[发明专利]一种顶部开放的频率可调谐振式微波反应腔

说明书

技术背景

本发明属于微波能应用技术领域，涉及频率可调的谐振式微波反应腔。

背景技术

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。

发明内容

本发明提供一种顶部开放的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，本发明的技术方案是：

一种顶部开放的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、馈电同轴3、托盘4。外导体1为一顶部开放的半封闭圆柱金属腔体，其底部正中心有一底孔11；轴旋转对称的内导体2穿过底孔11进入外导体1的内部，内导体2下半部分具有调频螺纹21，与底孔11壁上螺纹配合，使外导体1和内导体2保持电接触，同时可调整内导体2进入外导体1内部的长度。外导体1侧壁靠近底部处有侧孔12，高度为可调范围中心频率对应波长的五十分之一，轴旋转对称的馈电同轴3通过侧孔12进入外导体1的内部。馈电同轴3由馈电同轴内导体31、馈电同轴外导体32、以及两者之间的填充介质33构成。馈电同轴内导体31的前端长于馈电同轴外导体32可调范围中心频率对应波长的八分之一；馈电同轴内导体31的末端有一同轴嵌口311、馈电同轴外导体32末端部分具有接头螺纹321，这两个结构使得馈电同轴3便于和外接输入端口相连。馈电同轴外导体32前端部分具有馈电螺纹322，与侧孔12壁上螺纹配合，使得外导体1和馈电同轴外导体32保持电接触，同时可调整馈电同轴3进入外导体1中的长度。托盘4固定于内导体2顶端，内部放置反应样品。

所述托盘4的外形宜做成锥角呈130度的圆锥体形状，这样能充分利用反应腔内电场集中区域。