CN107087323A - 微波加热导热棒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热传导技术领域，特别是一种微波加热导热棒。其特征是：至少包括微波接收天线、微波发射发射天线，微波接收天线与微波发射天线由馈线相连，所述微波接收天线接收空间微波能量后由馈线传送至所述微波发射天线，由所述微波发射天线将微波能量发射至被加热物内部。有益效果是：采用微波天线将部分微波传送至被加热物内部，从而实现被加热物的内部与表面的温度均匀。

Description

微波加热导热棒

技术领域

本发明涉及热传导技术领域，特别是一种微波加热导热棒。

背景技术

微波加热技术是利用电磁波把能量传播到被加热物料内部，物料中极性分子与微波电磁场相互作用而发生震动，众多极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能。

微波加热属于介质加热范畴，有一部份介质虽然是非极性分子组成，但也能在不同程度上吸收微波，其原理可解释为这种物质分子在微波场下发生弹性变形而生热。另一类介质，它们基本上不吸收或很少吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜塑料和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波，这类材料可作为加热用的容器或支撑物，或叫微波密封材料。

微波加热设备常用的两种微波工作频率915MHz和2450MHz，家用微波炉工作频率为2450MHz，工业用一般为915MHz，在微波加热中，介质发热程度与微波频率、电磁场强度、介质自身的介电常数和介质损耗正切值等参数有关，在微波加热过程中，还存在一个穿透能力和加热深度问题。电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离以指数规律衰减，915MH比2450MH的微波穿透深度大。在家用微波炉加热大块食物（如整鸡）时，往往食物表面已经烧焦，而食物内部还处于低温状态，这就是因为2450MH的微波穿透食物的深度浅，微波在食物的表面被食物快速吸收而能量成指数规律衰减，微波到达食物内部时能量已经很低。

发明内容

本发明的思路是采用微波天线将部分微波传送至被加热物内部，从而实现被加热物的内部与表面的温度均匀。

本发明的技术方案是：

一种微波加热导热棒，其特征是：至少包括微波接收天线、微波发射发射天线，微波接收天线与微波发射天线由馈线相连，所述微波接收天线接收空间微波能量后由馈线传送至所述微波发射天线，由所述微波发射天线将微波能量发射至被加热物内部。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线是振子天线、或螺旋天线、或印刷线路板天线。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波发射天线是振子天线、或螺旋天线、或印刷线路板天线。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线和微波发射天线均由印刷线路板导线制成，所述微波接收天线和微波发射天线由一根印刷导线连接，所述的一根印刷导线的对称两侧设置有两个印刷铜箔，所述印刷铜箔做为微波传输地线使用，同时起微波反射板作用。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：微波发射天线为法向模螺旋天线，其参数D/λ<0.18，D为螺旋直径，λ为微波波长。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：微波发射天线为法向模线路板天线，其参数D1/λ<0.18，D1为线路板天线宽度，λ为微波波长。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：微波接收天线为螺旋天线，其参数D/λ＞0.5，D为螺旋直径，λ为微波波长。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：微波接收天线为线路板天线，其参数D1/λ＞0.5，D1为线路板天线宽度，λ为微波波长。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线及微波发射发射天线的谐振频率和微波频率相同。

所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线或微波发射发射天线的几何长度尺寸为微波波长的八分之一、或四分之一、或二分之一、或一个波长。

本发明的有益效果是：采用微波天线将部分微波传送至被加热物内部，从而实现被加热物的内部与表面的温度均匀。

附图说明

图1为本发明原理结构图。

图2为本发明应用于微波炉的示意图。

图3为本发明采用环状闭合天线的实施方案。

图4为本发明采用开环天线的实施方案。

图5为本发明采用螺旋天线的实施方案。

图6为本发明采用印刷线路板天线的实施方案。

图7为螺旋天线辐射示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明原理结构图，微波加热导热棒105包括外壳105，在外壳105内设置微波组件，微波组件包括微波发射天线101，微波接收天线103，微波发射天线101,和微波接收天线103由馈线连接，当微波导热棒置于微波环境中，微波接收天线103获取空间微波能量，通过馈线102馈送至微波发射天线101进行发射。假设微波发射天线101所处的的小空间微波强度比较低，微波接收天线103所处的小空间微波强度比较高，这样微波接收天线103将微波能量通过馈线102传送至微波发射天线101处。

考虑到谐振要求，所述微波接收天线或微波发射发射天线的谐振频率和微波频率相同。在尺寸上，所述微波接收天线或微波发射发射天线的几何尺寸为微波波长的四分之一或二分之一。

外壳105采用不吸收或很少吸收微波的材料制成，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、塑料、玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波，由于微波天线组件和外壳在微波环境中本身不会发热，所以外壳及天线附着体可以采用低温材料制作，如无毒塑料。

所述微波接收天线和微波发射天线是按实际使用情况而定义的，本发明微波加热导热棒的两头是等效的，可以互换，如果考虑一头利于***被加热物可以将这一头制成尖刀状并定义为微波发射天线的一头，而另一头为了便于手握操作可以设置成手柄并定义为微波接收天线的一头。

图2为本发明应用于微波炉的示意图，图中201为微波炉加热腔，202为微波发生器，一般为磁控管，微波加热腔中放置被加热物203，传统加热时，由于微波对被加热物的穿透能力有限，导致被加热物外层被烧焦，而被加热物内部温度还是比较低，比如家庭常常用微波炉加热整鸡食物就会遇到这种情况，图中将本发明微波导热棒105***被加热物中，留在被加热物外面的一头做为微波接收天线，***被加热物内部的一头做为微波发射天线，这样，通过微波加热棒将微波炉加热腔空间的部分微波能量导入被加热物内部，实现被加热物的均匀加热。

图3为本发明采用环状闭合天线的实施方案，微波接收天线303通过馈线302将微波能量传输至微波发射天线301，微波天线的构造为环状闭合，馈线为两根平行导线。当然，所述微波接收天线、微波发射天线、馈线可以由印刷线路板导线制成。

图4为本发明采用开环天线的实施方案，微波接收天线403通过馈线402将微波能量传输至微波发射天线401，微波天线的构造为开环分叉，馈线为两根平行导线。当然，所述微波接收天线、微波发射天线、馈线可以由印刷线路板导线制成。

图5为本发明采用螺旋天线的实施方案，微波接收天线503通过馈线502将微波能量传输至微波发射天线501，微波天线的构造为螺旋导线，馈线为由微波传输地线包一根导线构成，该导线连接两个螺旋导线。

螺旋天线(helical antenna)是一种具有螺旋形状的天线,它由导电性能良好的金属螺旋线组成，同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地(微波传输地线)的金属网(或板)相连接，螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关，当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴，当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。参照图7，当D/λ=0.25~0.46(b、即一圈螺旋周长约为一个波长)时，天线沿轴线方向有最大辐射，并在轴线方向产生圆极化波，当 D/λ进一步增大时，最大辐射方向偏离轴线方向；法向模螺旋天线(D/λ<0.18，参照图7中a)实质上是细线天线，具有8字形方向图，并且频带很窄；边射式螺旋天线是一种法向模螺旋天线，在螺旋的中心轴线上放置一根金属导体，当螺旋一圈的周长l=Mλ(M=2，3，…整数)时，在螺旋的法向产生最大辐射；等角螺旋天线是一种法向模螺旋天线，天线的两臂在一个平面上或锥面上按特定的曲率变化绕旋展开，该天线的外形只由角度决定，不包含线性长度，因而天线的特性不受频率变化的影响，有极宽的频带，平面等角螺旋天线的最大辐射方向是在平面两边的法向方向，并辐射圆极化波。

做为微波加热设备（包括工业用915MHz设备和家用2450MHz微波炉）的微波发生器一般采用磁控管，磁控管是正交场微波振荡器，为了获得大的功率容量，其谐振***的Q值很高，微波带宽很窄，所以图7中a的法向模螺旋天线(D/λ<0.18，参照图7中a)具有8字形方向图（正好适合微波在被加热物中均匀辐射，从而获得均匀加热的技术效果），并且频带很窄，是本发明微波发射天线模式的一种优化。对于微波接收天线，参照图7中c，D/λ＞0.5更有利于吸收空间电磁波，所以D/λ＞0.5的模式是微波接收天线的一种优化。

图6为本发明采用印刷线路板天线的实施方案，微波组件设置在印刷线路板604上，601为微波发射天线，通过印刷导线连接于微波接收天线603，微波发射天线601和微波接收天线603均为印刷线路板印刷导线，602为印刷铜箔，位于微波发射天线601和微波接收天线603之间连接导线（即印刷导线）的对称两侧，602做为微波传输地线使用，可以起到微波反射板的作用。采用印刷线路板天线的优势是天线尺寸容易精确制造，这样天线参数可以非常精确，成本低，容易大批量生产。D1为线路板天线宽度。其特征是：所述微波接收天线603和微波发射天线601均由印刷线路板导线制成，所述微波接收天线603和微波发射天线601由一根印刷导线连接，所述的一根印刷导线的对称两侧设置有两个印刷铜箔602，所述印刷铜箔做为微波传输地线使用，同时起微波反射板作用。

图6采用印刷线路板天线的实施方案实质上是一种变形螺旋天线，同理，做为微波加热设备（包括工业用915MHz设备和家用2450MHz微波炉）的微波发生器一般采用磁控管，磁控管是正交场微波振荡器，为了获得大的功率容量，其谐振***的Q值很高，微波带宽很窄，所以法向模螺旋天线(D1/λ<0.18，具有8字形方向图，并且频带很窄，是本发明微波发射天线模式的一种优化。对于微波接收天线，D1/λ＞0.5更有利于吸收空间电磁波，所以D1/λ＞0.5的模式是微波接收天线的一种优化。

图7为螺旋天线辐射示意图，D为螺旋直径，λ为微波波长，L为天线的几何长度尺寸。

上述微波发射天线和微波接收天线在结构上没有区别，在实际使用时可以按其实现的功能进行区分，其功能也是可以互换的。

微波接收天线可以根据需要选择上述任一种形式并设置参数，微波发射天线也可以选择上述任一种形式并设置参数。

微波加热设备常用的两种微波工作频率915MHz和2450MHz，家用微波炉工作频率为2450MHz，工业用一般为915MHz，本发明适合不同频率的应用。

上述应用模式及规则均不限定本发明的方法及***的基本特征，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波加热导热棒，其特征是：至少包括微波接收天线、微波发射发射天线，微波接收天线与微波发射天线由馈线相连，所述微波接收天线接收空间微波能量后由馈线传送至所述微波发射天线，由所述微波发射天线将微波能量发射至被加热物内部。

2.根据权利要求1所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线是振子天线、或螺旋天线、或印刷线路板天线。

3.根据权利要求1所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波发射天线是振子天线、或螺旋天线、或印刷线路板天线。

4.根据权利要求1所述一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线和微波发射天线均由印刷线路板导线制成，所述微波接收天线和微波发射天线由一根印刷导线连接，所述的一根印刷导线的对称两侧设置有两个印刷铜箔，所述印刷铜箔做为微波传输地线使用，同时起微波反射板作用。

5.根据权利要求1或2或3或4所述任一种微波加热导热棒，其特征是：微波发射天线为法向模螺旋天线，其参数D/λ<0.18，D为螺旋直径，λ为微波波长。

6.根据权利要求1或2或3或4所述任一种微波加热导热棒，其特征是：微波发射天线为法向模线路板天线，其参数D1/λ<0.18，D1为线路板天线宽度，λ为微波波长。

7.根据权利要求1或2或3或4所述任一种微波加热导热棒，其特征是：微波接收天线为螺旋天线，其参数D/λ＞0.5，D为螺旋直径，λ为微波波长。

8.根据权利要求1或2或3或4所述任一种微波加热导热棒，其特征是：微波接收天线为线路板天线，其参数D1/λ＞0.5，D1为线路板天线宽度，λ为微波波长。

9.根据权利要求1或2或3或4所述任一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线及微波发射发射天线的谐振频率和微波频率相同。

10.根据权利要求1或2或3或4所述任一种微波加热导热棒，其特征是：所述微波接收天线或微波发射发射天线的几何长度尺寸为微波波长的八分之一、或四分之一、或二分之一、或一个波长。