Свч-нагревательное устройство

 

Использование: в СВЧ-технике, в частности, в СВЧ-нагревательных устройствах. Сущность изобретения: равномерный нагрев образцов с большой площадью поверхности при эффективном использовании СВЧ-энергии достигается тем, что в СВЧ нагревательном устройстве, содержащем источник СВЧ колебаний, открытую желобковую линзу, центральную перегородку, металлические вкладыши, расположенные по разные стороны от центральной перегородки на расстоянии 0.9 λ_o(λ_o - длина волны СВЧ источника) друг от друга с переменной высотой, при этом желобковая линия оканчивается поперечной металлической перегородкой на расстоянии λ_ж/4(λ_ж - длина волны в желобковой линии) от конца последнего металлического вкладыша и рупора, образованного продолжением боковых стенок желобковой линии с отношением ширины раскрыва к длине рупора не более 1, причем раскрыв рупора располагается на расстоянии порядка длины волны от обрабатываемого изделия. 1 ил.

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности, к СВЧ нагревательным устройствам.

Известны нагревательные устройства 1, содержащие два генератора и устройство ввода энергии в виде четырех аппликаторов, возбуждаемых волноводно-щелевыми делителями мощности. Аппликаторы через диэлектрические пластины излучают энергию в камеру нагрева.

Недостатком этих устройств является то, что площадь нагреваемых образцов в них не может превышать 2λ×3λ (где l длина волны источника колебаний). В противном случае нарушается равномерность нагрева.

Из известных технических решений наиболее близким по функциональному назначению и технической сущности является устройство СВЧ-нагрева, содержащее устройство ввода энергии в виде волновода с излучающей щелью, выполненной на широкой стенке волновода под углом к его оси [2] Недостатком прототипа является то, что волна, излученная щелью, будет падать на нагреваемое изделие не по нормали, а под углом q = arcsin (Kв/Ko), что соответствует величине порядка 40^o-45^o, где Кв постоянная распространения волны в волноводе со щелью. Это приведет к увеличению потерь энергии на отражение от изделия. Кроме того, прототип не обеспечивает равномерности нагрева в поперечном направлении.

Задачей данного изобретения является создание устройства, обеспечивающего равномерный нагрев образцов с большой площадью поверхности при эффективном использовании СВЧ-энергии.

Это достигается тем, что в СВЧ нагревательном устройстве, содержащем источник СВЧ-колебаний, устройство ввода энергии и камеру нагрева, в качестве устройства ввода энергии использована антенна вытекающей волны, содержащая открытую желобковую линию, внутри которой по разные стороны от центральной перегородки расположены металлические вкладыши на расстоянии 0,9 λ_o (λ_o длина волны СВЧ-источника) друг от друга с переменной высотой, при этом желобковая линия оканчивается поперечной металлической перегородкой на расстоянии λ_ж/4 (λ_ж длина волны в желобковой линии) от конца последнего вкладыша и рупора, образованного продолжением боковых стенок желобковой линии с отношением ширины раскрыва к длине рупора, не более 1, причем раскрыв рупора располагается на расстоянии порядка длины волны от обрабатываемого изделия.

Высокая степень равномерности нагрева в камере, а также эффективное использование СВЧ-энергии достигается за счет того, что для ввода энергии в камеру нагрева применена антенна вытекающей волны на основе открытой желобковой линии, выбором высоты h металлических вкладышей, помещаемых между центральной перегородкой и боковой стенкой желобковой линии, что создает равномерное распределение поля вдоль всей длины линии при полном излучении СВЧ-энергии.

Равномерность поля в поперечном направлении обеспечивается использованием рупора. Область равномерного нагрева соответствует размеру раскрыва рупора.

На фиг. 1 приведен общий вид СВЧ-нагревательного устройства.

Устройство содержит источник 1 СВЧ-колебаний, открытую желобковую линию 2, центральную перегородку 3, металлические вкладыши 4, расположенные по разные стороны от центральной перегородки 3 на расстояние порядка 0,9 λ_o друг от друга.

На расстоянии λ_ж/4 от края последнего металлического вкладыша 4 в линии устанавливается поперечная металлическая перегородка 5. Продолжением боковых стенок открытой желобковой линии 2 образован рупор 6, который осуществляет ввод СВЧ-энергии в нагревательную камеру 7. Отношение ширины раскрыва "а" к длине рупора "в" не более 1. Открытая желобковая линия 2 совместно с рупором 6 образуют антенну вытекающей волны.

Устройство работает следующим образом.

От источника 1 СВЧ-колебаний сигнал поступает в открытую желобковую 2, а затем в рупор 6 и камеру нагрева 7. Если расстояние между металлическими вкладышами 4 будет равно 0,5 λ_ж, СВЧ энергия из антенны будет излучаться по нормали к ее раскрыву. Однако при излучении по нормали возникает эффект "нормали", т. е. резко увеличивается Кст.

Чтобы этого не случилось, угол излучения СВЧ-энергии должен составлять 5^o-7^o относительно нормали. Такое значение угла не приводит к увеличению отражения энергии от обрабатываемой поверхности. Поэтому расстояние между вкладышами 4 должно быть несколько больше или меньше 0,5 λ_ж(λ_ж≈ 1,43 λ_o). Расстояние порядка 0,9 λ_o(λ_o длина волны источника СВЧ-колебаний) отвечает указанным требованиям.

Доля энергии, дошедшая до конца желобковой линии 2 и отраженная от металлической перегородки 5, дополнительно излучается в камеру нагрева 7 в фазе с прямой волной.

Если между последним металлическим вкладышем 4 и металлической перегородкой 5 расположить поглощающую нагрузку, то прошедшая по линии 2 СВЧ-энергия поглотится нагрузкой и не поступит в камеру нагрева 7.

Таким образом, использование СВЧ нагревательного устройства позволит обеспечить равномерный нагрев изделия с большой площадью поверхности при эффективном использовании СВЧ-энергии.

Формула изобретения

СВЧ-нагревательное устройство, содержащее источник СВЧ-колебаний, связанный с излучателем, отличающееся тем, что излучатель выполнен в виде желобковой антенны вытекающей волны, внутри которой периодически по разные стороны от центральной перегородки расположены металлические вкладыши с переменной высотой на расстоянии 0,9λ_o друг от друга, где λ_o длина волны источника СВЧ-колебаний, при этом желобковая линия оканчивается поперечной перегородкой на расстояние λ_ж/4 от конца последнего металлического вкладыша, где λ_ж длина волны желобковой линии, продолжения боковых сторон желобковой линии образуют рупор, отношение ширины к длине раскрыва рупора выбирается не более 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1