[发明专利]一种利用泰勒函数综合法设计的波导缝隙阵列加热器

说明书

本发明涉及一种利用泰勒函数综合法设计的波导缝隙阵列加热器，属于微波加热技术领域。本发明包括圆柱形谐振腔和围绕圆柱形谐振腔并开了缝隙的曲面波导以及波导馈源。该发明中磁控管产生的微波能，经馈口馈入到曲面波导中，形成驻波，能量通过波导缝隙辐射进入圆柱形谐振腔里面，被圆柱形谐振腔内部的物料吸收，从而达到对物料的加热效果。这种加热方法避免了因磁控管加热能量过高产生打火和烧焦的现象；利用泰勒函数综合法设计的缝隙阵列能够使馈入圆柱形谐振腔内的电场更均匀，物料更能达到均匀加热的效果。因此该加热装置具有结构简单、成本低，馈口与圆柱形腔体之间耦合效率高、腔体容积较大、Q值高、微波加热更加绿色、高效、节能等特点。

技术领域

本发明涉及一种利用泰勒函数综合法设计的波导缝隙阵列加热器，属于微波加热技术领域。

背景技术

随着科学与技术的发展，在工业生产中，人们对节能减排和清洁高效生产提出了更高要求，传统加热已无法完全满足需求，此时具有高效节能性以及清洁性等特点的微波加热技术应运而生。从微波炉开始，这种加热方式逐渐走进人们的生活中，并且展现巨大的发展潜力。目前微波的热效应不仅局限于加热食物，在其他各种领域也展现着巨大的发展潜力。微波加热在医疗、新材料制备、材料处理等方面都有着广泛的应用。这些方面共同推动了微波加热系统的研究。

微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时升温的加热方式。相较于微波加热，传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料热量，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热。因此微波加热相较于传统加热方式具有明显优势：热惯性小，根据吸波材料的不同能够进行选择性加热，绿色节能等。

虽然微波加热相较于传统加热具有以上很多优势，但是在实际工业生产中，将大功率微波应用于微波加热技术时，由于加热腔体内电磁场分布不均匀以及各材料吸收微波的能力会随着温度的变化而变化，同时，由于媒质的介电损耗，只要存在微波作用媒质温度就会升高，这就导致微波加热容易出现热点与热失控现象，降低了微波能应用的安全性和有效性。

目前设计者设计微波加热器的过程中主要针对谐振腔内的电场均匀性做研究，腔体的尺寸以及馈口的位置或者数量都会对电场的均匀性产生影响。设计者往往借助HFSS软件，进行腔体内电场的优化和馈入口反射的优化。这种先仿真后加工实验的方式，大大减少了研究的成本。

设计微波加热器，首先作为微波加热的载体---微波谐振腔体的设计就成为微波能转化为热能的关键。微波谐振腔的形状对其内电磁场的分布有很大的影响：不合适的形状的谐振腔不但加热效果不好，甚至在腔体内根本就不能产生谐振。目前，常见的微波加热腔体主要有矩形谐振腔、圆柱形谐振腔和球形谐振腔。相对于矩形与球形谐振腔，圆柱形谐振器具有制作成本低、耐压能力强、几何尺寸较大且易控制、有很高的Q值、制作工艺成熟等优点。是当下发展最成熟、应用最广泛的一种微波加热器。然而由于其腔体结构的制约，腔体内存在的模式数较少、场分布不均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种利用泰勒函数综合法设计的波导缝隙阵列加热器，目的是针对背景技术中存在的缺陷，利用泰勒综合法研究设计的波导缝隙阵列微波加热器。该装置在充分发挥圆柱形谐振腔的各种优势的基础上，使得腔体内电场分布更均匀，在工作频率2.45GHz附近模式谱线分布更集中，微波加热的速度更快、效率更高、成本更低，改善了电场不均匀的问题。

本发明技术方案是：一种利用泰勒函数综合法设计的波导缝隙阵列加热器，包括圆柱形谐振腔主体1、设于圆柱形谐振腔主体1侧面并与圆柱形谐振腔主体1封闭式紧密连接的曲面波导3、设于曲面波导3一端面的磁控管馈口2、设于曲面波导3与圆柱形谐振腔主体1公共面的波导缝隙阵列4；曲面波导3与圆柱形谐振腔主体1是完全贴合封闭式紧固连接在一起。