微波定向辐射加热复合材料的方法及装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 105722265 A(43)申请公布日 2016.06.29

(21)申请号 201610118272.0(22)申请日 2016.03.03

(71)申请人 南京航空航天大学

地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街

29号(72)发明人 李迎光　李楠垭　周靖　

(74)专利代理机构 南京天华专利代理有限责任

公司 32218

代理人 瞿网兰(51)Int.Cl.

H05B 6/80(2006.01)H05B 6/72(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

CN 105722265 A()发明名称

微波定向辐射加热复合材料的方法及装置(57)摘要

一种微波定向辐射加热复合材料的方法和装置，采用一个或多个可调整辐射方向、辐射面积和辐射功率的定向微波天线，加热固化复合材料的不同区域。由微波天线（7）发射的微波经椭圆面反射板（6）反射实现对微波的定向辐射；通过微波天线（7）在滑动机构（3）内的移动调整其在椭圆面反射板（6）轴线上焦点附近的位置，实现对辐射区域面积的控制；通过转动万向波导（1）调整微波的辐射方向；通过调整万向波导（1）端口的入射功率调节微波在复合材料（8）上的辐射功率。本发明可以实现辐射面积连续可调、辐射方向任意变化、辐射功率实时调节的复合材料微波固化定向辐射。

CN 105722265 A

权　利　要　求　书

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1.一种微波定向辐射加热复合材料的方法，其特征在于在复合材料微波固化过程中，采用一个或多个可实时调整辐射方向、辐射面积和辐射功率的定向微波天线，加热固化复合材料。

其特征是所述的定向微波天线辐射的微波功率可变，微2.根据权利要求1所述的方法，

波天线的辐射方向能通过旋转微波天线发生变化，辐射区域面积能通过调整微波天线在椭圆面反射板焦点附近的位置实现。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的定向微波天线能与相应微波频率对应的激励腔体配合工作，在所述的激励腔体的主辐射方向上设置有多个整齐排列、相互之间间距为微波半波长整数倍的定向微波天线，各个微波天线具有的微波辐射源。

4.一种复合材料微波定向辐射加热的装置，其特征在于它包括安装在加热腔体内部的安装面（4）上的椭圆面微波反射板（6），微波天线（7）安装在椭圆面微波反射板（6）的长轴轴线上且位置可调，以实现微波加热面积的调整，微波天线（7）通过天线接头（2）与万向波导（1）相连，万向波导（1）与微波发生源相连；万向波导（1）与微波天线（7）及其椭圆面微波反射板（6）在安装面（4）上作同步的各向自由转动以实现对不同区域的微波加热。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述的椭圆面反射板（6）连接有滑动机构（3），微波天线（7）能在滑动机构（3）的带动下在椭圆面反射板（6）轴线上自由移动。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征是所述的微波天线（7）在椭圆面反射板（6）长轴上的移动距离为1-50厘米。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述的微波发生源的功率可调，它安装在封闭的金属腔体内部或外部，所述的安装面（4）上设有防止微波外泄的金属软膜（5）。

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CN 105722265 A

说　明　书

微波定向辐射加热复合材料的方法及装置

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技术领域

[0001]本发明涉及一种微波加热技术，尤其是一种微波定向加热复合材料的技术，具体地说是一种微波定向辐射加热复合材料的方法及装置。

背景技术

[0002]众所周知，微波加热固化技术是以低频电磁波穿透复合材料，在材料内部将微波能转换成热能，对复合材料里外进行均匀加热的技术。此工艺方法具有速度快、能耗低和热惯性小等一系列优点，可以快速、高效、均匀加热固化复合材料零件。[0003]在现有的复合材料微波固化装置中，多采用磁控管作为微波发生装置，辐射出的微波经波导管传输至加热腔体内部，对放置在腔体内部的复合材料进行介电加热。但该微波固化技术存在微波功率分布不均匀、功率不能定向调整等问题，而现有的功率控制技术多是通过磁控管的开关来调节腔体内部的整体微波功率，针对不均匀的微波功率不能定向调整，既不能满足被加热物体均匀加热的要求，也无法对被加热物体进行局部选择加热。发明内容

[0004]本发明的目的是针对现有的微波加热装置存在的微波功率分布不均匀、功率不能定向调整及不能实现局部加热的问题，发明一种辐射面积连续可调、辐射方向任意变化、辐射功率实时调节的微波定向辐射加热复合材料的方法，同时提供相应的装置。[0005]本发明的技术方案之一是：

一种微波定向辐射加热复合材料的方法，其特征在于将待加热固化的复合材料置于一个能实时调整辐射方向、辐射面积和辐射功率的定向微波天线的下部，在微波固化过程中通过实时调整辐射方向、辐射面积和辐射功率来实现复合材料的均匀加热固化。[0006]所述的定向微波天线辐射的微波功率可变，微波天线的辐射方向能通过旋转微波天线发生变化，辐射区域面积能通过调整微波天线在椭圆面反射板焦点附近的位置实现。[0007]所述的定向微波天线能与相应微波频率对应的激励腔体配合工作，在所述的激励腔体的主辐射方向上设置有多个整齐排列、相互之间间距为微波半波长整数倍的定向微波天线，各个微波天线具有的微波辐射源。[0008]本发明的技术方案之二是：

一种复合材料微波定向辐射加热的装置，其特征在于它包括安装在加热腔体内部的安装面4上的椭圆面微波反射板6，微波天线7安装在椭圆面微波反射板6的长轴轴线上且位置可调，以实现微波加热面积的调整，微波天线7通过天线接头2与万向波导1相连，万向波导1

万向波导1能带动微波天线7及其椭圆面微波反射板6在安装面4上作同与微波发生源相连；

步的各向自由转动以实现对不同区域的微波加热。[0009]所述的椭圆面反射板6连接有滑动机构3，微波天线7能在滑动机构3的带动下在椭圆面反射板6轴线上自由移动。

[0010]所述的微波天线7在椭圆面反射板6长轴上的移动距离为0.01-0.05米。

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所述的微波发生源的功率可调，它安装在封闭的金属腔体内部或外部，所述的安

装面4上设有防止微波外泄的金属软膜5。[0012]本发明的有益效果：

本发明的复合材料微波固化定向辐射控制方法及装置实现了微波天线发射的微波经椭圆面反射板反射实现对微波的定向辐射，调整微波天线在椭圆面反射板轴线上的位置控制辐射区域的面积，转动万向波导调整微波辐射的方向，调节万向波导端口的入射功率控制微波辐射的功率。采用复合材料微波固化定向辐射控制技术不仅可以对复合材料进行局部选择加热，而且可以定向调整不均匀的微波功率，实现对复合材料的均匀加热。[0013]本发明提出的复合材料微波固化定向辐射控制方法及装置，可以实现辐射面积连续可调、辐射方向任意变化、辐射功率实时调节的复合材料微波固化定向辐射。[0014]本发明基于椭圆面对微波的反射特点，实现复合材料微波固化的定向辐射控制，相比于现有的微波固化及其功率控制技术，定向辐射控制具有辐射面积连续可调、辐射方向任意变化、辐射功率实时调节的优点。采用微波固化定向辐射控制技术不仅可以对被加热物体进行局部选择加热，而且可以定向调整不均匀的微波功率，实现对复合材料的均匀加热。

附图说明

[0015]图1是本发明的复合材料微波固化定向辐射控制装置示意图

图中：1为万向波导、2为天线接头、3为滑动机构、4为安装面、5为金属软膜、6为椭圆面微波反射板、7为微波天线、8为复合材料。具体实施方式

[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。[0017]实施例一。[0018]如图1所示。

[0019]一种微波定向辐射加热复合材料的方法，首先将待加热固化的复合材料置于一个能实时调整辐射方向、辐射面积和辐射功率的如图1所示的定向辐射装置（微波天线）的下部，该定向辐射装置包括安装在加热腔体内部的安装面4上的椭圆面微波反射板6，微波天线7安装在椭圆面微波反射板6的长轴轴线上且位置可调，以实现微波加热面积的调整，微波天线7通过天线接头2与万向波导1相连，万向波导1与微波发生源相连；万向波导1能带动微波天线7及其椭圆面微波反射板6在安装面4上作同步的各向自由转动以实现对不同区域的微波加热。在微波固化过程中通过实时调整辐射方向、辐射面积和辐射功率（通过调整微波源的发射功率来实现）来实现复合材料的均匀加热固化。所述的定向微波天线辐射的微

微波天线的辐射方向能通过旋转微波天线发生变化，辐射区域面积能通过调波功率可变，

整微波天线在椭圆面反射板焦点附近的位置实现。所述的定向微波天线能与相应微波频率对应的激励腔体配合工作，在所述的激励腔体的主辐射方向上设置有多个整齐排列、相互之间间距为微波半波长整数倍的定向微波天线，各个微波天线具有的微波辐射源。在复合材料微波固化过程中，采用8个可调整辐射方向、辐射面积和辐射功率的定向微波天线，加热固化复合材料的不同区域。

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所述的定向微波天线辐射的功率在0~1.5kW变化，微波天线的辐射方向通过旋转

微波天线发生变化，微波天线与安装面法线间的最大夹角为70°。微波天线可在椭圆面反射板焦点前后0.03m（也可在0.01-0.05范围内选择移动距离）范围内移动。

[0021]所述的定向微波天线工作在2.45GHz并与2.45GHz八边形谐振腔体配合工作。腔体中上下两面分别设置4个整齐排列的定向微波天线，相互之间间距为1倍波长（0.122m）。[0022]实施例二。

[0023]一种复合材料微波定向辐射加热的装置，它包括安装在加热腔体内部的安装面4上的椭圆面微波反射板6，微波天线7安装在椭圆面微波反射板6的长轴轴线上且位置可调，以实现微波加热面积的调整，微波天线7通过天线接头2与万向波导1相连，万向波导1与微波发生源相连；万向波导1能带动微波天线7及其椭圆面微波反射板6在安装面4上作同步的各向自由转动以实现对不同区域的微波加热。所述的椭圆面反射板6连接有滑动机构3，微波天线7能在滑动机构3（可采用手动或电动机构实现微波天线7的移动，电动机构可采用丝杆螺母或蜗轮蜗杆机构实现）的带动下在椭圆面反射板6轴线上自由移动（移动距离为0.01-0.05米）。所述的微波发生源的功率可调，它安装在封闭的金属腔体内部或外部，所述的安装面4上设有防止微波外泄的金属软膜5。椭圆面反射板6的开口直径为0.15m。微波天线与安装面法线间的最大夹角为70°。整个装置安装在加热腔体内部的安装面4上，安装孔的直径为0.1m，采用铝膜（即金属软膜5）密封。该定向辐射加热装置的辐射功率可连续或不

可通过旋转定向微波天线实现不同方向的辐射加热；辐射面积大小可通过改变连续变化；

微波天线7在椭圆面反射板6焦点附近的位置调整；所述的定向微波天线经微波接头2连接至万向波导1，微波天线7可在滑动机构3内自由移动调整其在椭圆面反射板6中心轴线上的位置。

[0024]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

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说　明　书　附　图

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图1

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