一种具有可控超材料腔壁的矩形微波反应腔结构

技术领域

本发明涉及一种可主动调节腔内微波场分布的新型微波反应腔结构，具体涉及一种具有可控超材料腔壁的矩形微波反应腔结构。

背景技术

微波加热是一种新型的基于分子震荡的加热技术，可将物料内外同时进行加热。与传统的加热方式相比，微波加热具有瞬时、可控、节能、高效、无污染等特点，被广泛应用于新材料制备、核工业、名贵药材干燥、化学反应催化、食品加热等。然而，微波加热的关键设备——微波反应腔，具有使得电磁场分布始终呈本征模式分布的秉性。这一秉性必然导致了微波反应腔内微波场分布的不均匀，进而导致了微波加热的不均匀、热点、甚至热失控。

为了提高微波加热的均匀性，现有技术为：经过特殊设计的反应腔结构，旋转或摇晃加热对象，利用搅拌器搅拌微波场，调节磁控管功率技术等。这些技术为微波加热的发展做出了贡献，但始终无法根据加热表征及需求主动精准调控微波反应腔中的微波场，实现均匀加热甚至靶向加热。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种具有可控超材料腔壁的矩形微波反应腔结构，通过联合调节可控超材料腔壁上的可控超材料单元的电磁参数，从而改变可控超材料腔壁对应的物理边界条件，进而改变电磁场的反射路径和边界条件，实现对反应腔体内微波场分布的主动精准调控，最终从微波能量分布的源头上调控加热的均匀性，甚至实现靶向加热，以解决现有微波加热技术中的不足之处。

本发明的技术方案是：在反应腔体的腔壁上设立多个可控超材料单元，各可控超材料单元按特定方式排布，构成具有可控超材料腔壁的微波反应腔结构。根据用户需求，采用实时调控可控超材料单元的方法，从而主动联合调节可控超材料腔壁的电磁参数，改变可控超材料腔壁对应的物理边界条件，进而改变电磁场的反射路径和边界条件，使腔体中的微波场能量分布达到均匀分布或靶向需求分布，最终达到均匀加热或靶向加热的目的。

附图说明

图1为本发明提供的具有可控超材料腔壁的矩形微波反应腔结构的示意图。

图2为附图1的俯视图。

图3为附图1的前视图。

图4为附图1的左视图。

图5为附图1的右视图。

图6为附图1的底视图。

图7为沿附图3的A-A线的剖视图。

图8为沿附图3的B-B线的剖视图。

图9为沿附图3的C-C线的剖视图。

图10为内壁开牛角缝示意图。

图11为可控超材料单元中的调节片示意图。

附图标记说明：1-反应腔体，2-可控超材料腔壁，3-炉顶，4-馈口，5-步进电机，6-外壁，7-内壁，8-牛角缝，9-调节片，10-隔板，11-转轴，12-可控超材料单元。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。

参考图1至图11所示，本发明提供了一种具有可控超材料腔壁的矩形微波反应腔结构，它包括反应腔体（1）、可控超材料腔壁（2）、炉顶（3）、馈口（4）、步进电机（5）、外壁（6）、内壁（7）、牛角缝（8）、调节片（9）、隔板（10）、转轴（11）、可控超材料单元（12），其中可控超材料腔壁（2）有5面，可控超材料单元（12）有245个，馈口（4）有2个，炉顶（3）、馈口（4）、外壁（6）、内壁（7）、调节片（9）、隔板（10）、转轴（11）均采用不锈钢材质制作。

所述反应腔体（1）为长方体结构，4个侧面和1个底面均为可控超材料腔壁（5）。

所述的可控超材料腔壁（2）上，每面排布有7行7列共49个可控超材料单元（12），且相邻的可控超材料单元（12）之间被隔板（10）隔开。

进一步地，所述可控超材料腔壁（2）由内壁（7）、调节片（9）、转轴（11）、隔板（10）、外壁（6）、步进电机（5）构成，其中，内壁（7）和外壁（6）分居调节片（9）两侧，且与调节片（9）紧密贴合，但调节片（9）仍可被步进电机（5）通过转轴（11）带动旋转。

所述可控超材料单元（12）由牛角缝（8）、调节片（9）、隔板（10）、转轴（11）、步进电机（5）构成，其中，调节片（9）与转轴（11）固定相连。

进一步地，所述步进电机（5）通过转轴（11）带动调节片（9）以转轴（11）为轴心在360度范围内自由旋转并调整到所需位置，从而使调节片（9）和牛角缝（8）构成不同的电磁边界，最终实现调节可控超材料单元（12）的等效电磁参数。

所述馈口（4）穿过炉顶（3）与反应腔体（1）内部相连通，使微波能够从馈口（4）进入反应腔体（1）中。

进一步地，所述2个馈口（4）之间相互垂直，使馈口之间的耦合功率最小，便于提高微波利用率。

所述内壁（7）上，每面开有49个牛角缝（8），且这49个牛角缝（8）按7行7列排布。

所述外壁（6）上，每面固定有49个步进电机（5），且这49个步进电机（5）按7行7列排布。

进一步地，所述反应腔体（1）中的微波不会通过外壁（6）泄露到外界。

所述步进电机（5）能够被独立信号控制，从而通过转轴（11）带动调节片（9）实时旋转并调整到所需位置，进而和牛角缝（8）构成受自主控制的实时变化的电磁边界，最终实现受自主控制的实时变化的等效电磁参数。

本发明的工作原理为：当需要调整反应腔体（1）中的微波场分布进而对被加热物进行均匀加热或靶向加热时，利用多路实时独立信号分别控制步进电机（5）转动，进而通过转轴（11）带动调节片（9）实时旋转并调整到所需位置，从而和牛角缝（8）构成受自主控制的实时变化的电磁边界，最终实现受自主控制的实时变化的等效电磁参数，进而实时改变电磁场的反射路径和边界条件，使腔体中的微波场能量分布达到均匀分布或靶向需求分布，最终达到均匀加热或靶向加热的目的。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。