平板微波炉均匀性提升研究
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０ １ ３－０ １ ２ ▎ 〇
［ １］
本文采用旋转天线法 ， 提出新型曲面天线结构 ， 可提升加热均匀性 。 研究表明曲面天线加热均匀性 相比平面天线提升 １ 并且消除了平板微波炉 ０ ． ３％ ， 。 中的 “ 微波盲区 ”
１ 加热均匀性研究
加热 均 匀 性 是 微 波 炉 的 一 个 重 要 指 标 ， 直接影 响到微波炉的烹饪和加热效果 。 加热均匀性反映微 波炉炉腔内各点加 热 均 匀 程 度 ， 以及炉腔内食物均 匀受热程度 。 １ ． １ 提高加热均匀性原理 平板 微 波 炉 提 高 加 热 均 匀 性 原 理 ： 通过模式天
７］ 。 导体具有耦合功能 ［
平面天线和曲面天线仿真 由表 １ 和表 ２ 可 知 ， 得到陶瓷板场强和红外热成像仪实测温度图形较相 似， 场强相 对 大 小 位 置 和 温 度 相 对 高 低 大 体 一 致 。 平面天线和曲面天线 仿 真 得 到 Ｓ １ １参 数 图 与 网 络 分 析仪实测 图 较 接 近 。 因 此 平 面 天 线 和 曲 面 天 线 在 Ｌ ２ ５ Ｌ 微波炉中建模准确 。 ２ ． ２ Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉天线空载仿真研究 仿真设计 Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉平面天 线 与 曲 面 天 线空载性能时 ， 由于仿真微波炉时天线不能转动 ， 因 此固定平面天线和曲面天线相同角度 。 由图 ３ 可知 ， 空载时平面天线炉腔场强云分布 ， 腔体两侧边 缘 场 强 低 ， 中 间 场 强 高， 场强分布不均
摘要 ： 提出了一种平板微波炉新型曲面天线结构 ， 与平面天线结构相比 ， 其加热均匀性具有明显改善， 同时消除采用平面 天线的平板微波炉产生的微波盲区 。 该曲面天线由 曲 面 金 属 片 和 内 导 体 构 成 。 根 据 微 波 天 线 理 论 ， 首先设计平面天线和曲 然后运用电磁仿真软件 ＨＦ 通 过 仿 真 空 载 和 负 载 条 件 下， 对比验证曲面天线能够提升均匀性 面天线初始尺寸 ， Ｓ Ｓ 实体建 模 ， 和消除微波盲区 ， 最后再通过天线手板测试验证 。 研究表明 新 型 曲 面 天 线 相 对 平 面 天 线 ， 加热均匀性提升１ 且消除微 ０ ． ３％ ， 波盲区 。 ；加热均匀性 ；微波盲区 关键词 ： 曲面天线 ；平面天线 ；ＨＦ Ｓ Ｓ
图 ２ 平面天线和曲面天线在 Ｌ ２ ５ Ｌ 平板 微波炉中的建模 表 １ 平面天线仿真图和实测图对照
图 １ 平面天线和曲面天线加热食物能量模拟对比
由图 １ 可 知 ， 采用平面天线式微波炉加热食物 后， 腔体两侧边缘微波弱 ， 即平面天线会出现微波盲 。２ 图 １ 灰色区 域 ） 区（ ４号食物处于微波场强的区 － 域， 而 １ 号和 ５ 号 处 于 微 波 盲 区 。 采 用 曲 面 天 线 式 微波炉加热食 物 后 ， 腔 体 中 微 波 整 体 均 匀 扩 散， １ ５ －
（ １． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ Ｐ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｄ ｕ６ １ ０ ０ ５ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ｆ ｙ ｙ ｆ ｇ ｙ ｆ ｇ ， ２． Ｇ Ｄ Ｍ ｉ ｄ ｅ ａ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ａ ｌ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ Ｍ ａ ｎ ｕ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｏ． Ｌ ｔ ｄ， Ｆ ｏ ｓ ｈ ａ ｎ５ ２ ８ ３ １ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｐ ｐ ｆ ｇ
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真空电子技术 ＶＡＣＵＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮ Ｉ ＣＳ
· 工艺与应用 ·
平板微波炉均匀性提升研究
张 小峰１ ，蒙 林１ ，唐 相 伟２ ，殷 勇１
（ ） 电子科技大学 物理电子学院 ， 四川 成都 ６ 广东 佛山 ５ １． １ ０ ０ ５ ４； ２．广东美的微波电器制造有限公司研究院 ， ２ ８ ３ １ １
＋ （ ） 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ８ ２ ７ ． ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２－８ ９ ３ ５ ２ ０ １ ３ ０ １－０ ０ ６ ２－０ ５
平板微波炉的加热均匀性非常重要 。 微波炉通 过磁控管将电能转 变 为 微 波 能 后 耦 合 到 炉 腔 ， 在炉 而微波能量分布不均 腔中建立一定分布 的 微 波 场 ， 匀会使加热均匀性差 ， 从而导致食物煮食差 、 加热效 率低 。 因此谋求炉腔内能量分布均匀是实现加热均 匀的根本路径 。 根据 微 波 炉 腔 体 尺 寸 ， 采用模式分析理论计算 炉腔中存在的模式数的多少来判定炉腔中场分布是 否均匀 ， 模式数越多 ， 场分布越均匀 构法 ， 多口辐射法 ， 旋转天线法等
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｎ Ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｔ Ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｆ ｌ ａ ｔ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ Ｏ ｖ ｅ ｎ ｓ ｙ ｇ ｙ ｐ
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６］ 。 号食物都处于微波场强的区域 ［
表 ２ 曲面天线仿真图和实测图对照
１ ． ３ 平板微波炉天线结构与原理 平面天线和曲面天线都采用模式搅拌原理和探 针耦合原 理 。 平 面 天 线 由 平 面 金 属 片 和 内 导 体 组 成 。 曲面天线由曲面金属片和内导体组成 。 平面金 属片和曲面金属片 都 具 有 搅 拌 功 能 和 发 射 功 能 ， 内
２ ０ １ ３－０ １
２ Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉天线仿真研究
２ ． １ 平面天线与曲面天线建模准确性研究 根据 微 波 天 线 理 论 ， 设计出平面天线和曲面天 线的初 始 尺 寸 ， 然 后 运 用 电 磁 仿 真 软 件 ＨＦ Ｓ Ｓ在 仿 真 优 化， 得出平面 Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉中 实 体 建 模 、
４］ 。转盘 微 波 炉 提 高 加 热 均 匀 性 原 理 ： 转盘上的食 物各部位不断交替 处 于 微 波 场 的 不 同 位 置 ， 食物吸 收的微波能量均匀 ， 从而改善了因腔中微波场分布
５］ 。 不均匀而造成的加热不均匀 ［
１ ． ２ 微波盲区 平板微波炉最重要的缺点就是加热均匀性不 高 。 转盘微波炉可以 做 到 ３ 加 热， 而平板式微波 ６ ０ ° 炉腔中两侧边缘区域会出现 炉主要进行上下加 热 ， 微波盲区 ， 即是微波场弱的区域 。 如图 １ 所示 。
。 解决微波炉
转盘结 炉腔中能量分布常 用 方 法 有 模 式 搅 拌 器 法 ，
［ ］ ２－３
。
ＶＡＣＵＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮ Ｉ ＣＳ 真空电子技术 线搅拌微波辐射的 角 度 ， 这样就对微波场进行了规 律性的扰动 ， 周期性改变了磁控管的负载状态 ， 从而 引起磁控管有较大 的 频 率 牵 引 ， 其工作频率在一个 利于炉腔 频域里随着天线的 转 动 而 周 期 性 的 变 化 ， 中激励起更多的模式 ， 而微波炉中激励的模式越多 ，
［ １］
本文采用旋转天线法 ， 提出新型曲面天线结构 ， 可提升加热均匀性 。 研究表明曲面天线加热均匀性 相比平面天线提升 １ 并且消除了平板微波炉 ０ ． ３％ ， 。 中的 “ 微波盲区 ”
１ 加热均匀性研究
加热 均 匀 性 是 微 波 炉 的 一 个 重 要 指 标 ， 直接影 响到微波炉的烹饪和加热效果 。 加热均匀性反映微 波炉炉腔内各点加 热 均 匀 程 度 ， 以及炉腔内食物均 匀受热程度 。 １ ． １ 提高加热均匀性原理 平板 微 波 炉 提 高 加 热 均 匀 性 原 理 ： 通过模式天
７］ 。 导体具有耦合功能 ［
平面天线和曲面天线仿真 由表 １ 和表 ２ 可 知 ， 得到陶瓷板场强和红外热成像仪实测温度图形较相 似， 场强相 对 大 小 位 置 和 温 度 相 对 高 低 大 体 一 致 。 平面天线和曲面天线 仿 真 得 到 Ｓ １ １参 数 图 与 网 络 分 析仪实测 图 较 接 近 。 因 此 平 面 天 线 和 曲 面 天 线 在 Ｌ ２ ５ Ｌ 微波炉中建模准确 。 ２ ． ２ Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉天线空载仿真研究 仿真设计 Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉平面天 线 与 曲 面 天 线空载性能时 ， 由于仿真微波炉时天线不能转动 ， 因 此固定平面天线和曲面天线相同角度 。 由图 ３ 可知 ， 空载时平面天线炉腔场强云分布 ， 腔体两侧边 缘 场 强 低 ， 中 间 场 强 高， 场强分布不均
摘要 ： 提出了一种平板微波炉新型曲面天线结构 ， 与平面天线结构相比 ， 其加热均匀性具有明显改善， 同时消除采用平面 天线的平板微波炉产生的微波盲区 。 该曲面天线由 曲 面 金 属 片 和 内 导 体 构 成 。 根 据 微 波 天 线 理 论 ， 首先设计平面天线和曲 然后运用电磁仿真软件 ＨＦ 通 过 仿 真 空 载 和 负 载 条 件 下， 对比验证曲面天线能够提升均匀性 面天线初始尺寸 ， Ｓ Ｓ 实体建 模 ， 和消除微波盲区 ， 最后再通过天线手板测试验证 。 研究表明 新 型 曲 面 天 线 相 对 平 面 天 线 ， 加热均匀性提升１ 且消除微 ０ ． ３％ ， 波盲区 。 ；加热均匀性 ；微波盲区 关键词 ： 曲面天线 ；平面天线 ；ＨＦ Ｓ Ｓ
图 ２ 平面天线和曲面天线在 Ｌ ２ ５ Ｌ 平板 微波炉中的建模 表 １ 平面天线仿真图和实测图对照
图 １ 平面天线和曲面天线加热食物能量模拟对比
由图 １ 可 知 ， 采用平面天线式微波炉加热食物 后， 腔体两侧边缘微波弱 ， 即平面天线会出现微波盲 。２ 图 １ 灰色区 域 ） 区（ ４号食物处于微波场强的区 － 域， 而 １ 号和 ５ 号 处 于 微 波 盲 区 。 采 用 曲 面 天 线 式 微波炉加热食 物 后 ， 腔 体 中 微 波 整 体 均 匀 扩 散， １ ５ －
（ １． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ Ｐ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｄ ｕ６ １ ０ ０ ５ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ｆ ｙ ｙ ｆ ｇ ｙ ｆ ｇ ， ２． Ｇ Ｄ Ｍ ｉ ｄ ｅ ａ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ａ ｌ ｉ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ Ｍ ａ ｎ ｕ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｏ． Ｌ ｔ ｄ， Ｆ ｏ ｓ ｈ ａ ｎ５ ２ ８ ３ １ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｐ ｐ ｆ ｇ
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真空电子技术 ＶＡＣＵＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮ Ｉ ＣＳ
· 工艺与应用 ·
平板微波炉均匀性提升研究
张 小峰１ ，蒙 林１ ，唐 相 伟２ ，殷 勇１
（ ） 电子科技大学 物理电子学院 ， 四川 成都 ６ 广东 佛山 ５ １． １ ０ ０ ５ ４； ２．广东美的微波电器制造有限公司研究院 ， ２ ８ ３ １ １
＋ （ ） 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ８ ２ ７ ． ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２－８ ９ ３ ５ ２ ０ １ ３ ０ １－０ ０ ６ ２－０ ５
平板微波炉的加热均匀性非常重要 。 微波炉通 过磁控管将电能转 变 为 微 波 能 后 耦 合 到 炉 腔 ， 在炉 而微波能量分布不均 腔中建立一定分布 的 微 波 场 ， 匀会使加热均匀性差 ， 从而导致食物煮食差 、 加热效 率低 。 因此谋求炉腔内能量分布均匀是实现加热均 匀的根本路径 。 根据 微 波 炉 腔 体 尺 寸 ， 采用模式分析理论计算 炉腔中存在的模式数的多少来判定炉腔中场分布是 否均匀 ， 模式数越多 ， 场分布越均匀 构法 ， 多口辐射法 ， 旋转天线法等
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｎ Ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｔ Ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｆ ｌ ａ ｔ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ Ｏ ｖ ｅ ｎ ｓ ｙ ｇ ｙ ｐ
１ １ ２ １ ， ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｘ ｉ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ＮＧ Ｌ ｉ ｎ ＴＡＮＧ Ｘ ｉ ａ ｎ ｅ ｉ Ｙ Ｉ Ｎ Ｙ ｏ ｎ － －ｗ ｇ ，ＭＥ ｇ ｇ
６］ 。 号食物都处于微波场强的区域 ［
表 ２ 曲面天线仿真图和实测图对照
１ ． ３ 平板微波炉天线结构与原理 平面天线和曲面天线都采用模式搅拌原理和探 针耦合原 理 。 平 面 天 线 由 平 面 金 属 片 和 内 导 体 组 成 。 曲面天线由曲面金属片和内导体组成 。 平面金 属片和曲面金属片 都 具 有 搅 拌 功 能 和 发 射 功 能 ， 内
２ ０ １ ３－０ １
２ Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉天线仿真研究
２ ． １ 平面天线与曲面天线建模准确性研究 根据 微 波 天 线 理 论 ， 设计出平面天线和曲面天 线的初 始 尺 寸 ， 然 后 运 用 电 磁 仿 真 软 件 ＨＦ Ｓ Ｓ在 仿 真 优 化， 得出平面 Ｌ ２ ５ Ｌ 平板微波炉中 实 体 建 模 、
４］ 。转盘 微 波 炉 提 高 加 热 均 匀 性 原 理 ： 转盘上的食 物各部位不断交替 处 于 微 波 场 的 不 同 位 置 ， 食物吸 收的微波能量均匀 ， 从而改善了因腔中微波场分布
５］ 。 不均匀而造成的加热不均匀 ［
１ ． ２ 微波盲区 平板微波炉最重要的缺点就是加热均匀性不 高 。 转盘微波炉可以 做 到 ３ 加 热， 而平板式微波 ６ ０ ° 炉腔中两侧边缘区域会出现 炉主要进行上下加 热 ， 微波盲区 ， 即是微波场弱的区域 。 如图 １ 所示 。
。 解决微波炉
转盘结 炉腔中能量分布常 用 方 法 有 模 式 搅 拌 器 法 ，
［ ］ ２－３
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ＶＡＣＵＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮ Ｉ ＣＳ 真空电子技术 线搅拌微波辐射的 角 度 ， 这样就对微波场进行了规 律性的扰动 ， 周期性改变了磁控管的负载状态 ， 从而 引起磁控管有较大 的 频 率 牵 引 ， 其工作频率在一个 利于炉腔 频域里随着天线的 转 动 而 周 期 性 的 变 化 ， 中激励起更多的模式 ， 而微波炉中激励的模式越多 ，