СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ВОЗБУДИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ К КАМЕРЕ МИКРОВОЛНОВОЙ ПЕЧИ
METHOD FOR CONNECTION OF ELECTROMAGNETIC FIELD EXCITER TO MICROWAVE OVEN CHAMBER

Область техники
Изобретение относится к микроволновой технике, в частности к электронагревательным аппаратам, использующим энергию микроволнового поля, и предназначено для тепловой обработки пищевых продуктов.
Предшествующий уровень техники
Известен способ подключения одноэлементного возбудителя электромагнитного поля (ЭМП) к камере микроволновой печи (МВП) через отверстие в верхней [1-4] или в боковой стенках камеры. Существенным недостатком этого способа является весьма неравномерное распределение микроволновой энергии в полости камеры и, как следствие, неравномерное распределение источников нагрева обрабатываемого продукта.
Для МВП модели М245 компании Samsung Electronics, у которой рупорный возбудитель ЭМП с линейной поляризацией подключен к камере через отверстие в боковой стенке камеры, коэффициент равномерности распределения источников нагрева α=38% при отсутствии вращения и α=62% при вращении обрабатываемого продукта на поворотной платформе.
В МВП модели MCB780W компании Daewoo Electronics Corporation of America в раскрыве рупорной антенны - возбудителя ЭМП с линейной поляризацией установлены прямоугольные диафрагмы, а к камере возбудитель подключен через отверстие в ее верхней стенке. Для этой модели α=36% без вращения обрабатываемого продукта и 57% с вращением.
МВП модели JES1651 General Electric Company с возбудителем ЭМП с линейной поляризацией в виде открытого прямоугольного рупора, подключенного к камере через прямоугольное отверстие в ее боковой стенке, распределение источников нагрева в камере характеризуется α=39% без вращения и 72,5% с вращением обрабатываемого продукта.
В МВП, описанной в [4], возбудитель - полосковая антенна подключена к камере через отверстие в верхней стенке с помощью коаксиально-волноводного перехода. Этот тип антенны, возбуждающий в полости камеры ЭМП с круговой поляризацией, характеризуется слабой зависимостью входного сопротивления и выходных параметров от частоты и обеспечивает распределение источников нагрева в камере на уровне α=42% без вращения и 94% с вращением.
Основной причиной неравномерного распределения источников нагрева является ортогональное подключение возбудителей к камере и использование (практически во всех серийных моделях МВП) рупорных антенн, входные и выходные характеристики которых существенно зависят от частоты и характера нагрузки камеры. При таком способе подключения возбудителя ЭМП в камере возбуждается наименьшее число пространственных гармоник, интерференция которых фактически формирует распределение микроволновой энергии. Изменение угловых соотношений между осями симметрии камеры и возбудителя, применение полосковых антенн, возбуждающих в полости камеры ЭМП с круговой поляризаций, приводит к существенному увеличению числа пространственных гармоник и, как следствие, к более равномерному распределению энергии ЭМП в полости камеры МВП.
Раскрытие изобретения
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание диагонального способа подключения возбудителя ЭМП к камере микроволновой печи с целью формирования равномерного распределения источников нагрева обрабатываемого продукта в полости камеры.
Поставленная задача решается следующим образом.
Возбудитель - одноэлементная полосковая антенна подключается через отверстие (см. чертеж), образованное сечением верхней, боковой и задней стенок камеры плоскостью, перпендикулярной направлению излучения  и продольной оси симметрии антенны, совпадающей с "диагональю угла" - прямой, соединяющей точку пересечения ребер двугранных углов, образованных верхней, боковой и задней стенками камеры, и точку пересечения ребер двугранных углов, образованных нижней, боковой и передней стенками камеры, при этом поперечная ось симметрии возбудителя лежит на плоскости сечения верхней, боковой и задней стенок камеры и образует с «диагональю угла» угол 90°.
Для принятых в производстве МВП соотношений между размерами камеры и длиной волны на частоте ≈2,45 ГГц при диагональном подключении возбудителя к камере его поле излучения формирует широкий спектр пространственных гармоник, многократно отражается от всех стенок камеры, создавая устойчивую интерференционную картину с достаточно равномерным распределением микроволновой энергии в полости камеры.
вх
Благодаря использованию диагонального подключения типа «диагональ угла» (см. чертеж) к камере МВП с размерами 360×325×370 мм (объем полости ≈ 43 л) возбудителя ЭМП с круговой поляризацией - полосковой антенны А (см. чертеж) с дисковым излучателем [4] при подаче на вход антенны микроволновой мощности Р=560 Вт на частоте 2,46 ГГц коэффициент равномерности распределения источников нагрева α, определенный согласно [5], был равен 87% (без вращения водяной нагрузки камеры).
Целесообразно из-за принятого в производстве МВП ряда объемов камер (17 л, 20 л, 26 л и т.д.) в унифицированной конструкции узла, обеспечивающего диагональное подключение возбудителя ЭМП к камере, предусмотреть возможность регулировки расстояния от центра симметрии возбудителя до крайней точки диагонали и угла между его продольной осью симметрии и диагональю.
Целесообразно на этапе разработки конструкции МВП определить оптимальные значения двугранных углов для диагонального подключения возбудителя ЭМП к камере.
Краткое описание чертежа
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется с помощью схематического изображения камеры МВП на чертеже, внутри которой диагонально по типу «диагональ угла» установлена одноэлементная полосковая антенна А, возбуждающая ЭМП с круговой поляризацией.
Лучший вариант осуществления изобретения
Предлагаемый диагональный способ подключения возбудителя ЭМП к камере МВП осуществляется следующим образом. Полосковая антенна А подключается к камере по типу «диагональ угла» через отверстие, образованное сечением верхней "2673", правой боковой "5678" и задней "1265" стенок камеры плоскостью, перпендикулярной продольной оси симметрии антенны А, совпадающей с «диагональю угла» - прямой, соединяющей точку пересечения ребер двугранных углов, образованных верхней "2673", правой боковой "5678" и задней "1265" стенками, и точку пересечения нижней "1584", левой боковой "1234" и передней "3784" стенками камеры, при этом поперечная ось симметрии полосковой антенны А лежит на плоскости сечения верхней, правой боковой и задней стенок камеры и образует с «диагональю угла» угол 90°.
Основными элементами антенны А является излучатель 10 - диск диаметром 65 мм и толщиной 4 мм, изготовленный из металла с высокой электропроводимостью, и экран 9 - диск диаметром 108 мм и толщиной 0,5 мм из нержавеющей стали. Экран 9 через отверстие в центре «одет» и закреплен на внешнем проводнике отрезка коаксиальной линии (КЛ) (на чертеже не показан) и имеет с ним хороший гальванический контакт. С помощью металлической втулки высотой 7 мм и диаметром 10 мм, установленной в характерной точке между экраном 9 и излучателем 10, они механически жестко с хорошей гальванической связью соединены (на чертеже не показано). Центральный проводник отрезка коаксиальной линии (КЛ) подключен к излучателю 10 антенны А в точке, лежащей на окружности диаметром 58 мм [4]. По этому отрезку КЛ энергия от микроволнового генератора подается к полосковой антенне А.
Полосковая антенна А подключается к камере и устанавливается в полости таким образом, чтобы расстояние от кромки экрана 9 по всему периметру окружности металлического диска 9 диаметром 108 мм было не более (5-10) мм.
Согласно предлагаемому изобретению диагональный способ подключения возбудителя ЭМП к камере МВП, основанный на эффекте рассеяния ЭМП с круговой поляризацией, излучаемого полосковой антенной в направлении «диагональ угла», заключается в следующем: полосковая антенна А устанавливается в камере таким образом, что ее экран 9 лежит на плоскости, пересекающей правую боковую "5678", верхнюю "2673" и заднюю "1265" стенки камеры; продольная ось симметрии антенны А, совпадающая с направлением излучения , лежит на диагонали - прямой, соединяющей точку пересечения ребер "26", "67" и "65" и точку пересечения ребер "14", "34" и "48"; поперечная ось симметрии антенны А лежит на плоскости сечения правой боковой, верхней и задней стенок камеры, перпендикулярной к продольной оси симметрии антенны А.
Высота h принимается такой, чтобы расстояние от верхней кромки экрана 9 до верхней стенки камеры и расстояние от нижней кромки экрана 9 до ближней боковой стенки было не более (5-10) мм.
Промышленная применимость
Изобретение может быть использовано в бытовых и коммерческих микроволновых печах. Его применение исключает необходимость во вращающейся платформе, заметно уменьшает затраты в производстве и массу печи.
Источники информации
1. Microwave Oven M245/M945. Samsung Electronics. 2001 г.
2. Microwave Oven MCB780W. Daewoo Electronics Corporation of America. 2008 г.
3. Microwave Oven JES1651. General Electric Company. 2006 г.
4. Микроволновая печь. Патент РФ №2149520, от 20.05.2000 г., автор Жилков B.C.
5. Norme International CEI IEC. International Standard 60705. Edition 3.2.2006-03.