K23L平板微波炉天线研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学物理电子学院 作者:王翔

  平板微波炉的能效和煮食性能的提升对改善微波炉的总体品质具有极其重要的作用。本文采用电磁场仿真软件HFSS模拟了K23L平板微波炉的电磁特性,提出一种新型天线结构,运用HFSS仿真对比天线与搅拌片的电磁特性,通过实验验证新型天线提升了K23L平板微波炉的输出效率和煮食性能。研究表明新型天线的煮食性能提升25%,同时输出效率提高4%左右。

  传统平板微波炉通过炉腔底部耦合口将波导中的微波能量耦合到腔体中,并引入模式搅拌器,通过模式搅拌器的均匀转动,不断改变平板微波炉的微扰状态,周期性影响微波在谐振腔内的分布,从而实现微波在谐振腔内的均匀分布,提升微波炉的品质。

  相较于传统模式搅拌器中微波的静态特性,天线作为隐藏的微波发射系统,其微波是动态的,微波天线具有三大优势:①天线具有更高的加热效率;②采用天线式平板微波炉的磁控管具有较低的阳极温度;③天线有助于平板微波炉开发新的功能。

1、天线理论和结构研究

  有别于通信等方面的天线,平板微波炉的新型天线是广义上的天线,其工作频率为微波波段2.448~2.468GHz,主要通过其近场特性向微波炉传递能量,实现炉腔内食物的加热。

  基于探针耦合理论,由波导管激励起微波天线,通过天线的近场辐射把微波能量馈入到谐振腔中。微波天线由驱动电机带动均匀旋转,从而实现了微波在谐振腔中的均匀分布,因此微波天线具有更高加热效率。

  微波天线由两部分组成:金属导向片和内导体。金属导向片实现微波能量的辐射,其形状结构直接影响微波辐射的方向。内导体实现微波能量的耦合,同时下连驱动电机,实现天线的转动。

  1.1、金属导向片

  金属导向片结构类似于模式搅拌器的金属片,但是与模式搅拌器不同的是,天线的金属导向片向外辐射能量,金属导向片的形状、结构决定了微波天线辐射的方向。

  1.2、内导体

  平板微波炉的内导体通常由中空的圆柱形金属探针组成,耦合出波导管的能量,实现天线的激励。根据探针耦合理论,为使矩形波导中的主模TE10模耦合最紧,内导体通过腔体底面中央伸入波导。为实现最大激励,使内导体处于矩形波导驻波场的最大值,选取矩形波导的短路面波段长度l(约为1/4波导波长)以及内导体深入长度d,如图1所示。

内导体和矩形波导

图1 内导体和矩形波导

4、结论

  根据微波天线理论和微波炉的实际生产经验,通过仿真和手板测试研究得出的新型天线不仅提升微波炉的输出效率5.2%左右,而且微波炉的煮食性能得到极大提升———25%左右,可以看出,新型天线能够全面提升K23L微波炉的品质。

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