一种封闭式频率可调谐振式微波反应腔制造技术

一种封闭式频率可调谐振式微波反应腔，属于微波能应用技术领域。包括外导体（1）、内导体（2）、封闭盖（3）和馈电同轴（4）；外导体（1）为一圆柱金属腔体，内导体（2）穿过底孔（11）与外导体（1）保持电接触；封闭盖（3）与外导体（1）之间通过螺纹保持电接触；馈电同轴（4）穿过馈电孔（32）使得封闭盖（3）和馈电同轴外导体（42）保持电接触。本实用新型专利技术利用TM010圆柱谐振腔原理制作，实现较宽范围内频率可重构工作，其频率调整方式连续、无盲区；本实用新型专利技术具有结构简单的特点，适用于宽频带微波反应的研究和应用需求，对准确认知频率对微波反应的效果并指导相关工艺具有应用价值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
技术背景本技术属于微波能应用
，特别涉及频率可重构的谐振式微波反应腔。 
技术介绍
 目前，大功率微波已经广泛应用于加热、医疗、干燥、镀膜、环保、辅助萃取等场合，获得较佳效果。为了认知微波能应用和微波化学反应的基本原理，研究人员需要利用微波反应装置，深入研究不同条件下少量样品的反应机理，最终指导工业大规模应用。 随着研究和应用的逐渐深入，人们发现微波频率对反应效果非常重要。例如，某一样品对微波的吸收是与微波频率相关的，即某一频率下，能更好的吸收微波能量，提高反应效率。因此，希望开展不同微波频率下，微波反应的相关研究，从而准确认知不同物质微波反应的最佳频率，这就对微波反应装置提出了新的要求，即工作频率可重构。 目前，小规模的微波反应装置已有多种，其通常由三个主要部分构成：微波源、微波传输系统、微波反应腔。频率可重构的微波反应装置对这三部分的要求分别是：微波源可输出宽频带的大功率微波，微波传输系统可支持宽频带微波的传输，微波反应腔可在宽频带范围内使用。（参见：金钦汉,戴树珊,黄卡玛著《微波化学》，第四章第4节，科学出版社，1999年。） （1）现有微波反应装置中普遍采用电真空器件来提供输出功率，但因其工作带宽较窄，无法满足频率可重构的要求。因此，需要采用信号发生器结合高增益固态放大器的方法，在很宽工作频带内产生较大的微波输出功率，当前市场已有现成产品可供采购。 （2）当微波传输系统传输功率低于500W时，可采用同轴传输线进行传输，相较功率容量更高的波导结构，同轴传输线可使用的频带范围极宽。同时，微波反应装置中所需的辅助器件，如耦合器、环形器等，也可采用同轴传输线来实现带宽工作。 （3）为了在有限输入功率下，达到相关反应条件，现有的微波反应腔通常采用谐振方式实现，而谐振也意味着仅能工作于某一特定频率。另一方面，鉴于宽带微波源仅能产生低于1000W的输出功率，利用谐振腔的电场放大效应是完成频率可重构微波反应实验的关键。综上，现有的谐振式反应腔只能在一个频率正常工作，无法满足频率可重构的要求，只能通过多个不同尺寸的反应腔来覆盖若干离散的工作频率，成本高昂，使用不便。因此，需要开发 出新型微波反应腔，具备不同频率下产生谐振的能力。 
技术实现思路
本技术提供一种封闭式频率可调谐振式微波反应腔，可利用同一个反应腔结构来覆盖宽频带微波反应的研究和应用需求，准确认知频率对微波反应的效果并指导相关工艺。 为了实现上述目的，本技术的技术方案是： 一种封闭式频率可调谐振式微波反应腔，如图1所示，包括外导体1、内导体2、封闭盖3、馈电同轴4。外导体1为一圆柱金属腔体，其底部正中心具有一带内螺纹底孔11。内导体2为带外螺纹的圆柱体，内导体2通过自身外螺纹21与外导体1底孔11的内螺纹配合使外导体1和内导体2保持电接触以及便于调整内导体2进入外导体1中的长度。封闭盖3通过自身外螺纹与外导体1顶部的内螺纹12配合使外导体1和封闭盖3保持电接触。封闭盖3上连接有手柄31，便于旋动封闭盖3。馈电同轴4由馈电同轴内导体41、馈电同轴外导体42、以及两者之间的填充介质43构成；馈电同轴内导体41的末端有一同轴嵌口411、馈电同轴外导体42末端部分具有接头螺纹421，同轴嵌口411和接头螺纹421便于馈电同轴4与外接输入端口相连；馈电同轴内导体41的前端为馈电圆盘412或馈电半球413。封闭盖3中心具有一带内螺纹的馈电孔32，馈电同轴4通过馈电同轴外导体42前端的外螺纹422与封闭盖3中心馈电孔32的内螺纹配合使得封闭盖3和馈电同轴外导体42保持电接触以及便于调整馈电同轴4进入外导体1中的长度。 上述反应腔技术方案中，内导体2顶部面积较大可直接在其上放置反应样品；也可在内导体顶端固定一个圆桶状托盘5以放置反应样品。圆桶状托盘5固定于内导体2顶部的方式有一下几种：1）托盘5的底端具有三个固定圆柱51，三个固定圆柱51与内导体2顶部相应的三个内凹圆柱22相互契合（如图3、4所示）；2）托盘5的底端具有一内凹圆柱52，内凹圆柱52与内导体2顶部契合固定（如图5所示）；3）。托盘5的底端具有一内凹圆柱52，内凹圆柱52与内导体2顶部通过螺纹契合固定（如图6所示）。 实现微波反应一般需要对样品施加大功率微波信号，输出功率1kW以上的电真空类微波源工作频带通常很窄，而可宽带工作的固态微波源输出功率相对较低。因此，频率可重构微波反应装置需采用宽带微波源，通过谐振腔的电场放大效应来达到反应需要的微波能量。本技术利用TM010圆柱谐振腔原理，当反应腔的长度小于半径的2.03倍时，TM010取代TE111模成为谐振主模。此时，其内部电场呈驻波分布，腔体中心轴线附近电场最大，汇聚了绝大部分微波能量，可在较小输入功率条件下满足微波反应所需功率条件。 在本技术中，谐振腔的封闭盖和谐振腔内导体需同时调节来改变谐振频率，使得在各谐振频率处内导体距封闭盖具有相同的高度，即各频率处可放置的反应样品量一致；封闭盖旋入最多时对应最高频率，距腔体底部约为此时谐振频率波长的十分之一，封闭盖旋入最少时对应最低频率，距腔体底部约为此时谐振频率波长的五分之一，外导体内壁上的封闭螺纹长度应大于这一要求；内导体的调频螺纹长度由所需覆盖的频率范围确定，内导体进入外导体的最大长度为最低频率对应波长的七分之一，在最高频率处内导体不伸入；内导体下半部分调频螺纹与外导体底部中心孔螺纹配合，可通过该底孔上下移动调节内导体进入外导体中的高度，配合封闭盖的相应移动，实现频率的变化；螺纹为圆顶，避免尖端放电。 本技术反应腔的内导体半径、外导体内半径设计要综合考虑下述问题：（1）反应腔需工作于TM010模式并抑制其他模式，这就要求最低工作频率所对应的最长腔长应小于外导体的内半径的2.03倍，即L0<2.03a0，其中L0、a0分别为谐振腔的最长腔长和外导体的内半径；（2）对于TM010模圆柱谐振腔，不存在品质因数的极大值，品质因数随2a0/L0的增加单调减小，高品质因数可以使反应腔在输入功率相同情况下能产生更大的电场，更好地实现微波反应，降低能耗，因此应权衡腔体尺寸与品质因数；（3）a0约为最高工作频率所对应波长的2.613分之一，内导体实际是调谐棒，可取值较大，一般不超过0.9a0。 本技术采用同轴探针馈电以覆盖较大的频率范围。为了进一步扩展工作频率范围，可采用多个结构类似的馈电同轴接头，其内导体较外导体的长度不同，在覆盖不同频带时需更换使用；馈电同轴外导体的馈电螺纹与封闭盖馈电孔螺纹配合，可改变馈电同轴整体进入谐振腔的长度，从而实现频带内不同频率点的匹配。大功率微波源输出的微波功率通过同轴电缆输入谐振腔，馈电同轴内导体末端的同轴嵌口、外导体末端部分的接头螺纹一并构成相应配套结构，便于和外接输入端口相连。根据外接输入端口型号的不同，可调节馈电同轴内、外导体尺寸和结构。 本技术可采用或不采用托盘。若采用托盘用来放置反应样品，微波反应腔的托盘应该尽量小的吸收或不吸收微波，故选用低损耗材料。石英对微波几乎不吸收，对微波的损耗也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封闭式频率可调谐振式微波反应腔，包括外导体（1）、内导体（2）、封闭盖（3）和馈电同轴（4）；其特征在于：外导体（1）为一圆柱金属腔体，其底部正中心具有一带内螺纹底孔（11）；内导体（2）为带外螺纹的圆柱体，内导体（2）通过自身外螺纹（21）与外导体（1）底孔（11）的内螺纹配合使外导体（1）和内导体（2）保持电接触以及便于调整内导体（2）进入外导体（1）中的长度；封闭盖（3）通过自身外螺纹与外导体（1）顶部的内螺纹（12）配合使外导体（1）和封闭盖（3）保持电接触；封闭盖（3）上连接有手柄（31），便于旋动封闭盖（3）；馈电同轴（4）由馈电同轴内导体（41）、馈电同轴外导体（42）、以及两者之间的填充介质（43）构成；馈电同轴内导体（41）的末端有一同轴嵌口（411）、馈电同轴外导体（42）末端部分具有接头螺纹（421），同轴嵌（411）和接头螺纹（421）便于馈电同轴（4）与外接输入端口相连；馈电同轴内导体（41）的前端为馈电圆盘（412）或馈电半球（413）；封闭盖（3）中心具有一带内螺纹的馈电孔（32），馈电同轴（4）通过馈电同轴外导体（42）前端的外螺纹（422）与封闭盖（3）中心馈电孔（32）的内螺纹配合使得封闭盖（3）和馈电同轴外导体（42）保持电接触以及便于调整馈电同轴（4）进入外导体（1）中的长度。...

【技术特征摘要】
1.一种封闭式频率可调谐振式微波反应腔，包括外导体（1）、内导体（2）、封闭盖（3）和馈电同轴（4）；其特征在于：外导体（1）为一圆柱金属腔体，其底部正中心具有一带内螺纹底孔（11）；内导体（2）为带外螺纹的圆柱体，内导体（2）通过自身外螺纹（21）与外导体（1）底孔（11）的内螺纹配合使外导体（1）和内导体（2）保持电接触以及便于调整内导体（2）进入外导体（1）中的长度；封闭盖（3）通过自身外螺纹与外导体（1）顶部的内螺纹（12）配合使外导体（1）和封闭盖（3）保持电接触；封闭盖（3）上连接有手柄（31），便于旋动封闭盖（3）；馈电同轴（4）由馈电同轴内导体（41）、馈电同轴外导体（42）、以及两者之间的填充介质（43）构成；馈电同轴内导体（41）的末端有一同轴嵌口（411）、馈电同轴外导体（42）末端部分具有接头螺纹（421），同轴嵌（411）和接头螺纹（421）便于馈电同轴（4）与外接输入端口相连；馈电同轴内导体（41）的前端为馈电圆盘（412）或馈电半球（413）；封闭盖（3）中心具有一带内螺纹的馈电孔（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊勇，程钰间，夏支仙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：