本實用新型是關(guān)于利用裂縫天線饋能的微波加熱器，屬于微波加熱技術(shù)領(lǐng)域。

微波加熱技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活領(lǐng)域正被廣泛采用，箱式加熱器特別是隧道式加熱器，由于進出料口大，并能連續(xù)加工，是工業(yè)上普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式。

目前國內(nèi)外這種類型的微波加熱器，其加熱均勻性和匹配性不夠理想，使其應(yīng)用受到某種程度的限制。多年來微波技術(shù)專家做了很多工作：改進箱體設(shè)計；選擇諧振模式數(shù)及模式分布；選擇饋能口的位置；采用多口和多波導(dǎo)饋能；安裝模式攪拌器；采用旋轉(zhuǎn)饋能等。使微波加熱器結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，成本相應(yīng)提高，但其加熱均勻性和匹配性能改善甚微。

目前國際上已有的微波加熱器，如1977年微波功率雜志（TheJournalofMicrowavePower，Vol12，No3）報導(dǎo)的作者S.C.KashyapandW.Wyslouzilf的文章“改善微波烘箱加熱均勻性的方法”（MethodsforImprovingHeatingUniformtyofMicrowaveOvens），文中介紹了采用四個橫向裂縫饋能和一個模式攪拌器的微波爐，對2450MHZ家用微波爐的加熱均勻性有了一定程度的改善。又如1984年的美國專利：專利號4、463、239；名稱為用于微波爐的旋轉(zhuǎn)裂縫天線裝置（RotatingSlotOntennaOrrangementforMicr－owaveOvens）；發(fā)明者Matthew、S.Miller等人。提出了用四個園弧形裂縫在饋電波導(dǎo)中的取向發(fā)生周期變化。使裂縫輻射的能量也相應(yīng)地變化，對改善微波加熱的均勻性也有不同程度的改善。

上述的技術(shù)是針對小型家用的微波爐，但對工業(yè)上應(yīng)用的隧道式微波加熱器的加熱均勻性、匹配性能、轉(zhuǎn)換效率問題，尚未妥善解決。

本實用新型介紹了利用裂縫天線饋能的微波加熱器能較好地解決了以上問題。其工作原理如下。

當微波能在波導(dǎo)中傳輸時，在波導(dǎo)內(nèi)壁存在表面電流，如果表面電流被開在波導(dǎo)壁上的裂縫切割，此裂縫就被激勵，激勵強度取決于切割電流的密度和它在垂直于電流方向上的投影長度。在波導(dǎo)壁上裂縫可分為橫向、縱向、傾斜裂縫，當饋能器波導(dǎo)尺寸確定后，開在波導(dǎo)壁上的縱向裂縫為橫向裂縫的兩倍，傾斜裂縫加工較復(fù)雜，一般不希望采用，為使加熱均勻，裂縫盡量多些，因此采用開在矩形波導(dǎo)寬邊上的縱向裂縫向加熱器饋能。由于寬邊表面電流沿中心線對稱，并且方向相反，縱向裂縫按一定規(guī)律開在波導(dǎo)中心線兩側(cè)。

裂縫天線可分為諧振式和非諧振式兩種，相鄰裂縫的距離等于波導(dǎo)波長λg的1／2稱為諧振式裂縫天線，相鄰裂縫的距離稍大于或稍小于λg／2時，稱為非諧振式裂縫天線。對于非諧振式裂縫天線來說，由于相鄰裂縫之間的距離不等于λg／2，入射波對裂縫的激勵就不同相，其相位沿裂縫天線按線性變化。裂縫天線的輻射方向偏離裂縫軸的法線。如果入射波所產(chǎn)生的方向圖的最大輻射方向與天線軸的法線成夾角＋θ，有了反射后，就會在－θ方向上出現(xiàn)波瓣，為消除此現(xiàn)象，通常有吸收負載。

實驗表明，諧振式裂縫天線與饋電波導(dǎo)的匹配頻帶較窄，不能滿足國產(chǎn)磁控管的技術(shù)條件，非諧振式裂縫天線與饋電波導(dǎo)的匹配頻帶較寬，可以滿足國產(chǎn)磁控管的要求，但輻射效率較低，有1／3的能量被終端負載吸收，不能滿足微波加熱器的需要。

鑒于在微波加熱器上使用的裂縫天線是向箱體內(nèi)輻射微波能，與向天空輻射的雷達上使用的裂縫天線用途不一樣，工作條件也不一樣，后者要求較好的方向性，必須消除反射波形成的波瓣，而前者要求加熱的均勻性和效率，對方向性要求不太嚴格，根據(jù)這一特點，我們充分利用非諧振式裂縫天線在較寬頻帶內(nèi)與饋電波導(dǎo)良好匹配的優(yōu)點，用短路板代替終端的吸收負載，提高了微波能輻射效率，這樣就研制成了既有較寬的匹配頻帶又有較高輻射效率的適于微波加熱用的非諧振式裂縫天線饋能器。

非諧振式裂縫天線結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計、試驗結(jié)果如下（參看圖1）：

做為微波加熱器的裂縫天線，工作條件相當復(fù)雜，與饋電波導(dǎo)的匹配除受裂縫天線諧振情況、裂縫排列、終端負載的影響外，還受加熱箱體的諧振情況、負載物的影響。為此，我們采用近似的計算方法，假定：裂縫之間的相互影響忽略不計；每個裂縫均工作在諧振狀態(tài)；終端短路板反射影響被忽略；所有裂縫由行波激勵；每個裂縫輻射能量相等。

首先根據(jù)微波波長選出一個矩形波導(dǎo)作為饋能器波導(dǎo)，求波導(dǎo)波長λg和基次工作模式的內(nèi)壁電流分布，由裂縫的對稱性和均勻性，確定裂縫天線總數(shù)，最后確定裂縫天線的結(jié)構(gòu)尺寸。

1，確定裂縫天線中心線與饋能器波導(dǎo)中心線的距離X1：

隨著微波能沿著波導(dǎo)向前傳輸；裂縫天線不斷向箱體輻射能量，微波能逐漸減少，為了保證每個裂縫天線輻射能量相等，裂縫天線的電導(dǎo)值G1要逐漸增大，即X1也要逐漸增加，其值等于（15－39）％波導(dǎo)寬邊內(nèi)壁尺寸a。

即X1＝（15－39）％a

2、確定相鄰裂縫天線中心線間的距離d：

d值的選擇是為保證裂縫天線與饋電波導(dǎo)匹配，d稍小于λg／2其差值與裂縫數(shù)N有關(guān)，N愈大，差值愈小，d等于（45－48.5）％λg。

即d＝（45－48.5）％λg

3、確定裂縫寬度D：

為滿足通過頻帶可達10％的要求，同時在最大輸出功率時，裂縫不被擊穿，選取D＝（0.05－0.1）λ。

即D＝（0.05－0.1）λ

4、確定裂縫長度2L：

選取裂縫的諧振長度作為裂縫的長度，選取2L＝（46.5－49）％λ，λ為微波波長。

即2L＝（46.5－49）％λ

饋能器波導(dǎo)的園弧部分，園弧裂縫寬度和直線波導(dǎo)部分的裂縫寬度相同，裂縫間隔和弧長同直線波導(dǎo)部分的電角度相同。以此原則確定園弧部分裂縫天線的結(jié)構(gòu)尺寸。

本利用裂縫饋能的微波加熱器，其優(yōu)點為：被加熱箱體內(nèi)溫度均勻；駐波比小；匹配性能好；電、熱轉(zhuǎn)換效率高；結(jié)構(gòu)簡單。

本實用新型利用裂縫天線饋能的微波加熱器，為隧道式微波加熱器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

微波加熱器的固定支架和傳動裝置未畫出，（6）為進料口，進出料口尺寸為800mm×130mm，（5）為梳狀抑制器，內(nèi)裝梳狀抑制片和吸收材料，（4）為群島抑制器，內(nèi)裝方形抑制塊，（3）為抑制檐，輻射進箱體（1）的微波能，經(jīng)抑制檐（3）、群島抑制器（4）、梳狀抑制器（5）后，絕大部分被抑制掉，使泄漏的能量在國家規(guī)定的安全標準以內(nèi)。在抑制檐（3）上下壁開有通風(fēng)排濕孔和外部排風(fēng)系統(tǒng)相連，吸收箱體（1）內(nèi)的物料排放的水蒸汽。在箱體（1）側(cè)壁裝有爐門（2），爐門（2）內(nèi)裝有抑制微波能的結(jié)構(gòu)。在箱體（1）上壁安置饋能器波導(dǎo)（7）和饋電波導(dǎo)（8），微波能通過饋電波導(dǎo)（8）進入饋能器波導(dǎo)（7）向箱體（1）內(nèi)輻射微波能。

本微波加熱器工作頻率為915MHZ±25MHZ，為使箱體（1）在工作頻帶內(nèi)有足夠多的諧振模式；從功率密度和機械加工角度希望箱體（1）尺寸盡量小些，根據(jù)模式計算和頻譜分析，選擇箱體（1）的外形尺寸為201cm×100cm×108cm。

本裂縫天線饋能的微波加熱器，其饋能器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸如圖3所示。

根據(jù)微波的頻率、箱體（1）的尺寸、裂縫天線（9）在箱體（1）頂壁上的分布。

選擇裂縫天線（9）的數(shù)目等于19。

即N＝19

選擇WG－8波導(dǎo)做為饋能器波導(dǎo)（7），其內(nèi)壁寬、窄邊尺寸為：

a＝292.1mm，b＝146.05mm

饋能器波導(dǎo)（7）園弧部分，平均半徑為187mm。

饋能器波導(dǎo)（7）的裂縫天線（9）具體結(jié)構(gòu)尺寸如下：

饋能器波導(dǎo)的直線部分。

X1.01＝34mm，X1.02＝35mm，……X1.13＝54mm，X1.14＝58mm，……X1.18＝88mm，X1.19＝111mm。

d＝187mm。

2L1＝154mm，2L2＝154mm，……2L13＝157mm，2L14＝158mm，……2L18＝161mm，2L19＝156mm。

D＝20mm。

饋能器波導(dǎo)的園弧部分。

園弧裂縫天線（9）弧長徑向夾角φ1＝48°

相鄰園弧裂縫中心線之間距離的徑向夾角φ＝57°。

為保證饋能器波導(dǎo)（7）的裂縫天線（9）直接向箱體（1）輻射微波能，箱體（1）的頂壁和饋能器波導(dǎo)（7）的底壁共用同一金屬板。

為保證裂縫天線（9）和饋電波導(dǎo)（8）匹配，在饋能器波導(dǎo)（7），微波能傳輸?shù)慕K端裝有短路板（10），通過調(diào)節(jié)機構(gòu)，改變短路板（10）在終端的位置，以達匹配的目的（調(diào)節(jié)機構(gòu)未畫出）。

本隧道式微波加熱器，其電氣指標駐波比，實際使用效果出料口溫差、物料脫水、殺菌效果測試如下：

在915MHZ±25MHZ的頻帶內(nèi)，電壓駐波比示于表1。

說明該設(shè)備在915MHZ±25MHZ的頻帶內(nèi)，與饋電波導(dǎo)（8）的匹配性能較好，滿足國產(chǎn)磁控管對負載的技術(shù)要求。

實踐使用效果，試驗物料木屑的溫差，脫水、殺菌效果分別列于表2、表3、表4中。

表2

測試結(jié)果表示：加熱均勻性好，平均溫度差3.4℃，最大溫差±4℃。

可以看出對木屑的殺菌效果達99.9％以上。

從以上測試結(jié)果看出，利用裂縫天線饋能的隧道式微波加熱器比已有的微波加熱器有如下優(yōu)點：加熱物料溫，差由±10℃左右降為±4℃以下；駐波比小，且受負載的影響小，匹配性能好；殺菌效果達99.9％以上；在滿足殺菌要求的條件下脫水可達1.1kg／KW－H；同時本加熱器進出料口高130mm、寬800mm可加工大塊物料或袋裝物料；漏能小、保證安全使用。