表面波激励的金属褶皱微波加热装置研究
电子技术应用
熊桀平1，梁家荣2，谢拥军1，吴亚祥2，刘奇2，司鹏2，周子龙1，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： 针对传统微波炉驻波分布不均引发的加热不匀、能量利用率低等问题，基于人工表面等离激元原理，设计了含H面波导喇叭天线激励装置与金属褶皱慢波结构的新型微波炉。研究确定了激励装置核心设计参数，提出了一种阵列式金属褶皱结构。经仿真验证，该结构在2.45 GHz中心频率下可激励出均匀表面波，腔体内横向电场均匀性宽度达210 mm，纵向高度达150 mm，2.45~2.46 GHz工作频段内反射系数小于-10 dB，空载及不同负载条件下均能实现均匀加热。制作样机实测后，证实该微波炉有效改善了传统微波炉的驻波缺陷，样机能效达52%，加热均匀性与能量利用率表现良好，为新型微波炉的结构设计与性能优化提供了新的方案和实验依据。
中圖分類號：TN015 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.268046
中文引用格式： 熊桀平，梁家榮，謝擁軍，等. 表面波激勵的金屬褶皺微波加熱裝置研究[J]. 電子技術應用，2026，52(7)：1-7.
英文引用格式： Xiong Jieping，Liang Jiarong，Xie Yongjun，et al. Research on metal fretwork microwave heating device excited by surface waves[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(7)：1-7.
中文引用格式： 熊桀平，梁家榮，謝擁軍，等. 表面波激勵的金屬褶皺微波加熱裝置研究[J]. 電子技術應用，2026，52(7)：1-7.
英文引用格式： Xiong Jieping，Liang Jiarong，Xie Yongjun，et al. Research on metal fretwork microwave heating device excited by surface waves[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(7)：1-7.
Research on metal fretwork microwave heating device excited by surface waves
Xiong Jieping1，Liang Jiarong2，Xie Yongjun1，Wu Yaxiang2，Liu Qi2，Si Peng2，Zhou Zilong1，Wu Ming3，He Pengyuan3
1.School of Electronic and Information Engineering， Beihang University；2.Guangdong Midea Kitchen Appliances Manufacturing Co.， Ltd.；3.Qianyuan National Laboratory
Abstract： To address the problems of uneven heating and low energy utilization caused by standing wave distribution in traditional microwave ovens, this paper designs a new type of microwave oven based on the principle of artificial surface plasmon, which contains an H-plane waveguide horn antenna excitation device and a metal fold slow-wave structure. The core design parameters of the excitation device are determined, and an array-type metal fold structure is proposed. Simulation results show that this structure can excite uniform surface waves at a center frequency of 2.45 GHz, with a uniformity width of the transverse electric field of 210 mm and a longitudinal height of 150 mm in the cavity. The reflection coefficient is less than -10 dB in the working frequency band of 2.45~2.46 GHz. Uniform heating can be achieved under no-load and different load conditions. After the prototype was fabricated and tested, it was confirmed that this microwave oven effectively improved the standing wave defect of traditional microwave ovens. The energy efficiency of the prototype reached 52%, and the heating uniformity and energy utilization rate were good, providing a new solution and experimental basis for the structural design and performance optimization of new microwave ovens.
Key words : surface wave；artificial surface plasmon；microwave heating；metal folds
引言
微波技術憑借其高效、便捷的能量傳輸與轉化特性，在民用生活、食品農產品加工、核工業等多個領域得到了廣泛應用，成為各領域不可或缺的核心技術之一[1-3]。其中，在微波加熱領域，傳統微波爐已得到普及，但其腔體內部微波反射易形成駐波場，導致駐波分布不均，進而引發加熱不勻，既影響加熱效果與食品品質，也降低了能量利用率[4-6]。
針對上述加熱難題，當前行業內的解決方案大多集中于模式攪拌器、旋轉臺、功率輸入模式調控或特定頻率加熱等方式，通過機械運動、參數調整等手段調整微波傳播狀態，以緩解加熱不均問題[4,6-10]。但此類方法仍存在一定的局限性，難以從根本上突破傳統腔體駐波調控的固有瓶頸。基于此，本文從全新角度出發，引入表面波加熱技術，結合人工表面等離激元（Spoof Surface Plasmons Polaritons, SSPPs）的傳播特性，為解決微波加熱不均、能量利用率偏低的問題提供新的技術路徑[11]。
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作者信息：
熊桀平1，梁家榮2，謝擁軍1，吳亞祥2，
劉奇2，司鵬2，周子龍1，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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