对称型双输出射频谐振发生器

技术领域

本发明涉及对称型双输出射频谐振发生器，具体是对称型双输出射频谐振发生器。

背景技术

射频是一种频率区间在3~300MHz之间的高频交流电磁波。在工业中允许使用的射频频率段为13.56, 27.12和40. 68MHz。频率相比微波相对较低，因此对物料有更深的穿透效果。在射频的高频磁场作用下极性分子往复旋转，带电离子往复移动，因此置于高频电磁场中非金属材料（农产品）内的极性分子和带电离子与周围分子产生摩擦而发热，使含水样品在整个体积内同时加热，从而加快了样品的升温速率。通过利用介质损耗因子不同的原理对农产品进行选择性加热从而起到杀虫杀菌的目的。采用射频的方式进行加热，介质受热均匀、快速，且具有选择性加热的特性，因此射频加热是一种理想、有效的冷加热手段。在农作物（或食品）杀虫杀菌领域，选择性地迅速升温害虫和细菌，破坏其蛋白质结构，达到杀死它们的效果，而农作物（或食品）升温较小，既保存了营养成分又具有良好的口感，因此具有十分光明的应用前景。

使用分布参数LC谐振电路较使用较集总参数LC谐振电路具能有更加稳定的频率，因为分布参数LC谐振电路受集肤影响较小，频率稳定度高，不易发生频率偏移。而集总参数LC谐振电路频率易偏移，对附近的无线设备造成干扰，并且需要选用价格更高、电气特性更好的电路元器件，造成设备成本的增加。加上集中参数元件在高频、高压的工作环境下易出现老化、电气特性下降等问题，造成整个装置工作不稳定，工作效率低，出现安全隐患等问题。

发明内容

发明目的：对称型双输出射频谐振发生器，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：对称型双输出射频谐振发生器，包括电源单元，与所述电源单元连接在一起高压整流单元，与所述高压整流单元连接在一起的射频谐振发生器单元，与所述射频谐振发生器单元连接子在一起的负载输出单元，以及一端与所述负载输出单元连接在一起的、另一端与所述高压整流单元连接在一起的电路控制模块。

在进一步实施例中，所述射频谐振发生器单元包括箱体，所述箱体设计呈全封闭箱体结构，所述箱体内设置有谐振电路控制单元，所述谐振电路控制单元包括外壳，设置在所述外壳上面的穿孔电容，与所述穿孔电容连接在一起的灯丝扼流线圈，与所述灯丝扼流线圈连接在一起的谐振腔输出极板，设置在所述外壳内部的栅极反馈调节电感，与所述栅极反馈调节电感连接在一起的栅极高频扼流圈，与所述栅极高频扼流圈连接在一起的绝缘支柱，一侧与在所述绝缘板连接另一侧设置在所述外壳内壁的绝缘板，设置在所述外壳内部的谐振调节电容极板，设置在所述外壳内部的真空电子管，设置在所述外壳内部的阳极扼流圈，设置在所述阳极扼流圈上面的输出极板连接过渡板，设置在所述外壳内部的输出极板连接过渡板，设置在所述外壳上面的输出极安装底座，设置在所述外壳内部的并且位于所述输出极安装底座两侧的输出极板，设置在所述输出极安装底座一端的负载电容极板，设置在所述输出极安装底座另一端的输出极连接软铜箔；

所述外壳分为真空管箱和高频谐振腔；所述真空管箱位于高频谐振腔的内部；

所述阳极扼流圈、输出极板连接过渡板、输出耦合极板和负载电容极板设置在所述真空管箱的内部。

在进一步实施例中，所述高频谐振腔内，所述谐振输出极板倒扣在所述真空管箱上并与所述真空管箱顶部用螺丝固定在一起，所述谐振输出极板的外表面和所述外壳内表面及高频谐振腔之间存在间隙形成空气电容；

同时，所述谐振输出极板本身电感构成谐振电路的主电感；所述主电感与空气电容并联构成分布形成谐振电路、同时作为真空电子管射频振荡的主回路。

在进一步实施例中，所述谐振腔输出极板电感与输出耦合极板电感相耦合，形成耦合变压器的形式，实现电能馈送；输出耦合极板通过输出过度极板和输出软铜箔从箱体底边伸出与负载电容相连接。

在进一步实施例中，所述输出耦合极板由绝缘底座支撑，一端用于向射频杀虫杀菌系统馈送射频功率，另一端从箱体底部绕出到箱体上部回到真空管的栅极，作为反馈。

在进一步实施例中，所述输出耦合极板的位置能上下移动进行负载匹配；

所述谐振调节电容极板能上下可以微调。

在进一步实施例中，所述箱体的外壳作接地处理；整个金属外壳既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端。

在进一步实施例中，所述外壳外侧还设有用于冷却三极真空管的强迫风冷装置；

所述电路控制模块包括阳极旁路电容C1、陶瓷电容C3、空气电容C3、C4为栅极隔直电容C4、栅极旁路电容C5、反馈旁路电容C6、阴极旁路电容C7、负载电容C0、变压器T、真空电子管V、栅漏电阻R、阳极扼流圈L1、栅极反馈调节电感L2、栅极高频扼流圈L3、灯丝扼流线圈L4、反馈高频扼流线圈L5；

其中，所述阳极旁路电容C1的一端与所述阳极扼流圈L1的一端连接在一起，所述阳极旁路电容C1的另一端连接电源的负极，所述所述阳极扼流圈L1的另一端与所述真空电子管V的阳极连接在一起，所述真空电子管V的阴极一端与所述阴极旁路电容C7的一端连接，所述真空电子管V的阴极另一端与所述灯丝扼流线圈L4连接在一起，所述阴极旁路电容C7的另一端连接灯丝电源，所述灯丝扼流线圈L4的另一端连接灯丝电源，所述真空电子管V的栅极与所述栅极反馈调节电感L2的一端连接子在一起，所述栅极反馈调节电感L2的另一端与所述栅极隔直电容C4和栅极高频扼流圈L3的一端连接在一起，所述栅极隔直电容C4的另一端接地，所述栅极高频扼流圈L3的另一端与所述栅极旁路电容C5和栅漏电阻R的一端连接在一起，所述栅极旁路电容C5的另一端接地，所述栅漏电阻R的另一端接地，所述真空电子管V的阳极还与所述陶瓷电容C3的一端连接在一起，所述陶瓷电容C3的另一端与所述空气电容C3和所述变压器T的一端连接在一起，所述空气电容C3另一端接地，所述变压器T的另一端与所述反馈高频扼流线圈L5连接在一起，所述反馈高频扼流线圈L5的另一端与所述反馈旁路电容C6连接在一起，所述反馈高频扼流线圈L5的一端与反馈旁路电容C6的一端还与所述栅漏电阻R的一端连接在一起，所述反馈旁路电容C6的另一端接地。

在进一步实施例中，所述箱体设计呈全封闭式箱体结构，包括第一腔体，第二腔体和第三腔体，所述箱体的外壳接地处理；

所述灯丝扼流线圈、栅极反馈调节电感、栅极高频扼流圈设置在第一腔体的内部；

所述灯丝扼流线圈一端由穿孔电容从外部进线，所述灯丝扼流线圈另一端接到真空电子管的阴极K。

在进一步实施例中，所述射频谐振发生器单元还包括与所述输出极板连接在一起的输出过渡极，与所述输出过渡极连接板连接在一起的输出极连接过度板，与所述输出极连接过度板连接在一起的输出耦合极板，所述输出耦合极板端部与所述输出极安装底座连接在一起。

有益效果：本发明公开了对称型双输出射频谐振发生器采用全封闭箱体结构分布参数形成的分布式谐振电路，具有电路结构简单，调整方便，振荡频率稳定度高，成本低、寿命长等优点，具有相当高的频率稳定度，振荡频率可以稳定在中心频率的±0.8%以内，同时所述箱体的外壳作接地处理，整个金属外壳既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端，对高频辐射起到了一个很好的屏蔽作用，降低了制造成本的同时极大地阻止高频辐射。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的电路控制模块的集总参数等效电路图。

图3为本发明中的结构示意图2。

图4为本发明中的俯视图。

图5为本发明中的主视图。

图6为本发明中的射频杀虫杀菌系统的输出电路示意图。

附图标记为：电源单元1、高压整流单元2、射频谐振发生器单元3、负载输出模块4、电路控制模块5、高频谐振腔6、真空管箱7、外壳8、穿孔电容9、灯丝扼流线圈10、栅极反馈调节电感11、栅极高频扼流圈12、绝缘支柱13、绝缘板13-1、谐振腔输出极板14、谐振调节电容极板15、真空电子管16、阳极扼流圈17、输出极板连接过渡板18、输出耦合极板19、输出极安装底座20、负载电容极板21、输出极连接软铜箔23、输出过渡极24、谐振腔内筒26、谐振腔高压电容27、真空管阳极连接板28、阳极连接底板29、封闭板30、真空管31、电子管阳极32、绝缘支撑体33、输出极连接过度板37、负载电容极板39、负载电容C040。

具体实施方式

经过申请人的研究分析，现有技术使用分布参数LC谐振电路较使用较集总参数LC谐振电路具能有更加稳定的频率，因为分布参数LC谐振电路受集肤影响较小，频率稳定度高，不易发生频率偏移。而集总参数LC谐振电路频率易偏移，对附近的无线设备造成干扰，并且需要选用价格更高、电气特性更好的电路元器件，造成设备成本的增加。加上集中参数元件在高频、高压的工作环境下易出现老化、电气特性下降等问题，造成整个装置工作不稳定，工作效率低。根据这些问题，申请人提出了对称型双输出射频谐振发生器，具体方案如下。

如图1所示对称型双输出射频谐振发生器由电源单元1、高压整流单元2、射频谐振发生器单元3、负载输出模块4、电路控制模块5等几部分组成。

其中，高压整流单元2与所述电源单元1连接在一起，所述射频谐振发生器单元3与所述高压整流单元2连接在一起，所述负载输出模块4与所述射频谐振发生器单元3连接在一起，所述电路控制模块5的一端与所述负载输出模块4连接在一起、另一端与另一端与所述高压整流单元2连接在一起。

如图3所示射频谐振发生器单元3包括高频谐振腔6、真空管31箱7，外壳8，穿孔电容9，灯丝扼流线圈10，栅极反馈调节电感11、栅极高频扼流圈12、绝缘支柱13和绝缘板13、谐振腔输出极板14、谐振调节电容极板15、真空电子管16、阳极扼流圈17、输出极板连接过渡板18、输出耦合极板19、输出极安装底座20、负载电容C040极板21、输出极板22、输出极连接软铜箔23；箱体设置在预设的位置，同时箱体设计成全封闭式箱体结构，同时外壳8包括第一腔体，第二腔体和第三腔体，所述箱体的外壳8接地处理；所述灯丝扼流线圈10、栅极反馈调节电感11、栅极高频扼流圈12设置在第一腔体的内部；所述灯丝扼流线圈10一端由穿孔电容9从外部进线，所述灯丝扼流线圈10另一端接到真空电子管16的阴极K。谐振电路控制单元设置在箱体的内部，穿孔电容9设置在所述外壳8的内部，所述灯丝扼流线圈10与所述穿孔电容9连接在一起，所述谐振腔输出极板14与所述灯丝扼流线圈10连接在一起，所述栅极反馈调节电感11设置在所述外壳8的内部，所述栅极高频扼流圈12与所述栅极反馈调节电感11连接在一起，所述绝缘支柱13与所述栅极高频扼流圈12连接在一起，所述绝缘板13-1的一侧与在所述绝缘板13-1连接在一起、绝缘板13-1的另一侧设置在所述外壳8的内壁，所述谐振调节电容极板15设置在所述外壳8的内部，所述真空电子管16设置在所述外壳8的内部，所述阳极扼流圈17设置在所述外壳8的内部，所述输出极板连接过渡板18设置在所述阳极扼流圈17的上面，所述输出极安装底座20设置在所述外壳8的上面，所述输出极板设置在所述外壳8的内部、并且位于所述输出极安装底座20的两侧，负载电容C040极板21设置在所述输出极安装底座20的一端，所述输出极连接软铜箔23设置在所述输出极安装底座20的另一端。所述射频谐振发生器单元3还包括与所述输出极板连接在一起的输出过渡极24，与所述输出过渡极24连接板连接在一起的输出极连接过度板37，与所述输出极连接过度板37连接在一起的输出耦合极板19，所述输出耦合极板19端部与所述输出极安装底座20连接在一起。

具体的，本谐振腔式射频发生器的固有工作频率为27.12MHz（由腔体结构决定），并通过加栅极负偏压实现振荡电路的工作和停止。如图3所示，本谐振射频发生器分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述箱体中的外壳8接地，第一腔体用于安放灯丝扼流线圈10、栅极反馈调节电感11、栅极高频扼流圈12等体积较大的电气元器件，其中灯丝扼流线圈10一端由穿孔电容9从外部进线，另一端接到真空电子管16阴极K；栅极反馈调节电感11可上下移动来调节其电感大小，栅极反馈调节电感11的一端与真空管31栅极G相连，栅极反馈调节电感11生物另一端连接栅极高频扼流圈12再通过穿孔电容9接出进入下腔体形成反馈电路。第二腔体部分为高频谐振腔6，而真空电子管16箱安装于高频谐振腔6内部。第三腔体体用于布线和灯丝变压器、通风管道的安放。高频谐振腔6内分为真空电子管16箱、谐振和输出部分。在真空电子管16箱内，用绝缘支柱13和绝缘板13-1固定真空电子管16V，真空电子管16阳极A与阳极扼流圈17相连再进入下腔体进行布线，整个真空电子管16箱的冷却依赖于底部安装的强迫风冷装置（安装于本装置之外部）。谐振部分由箱体的外壳8、谐振腔输出极板14和谐振调节电容极板15相对位置结构形成，谐振腔输出极板14的上平面的内表面与真空管31箱7上表面焊在一起，同时与位于高频谐振腔6左端的箱体外壳8和谐振调节电容极板15之间留有间隙形成空气电容C3。而谐振调节电容极板15可以上下移动对电容进行调整使阳极谐振频率得到调节，这样既省去了昂贵的真空可调电容，又易于调整与维护。谐振腔输出极板14凭借本身结构特点形成谐振电感，谐振腔输出极板14与输出部分的输出耦合极板19的自身电感耦合，形成偶合变压器T，从而实现能量传递。输出耦合极板19通过输出极安装底座20固定在高频谐振腔6内右端，输出极板连接过渡板18焊在输出耦合极板19上，通过软铜箔与负载电容C040相连。

作为一个优选方案：所述外壳8分为真空管31箱7和高频谐振腔6；所述真空管31箱7位于高频谐振腔6的内部，所述阳极扼流圈17、输出极板连接过渡板18、输出耦合极板19和负载电容C040极板21设置在所述真空管31箱7的内部。

作为一个优选方案：所述高频谐振腔6内，谐振输出极板倒扣在真空电子管16箱上并与真空电子管16箱顶部用螺丝固定在一起，谐振输出极板的外表面和箱体金属外壳8内表面及高频谐振腔6之间存在间隙形成空气电容；同时，谐振输出极板本身电感构成谐振电路的主电感；主电感与空气电容并联构成分布参数形成的分布式谐振电路，作为真空电子管16射频振荡的主回路。而且所述谐振腔输出极板14电感与输出耦合极板19电感相耦合，形成耦合变压器的形式，实现电能馈送；输出耦合极板19通过输出过度极板和输出软铜箔从箱体底边引出与负载电容极板39相连接。

具体的，所述箱体的外壳8作接地处理；整个金属外壳8既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端，对高频辐射起到了一个很好的屏蔽作用，降低了制造成本的同时极大地阻止高频辐射。所述外壳8外侧还设有用于冷却三极真空管31的强迫风冷装置；

所述电路控制模块5包括阳极旁路电容C1、陶瓷电容C3、空气电容C3、C4为栅极隔直电容C4、栅极旁路电容C5、反馈旁路电容C6、阴极旁路电容C7、负载电容C040、变压器T、真空电子管V、栅漏电阻R、阳极扼流圈L1、栅极反馈调节电感L2、栅极高频扼流圈L3、灯丝扼流线圈L4、反馈高频扼流线圈L5；其中，所述阳极旁路电容C1的一端与所述阳极扼流圈L1的一端连接在一起，所述阳极旁路电容C1的另一端连接电源的负极，所述所述阳极扼流圈L1的另一端与所述真空电子管V的阳极连接在一起，所述真空电子管V的阴极一端与所述阴极旁路电容C7的一端连接，所述真空电子管16V的阴极另一端与所述灯丝扼流线圈L4连接在一起，所述阴极旁路电容C7的另一端连接灯丝电源，所述灯丝扼流线圈L4的另一端连接灯丝电源，所述真空电子管16V的栅极与所述栅极反馈调节电感L2的一端连接子在一起，所述栅极反馈调节电感L2的另一端与所述栅极隔直电容C4和栅极高频扼流圈L3的一端连接在一起，所述栅极隔直电容C4的另一端接地，所述栅极高频扼流圈L3的另一端与所述栅极旁路电容C5和栅漏电阻R的一端连接在一起，所述栅极旁路电容C5的另一端接地，所述栅漏电阻R的另一端接地，所述真空电子管V的阳极还与所述陶瓷电容C3的一端连接在一起，所述陶瓷电容C3的另一端与所述空气电容C3和所述变压器T的一端连接在一起，所述空气电容C3另一端接地，所述变压器T的另一端与所述反馈高频扼流线圈L5连接在一起，所述反馈高频扼流线圈L5的另一端与所述反馈旁路电容C6连接在一起，所述反馈高频扼流线圈L5的一端与反馈旁路电容C6的一端还与所述栅漏电阻R的一端连接在一起，所述反馈旁路电容C6的另一端接地，所述变压器T的一端接地，同时变压器T一端与空气电容C3并联。

为了方便理解电路控制模块5的技术方案，对其工作原理做出简要说明，并联谐振电路由电容C3和变压器T输入端口组成，即阳极谐振槽路，为本发明中参数分布式谐振腔结构等效出的集总参数电路。变压器输出端口与负载电容C040非接地端连接。真空电子管16V的阳极A通过阳极扼流圈17L1与高压整流部分的正极相接；阴极K一端通过灯丝扼流线圈10与灯丝电源正极相连，另一端直接接地或通过电容接地；栅极G通过栅极反馈电感L2后一条支路与栅极隔直电容C4串联接地，另一条支路经高频扼流圈L3、栅极旁路电容C5、栅漏电阻R接地，而在电感L3与电阻R之间引出一条线接到输出端作为反馈。振荡电路的反馈电容由真空电子管16V的屏-栅极间电容Cag构成。阳极与阳极谐振电路之间存在着隔直电容C2，可以保证LC并联谐振电路无直流信号，LC并联电路中，电感为谐振箱输出极的电感，它与输出耦合极板19的电感构成耦合变压器的形式，不仅使得谐振产生的能量可以传输到负载输出部分，而且对谐振与输出端起到电气隔离的作用。因此射频杀虫杀菌装置在工作过程中，负载电容C040的变化（由处理物料介电常数ξ的变化引起），对射频发生器谐振频率几乎没有影响，装置工作频率稳定度高。

如图4、图5所示外壳8在预设的位置，所述谐振腔内筒26设置在外壳8的内部，所述谐振腔高压电容27设置在谐振腔内筒26的内部，所述真空管31阳极连接板28和真空电子管16阳极连接底板29连接在一起，并且所述真空管31阳极连接板28和真空电子管16阳极连接底板29设置在谐振腔内筒26的内部，所述绝缘支撑体33设置在谐振腔内筒26，所述真空管31设置在绝缘支撑体33的上面，所述输出过渡极24与输出耦合极板36连接在一起，同时两个所述输出过渡极24穿过所述谐振腔内筒26形式两个回路的输出。

真空电子管16箱即为谐振腔内筒26，其位于整个高频谐振腔6中央部分，它们之间用谐振腔内筒26封闭板30隔离，并用螺丝固定。在谐振腔内筒26内还安装有两个谐振腔高压电容27呈并联形式，图2中的阳极隔直电容C2，其一端与真空管31阳极连接板28相连，另一端连至谐振腔输出极板14。而真空管31阳极连接底板29则与图3中阳极扼流圈17相连，接至下腔体连接高压电源，因为电压等级较高其连接导线应用绝缘支柱13支撑进行绝缘。输出耦合极板19用输出极安装底座20固定，其位置可以上下移动进行负载匹配，调整整个装置达到最大功率输出。射频输出由输出过渡极24从箱体底边伸出通过输出软铜箔与负载电容C040上极板上，负载电容C040下极板与箱体金属外壳8相连接。箱体金属外壳8作接地处理，整个箱体的外壳8既作为谐振腔式发生器的导体部分，同时又是接地端，对高频辐射起到了一个很好的屏蔽作用，降低了制造成本的同时极大地阻止高频辐射。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。