一種基于功分輻射一體化的微波加熱裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于加熱瀝青路面的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，包括：磁控管、金屬腔體、耦合圓臺和螺旋天線；所述金屬腔體的底板外部設(shè)置有支撐腿；所述磁控管固定在金屬腔體的頂板的中心位置，且磁控管的天線帽一端從所述金屬腔體頂板的中心位置伸進所述金屬腔體，另一端與外部電源連接；所述耦合圓臺固定于所述金屬腔體的內(nèi)頂板上；所述螺旋天線的一端連接有金屬連接線，所述螺旋天線位于所述金屬腔體的底板的外部，且其連接有金屬連接線的一端通過所述金屬腔體底板上的通孔伸入所述金屬腔體內(nèi)部，并與所述耦合圓臺的中心處相電連接。本發(fā)明用于瀝青路面的加熱時，可顯著提高微波加熱的均勻度。
【專利說明】
-種基于功分福射一體化的微波加熱裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電子器件領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于功分福射一體化的微波加熱裝置， 用于對漸青路面的加熱。
【背景技術(shù)】
[0002] 改革開放至今，中國公路發(fā)展迅速。漸青路面因其具有行車舒適、維護方便、地質(zhì) 條件適應性強等特點被廣泛應用于我國公路建設(shè)。微波加熱相對于紅外加熱不均勻，易使 得漸青表面老化，失去再生能力等特點來說具有加熱更均勻，不易使得漸青表面老化等優(yōu) 點。
[0003] 20世紀70年代初，國外已經(jīng)開始對微波能在漸青路面現(xiàn)場熱維修中的應用進行試 驗研究。早在1973年的秋季，加拿大的Bisisio等人就開始在漸青路面的修補試驗中使用微 波加熱技術(shù)，他們在漸青高速公路路面上找了一個長20英尺，寬0.5英寸，深6英尺的裂縫， 并用頻率為2450MHz的微波對其進行了修復，修復的路面在英國經(jīng)過了一個冬季繁重的交 通之后仍保持較好的性能;直到1995年，陸續(xù)很多科研人員在磁控管、漸青材料等方面進行 了各種優(yōu)化嘗試。2005年，佛山市公路局的李紅群等人利用威特公司的微波養(yǎng)路車對國道 進行修復，并修復病害面積達350平方米。
[0004] 目前，雖然使用微波加熱技術(shù)進行漸青路面的維修研究較多，但是普遍存在微波 加熱不均勻的缺陷，至今未有很好的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于功分福射一體化的 微波加熱裝置，用于漸青路面的加熱回收再利用時，具有良好的微波加熱均勻度。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案予W實現(xiàn)。
[0007] -種基于功分福射一體化的微波加熱裝置，用于加熱漸青路面，其特征在于，包 括:磁控管、金屬腔體、禪合圓臺和螺旋天線;所述金屬腔體的底板外部設(shè)置有支撐腿;所述 磁控管固定在金屬腔體的頂板的中屯、位置，且所述磁控管的天線帽一端從所述金屬腔體頂 板的中屯、位置伸進所述金屬腔體，另一端與外部電源連接;所述禪合圓臺固定于所述金屬 腔體的內(nèi)頂板上;所述螺旋天線的一端連接有金屬連接桿，所述螺旋天線位于所述金屬腔 體的底板的外部，且其連接有金屬連接桿的一端通過所述金屬腔體底板上的通孔伸入所述 金屬腔體內(nèi)部，并與所述禪合圓臺的中屯、處電連接。
[000引本發(fā)明的特點和進一步的改進為：
[0009] 所述禪合圓臺的半徑為20~30mm。
[0010] 所述螺旋天線為矩形徑向螺旋天線，其線徑為1~2mm，線圈應數(shù)為1~1.5,螺旋線 管的半徑為18~24mm，螺距為7~9mm。
[0011] 所述禪合圓臺為多個，且W所述磁控管為中屯、進行排布。
[0012] 所述禪合圓臺兩兩之間的距離為60~100mm。
[0013] 所述螺旋天線、通孔的個數(shù)分別與所述禪合圓臺的個數(shù)一致。
[0014] 所述金屬腔體的各內(nèi)側(cè)面中屯、位置處還豎直設(shè)置有支撐圓柱體，所述支撐圓柱體 與所述金屬腔體的頂板和底板相連接，且與所述磁控管等距。
[001引所述通孔的孔徑為11~12mm。
[0016] 所述支撐圓柱體的半徑為2~4mm。
[0017] 本發(fā)明的基于功分福射一體化的微波加熱裝置的實現(xiàn)原理是:外接高壓電源為本 發(fā)明的磁控管提供電能，通過磁控管將電能轉(zhuǎn)換成微波能量，并發(fā)射到金屬腔體內(nèi)部，禪合 圓臺用于對接收到的微波能量進行禪合，并功分給螺旋天線，最后螺旋天線將禪合的微波 能量福射向漸青路面，完成本發(fā)明的基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青路面的加 熱。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0019] 本發(fā)明的基于功分福射一體化的微波加熱裝置用于漸青路面的加熱時，可將過量 聚集的禪合能量進行一定程度的分離，使得福射面積增大，福射平均，通過增加同一加熱區(qū) 域的有效熱區(qū)個數(shù)的方式來提高微波加熱的均勻度。
[0020] 另外，由于該加熱裝置福射面積的增大，使得本發(fā)明在使用的時候需要的磁控管 數(shù)量減少，降低了應用成本；同時，由于磁控管的數(shù)量減少，因此在相同面積下磁控管與磁 控管之間的距離增大，從而散熱空間變大，進而使得本發(fā)明基于功分福射一體化的微波加 熱裝置的工作時間更長，穩(wěn)定性更好。
【附圖說明】
[0021 ]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0022] 圖1為本發(fā)明的一種基于功分福射一體化的微波加熱裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖 中：1、磁控管；101、磁控管的天線帽一端;2、金屬腔體;3、禪合圓臺；4、螺旋天線;401、金屬 連接桿;5、支撐腿;6、通孔;7、支撐圓柱體；
[0023] 圖2為本發(fā)明的一種基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后漸青 試件表面的體損耗密度分布圖，其中，volume loss den為體損耗密度，0、100、200為示意圖 的標尺，A為加熱集中區(qū)域；
[0024] 圖3為卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試件表面的體損耗密度分布圖， 其中，vol皿e loss den為體損耗密度，0、100、200為示意圖的標尺，A為加熱集中區(qū)域；
[0025] 圖4為本發(fā)明的一種基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后漸青 試件內(nèi)部的體損耗密度分布圖，其中，vol皿e loss den為體損耗密度，0、100、200為示意圖 的標尺，A為加熱集中區(qū)域；
[0026] 圖5為卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試件內(nèi)部的體損耗密度分布圖， 其中，vol皿e loss den為體損耗密度，0、100、200為示意圖的標尺，A為加熱集中區(qū)域；
[0027] 圖6為本發(fā)明的一種基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后漸青 試件的溫度Ξ維立體分布圖；
[0028] 圖7為卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試件的溫度Ξ維立體分布圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯 然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實 施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬 于本發(fā)明保護的范圍。
[0030] 參考圖1，本實施例提供一種基于功分福射一體化的微波加熱裝置，用于加熱漸青 路面，包括:磁控管1、金屬腔體2、禪合圓臺3和螺旋天線4;金屬腔體2的底板外部設(shè)置有支 撐腿5;磁控管1固定在金屬腔體2的頂板的中屯、位置，且磁控管的天線帽一端101從金屬腔 體2的頂板的中屯、位置伸進金屬腔體2內(nèi)，另一端與外部高壓電源連接;禪合圓臺3通過螺絲 固定于金屬腔體2的內(nèi)頂板上，其中，禪合圓臺的材質(zhì)為金屬；螺旋天線的端連接有金屬連 接桿401，螺旋天線4位于金屬腔體2的底板的外部，且其連接有金屬連接桿401的一端通過 金屬腔體2底板上的通孔6伸入金屬腔體2內(nèi)部，并與禪合圓臺3的中屯、處電連接，金屬連接 桿401的半徑小于通孔6的半徑，且金屬連接桿401與通孔6的孔壁不相接觸。
[0031] 本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置共有四個禪合圓臺3,且與磁控 管1等距，共有四個螺旋天線4,且其分別通過對應的通孔6連接于對應的禪合圓臺3中屯、處， 同時，金屬腔體2的各內(nèi)側(cè)面中屯、位置處還豎直設(shè)置有四個支撐圓柱體7,支撐圓柱體7與金 屬腔體2的頂板和底板相連接，且與磁控管1等距。
[0032] 本實施例基于功分福射一體化的微波加熱裝置的實現(xiàn)原理是:外接高壓電源為本 發(fā)明的磁控管提供電能，通過磁控管將電能轉(zhuǎn)換成微波能量，并發(fā)射到金屬腔體內(nèi)部，禪合 圓臺用于對接收到的微波能量進行禪合，并功分給螺旋天線，最后螺旋天線將禪合的微波 能量福射向漸青路面，完成本發(fā)明的基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青路面的加 熱。
[0033] 基于上述原理，本發(fā)明中的禪合圓臺3用于對接收到的微波能量進行禪合，因此， 其半徑不能過小，否則禪合圓臺3將無法有效的禪合微波能量，導致螺旋天線4得到的能量 較小，不能有效地進行微波能量福射，從而使得對漸青路面的加熱效果不佳。另外，支撐圓 柱體7的半徑不宜過大，否則將會影響禪合圓臺3對微波能量的禪合，也會影響駐波比。本發(fā) 明中的通孔6主要是起連通作用，使得螺旋天線4可W順利穿過并連接到禪合圓臺3上，另 夕h通孔6還能有效阻止螺旋天線4發(fā)射出去的能量反射回金屬腔體2,從而防止反射波對螺 旋天線4的傷害。
[0034] 因此，本實施例經(jīng)過仿真，得到本實施例中禪合圓臺3的半徑為25mm，禪合圓臺3兩 兩之間的距離為80mm;螺旋天線4為矩形徑向螺旋天線，其線徑為1.5mm，線圈應數(shù)為1.32， 螺旋線管的半徑為21mm，螺距為8.2mm;通孔6的孔徑為11.5mm，支撐圓柱體7的半徑為3mm。
[0035] 本實施例將基于功分福射一體化的微波加熱裝置中的螺旋天線用于漸青路面的 加熱，W期改善漸青路面微波加熱的不均勻性。由于螺旋天線的負擔和特性主要由D/λ決 定，其中，D為螺旋天線的直徑，λ為螺旋天線的諧振頻率所對應的波長。本實施例中，控制螺 旋天線的直徑D/λ在0.25~0.46之間，保證其福射方向沿徑向。
[0036] (1)將本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置用于對漸青試件(尺寸為 200 X 200 X 50mm3)加熱，并與現(xiàn)有技術(shù)中的卿趴天線加熱裝置進行對比，仿真結(jié)果如下：
[0037] 表1為本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置與漸青試件表面的距離對 加熱效果的影響，由表可知，由表可知，d為螺旋天線距離漸青試件表面的距離，仿真發(fā)現(xiàn)， 當d為ο~20mm時，雖然基于分福射一體化設(shè)計的微波加熱裝置與漸青之間的距離d對漸青 的加熱效果是有一定的影響的，但是駐波比的變化不大，其駐波比均小于1.45,符合工作指 標要求。當螺旋天線無限接近漸青試件時，損耗能量占發(fā)射總能量的比率是最高的，也就是 說，運時的加熱效率最高。因此，我們最終選擇無限貼近漸青表面。
[0038]表1基于功分福射一體化的微波加熱裝置與漸青試件表面的距離d對加熱效果的 影響 Γ00391
[0040] ~在仿真過程中，體損耗密度可W反映微波能量的損耗情況，進而反映溫度的分布，胃 因此，通過觀察漸青試件的體損耗密度來反映加熱裝置對漸青試件加熱的溫度分布。將本 實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置和卿趴天線加熱裝置作對比，分別測試其對 漸青試件表面加熱后，漸青試件表面的體損耗密度，結(jié)果如圖2、圖3所示。
[0041] 由圖2可知，加熱區(qū)域為200mmX200mm，在加熱區(qū)域內(nèi)，本實施例的基于功分福射 一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后，漸青試件的表面產(chǎn)生四個加熱集中區(qū)域A，分別 與本實施例的四個螺旋天線一一對應，代表損耗最大點1.8130e+004，漸青試件的表面的體 損耗密度為1.295e+003~1.813e+004,整個漸青試件表面的體損耗目睹分布圖連接起來完 全覆蓋了漸青試件的表面，從而反映出加熱過程中，漸青試件的表面溫度分布均勻。
[0042] 由圖3可知，加熱區(qū)域同樣為200mmX200mm，但在加熱區(qū)域內(nèi)，卿趴天線加熱裝置 對漸青試件加熱后，漸青試件上只產(chǎn)生了一個加熱集中區(qū)域A，漸青試件的表面的體損耗密 度為6.6376e+001~1.0619e+003,相比于本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝 置，加熱區(qū)域明顯較小，且加熱不均勻。
[0043] 對比圖2、圖3可W看出，在相同的加熱面積內(nèi)，本實施例的基于功分福射一體化的 微波加熱裝置在漸青試件表面的福射面積明顯大于卿趴天線加熱裝置，且加熱均勻度較 好。
[0044] 同時，分別對實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置和卿趴天線加熱裝置 對漸青試件加熱后漸青試件內(nèi)部的體損耗密度分布進行了測試，結(jié)果如圖4、圖5所示。其 中，圖4為本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試件內(nèi) 部的體損耗密度分布圖，圖5為卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試件內(nèi)部的體損 耗密度分布圖。
[0045] 由圖4可知，加熱區(qū)域為200mmX200mm，在加熱區(qū)域內(nèi)，本實施例的基于功分福射 一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后，漸青試件表面產(chǎn)生四個加熱集中區(qū)域A，對應四 個螺旋天線福射方向，四個加熱集中區(qū)域連接起來，微波福射能量充滿了整個漸青試件的 內(nèi)部，其體損耗密度值從8. OOOOe+002~5.7143e+001，充滿整個漸青試件內(nèi)部，說明微波能 量在試件內(nèi)部的損耗均勻，對試件內(nèi)部的均勻加熱效果較好。
[0046] 由圖5可知，加熱區(qū)域為200mm X 200mm，在加熱區(qū)域內(nèi)，卿趴天線加熱裝置對漸青 試件加熱后，漸青試件表面只產(chǎn)生了一個加熱集中區(qū)域A，且微波能量未充滿整個漸青試件 的內(nèi)部，其體損耗密度值從6.6376e+001~1.0619e+003，體損耗密度分布不能完全充滿整 個漸青試件的內(nèi)部，而是只分布在加熱集中區(qū)域A的下方，對漸青試件的內(nèi)不加熱不均。
[0047] 對比圖4、圖5可知，在相同的加熱面積內(nèi)，本實施例的基于功分福射一體化的微波 加熱裝置對漸青試件的加熱深度與卿趴天線加熱裝置基本相當，但其加熱廣度遠大于卿趴 天線加熱裝置。
[0048] (2)將本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置用于漸青路面加熱，并與 現(xiàn)有技術(shù)中的卿趴天線加熱裝置進行對比，實測結(jié)果如下：
[0049] 圖6為本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試 件的溫度Ξ維立體分布圖，由圖7可知，基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青試件加 熱后，產(chǎn)生四個福射區(qū)域，且四個福射區(qū)域的溫度均在20(TCW上，最低溫度為116Γ，平均 溫度達到150°C左右，達到了漸青軟化所需要的溫度，可W使?jié)u青完全軟化。
[0050] 圖7為現(xiàn)有技術(shù)的卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱后漸青試件的溫度Ξ維立體 分布圖，由圖可知，卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱后，福射區(qū)域的最高溫度為91.9°C， 平均溫度只有60°C左右，不能達到漸青軟化的溫度，無法使?jié)u青完全軟化。
[0051] 對比圖6和圖7可知，相比于現(xiàn)有技術(shù)的卿趴天線加熱裝置，本發(fā)明的基于功分福 射一體化的微波加熱裝置可W對漸青試件實現(xiàn)均勻加熱的效果。
[0052] 通過具體的實驗表明，在同一個磁控管源的情況下，基于功分福射一體化的微波 加熱裝置對漸青試件的加熱范圍大概是卿趴天線加熱裝置對漸青試件加熱范圍的一倍左 右;基于功分福射一體化的微波加熱裝置通過對聚集的能量進行一定程度的功分，使得其 在同一區(qū)域下?lián)碛懈鼜V的有效"熱區(qū)"；基于功分福射一體化的微波加熱裝置，對漸青試件 加熱W后，整個漸青試件表面的溫度達200°C，平均溫度達到150°C，加熱后的漸青可W輕松 被創(chuàng)開，另外，使用本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置和卿趴加熱裝置對漸 青路面加熱后，加熱深度基本相當，均約為50mm;而卿趴天線加熱裝置加熱后，只有在卿趴 天線的福射區(qū)域內(nèi)，創(chuàng)開的深度達到了50mm，周圍部分溫度只有60°C左右，并沒有軟化，不 符合漸青回收的要求，本實施例的基于功分福射一體化的微波加熱裝置對漸青加熱后，漸 青整體都可W輕松拋開，加熱的效果較好。
[0053] W上仿真試驗結(jié)果和實測結(jié)果均可W表明本實施例的基于功分福射一體化的微 波加熱裝置通過對聚集能量進行合理的功分，在可W滿足漸青混合料加熱能量需求的同 時，增加了 "熱區(qū)"面積，提高了加熱均勻度。
[0054] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應W所述權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，用于加熱瀝青路面，其特征在于，包括： 磁控管（1)、金屬腔體(2)、耦合圓臺（3)和螺旋天線(4); 所述金屬腔體(2)的底板外部設(shè)置有支撐腿(5); 所述磁控管（1)固定在金屬腔體（2)的頂板的中心位置，且所述磁控管的天線帽一端 (101)從所述金屬腔體(2)的頂板的中心位置伸進所述金屬腔體(2)，另一端與外部電源連 接； 所述耦合圓臺（3)固定于所述金屬腔體(2)的內(nèi)頂板上； 所述螺旋天線(4)的一端連接有金屬連接桿(401)，所述螺旋天線(4)位于所述金屬腔 體(2)底板的外部，且其連接有金屬連接桿(401)的一端通過所述金屬腔體(2)底板上的通 孔(6)伸入所述金屬腔體(2)內(nèi)部，并與所述耦合圓臺（3)的中心處電連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述耦合 圓臺（3)的半徑為20~30mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述螺旋 天線(4)為矩形徑向螺旋天線，其線徑為1~2mm，線圈匝數(shù)為1~1.5,螺旋線管的半徑為18 ~24mm，螺距為7~9mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述耦合 圓臺（3)為多個，且以所述磁控管（1)為中心進行排布。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述耦合 圓臺（3)兩兩之間的距離為60~100mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述螺旋 天線(4)、通孔(6)的個數(shù)分別與所述耦合圓臺的個數(shù)一致。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述金屬 腔體(2)的各內(nèi)側(cè)面中心位置處還豎直設(shè)置有支撐圓柱體(7)，所述支撐圓柱體(7)與所述 金屬腔體(2)的頂板和底板相連接，且與所述磁控管（1)等距。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述通孔 (6)的孔徑為11~1 2臟。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功分輻射一體化的微波加熱裝置，其特征在于，所述支撐 圓柱體(7)的半徑為2~4mm。
【文檔編號】E01C23/14GK105970789SQ201610382381
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】蘇濤, 韓旭, 付蒼雨, 李楠, 李里
【申請人】西安電子科技大學