《电子技术应用》
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喇叭空馈的介质表面波波导均匀加热技术研究
电子技术应用
周子龙1,梁家荣2,谢拥军1,吴亚祥2,刘奇2,司鹏2,吴名3,何鹏远3
1.北京航空航天大学 电子信息工程学院;2.广东美的厨房电器制造有限公司;3.乾元国家实验室
摘要: 针对传统微波炉因腔体驻波导致的加热不均匀问题,提出并论证了一种应用喇叭天线空馈介质表面波波导阵列的均匀加热新方案。该方案通过喇叭天线空馈对称排布的介质表面波波导阵列,在腔体内激发表面波。全波仿真结果表明,在2.45 GHz频点,该方案显著改善了加热均匀性,其均匀区域覆盖能力优于经典直接馈电方案。进一步构建的小型化微波炉模型仿真显示,在空载及负载(1 000 mL水)条件下,腔内电场分布均匀,能量吸收效率高,工作频段内驻波比小于3。该研究为解决微波加热均匀性问题提供了一种结构简单、功率容量高、易于工程集成的创新技术路径。
中图分类号:TN015;TM925.54 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.268045
中文引用格式: 周子龙,梁家荣,谢拥军,等. 喇叭空馈的介质表面波波导均匀加热技术研究[J]. 电子技术应用,2026,52(7):8-11.
英文引用格式: Zhou Zilong,Liang Jiarong,Xie Yongjun,et al. A study on uniform heating technology using air-fed dielectric surface waveguides with a horn antenna[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(7):8-11.
A study on uniform heating technology using air-fed dielectric surface waveguides with a horn antenna
Zhou Zilong1,Liang Jiarong2,Xie Yongjun1,Wu Yaxiang2,Liu Qi2,Si Peng2,Wu Ming3,He Pengyuan3
1.School of Electronic Information Engineering, Beihang University;2.Guangdong Midea Kitchen Appliances Manufacturing Co.,Ltd.;3.Qianyuan Laboratory
Abstract: To address the non-uniform heating issue in conventional microwave ovens caused by cavity standing waves, this paper proposes and validates a novel uniform heating scheme based on an array of dielectric surface waveguides fed by a horn antenna in free space. The scheme utilizes a horn antenna to excite a symmetrically arranged dielectric surface waveguide array, which in turn launches surface waves within the cavity. Full-wave simulations demonstrate that at 2.45 GHz, the proposed scheme significantly enhances heating uniformity, with its spatial coverage of uniform heating zones substantially surpassing that of conventional direct-feed configurations. Furthermore, simulations performed on a compact microwave oven model under both no-load and loaded conditions (with 1 000 mL of water) show a uniform electric field distribution inside the cavity, high energy absorption efficiency, and a voltage standing wave ratio (VSWR) below 3 across the operating frequency band. This study provides an innovative technical pathway characterized by structural simplicity, high power capacity, and ease of engineering integration for solving the problem of microwave heating non-uniformity.
Key words : surface wave;dielectric surface waveguide;microwave oven;heating uniformity

引言

微波炉因其快速加热特性已成为现代厨房必备电器。然而,传统微波炉炉腔内易形成驻波,导致电场分布不均[1],常出现局部过热与加热不足的现象,影响食物口感与营养,甚至还会存在安全与质量问题[2]。

为改善加热均匀性,业界已探索多种技术。传统方法主要包括机械运动法(如使用旋转台[3])与场扰动法(如使用模式搅拌器[4]),旨在通过改变场分布的时间平均效应来提升均匀性。此外,频率选择[5]与多源馈电[6]等技术也被广泛应用。近年来,随着电磁调控技术的发展,基于相控阵列[7]或超材料[8]等主动场控制方法成为研究热点。其中,利用表面波实现均匀加热的技术展现出独特潜力。表面波是束缚于不同媒质(如介质与空气)界面传播的电磁波,其场强在垂直界面方向呈指数衰减[9]。尽管已有研究表明接地介质是激发表面波的有效结构[10],但其馈电结构复杂,功率容量有限且缺乏针对微波炉小型化需求的系统设计,工程应用存在明显不足。

为此,本研究旨在探索一种喇叭空馈介质表面波波导的微波均匀加热技术,为提升微波炉加热均匀性提供一种结构简单、性能可靠的技术方案。主要工作包括:整理了适用于微波加热场景的介质表面波波导设计准则;继而提出应用喇叭天线空馈介质表面波波导阵列的方案并阐明其工程优势;最后通过全波电磁仿真,在小型化微波炉模型中验证方案的可行性与有效性,为产品开发提供了参考。


本文详细内容请下载:

http://www.chinaaet.com/resource/share/2000007132


作者信息:

周子龙1,梁家荣2,谢拥军1,吴亚祥2,

刘奇2,司鹏2,吴名3,何鹏远3

(1.北京航空航天大学 电子信息工程学院,北京 100191;

2.广东美的厨房电器制造有限公司,广东 佛山 528311;

3.乾元国家实验室,浙江 杭州 310000)

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