气溶胶产生装置及其微波加热装置的制作方法

1.本发明涉及雾化领域，更具体地说，涉及一种气溶胶产生装置及其微波加热装置。


背景技术：

2.常规的加热不燃烧型气溶胶产生装置通常采用的是电阻式加热方式对气溶胶形成基质进行加热。电阻式加热是通过外部电源加热电阻元件，电阻元件发热后再把热量通过热传导的方式传递给气溶胶形成基质，其技术比较成熟，结构较为简单。但电阻式加热通常存在以下不足：1、电阻式加热为局部加热方式，由于气溶胶形成基质导热性差，存在一定的温度梯度，容易产生加热不均匀、局部温度过高的问题，影响抽吸口感和一致性；2、抽吸过程中，发热件持续升温，存在潜在安全风险，还容易出现高温裂解产生有害物质；3、电阻式加热属于接触式加热，气溶胶形成基质与发热件长时间接触，容易出现积碳，出现糊味，清理也极为不便。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种改进的微波加热装置及具有该微波加热装置的气溶胶产生装置。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种微波加热装置，用于加热气溶胶形成基质，所述微波加热装置包括基片集成波导结构以及同轴连接器；所述同轴连接器包括内导体和外导体，所述基片集成波导结构包括依次排布的第一金属层、介质基片层和第二金属层，所述第一金属层与所述内导体连接，所述第二金属层与所述外导体连接；
5.所述基片集成波导结构上形成有波导腔体，所述波导腔体中设置有用于供所述气溶胶形成基质穿过的通孔。
6.在一些实施方式中，所述基片集成波导结构上设置有多个连通所述第一金属层和所述第二金属层的金属化过孔，多个所述金属化过孔围合形成所述波导腔体。
7.在一些实施方式中，所述基片集成波导结构为多边形，所述基片集成波导结构的至少相邻的两条边上分别沿其长度方向排布有多个所述金属化过孔。
8.在一些实施方式中，所述基片集成波导结构的侧面上设置有多个连通所述第一金属层和所述第二金属层的金属带，多个所述金属带围合形成所述波导腔体。
9.在一些实施方式中，所述基片集成波导结构为多边形，所述基片集成波导结构的至少相邻的两个侧面上分别沿其长度方向排布有多个所述金属带。
10.在一些实施方式中，所述基片集成波导结构上设置有馈电孔，所述内导体插入所述馈电孔以与所述第一金属层连接。
11.在一些实施方式中，所述馈电孔包括设置于所述第一金属层和所述介质基片层的第一孔段以及设置于所述第二金属层的第二孔段，所述第一孔段的孔径与所述内导体的外径相匹配，所述第二孔段的孔径大于所述内导体的外径。
12.在一些实施方式中，所述第二孔段的孔径与所述外导体的外径相匹配。
13.在一些实施方式中，所述微波加热装置还包括微波馈入结构，所述第一金属层通过所述微波馈入结构与所述内导体连接。
14.在一些实施方式中，所述微波馈入结构包括微带馈线，所述微带馈线设置于所述介质基片层设置有所述第一金属层的一侧，所述微带馈线的两端分别与所述第一金属层和所述内导体连接。
15.在一些实施方式中，所述微波加热装置还包括阻抗匹配结构，所述第一金属层和所述微波馈入结构分别与所述阻抗匹配结构连接。
16.在一些实施方式中，所述通孔的孔径大于等于所述气溶胶形成基质的外径。
17.在一些实施方式中，所述通孔的中轴线与所述波导腔体的中轴线平行或重合。
18.本发明还提供一种气溶胶产生装置，包括微波发生模块、外壳以及如上述任一项所述的微波加热装置；所述微波加热装置、微波发生模块均收容于所述外壳，所述同轴连接器分别连接所述基片集成波导结构和所述微波发生模块。
19.在一些实施方式中，所述外壳内形成有用于供所述气溶胶形成基质插入的插孔，所述外壳上设置有与所述插孔相连通用于供外界空气进入的进气孔。
20.在一些实施方式中，所述外壳包括相互配合装配的上壳和下壳，所述上壳包括筒状壳体以及由所述筒状壳体的顶壁向下延伸的收容管，所述收容管的内壁面界定出所述插孔。
21.在一些实施方式中，所述微波发生模块收容于所述下壳，所述基片集成波导结构收容于所述上壳，所述上壳的底壁上还设置有用于供所述同轴连接器穿过的过线孔。
22.在一些实施方式中，所述筒状壳体内在收容管的下端面与所述基片集成波导结构之间形成有空腔，所述进气孔开设于所述空腔的腔壁上并与所述空腔相连通。
23.在一些实施方式中，所述气溶胶产生装置包括多个所述基片集成波导结构，多个所述基片集成波导结构的通孔依次对应连通。
24.在一些实施方式中，所述气溶胶产生装置还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述基片集成波导结构或所述气溶胶形成基质移动，以使所述基片集成波导结构和所述气溶胶形成基质之间产生相对移动。
25.在一些实施方式中，所述通孔的孔径大于所述气溶胶形成基质的外径。
26.实施本发明至少具有以下有益效果：本发明的微波加热装置基于基片集成波导技术，微波场集中于通孔内，可实现对气溶胶形成基质的快速、均匀加热，且基片集成波导结构可不与气溶胶形成基质接触，从而避免气溶胶形成基质黏连在基片集成波导结构上。
附图说明
27.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
28.图1是本发明一些实施例中气溶胶产生装置的立体结构示意图；
29.图2是图1所示气溶胶产生装置的纵向剖面结构示意图；
30.图3是图2中上壳的剖面结构示意图；
31.图4是图2中微波加热装置的立体结构示意图；
32.图5是图4所示微波加热装置的剖面结构示意图；
33.图6是图4所示微波加热装置的俯视图；
34.图7是图4所示微波加热装置的仰视图；
35.图8是图2所示气溶胶产生装置的一个替代方案的剖面结构示意图；
36.图9是图2所示气溶胶产生装置的另一个替代方案的剖面结构示意图；
37.图10是图4中基片集成波导结构的第一替代方案的俯视图；
38.图11是图10所示基片集成波导结构的仰视图；
39.图12是图4中基片集成波导结构的第二替代方案的立体结构示意图。
具体实施方式
40.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
45.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
46.图1-2示出了本发明一些实施例中的气溶胶产生装置1，该气溶胶产生装置1可用于对插接于其中的气溶胶形成基质2进行低温烘烤加热，以在不燃烧的状态下释放气溶胶
形成基质2中的气溶胶提取物。该气溶胶形成基质2可呈圆柱状，该气溶胶产生装置1大致可呈方形柱状。可以理解地，在其他实施例中，该气溶胶产生装置1并不局限于呈方形柱状，其也可以呈圆柱状、椭圆柱状等其他形状。
47.该气溶胶产生装置1可包括微波加热装置10、微波发生模块20、电源模块30、控制模块40以及外壳50。其中，微波加热装置10、微波发生模块20、控制模块40以及电源模块30均收容于外壳50中。外壳50内形成有用于供气溶胶形成基质2插入并可周向定位气溶胶形成基质2的插孔5120，微波加热装置10上形成有用于供气溶胶形成基质2穿过的通孔110，气溶胶形成基质2可插入到插孔5120中并穿置于通孔110中。微波发生模块20、电源模块30分别与控制模块40电连接，微波发生模块20用于产生微波并发射微波源至微波加热装置10，从而对穿设于微波加热装置10中的气溶胶形成基质2进行微波加热。电源模块30用于为微波发生模块20和控制模块40提供电力供应，控制模块40用于控制微波发生模块20产生微波。
48.具体地，如图2-3所示，外壳50可包括相互配合装配的上壳51和下壳52。下壳52可呈方形筒状，微波发生模块20、电源模块30、控制模块40均收容于下壳52中。上壳51沿纵向设置于下壳52的上方，其可包括筒状壳体511以及由筒状壳体511的顶壁一体向下延伸形成的收容管512。收容管512呈圆管状，其内壁面界定出用于收容气溶胶形成基质2的插孔5120。插孔5120、收容管512、筒状壳体511均可同轴设置。气溶胶形成基质2可从插孔5120插入并穿过通孔110，气溶胶形成基质2的底部可抵靠于上壳51的底壁上。可以理解地，在其他实施例中，筒状壳体511、收容管512也可分别单独制造后再组装在一起。
49.进一步地，上壳51还可包括分别与筒状壳体511和收容管512连接的至少一个加强壁513。具体地，每一加强壁513的横向两侧分别与收容管512的外壁面以及筒状壳体511的内壁面连接。在本实施例中，加强壁513有四个，该四个加强壁513可沿收容管512的周向均匀间隔分布，且每一加强壁513均可由筒状壳体511的顶壁一体向下延伸形成。可以理解地，在其他实施例中，加强壁513的数量不限于四个，例如其也可以为两个、三个等。
50.此外，筒状壳体511的侧壁上还设置有与插孔5120相连通、用于供外界空气进入的进气孔5110。筒状壳体511内在收容管512的下端面与微波加热装置10的上端面之间形成有一空腔5112，进气孔5110可开设于该空腔5112的腔壁上并与空腔5112相连通。进一步地，进气孔5110可靠近微波加热装置10的上端面设置。可以理解地，在其他实施例中，进气孔5110也可开设于下壳52上。
51.微波加热装置10可包括基片集成波导结构11以及同轴连接器12。同轴连接器12的两端分别与微波发生模块20、基片集成波导结构11连接，其可包括同轴设置的内导体121及外导体122。基片集成波导结构11可设置于上壳51中，相应地，上壳51的底壁上设置有用于供同轴连接器12穿过的过线孔5111。
52.如图4-7所示，基片集成波导结构11包括从上往下依次排布的第一金属层111、介质基片层112和第二金属层113，其中，该第一金属层111与内导体121连接，该第二金属层113与外导体122连接。基片集成波导结构11上形成有波导腔体115，该波导腔体115中开设有用于供气溶胶形成基质2穿过的通孔110。
53.介质基片层112可以为矩形平板状的介质基板，第一金属层111可设置于介质基片层112朝向插孔5120的一侧，第二金属层113可设置于介质基片层112背离插孔5120的一侧。
第一金属层111、第二金属层113可通过印刷、物理气相沉积等方式成型于介质基片层112上。在本实施例中，基片集成波导结构11上形成有多个连通第一金属层111和第二金属层113的金属化过孔114，该多个金属化过孔114围合形成波导腔体115。具体地，基片集成波导结构11呈横截面外形为多边形的片状，基片集成波导结构11的至少相邻的两条边上沿各边的长度方向分别排布有多个金属化过孔114，第一金属层111、第二金属层113通过金属化过孔114实现电连接，波导腔体115由第一金属层111、第二金属层113以及该多个金属化过孔114共同围合而成。进一步地，在本实施例中，基片集成波导结构11呈方形片状，基片集成波导结构11的四条边上沿各边的长度方向分别排布有多个等间距排布的金属化过孔114，该四条边上的多个金属化过孔114围合形成一矩形的波导腔体115。可以理解地，在其他实施例中，基片集成波导结构11、波导腔体115的横截面外形并不局限于呈多边形，例如，其也可以呈圆形等其他形状。当波导腔体115的横截面外形为圆形时，波导腔体115的横截面外缘的至少四分之一圆周长上排布有多个金属化过孔114。
54.通孔110设置于波导腔体115中，其可成圆柱形并可与波导腔体115及基片集成波导结构11同轴设置。同轴连接器12将微波发生模块20的微波信号传输到基片集成波导结构11，多个金属化过孔114将微波信号限制在波导腔体115，以加热通孔110内的气溶胶形成基质2。微波场集中于通孔110内，可以对通孔110内的气溶胶形成基质2有效加热；通孔110的面积小，腔体q值(品质因数)较高，因此气溶胶形成基质2可以实现快速加热。此外，由于采用siw(基片集成波导)技术对气溶胶形成基质2进行加热，气溶胶形成基质2与基片集成波导结构11可以接触也可以不接触，即通孔110的孔径可大于等于气溶胶形成基质2的外径。较佳地，基片集成波导结构11与气溶胶形成基质2之间不接触，例如基片集成波导结构11与气溶胶形成基质2之间松配合，可方便气溶胶形成基质2插入，也可避免气溶胶形成基质2黏连在基片集成波导结构11上。
55.siw可以近似看成是填充介质的矩形波导，siw的工作模式为te
n0
，其中，n＝1，2，
…
，tm模无法在siw中传播。
56.将siw等效为矩形波导之后，其等效宽度可表示为：
[0057][0058]
其中，h为介质基板的厚度,w为平行两排金属化过孔114之间的距离，s为相邻两个金属化过孔114之间的距离，d为金属化过孔114的直径。
[0059]
其等效宽度还有另外一种表示方式：
[0060][0061]
对于工作在单模te
10
模式下的siw设计，其矩形波导的宽边尺寸a需满足
[0062]
a《λ《2a
[0063]
其中λ为工作波长，其计算公式为
[0064][0065]
其中，f为波导的工作频率，εr为填充介质的相对介电常数。
[0066]
在siw结构设计中，siw本身的损耗要降到最小，其中主要需要考虑三个损耗机理：
导体损耗、介电损耗和可能的辐射损耗。导体损耗可以通过增加介质基板的厚度h来减小，而介电损耗只能通过使用更好的介质基板来减小。当s、d、w满足s/d《2.5，d/w《0.2时，其辐射损耗达到最小化。
[0067]
同时为了使得siw能够高效的工作，其介质基板表面所覆盖的金属层的厚度需要大于其趋肤深度，趋肤深度δ的计算公式为
[0068][0069]
ω为波导的工作角频率，ω＝2πf，f为波导的工作频率，μ为金属磁导率，ρ为金属电阻率，σ为金属电导率。
[0070]
进一步地，在本实施例中，基片集成波导结构11上还可设置有馈电孔116，内导体121可插入馈电孔116从而与第一金属层111连接。具体地，在本实施例中，馈电孔116从上往下依次贯穿第一金属层111、介质基片层112、第二金属层113，其可包括设置于第一金属层111和介质基片层112的第一孔段1161以及设置于第二金属层113的第二孔段1162。第一孔段1161的孔径与内导体121的外径相匹配，使得内导体121可穿过第一孔段1161，且内导体121的外周面可与第一金属层111欧姆接触。第二孔段1162的孔径大于第一孔段1161的孔径及内导体121的外径，以避免第二金属层113与内导体121接触。第二孔段1162的孔径可与外导体122的外径相匹配，使得外导体122可穿过第二孔段1162，外导体122的外周面与第二金属层113欧姆接触。在其他实施例中，第二孔段1162的孔径也可小于外导体122的外径，外导体122的上端端面可抵靠于第二金属层113上与第二金属层113欧姆接触。
[0071]
进一步地，由于采用siw技术的基片集成波导结构11为薄片状，厚度小(一般为0.7～1.5mm，通常在1mm左右)，而气溶胶形成基质2具有雾化材料的待加热部分的长度一般为10mm左右，因此，可在气溶胶产生装置1中设置多个基片集成波导结构11来对气溶胶形成基质2进行加热；或者，也可采用基片集成波导结构11可相对于气溶胶形成基质2移动的方式进行分段加热，例如，可在气溶胶产生装置1中设置一驱动组件来驱动基片集成波导结构11或者气溶胶形成基质2移动。
[0072]
如图8所示，本实施例中的气溶胶产生装置1包括多个基片集成波导结构11，多个基片集成波导结构11沿其厚度方向依次排布，多个基片集成波导结构11的通孔110依次对应连通。该多个基片集成波导结构11可同时加热，也可分别控制加热，从而实现对气溶胶形成基质2的分段式加热。此外，由于基片集成波导结构11为薄片状，厚度小，采用多个基片集成波导结构11也不会占用很多空间。
[0073]
如图9所示，本实施例中的气溶胶产生装置1还包括驱动组件60，驱动组件60可设置于外壳50，用于驱动基片集成波导结构11沿气溶胶形成基质2的轴向方向上下移动。通过基片集成波导结构11的上下移动，可以实现对气溶胶形成基质2不同区域的分段加热，此外，加热过程可被暂停。该驱动组件60包括但不限于线性马达或者电机螺杆结构等，其可与电源模块30、控制模块40电连接，以在控制模块40的控制下启动或停止。基片集成波导结构11与气溶胶形成基质2之间不接触(例如松配合)，即，通孔110的孔径大于气溶胶形成基质2的外径，方便基片集成波导结构11与气溶胶形成基质2相对移动。可以理解地，在其他实施例中，也可通过驱动气溶胶形成基质2移动的方式来使基片集成波导结构11与气溶胶形成
基质2之间产生相对移动，包括直接驱动气溶胶形成基质2移动或者间接带动气溶胶形成基质2移动，例如，通过驱动收容管512或者上壳51的底壁等用于固定气溶胶形成基质2的部件移动，进而驱动气溶胶形成基质2移动。
[0074]
图10-11示出了本发明第一替代方案中的基片集成波导结构11，其与上述实施例中的主要区别在于，在本实施例中，基片集成波导结构11的三条边上沿各边的延伸方向分别排布有多个等间距设置的金属化过孔114，该三条边上的多个金属化过孔114围合形成一方形的波导腔体115。通孔110设置于波导腔体115中，其可成圆柱形并与基片集成波导结构11同轴设置。本实施例中，通孔110的中轴线与波导腔体115的中轴线平行但不重合。
[0075]
此外，在本实施例中，基片集成波导结构11还包括微波馈入结构117，第一金属层111通过微波馈入结构117与内导体121连接，第二金属层113与外导体122连接。该微波馈入结构117通常可包括微带馈线，该微带馈线可设置于介质基片层112设置有第一金属层111的一侧，其一端与第一金属层111连接，另一端与内导体121连接。
[0076]
进一步地，该基片集成波导结构11还可包括阻抗匹配结构，第一金属层111、微波馈入结构117分别与阻抗匹配结构连接，微波馈入结构117和波导腔体115组成的微波信号传输线的阻抗，通过阻抗匹配结构匹配为预设阻抗值。该阻抗匹配结构可包括微带线，例如宽度渐变微带线或者梯度微带线。
[0077]
图12示出了本发明第二替代方案中的基片集成波导结构11，其与上述实施例中的主要区别在于，在本实施例中，基片集成波导结构11的侧面上设置有多个将第一金属层111和第二金属层113连通的金属带118，该多个金属带118围合形成波导腔体115。具体地，基片集成波导结构11为多边形片状，例如方形片状，基片集成波导结构11的至少相邻的两个侧面上分别沿其长度方向排布有多个等间距设置的金属带118，第一金属层111、第二金属层113通过金属带118实现电连接，该至少两个侧面上的多个金属带118与第一金属层111、第二金属层113共同围合形成一方形的波导腔体115。通孔110设置于波导腔体115中，其可成圆柱形并与基片集成波导结构11及波导腔体115同轴设置。
[0078]
可以理解地，在其他实施例中，基片集成波导结构11、波导腔体115的横截面外形并不局限于呈多边形，例如，其也可以呈圆形等其他形状。当基片集成波导结构11为圆形片状时，基片集成波导结构11的横截面外缘的至少四分之一圆周长上排布有多个金属带118。
[0079]
可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
[0080]
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。