[发明专利]一种采用相位扫描的微波加热装置

说明书

本发明涉及一种采用相位扫描的微波加热装置，包括微波发生器、波导功率分配器、波导移相器、微波应用腔体、不少于2副的微波天线以及相位扫描控制系统；该波导功率分配器有N(N≥2)路输出，至少有一路输出与波导移相器连接；微波天线划分为N组，至少有一组的输入与波导移相器的输出连接，其它组天线的输入与波导功率分配器的输出直接连接；该波导移相器的输入端口到输出端口之间的相位差是连续可调的；相位扫描控制系统以给定的速度调整所述波导移相器的移相角度；通过扫描不同组天线之间的相位差，实现微波应用腔体中微波场强、弱场区域的移动，提高加热的均匀性；本发明功率容量大，适合工业微波规模化生产应用。

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别地涉及一种采用相位扫描的微波加热装置。

背景技术

微波加热是利用微波场作用于极性分子，使其快速摆动、碰撞摩擦造成内能提升从而达到加热的目的。由于微波波长远大于红外线，其穿透深度深，可直接作用于物料内部而不需要热传导，因此具有能量传递速度快，传递损耗低的优点。另外，这种物料自发热的加热机理，系统热惯性小，加热的启动和停止反应速度快，可实现灵活的控制。

实际应用中，由于微波应用腔体的金属边界作用，以及物料的介电特性影响，导致物料中的微波场分布会有明显的强弱分布变化，导致加热的冷热分区明显，加热效果不均匀。这是微波场分布固有的物理特性，也是影响微波加热应用效果的主要因素。

为改善这种不均匀性，较为常用的方法包括：物料翻搅运动，如CN 204122002U公开的连续式微波加热双轴搅拌装置；利用多模腔体，希望不同模式的强弱分布形成互补，典型的如CN106686792A公开的一种多重模态微波加热装置；利用模式扰动改变腔体内的场模式，从而改变冷热区的位置；利用微波馈能天线的分布位置使其辐射场分布形成强弱互补，如CN104125669A公开的微波加热装置；以及采用固态微波源、多组天线利用幅度和相位扫描，以改变微波腔体内场分布，从而改善其均匀性，如CN205017622U公开的一种微波发生装置以及微波加热装置。

上述措施在特定的应用中具有一定的改善效果，但又有一定的局限性。例如：物料翻搅运动的方法仅适合液体或颗粒状物料；多模腔体以及模式扰动的方法，由于物料介电特性和形状复杂，很难从理论上分析出全部的模式，因此很难判断最终腔体中有多少模式、场分布的均匀性如何；多天线分布式馈能，由于金属腔体边界条件的作用，其效果与自由空间不同，最终仍会有明显的冷热区分布；固态源提供了良好的幅度和相位控制特性，但目前尚没有用于几十、上百千瓦以上大功率工业应用的实例。

发明内容

本发明的目的是为进一步改善工业微波加热应用中的均匀性问题，提出了一种采用相位扫描的微波加热装置，其主要特征是，通过波导功率分配器和波导移相器，实现加热系统中多个天线之间的相位差扫描，从而控制微波应用腔体中微波场分布强、弱区域移动，达到能量分布均匀的目的；本发明功率容量大，可用于大功率工业微波加热。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用相位扫描的微波加热装置，包括微波发生器，波导功率分配器，波导移相器，微波应用腔体，不少于2副的微波天线以及相位扫描控制系统；其特征在于，所述微波发生器的输出与波导功率分配器的输入连接；所述波导功率分配器有N(N≥2)路输出，其特征在于至少有一路输出与所述波导移相器连接；其特征还在于，所述波导移相器的输入端口到输出端口之间的相位差是连续可调的；所述微波天线被分为N组，其特征在于至少有一组天线的输入与所述波导移相器的输出连接，其它组天线的输入分别与其它所述波导功率分配器的输出连接；所述微波天线的辐射口面朝所述微波应用腔体的内部，将微波能量馈入微波应用腔体内的物料中；其特征还在于，所述相位扫描控制系统以给定的速度连续调整所述波导移相器的移相角度。