CN103378390B - 微波适配器及相关的振荡器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了微波适配器及相关的振荡器系统。用于固态振荡器的适配器及相关的微波适配器包括导电材料的输入段，包括耦接至所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段的第一同轴部分，以及耦接至所述第一同轴部分以电耦接第一内导体和第一外屏蔽段的盖帽部分。

Description

微波适配器及相关的振荡器系统
发明背景
本发明通常涉及电子电路，更具体地涉及用于固态微波振荡器的微波适配器。
磁控管通常被用来在微波炉及其它微波应用中产生微波。虽然磁控管非常适合应用在微波炉中，然而它们通常需要一种相对较高的电压源(例如4千伏或更高)才能运行。此外，一些磁控管的寿命可能是有限的，或者磁控管经过长时间的运行输出功率可能容易减低。因此，希望提供用于微波能量的替代源。
附图说明
通过参考详细的描述和权利要求，结合下面的附图可以对发明内容有更加完整的理解。其中在全部附图中相同的附图标记指代类似的元件。
图1是根据本发明一个实施例的示例振荡器系统的结构示意框图；
图2是适于应用在根据本发明一个实施例的图1的振荡器系统中的示例谐振电路的俯视图；
图3是适于应用在根据本发明一个实施例的图1中的振荡器系统中的示例适配器的横截面图；以及
图4是图3中的适配器的一个实施例的等效电路的电路原理图，图3中的适配器适于应用在图1的振荡器系统中。
具体实施方式
下面的详细描述实质上只是示例性的，并非要限制发明内容的实施例或这些实施例的应用和使用。正如这里所使用的那样，词“示例性的”意味着“作为例子、实例或例证”。这里描述的作为示例的任何实施方式都不必然解释为优于其它实施方式或比其它实施方式更有利。此外，并不限于前述技术领域、背景技术或下面详细描述中明确公开或隐含公开的理论。
这里描述的发明内容的实施例关于固态振荡器系统及用于微波应用的相关适配器。正如下面将要详细描述的那样，示例振荡器系统是利用在反馈路径中带有谐振电路的放大器装置实现的。该谐振电路包括彼此相对以提供一种环形结构的一对弓形(或弯曲)电感性元件。正如这里所使用的，“环形结构”应该理解为指的是具有中空内部的像环的结构，但是该环形结构不需要是完美的圆形。在示例实施例中，所述弓形电感性元件具有大致相同的互补形状和/或尺寸，且在它们相对的端部处彼此电容性耦接。根据一个或多个实施例，一矩形电感性元件靠近弓形电感性元件的其中之一而形成，且与相应的弓形电感性元件间隔开，使得矩形电感性元件通过介于矩形电感性元件和弓形电感性元件之间的空气间隙所引入的间隙电容而电容性耦接至所述弓形电感性元件。
对于微波炉及有关应用而言，为了将振荡器系统的输出传输至波导和/或腔体，在振荡器系统的输出端提供一种适配器，该适配器将振荡电信号从放大器装置的输出阻抗转换成波导和/或腔体的输入阻抗。正如下面要详细描述的那样，一种示例适配器包括导电材料的输入段，例如微带传输线，其耦接至振荡器系统的输出端。该适配器还包括一个或多个同轴部分，该一个或多个同轴部分被配置为将振荡器系统输出端的振荡电信号转换为波导和/或腔体的输入阻抗，以及位于所述一个或多个同轴部分端部的天线部分。至少所述天线部分设置在所述波导和/或腔体内，且天线部分将所述内导体电耦接至最后一个同轴部分的外屏蔽段，以将与振荡器系统产生的振荡信号对应的电磁信号(或波)辐射到所述波导和/或腔体内。尽管这里描述的发明内容是在微波炉或其它微波频率应用的情况下，然而发明内容并非要局限于任何特定的频率范围。
现在转向图1，在示例实施例中，适于应用在微波炉150中的振荡器系统100包括但不限于：振荡器装置102、频率调谐电路104、偏置电路106、微波适配器108和波导110。在示例实施例中，振荡器系统100的元件被配置为在波导110的输入端产生振荡电磁信号，该信号具有处于微波频率范围内的频率(例如2.45GHz)，具有大约100瓦或更高的输出功率。应该理解的是为了解释和易于描述，图1是振荡器系统100的一个简单代表，且实际的实施例可包括其他的设备和部件以提供其他的功能和特征，和/或应该理解的是振荡器系统100也可以是一个更大电系统的一部分。
在示例实施例中，振荡器装置102包括放大器装置120、谐振电路122、放大器输入阻抗匹配电路124，以及放大器输出阻抗匹配电路126。谐振电路122耦接在放大器装置120的输出节点116和放大器装置120的输入节点114之间以提供谐振反馈回路，该谐振反馈回路造成放大器装置120产生的放大电信号在谐振电路122的谐振频率处或谐振频率附近振荡。正如下面将要详细描述的那样，在示例实施例中，谐振电路122被配置为提供2.45GHz的谐振频率，或者换句话说，谐振电路122在2.45GHz处谐振，使得放大器装置120在放大器输出端116处产生的放大电信号在2.45GHz或2.45GHz附近振荡。应该注意的是：实际上，谐振电路122的实施例可以被配置为在其它频率处谐振以适应使用振荡器系统100的特殊应用的需要。
在示例实施例中，放大器装置120被实现为具有耦接至放大器输入节点114的输入端子(或控制端子)和耦接至放大器输出节点116的输出端子的一个或多个晶体管。在所示实施例中，放大器装置120包括晶体管130，晶体管130为具有连接至放大器输入节点114的栅极端子、连接至放大器输出节点116的漏极端子和连接至节点142的源极端子的N型场效应晶体管(FET)，节点142被配置为接收用于振荡器系统100的接地参考电压。在示例实施例中，晶体管130被实现为横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管。然而，应该注意的是晶体管130并不限于任何特殊的半导体技术，且在其它实施例中，晶体管130可实现为氮化镓(GaN)晶体管、MOSFET晶体管、双极型结晶体管(BJT)，或者使用其它半导体技术的晶体管。此外，在其他实施例中，放大器装置120可以使用任何合适的放大器拓扑实现，和/或放大器装置120可以包括多个晶体管。
在示例实施例中，频率调谐电路104通常为调节振荡系统100产生的振荡电信号的振荡频率的电容性元件、电感性元件和/或电阻性元件。在示例实施例中，频率调谐电路104耦接在所述接地参考电压节点142和振荡器装置102的输入节点112之间。偏置电路106通常为耦接于放大器装置120和接收正向(或电源)参考电压的节点140之间的电路元件、构件、和/或其它硬件。在示例实施例中，电源电压节点140和接地电压节点142之间的电压差小于50伏。偏置电路106构造为控制晶体管130栅极和漏极端子处的直流(DC)或额定偏置电压，以导通晶体管130并使得振荡器系统100运行期间晶体管130维持运行在饱和(或有源)模式下。在这方面，偏置电路106耦接于放大器输入节点114处的放大器装置120的晶体管130栅极端和放大器输出节点116处的晶体管130漏极端之间。根据一个或多个实施方式，偏置电路106包括温度补偿电路，其构造为感测器或检测晶体管130的温度并响应于晶体管130的温度升高和/或降低调节放大器输出节点114处的栅极偏置电压，以使晶体管130在响应温度变化时能保持基本恒定的静态电流。
如上所述，振荡器装置102包括放大器输入阻抗匹配电路124，其耦接于振荡器装置102的输入节点处112的谐振电路122和放大器输入端114之间，其中阻抗匹配电路124构造为，使得放大器输入节点114处的放大器装置120的输入阻抗与节点112处的谐振电路122和频率调谐电路104在谐振电路122的谐振频率下的阻抗相匹配。类似地，放大器输出阻抗匹配电路126耦接在放大器输出端116和谐振电路122之间，以使得放大器输出节点116处的放大器装置120的输入阻抗与位于振荡器装置102的输出节点118处的谐振电路122在谐振频率下的阻抗相匹配。
在示例实施例中，微波适配器108被实现为微带-波导的适配器，其耦接在振荡器装置102的输出节点118和波导110的输入端之间以将输出节点118处的振荡电信号转化为振荡频率的电磁信号(或波)，该电磁信号(或波)提供给波导110的输入端。在示例实施例中，微波适配器108被配置为使波导110的输入阻抗与谐振频率下振荡器输出节点118处的阻抗相匹配。例如，在一个实施例中，波导110的输入阻抗约为300欧姆，振荡器输出节点118处的阻抗大约50欧姆，其中微波适配器108将阻抗大约为50欧姆的振荡电信号转化为阻抗大约300欧姆的振荡电信号。在示例实施例中，微波适配器108包括设置在波导110中位于波导110的输入端或输入端附近的天线部分，其中该天线部分将阻抗为300欧姆的振荡电信号转化为振荡频率下相应的电磁信号(或波)，该振荡频率下相应的电磁信号(或波)，该电磁信号(或波)被辐射到或者提供给波导110的输入端。例如，在微波炉应用中，谐振电路122被配置为提供2.45GHz的谐振频率，微波适配器108将振荡器输出节点118处的振荡电信号转化为提供给微波110的输入端的2.45GHz处的辐射微波电磁信号，其中波导110将该微波信号引导至微波炉150的腔室(或烹饪室)中。
图2示出了适于用作图1的振荡器系统100中的谐振电路122的谐振电路200的示例实施例。谐振电路200包括环形谐振结构202和一对电感性元件204、206。环形谐振结构202包括一对在其纵向端部212、214电容性耦接的弓形(或弯曲)的电感性元件208、210。弓形电感性元件208、210形状上大致相同且互补，使得当它们的纵向端部212、214面对或者与另一弓形电感性元件208、210的纵向端部相对设置时，弓形电感性元件208、210提供一个具有中空内部区域203的对称的环形结构202，如图2所示。换句话说，该弓形电感性元件208、210向内彼此相对地弯曲以提供一个包围中空内部区域203的对称的环形结构202。由于电感性元件208、210形状大致相同，所以电感性元件208、210具有大致相同的电气特性，从而为谐振电路200提供相对高的品质因数(或Q值)。在所示实施例中，弓形电感性元件208、210大臻为U形，使得环形谐振结构202大致为具有圆形拐角的矩形，然而在其它实施例中，弓形电感性元件208、210可以大致为C形，使得环形谐振结构202大致为圆形。在这方面，环形谐振结构202的整体形状可根据特定实施例的面积或布局要求或其它设计限制而改变。在示例实施例中，电感性元件208、210各自被实施为微带(microstrip)或形成在例如印刷电路板的电气基板201上的其它导电材料(例如导电金属轨迹)。选择电感性元件208、210的物理尺寸来提供所希望的电感，使得环形谐振结构202在期望的频率谐振。例如，可以选择电感性元件208、210的长度和宽度，使得环形谐振结构202在大约2.45GHz的频率处谐振。根据一个实施例，为了用厚度约为0.0024英寸的导电金属材料(或微带)来提供大约2.45GHz的谐振频率，每个电感性元件208、210在第一方向上的长度240约为1.03英寸，每个电感性元件208、210在与第一方向正交的第二方向上的长度250约为0.42英寸，且每个电感性元件208、210的宽度260约为0.058英寸，其具有约0.121英寸的内径270，其中电感性元件208、210的端部之间的空气间隙216、218的宽度约为0.02英寸。
如图2所示，弓形电感性元件208、210的纵向端部212、214彼此间隔开，或者分开以在电感性元件208、210的纵向端部212、214之间提供空气间隙216、218。在所示实施例中，谐振电路200包括串联电连接在电感性元件208、210之间的一对电容性元件220、222。在示例实施例中，每个电容性元件220、222实施为电容器，例如多层陶瓷片电容器，其跨越空气间隙216、218安装在电感性元件208、210的纵向端部212、214之间以提供大致连续的环形结构。在这方面，每个电容性元件220、222具有安装、粘结或以其他方式连接至第一弓形电感性元件208的端部212上的第一端子，以及安装、粘结或以其他方式连接至第二弓形电感性元件210的相对端214上的第二端子。以这种方式，电容性元件220、222串联电连接在电感性元件208、210之间。在示例实施例中，电容性元件220、222的电容大致相等，且基于电感性元件208、210的电感选择电容性元件220、222使得谐振电路200在期望频率谐振。例如，在示例实施例中，选择电容性元件220、222的电容使得谐振电路200在约2.45GHz的频率谐振。在示例实施例中，电容性元件220、222的电容约为2.2皮法。
应当注意的是根据一个或多个替代实施例，谐振电路200可以不包括电容性元件220、222。在这方面，由电感性元件208、210的端部212、214之间的空气间隙216、218提供的电容性耦接可提供期望电容，使得谐振电路200在期望频率谐振例如，可以选择电感性元件208、210的物理尺寸和/或形状以提供期望电感，可选择空气间隙216、218(即端部212、214之间的间隔距离)的尺寸以提供期望电容(例如2.2皮法)，使得谐振电路200在没有电容性元件220、222的情况下在期望谐振频率谐振。
仍然参考图2，电感性元件204、206通常代表谐振电路200的输入端子和输出端子。为了方便起见，但不限于此，第一电感性元件204可选择地在这里被称作输入电感性元件，第二电感性元件206在这里可选择地被称作输出电感性元件。正如下面参照图1要详细描述的那样，在示例实施例中，输入电感性元件204耦接至振荡器装置102的输出节点118，输出电感性元件206耦接至振荡器装置102的输入节点112。
在图2所示的实施例中，输入电感性元件204被实施为形成在电气基板201上靠近第一弓形电感性元件208的矩形微带(或其它导电材料)。输入电感性元件204通过空气间隙224与电感性元件208间隔开或分离开，其中空气间隙224作为串联电连接在电感性元件204、208之间的间隙电容。在这方面，输入电感性元件204通过空气间隙224提供的间隙电容电容性耦接至电感性元件208。在示例实施例中，选择电感性元件204、208之间的间隔距离(例如空气间隙224的宽度)使之尽可能地小以增加间隙电容的品质因数(或Q值)。根据一个实施例，电感性元件204、208之间的间隔距离约为0.01英寸或更小。
以类似方式，输出电感性元件206被实施为形成在电气基板201上靠近第二弓形电感性元件210的另一矩形微带(或其它导电材料)。在示例实施例中，输出电感性元件206通过空气间隙226与电感性元件210间隔开或分离开，其中空气间隙226以与上述空气间隙224类似的方式作为间隙电容位于电感性元件204、208之间。电感性元件204、206为大致矩形形状，选择各个电感性元件204、206的尺寸以为谐振电路200的谐振频率处的谐振电路200提供期望的输入和/或输出阻抗，正如下面要详细描述的那样。应当注意的是根据一个或多个替代实施例，尽管图2描述的空气间隙224、226位于电感性元件204、206两者之间，但是电感性元件204、206中的一个可以不用串联电容而电连接至环形谐振结构202。例如，根据一个实施例，输出电感性元件206可形成为与环形谐振结构202和/或弓形电感性元件210物理接触。在这方面，电感性元件206可以与环形谐振结构202的弓形电感性元件210一体成型。在示范实施例中，电感性元件204、206中的至少一个通过空气间隙224、226与环形谐振结构202分离开以增加谐振电路200的品质因数(或Q值)。在示例实施例中，谐振电路200的品质因数(或Q值)约为190或更大。
制造谐振电路200可以通过在电气基板201上形成电感性元件204、206、208、210，以及形成耦接在弓形电感性元件208、210的纵向端部212、214之间的电容性元件220、222实现。在这方面，制造过程可以这样开始：在电气基板201上形成导电材料层，且选择性地移除导电材料的若干部分以提供弓形电感性元件208、210以及靠近弓形电感性元件208、210的电感性元件204、206，其中电感性元件208、210限定出具有中空内部区域203(例如电气基板201的暴露区域基本上被弓形导电元件208、210包围)的环形谐振结构202。如上述所述，位于电感性元件204、206中的至少一个和各个弓形电感性元件208、210之间的导电材料的若干部分被移除以提供一间隙电容串联在所述各个电感性元件204、206和靠近各个电感性元件204、206的相应的弓形电感性元件208、210之间。此外，导电材料的若干部分被移除以在弓形电感性元件208、210的纵向端部212、214之间提供空气间隙216、218。在形成电感性元件204、206、208、210之后，谐振电路200的制造可以通过将电容性元件220、222安装、焊接或者贴附到弓形电感性元件208、210的纵向端部212、214上而完成，电容性元件220、222横越空气间隙216、218，且电容性耦接弓形电感性元件208、210。
现在参考附图1-2，在示例实施例中，振荡器系统100中的谐振电路122被实现为谐振电路200，使得环形谐振结构202耦接在放大器装置120的输出端和放大器装置120的输入端之间。在这方面，输入电感性元件204电连接至节点118，输出电感性元件206电连接至节点112。例如，放大器输出阻抗匹配电路126可包括形成在电气基板201上的连接至输入电感性元件204或与输入电感性元件204一体成型的微带，放大器输入阻抗匹配电路124可包括连接至输出电感性元件206或与输出电感性元件206一体成型的第二微带。选择输入电感性元件204的物理尺寸使得谐振电路200的输入阻抗与节点118处的阻抗相匹配，且类似地，选择输出电感性元件206的物理尺寸使得谐振电路200的输出阻抗与节点112处的阻抗相匹配。在这方面，在示例实施例中，阻抗匹配电路124、126的阻抗和电感性元件204、206的阻抗以及空气间隙224、226可协作地被配置成为在谐振电路122、200的谐振频率下的振荡器装置102提供期望的增益。
图3示出了适于用作图1的振荡器系统100中的微波适配器108的适配器300的示例实施例。适配器300包括但不限于多个同轴部分302、304、306，天线部分308，以及输入阻抗匹配部分310。在示例实施例中，输入阻抗匹配部分310包括微带或其它导电材料(例如导电金属轨迹)的输入段312，以及耦接在输入段312和接地参考电压节点316(例如节点142)之间的输入电容性元件314，其中输入段312和电容性元件314被配置为使微波适配器300的输入节点318处的输入阻抗与具有耦接至微波适配器300的输入节点318的振荡电信号的节点(例如输出节点118)相匹配。例如，正如下面结合图4要详细描述的那样，根据一个实施例，当微波适配器108被实现为适配器300时，电容性元件314被实现为具有约2.2皮法电容的电容器，且输入段312被实现为微带传输线段时，选择该微带传输线路的长度以在2.45GHz时提供50欧姆的阻抗，以与振荡器装置102在输出节点118处的50欧姆的输出阻抗相匹配。微波适配器300的至少天线部分308设置在波导中(例如位于波导110的输入端或输入端附近)，以将与适配器输入节点318接收到的输入电信号相应的振荡电磁信号(或波)辐射到波导中，这要在下面详细描述。
同轴部分302、304、306串联电耦接在输入阻抗匹配部分310和天线部分308之间以将适配器输入节点318处的阻抗转化为波导(例如波导110)的输入阻抗，在那里最后的同轴部分306耦接至天线部分308。在示例实施例中，同轴部分302、304、306为大致圆柱状形状，每个同轴部分302、304、306包括导电材料的内部柱状段(或内导体)、环绕或包围内导体的介电材料、以及环绕或包围所述介电材料的外部屏蔽材料。例如，在示例实施例中，第一同轴部分302包括铜或其它合适导电材料的内部柱状段320、以及外接内导体320的例如特氟纶绝缘材料的介电材料的环绕部分322。在这方面，环绕介电部分322可以是带有与内导体320的直径和/或圆周对应的中空内孔(或开口)的大致圆柱状。第一同轴部分302还包括铜或其它导电材料的外部屏蔽段324，其包绕所述环绕介电部分322的至少一部分。正如下面要详细描述的那样，外屏蔽段324包括凸缘部分356，其垂直于部分302的纵轴延伸以便于安装外屏蔽段324，并使之接地。如所示，内导体320的端部部分326从环绕介电部分322延伸，且电连接至所述输入微带段312。根据一个实施例，端部326的延伸长度大于约5毫米以便于端部部分326和输入微带段312之间的电连接。例如，端部部分326可以实施为半圆横截面的内导体320(例如柱状的一半)，其焊接或贴附至所述输入微带段312。
在所示实施例中，第二同轴部分304包括铜或其它合适导电材料的电连接至第一同轴部分302的内导体320的内部圆柱状段328、介电材料的环绕部分330和陶瓷材料的外屏蔽段332。在示例实施例中，第二同轴部分304的内导体328与第一同轴部分302的内导体320一体成型和/或邻接，且第二同轴部分304的环绕介电部分330与第一同轴部分302的环绕介电部分322一体成型和/或邻接。类似地，第三同轴部分306包括铜或其它合适导电材料的电连接至第二同轴部分304的内导体328的内部圆柱状段334、介电材料的环绕部分336以及铜或其它导电材料的外屏蔽段338，其中第三同轴部分306的内导体334与第二同轴部分304的内导体328一体成型和/或邻接，且环绕介电部分336与环绕介电部分330一体成型和/或邻接。因此，内导体320、328、334可以实施为铜或其它导电材料的、在不同的同轴部分上具有不同的直径和/或长度的单一的、邻接的和/或一体的圆柱状段，同样地，环绕介电部分322、330、336可以实施为特氟纶或其它介电材料的在不同的同轴部分上具有不同的直径和/或长度的单一的、邻接的和/或一体的圆柱状段，这会在下面详细描述。如图3所示，第三同轴部分306的内导体334和外屏蔽段338延伸超过环绕介电材料336以提供一大致中空的区域，该中空区域中设置有内导体334。正如下面详细描述的那样，天线部分308被实施为导电封口部分，其设置在由外屏蔽段338限定的所述中空区域中，天线部分308将内导体334电连接至外部屏蔽段338以便于将电磁波(或信号)从适配器300辐射到波导、腔体或类似物中。在示例实施例中，外屏蔽部分326、332、338与磁控管天线头部对应。换句话说，适配器300可以通过在磁控管天线插头内设置内导体320、328、334和环绕介电部分322、330、336，并将天线部分308插入到所述磁控管天线插头的端部中而形成。
根据一个或多个实例实施例，每个同轴部分302、304、306具有与另一同轴部分302、304、306不同的阻抗。在所示实施例中，每个同轴部分302、304、306具有与另一同轴部分302、304、306的相应直径(或圆周)不同的一个或多个直径(或圆周)。例如，第一同轴部分302的内导体320的直径(或圆周)(如箭头360所示)大于另一同轴部分304、306的内导体328、334的直径(或圆周)，且第一同轴部分302的环绕介电部分322的额定直径(或圆周)(如箭头362所示)大于另一同轴部分304、306的环绕介电部分330、336的直径(或圆周)。同样地，虽然第二和第三同轴部分304、306的内导体328、334具有大致相同的直径(或圆周)(如箭头366所示)，但是第二同轴部分304的环绕介电部分330的直径(或圆周)(如箭头368所示)大于第三同轴部分306的环绕介电部分336的直径(或圆周)(如箭头372所示)，并且第二同轴部分304的外屏蔽部分332的直径(或圆周)大于第三同轴部分306的外屏蔽部分338的直径(或圆周)。
仍然参照图3，天线部分308被实施为设置在由外屏蔽部分338的延伸部限定的中空区域中的导电封口部分，该天线部分308将内导体334电连接至外屏蔽部分338，使得内导体334至外屏蔽部分338被有效地短路在一起。天线部分308包括圆柱状部分340和与圆柱状部分340一体的盖帽部分342。在示例实施例中，天线部分308包括一中心孔344(或孔或开口)，其延伸穿过圆柱状部分340和盖帽部分342，且具有与内导体334的直径(或圆周)大致相等的或对应的直径(或圆周)，使得当圆柱状部分340插入到所述中空区域中时，内导体334的从环绕介电材料336延伸到由屏蔽部分338的延伸部限定的中空区域中的部分设置在圆柱状部分340中，如图3所示。在这方面，孔344与内导体334适配或者与内导体334齐平，使得内导体334的延伸部分接触圆柱状部分340。圆柱状部分340具有与屏蔽部分338的内圆周大致相等或对应屏蔽部分338的直径(或圆周)，这样圆柱状部分340的外圆周表面与屏蔽部分338的内圆周表面接触。因此，当部分340、342被实施为导电材料，例如铜时，天线部分308和/或圆柱状部分340将内导体334电连接至外屏蔽部分338。
在示例实施例中，内导体334和外屏蔽部分338各自延伸超过环绕部分336第一个量(箭头376所示)，且圆柱状部分340的长度大致上等于或对应于那个延伸量，这样当圆柱状部分340被插入到由外屏蔽部分338的延伸部分限定的的中空区域中时，圆柱状部分340与环绕部分336接触。因此，在圆柱状部分340和外屏蔽部分338之间没有内部空气间隙或空间。在示例实施例中，盖帽部分342具有与外屏蔽部分338的外径(或外圆周)大致相等或相应的直径(或圆周)。盖帽部分342具有一长度(用箭头378所示)，这样孔344在内导体334的延伸部的纵向端部处提供空气间隙346，其与内导体334对准、同轴和/或同心。根据一个实施例，盖帽部分342的长度378大于约1毫米，且优选为大约1.5毫米。例如，如以上参照图1所述，天线部分308和/或圆柱状部分340可以被插入到或设置在波导(例如波导110)中，该波导能够将电磁波辐射从空气间隙346引导到微波炉(例如微波炉150)的腔室(或者烹饪室)中。由于由天线部分308提供的内导体334和外屏蔽部分338之间的电连接，与沿着内导体334传播的振荡电信号相应的电磁波从天线部分308和外屏蔽部分338辐射到周围介质中。
在示例实施例中，微波适配器300被插入到大致平面的安装结构350中，该安装结构350安装或贴附至波导(例如波导110)上。在这方面，安装结构350包括与波导的输入端对准的开口(或孔)，该开口(或孔)允许微波适配器300的至少一部分穿过安装结构350突出到波导中。在图3所示实施例中，该开口与第二同轴部分304的外径(或圆周)适配，且具有比第一同轴部分302的直径(或圆周)小的直径(或圆周)，这样只有第二同轴部分304和第三同轴部分306能够穿过安装结构350延伸到波导中。根据一个或多个实施例，安装结构350实现为导电材料，例如铁或铝。在所示实施例中，第一柱状安装结构352具有与第一同轴部分302的直径(或外圆周)相应的开口(或孔)，贴附或安装到安装结构350上。如所示，第一柱状安装结构352的长度对应外屏蔽部分324的长度。在示例实施例中，第一柱状安装结构352被实施为铝或其它导电材料，其在安装结构350和外屏蔽部分324之间提供电连接，这样外屏蔽部分324、安装结构350和第一柱状安装结构352具有相同的电位(例如地)。具有大致等于环绕介电部分322从外屏蔽部分324延伸的那段的长度和对应于或适配于与从外屏蔽部分324延伸的环绕介电部分322的那段外表面的开口(或孔)的第二柱状安装结构354被固定或安装至第一柱状安装结构352上。在示例实施例中，第二柱状安装结构354被实施为黄铜材料或其它导电材料。外屏蔽部分324的凸缘部分356与柱状安装结构352、354接触，以提供电连接将第二柱状安装结构354接地至第一柱状安装结构352的电位。尽管在图3中未示出，但是在某些实施例中，一个或多个垫片(或间隔物)可以设置在柱状安装结构352、354之间，以保持柱状安装结构352、354之间的间隙，并保护凸缘部分356。在这方面，垫片可以限制凸缘部分356的范围，或具有比凸缘部分356的直径更小的直径，以将介电部分322限制在凸缘部分356和第二柱状安装结构354之间。所述垫片可以实施为黄铜材料或其它导电材料。由于安装结构350、352、354和凸缘部分356的导电性，当适配器300被安装至波导(例如通过安装结构350使其与波导的外部电位相同)时，适配器300的外屏蔽部分324可以接地。
图4示出了适于应用在图1的振荡器系统100中的图4中示出的微波适配器300的一个示例实施例的等效电路。根据一个实施例，输入微带段312被配置为在2.45GHz时提供大约50欧姆的阻抗，电容性元件314提供大约2.2皮法的电容以使微波适配器300的阻抗与振荡器装置102的输出节点118处的阻抗相匹配。对于图4描述的实施例而言，第一同轴部分302的内导体320具有约3.35毫米(0.132英寸)的直径(箭头360所示)，环绕部分322具有约0.1473米(0.580英寸)的标称直径(箭头362所示)，并且内导体320和环绕介电部分322各自具有约0.1789米(0.704英寸)的长度(箭头364所示)，以在2.45GHz时提供约61.2欧姆的阻抗。如图3所示，在一个实施例中，环绕介电部分322和外屏蔽部分324从第一柱状安装结构352与第二柱状安装结构354交界的地方起以大约75度(相对于平面安装结构350的平面)的角被斜切，或环绕介电部分322和外屏蔽部分324以大约75度(相对于平面安装结构350的平面)的角被斜切至第一柱状安装结构352与第二柱状安装结构354交界的地方，环绕介电部分322在与第二同轴部分304交界附近以62度的角(相对于平面安装结构350的平面)被斜切。对于第二同轴部分304，内导体328具有约1毫米(0.04英寸)的直径(箭头366所示)，环绕部分330具有约0.1070米(0.421英寸)的标称直径(箭头368所示)，且内导体328和环绕介电部分330各自具有大约0.1488米(0.586英寸)的长度(箭头370所示)，以在2.45GHz时提供大约98.5欧姆的阻抗。如图3所示，在一个实施例中，环绕介电部分330在与第三同轴部分306交界附近以56度的角(相对于平面安装结构350的平面)被斜切。对于第三同轴部分306而言，内导体334具有与内导体328相同的直径366，环绕部分336具有大约0.0660米(0.260英寸)的直径(箭头372所示)，且环绕介电部分336具有大约0.1524米(0.600英寸)的长度(箭头374所示)以在2.45GHz时提供大约79欧姆的阻抗。因此，对于图4中的实施例，微波适配器300将适配器输入节点318(例如输出节点118)处的振荡电信号从50欧姆阻抗转化为波导110的输入端处在2.45GHz时大约288.7欧姆的阻抗。在示例实施例中，内导体224和外屏蔽部分338的延伸部分的长度(箭头376所示)为大约6.1毫米(0.124英寸)，盖帽部分342的长度(箭头378所示)为大约1.52毫米(0.06英寸)。
现在参照图1-4，以上描述的振荡器系统的一个优点是振荡器系统能够产生具有与常规磁控管在低电压时所产生的微波信号相同的输出功率的微波信号且不使用磁控管。在这方面，代替用于将微波信号从磁控管传输至波导和/或腔的磁控管天线，微波适配器108将振荡器装置102产生的振荡电信号的阻抗从振荡器装置102的输出节点118处的大约50欧姆转化为波导110的输入阻抗(例如大约300欧姆)，且包括插入到波导110中以将电磁波辐射至波导110中的天线部分。在这方面，通过使微波适配器108的输入阻抗与振荡器装置102的输出阻抗相匹配，从振荡器装置102到微波适配器108的功率传输得以改善，并且通过使微波适配器108的输出阻抗与波导110的输入阻抗相匹配，微波适配器108辐射的电磁波的正向传输得以改善。
为了简短起见，与系统的谐振器、放大器、偏置、负载调制、阻抗匹配、微波应用以及其他功能方面(以及系统的单个运行元件)相关的常规技术在这里不再详细描述。此外，这里包含的在各个附图中示出的连接线旨在表示示例的功能关系和/或不同元件之间的物理耦接。应当注意的是许多替代或其它的功能关系或物理连接可以呈现在发明内容的实施例中。此外，也可以在这里使用某些特定术语仅用于参考的目的，并非意图限制，且指代结构的术语“第一”“第二”和其它这种数字并不隐含次序或顺序，除非文章明确指明。
正如这里所使用的那样，“节点”意味着任何内部或外部参考点、连接点、连结、信号线、导电元件或类似物，在“节点”处存在给定信号、逻辑电平、电压、数据图案、电流或数量。此外，一个物理元件可以实现两个或更多个节点(且尽管两个或多个信号在一公共节点上被接收或输出，但是可以分隔多路、调制或以其他方式区分这两个或多个信号)。
前述描述涉及被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。正如这里所使用的那样，除非以其他方式明确说明，“连接”意味着一个元件与另一元件直接结合(或直接通信)，但是在物理上并不必然结合。同样地，除非以其他方式明确说明，“耦接”意味着一个元件与另一元件直接或间接结合(或直接或间接通信)，但是在物理上并不必然结合。因此，尽管附图中示出的示意图描述了元件的一种示例装置，但是在所描述的发明内容的实施例中可以呈现其他的介入元件、设备、特征或部件。
总之，提供了一种适配器的示例实施例。该适配器包括导电材料的输入段，包括耦接至所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段的第一同轴部分，以及耦接至第一同轴部分以电耦接第一内导体和第一外屏蔽段的盖帽部分。在一个实施例中，盖帽部分包括与第一内导体的端部对准的空气间隙。在另一实施例中，适配器还包括第二同轴部分，其包括耦接在所述输入段和第一内导体之间的第二内导体，其中第二同轴部分的直径与第一同轴部分的直径不同。在又一实施例中，该适配器进一步包括第二同轴部分，其包括耦接在所述输入段和第一内导体之间的第二内导体，其中第二同轴部分的阻抗与第一同轴部分的阻抗不同。根据另一实施例，该适配器进一步包括耦接在所述输入段和参考电压节点之间的电容性元件。在一个实施例中，所述输入段包括微带传输线。
根据另一示例实施例，提供一种适配器，包括具有第一直径的第一同轴部分、具有第二直径的第二同轴部分，其中第二直径与第一直径不同，第二同轴部分包括内导电部分和外屏蔽段，且一盖帽部分耦接至第二同轴部分以电连接内导电部分和外屏蔽段。在一个实施例中，该适配器还包括一耦接至第一同轴部分的导电材料段和耦接在该导电材料段和参考电压节点之间的电容性元件。在又一实施例中，第一直径大于第二直径。在另一实施例中，所述部分连接至第一同轴部分的内导电部分。根据一个实施例，第二同轴部分的内导电部分具有第二直径，其中第一同轴部分包括具有第一直径的第二内导电部分。在又一实施例中，第一同轴部分包括第二内导电部分和包围第二内导电部分的第一介电部分，第一介电部分具有第一直径，第二同轴部分包括包围内导电部分的第二介电部分，且第二介电部分具有第二直径。在一个实施例中，第一直径大于第二直径。根据又一实施例，所述盖帽部分包括与内导电部分对准的开口，以在内导电部分的端部提供空气间隙。在又一实施例中，外屏蔽段限定一中空区域，所述内导电部分的延伸部分设置在该中空区域中，该盖帽部分包括设置在所述中空区域中的导电材料的圆柱状部分，内导电部分的延伸部分设置在所述圆柱状部分的开口中，且所述圆柱状部分接触所述内导电部分和外屏蔽段。根据另一实施例，第一同轴部分的阻抗与第二同轴部分的阻抗不同。
根据另一实施例，提供了一种振荡器系统。该振荡器系统包括具有输入阻抗的波导、在第一节点产生振荡信号的振荡器装置，以及耦接至第一节点的适配器。该适配器包括耦接至第一节点的导电材料的输入段，设置在波导中的天线部分，以及耦接在天线部分和输入段之间将振荡信号转化为位于天线部分的波导的输入阻抗的一个或多个同轴部分。在一个实施例中，振荡器系统进一步包括耦接在输入段和参考电压节点之间的电容性元件，其中输入段的阻抗与第一节点处的输出阻抗对应，且所述一个或多个同轴部分被配置为将振荡信号从输出阻抗转化为波导的输入阻抗。在另一实施例中，所述一个或多个同轴部分包括具有耦接至所述输入段的第一内导体的第一同轴部分，和具有耦接至第一内导体的第二内导体的第二同轴部分，其中第一内导体的直径与第二内导体的直径不同。在又一实施例中，振荡器装置包括第一放大器和环形谐振结构，第一放大器具有第一放大器输入和耦接至第一节点的第一放大器输出，环形谐振结构耦接在第一放大器输出和第一放大器输入之间。
虽然在前述详细描述中已经呈现了至少一个示例实施例，但是应当理解的是存在大量的变形。还应当理解的是这里描述的示例实施例或实施例并非是以任何方式限制声称的发明内容的范围、实用性或结构。然而，前述的详细描述将给那些本领域技术人员提供一种实施所述实施例或实施方式的简便路线图。应当理解的是在不偏离权利要求所限定的范围的情况下，可以对元件的功能和配置进行各种改变，其包括撰写该专利申请时已知的等效手段和可预见的等效手段。因此，示例实施例的细节或以上描述的其它限制不应被带入权利要求书中，除非有明显的意图。

Claims (16)

1.一种适配器，包括：
导电材料的输入段；
第一同轴部分，包括耦接到所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段；以及
盖帽部分，耦接至所述第一同轴部分以电耦接所述第一内导体和所述第一外屏蔽段，其中所述盖帽部分设置在由所述第一外屏蔽段限定的中空区域内。
2.权利要求1所述的适配器，其中所述盖帽部分包括与所述第一内导体的端部对准的空气间隙。
3.一种适配器，包括：
导电材料的输入段；
第一同轴部分，包括耦接到所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段；
第二同轴部分，其包括耦接在所述输入段和所述第一内导体之间的第二内导体，其中所述第二同轴部分的直径与所述第一同轴部分的直径不同；以及
盖帽部分，耦接至所述第一同轴部分以电耦接所述第一内导体和所述第一外屏蔽段，其中所述盖帽部分设置在由所述第一外屏蔽段限定的中空区域内。
4.一种适配器，包括：
导电材料的输入段；
第一同轴部分，包括耦接到所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段；
第二同轴部分，其包括耦接在所述输入段和所述第一内导体之间的第二内导体，其中所述第二同轴部分的阻抗与所述第一同轴部分的阻抗不同；以及
盖帽部分，耦接至所述第一同轴部分以电耦接所述第一内导体和所述第一外屏蔽段，其中所述盖帽部分设置在由所述第一外屏蔽段限定的中空区域内。
5.一种适配器，包括：
导电材料的输入段；
第一同轴部分，包括耦接到所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段；
盖帽部分，耦接至所述第一同轴部分以电耦接所述第一内导体和所述第一外屏蔽段，其中所述盖帽部分设置在由所述第一外屏蔽段限定的中空区域内；以及
耦接在所述输入段和参考电压节点之间的电容性元件。
6.一种适配器，包括：
导电材料的输入段，其中所述输入段包括微带传输线；
第一同轴部分，包括耦接到所述输入段的第一内导体和第一外屏蔽段；以及
盖帽部分，耦接至所述第一同轴部分以电耦接所述第一内导体和所述第一外屏蔽段，其中所述盖帽部分设置在由所述第一外屏蔽段限定的中空区域内。
7.一种适配器，包括：
第一同轴部分，其外径为第一直径；
第二同轴部分，其外径为第二直径，其中所述第二直径与所述第一直径不同，所述第二同轴部分包括内导电部分和外屏蔽段；以及
盖帽部分，耦接至所述第二同轴部分以电耦接所述内导电部分和所述外屏蔽段，其中所述盖帽部分设置在由所述外屏蔽段限定的中空区域内。
8.权利要求7所述的适配器，进一步包括：
耦接至所述第一同轴部分的导电材料段；以及
耦接在所述导电材料段和参考电压节点之间的电容性元件。
9.权利要求8所述的适配器，其中所述第一直径大于所述第二直径。
10.权利要求8所述的适配器，其中所述外屏蔽段与所述第二同轴部分的内导电部分连接。
11.权利要求7所述的适配器，所述第二同轴部分的所述内导电部分具有第二内导电直径，其中所述第一同轴部分包括具有第一内导电直径的第二内导电部分。
12.权利要求7所述的适配器，其中：
所述第一同轴部分包括第二内导电部分和环绕所述第二内导电部分的第一介电部分；
所述第一介电部分具有第一介电直径；
所述第二同轴部分包括环绕所述内导电部分的第二介电部分；以及
所述第二介电部分具有第二介电直径。
13.权利要求12所述的适配器，其中所述第一直径大于所述第二直径。
14.权利要求7所述的适配器，其中所述盖帽部分包括与所述内导电部分对准的开口，以在该内导电部分的端部处提供空气间隙。
15.权利要求14所述的适配器，其中：
所述外屏蔽段限定中空区域，所述内导电部分的延伸部设置在该中空区域中；
所述盖帽部分包括设置在该中空区域中的导电材料的圆柱状部分；
所述内导电部分的所述延伸部设置在所述圆柱状部分的所述开口内；以及
所述圆柱状部分接触所述内导电部分和所述外屏蔽段。
16.权利要求7所述的适配器，其中所述第一同轴部分的阻抗与所述第二同轴部分的阻抗不同。
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