K23L平板微波爐天線研究

2015-02-13 王翔電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院

　　平板微波爐的能效和煮食性能的提升對(duì)改善微波爐的總體品質(zhì)具有極其重要的作用。本文采用電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS模擬了K23L平板微波爐的電磁特性，提出一種新型天線結(jié)構(gòu)，運(yùn)用HFSS仿真對(duì)比天線與攪拌片的電磁特性，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證新型天線提升了K23L平板微波爐的輸出效率和煮食性能。研究表明新型天線的煮食性能提升25%，同時(shí)輸出效率提高4%左右。

　　傳統(tǒng)平板微波爐通過爐腔底部耦合口將波導(dǎo)中的微波能量耦合到腔體中，并引入模式攪拌器，通過模式攪拌器的均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷改變平板微波爐的微擾狀態(tài)，周期性影響微波在諧振腔內(nèi)的分布，從而實(shí)現(xiàn)微波在諧振腔內(nèi)的均勻分布，提升微波爐的品質(zhì)。

　　相較于傳統(tǒng)模式攪拌器中微波的靜態(tài)特性，天線作為隱藏的微波發(fā)射系統(tǒng)，其微波是動(dòng)態(tài)的，微波天線具有三大優(yōu)勢(shì)：①天線具有更高的加熱效率;②采用天線式平板微波爐的磁控管具有較低的陽極溫度;③天線有助于平板微波爐開發(fā)新的功能。

1、天線理論和結(jié)構(gòu)研究

　　有別于通信等方面的天線，平板微波爐的新型天線是廣義上的天線，其工作頻率為微波波段2.448～2.468GHz，主要通過其近場(chǎng)特性向微波爐傳遞能量，實(shí)現(xiàn)爐腔內(nèi)食物的加熱。

　　基于探針耦合理論，由波導(dǎo)管激勵(lì)起微波天線，通過天線的近場(chǎng)輻射把微波能量饋入到諧振腔中。微波天線由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)均勻旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了微波在諧振腔中的均勻分布，因此微波天線具有更高加熱效率。

　　微波天線由兩部分組成：金屬導(dǎo)向片和內(nèi)導(dǎo)體。金屬導(dǎo)向片實(shí)現(xiàn)微波能量的輻射，其形狀結(jié)構(gòu)直接影響微波輻射的方向。內(nèi)導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)微波能量的耦合，同時(shí)下連驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　1.1、金屬導(dǎo)向片

　　金屬導(dǎo)向片結(jié)構(gòu)類似于模式攪拌器的金屬片，但是與模式攪拌器不同的是，天線的金屬導(dǎo)向片向外輻射能量，金屬導(dǎo)向片的形狀、結(jié)構(gòu)決定了微波天線輻射的方向。

　　1.2、內(nèi)導(dǎo)體

　　平板微波爐的內(nèi)導(dǎo)體通常由中空的圓柱形金屬探針組成，耦合出波導(dǎo)管的能量，實(shí)現(xiàn)天線的激勵(lì)。根據(jù)探針耦合理論，為使矩形波導(dǎo)中的主模TE10模耦合最緊，內(nèi)導(dǎo)體通過腔體底面中央伸入波導(dǎo)。為實(shí)現(xiàn)最大激勵(lì)，使內(nèi)導(dǎo)體處于矩形波導(dǎo)駐波場(chǎng)的最大值，選取矩形波導(dǎo)的短路面波段長度l(約為1/4波導(dǎo)波長)以及內(nèi)導(dǎo)體深入長度d，如圖1所示。

內(nèi)導(dǎo)體和矩形波導(dǎo)