《電子技術應用》
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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。
中圖分類號:TN015;TM925.54 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.268045
中文引用格式: 周子龍,梁家榮,謝擁軍,等. 喇叭空饋的介質表面波波導均勻加熱技術研究[J]. 電子技術應用,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

微波爐因其快速加熱特性已成為現代廚房必備電器。然而,傳統微波爐爐腔內易形成駐波,導致電場分布不均[1],常出現局部過熱與加熱不足的現象,影響食物口感與營養,甚至還會存在安全與質量問題[2]。

為改善加熱均勻性,業界已探索多種技術。傳統方法主要包括機械運動法(如使用旋轉臺[3])與場擾動法(如使用模式攪拌器[4]),旨在通過改變場分布的時間平均效應來提升均勻性。此外,頻率選擇[5]與多源饋電[6]等技術也被廣泛應用。近年來,隨著電磁調控技術的發展,基于相控陣列[7]或超材料[8]等主動場控制方法成為研究熱點。其中,利用表面波實現均勻加熱的技術展現出獨特潛力。表面波是束縛于不同媒質(如介質與空氣)界面傳播的電磁波,其場強在垂直界面方向呈指數衰減[9]。盡管已有研究表明接地介質是激發表面波的有效結構[10],但其饋電結構復雜,功率容量有限且缺乏針對微波爐小型化需求的系統設計,工程應用存在明顯不足。

為此,本研究旨在探索一種喇叭空饋介質表面波波導的微波均勻加熱技術,為提升微波爐加熱均勻性提供一種結構簡單、性能可靠的技術方案。主要工作包括:整理了適用于微波加熱場景的介質表面波波導設計準則;繼而提出應用喇叭天線空饋介質表面波波導陣列的方案并闡明其工程優勢;最后通過全波電磁仿真,在小型化微波爐模型中驗證方案的可行性與有效性,為產品開發提供了參考。


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作者信息:

周子龍1,梁家榮2,謝擁軍1,吳亞祥2,

劉奇2,司鵬2,吳名3,何鵬遠3

(1.北京航空航天大學 電子信息工程學院,北京 100191;

2.廣東美的廚房電器制造有限公司,廣東 佛山 528311;

3.乾元國家實驗室,浙江 杭州 310000)

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