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1、利用 裂缝天线馈能的微 波 加热器电子部六所黄庆 发提共本文介绍一种利用裘缝天线情能 的新型徽波加 热琴。用这种加 热幕对物抖进行加 热于澡和消毒杀菌,其加热均匀性、匹配性、转换效卒以及通用性等均达到 国内先进水平。一、引官徽波加热技术具有独特的优点,在工业、农业和生活领城中正被广泛应用。箱式微波加热器,特别是隧道式微波加热器,由于进出料口大,能连续加工,是工艺上普迫采用的一种结构形式。但这种微波加热器,由于加热均匀性和匹配性尚不够理想,应用受到限制。本文介绍一种利用裂缝天线馈能的新型微波加热器,较好地解决了加热均匀性和匹配性问题。卜一一一一佣产一胜曰,自才吸且,口口七,上二、工作机理概述图裂
2、健夭线可分为谐振式和非谐振式两种。利用谐振式裂缝天线馈能的微波加热器,在正常负载下的驻波曲线如图所示。从曲线上可以看出,驻波比小于的频带为,而国产磁控管要求设备的驻波比小于的频带为一,显然不能满足国产磁控管的要求。采用谐匹方法,使短路板的反射降低到最低限度,从而克服了非谐振式裂缝天线对箱体内辐射效率低的缺陷。三、工程 设 计加热筋箱体尺寸设计关于加热器箱体尺寸,首先应根据待加工物料尺寸、箱体功率密度进行大致选择,然后进行谐振模式计算。众所周知,箱体谐振频率公式可表示成二韶砰不不弃自哥,弓式中,、为躺体的长、宽、高,。为光速、。、为正整数,组合时,其中两个数不得同时为零。以试验样机为例,其频率为
3、毛。将值代入式得卜脸 ,且图利用非谐振式裂缝天线馈能的微波加热器的驻波曲线如图所示。从曲线上 可 以看出,在频带内,驻波比远低于,满足国产磁控管的要求。但实验证明,这种天线馈能的微波加 热器向箱体内辐射的效率较低,不能满足微波加热器的实际需要。于是,我们设计了一种即不同于谐振式又不同于非谐振式的完全新型的裂缝天线馈能器,改善了微波加热器的加热均匀性和匹配性,满足了加热器的需要。这种裂缝天线馈能器,充分利用了非谐振式裂缝夭线在宽频带上与债电波导良好匹配的优点并且利 甫谐振式裂缝天线上使用的终端短路板代替非谐振式裂缝夭线的终端吸收 负载这乌可通过调谐装置,巡男业兰、了晋韵瓷对千、选取不同的组合尺寸
4、,可求出满足式的、的组合数、为正整数,根据计算结果和频谱分析,最后确定,二、二。、,二为箱体尺寸。因为算出此组尺寸的谐振模式数较相邻尺寸多,分布均匀,简并模式少,而且集中在中心频带处。这样,在微波源发生频率漂移一一时,仍能保证良好匹配。考虑到加热谐振腔的负载效应,住在士二范围内连续可调。位能贵波导的设计 在士频带内,可选用的炬形标准波导有一和一波导,根据箱体尺寸,选择一一矩形波导为馈能器波导,它的内壁尺 寸为,二,壁 厚占二。当工作颇率为一土时,一波导的波导波长几。由于裂缝开在宽边,并向箱体内辐射能量,因此,使馈能器波导宽边和箱体顶壁共用一块金属板。其弯头是面弯头,如图所示。面弯头尺寸设计原则
5、是使弯头部分与直波导部分匹配,尽可能减少由它引起的反射。同时,弯头部分裂缝尺寸的设计,应使它产生的电气效果等效于直波导部分。设面圆弧弯头中心线半径为。,圆弧弯头波导波长为人。,有如下关系式,二,万占二、毛。一二,吕一艺二匕 、其中为面圆弧弯头外半径为隔板距离彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝彝 ,二, , ,二匀二勺二匀 二匀匀匀 一一一一“ 。一己兹兹兹户户甲区习。,“二口口二口,二二二”、 一二二二二二二到到罗罗尸尸尸护,叫尸甲,喊,户,尸,户,尸,户, , , 旧旧旧庄二兰二乡止乡二二二 匕匕匕匕二二 二二二匀匀匀、, ,巴,气
6、,尸叹气,吮,吸,气,叹,吧,吮嘴兮口 电,贬宝,二,巴里生亡亡亡。,几。尸。几山一入一,一、”艺赤与旨,一号黔粉兴黔臀一一公一几由式得,几。南气万二尸一 艺兀、由于人。与几。的数值相差较小,。的范围为主二“。音由此选取,得。几。兀几。、一二将。二气兰二,几几为频率,兀“一、 矛“,。“一璐一的 自由空间波长代入中,得图裂缝天线主要尺寸设计考虑作为微波加热器馈能器的裂缝天线,工作条件林常复杂,与馈电波导的匹配除受裂缝谐振情况、裂脸排列、终端短路板位置的影响外,还受加热箱体的谐振情况,被加热物料的种类、数量、放置位置的影响,设计计算非常复杂和困难。因此,我们只能采用近似计算的方法。对那些被忽略的
7、次要因素,在冷测调试时依靠调匹工具来处理。我们假定馈能器波导仅传送。模式的微波,裂缝之间的相互影响,及终端短路板的反射影响忽略不计,所有裂缝均工作在谐振状态、均由行波激励且辐射相等的能盘。确定裂缝总数根据所选取的馈能器波导的波导波长几。和。模式的内壁电流分布,由裂缝间隔和箱体尺寸确定裂缝总数具体计算不再赞述。确定每个裂缝中心线和馈能器波导中心线间的距离如图所示纵向裂缝的归一化电导 ,与、的关系式为击 件兴卜,几。兀几、。兀、艺日布了一一一下一气产一几, 几几挂爵号示琴劣“人一分责蜡一斌净、。二赤。 。橇了故可求出几。二几士。旦绝。 了当。粤时,随着的增加 而增加。裂缝辐射能量的大小与馈电器波导
8、里的能量大小相关,也与的大小相关。随着微波能向终端传输,裂缝不断向箱体辐射能量,馈能器波导里的能量逐渐 减 少,如果不变,则裂缝辐射的能 量也逐渐减少。为了使每个 裂缝辐射相等的能量,要逐渐增加,也要逐渐增加。根据功率与的关系,计算出每个裂缝的产,然后再由式算出每个裂缝的值。一般选取 ,一线一一二一人时,通带宽度为二完全符合国产磁控管频带要 求,我们选取。为保险起见,以试验样机为例,对裂缝的耐击穿强度进行验算。在选取裂缝宽度时,在裂缝中心的最大电场强度要保证小于击穿电场强度的倍至倍,即一一爷份一守图确定相邻裂缝之间的距离非谐振式裂缝夭线馈能器与馈电波导的匹配程度通常是由天线输入端的反射系数来说
9、明,在终端匹配时,天线的反射系数为式中,为在波腹的电压幅值为击穿电场强度 在空气中,标准大气压下。为在裂缝中心的最大电场强度假设振幅沿裂缝天线均匀分布,辐射功率在裂缝之间平均分配,则有如下关系式,丫一艺舍。一而”“,几 一一一山一一下矿一下一一一一一一 十月言“式中,。为第个裂缝的全等效标准电导为相邻裂缝间的距离为裂缝总数二刀为相位常数对试验样机来说,言“一,为裂缝的辐射电导代入和式,得二。二一一。八。 。,、, 而。,所以。止警上述计算表明,试验设备在输入功率、裂缝数二的情况下,二,不会引起击穿。确定裂缝谐振长度裂缝的长度要选取它的谐振长度。对于非谐振裂缝天线馈能器来说,由于是变化的,与和的
10、关系很复杂,计算繁杂,因篇幅所限,不再赞述。面弯头部分圆弧裂缝尺寸的确定确定原则是弯头部分圆弧裂缝的宽度与直波导部分的裂缝宽度相等,圆弧裂缝之间的间隔和弧长所具有的电角度与直波导部分的裂缝间隔和长度所具有的电角度相等。试验样机结构如图所示。本试验样机为利用裂缝天线馈能的隧道式微波加热器,电源工作 颇 率为士。试验样机的部分测试和试脸结果在出的频带内,电压驻波曲线如图所示。将试验物料锯木屑装入布袋内,由传送带输进加热箱体内,进行加热杀菌和脱水千燥试验。其实脸结果分别列于表、中,其中表为在出料口测出的装木屑布袋内的横向温差,表是木屑的脱水效率,表是微波对木屑的杀菌效果。测试结果表明平均温差为。最大
11、温差士。一心一几假设所有裂缝的导纳都相同,则式取如下形式下 一,箭,。 。亡弊、几,二,二、,兀,二吸十夕玉 、气, 乙、九止,里二、 、几当二几。兀士时,从公式得到,线馈能器与馈电波导匹配。间距反射系数为零,则裂缝天因此用式来确定裂缝生几一一从一一般选取一拐写几。确定裂缝宽度设计裂缝宽度要考虑下列因素在输人功率达到最大值时,在最恶劣的环境下,保证裂缝不会出现击穿现象。保证足够的通过频带。据此,当选取一几时,通过频带可达微波电源频率的。以试验样机为例,微波电源的颇率为土,频带宽度为,当选取一一吕谈电波导护演被器波导表, ,甲甲甲门门门门门门门, , , , , ,木屑布袋上木屑布袋中木屑布袋下
12、平均杀菌率乡尸代,比亏丁,抑制特抑制鹅心。图沪。盆一。肠乙习,一骊差为,匹配性能好,驻波比小,且受负载的影响小,杀菌效果可达以上,在满足杀菌要求的条件下,脱水率可达一,进出料口大,适用范围广,漏能小于拼,保证安全使用。上述设计方法可以应用到家用微波炉和其它频段的微波加热设备的设计中,能够得到同样良好的 效果。参考文献从略图表号度温温差差差上接第页认和采用。我们用,四个 参数来描述眼球的平稳跟踪运动是否恰当还有待于今后进一步的临床验证。目前己作了十例正常人的眼跟踪运 动分析,其计算机打印结果的统计分析如表所示。该系统已在医院投入临床试用,由于时间和 条件所限,系统和算法还有一些不足之处,有待今后
13、 进一步改进。啦。下卿表木屑,号。初初始重处处理后重重。,。, , 净净去水数数。去去水百分分。率率由表可见木屑最大去水量达,当磁控管阳极电压,阳极电流,效率,二,室沮时,去水率达一。由表可见对木周的杀菌效果达以上。从以上试验样机的测试结果看,利用裂缝天线馈能的微波加热器有如下优点加热均匀性好,平均温参考文献唐庆玉等,眼震电图的计算机数据采集,回放,及处理系统,医疗器械,年第三期。姜杭毅等,眼震电图的单板机分析处理系统。会议资 料年。许光义等,眩晕。福建科学技术 出版社。年 刘克球等,眼晨信号的计算机采样方法。北 京生 物医 学工程,卫年第三期。一丫,。,。,一,。卜,一一。,爪,一丫,丫龟印,一。一一
