專利名稱：微波爐預(yù)定模式切換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對被布置在腔體中的裝載物(load)進(jìn)行加熱的微波爐領(lǐng)域，且 特別是，本發(fā)明涉及適于在模場(mode field)之間切換的微波爐。更具體而言，所述微波 爐包括被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模式的腔體和被連接至所述腔體的頻率可控的微波 源。所述微波爐進(jìn)一步包括用于切換所述微波源的工作頻率以便實(shí)現(xiàn)均勻加熱目的的控制 單元。
背景技術(shù)：
微波加熱技術(shù)涉及在腔體中饋送微波輻射。當(dāng)借助于微波爐對以食品形式存在的 裝載物進(jìn)行加熱時(shí)，要考慮多方面因素。這些因素中的絕大多數(shù)因素對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員而言是眾所周知的，所述因素例如包括在使食品吸收最大量的可用微波功率從而達(dá)到 令人滿意的效率的同時(shí)，對食品進(jìn)行均勻加熱的需求。
正如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已公知地那樣，不均勻的微波輻射加熱可能是由于模場中
存在熱點(diǎn)(hot spot)和冷點(diǎn)(cold spot)造成的。為了消除或減弱熱點(diǎn)和冷點(diǎn)效應(yīng)，傳統(tǒng)
的解決方案是在加熱過程中用轉(zhuǎn)盤使位于微波爐腔體中的裝載物產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，或者是使用所
謂的"模式攪拌器(mode stirrer)"連續(xù)改變腔體內(nèi)的模式圖像(pattern)。這些技術(shù)的缺
點(diǎn)在于無法充分滿足加熱均勻性的要求且在這些技術(shù)中涉及到了旋轉(zhuǎn)或移動部件的使用。 另一種可選方式是，在美國專利US5632921中，披露了一種微波爐，其中在第一饋
送孔與第二饋送孔之間存在二次布置，且在來自被連接至該第一饋送孔的第一波導(dǎo)饋送
裝置的微波輸入與來自被連接至該第二饋送孔的第二波導(dǎo)饋送裝置的微波輸入之間存在
九十度的相移，這種微波爐旨在在腔體中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)微波圖像，由此實(shí)現(xiàn)更均勻的加熱。然
而，其缺點(diǎn)在于，這種微波爐需要相當(dāng)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)才能將微波饋送至微波爐的腔體且需要
非標(biāo)準(zhǔn)的腔體設(shè)計(jì)。 因此，需要提供能夠克服上述這些問題的新的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不利和缺點(diǎn)并且為上 面的技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)提供一種改進(jìn)的可選方式。 總的說來，本發(fā)明的目的是提供一種改善了加熱均勻性的微波爐。
本發(fā)明的該目的和其它目的是通過一種具有在獨(dú)立權(quán)利要求中限定出來的特征 的方法和微波爐實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的特征之處在于這些獨(dú)立權(quán)利要求。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波爐。所述微 波爐包括腔體和頻率可控的微波源。所述腔體適于接收將要被加熱的裝載物(物體、物質(zhì) 或食品)。所述腔體被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模式(或模場)。對于每種預(yù)定模式而 言，所述腔體中的諧振頻率是已知的。進(jìn)一步地，所述微波爐包括頻率可控的微波源，所述 微波源被連接至所述腔體以便經(jīng)由至少一個(gè)饋送端口將微波饋送進(jìn)入所述腔體內(nèi)。所述微
4波爐進(jìn)一步包括適于測量(或用于測量)從所述腔體反射的信號(以便改變產(chǎn)生的微波的 頻率)的測量單元，所述信號與所述微波源的工作頻率呈函數(shù)關(guān)系。進(jìn)一步地，所述微波爐 包括控制單元，所述控制單元被連接至所述微波源且適于基于所述測得的信號識別所述腔 體中的諧振頻率。所述控制單元進(jìn)一步適于基于所述已知諧振頻率從所述識別出的諧振頻 率中選出用于所述預(yù)定模式的至少兩個(gè)諧振頻率，并且用所述選出的頻率切換所述微波源 的工作頻率。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用根據(jù)權(quán)利要求14所述的微波對裝載物進(jìn) 行加熱的方法。所述方法包括提供適于接收所述裝載物的腔體的步驟。所述腔體被設(shè)計(jì)以 便支持至少兩種預(yù)定模式(或模場)。對于每種預(yù)定模式而言，所述腔體中的諧振頻率是已 知的。所述方法進(jìn)一步包括提供頻率可控的微波源以便經(jīng)由至少一個(gè)饋送端口將微波饋送 進(jìn)入所述腔體內(nèi)的步驟。所述方法進(jìn)一步包括測量從所述腔體反射的信號的步驟和基于所 述測得的信號識別所述腔體中的諧振頻率的步驟，所述信號與所述微波源的工作頻率呈函 數(shù)關(guān)系。所述方法進(jìn)一步包括基于所述已知諧振頻率從所述識別出的諧振頻率中選出用于 所述預(yù)定模式的至少兩個(gè)諧振頻率的步驟。隨后用所述選出的頻率切換所述微波源的工作 頻率。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種可被載入根據(jù)本發(fā)明的第一方面的微波爐內(nèi)
的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于導(dǎo)致所述微波爐的處理器件實(shí)施根據(jù)本 發(fā)明的第二方面的步驟的軟件編碼部分。特別是，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被限定以便導(dǎo)致所 述處理器件實(shí)施所述測量步驟、所述識別步驟、所述選擇步驟和所述切換步驟。 本發(fā)明利用了這樣一種認(rèn)知，即微波腔體可被設(shè)計(jì)以便支持預(yù)定模式或模場，所 述預(yù)定模式或模場隨后可在所述微波爐的工作過程中被識別以便控制(切換)所述微波輻 射源的頻率。特別是，本發(fā)明基于這樣的理解，即可使用頻率可控的微波源在兩種模式或 模場之間切換。本發(fā)明的所述方法和微波爐的優(yōu)點(diǎn)在于由于所述腔體被設(shè)計(jì)用于預(yù)定模 式(即已知諧振頻率)，因此可在所述測得的信號的所有可能的反射率最小值(reflection minima)中迅速識別并選擇所述微波爐的工作頻率。 有利地，所述腔體被設(shè)計(jì)以便支持導(dǎo)致產(chǎn)生互補(bǔ)加熱圖像的至少兩種模式或模 場，由此在所述腔體中提供均勻加熱。用于進(jìn)行切換的頻率因而提供了互補(bǔ)的加熱圖像，從 而使得通過第二加熱圖像(或第二模式)補(bǔ)償了第一加熱圖像(或第一模式)中熱點(diǎn)和冷 點(diǎn)的存在。換句話說，可通過第二模場的加熱圖像消除或至少減弱第一模場中熱點(diǎn)和冷點(diǎn) 的效應(yīng)，即腔體中熱點(diǎn)和冷點(diǎn)的存在。結(jié)果是，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)了加熱均勻性的微波 爐。 在所述模式之間進(jìn)行的所述切換可被認(rèn)為導(dǎo)致在所述腔體中產(chǎn)生了類似旋轉(zhuǎn)的
模場，特別是如果所述腔體被設(shè)計(jì)以便支持兩種以上模式的情況下更是如此。 所述控制單元因此有利地適于選擇導(dǎo)致產(chǎn)生了互補(bǔ)加熱圖像的頻率。由于模式會
例如由于裝載物產(chǎn)生的變化(例如幾何形狀、重量或狀態(tài)產(chǎn)生的變化)而被扭曲，因此所述
控制單元可適于確定，在從所述測得的信號中識別出來且對應(yīng)于預(yù)定模式的諧振頻率中，
哪個(gè)諧振頻率可用于進(jìn)行饋送。 本發(fā)明的有利之處還在于其可被實(shí)施于具有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和/或帶有標(biāo)準(zhǔn)饋送結(jié)構(gòu) 的微波爐中。
5
本發(fā)明的有利之處還在于其不需要任何移動或旋轉(zhuǎn)部件，由此提供了一種機(jī)械 上可靠的微波爐。 進(jìn)一步地，本發(fā)明的有利之處在于，其提供了一種改進(jìn)了能量效率的微波爐，原因 在于該微波爐的工作頻率對應(yīng)于所述測得的信號中的反射率最小值。 所述腔體可被設(shè)計(jì)以使得，在與第一預(yù)定模式相對應(yīng)的加熱圖像中出現(xiàn)的熱點(diǎn)和 冷點(diǎn)并不對應(yīng)于在與第二預(yù)定模式相對應(yīng)的加熱圖像中出現(xiàn)的具有相同位置的熱點(diǎn)和冷 點(diǎn)。優(yōu)選地，第一模場中的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)可分別由第二模場中的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)直接補(bǔ)償。換句 話說，與第一模場中的熱點(diǎn)或冷點(diǎn)相對應(yīng)的腔體位置并不分別對應(yīng)于第二模場中的熱點(diǎn)或 冷點(diǎn)。盡管上面僅描述了用于兩個(gè)模場的情況，但本發(fā)明還可被實(shí)施用于兩個(gè)以上的模場， 由此在兩個(gè)以上的值之間切換所述微波源的頻率。 進(jìn)一步地，對于特定的腔體設(shè)計(jì)而言，其模式會例如由于裝載物產(chǎn)生的變化(例 如幾何形狀、重量或狀態(tài)產(chǎn)生的變化)而被扭曲。如果裝載物產(chǎn)生變化，則可在另一諧振頻 率處獲得以扭曲形式存在的與已知諧振頻率相對應(yīng)的預(yù)定模式。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制單元適于通過將所述識別出的諧振頻率與預(yù)定模式的 所述已知諧振頻率進(jìn)行比較的方式選出用于所述預(yù)定模式的諧振頻率。另一種可選方式 是，所述控制單元可適于通過使所述識別出的諧振頻率與代表預(yù)定模式的所述已知諧振頻 率的頻率間隔相匹配的方式選出用于所述預(yù)定模式的諧振頻率。如果發(fā)現(xiàn)識別出的諧振頻 率處于代表已知諧振頻率或預(yù)定模式的頻率間隔內(nèi)，則認(rèn)為所述識別出的諧振頻率對應(yīng)于 所述預(yù)定模式。進(jìn)一步地，根據(jù)所述扭曲情況，所述控制單元可選擇是否使用所述識別出的 頻率進(jìn)行饋送。嚴(yán)重的扭曲可能表明優(yōu)選并不使用這種扭曲的模式進(jìn)行饋送，所述嚴(yán)重的 扭曲例如為由于所述腔體中產(chǎn)生的變化而導(dǎo)致在所述測得的信號中的與預(yù)定模式相對應(yīng) 的反射率最小值頻率中出現(xiàn)了較大程度的切換。 應(yīng)該意識到在由所述測量單元測得的所述反射信號中識別出來的所述諧振頻率 是與所述測得的信號中的反射率最小值相對應(yīng)的頻率。有利地，所述控制單元可適于識別 出反射率最小值低于預(yù)定值的那些諧振頻率，從而使得僅需要對有限數(shù)量的諧振頻率進(jìn)行 分析。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，基于預(yù)定的烹飪功能和/或預(yù)定裝載物來選擇用于進(jìn)行饋送的 頻率，這樣做的有利之處在于各種烹飪功能和/或各種類型的裝載物可能需要不同的加 熱類型，即不同的模場類型。可以設(shè)想，對于特定的烹飪功能而言，所述預(yù)定模式中的一些 模式比其它預(yù)定模式更為適合。例如，對于液體裝載物(例如湯)、冷凍裝載物(例如肉) 和爆米花(感受體)來來說，可通過選擇用于每種裝載物類型的最優(yōu)模式的方式分別對它 們進(jìn)行更高效地加熱。 根據(jù)又一實(shí)施例，所述微波爐可進(jìn)一步包括用于存儲所述已知諧振頻率和/或代 表所述已知諧振頻率的頻率間隔的存儲介質(zhì)。特別是，所述存儲介質(zhì)可被實(shí)施為查閱表，在 所述查閱表中，在所述已知諧振頻率與預(yù)定烹飪功能之間或者在所述已知諧振頻率與預(yù)定 裝載物之間建立起了對應(yīng)關(guān)系。進(jìn)一步地，所述存儲介質(zhì)還可存儲與多種眾所周知(或者 典型)的裝載物相對應(yīng)的完整的反射特性(或反射信號)，所述反射特性與所述特定腔體的 頻率呈函數(shù)關(guān)系。 —旦所述控制單元已選出了所述微波源的工作頻率，則可實(shí)施在所述選出的頻率之間進(jìn)行切換的算法。所述算法中的參數(shù)可取決于預(yù)定烹飪功能和/或預(yù)定裝載物。所述 烹飪功能或裝載物類型可以是由使用者限定的參數(shù)輸入，所述參數(shù)例如是借助于微波爐上 的旋鈕輸入的。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制單元可適于調(diào)節(jié)選自以下參數(shù)組群中的至少一個(gè)參 數(shù)，所述參數(shù)組群包括在工作周期中的所述選出的頻率的序列順序、在用于切換的所述頻 率中的每個(gè)頻率下的工作時(shí)間、以及在用于切換的所述頻率中的每個(gè)頻率下的所述微波源 的輸出功率水平。 所述微波源可以是任何頻率可調(diào)(或頻率捷變)的微波源。特別是，所述微波源 可以是基于固態(tài)的微波發(fā)生器，所述微波發(fā)生器包括半導(dǎo)體元件。 通過研究以下詳細(xì)披露內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求書將易于理解本發(fā)明的進(jìn)一步 的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將可以認(rèn)識到本發(fā)明的不同特征可進(jìn)行組合以便 產(chǎn)生除下文描述的那些實(shí)施例以外的實(shí)施例。


通過下面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的示例性且非限制性的詳細(xì)描述并結(jié)合附 圖將更好地理解本發(fā)明的上述以及附加的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微波爐；
圖2示意性地示出了測量單元的一個(gè)實(shí)例； 圖3是框圖，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微波爐的整體功能； 圖4a是曲線圖，圖中示出了取自理想點(diǎn)源(在數(shù)值研究過程中使用的假想源)的
電流與頻率的函數(shù)關(guān)系，這是一種研究給定腔體中的理論諧振頻率的便利方式； 圖4b示出了從頂部開口進(jìn)行激勵(lì)的模式TM411的反射特性和從腔體中的左壁進(jìn)
行激勵(lì)的模式TM312的反射特性，所述腔體例如為結(jié)合圖9示出和描述的腔體，且借助于在
每個(gè)波導(dǎo)中引入調(diào)諧元件的方式使饋送波導(dǎo)相匹配； 圖5a是腔體的水平剖面中的示意性三維(3D)視圖，該腔體中沒有裝載物，該腔體 的尺寸為280X228X169mm，模式為TM姐，激勵(lì)頻率為2408. 5MHz ;
圖5b是與圖5a所示視圖相對應(yīng)的示意性二維(2D)視圖； 圖6a是圖5a所示腔體的垂直剖面中的示意性3D視圖，模式為11411，激勵(lì)頻率為 2408. 5MHz ; 圖6b是與圖6a所示視圖相對應(yīng)的示意性2D視圖； 圖7a是圖5a所示腔體的水平剖面中的示意性3D視圖，模式為TM^，激勵(lì)頻率為 2481. 3MHz ; 圖7b是與圖7a所示視圖相對應(yīng)的示意性2D視圖； 圖8a是圖5a所示腔體的垂直剖面中的示意性3D視圖，模式為TM^，激勵(lì)頻率為 2481. 3MHz ; 圖8b是與圖8a所示視圖相對應(yīng)的示意性2D視圖； 圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的微波爐的腔體； 圖10是圖9所示腔體的水平剖面中的扭曲場圖的示意圖，且布置在腔體中的裝載
物的介電常數(shù)e 二4-j2，模式為TM^;
圖11是圖10所示腔體模式中的處于裝載物上表面處的加熱圖像的示意圖；
圖12是圖9所示腔體的水平剖面中的扭曲場圖的示意圖，且布置在腔體中的裝載 物的介電常數(shù)e 二4-j2，模式為TM^; 圖13是圖12所示腔體模式中的處于裝載物上表面處的加熱圖像的示意圖；
圖14是從圖9所示腔體中的TM411模式中獲得的處于裝載物上表面處的水平平面 中的加熱圖像的示意圖，且裝載物的介電數(shù)據(jù)e =40_j8; 圖15是從圖9所示腔體中的TM312模式中獲得的處于裝載物上表面處的加熱圖像 的示意圖，且裝載物的介電數(shù)據(jù)e =40-」8;禾口
圖16是根據(jù)本發(fā)明所述的方法的概略圖。 所有這些附圖都是示意性的，并不一定是按比例進(jìn)行繪制的，且圖中通常僅示出 了闡明本發(fā)明所必需的部件，其中可省略或僅建議性地示出其它部件。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖中示出了具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特征和功能的微波爐100。
微波爐100包括由包封表面限定出的腔體150。腔體150的其中一個(gè)側(cè)壁可裝配 有門155，該門使得能夠?qū)⒀b載物，如食品，引入腔體150中。進(jìn)一步地，腔體150設(shè)有至少 一個(gè)饋送端120，通過所述饋送端口將微波饋送至微波爐100的腔體150。腔體150大體上 由金屬制成。 盡管結(jié)合圖1所述的微波爐100具有矩形包封表面，但應(yīng)該意識到微波爐的腔體 并不限于這種形狀且可例如具有圓形剖面。 微波爐100進(jìn)一步包括頻率可調(diào)的微波源110，所述微波源借助于傳輸線或波導(dǎo) 130被連接至腔體150的饋送端120。該傳輸線可以例如為同軸纜線。
盡管結(jié)合圖1所述的腔體150包括一個(gè)以上的用于將微波傳輸進(jìn)入腔體150內(nèi)的 饋送端口 (孔)，但腔體150也可設(shè)置單個(gè)饋送端口。進(jìn)一步地，還設(shè)置了用于將微波從微 波源110導(dǎo)引至饋送端120的饋送結(jié)構(gòu)。該饋送結(jié)構(gòu)可包括至少一個(gè)主波導(dǎo)或傳輸線130 且可選地可包括從主波導(dǎo)或傳輸線130上分支出來的多個(gè)次級波導(dǎo)或傳輸線135，以便將 微波從微波源110導(dǎo)引至一個(gè)或多個(gè)饋送端口 120。 進(jìn)一步地，微波爐可包括切換裝置160，每個(gè)切換裝置與饋送端口 120相關(guān)聯(lián)，且 被布置在傳輸線130中以便停止向相應(yīng)的饋送端口 120進(jìn)行的饋送。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，微波源110是基于固態(tài)的微波發(fā)生器，所述微波發(fā)生器例如包 括碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)部件。其它半導(dǎo)體部件也可適于構(gòu)成微波源110。除了使 得可能控制所產(chǎn)生的微波的頻率以外，基于固態(tài)的微波發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)還包括使得可能控制 發(fā)生器的輸出功率水平且具有固有的窄帶特征。由基于固態(tài)的發(fā)生器發(fā)射出的微波的頻率 通常構(gòu)成了較窄的頻率范圍，如2. 4GHz至2. 5GHz。然而，本發(fā)明并不限于該頻率范圍且該 基于固態(tài)的微波源110可適于在以915MHz為頻率中心的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行發(fā)射，該頻率范圍 例如為875-955MHz，或者可也使用任何其它的適當(dāng)頻率范圍(或帶寬)。本發(fā)明例如可應(yīng) 用于具有915MHz、2450MHz、5800MHz和22. 125GHz的中頻的標(biāo)準(zhǔn)源。另一種可選方式是，微 波源110可以是頻率可調(diào)的磁控管，例如文獻(xiàn)GB2425415中披露的磁控管。
根據(jù)本發(fā)明，腔體150被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模式或模場(在下文中僅被稱作模式)。對于每種預(yù)定模式而言，腔體150中的諧振頻率是已知的。在工作過程中，已 知諧振頻率被用作用于確定被傳輸至腔體150的頻率的基準(zhǔn)值，即被用作用于確定微波源 IIO的工作頻率的基準(zhǔn)值。 進(jìn)一步地，微波爐100包括用于測量，或者適于測量，從腔體150反射的信號的測 量單元(或器件)162，所述反射信號與微波源110的工作頻率呈函數(shù)關(guān)系。被傳輸至腔體 的微波可被裝載物吸收、被腔體的元件吸收或者被腔體中存在的其它物體吸收、或者從腔 體(或饋送端口 )反射回來。由測量單元162測得的反射信號代表了從腔體150反射的輻 射。例如，切換裝置160可包括用于測量從饋送端口 120反射的微波功率的測量單元162。 這種測量的結(jié)果隨后被傳輸至控制器件或單元180 (下文會對其進(jìn)行更詳細(xì)地描述)，所述 控制器件或單元使用該測量結(jié)果控制由微波源110產(chǎn)生的微波的頻率(即控制微波源110 的工作頻率)。實(shí)際上，如果與腔體150之間并未實(shí)現(xiàn)完美聯(lián)接的話，則一些微波功率將通 過饋送端口 120被反射回來，被反射進(jìn)入傳輸線130內(nèi)。對是否與腔體150之間存在令人 滿意的聯(lián)接進(jìn)行控制的一種有利且因此優(yōu)選的方式是，測量從饋送端口 120反射的功率， 這例如是在切換裝置160處進(jìn)行的。應(yīng)該意識到在饋送端口處反射的信號水平可取決于 被傳輸?shù)奈⒉ǖ念l率。圖2示出了如何在設(shè)置了一個(gè)饋送端口 120的情況下進(jìn)行這種測量 的優(yōu)選實(shí)例，所述饋送端口包括位于水平面中的狹槽183。定向聯(lián)接器181被布置在與位于 狹槽183上方的傳輸線130相鄰的位置處，所述傳輸線位于所述狹槽上游。定向聯(lián)接器181 的存在形式為與傳輸線130平行地延伸穿過一定距離的線路，所述一定距離與傳輸線130 中的波導(dǎo)的波長的四分之一相對應(yīng)。因此將借助于該定向聯(lián)接器181檢測到在狹槽183上 游傳播的潛在微波功率，且隨后可通過已公知的方式測量該功率。 另一種可選方式是，或除了上述方式以外，為了直接測量腔體中的諧振，測量單元 162可以是探針，所述探針包括位于其末端處的用于感測從腔體反射的信號的場傳感器。這 種探針適當(dāng)?shù)乜捎糜谇惑w的設(shè)計(jì)階段中。 測量單元162可被整合為控制單元180中的子單元，或者被布置為被連接至控制 單元180的獨(dú)立單元。 進(jìn)一步地，微波爐100包括用于控制微波源110且由此控制被傳輸進(jìn)入腔體150 內(nèi)的微波的性質(zhì)(如頻率和功率)的控制單元180?？刂茊卧?80被連接至微波源110和 測量單元162，從而使得微波源110使其頻率掃過可允許的帶寬且測量單元162測量從腔體 150反射的信號?？刂茊卧?80適于基于由測量單元162測得的信號來識別腔體150中的 諧振頻率。就這方面而言，識別出的諧振頻率是與測得的信號中的反射率最小值相對應(yīng)的 頻率。特別是，控制單元180可適于識別出反射率最小值低于預(yù)定值(或閾值)的那些諧 振頻率。使用閾值的有利之處在于控制單元180減去了其中一些反射率最小值，由此減少 了需要進(jìn)一步分析的反射率最小值數(shù)量。 控制單元180進(jìn)一步適于基于已知諧振頻率從識別出的諧振頻率中選出與腔體 150的預(yù)定模式相對應(yīng)的至少兩個(gè)頻率。例如，控制單元180可適于基于已知諧振頻率從識 別出的諧振頻率中選出與腔體150的預(yù)定模式中的每種模式相對應(yīng)的至少一個(gè)頻率。
在第一種其它可選方式中，控制單元180可適于通過將識別出的諧振頻率與預(yù)定 模式的已知諧振頻率進(jìn)行對比的方式來選擇頻率。如果識別出的諧振頻率對應(yīng)于其中一個(gè) 已知諧振頻率，則可獲得處在該識別出的諧振頻率下的其中一種預(yù)定模式，即與該已知諧
9振頻率相對應(yīng)的模式。然而，如果用于預(yù)定模式的該已知諧振頻率是在空腔的情況下確定 得出的話，則由于腔體中裝載物的存在會導(dǎo)致模式圖像產(chǎn)生扭曲，因此在已知諧振頻率值 與識別頻率值之間會出現(xiàn)不匹配的情況。進(jìn)一步地，與頻率呈函數(shù)關(guān)系的反射信號還可取 決于裝載物的狀態(tài)(或狀況)，即，如果裝載物產(chǎn)生變化的話，則不會在同樣的頻率下觀察 到反射率最小值。因此，對于特定的預(yù)定模式而言，在識別出的諧振頻率與已知諧振頻率之 間可能存在一定程度的差異(不匹配)。在識別出的諧振頻率下觀察到的所產(chǎn)生的預(yù)定模 式是扭曲的(扭曲模式)。 在第二種其它可選方式中，控制單元180可適于通過使識別出的諧振頻率與代表 預(yù)定模式的已知諧振頻率的頻率間隔相匹配的方式來選擇與該預(yù)定模式相對應(yīng)的頻率。作 為一個(gè)實(shí)例，如果腔體被設(shè)計(jì)以便支持當(dāng)腔體為空腔時(shí)處在2460GHz的已知諧振頻率下的 模式的話，則在腔體中布置了裝載物的情況下，對于該腔體而言，識別出的例如為2459GHz 的諧振頻率很可能就與該模式是對應(yīng)的，但產(chǎn)生了某種程度上的扭曲。相似地，如果腔體被 設(shè)計(jì)以便支持在腔體中布置了典型裝載物的情況下處在2460GHz的已知諧振頻率下的模 式的話，則對于該腔體和處于不同狀態(tài)下的該裝載物而言，處在例如2459GHz下的諧振頻 率可能就與該模式是對應(yīng)的，但產(chǎn)生了扭曲。下面還將結(jié)合圖10-圖15對這種扭曲和由于 裝載物變化帶來的效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步說明。因此，對于被設(shè)計(jì)以便支持處在2460GHz的已知 諧振頻率下的模式的這種腔體而言，控制單元可適于在由測量單元162測得的反射信號中 在2455-2465GHz的頻率間隔內(nèi)搜索諧振頻率。 拉制單元180進(jìn)一步適于利用選出的頻率切換微波源110的工作頻率。因此，在 被分成多個(gè)時(shí)間段的工作周期中，被傳輸至腔體150的微波頻率可根據(jù)不同的時(shí)間段產(chǎn)生 變化。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，控制單元180適于基于預(yù)定烹飪功能和/或預(yù)定裝載物選擇頻率。 為此目的，微波爐100可設(shè)有如圖1中的附圖標(biāo)記190所示的常用按鈕和旋鈕以便設(shè)定例 如烹飪功能和裝載物類型等工作參數(shù)，且設(shè)有顯示器195?？刂茊卧?80有利地適于在導(dǎo)致 產(chǎn)生了互補(bǔ)加熱圖像的所選出的頻率之間進(jìn)行切換。 有利地，腔體被設(shè)計(jì)以便支持有限數(shù)量的模式，從而使得腔體中的諧振頻率，或反 射信號中的反射率最小值，被很好地分離開來。實(shí)現(xiàn)充分的頻率分離是有利的，原因在于這 有利于識別出測得的信號中的諧振頻率或模式。通常情況下，如果腔體尺度(即尺寸)增 加的話，則反射率最小值之間的頻率分離程度就會下降。在某一點(diǎn)上，即對于具有相對較大 尺寸的腔體而言，反射率最小值之間接近到使它們合并在一起的程度且在測得的信號中進(jìn) 行諧振頻率的識別也變得較為困難。因此，本發(fā)明優(yōu)選可應(yīng)用于較小尺寸的腔體，該腔體例 如具有標(biāo)準(zhǔn)飯盒的尺寸大小，且典型的裝載物重量范圍為350g。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用于包 括這樣的腔體的微波爐，該腔體被設(shè)計(jì)以便支持任意數(shù)量的模場。下面將結(jié)合圖4-圖8和 圖9-圖15對其中的兩種典型腔體尺度進(jìn)行描述?？偟恼f來，本發(fā)明可應(yīng)用于包括這樣的 腔體的微波爐，該腔體被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模場。 腔體150中可用模場的數(shù)量和/或類型取決于腔體150的設(shè)計(jì)。腔體150的設(shè)計(jì) 包括腔體150的物理尺寸和腔體150中的饋送端口 120的位置。在帶坐標(biāo)系(x、y、z)的圖 中，腔體150的尺寸大體上由附圖標(biāo)記h、 d和w表示，它們分別代表高度、深度和寬度。腔 體被設(shè)計(jì)以使其支持至少兩種模式(即，腔體尺寸不算太小)且使得模場的總數(shù)量保持在 有限程度上以便確保在這些模式之間存在充分的頻率分離(即，以便避免不同模式之間的反射率最小值出現(xiàn)合并，或至少將這種合并降至最低限度)。 饋送端口 120原則上可被布置在腔體150的任何壁部處。然而，對預(yù)定模式而言， 饋送端口通常有其最優(yōu)位置。例如，饋送端口 120可被設(shè)置在腔體150的側(cè)壁或頂壁處，例 如圖1所示。進(jìn)一步地，本發(fā)明可以設(shè)想使用一個(gè)以上饋送端口的實(shí)施方式。在這種構(gòu)型 中，可使用第一饋送端口將處于第一頻率下的微波饋送進(jìn)入腔體150內(nèi)，同時(shí)可使用第二 饋送端口將處于第二頻率下的微波饋送進(jìn)入腔體150內(nèi)。還可基于所產(chǎn)生的加熱圖像選擇 與特定頻率相對應(yīng)的饋送端口 。 通常情況下，在工作循環(huán)開始時(shí)通過測量單元162測量反射信號，且根據(jù)上述方 式選擇用于進(jìn)行切換的頻率。然而，還可設(shè)想的是測量單元162適于連續(xù)地或周期性地監(jiān) 控從腔體150反射的信號，以便動態(tài)地(即在工作周期中)選擇用于進(jìn)行切換的頻率。測 量單元162可適于在由微波源110發(fā)送了脈沖之后測量從腔體150反射的信號。為了使與 工作周期相關(guān)的測量或者使工作周期內(nèi)的測量實(shí)現(xiàn)同步，微波爐可進(jìn)一步包括時(shí)鐘系統(tǒng)。
圖3以框圖的形式進(jìn)一步示出了本發(fā)明的微波爐的總體功能。發(fā)生器IIO將微波 饋送至腔體150。通過測量單元162測量從腔體150反射的信號并將測得的信號傳輸至控 制單元180?？刂茊卧?80可包括用于對測得的信號進(jìn)行分析的處理器185，且控制單元可 提取(或識別)出與反射率最小值相對應(yīng)的諧振頻率?？刂茊卧?80進(jìn)一步包括用于存儲 已知諧振頻率的存儲介質(zhì)186。處理器180可使用該已知諧振頻率從所述提取或識別出的 諧振頻率中選出兩個(gè)或多個(gè)頻率來控制微波源110。如上所述，本發(fā)明的基本認(rèn)識是如何在 測得的信號中從多個(gè)頻率中選出與反射率最小值相對應(yīng)的頻率。隨后可根據(jù)算法對微波源 110的工作頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中在工作周期中，在第一時(shí)間段T1內(nèi)，微波源IIO在第一頻率 F1下工作，且在第二時(shí)間段T2內(nèi)，微波源在第二頻率F2下工作。除了測得的反射以外，算 法參數(shù)的最優(yōu)還可能取決于使用者給出的參數(shù)。如上所述，控制單元180還可包括時(shí)鐘系 統(tǒng)187。 下面將對支持有限數(shù)量的模式的腔體150的設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。 在充氣的腔體中，基于用于計(jì)算眾數(shù)諧振頻率的公式，等式l，來計(jì)算腔體尺寸 其中n是寬度尺寸的眾數(shù)指數(shù)(mode index) ，m是深度尺寸的眾數(shù)指數(shù)，p是高度 尺寸的眾數(shù)指數(shù)，在例如圖1所示的(x、 y、 z)坐標(biāo)系中，w、 d和h分別是沿方向x、方向y 和方向z的腔體寬度、腔體深度和腔體高度，且c是真空中的光速。眾數(shù)指數(shù)表示腔體尺寸 中的半波長數(shù)量。 對于支持至少兩種預(yù)定模式的腔體設(shè)計(jì)而言，即對于具有兩個(gè)已知諧振頻率的腔 體而言，對其中一個(gè)腔體尺寸進(jìn)行了賦值。在本實(shí)例中，寬度w的賦值為0. 280m。腔體被選 擇以便支持處在2. 410GHz的第一頻率下的第一模式和處在2. 485GHz的第二頻率下的第二 模式。這兩個(gè)選出的頻率還被稱作第一已知頻率和第二已知頻率。應(yīng)該意識到本實(shí)施例 中使用的寬度w的值和諧振頻率的值僅是多種可能的值中的一些實(shí)例，且在本發(fā)明的范圍 內(nèi)還可使用其它值。 通常情況下，該頻率是在允許的頻率帶寬內(nèi)選擇的，在本實(shí)例中是在2.4GHz與 2. 5GHz之間選擇的。所選出的頻率優(yōu)選具有充分的分離程度，從而使得反射率最小值不會合并。換句話說，所選出的頻率優(yōu)選使得盡管與這些頻率相對應(yīng)的模式可能變得扭曲，但 反射率最小值仍保持分離狀態(tài)且保持可識別的狀態(tài)。下面將結(jié)合圖10-圖15對扭曲效應(yīng)進(jìn) 行進(jìn)一步說明。進(jìn)一步地，所選出的兩個(gè)頻率之間的分離又是有限的，從而使得在腔體中存 在裝載物或者在腔體中產(chǎn)生變化或者腔體中布置的裝載物產(chǎn)生變化的情況下，反射率最小 值仍被包括在允許的頻率帶寬內(nèi)。如果選出的兩個(gè)頻率與允許的帶寬的邊界(例如2. 4GHz 和2. 5GHz)離得過近，則會出現(xiàn)這樣的風(fēng)險(xiǎn)，S卩，在腔體中存在裝載物的情況下，相應(yīng)的模 式將會被識別于這樣的反射率最小值處，該反射率最小值對應(yīng)于處于允許的帶寬之外的頻 率(例如低于2. 4GHz)。 真空中的光速被認(rèn)為等于299792458m/s。本發(fā)明還為這兩種預(yù)定模式選擇了值得 關(guān)注的眾數(shù)指數(shù)。在本實(shí)例中，第一模式被選擇為TM411模式，且第二模式被選擇為TM312模 式。這兩種模式還可被分別定義為模式1和模式2，這兩種模式的指數(shù)n(寬度)、m(深度) 和P(高度)分別具有以下值 模式1 (用于第一頻率)ni = 4叫=1 ;Pl = 1 ;且
模式2(用于第二頻率)n2 = 3 ;m2 = 1 ;p2 = 2。
隨后可根據(jù)等式2計(jì)算腔體高度
<formula>formula see original document page 12</formula>
在本實(shí)例中，腔體高度因而等于O. 169m 隨后可根據(jù)等式3計(jì)算腔體深度
<formula>formula see original document page 12</formula> (等式2)<formula>formula see original document page 12</formula>

(等式3)
在本實(shí)例中，腔體深度因而等于0. 228m。
盡管上面的實(shí)例基于具有由笛卡爾坐標(biāo)限定出的矩形包封表面的腔體，但應(yīng)該意 識到該諧振條件還可應(yīng)用于由柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)限定出的包封表面。
進(jìn)一步地，已經(jīng)通過經(jīng)驗(yàn)觀察到了用于腔體設(shè)計(jì)的以下條件
(mi X p2)2 > (m2 X Pl)2 (等式4) 參見圖4-圖8，圖中示出了在具有上述設(shè)計(jì)(或尺寸)的腔體中實(shí)施的模擬試 驗(yàn)的結(jié)果。腔體150被認(rèn)為是裝滿空氣的空腔，具有矩形幾何形狀，寬度為280mm、深度為 228mm且高度為169mm。在理論上，對于TM411模式而言，該腔體至少在2410MHz下產(chǎn)生諧振， 對于TM^模式而言，該腔體至少在2485MHz下產(chǎn)生諧振。在本實(shí)施例中，微波源IIO被認(rèn)為 是理想的點(diǎn)狀源(即，饋送端口 120的位置在本實(shí)例中并不重要)。當(dāng)該點(diǎn)狀(集總)源在 腔體中驅(qū)動諧振時(shí)，從該源獲取的電流處于最小限度下。圖4a的曲線圖示出了從腔體反射的信號與采用所謂有限差分探測法(Finite Difference probing)而通過數(shù)值研究獲得的 頻率之間的函數(shù)關(guān)系。如圖4a所示，獲得了與預(yù)定模式的已知諧振頻率非常接近的諧振頻 率，即在2408. 5MHz(曲線中的第一反射率最小值U的頻率下和2481. 3MHz(曲線中的第 三反射率最小值U的頻率下產(chǎn)生了諧振。此外，還在2412.7MHz(曲線中的第二反射率 最小值U的頻率下觀察到了諧振。因此，在本實(shí)例中，控制單元將在對應(yīng)于Rm^的頻率 與對應(yīng)于Rmin3的頻率之間切換微波頻率，原因在于這些頻率與兩種預(yù)定模式是相對應(yīng)的。
圖5-圖8示出了當(dāng)利用處在2408. 5MHz和2481. 3MHz的頻率下的正弦波形對根 據(jù)上述設(shè)計(jì)的腔體進(jìn)行激勵(lì)時(shí)的場圖。 圖5a和圖5b示出了微波爐腔體的水平剖面中的場圖(垂直電場)，腔體尺寸為 280X228X169mm，模式為TM祖，激勵(lì)頻率為2408. 5MHz。圖5a示出了腔體中的場圖的三維 (3D)視圖，而圖5b示出了該場圖在(x、y)平面中的二維(2D)視圖。圖中示出了對于在腔 體中產(chǎn)生的模式TM411而言的垂直電場幅度。具有較大幅度的區(qū)域51沿x方向大體上對稱 地分布，這些區(qū)域被具有較小幅度的區(qū)域52分開。在這些區(qū)域51、52之間，幅度的變化是 連續(xù)的。應(yīng)該意識到模式TM411沿x方向呈現(xiàn)出電場的四個(gè)最大值(maximum)。
圖6a和圖6b示出了對于上述同一腔體而言，該腔體的垂直剖面中的場圖(垂直 電場)，模式為TM411 ，激勵(lì)頻率為2408. 5MHz 。圖6a示出了腔體中的場圖的3D視圖，而圖6b 示出了該場圖在(y、z)平面中的2D視圖。圖中示出了對于在腔體中產(chǎn)生的模式TM^而言 的垂直電場幅度。具有較大幅度的區(qū)域61沿z方向大體上對稱地分布，這些區(qū)域被具有較 小幅度的區(qū)域62分開。在這些區(qū)域61、62之間，幅度的變化是連續(xù)的。應(yīng)該意識到模式 TM411沿z方向呈現(xiàn)出電場的兩個(gè)最大值。 圖7a和圖7b示出了對于上述同一腔體而言，該腔體的水平剖面中的場圖(垂直 電場)，模式為TM^，激勵(lì)頻率為2481. 3MHz。圖7a示出了腔體中的場圖的3D視圖，而圖7b 示出了該場圖在(x、y)平面中的2D視圖。圖中示出了對于在腔體中產(chǎn)生的模式TM^而言 的垂直電場幅度。具有較大幅度的區(qū)域71沿z方向大體上對稱地分布，這些區(qū)域被具有較 小幅度的區(qū)域72分開。在這些區(qū)域71、72之間，幅度的變化是連續(xù)的。應(yīng)該意識到模式 TM312沿x方向呈現(xiàn)出電場的三個(gè)最大值。 圖8a和圖8b示出了對于上述同一腔體而言，該腔體的垂直剖面中的場圖(垂直 電場)，模式為TM312，激勵(lì)頻率為2481. 3MHz。圖8a示出了腔體中的場圖的3D視圖，而圖8b 示出了該場圖在(y、z)平面中的2D視圖。圖中示出了對于在腔體中產(chǎn)生的模式TM^而言 的垂直電場幅度。具有較大幅度的區(qū)域81沿z方向大體上對稱地分布，這些區(qū)域被具有較 小幅度的區(qū)域82分開。在這些區(qū)域81、82之間，幅度的變化是連續(xù)的。應(yīng)該意識到模式 TM312沿z方向呈現(xiàn)出電場的三個(gè)最大值。 圖5-圖8所示的場圖清楚地表明具有上述設(shè)計(jì)(尺寸為280 X 228 X 169mm)和 預(yù)定模式(處在約2480MHz下的TM312模式處在約2410MHz下的TM411模式)的腔體提供了 互補(bǔ)的加熱圖像，由此導(dǎo)致產(chǎn)生了均勻的加熱。該腔體被設(shè)計(jì)以使得第一模式中的冷點(diǎn)或 冷區(qū)域(例如區(qū)域52和62)對應(yīng)于第二模式中的熱點(diǎn)(例如區(qū)域71和81)，且反之亦然。
再次參見圖l，例如對于測試新設(shè)計(jì)的腔體而言，微波爐可進(jìn)一步包括一排IR傳 感器200以便測量被置于腔體中的裝載物的溫度分布。
參見圖9_圖15，圖中示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。
13
圖9示出了已經(jīng)利用上面結(jié)合等式1-等式4所述的方法設(shè)計(jì)出來的腔體950。在 本實(shí)施例中，腔體950具有280mm的寬度w、214mm的深度d和175mm的高度h。腔體設(shè)有兩個(gè) 獨(dú)立的孔或饋送端口以便將微波饋送進(jìn)入腔體內(nèi)。腔體被設(shè)計(jì)以便支持處在接近2410MHz 的第一頻率下的第一模式TM411和處在接近2450MHz的第二頻率下的第二模式TM312。第一 饋送端口 920a或頂部波導(dǎo)(z = h)被置于包封表面上，且位于半寬度(x = w/2)和半深度 (y = d/2)處，而第二饋送端口 920b被置于包封表面上的側(cè)壁處(當(dāng)打開腔體的門時(shí)的左 手側(cè)，x = 0)，且位于半高度(z = h/2)和半深度(y = d/2)處，例如圖9所示。在本實(shí)例 中，與傳播方向垂直的波導(dǎo)尺寸為80X10mm。應(yīng)該意識到腔體中饋送端口的位置并不限 于本實(shí)例中的位置，且饋送端口可位于腔體中的不同位置處。 盡管本實(shí)施例的腔體包括兩個(gè)獨(dú)立的饋送端口，但應(yīng)該意識到本發(fā)明并不限于 這種實(shí)施例，且包括單個(gè)饋送端口或者兩個(gè)以上饋送端口的腔體同樣處在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。 用于特定模式的饋送端口優(yōu)選被置于與該場的最大值相對應(yīng)的位置處。 進(jìn)一步地，在本實(shí)例中，覆蓋該剖面一半的解凍裝載物(e = 4-j2)被設(shè)定位于腔
體底面上方10mm的位置處。 現(xiàn)在將對結(jié)合圖9所述的腔體950中的兩種預(yù)定模式的所產(chǎn)生的場和加熱圖像進(jìn) 行描述。 圖10示出了腔體950的水平剖面中的場圖(電場)，模式為TM^，激勵(lì)頻率為約 2410MHz。與空腔的模式圖像(參見圖5-圖8)的形式相比，被布置在腔體950中的裝載物 導(dǎo)致模式圖像產(chǎn)生了扭曲。如圖所示，該模式圖像在某種程度上產(chǎn)生了扭曲，且因此，具有 較大幅度的區(qū)域101和具有相比較而言較小幅度的區(qū)域102看起來不同于空腔的情況。將 圖10所示的場圖與圖5b所示的長度進(jìn)行對比就可以清楚地表明場圖中的扭曲所產(chǎn)生的效 應(yīng)。圖11示出了水平平面中的電場(加熱圖像)的幅度，該水平平面與裝載物(e =4_j2) 的上側(cè)或上表面處在同一水平高度下，在本實(shí)例中該水平平面處于圖9所示腔體的底平面 上方且與該底平面之間的距離為10mm加上裝載物高度。 圖12示出了腔體950的水平剖面中的在某種程度上產(chǎn)生了扭曲的場圖(電場)， 模式為TM^，激勵(lì)頻率為約2450MHz。如同TM411模式那樣，與空腔的模式圖像的形式相比， 被布置在腔體950中的裝載物導(dǎo)致模式圖像產(chǎn)生了扭曲?？蓪D12所示的場圖與例如圖 7b所示的場圖進(jìn)行對比來表明場圖中的扭曲所產(chǎn)生的效應(yīng)。具有較大幅度的區(qū)域?qū)嵗?121表示且具有相比較而言較小幅度的區(qū)域?qū)嵗?22表示。圖13示出了水平平面中的電 場(加熱圖像)的幅度，該水平平面與裝載物"=4-j2)的上側(cè)或上表面處在同一水平 高度下，在本實(shí)例中該水平平面處于圖9所示腔體的底平面上方且與該底平面之間的距離 為10mm加上裝載物高度。 可以看到，圖IO和圖12所示的加熱圖像是相對互補(bǔ)的。因此，通過在如圖10和圖 12所示的兩種模場或加熱圖像之間進(jìn)行切換，即通過在與這兩種模式相對應(yīng)的頻率之間進(jìn) 行切換，可在腔體中獲得場的"假擬旋轉(zhuǎn)"，由此導(dǎo)致產(chǎn)生了相當(dāng)均勻的加熱均勻性。應(yīng)該意 識到實(shí)現(xiàn)均勻加熱還可能需要對于兩種諧振而言獲得相當(dāng)?shù)韧钠ヅ涠?。在上述?shí)例中， 并未考慮腔體與極短的假想波導(dǎo)之間的匹配情況。下面將對該匹配進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
如果對于該實(shí)例中所考慮的裝載物，即e = 4-j2的裝載物(例如凍肉末)，而言的兩種饋送波導(dǎo)是匹配的，則反射特性例如變?yōu)閳D4b所示的那種特性。
圖4b示出了對于從頂部孔920a進(jìn)行激勵(lì)的模式TM411而言的反射特性(圖4b中 的虛線)和對于從位于腔體950中的側(cè)壁處的孔920b進(jìn)行激勵(lì)的模式TM312而言的反射特 性(圖4b中的實(shí)線)，且通過在每個(gè)波導(dǎo)中引入調(diào)諧元件的方式實(shí)現(xiàn)了饋送波導(dǎo)的匹配。 對于與頂部孔920a相對應(yīng)的反射特性而言，識別出的反射率最小值處于約2410MHz的頻率 下，這對應(yīng)于TM411模式。對于與側(cè)壁孔920b相對應(yīng)的反射特性而言，識別出的反射率最小 值處于約2450MHz的頻率下，這對應(yīng)于TM312模式。調(diào)諧元件(例如電容型心)是一種伸出 的物體，朝向波導(dǎo)凸出，這改變了波導(dǎo)或傳輸線的局部阻抗。 正如上面所述，裝載物由于其介電性質(zhì)而將改變腔體的電尺寸。介電常數(shù)越高，則 這種改變將越大。因此，在設(shè)計(jì)過程中，對于典型的預(yù)期裝載物而言，即對于例如典型的冰 箱冷凍食品部分的有效介電性質(zhì)而言，需要對一個(gè)或多個(gè)饋送系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)諧。在該過程中， 理論腔體尺寸還可根據(jù)以下等式按比例略微縮小
<formula>formula see original document page 15</formula>等式5
<formula>formula see original document page 15</formula> 等式6
<formula>formula see original document page 15</formula> 等式7 其中0《《p《y、Kl且《ply和^與裝載物的介電性質(zhì)呈函數(shù)關(guān)系。通 常情況下，僅考慮腔體高度的變化就足夠了，即，僅限定l,就足夠了。在上述等式中，X^、 Y^和Z^分別代表新的或按比例縮小的腔體尺寸值，即寬度、深度和高度(例如參見圖1)，
且XtheOTy、 YtheOTy和ZtheOTy分別為腔體的寬度、深度和高度的理論計(jì)算值。 為了說明裝載物變化產(chǎn)生的效應(yīng)，圖14和圖15示出了腔體的場圖，在所述腔體中 布置了這樣的裝載物，該裝載物的介電常數(shù)高于結(jié)合圖10-圖13所示的介電常數(shù)。在本實(shí) 例中，具有例如40-j 8的介電常數(shù)的裝載物，即用于重新加熱的一些典型食品，被布置在 腔體950中。圖14和圖15示出了在腔體的水平剖面中的，當(dāng)分別用TM祖模式和TM^模式 對腔體進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，在裝載物的上表面處獲得的加熱圖像。將圖14所示場圖與圖15所示 場圖進(jìn)行對比可以看出對于介電數(shù)據(jù)與典型的再熱食品裝載物相似的裝載物而言，也可 獲得互補(bǔ)的加熱圖像。 再次參見圖4a，裝載物(或裝載物的介電常數(shù))產(chǎn)生的變化將導(dǎo)致反射率最小值 產(chǎn)生頻率偏移。通常情況下，裝載物的介電常數(shù)e取決于裝載物的本質(zhì)，例如食品類型，和 /或裝載物的狀態(tài)(液體而非固體，或相反)。 進(jìn)一步地，有利地使用閾值來限制將要由處理器分析的反射率最小值的數(shù)量。如 圖4a中的點(diǎn)源(假想)電流與頻率的函數(shù)關(guān)系圖所示，可使用閾值T1來消除或?yàn)V掉第二反 射率最小值Rm^，該第二反射率最小值并不對應(yīng)于其中一種預(yù)定模式。在本實(shí)例中，盡管在 測得的信號中存在三個(gè)反射率最小值，但處理器僅對兩個(gè)反射率最小值進(jìn)行識別和處理。
通常情況下，參見上述實(shí)例，在腔體設(shè)計(jì)過程中選擇的優(yōu)選模場是導(dǎo)致產(chǎn)生了互 補(bǔ)加熱圖像的模場，由此改善了均勻加熱。 圖16概略性地示出了根據(jù)本發(fā)明的方法1600的總體步驟。方法1600是在適于 接收裝載物的腔體150中實(shí)施的。該腔體被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模式。對于每種預(yù) 定模式而言，腔體中的諧振頻率是已知的。該方法因此包括提供適于接收裝載物的腔體的 步驟1610。該腔體適于支持至少兩種模式，與所述至少兩種模式分別相對應(yīng)的諧振頻率是已知的。進(jìn)一步地，在步驟1620中提供頻率可控的微波源以便借助于至少一個(gè)饋送端口將 微波饋送進(jìn)入腔體內(nèi)。該方法進(jìn)一步包括步驟1630，該步驟對從腔體反射的信號進(jìn)行測量， 所述信號與由微波源產(chǎn)生的微波的頻率(即，該微波源的工作頻率)呈函數(shù)關(guān)系。在步驟 1640中，基于該測得的信號對腔體中的諧振頻率進(jìn)行識別。在步驟1650中，對于預(yù)定模式 而言，基于已知諧振頻率從識別出的諧振頻率中選出至少兩個(gè)頻率。隨后，在步驟1660中， 利用選出的頻率切換微波源的工作頻率。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，控制單元180適于對所選出的用于在工作周期中進(jìn)行切換的頻 率的序列順序進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，如果選出四個(gè)頻率F1、F2、F3和F4，則可優(yōu)選根據(jù)與這四個(gè) 頻率相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的加熱圖像或預(yù)定模式，以序列順序(F4、F2、F1、F3)而不是以序列順序 (Fl、 F2、 F3、 F4)對微波源110進(jìn)行工作。由于腔體被設(shè)計(jì)用于預(yù)定且眾所周知的模式，因 此可易于通過控制單元180確定最優(yōu)的序列順序。 進(jìn)一步地，控制單元180可適于調(diào)節(jié)處在用于進(jìn)行切換的頻率中的每個(gè)頻率下的 工作時(shí)間和/或輸出功率水平。例如，如果反射信號與頻率的曲線圖表明分別對于兩個(gè)反 射水平Rl和R2而言在兩個(gè)頻率Fl和F2處出現(xiàn)了兩個(gè)反射率最小值，則可優(yōu)選在頻率Fl 和F2下調(diào)節(jié)微波源110的工作時(shí)間和/或輸出功率水平，以便確保實(shí)現(xiàn)與Rl和R2之比呈 函數(shù)關(guān)系的均勻加熱。例如，如果Rl低于R2，則可優(yōu)選使微波源110在第一頻率Fl下具有 比在第二頻率F2下更高的工作功率水平和/或更長的工作時(shí)間段。 如上所述，最優(yōu)參數(shù)(序列順序、工作時(shí)間和輸出功率水平)還可能取決于由使用 者輸入的預(yù)定烹飪功能和/或預(yù)定裝載物類型。 有利地，控制單元180的存儲介質(zhì)186被實(shí)施為查閱表，在所述查閱表中，在已知 諧振頻率與預(yù)定烹飪功能之間和/或在已知諧振頻率與預(yù)定裝載物之間建立起了對應(yīng)關(guān) 系。 本發(fā)明可應(yīng)用于利用微波進(jìn)行加熱的家用器具如微波爐上。本發(fā)明的特定應(yīng)用實(shí) 例是旨在對飯盒(重量范圍為350g的裝載物)進(jìn)行加熱的微波爐，即具有相對較小容量的 微波爐。上面描述的本發(fā)明的方法還可被實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)執(zhí)行該程序時(shí)，該程序會在 微波爐中實(shí)施本發(fā)明的方法?？衫鐚υ撚?jì)算機(jī)程序進(jìn)行下載升級并將其載入已經(jīng)包括頻 率可控的微波源如固態(tài)微波源的微波爐內(nèi)。 盡管已經(jīng)描述了特定實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解可在由所附權(quán)利要 求書限定的范圍內(nèi)設(shè)想出多種變型和變化。 例如，盡管申請中描述了具有矩形剖面的腔體，但本發(fā)明還可設(shè)想被實(shí)施于可由 任何套組的正交曲線坐標(biāo)限定的腔體中，該正交曲線坐標(biāo)例如為柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)。
1權(quán)利要求
一種微波爐(100)，所述微波爐包括腔體(150)，所述腔體適于接收將要被加熱的裝載物，所述腔體被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模式，其中，對于每種預(yù)定模式而言，所述腔體中的諧振頻率是已知的；頻率可控的微波源(110)，所述微波源被連接至所述腔體以便經(jīng)由至少一個(gè)饋送端口(120)將微波饋送至所述腔體；適于測量從所述腔體反射的信號的測量單元(162)，所述信號與所述微波源的工作頻率呈函數(shù)關(guān)系；和控制單元(180)，所述控制單元被連接至所述微波源且適于基于所述測得的信號識別所述腔體中的諧振頻率；基于所述已知諧振頻率從所述識別出的諧振頻率中選出用于所述預(yù)定模式的至少兩個(gè)諧振頻率；并且用所述選出的頻率切換所述微波源的工作頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波爐，其中所述控制單元適于通過將所述識別出的諧振頻率與預(yù)定模式的所述已知諧振頻率進(jìn)行比較的方式選出用于所述預(yù)定模式的諧振頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波爐，其中所述控制單元適于通過使所述識別出的諧振頻率與代表預(yù)定模式的所述已知諧振頻率的頻率間隔相匹配的方式選出用于所述預(yù)定模式的諧振頻率。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述識別出的諧振頻率是與所述測得的信號中的反射率最小值相對應(yīng)的頻率。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述控制單元適于識別出反射率最小值低于預(yù)定值的那些諧振頻率。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述控制單元適于基于預(yù)定烹飪功能和/或預(yù)定裝載物選擇所述用于進(jìn)行切換的頻率。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述控制單元適于選擇導(dǎo)致產(chǎn)生了互補(bǔ)加熱圖像的頻率。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述腔體具有被布置以便在所述腔體中激勵(lì)出互補(bǔ)模式的兩個(gè)或更多個(gè)饋送端口。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，所述微波爐進(jìn)一步包括用于存儲所述已知諧振頻率和/或代表所述已知諧振頻率的所述頻率間隔的存儲介質(zhì)(186)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的微波爐，其中所述存儲介質(zhì)被實(shí)施為查閱表，在所述查閱表中，在所述已知諧振頻率與預(yù)定烹飪功能之間或者在所述已知諧振頻率與預(yù)定裝載物之間建立起了對應(yīng)關(guān)系。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述控制單元進(jìn)一步適于在工作周期中調(diào)節(jié)用于對所述腔體進(jìn)行饋送的所述選出的頻率的序列順序。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述控制單元進(jìn)一步適于調(diào)節(jié)在用于對所述腔體進(jìn)行饋送的所述頻率中的每個(gè)頻率下的工作時(shí)間。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述控制單元進(jìn)一步適于調(diào)節(jié)在用于對所述腔體進(jìn)行饋送的所述頻率中的每個(gè)頻率下的所述微波源的輸出功率水平。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微波爐，其中所述微波源是基于固態(tài)的微波發(fā)生器，所述微波發(fā)生器包括半導(dǎo)體元件。
15. 用微波對裝載物進(jìn)行加熱的方法，所述方法包括以下步驟提供適于接收所述裝載物的腔體的步驟(1610)，所述腔體被設(shè)計(jì)以便支持至少兩種預(yù)定模式，其中，對于每種預(yù)定模式而言，所述腔體中的諧振頻率是已知的；提供頻率可控的微波源以便經(jīng)由至少一個(gè)饋送端口將微波饋送進(jìn)入所述腔體內(nèi)的步驟(1620);測量從所述腔體反射的信號的步驟(1630)，所述信號與所述微波源的工作頻率呈函數(shù)關(guān)系；基于所述測得的信號識別所述腔體中的諧振頻率的步驟(1640);基于所述已知諧振頻率從所述識別出的諧振頻率中選出用于所述預(yù)定模式的至少兩個(gè)諧振頻率的步驟(1650);以及用所述選出的頻率切換所述微波源的所述工作頻率的步驟(1660)。
16. —種可被載入微波爐(100)內(nèi)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于導(dǎo)致所述微波爐的處理器件執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求15所述的測量步驟、識別步驟、選擇步驟和切換步驟的軟件編碼部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及微波爐預(yù)定模式切換。一種用微波加熱裝載物的微波爐和方法。所述微波爐包括適于接收裝載物的腔體。所述腔體被設(shè)計(jì)以支持至少兩種預(yù)定模場。對于每種預(yù)定模場而言，已知所述腔體中的諧振頻率。所述微波爐還包括用以經(jīng)由至少一個(gè)饋送端口將微波饋送進(jìn)腔體內(nèi)的頻率可控的微波源。所述方法包括測量從所述腔體反射的信號的步驟和基于測得信號識別所述腔體中的諧振頻率的步驟，所述信號是微波源的工作頻率的函數(shù)。所述方法還包括基于已知諧振頻率從所述識別出的諧振頻率中選出用于所述預(yù)定模式的至少兩個(gè)諧振頻率的步驟，和用所述選出的頻率切換所述微波源的工作頻率的步驟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于使得能夠?qū)η惑w中的所述裝載物進(jìn)行均勻加熱。
文檔編號H05B6/64GK101749757SQ200910262468
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者F·霍爾格倫, H·卡爾森, O·尼克拉森, U·諾德賀 申請人:惠而浦有限公司