微波加熱設備的製作方法

2023-05-30 14:36:31 2

專利名稱：微波加熱設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及微波加熱領域。具體地說，本發明涉及一種包括供給結構的微波加熱 設備，所述供給結構能夠使所述設備的工作基本上與待加熱負載無關。
背景技術：
微波加熱技術涉及將微波能量供給到腔內。當通過微波加熱設備加熱例如食品 形式的負載時，必須考慮許多方面。這些方面中的大多數方面對於本領域技術人員來說是 眾所周知的，例如包括期望在食品中吸收最大量的可用微波功率的同時獲得食品的均勻加 熱，以實現令人滿意的效率程度。具體地講，微波加熱設備的工作優選地與待加熱負載的性 質無關或至少幾乎不敏感。
在歐洲專利EP0478053中，公開了一種採用微波爐腔形式的微波加熱設備，其中， 通過爐腔側壁中的上下供給口向微波爐腔提供微波。通過Q值比加有負載的腔的Q值更高 的諧振波導管設備來實現供給。波導管的尺寸被設置成使得在波導管設備中建立諧振條 件。諧振條件在相應的供給口給出微波的鎖相，其中，鎖相優選地與期望的腔模式同步。該技術的缺點在於需要兩個供給口來提供穩定的場型和場匹配(field matching)，並且在微波供給的靈活性方面存在限制。因此，需要提供將克服這些缺點的替代方案和/或新型設備。

發明內容
本發明的目的在於提供一種以上技術和現有技術的更有效的替代方案。更具體地說，本發明的目的在於提供一種與待加熱負載的性質具有減小的相關性 的微波加熱設備，和/或減少對微波供給的靈活性的限制。本發明的這些和其它目的通過具有由獨立權利要求所限定的特徵的微波加熱設 備來實現。本發明的優選實施例由從屬權利要求來表徵。因此，根據本發明的第一方面，提供一種微波加熱設備。所述微波加熱設備包括布 置成用於接收待加熱負載的腔以及用於將微波供給到所述腔中的供給結構。所述供給結構 包括傳輸線，用於傳輸由微波源產生的微波能量；以及諧振器，布置在所述傳輸線和所述 腔之間的接合處，用於操作為所述腔的供給口。構成所述諧振器的內部的材料的介電常數 和所述諧振器的尺寸選擇成使得對於由所述源產生的微波而在所述諧振器中建立諧振條 件，並在所述傳輸線、所述諧振器和所述腔之間建立阻抗匹配。本發明利用如下理解諧振器可以布置在所述傳輸線和所述腔之間的接合處，以 操作為供給口，從而在所述腔中實現穩定的場型。有利的是，還提供了適當的且穩定的匹 配。構成所述諧振器的內部的材料的介電常數和所述諧振器的尺寸選擇成使得對於由所 述源產生的微波而在所述諧振器中建立諧振條件，並在所述傳輸線、所述諧振器和所述腔 之間建立阻抗匹配。這樣，在所述傳輸線和所述腔之間的接合處提供了具有高Q值、尤其是 Q值比加有負載的腔的Q值更高的諧振器。本發明的優點在於其提供一種與布置在腔中的負載(或負載的性質)基本上無關或至少對其幾乎不敏感的微波加熱設備。具體地說，該 微波加熱設備對負載變化幾乎不敏感。此外，與例如沒有任何諧振器(即，連接到腔的充氣波導管)的通過尺寸規則的孔 進行供給的腔相比，本發明的優點在於提供一種更加穩定的加熱設備。所述加熱設備可以 以穩定的頻率工作，而與布置在腔中的負載基本上無關(或至少更少地相關)。此外，由於其傳輸性能，諧振器的使用有助於所述傳輸線和所述腔之間的阻抗匹 配。 本發明的優點還在於其提供一種具有供給孔(或供給口)的尺寸比常規供給孔的 尺寸更小的微波加熱設備，由此在所述腔中形成「更清潔」模式、即優選地單模式的供給。例 如，本發明能夠將供給孔從最小61mm的標準尺寸(正常尺寸為大約80-90mm)減小到大約 6-20mmo此外，為了確保在腔中單模式的供給，因為諧振器的設計決定其傳輸性能，所以可 以根據諧振器的設計來設計腔，以支持與微波供給到腔中的頻率對應的模式。根據實施例，構成所述諧振器的內部的材料的介電常數大於構成所述傳輸線的內 部的材料的介電常數，並且所述諧振器的橫截面尺寸選擇成使得其小於所述傳輸線的橫截 面尺寸。如將在下面更加詳細地說明的，諧振器的尺寸，即供給口的尺寸，隨著構成所述諧 振器的內部的材料的介電常數的平方根(V^)按比例縮小。例如，構成所述諧振器的內部的介電材料可以是陶瓷，例如氧化鋁(Al2O3)、二氧化 鈦(TiO2)、以及不同的鈦酸鹽，例如，鈦酸鎂(MgTiO3)和鈦酸鈣(CaTiO3)。有利的是，介電 常數ε包括在3-150的範圍內，並優選高於10。可選擇地，所述諧振器可以用金屬塗覆，如果介電材料的所述常數相對低，比如量 級是10，則這對於避免或至少減少諧振器的微波洩露來說是尤其有利的。然而，如果介電常 數相對高，比如量級為80-90(例如，TiO2)，那麼，因為能量洩露很快消失，所以不需要金屬塗層。根據另一實施例，微波源是包括半導體元件的固態微波發生器。固態微波發生器 的優點包括可以控制產生的微波的頻率、可以控制發生器的輸出功率和固有的窄帶頻譜。應當明白，所述傳輸線可以是標準的傳輸線，例如波導管、同軸電纜或帶狀線。有利的是，所述諧振器是與所述傳輸線具有相同類型橫截面形狀的細長介電材料 段。例如，所述諧振器和所述傳輸線可以具有圓柱形或矩形截面。然而，所述諧振器通常具 有較小的尺寸。根據實施例，所述微波加熱設備還可以包括至少一個額外的供給結構和微波源， 例如上面限定的任何供給結構和微波源，用於通過額外的諧振器將微波供給到腔中。除了 所述微波加熱設備對負載的性質幾乎不敏感的事實以外，該實施例的優點特別在於與現 有技術的微波加熱設備相比，其提供從兩個孔(或供給口)供給的腔，使得串擾減小。具體地說，微波源分別以不同的頻率工作。換言之，在微波加熱設備包括兩個供給 結構的情況下，微波加熱設備的腔分別通過兩個供給口以兩種不同的頻率激勵。使微波源 以不同的頻率工作對於減小串擾來說是特別有利的。例如，在腔包括例如兩個供給結構的 情況下，第一供給結構包括構造成用於以明確定義的第一頻率Fl傳輸微波的第一諧振器， 而第二供給結構包括構造成用於以明確定義的第二頻率F2傳輸微波的第二諧振器。這樣，第二諧振器略微構造成用於阻擋或至少極力地限制從第一供給口供給到腔中的微波通過 第二諧振器自身傳輸。這明顯減小了兩個供給口之間的串擾。另外，還基本上防止了不期 望的頻率、諧波和次諧波的傳輸，BP,電磁兼容性(EMC)。雖然以上示例描述了包括兩個供給結構或諧振器的腔，但應當理解，相同的原理 適用於包括兩個以上供給結構的腔，並可以獲得與串擾的減小相關的相同優點。在包括兩個供給口的微波加熱設備的情況下，供給口優選正交地布置在腔的壁處。如果從所述兩個供給口傳輸的微波具有相同的頻率，則該實施例是尤其優選的。通常， 對於一個以上的供給結構來說，可以使供給口在腔的壁處的位置最佳化，以實現均勻的加 熱方式。當研究下面詳細的公開內容、附圖和所附權利要求時，本發明的其它目的、特徵和 優點將變得明顯。本領域技術人員認識到，可以將本發明的不同特徵相組合，以產生與下面 描述的這些實施例不同的實施例。


通過以下參照附圖對本發明優選實施例的示例性和非限制性詳細描述，本發明的 以上以及其它目的、特徵和優點將易於理解，在附圖中圖1示意性地示出包括經由諧振器連接的兩個充氣波導管的波導管結構，以示出 本發明的構思；圖2示出參照圖1描述的波導管結構的反射特性；圖3示意性地示出根據本發明的實施例的微波加熱設備；圖4示出參照圖3描述的加熱設備的反射特性；圖5示意性地示出根據本發明的另一實施例的微波加熱設備；圖6示出參照圖5描述的具有兩個供給口的加熱設備的反射特性；圖7示出參照圖5描述的加熱設備的兩個供給口的串擾特性；圖8示意性地示出包括具有充氣波導管且不具有諧振器的標準供給結構的微波 加熱設備；圖9示出參照圖8描述的加熱設備的反射特性；圖10示出參照圖8描述的加熱設備的兩個供給口的串擾特性；圖11示出在圖6和圖9中示出的反射特性的ISM(工業、科學和醫療)頻帶 (2. 4-2. 5GHz)比較；圖12示出在圖7和圖10中示出的串擾特性的ISM頻帶(2. 4-2. 5GHz)比較；所有附圖都是示意性的，沒有必要按比例畫出，並且通常僅示出為了闡述本發明 所必需的部件，其中，其它部件可以被省略或僅是所建議的。
具體實施例方式作為對本發明的構思的介紹，圖1示出包括經由諧振器(或諧振波導管)相互連 接的兩個充氣波導管的波導管結構。圖1示出包括第一充氣傳輸線或波導管10、諧振器或諧振波導管20和第二充氣 傳輸線或波導管30的波導管結構1。在第一充氣波導管10的第一端或面101處將微波40供給到結構1中。微波經布置在第一傳輸線10和第二傳輸線30之間的接合處的諧振波導 管20沿著第一傳輸線10和第二傳輸線30傳播。微波在第二傳輸線30的端302處離開波 導管結構1，所述端302是與傳輸線30的相鄰於諧振波導管20的端相反的端。使用在圖1中示出的坐標系0^，7，2)，微波的傳播方向沿著1軸，1軸也是在下面 用於定義波導管結構1的元件的長度的軸線。波導管結構的元件的寬度相對於y軸來定義， 而高度相對於ζ軸來定義。在參照圖1描述的結構1中，兩個充氣波導管10和30沿傳播方向具有相等(或 至少幾乎相等)的橫截面(y，z)。諧振器20使沿著第一傳輸線10傳輸的微波耦合到第二 傳輸線30。舉個示例，假設諧振波導管20是填充有氧化鋁Al2O3的波導管，假設氧化鋁Al2O3 的介電常數等於9。進一步假設諧振波導管或填充有陶瓷的波導管20塗覆有金屬以避免微 波洩露或至少使微波洩露最小化。注意，如果介電常數顯著較高，則不需要假設存在金屬塗 層，因為能量洩露將很快消失。選擇波導管20的尺寸以提供諧振條件，即，以形成諧振器20。為了使兩條充氣傳 輸線之間的接合處的反射最小化，阻抗需要匹配(即，足夠接近)。針對波導管中傳播模式 的特性阻抗Ztl的等式表示為 °等式 1其中，η是自由空間的阻抗(等於120 π)，fc是波導管中傳播模式的截止頻率，f 是工作頻率，如果模式傳播，則f大於f。(f > fc)。根據等式1，優選的是，在所有三個波導管中實現相同的或至少幾乎相同的截止頻 率，由此提供具有非常小的反射的接合處。為了獲得相同的截止頻率，與充氣波導管的寬度 相比，諧振波導管的寬度需要根據其介電常數的平方根V 成比例調節。在本示例中，假設 充氣波導管的寬度為80mm，則當Α1203( ε = 9)用作為諧振器內部的介電材料時，諧振波導
管(或諧振體)的寬度大約等於26. 67mm(即，J)。在本示例中，如果結構1的兩端均是打開的，則諧振波導管的長度不能被直接選 擇為整數個半波長以在諧振波導管20中實現諧振(在特定頻率下)。而是，例如，在TEltl2 模式的情況下，長度需要大於一個波長。對於在由金屬完全圍封的諧振器中具有諧振來說， 這是必需的條件。對於TEltl2模式，在這種情況下，諧振器的長度選擇為38. 5mm，並將其高度 任意選擇為10mm，由此產生接近於ISM頻帶2. 4-2. 5GHz的中心的諧振。圖2示出參照圖1描述的波導管結構1中的反射特性。圖2示出對於TEltl2模式， 在2456MHz時獲得良好的匹配，其中，反射因數大約等於0.0284(即，2.84% )。圖2還示 出對于波導管結構1，傳播截止在大約1870MHz處；並且填充有陶瓷的諧振器20將僅允許 非常接近於其諧振頻率的頻率傳輸(考慮到端表面洩露)。在圖2中可以看出，Q因數對於 不同的諧振來說是不同的，具體而言，如果諧振頻率增大，則Q因數減小。根據應用和對窄 傳輸帶寬的需要，可以通過使用不同長度的諧振波導管來選擇不同的諧振。與波長相比較 短的諧振波導管提供較高的Q值(TE皿模式)，如果需要較窄的傳輸帶寬，則這是優選的。
上面示例通過使用包括兩個充氣傳輸線和諧振波導管的波導管結構1示出本發 明的構思。在本發明的微波加熱設備中，第二傳輸線對應於腔，而第一傳輸線和諧振波導管 對應於用於將微波供給到腔中的供給結構。
參照圖3，示出的是具有根據本發明實施例的特徵和功能的微波加熱設備300，例 如微波爐。微波爐300包括由圍封表面限定的腔350。腔350的其中一個側壁可以裝有用於 能夠將負載例如食品引入到腔350中的門(未示出)。微波爐300包括用於通過單個供給孔320a將微波供給到腔350中的供給結構 325。供給結構包括用於傳輸由微波源310產生的微波能量的傳輸線330。供給結構還包括 布置在傳輸線330和腔350之間的接合處的諧振器320，用於操作為腔的單個供給口 320a。雖然參照圖3所描述的微波爐300具有矩形圍封表面，但應當明白，微波爐的腔不 限於這樣的形狀，並且例如可以具有圓形橫截面或具有可以在一般的正交曲線-線性坐標 系中描述的任何幾何形狀。通常，腔350由金屬製成。傳輸線330例如可以是同軸電纜。微波爐300還包括微波源310，微波源310通過傳輸線或波導管330以及諧振器 320連接到腔350的供給口 320a。雖然諧振器320被視為用於構成腔的供給口，但應當理解，諧振器體320的與腔的 壁相鄰的面或端320a對應於供給口。下面，當涉及到供給口時，將可互換地提及諧振器320 的面320a或諧振器320。根據實施例，諧振器是由細長介電材料段，其沿傳播方向(χ軸)延伸，並且優選地 與傳輸線330具有相同類型(例如矩形、圓形等)的橫截面形狀。根據例如參照圖1描述的設計規則，構成諧振器320的內部的材料的介電常數和 諧振器320的尺寸選擇成使得對於由源310產生的微波而在諧振器320中建立諧振條件， 並且在傳輸線330、諧振器320和腔350之間建立阻抗匹配。具體而言，參照圖3，諧振器320的介電常數大於構成傳輸線330的內部的材料的 介電常數，並且諧振器的橫截面尺寸選擇為使得其小於傳輸線的橫截面尺寸。具體地說，諧 振器的尺寸(例如寬度)隨V^按比例縮小。此外，微波爐可以包括與供給口 320相關聯並布置在傳輸線330中的開關(未示 出)，用於停止來自供給口 320的供給。根據實施例，有利的是，將諧振器設計為全波諧振，即，對一個波長的諧振，由此沿 長度尺寸(即，沿χ方向)給出模式指數2。根據實施例，微波源310是包括例如碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)成分的基於固 態的微波發生器。其它半導體成分也可適於構成微波源310。除了可以控制所產生的微波 的頻率以外，基於固態的微波發生器的優點包括可以控制發生器的輸出功率電平和固有窄 帶特性。從基於固態的發生器發出的微波的頻率通常構成窄頻率範圍，例如2. 4至2. 5GHz。 然而，本發明不限於該頻率範圍，並且基於固態的微波源310可適於發出以915MHz為中心 的頻率範圍，例如875-955MHZ，或發出任何其它合適的頻率範圍(或帶寬)。例如，本發明 適用於頻帶中心頻率為915MHz、2450MHz、5800MHz和22. 125GHz的標準源。可替換地，微波 源310可以是頻率可控的磁控管，例如在文件GB2425415中公開的磁控管。通常，腔中的可用模式場的數量和/或類型由腔的設計確定。腔的設計包括腔的物理尺寸和供給口在腔中的位置。在提供有坐標系(x，y，z)的圖3、圖5和圖8中，腔的尺 寸通常分別由用於高度的標號h、用於深度的標號d和用於寬度的標號w表示，例如在圖3 中所示。參見參照圖1描述的設計規則，為了設計微波加熱設備300的腔350，優選地考慮 當用腔350代替圖1的第二充氣波導管時產生的阻抗失配，即，從諧振器320看到的阻抗 差。為此，略微地調節諧振器320的長度，並調整腔的尺寸。在調整程序期間，在腔中優選 地存在模擬將要布置在腔中的典型負載的負載。另外，所述調整可以通過局部阻抗調節來實現，例如，通過引入相鄰於諧振器的布置在傳輸線中或布置在腔中的調整元件(例如電容性柱)來實現。在本示例中，將腔設計成具有232mm的寬度、232mm的深度和Illmm的高度。原則 上，可以將供給口 320布置在腔的任何壁上。然而，對於預定的模式，供給口通常具有最佳 的位置。在本示例中，供給口 320a位於腔的側壁的上部，在圖3中示出的腔300的右手側 (χ = w)。供給口 320a置於半深度(y = d/2)和幾乎全高度(ζ = h)處。參照圖4，描述了針對三種不同的介電負載在具有以上設計的腔中所執行的模擬 試驗的結果，所述三種不同介電負載即具有典型介電常數ε = 4-j2的一塊冷凍肉末(用 41表示的曲線)、具有典型介電常數ε =52_j20的一塊解凍肉末(用42表示的曲線)和 具有典型介電常數ε =36_jl5的一些液態薄烤餅麵糊(用43表示的曲線)。圖4示出針 對所述三種不同負載的從腔反射的信號與通過數值研究獲得的頻率的(函數)關係曲線圖 (曲線41-43)。圖4示出諧振頻率，其大約為2454MHz，與負載的介電常數的相關性非常 小，即，幾乎與負載的性質無關。因此，本發明的微波加熱設備300的優點特別在於其工作 頻率非常穩定。另外，注意，反射係數相對而言不受影響(對於ε =4_j2，為0.311 ；對於 ε = 52_j20，為0. 0090 ；對於ε = 36_jl5，為0. 0203)。使用具有尺寸規則的孔的常規微 波爐進行的類似試驗在匹配頻率和反射係數方面均會顯示出明顯較大的變化。為了進行局部阻抗調節，微波加熱設備300還可以包括相鄰於諧振器320布置在 傳輸線330中或布置在腔350中的調整元件(未示出)。參照圖5，示出的是具有根據本發明另一實施例的特徵和功能的微波加熱設備 500，例如微波爐。微波加熱設備500與參照圖3描述的微波加熱設備300類似，但是還包括至少一 個額外的供給結構525』和微波源510』，例如上面參照圖3描述的供給結構325和微波源 310。額外的供給結構525』包括用於傳輸由額外的微波源510』產生的微波輻射的(額外 的或第二)傳輸線530』。供給結構還包括布置在(額外的)傳輸線530』和腔550之間的 接合處的(額外的或第二)諧振器520』，用於操作為腔的額外供給口。在這種配置中，可以使用第一供給口或者諧振器520將第一頻率的微波供給到腔 550中，同時可以使用第二供給口或者諧振器520』將第二頻率的微波供給到腔550中。應當明白的是，額外的供給結構525』和額外的微波源510』可以與上面參照圖3 描述的供給結構325和微波源310的類似方式來表徵，和/或可以包括與供給結構325和 微波源310相同的額外特徵。換言之，在所附權利要求2-9中描述的供給結構325和微波 源310的變型也可以應用於額外的供給結構525』和額外的微波源510』。參見參照圖1描述的設計規則，為了設計以兩種不同頻率工作的微波加熱設備的雙供給腔，優選地考慮當用腔代替圖1的第二充氣波導管時產生的阻抗失配，即，從諧振器 看到的阻抗差。為此，調節諧振器的長度，並調整腔的尺寸。在調整程序期間，在腔中優選 地存在模擬將要布置在腔中的典型負載的負載。另外，所述調整可以通過局部阻抗調節來 實現，例如，通過引入相鄰於諧振器的調整元件例如電容性柱來實現。在本示例中，將腔設計成具有26 Imm的寬度、340mm的深度和170mm的高度。第二供給口 520』布置在腔的頂壁的中心處(χ = w/2 ；y = d/2 ；ζ = h)。諧振介電體520和520』 由Al2O3 ( ε = 9)製成，並具有基本上相等的寬度26. 67mm和高度10mm。然而，諧振器的長 度不同，其中第一諧振器520的長度為40. 5mm，而第二諧振器520』的長度為38. 0mm。微波加熱設備500的優點在於其包括雙供給腔550，其中，與常規的雙供給腔相 比，減小了兩個供給口之間的串擾。現在將參照圖6-12說明與使用尺寸規則的充氣波導管 相比使用陶瓷波導管所獲得的串擾的減小。圖6和圖7示出在具有以上設計和尺寸的腔中採用介電常數ε = 4_j2的負載 (一塊冷凍肉末)進行的模擬試驗的結果。將腔550視為具有寬度為261mm、深度為340mm 且高度為170mm的矩形幾何形狀的空的充氣腔。腔在ISM頻帶內的2422MHz和2490MHz時 出現諧振。圖6示出從腔550反射的信號與通過對參照圖5描述的供給結構和腔的數值研究 所獲得的頻率的關係曲線圖。圖6示出在Sll表示的曲線具有值0.237的2422MHz處，並 且在S22表示的曲線具有值0. 327的2490MHz處，獲得相當好的匹配。Sll表示的曲線對應 於源自第一發生器510 (與第一供給結構525相關聯)並返回到第一供給口 520 (或在第一 諧振器中)的功率，而S22表示的曲線對應於源自第二發生器510』 (與第二供給結構525』 相關聯)並返回到第二供給口 520』(或在第二諧振器中)的功率。圖7示出參照圖5描述的腔550的串擾。該曲線示出與當第二發生器510』開啟 且第一發生器510關閉時在第一供給口 520處檢測到的功率對應的曲線S12以及與當第一 發生器510開啟且第二發生器510』關閉時在第二供給口 520』處(或在第二諧振器中)檢 測到的功率對應的曲線S21。圖7示出:S12在2422MHz處具有值0. 141 ；S21在2490MHz處 具有值0. 054(在圖7中，雖然兩條曲線是接近的且看起來是重疊的，但S21和S12的值是 不同的)。上面給出的曲線511、312、521和522的定義在下面將是相同的。為了進一步說明本發明相對於現有技術的設備的優點，對微波加熱設備800進行 模擬，其中，除了兩個諧振器520和520』被去掉外，微波加熱設備800與參照圖5描述的微 波加熱設備500相同，如圖8所示。取而代之的是，供給口是標準供給口，其中，兩個充氣波 導管830和830』分別在腔壁和腔頂發射。由於去掉了諧振器，故進行供給結構(腔850與傳輸線830和830』之間的接合 處)中的阻抗調節，以獲得與參照圖5描述的微波加熱設備500所獲得的匹配類似的阻抗 匹配。腔850與參照圖5描述的腔550具有相同的尺寸，即，寬度為261mm，深度為340mm， 高度為170mm。布置在腔中的負載是介電常數ε = 4_j2的一塊冷凍肉末。供給口具有與 波導管橫截面相同的橫截面尺寸，即，80X20mm。在圖9和圖10中示出了該模擬的結果。圖9示出從腔反射的信號與通過數值研究獲得的頻率的關係曲線圖。圖9示出 在Sll表示的曲線具有值0. 291的2422MHz處，並且在S22表示的曲線具有值0. 321的2490MHz處，獲得相當好的匹配。圖10示出串擾，其中曲線S12在2422MHz處具有值0. 326並且曲線S21在2490MHz 處具有值0. 205。 因此，即使與例如參照圖8描述的使用尺寸規則的充氣供給口的標準微波加熱設 備800具有類似的阻抗匹配，參照圖5描述的微波加熱設備500也能夠顯著減小雙供給腔 的兩個供給口之間的串擾。圖11示出圖6和圖9中Sll和S22表示的曲線的ISM(工業的、科學的和醫療的) 頻帶(2. 4-2. 5GHz)比較，其中，實線表示僅包括充氣波導管(且沒有諧振器)的微波加熱 設備800的頻率響應，虛線表示包括具有諧振器的供給結構的微波加熱設備500的頻率響 應。圖11示出對於包括具有諧振器的供給結構的微波加熱設備500來說，在2422MHz和 2490MHz處獲得略微更好的匹配。而包括兩個充氣波導管且沒有諧振器的微波加熱設備 800產生寬帶匹配。圖12示出在圖7和圖10中顯示的曲線的串擾水平的ISM頻帶(2. 4_2. 5GHz)比 較，其中，實線表示僅包括充氣波導管(且沒有諧振器)的微波加熱設備800的串擾水平， 虛線表示包括具有諧振器的供給結構的微波加熱設備500的串擾水平。圖12示出對於包 括具有諧振器的供給結構的微波加熱設備500來說，獲得更小的串擾。除了串擾減小以外，微波設備的腔的在不同頻率下的雙供給的優點在於，其能夠 對微波加熱設備做出諸多可能的調節，特別是能夠使腔中的加熱方式最優化。例如，依舊在 具有兩個供給口的腔的情況下，這兩個諧振器可以被構造成用於激活在腔中產生互補加熱 方式的模式，從而在腔中提供均勻的加熱。如果第一諧振器構造成用於以第一頻率傳輸微 波，從而在腔中的特定位置產生具有熱區和冷區的第一加熱方式(或第一模式)，則第二諧 振器可以被構造成用於以第二頻率傳輸微波，使得在第一加熱方式中熱區和冷區的存在由 通過第二諧振器(或第二供給口)獲得的第二加熱方式(或第二模式)來彌補。換言之， 由於供給口(諧振器)的適當配置，第二模式場的加熱方式可以消除或至少減小在第一模 式場中熱區和冷區的存在的影響，即，在腔中熱區和冷區的存在的影響。需要指出，在本發明中，當每個供給結構均連接到微波能量源時，可以以不同的頻 率同時供給微波。然而，根據應用，例如針對特定類型的負載或特定的烹飪程序(或功能)， 還可以操作微波源使得向腔內進行的微波供給在兩個供給口之間切換。將微波供給到腔中 的這種靈活性允許在加熱過程中考慮例如對負載變化(幾何形狀、重量或狀態的變化)的 受控調節。為了實施這種類型的調節，微波加熱設備500還可以包括連接到微波加熱設備的 微波源510和510』的控制單元580，其用於控制這些源，例如，控制它們的相應輸出功率。 控制單元580可以通過布置在腔中且連接到控制單元580的傳感器(未示出)來獲取與腔 中的負載和條件有關的信息。控制單元580還可以被構造成用於在工作周期期間控制源的 工作頻率並在該周期期間控制源的相應工作時間。雖然已經描述了特定的實施例，但本領域技術人員應當理解，在所附的權利要求 書中限定的範圍內，可以想到各種修改和替換。例如，雖然在本申請中已經描述了具有矩形橫截面的腔，但是還應當設想到在具 有在任何正交曲線-線性坐標系中可描述的幾何形狀的腔中實施本發明，例如在具有圓形橫截面的腔中實施本發明。 此外，雖然描述了僅包括兩個供給結構的腔以說明串擾的減小，但可以設想到包括兩個以上的供給口的腔。
權利要求
一種微波加熱設備(300)，包括布置成用於接收待加熱負載的腔(350)；以及用於將微波供給到所述腔中的供給結構(325)，所述供給結構包括傳輸線(330)，用於傳輸由微波源(310)產生的微波能量；以及諧振器(320)，所述諧振器布置在所述傳輸線和所述腔之間的接合處，用於操作為所述腔的供給口(320a)，其中，構成所述諧振器的內部的材料的介電常數和所述諧振器的尺寸選擇成使得對於由所述源產生的微波而在所述諧振器中建立諧振條件，並在所述傳輸線、所述諧振器和所述腔之間建立阻抗匹配。
2.如權利要求1所述的微波加熱設備，其特徵在於，構成所述諧振器的內部的材料的 介電常數大於構成所述傳輸線的內部的材料的介電常數，並且其中，所述諧振器的橫截面 尺寸選擇為使得其小於所述傳輸線的橫截面尺寸。
3.如權利要求1或2所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述介電材料為陶瓷。
4.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述介電 常數包括在3-150的範圍內，優選大於10。
5.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述諧振 器用金屬塗覆。
6.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，其特徵在於，還包括 調整元件，所述調整元件相鄰於所述諧振器布置在所述傳輸線中或布置在所述腔中，用於 局部阻抗調節。
7.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述微波 源是固態微波發生器。
8.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述傳輸 線是波導管、同軸電纜或帶狀線中的其中一種。
9.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述諧振 器是與所述傳輸線具有相同類型橫截面形狀的細長介電材料段。
10.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備(500)，還包括至少一 個額外的供給結構(525』)，所述至少一個額外的供給結構(525』 )包括額外的傳輸線(530』)，用於傳輸由額外的微波源(510』 )產生的微波輻射；以及布置在所述額外的傳輸線(530』 )和所述腔(550)之間的接合處的額外的諧振器 (520』)，用於操作為所述腔的額外的供給口，其中，構成所述額外的諧振器的內部的材料的 介電常數和所述額外的諧振器的尺寸選擇成使得對於由所述額外的源產生的微波而在所 述額外的諧振器中建立諧振條件，並在所述額外的傳輸線、所述額外的諧振器和所述腔之 間建立阻抗匹配。
11.如權利要求10所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述微波源(510、510』)分別以不同的頻率工作。
12.如權利要求10或11所述的微波加熱設備，其特徵在於，包括正交地布置在所述腔 的壁處的兩個供給口。
13.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的微波加熱設備，所述微波加熱設備是 微波爐，其中，所述腔適於接收待加熱食品。
全文摘要
本發明涉及微波加熱設備。提供一種通過微波來加熱負載的微波加熱設備。微波加熱設備(300)包括腔(350)，布置成用於接收待加熱負載；以及供給結構(325)，用於將微波供給到所述腔中。所述供給結構包括傳輸線(330)，用於傳輸由微波源(310)產生的微波能量；以及諧振器(320)，布置在所述傳輸線和所述腔之間的接合處，用於操作為所述腔的供給口(320a)。構成所述諧振器的內部的材料的介電常數和所述諧振器的尺寸選擇成使得對於由所述源產生的微波而在所述諧振器中建立諧振條件，並在所述傳輸線、所述諧振器和所述腔之間建立阻抗匹配。另外，本發明提供包括多個供給口(525、525』)的減小了串擾的微波加熱設備(500)。
文檔編號H05B6/70GK101841948SQ20101013946
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月19日 優先權日2009年3月20日
發明者C·哈坎, H·弗雷德裡克, N·奧爾, N·尤爾夫 申請人:惠而浦有限公司