一种用于深层土传病虫草害的微波防治装置

本发明属于农业机械与物理消毒，涉及一种农业土传病虫草害防治设备，具体是涉及一种用于深层土传病虫草害的微波防治装置。

背景技术：

1、随着人们对食品安全和环境保护要求的不断提高，有机农业和设施农业得到了大面积的普及与发展。但在农业生产中因大量的复耕与高强度种植，土壤连作障碍日益突出，土传病虫害与顽固性杂草成为了导致土壤生态失衡、耕地质量下降、作物品质恶化以及农作物减产的重要因素。土传病虫草害具有种类多、波及范围广、传播速度快，并具有很强的隐蔽性、暴发性强等特点，现有的农业技术手段往往难以对其进行准确监测预警和精准化防控。

2、目前，传统的利用人工方法进行对土传病虫草害的防治，不但效率低下、劳动强度极大，而且极大抬升了农业的生产成本。利用化学的方法会导致大量的污染，不仅降低农产品的品质，还会对土壤造成损害，甚至容易对病虫害产生抗药性从而使土壤不可用。生物法作业效率低，生物熏蒸处理不仅周期漫长且劳动强度大，无法满足应季和高频的农业种植需求。相比之下采用物理方法进行土传病虫草害的防治作业，不仅对环境无污染，还能从根本上杜绝农化学药物在农作物上的残留。

3、基于上述背景，寻求一种高效、环保的物理土壤消毒技术成为了现代绿色农业的迫切需求。微波加热作为一种成熟的物理防治手段，能够穿透土壤表层，利用热效应直接杀灭土壤中的病原菌、害虫及杂草种子。然而，在实际的微波土壤消毒设备中，如何将微波能量高效、定向、均匀地辐射到特定深度的土壤中，是该技术发展的关键痛点。天线作为微波能量辐射的核心部件，其性能直接决定了消毒灭菌的效果。传统的微波辐射装置往往存在能量发散、穿透深度不足等问题。因此，需研发一种专用于深层土传病虫草害的微波防治装置，以提高微波能量的利用率和土传病虫草害的防治效果。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于深层土传病虫草害的微波防治装置。与传统喇叭天线相比，该天线显著优化了微波能量的辐射特性，不仅有效提升了土壤的整体加热温度，更能将微波能量深度穿透至土壤底层。同时，该设计大幅改善了电磁热场分布的均匀性，有效消除了加热死角，从而进一步实现对土传病虫草害的全面防治，显著提升了物理消毒灭菌的综合防效。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种用于深层土传病虫草害的微波防治装置，主要包括矩形波导、喇叭天线腔体、介质透镜以及隔板，其中，

4、所述矩形波导，安装在微波发生单元的输出端，置于喇叭天线腔体的顶部，用于将微波发生单元的磁控管所产生的微波传输到所述喇叭天线腔体中；

5、所述喇叭天线腔体，底部具有开口，用于向装置整体下方的土壤辐射输入的微波；

6、所述隔板，横向安装在所述喇叭天线腔体的底部开口处，作为天线与外界的物理隔离与阻抗过渡层；

7、所述介质透镜，内嵌于所述喇叭天线腔体内部，且设置于所述隔板之上，用于对发散的微波进行双相位补偿与能量聚焦。

8、在本发明的较优实施方案中，所述矩形波导顶部用于连接外部微波发生源，所述喇叭天线腔体呈自上而下逐渐扩大的角锥状，两者共同构成微波传输与辐射的基础通道。

9、在本发明的较优实施方案中，所述矩形波导馈入喇叭天线腔体的微波传播模式为主模te10；所述介质透镜为半球形结构，由低损耗透波材料制成，凸面向喇叭天线的内部，底部平整，被隔板上的栅格托举在喇叭天线腔体的发射口处，用于将te10模辐射出的球面波转化为准平面波，减少微波的耗散，提高辐射方向性与效率。

10、在本发明的较优实施方案中，所述隔板为由金属条构成的周期性金属栅格阵列，各个栅格之间的间隔小于微波波长的四分之一，作为微波从空气进入高介电土壤的阻抗匹配过渡层，优化近场的电场分布，防止表层土壤局部过热从而出现热失控导致土壤不可用的现象。

11、在本发明的较优实施方案中，隔板的每个栅格上具有凸槽，介质透镜底部对应位置具有凹槽，方便两者进行连接安装。

12、在本发明的较优实施方案中，所述隔板的两侧带有减阻部件，其为三角锥状仿生锯齿阵列，以高应力集中方式率先破坏土壤连续性，从而大幅降低装置整体深入土层推行时的物理阻力。

13、在本发明的进一步较优实施方案中，还包括双侧金属板，连接在所述喇叭天线腔体底部开口下方的两侧，并垂直于所述隔板沿纵深方向向下延伸，用于在土壤深处构建微波传输的金属物理边界。

14、在本发明的较优实施方案中，所述双侧金属板为相互平行的一对金属刚性板，两块板与之间的土壤共同构成平行板波导结构，强制抑制微波向非作业区域的侧向衰减与泄漏，且每个所述双侧金属板的底部迎土面及其周侧均作了流线型或倒角弧度处理，以减小切入土壤时的摩擦阻力。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

16、1.本发明中利用喇叭天线作为辐射装置的主体，其结构简单，易于操作且成本低廉，方便在实际应用时进行推广。

17、2.本发明中使用介质透镜来使微波能量汇聚，使用四氟聚乙烯材质这种低损耗透波材料的介质，其本身可以被微波穿透，把它做成球形形成平凸透镜结构，其内嵌于天线腔体内部，凸面向里，用于对矩形波导输入的电磁波进行空间中的相位补偿。通过这种设计，将原本从喇叭口径辐射出的发散状球面波阵面，调制为等相位的向下聚焦波束或准平面波，从场源形态的层面上提升波束的纵深汇聚能力，使上方天线辐射出的能量改变辐射路径从而减少发散的能量，提高加热的效率。

18、3.本发明中在喇叭天线口使用多重栅格来分散因透镜而聚焦产生的微波能量与温度，所述栅格层为由金属条带排列构成的周期性栅格阵列，其各个栅格之间的间隔小于波长的四分之一，使能量与温度可以均匀得分散在土壤间，有效消除表层土壤的局部过热现象。

19、4本发明中在隔板下部连接平行双侧金属板，利用微波能量会在金属之间反射的特性来限制其扩散，从而延伸土壤加热的深度与均匀性。它们由高强度金属材料制成，垂直于栅格层向下平行延伸一定深度。在装置插入土壤后，两块金属侧板在地下土层中构建了一段平行金属板波导的约束通道。该通道提供了刚性的电磁边界条件，从物理上切断了微波在浅层土壤中的侧向耗散路径，强制电磁能量只能沿着双侧板之间的通道向土壤纵深方向定向传输与辐射。

20、5.本发明中隔板上的减阻部件借鉴了土壤穴居动物非光滑体表或挖掘前足的特征，设计成三角锥状仿生锯齿阵列结构。该齿形阵列刚性连接于天线腔体前进方向的前缘底端，在农机牵引行进时率先接触土体，将原本平面的大面积推挤受力，转化为多点的高应力集中切削。通过破坏土壤的连续性，促使土壤发生脆性断裂破碎，从而大幅度降低装置整体深入土壤作业时的压土与在农机牵引行进时推行的阻力。

1.一种用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，主要包括矩形波导（1）、喇叭天线腔体（2）、介质透镜（3）以及隔板（4），其中，

2.如权利要求1所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，所述矩形波导（1）顶部用于连接外部微波发生源，所述喇叭天线腔体（2）呈自上而下逐渐扩大的角锥状，两者共同构成微波传输与辐射的基础通道。

3.如权利要求1所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，所述矩形波导（1）馈入喇叭天线腔体（2）的微波传播模式为主模te10；所述介质透镜（3）为半球形结构，由低损耗透波材料制成，凸面向喇叭天线的内部，底部平整，被隔板托举在喇叭天线腔体（2）的发射口处，用于将te10模辐射出的球面波转化为准平面波，减少微波的耗散，提高辐射方向性与效率。

4.如权利要求1所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，所述隔板（4）为由金属条构成的周期性金属栅格（41）阵列，各个栅格之间的间隔小于微波波长的四分之一，作为微波从空气进入高介电土壤的阻抗匹配过渡层，优化近场的电场分布，防止表层土壤局部过热从而出现热失控导致土壤不可用的现象。

5.如权利要求4所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，隔板（4）的每个栅格（41）上具有凸槽，介质透镜（3）底部对应位置具有凹槽，方便两者进行连接安装。

6.如权利要求1所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，所述隔板（4）的两侧带有减阻部件，其为三角锥状仿生锯齿阵列（42），以高应力集中方式率先破坏土壤连续性，从而大幅降低装置整体深入土层推行时的物理阻力。

7.如权利要求1所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，还包括双侧金属板（5），连接在所述喇叭天线腔体（2）底部开口下方的两侧，并垂直于所述隔板（4）沿纵深方向向下延伸，用于在土壤深处构建微波传输的金属物理边界。

8.如权利要求7所述的用于深层土传病虫草害的微波防治装置，其特征在于，所述双侧金属板（5）为相互平行的一对金属刚性板，两块板与之间的土壤共同构成平行板波导结构，强制抑制微波向非作业区域的侧向衰减与泄漏，且每个所述双侧金属板（5）的底部迎土面及其周侧均作了流线型或倒角弧度处理，以减小切入土壤时的摩擦阻力。