1.本发明涉及微波技术领域，特别涉及一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔及实现方法。
背景技术：2.微波处理如微波消菌杀毒、微波杀虫、微波加热、微波干燥等具有高效、快速、节能以及整体处理等众多优点，已被广泛应用于工业、农业、医疗和食品加工等领域。
3.为了防范微波泄露带来的电磁污染和电磁干扰，微波处理通常在金属腔内进行。由于微波腔内电磁场谐振模式的电磁功率空间分布不均，这经常导致有些物料已经过处理(如过热)，有些物料还欠处理(如未被加热起来),从而大大限制了微波处理在更多领域的推广和应用。如何有效地改善微波处理均匀性已成为微波能应用推广的重要课题。
4.从微波腔体的角度改善微波处理均匀性主要有两种方法。一种是在微波腔内设置旋转载物托盘。该方法是现今提高微波处理均匀性最简单而有效的方法之一，但该方案往往因为旋转轴固定而导致转盘中心位置过处理或欠处理。虽然组合式旋转托盘可以丰富被处理物料的空间运动轨迹，改善转盘中心过处理或欠处理问题，但其结构过于复杂。而且，这种旋转载物托盘特别是组合式旋转托盘，非常不便于腔内清洁。另一种是平板式微波腔。该腔的移动部件(即电磁搅拌器)被陶瓷板隔离，腔内无移动部件，从而解决了旋转托盘导致的腔内清洁不便等问题。在这种平板腔中，被加热物料静置腔内，其加热均匀性主要依赖于电磁搅拌器对腔内模式的搅动能力以及各模式电磁场空间分布的互补性。但现今市面上大部分平板式微波腔的均匀性不如旋转托盘式微波腔，平板式微波腔的均匀性尚有很大的提升空间。
5.此外，从微波源的角度也可以改善微波处理均匀性。同一腔体中不同频率电磁波模式的空间功率分布不同，合理地利用宽带微波源或多个不同工作频率的微波源来激励微波腔，也可以有效地改善微波处理均匀性。但采用宽带微波源(本身就非常昂贵)或多个不同频率的微波源，无疑大大增加了微波处理设备的成本。
6.传统微波谐振腔内电磁场的不均匀性主要源于腔内各模式驻波场的波节点和波腹点是固定不动的。因此，一种能连续平移腔内电磁场的微波谐振腔，对于改善微波处理均匀性，提升家用微波炉品质，进而拓展微波处理(如微波消菌、微波杀虫等)在其他对均匀性敏感领域的应用具有重要价值。
7.人工电磁材料，也称电磁超材料，是一种针对特定工作波长人工设计的微结构电磁材料，可以实现许多天然材料在该波段不具有的电磁特性如负折射、光子禁带等。电磁超材料因其独特的电磁特性，已被广泛地应用于天线设计、光场操控等领域。
技术实现要素：8.针对现有微波处理均匀性不佳的技术问题，本发明的目的在于提供一种能连续平移腔内电磁场的微波谐振腔，进而有效改善微波处理均匀性、提升家用微波炉品质、拓展微
波处理(如微波消菌、微波杀虫等)在其他对均匀性敏感领域的应用。
9.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
10.一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，包括金属腔体和可调全反射体，所述的金属腔体上设有微波馈入口，所述的可调全反射体设置于金属腔体内并作为金属腔体的内壁，且能够通过整体移动或者改变自身形状来使金属腔体内的电磁场波节点和波腹点的空间位置发生变化，从而使微波腔内电磁场实现平移。
11.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的微波馈入口设置于金属腔体上的任意一个腔壁上。
12.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的可调全反射体包括两个设置在金属腔体相对的两个内壁上的基板，所述的基板上设置有多块垂直于金属基板表面的竖片以形成光栅结构，且竖片能够改变在基板上朝向金属腔体内一侧的长度。
13.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的可调全反射体是设置在与微波谐振腔内电磁场分布最不均匀的方向垂直的两个内壁上。
14.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的可调全反射体由金属制成，所述的金属腔体在垂直于竖片长度变化方向的两个内壁上，分别设有用于遮盖金属腔体内表面的陶瓷片。
15.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的可调全反射体由具有光子禁带的全介质电磁超材料，或表面包覆有陶瓷层的金属制成。
16.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的金属腔体为矩形腔，所述的可调全反射体的两个基板设置于矩形腔内任意两个相对内壁上。
17.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的金属腔体为圆柱形腔，所述的可调全反射体的两个基板设置于圆柱形腔内两个圆形底面上。
18.所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，所述的可调全反射体包括设置在金属腔体内所有内壁上的基板，所述的基板上设置有多块垂直于金属基板表面的竖片以形成光栅结构，且竖片能够改变在基板上朝向金属腔体内一侧的长度。
19.一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔实现方法，采用前述的微波谐振腔，包括以下步骤：
20.记录相对设置的两个金属基板上金属片朝向金属腔体内的总长度，从而确定谐振腔的工作状态；
21.同时改变相对设置的两个金属基板上金属片朝向金属腔体内的长度，且保持总长度不变，从而在维持谐振腔的工作状态不变的同时，改变金属腔体内的电磁场波节点和波腹点的空间位置，以实现微波腔内电磁场的平移。
22.本发明的技术效果在于，通过连续改变可调全反射体反射电磁波的空间位置实现腔内电磁场的平移，从而达到提高腔内电磁场均匀性的目的。
附图说明
23.图1是本发明实施例中可连续移动腔内电磁场的微波谐振腔1的三维结构示意图；
24.图2是本发明实施例中可调全反射体3的三维结构示意图；
25.图3是本发明实施例中可连续移动腔内电磁场的微波谐振腔1在工作状态1(d1＝
35mm,d2＝65mm)的腔内场强度分布；
26.图4是本发明实施例中可连续移动腔内电磁场的微波谐振腔1在工作状态2(d1＝45mm,d2＝55mm)的腔内场强度分布；
27.图5是本发明实施例中可连续移动腔内电磁场的微波谐振腔1在工作状态3(d1＝55mm,d2＝45mm)的腔内场强度分布；
28.图6是本发明实施例中可连续移动腔内电磁场的微波谐振腔1在工作状态4(d1＝65mm,d2＝35mm)的腔内场强度分布；
29.图7是本发明实施例中连续协同改变可调全反射体3的厚度时，微波谐振腔内平面4上的平均场强度分布。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不需要作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明所提出的能连续平移腔内电磁场的微波谐振腔，包括微波谐振腔1即金属腔体、微波馈入口2以及可调全反射体3。其中微波馈入口2可设置在金属腔体的任意一个腔壁上，可调全反射体3则成对、平行地放置于金属腔体内代替金属腔的某一对腔壁。可调全反射体3可通过同时整体平移，或内部结构的变化，或外场驱动来改变腔内电磁场波节点和波腹点的空间位置，从而在保证谐振腔模式不变的前提下使得腔内电磁场发生平移，改善微波谐振腔内电磁场在该方向的均匀性。且可调全反射体3在金属腔体内改变腔内电磁场波节点和波腹点的空间位置时，能有效防止全反射体3和金属腔1之间的电磁波泄露及二者之间的放电打火。
32.具体来说，本发明的可调全反射体包括两个设置在金属腔体相对的两个内壁上的基板，所述的基板上设置有多块垂直于金属基板表面的竖片以形成光栅结构，且竖片能够改变在基板上朝向金属腔体内一侧的长度。可调全反射体由金属制成，金属腔体在垂直于竖片长度变化方向的两个内壁上，分别设有用于遮盖金属腔体内表面的陶瓷片。可调全反射体由具有光子禁带的全介质电磁超材料，或表面包覆有陶瓷层的金属制成。
33.其中金属腔体为矩形腔，则可调全反射体的两个基板设置于矩形腔内任意两个相对内壁上。或者金属腔体为圆柱形腔，则可调全反射体的两个基板设置于圆柱形腔内两个圆形底面上。
34.当然，本发明提供的可调全反射体也可以是包括设置在金属腔体内所有内壁上的基板，其中基板上设置有多块垂直于金属基板表面的竖片以形成光栅结构，且竖片能够改变在基板上朝向金属腔体内一侧的长度。即所有金属腔体的内壁均是设有光栅结构的可调全反射体。
35.以移动矩形微波腔内电磁场、改善腔内电磁场均匀性为例。如图1所示，一种能连续平移腔内电磁场的微波谐振腔由金属腔1、矩形波导管2和可调全反射体3构成，矩形微波腔工作频率为2.45ghz。金属腔1的长、宽和高分别为l＝470mm、p＝320mm和q＝180mm。矩形波导馈入口的横向尺寸为wa＝86.4mm和wb＝20mm，可调全反射体3分别置于矩形波导馈入口
及其对面腔壁，为保证微波从矩形波导2顺利馈入金属腔1，紧贴在矩形馈入口的可调全反射体按照矩形波导馈入口的横向尺寸挖空。可调全反射体3采用双曲超材料结构，厚度a＝1mm、高度为d的金属片周期排列成光栅结构，相邻两金属片中心间距为b＝10mm，为便于可调反射体3的安装，金属片阵列可固定在金属基板上，如图2所示。金属片采用类似拉杆天线的可伸缩结构，可以改变金属片高度d。为防止金属片阵列厚度d改变时与金属腔1上下底面(l
×
d＝470mm
×
320mm)太近而引起放电打火，金属腔1的上下底面各铺设一块厚度为1mm的三氧化二铝陶瓷片5。当两可调反射体3的厚度和为d1+d2＝100mm时，微波谐振腔工作于te
106
模。平面4上的场强用来衡量连续移动腔内电磁场对均匀性的改善效果，也可作为实际微波处理腔的载物面。平面4平行与上下底面，置于金属腔中心，大小为340mm
×
320mm，与装配有可调全反射体3的一对金属腔壁距离65mm。在保证两可调反射体3的厚度和d1+d2＝100mm不变的情况下，连续改变d1(d2随之而变，d2＝100mm－d1)，即可实现谐振腔工作状态不变(工作于te
106
模)，但腔内电磁场随着可调反射体3的厚度变化而移动。当d1＝35mm(d2＝65mm)、d1＝45mm(d2＝55mm)、d1＝55mm(d2＝45mm)和d1＝65mm(d2＝35mm)时，腔内场强度分布分别如图3、图4、图5和图6所示。很明显，随着两可调反射体3的厚度变化，腔内场强随之发生平移。在保证d1+d2＝100mm不变的前提下，通过d1、d2连续协同改变来平移腔内场强，腔内平面4上场强的时间平均分布如图7所示。可见，通过两可调反射体3厚度的连续变化，腔内场强均匀性得到大大提高。
36.当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
技术特征：1.一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，包括金属腔体和可调全反射体，所述的金属腔体上设有微波馈入口，所述的可调全反射体设置于金属腔体内并作为金属腔体的内壁，且能够通过整体移动或者改变自身形状来使金属腔体内的电磁场波节点和波腹点的空间位置发生变化，从而使微波腔内电磁场实现平移。2.根据权利要求1所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的微波馈入口设置于金属腔体上的任意一个腔壁上。3.根据权利要求1所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的可调全反射体包括两个设置在金属腔体相对的两个内壁上的基板，所述的基板上设置有多块垂直于金属基板表面的竖片以形成光栅结构，且竖片能够改变在基板上朝向金属腔体内一侧的长度。4.根据权利要求3所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的可调全反射体是设置在与微波谐振腔内电磁场分布最不均匀的方向垂直的两个内壁上。5.根据权利要求3所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的可调全反射体由金属制成，所述的金属腔体在垂直于竖片长度变化方向的两个内壁上，分别设有用于遮盖金属腔体内表面的陶瓷片。6.根据权利要求3所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的可调全反射体由具有光子禁带的全介质电磁超材料，或表面包覆有陶瓷层的金属制成。7.根据权利要求3所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的金属腔体为矩形腔，所述的可调全反射体的两个基板设置于矩形腔内任意两个相对内壁上。8.根据权利要求3所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的金属腔体为圆柱形腔，所述的可调全反射体的两个基板设置于圆柱形腔内两个圆形底面上。9.根据权利要求1所述的一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔，其特征在于，所述的可调全反射体包括设置在金属腔体内所有内壁上的基板，所述的基板上设置有多块垂直于金属基板表面的竖片以形成光栅结构，且竖片能够改变在基板上朝向金属腔体内一侧的长度。10.一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔实现方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的微波谐振腔，包括以下步骤：记录相对设置的两个金属基板上金属片朝向金属腔体内的总长度，从而确定谐振腔的工作状态；同时改变相对设置的两个金属基板上金属片朝向金属腔体内的长度，且保持总长度不变，从而在维持谐振腔的工作状态不变的同时，改变金属腔体内的电磁场波节点和波腹点的空间位置，以实现微波腔内电磁场的平移。
技术总结本发明公开了一种能连续平移微波腔内电磁场的微波谐振腔及实现方法，包括金属腔体和可调全反射体，所述的金属腔体上设有微波馈入口，所述的可调全反射体设置于金属腔体内并作为金属腔体的内壁，且能够通过整体移动或者改变自身形状来使金属腔体内的电磁场波节点和波腹点的空间位置发生变化，从而使微波腔内电磁场实现平移。磁场实现平移。磁场实现平移。
技术研发人员：唐志祥 刘弋 凌誉清 夏懿嘉 曾益轩
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/7/5
