專利名稱：微波物質(zhì)加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在于一個(gè)應(yīng)用微波能量把物質(zhì)加熱的裝置，其中有一個(gè)微波發(fā)生器和一些將微波能量在工作區(qū)域散布的裝置。本發(fā)明特別在于，但并不限于，對食品烹制用的電磁微波爐。
背景技術(shù)：
使用微波能量加熱物質(zhì)裝置遇到的問題在于微波能量強(qiáng)度在工作區(qū)域的分布。事實(shí)上很難獲得微波能量的均勻分布。而且，微波的反射導(dǎo)致了形成駐波；具有微波能量強(qiáng)度弱的區(qū)域并由此使這里加熱變?nèi)酢Ｓ糜谖⒉t的第一個(gè)解決方案是在微波場內(nèi)放置一個(gè)稱為“攪拌器”的混波器。傳統(tǒng)的攪拌器中有一旋轉(zhuǎn)的螺旋漿，其葉片用隨機(jī)的方式攪拌并反射爐腔內(nèi)的波。另一種解決方法就是現(xiàn)在常用的方法，是將食品放在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的臺上，以使食品不斷通過微波的高能區(qū)和低能區(qū)。
這兩種方法都不能完全滿足需要，特別是在微波腔的中心區(qū)不能得到足夠的能量。這樣在實(shí)際上就不能不用專門的輔助裝置使微波得到更好的分布來制做一個(gè)比薩餅。這兩種方法也不能夠根據(jù)食品類型或在烹制進(jìn)行過程中改變微波能量的分布。而且，帶動旋轉(zhuǎn)盤的電機(jī)和機(jī)械裝置所導(dǎo)致的制造費(fèi)用是不可忽視的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于用控制微波能量在工作區(qū)域的分布和控制駐波的分布來補(bǔ)償上述的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，在工作區(qū)域中，至少放置一個(gè)可以獲取微波的平板式天線，這個(gè)天線和長度為L的電磁波傳輸線相連，以保證對天線獲取的微波的傳輸，而傳輸線的端頭能夠向這個(gè)天線反射部分的微波。
于是這個(gè)天線就以相對于入射微波有確定的相位差重新發(fā)射由傳輸線端頭反射的微波。這個(gè)相位差是由傳輸線的長度L決定的，可以選擇這個(gè)相位差，使得入射波和重新發(fā)射波有效疊加。借助于這種措施可以增強(qiáng)工作區(qū)中選定部分的微波能量，特別能得到更為均勻的整體能量分布。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別有用的特征，可以借助于至少一個(gè)改變傳輸線端頭位置的執(zhí)行裝置使傳輸線的長度在L到L+ΔL間變化。這種措施能夠根據(jù)加熱的需要改變在給定區(qū)域中的微波能量強(qiáng)度。例如在加熱食品時(shí)，可以根據(jù)食品的性質(zhì)、形狀、在工作區(qū)的位置或烹制進(jìn)展的狀況來改變傳輸線的長度L。這種措施同樣能夠在加熱過程中使駐波的位置改變。


在后面參考附圖的描述中將進(jìn)一步看出本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)越性。后面的描述是示例性的并非是限制性的。附圖是—圖1是一個(gè)微波爐的垂直剖面圖，其中有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的應(yīng)用微波能量的加熱裝置；—圖2a和2b是用來實(shí)施本發(fā)明的兩種平板天線的頂視圖；—圖3示出在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微波爐中分成的25個(gè)方塊中的每塊中溫度高度圖。
—圖4示出在前述的微波爐中加入根據(jù)本發(fā)明的裝置所實(shí)現(xiàn)的溫度高度圖。
—圖5示出加熱裝置的另一種實(shí)施方式，其中示意性地示出具有平面型天線網(wǎng)的一個(gè)烹制室底板的視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，在使用微波能量加熱物質(zhì)的裝置中有一個(gè)微波發(fā)生器1和在工作區(qū)3中的微波能量的散布裝置2。微波發(fā)生器1是一個(gè)磁控管，其天線4將微波傳播到波導(dǎo)管5中，波導(dǎo)管5通過開口6將微波能量散布到工作區(qū)3中。磁控制管1和已知型式的電流供電電路7相連。當(dāng)然，可以使用別種類型的微波發(fā)生器，特別是固態(tài)發(fā)生器而不超出本發(fā)明的范圍。對于用于食品烹制的電磁裝置，所用的微波發(fā)生器的頻率為2.45GHz，但是亦可將本發(fā)明用于工作在其它頻率上的微波發(fā)生器，特別是用于915MHz的工業(yè)應(yīng)用方面。
根據(jù)本明，至少將一個(gè)可以獲取微波能量的平板天線10放在工作區(qū)3中，這個(gè)天線和長度為L的電磁波傳輸線11相連，以保證將天線所獲取的能量進(jìn)行傳輸，這個(gè)傳輸線的端頭12能夠向天線10反射至少一部分微波。
平板天線，英文為“patch antenna(補(bǔ)片天線)”，是人們所熟悉的，其中一般有一個(gè)或多個(gè)用導(dǎo)體材料制成的大體為平面的輻射板13，該輻射板13大體和與地相連的導(dǎo)體面相平行，這個(gè)導(dǎo)體面稱為接地平面，在構(gòu)成稱為天線的輻射平板和接地平面之間可以用電介質(zhì)或空氣絕緣。最常用的輻射板是矩形，但后面將看到可以使用別的形狀。輻射板的大小應(yīng)該適合于在工作區(qū)中獲取微波。最好板的縱向尺寸和橫向尺寸都在λ/4到λ之間，此處λ是在工作區(qū)中散布的微波的波長。自然，這個(gè)適于獲取微波的天線也能夠發(fā)射同樣波長的微波。
電磁波傳輸線11中通常有一個(gè)導(dǎo)體15，位于接地的平面16附近，二者之間的絕緣可以用介電材料或空氣實(shí)現(xiàn)。
傳輸線的端頭12適于使電磁波良好的反射。為此，端頭12在空氣中可以是自由端。然而最好是讓這個(gè)端頭和與傳輸線相垂直且和地相連的面17接觸。這就能夠使得有大部電磁波向天線反射。這種反射波和在烹制室的壁20上生成反射的電磁波不同。事實(shí)上，在烹制室壁沒有導(dǎo)體的情況下意味著使得反射電磁場和入射電磁場的相位相反，導(dǎo)致能量損失。
天線10通過在輻射板13和傳輸線11的導(dǎo)體15間的觸點(diǎn)21實(shí)現(xiàn)和傳輸線11的連接。選擇觸點(diǎn)21的位置使將天線10獲取的能量很好地向傳輸線11傳送。根據(jù)一種好的方法，觸點(diǎn)21是處在輻射板13的下表面，在其中心到周邊之間，如在圖2a和2b中所示。
于是，處于工作區(qū)內(nèi)的天線10獲取到達(dá)其表面的入射微波，并將獲取的微波能量傳輸給傳輸線11。在傳輸線的端頭12將微波向天線反射，天線10就將微波向工作區(qū)3重新發(fā)射，重新發(fā)射的微波相對于入射波的相位差Δφ由式ΔΦ＝(4π/λ)×L給出。此處λ是在工作區(qū)中散布的微波的波長，L是傳輸線11的長度，即導(dǎo)體15從它和輻射板13的觸點(diǎn)到傳輸線端頭12之間的長度。
于是，對長度L的選擇決定了入射波和重新發(fā)射波間的相位差。如果選擇L使得入射波和重新發(fā)射波這間相位相反，則得到微波迭加相消，就使得在天線區(qū)域的微波能量減弱。相反，如果選擇L，使得入射波和重新發(fā)射波的迭加是相互加強(qiáng)的，在天線區(qū)域微波的能量增強(qiáng)，就使有高的加熱物質(zhì)的能力。當(dāng)然在這兩種情況之間對長度L的各種選取都是可以的。
最好是平板天線10的形狀適于發(fā)射圓極化場，有多種形狀的平面天線得到這種場。一般說來這種天線的特征在于其縱向尺寸和橫向尺寸大體相等。如在圖2a和2b示出的兩種圓偏天線10，10′。圖2a示出天線的第一種形狀10，為切去兩個(gè)對角22、23的正方形。圖2b示出天線的第二種形狀10′，為在相反的兩條半經(jīng)上帶有兩個(gè)矩形溝槽22′、23′的圓。這種類型的天線所建立的場進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動，并能使微波能量在工作區(qū)中有良好的分布。
用這樣的裝置可以可靠地改變微波在工作區(qū)中的分布，或使能量增強(qiáng)，或使能量減弱?？蓪⒈景l(fā)明用于多種微波加熱裝置，特別是烹制食品的家用電器，例如微波爐。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的微波爐，如圖1所示，將工作區(qū)3和防止微波泄露的烹制室26分開，烹制室的壁20和地連接，所述的壁中至少有一個(gè)頂27和一個(gè)底28以及一個(gè)將食品引入的門(圖中未畫出)。述及的烹制室26、微波發(fā)生器1以及發(fā)生器1的功能編程裝置29都位于構(gòu)成爐箱的機(jī)殼30內(nèi)。
對于編程裝置29，可以將各種已知的裝置用于這種家用電器?？梢允褂煤唵蔚亩〞r(shí)器，也可以使用能根據(jù)烹制的食品的類型和情況來控制功率和運(yùn)行過程的較為復(fù)雜的編程系統(tǒng)。在這種情況下，編程裝置29將和多個(gè)圖中未畫出的觸模鍵連接，用來選取適當(dāng)?shù)某绦颉?br> 根據(jù)理想的方式，天線10是用對微波透明的保護(hù)板31和烹制的食品分開的，這就避免了所有向天線10上的濺射，這種濺射是會弄壞天線或改變天線的特性的。這里的保護(hù)板31是用和底板28平行放置的一塊玻璃板來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然本發(fā)明并不排除在保護(hù)板31上層使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺。
如圖1所示，用烹制室26的壁的一部分14做為天線10的接地板，這樣既可減少天線10在烹制室中的體積，亦可降低造價(jià)。
輻射板13和接地板14間的絕緣是用一個(gè)空氣層來保證的，這既可以承載大的功率，亦可做介電材料有長的壽命。
天線的輻射板13可以使用絕緣支持物以保持和烹制室26的壁的部分14有一段距離d，而在理想的實(shí)施方式中，是僅使用一個(gè)從天線的電磁中性點(diǎn)33延伸到這個(gè)壁的部分14的導(dǎo)體支持物32，通常這個(gè)電磁中性點(diǎn)是對應(yīng)于天線的幾何中心，如圖2a及2b中所示的標(biāo)號為33和33′的點(diǎn)。這樣就將天線的安裝簡化。
計(jì)算機(jī)傳輸線11的長度L，使得在烹制室散布的微波與天線再發(fā)射的微波的迭加實(shí)現(xiàn)微波在烹制室26內(nèi)的均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別有利的特征，借助于至少一個(gè)執(zhí)行裝置35改變傳輸線11的端頭12位置使傳輸線11的長度在L與L+ΔL之間變化。參見圖1所示，傳輸線的端頭12可以從位置36過渡到用虛線示出的位置37。借助于這種裝置，可以獲得微波能量在烹制室內(nèi)的不同分布。
根據(jù)一種方便的方法，工作器35和編程裝置29相連。編程裝置29中有工作器的操控裝置39和適于不同的烹制程序而展現(xiàn)的傳輸線的不同的長度的存儲裝置38。
例如，對于解凍，可以希望在食品中心的微波能量比較大，而對于烹制點(diǎn)心，則微波能量的分布最好要均勻。還可以根據(jù)食品形狀和位置改變微波能量的分布。根據(jù)使用者所選用的程序，編程裝置29在所存儲的長度中選取適用于這個(gè)程序的長度L，這個(gè)值使用控制裝置39作為參照值傳輸給工作器35。
編程裝置29還可以在加熱操作過程中用循環(huán)的方式改變傳輸線11的長度。這種配置可以移動烹制室內(nèi)的駐波，于是可以不用旋轉(zhuǎn)臺。當(dāng)然各種對于傳輸線長度變化的控制的算法都是可以使用的。
對于復(fù)蓋各種希望的微波能量分布結(jié)構(gòu)所需要的長度變化ΔL是小于或等于四分之一個(gè)波長λ，例如對于2.45GHz的在烹制室散布的微波來說，這個(gè)長度為3cm。
在一種理想的實(shí)施方式中，傳輸線11是一種圓形橫截面的同軸線，在其導(dǎo)體15和至少由面16構(gòu)成的環(huán)繞的管狀屏蔽之間是用空氣絕緣的。傳輸線的端頭12是用處在中心導(dǎo)體15和傳輸線的屏蔽16之間的空間中的環(huán)狀導(dǎo)電體活塞41來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)活塞41通過線狀的工作器35能沿軸線11移動。這樣安裝在傳輸線11內(nèi)的活塞41的前表面17構(gòu)成了一個(gè)和地相連的面，構(gòu)成了傳輸線的端頭，一大部分電磁波在這里的反射。這種裝置特別有好處，因?yàn)檫@使傳輸線的長度可以連續(xù)變化，而且實(shí)施也相當(dāng)簡單。當(dāng)然也可以使用其它方法，例如使用望遠(yuǎn)鏡筒式的同軸線，或使用長度為L的傳輸線和長度為ΔL的傳輸線段連接的裝置。
可以將天線10安裝在烹制室26的任何控制電磁場的地方，然而最好安裝在底板28的中央部分。事實(shí)上，如在圖3可以看到的那樣，現(xiàn)有技術(shù)的微波爐在這個(gè)區(qū)域的A、B、C、D、E、F的上方微波能量通常要弱。將根據(jù)本發(fā)明的天線10安裝在底板28的中心區(qū)，便在區(qū)域A、B、C、D、E、F得到較強(qiáng)的加熱能量，如參見圖4所示。
在圖4中示出的根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，烹制室26中具有一個(gè)由n個(gè)平板天線A1、A2…An組成的天線網(wǎng)50，每個(gè)平板天線A1、A2…An分別和長度為L1、L2…Ln的傳輸線51、52、…65相連。在圖中所示的情況下，這個(gè)天線網(wǎng)50是由25個(gè)天線依正方形排布而成的。可將這個(gè)網(wǎng)50排布成平行于烹制室26的一個(gè)壁20的各個(gè)邊?？梢杂?jì)算各條傳輸線的長度L1、L2…Ln，使得再發(fā)射的微波在烹制室的一個(gè)稱為聚焦點(diǎn)的一點(diǎn)49迭加增強(qiáng)，在那里得到的微波能量特別強(qiáng)。最好這個(gè)天線網(wǎng)可以構(gòu)成微彼爐的底板且為例如一個(gè)對微波透明的屏所保護(hù)。
可將前述的天線A1、A2…An和前面描述的長度可變的傳輸線相連，最好是可以借助于執(zhí)行裝置71、72、…、85改變各傳輸線51、52、…65的長度L1、L2…Ln以在烹制操作過程中改變聚焦點(diǎn)49的位置，借助于這種配置對食品的體積內(nèi)進(jìn)行掃描并保證烹制均勻。
權(quán)利要求
1.利用微波能量對物質(zhì)加熱的裝置，其中包括有一個(gè)微波發(fā)生器(1)和在工作區(qū)(3)中散布微波能量的裝置(2)，其特征在于在工作區(qū)(3)中至少放置一個(gè)適于獲取微波的平板型天線(10)，述及的天線與長度為L的電磁波傳輸線(11)連接，以將天線所獲取的微波傳輸，這條傳輸線的端頭(12)適于將至少部分電磁波向天線(10)反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于述及的平板型天線的形狀適于發(fā)射圓極化電磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于傳輸線(11)的端頭(12)和接地的一個(gè)面(17)相接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其工作區(qū)是用一個(gè)將微波密封的烹制室(26)界定的，烹制室(26)的一個(gè)壁(20)接地，烹制室(26)中至少有一個(gè)頂(27)、一個(gè)底(28)和一個(gè)將食品放入的門，述及的烹制室(26)、微波發(fā)生器(1)以及發(fā)生器運(yùn)行的編程裝置(29)都在構(gòu)成爐殼的機(jī)殼(30)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的天線(10)通過一個(gè)對微波透明的保護(hù)板(31)與烹制室分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的天線(10)的接地板是用烹制室(26)的壁的一部分(14)構(gòu)成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的天線(10)的輻射板(13)由一個(gè)從天線的一個(gè)電磁中性點(diǎn)(33)延伸到烹制室壁的一個(gè)導(dǎo)電體支持物(32)維持和烹制室(26)的壁的距離為d。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任一項(xiàng)的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于計(jì)算傳輸線的長度L，使得在烹制室(26)內(nèi)散布的微波和天線(10)再發(fā)射的微波疊加以實(shí)現(xiàn)在烹制室內(nèi)的微波的均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中的任一項(xiàng)的利用微波的加熱裝置，其特征在于借助于一個(gè)改變傳輸線(11)的端頭(12)的位置的執(zhí)行裝置(35)使傳輸線的長度在L到L+ΔL之間變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的工作器(35)和一個(gè)編程裝置(30)相連，在這個(gè)編程裝置中有工作器的控制裝置(39)以及存儲適于不同烹制程序運(yùn)行的不同傳輸線長度的存儲裝置(38)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的傳輸線長度的變化量ΔL小于或等于在工作區(qū)內(nèi)散布的微波波長的四分之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的電磁波傳輸線(11)是一個(gè)同軸線，其端頭(12)是由一個(gè)處在中央導(dǎo)體(15)和周圍的屏蔽(16)之間的空間中的環(huán)狀導(dǎo)電體活塞(41)實(shí)現(xiàn)的，該活塞可以通過線性執(zhí)行裝置(35)沿軸線方向移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任一項(xiàng)的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的天線被裝在底板(28)的中央?yún)^(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任一項(xiàng)的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于其中的烹制室(26)中具有一個(gè)由n個(gè)平板天線(A1、A2…An)組成的天線網(wǎng)(50)，每個(gè)平板天線(A1、A2…An)分別和長度為L1、L2…Ln的傳輸線(51、52、…65)相連，計(jì)算這些傳輸線的長度，使再發(fā)射的微波在烹制室內(nèi)的一個(gè)稱為聚焦點(diǎn)的點(diǎn)(49)迭加增強(qiáng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的利用微波能量的加熱裝置，其特征在于可以借助于改變傳輸線(51、52、…65)的端頭的執(zhí)行裝置(71、72、…、85)，來改變傳輸線的長度L1、L2…Ln，以改變烹制操作過程的聚焦點(diǎn)(49)。
全文摘要
本發(fā)明在于一種能夠用于烹制食品用的微波的加熱裝置，在這個(gè)裝置中有一個(gè)微波發(fā)生器(1)和一些在工作區(qū)(3)內(nèi)散布微波能量的裝置(2)，根據(jù)本發(fā)明，在工作區(qū)(3)中至少安裝一個(gè)能夠獲取微波的平板天線(10)，這個(gè)天線和一個(gè)長度為L的電磁波傳輸線(11)連接，以保證由天線獲取的微波的傳播，傳輸線的端頭12適于向天線(10)反射一部分微波，這個(gè)天線(10)就以由輸線長度L決定的相位差再向烹制室(26)發(fā)射反射的電磁波。
文檔編號H05B6/72GK1528107SQ01816906
公開日2004年9月8日 申請日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月18日
發(fā)明者讓-保羅·默里佐特, 邁克爾·伽吉奧利, 米歇爾·萊羅伊, 伽吉奧利, 萊羅伊, 讓-保羅 默里佐特 申請人:Seb公司