一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线及其均匀辐射方法

本发明属于微波加热，尤其涉及一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线及其均匀辐射方法。

背景技术：

1、微波加热技术以高效性、清洁性、选择性等独特的优势，被广泛应用于医疗、化工生产和食品加工等诸多领域。然而，传统的微波加热装置在实际应用中普遍存在能量利用率低、加热不均匀的现象，易导致热点和热失控，甚至引发燃烧和爆炸，可能造成重大安全事故，限制了微波加热技术的进一步应用与发展。

2、因此，开发一种能量效率高、加热均匀性好的微波加热设备显得尤为重要。为此提出一种均匀辐射微波的缝隙阵列天线方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线及其均匀辐射方法，旨在解决现有的微波加热技术存在的微波功率低、加热均匀性差、能量利用率低等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线，包括：

3、级联微波传输结构、矩形波导及微波作用腔体；

4、其中，所述级联微波传输结构呈对称的树形结构，包括通过弯波导接头连接的若干级波导功分器，所述波导功分器采用微波功率等幅值均分式的矩形波导功分器，除最后一级的波导功分器外，每级波导功分器的输出端均使用弯波导接头与下一级的波导功分器的输入端进行连接；

5、最后一级波导功分器的输出端分别通过弯波导接头连接矩形波导，其中所述矩形波导上设置有大小及间隔不同的缝隙，其中所述缝隙均设置于所述微波作用腔体的底部以实现向微波作用腔体均匀地传输微波能量，进而对设置于微波作用腔中的物质进行均匀的微波加热。

6、可选的，所述微波作用腔体包括自上而下依次设置的耐火材料层、物质层及空气腔，其中所述缝隙均设置于所述空气腔远离耐火材料层的一层，所述缝隙均设置于所述耐火材料层下方，所述物质层中放置需进行微波作用的物质即被加热物质。

7、可选的，所述波导功分器采用t型矩形波导功分器，包括和路矩形波导及与和路矩形波导的输出端连接的左支路矩形波导及右支路矩形波导，其中所述和路矩形波导的输出端之间的中间位置设置有挖槽以实现左支路矩形波导及右支路矩形波导的相同功率配比，其中级联微波传输结构中最后一级的波导功分器的输出端的个数为2的级数次方，与矩形波导的个数相同以实现对每个矩形波导传输的微波功率进行2的级数次方的等幅值功率均匀分配。

8、可选的，所述弯波导接头采用弯曲波导，以改变微波能量的传输方向。

9、可选的，馈入的微波频率为定值。

10、为了更好的实现上述技术目的，本发明还提供了一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线对应的均匀辐射方法，包括：

11、向所述级联微波传输结构传输微波，通过所述级联微波传输结构将所述微波功率进行等幅值均匀分配并通过弯波导接头分别传输到矩形波导内，通过矩形波导上的缝隙将完成功率分配后的微波均匀辐射到微波作用腔体中，以实现对设置于微波作用腔体中的物质进行均匀加热。

12、可选的，还包括对微波加热腔体、波导功分器和辐射缝隙的大小及位置进行仿真设计及优化，基于仿真设计及优化后的设备，对微波加热过程中涉及的物理场进行耦合计算和分析，其中物理场包括电磁场、温度场、相变场。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

14、本发明能够解决现有的微波加热技术存在的微波功率低、加热均匀性差、能量利用率低等问题，实现更大的装置尺寸、更多的物质处理量，且有效避免出现热点、发生热失控甚至导致爆炸的现象，满足大规模产业化应用。

技术特征：

1.一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

6.基于权利要求1-5任一项所述的用于微波加热的缝隙阵列天线对应的均匀辐射方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种用于微波加热的波导缝隙阵列天线及其均匀辐射方法，包括：级联微波传输结构、矩形波导及微波作用腔体；其中，所述级联微波传输结构呈对称的树形结构，包括通过弯波导接头连接的若干级波导功分器，所述波导功分器采用对于不同输出端具有相同等幅值功率分配的矩形波导功分器，除最后一级的波导功分器外，每级波导功分器的输出端均使用弯波导接头与下一级的波导功分器的输入端进行连接；最后一级波导功分器的输出端分别通过弯波导接头连接矩形波导，其中所述矩形波导上设置有大小及间隔不同的缝隙，其中所述缝隙均设置于所述微波作用腔体的底部，以实现向微波作用腔体传输微波能量，进而对设置于微波作用腔中的物质进行加热。技术研发人员：田文艳,张文聪受保护的技术使用者：太原科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26