n的输出功率，Pin为总的输入功率，也是n＝1区域的输入功率，Pd是每个区域的漏波辐射功率，每个所述主传输线区域的漏波辐射功率都Pd是相同的；所述匹配调谐结构具有多个分别安装于所述主传输线划分的每一个区域内，使主传输线所划分的任一区域输入端口都实现良好的匹配。优选方案，所述主传输线划分的第一个区域的输入端口与微波功率源连接，最后一个区域的输出端口与吸收负载连接。优选方案，所述主传输线划分的任一个区域n(1n N)内，所述漏波辐射缝隙产生的辐射功率Pin是第一个区域的输入功率，PL＜Pin是负载吸收的功率；根据Pd得到每个区域的功率衰减量满足 α n = ( N - n ) P i n + nP L ( N - n + 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线，包括传输能量的主传输线，位于传输线外壁上形成漏波辐射的缝隙，以及匹配调谐结构，其特征在于：所述主传输线沿能量传输方向划分为N个长度相等的区域，其中N 2，任一个区域n内，其中1 n N，通过控制所述漏波辐射缝隙的尺寸和位置，使该区域的功率衰减量αn满足αn=ΔPnoutPnin=Pin-nPdPin-(n-1)Pd,1≤n≤N,NPd≤Pin,]]>其中是区域n的输入功率，为区域n的输出功率，Pin为总的输入功率，也是n＝1区域的输入功率，Pd是每个区域的漏波辐射功率，每个所述主传输线区域的漏波辐射功率都Pd是相同的；所述匹配调谐结构安装于所述主传输线划分的每一个区域内。

【技术特征摘要】
1.一种用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线，包括传输能量的主传输线，位于传输线外壁上形成漏波辐射的缝隙，以及匹配调谐结构，其特征在于：所述主传输线沿能量传输方向划分为N个长度相等的区域，其中N 2，任一个区域n内，其中1 n N，通过控制所述漏波辐射缝隙的尺寸和位置，使该区域的功率衰减量αn满足 α n = Δ P n o u t P n i n = P i n - nP d P i n - ( n - 1 ) P d , 1 ≤ n ≤ N , NP d ≤ P i n , ]]>其中是区域n的输入功率，为区域n的输出功率，Pin为总的输入功率，也是n＝1区域的输入功率，Pd是每个区域的漏波辐射功率，每个所述主传输线区域的漏波辐射功率都Pd是相同的；所述匹配调谐结构安装于所述主传输线划分的每一个区域内。2.如权利要求1所述的用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线，其特征在于，所述主传输线划分的第一个区域的输入端口与微波功率源连接，最后一个区域的输出端口与吸收负载连接。3.如权利要求2所述的用于微波加热设备的具有非均匀衰减常数的漏波天线，其特征在于，所述主传输线划分的任一个区域n(1 n N)内，所述漏波辐射缝隙产生的辐射功率Pin是第一个区域的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐祥新，刘宁，罗鹏，石齐亚，张峰，卢晓颖，
申请(专利权)人：昆山九华电子设备厂，
类型：发明
国别省市：江苏;32