CN107567128B - 固态微波加热设备及其操作和制造方法 - Google Patents

Abstract

微波加热设备的实施例包括：固态微波能量来源；第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构；一个或多个额外的介电谐振器，其堆叠在第一激励器介电谐振器的顶部表面上以形成垂直地堆叠的介电谐振器天线阵列。第一馈送结构电耦合到微波能量来源以接收第一激励信号，并且第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到第一馈送结构的激励信号产生第一电场。

Description

固态微波加热设备及其操作和制造方法

技术领域

本文中所描述的标的物的实施例大体上涉及固态微波加热设备以及所述设备的操作和制造方法。

背景技术

多年来，磁控管已普遍用于微波炉中以产生出于加热食物、饮料或其它物品的目的的微波能源。磁电管基本上由具有围绕它的边缘间隔开的多个圆柱形腔室的圆形腔室、构建到腔室中心中的阴极和被配置成产生磁场的磁体构成当并入到微波系统中时，阴极耦合到直流(DC)电源，所述电源被配置成将高电压电势提供到阴极。磁场和圆柱形腔室在腔室内产生电子以在腔室中诱发谐振、高频射频(RF)场，并且可以通过探针从腔室中提取场的一部分。耦合到探针的波导将射频能量引导到负载。举例来说，在微波炉中，负载可以为加热腔室，所述加热腔室的阻抗可以受在加热腔室内的物体的影响。

尽管磁控管在微波和其它应用中很好地起作用，但是它们并不是没有其自身的缺点。举例来说，磁控管通常需要非常高的电压来操作。此外，磁控管可能易受在延长的操作周期上的输出功率降级的影响。因此，包括磁控管的系统的性能可能随时间推移而降低。另外，磁控管趋于是对振动敏感的大体积且沉重的组件，因此使得它们不适合在便携式应用中使用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种微波加热设备，包括：

固态微波能量来源；

第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构，其中所述第一激励器介电谐振器具有顶部表面和相对的底部表面，其中所述第一馈送结构电耦合到所述微波能量来源以从所述微波能量来源中接收第一激励信号，并且其中所述第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到所述第一馈送结构的所述激励信号产生第一电场；以及

一个或多个额外的介电谐振器，其堆叠在所述第一激励器介电谐振器的所述顶部表面上以形成垂直地堆叠的介电谐振器天线阵列。

在一个或多个实施例中，当提供所述激励信号时紧邻所述第一激励器介电谐振器的所述额外的介电谐振器的第二介电谐振器与所述第一激励器介电谐振器紧密地电容式耦合。

在一个或多个实施例中，当提供所述激励信号时，由所述第一激励器介电谐振器产生的所述第一电场直接地冲击所述第二介电谐振器，使得所述第二介电谐振器响应于所述第一电场的冲击产生第二电场。

在一个或多个实施例中，所述第二介电谐振器是并不从所述第一馈送结构直接地接收激励信号而是替代地响应于所述第一电场的所述冲击产生所述第二电场的寄生介电谐振器。

在一个或多个实施例中，所述第一馈送结构包括延伸穿过所述第一激励器介电谐振器并且进入到所述一个或多个额外的介电谐振器中的至少一个中的馈送。

在一个或多个实施例中，所述馈送延伸到所有的所述一个或多个额外的介电谐振器中或穿过所有的所述一个或多个额外的介电谐振器。

在一个或多个实施例中，所述第一馈送结构包括延伸到所述第一激励器介电谐振器中的馈送。

在一个或多个实施例中，所述第一介电谐振器天线包括在所述第一激励器介电谐振器中的一个或多个额外的馈送，其中所述一个或多个额外的馈送电耦合到所述微波能量来源以从所述微波能量来源中接收一个或多个额外的激励信号。

在一个或多个实施例中，所述第一馈送结构包括孔隙耦合到所述第一激励器介电谐振器的导体。

在一个或多个实施例中，所述介电谐振器天线阵列进一步包括一个或多个额外的介电谐振器天线，其中所述一个或多个额外的介电谐振器天线中的每一个包括额外的馈送、额外的激励器介电谐振器和堆叠在所述额外的激励器介电谐振器的顶部表面上的一个或多个附加额外的介电谐振器。

在一个或多个实施例中，所述第一激励器介电谐振器和所述一个或多个第二介电谐振器中的每一个具有选自圆柱形、圆盘、圆锥、平行六面体、球体和圆顶中的形状。

在一个或多个实施例中，所述微波加热设备进一步包括：

一个或多个介电间隔物，其放置在所述介电谐振器天线阵列中的邻近介电谐振器的每一集合之间。

在一个或多个实施例中，所述一个或多个介电间隔物中的每一个具有限定所述邻近介电谐振器的每一集合之间的距离的厚度，其中每个距离小于所述第一激励器介电谐振器的谐振频率的波长的五分之一。

在一个或多个实施例中，每个距离在零毫米与12.5毫米之间。

在一个或多个实施例中，每个距离小于所述第一激励器介电谐振器的谐振频率的波长的十分之一。

在一个或多个实施例中，每个距离在零毫米与3.0毫米之间。

在一个或多个实施例中，所述微波加热设备进一步包括：

接地平面，其放置在所述介电谐振器天线阵列的第一侧处；以及

腔室，其放置在所述介电谐振器天线阵列与所述接地平面的相对侧处，其中所述腔室被配置成包含负载。

在一个或多个实施例中，在不存在所述介电谐振器天线阵列的情况下所述腔室将低于截止值。

在一个或多个实施例中，所述微波加热设备进一步包括覆盖所述第一介电谐振器和所述一个或多个第二介电谐振器的保形材料。

在一个或多个实施例中，所述第一激励器介电谐振器和所述一个或多个第二介电谐振器具有相同的几何形状并且是大体上相同大小的。

在一个或多个实施例中，所述第一激励器介电谐振器中的两个或更多个和所述一个或多个第二介电谐振器具有不同的几何形状。

在一个或多个实施例中，所述第一激励器介电谐振器中的两个或更多个和所述一个或多个第二介电谐振器具有大体上不同的大小。

在一个或多个实施例中，所述固态微波能量来源包括：

放大器布置，其包括晶体管，所述晶体管具有晶体管输入和晶体管输出，其中所述放大器布置被配置成在2.3吉赫兹(GHz)到2.6GHz的范围内的微波频率处产生所述激励信号。

在一个或多个实施例中，所述放大器布置形成振荡器子系统的一部分，所述振荡器子系统进一步包括：

谐振电路，其沿着所述晶体管输出与所述晶体管输入之间的反馈路径，其中所述谐振电路的谐振频率是所述微波频率。

根据本发明的第二方面，提供一种微波加热设备，包括：

腔室，其被配置成包含负载；

固态微波能量来源；

第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构，其中所述第一激励器介电谐振器具有顶部表面和相对的底部表面，其中所述第一馈送结构电耦合到所述微波能量来源以从所述微波能量来源中接收第一激励信号，并且其中所述第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到所述第一馈送结构的所述激励信号产生第一电场；以及

一个或多个第二介电谐振器，其堆叠在所述第一激励器介电谐振器的所述顶部表面上以形成介电谐振器天线阵列。

在一个或多个实施例中，在不存在所述介电谐振器天线阵列的情况下所述腔室将低于截止值。

在一个或多个实施例中，所述腔室的截面形状是选自圆、椭圆和矩形的。

在一个或多个实施例中，所述微波加热设备进一步包括：

一个或多个介电间隔物，其放置在所述介电谐振器天线阵列中的邻近介电谐振器的每一集合之间。

在一个或多个实施例中，所述一个或多个介电间隔物中的每一个具有限定所述邻近介电谐振器的每一集合之间的距离的厚度，并且其中每个距离小于所述第一激励器介电谐振器的谐振频率的波长的五分之一。

在一个或多个实施例中，每个距离小于所述第一激励器介电谐振器的谐振频率的波长的十分之一。

根据本发明的第三方面，提供一种操作包括微波产生模块的微波系统的方法，所述方法包括：

通过所述微波产生模块产生传送到第一射频(RF)馈送结构的第一激励信号，其中所述第一射频馈送结构接近第一介电谐振器放置，并且一个或多个第二介电谐振器堆叠在所述第一介电谐振器上；

通过所述第一介电谐振器响应于通过所述第一射频馈送结构传送的所述第一激励信号产生第一电场；以及

通过所述一个或多个第二介电谐振器响应于所述第一电场的冲击、响应于所述第一激励信号或响应于所述第一电场和所述第一激励信号这两者产生第二电场，其中所述第一电场和第二电场被引导朝向包含近场负载的腔室。

在一个或多个实施例中，所述射频馈送结构延伸到所述第一介电谐振器中但是并不进入到所述一个或多个第二介电谐振器中。

在一个或多个实施例中，所述射频馈送结构延伸到所述第一介电谐振器中并且延伸到所述一个或多个第二介电谐振器中的至少一个中。

根据本发明的第四方面，提供一种制造微波系统的方法，所述方法包括：

在介电谐振器堆叠中将多个介电谐振器耦合在一起，其中所述介电谐振器堆叠包括最低的第一介电谐振器和堆叠在所述第一介电谐振器上的一个或多个第二介电谐振器；

将基板安装到外壳中，其中射频(RF)馈送结构耦合到所述基板，并且其中所述外壳限定被配置成具有阻塞端部的波导的腔室；以及

将所述介电谐振器堆叠安装到所述外壳中使得所述射频馈送结构足够接近所述第一介电谐振器以能够在向所述射频馈送结构供应合适的射频激励信号时激发所述第一介电谐振器进行谐振。

在一个或多个实施例中，在将所述介电谐振器堆叠安装到所述外壳中之后，所述射频馈送结构延伸到所述第一介电谐振器中但是并不延伸到所述一个或多个第二介电谐振器中。

在一个或多个实施例中，在将所述介电谐振器堆叠安装到所述外壳中之后，所述射频馈送结构延伸到所述第一介电谐振器中并且延伸延伸到所述一个或多个第二介电谐振器中的至少一个中。

在一个或多个实施例中，所述方法，进一步包括：

将一个或多个介电间隔物耦合在所述介电谐振器堆叠中的邻近介电谐振器之间以限定所述邻近介电谐振器之间的距离，其中所述距离确保所述邻近介电谐振器紧密地电容式耦合。

在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：

使用选自保形材料的结构和罩盖在所述介电谐振器堆叠与所述腔室之间形成物理间隔。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

在结合以下附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求书可得到标的物的更透彻理解，其中类似参考标号指代遍及各图的相似元件。

图1和图2是根据示例实施例相应地在打开状态和关闭状态中的便携式微波加热设备的透视图；

图3是根据示例实施例的包括微波功率产生模块和介电谐振器天线(DRA)阵列的微波加热设备的简化的框图；

图4是介电谐振器的透视图；

图5和图6是根据示例实施例的DRA阵列的俯视图和透视图；

图7是表示根据一个实施例的具有垂直地堆叠且水平地布置的邻近介电谐振器的DRA阵列的电子特性的电路图；

图8是根据一个实施例描绘DRA阵列的增益带宽的图；

图9是根据示例实施例的图1和图2的便携式微波加热设备的截面侧视图；

图10到图14是根据若干其它示例实施例的垂直地堆叠的DRA阵列的截面侧视图或透视侧视图；

图15到图20是具有各种形状的介电谐振器的透视图；

图21到图23是根据若干其它示例实施例的适用于微波加热设备中的DRA阵列的俯视图；

图24是根据又一示例实施例的适用于微波加热设备中的DRA阵列的透视图；

图25是根据另一示例实施例的便携式微波加热设备的截面侧视图；

图26是根据示例实施例的操作包括DRA阵列的微波系统的方法的流程图；以及

图27是根据示例实施例制造包括DRA阵列的微波系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅为说明性的，且并非意图限制标的物的实施例或此类实施例的应用和使用。如本文中所使用，词语“示例性”和“例子”意味着“充当例子、实例或说明”。本文中描述为示例性或例子的任何实施方案未必应被解释为比其它实施方案优选或有利。此外，并非意图受先前技术领域、背景技术或以下详细描述中呈现的任何所表达或暗示的理论的限定。

本文中所描述的标的物的实施例涉及固态微波加热设备(例如，固定或便携式微波炉、微波除霜器等等)，然而各种实施例也可以在其它系统中使用。如下文更详细地描述，示例性微波加热设备是使用微波产生模块、介电谐振器天线(DRA)阵列和腔室来实现的。微波产生模块将射频能量提供到DRA阵列，且DRA阵列将能量辐射到腔室中，在所述腔室内可放置负载(例如，食物负载或一些其它型的负载)。

如本文所使用，术语“介电谐振器”是指由能够接收射频能量的块状介电材料(例如，陶瓷)组成的物件并且以一个或多个谐振模式在介电谐振器的谐振频率处谐振射频能量。谐振频率是由介电材料的形状和尺寸以及块状介电材料的介电常数确定的。一般而言，介电谐振器被表征为具有相对较高的介电常数和相对较高的Q因数。根据各种实施例，可以在介电谐振器中激发若干类型的谐振模式。

如本文所使用，术语“介电谐振器天线”或“DRA”是指包括介电谐振器和一个或多个射频信号馈送的天线组合件。射频信号馈送被配置成携带射频信号并且相对于介电谐振器放置，使得射频信号激发介电谐振器，并且引起介电谐振器以谐振模式在介电谐振器的谐振频率处谐振射频能量。DRA的谐振特性取决于介电谐振器的形状和大小并且取决于馈送的形状、大小和位置。如本文所使用，通过射频信号从馈送中直接地激发的介电谐振器被称作“激励器介电谐振器”。理想地，射频信号为具有激励器介电谐振器的谐振频率处的频率或接近激励器介电谐振器的谐振频率的频率的振荡信号。

根据若干实施例，DRA包括具有插入到介电材料中的一个或多个金属单极探针(即，馈送)的介电谐振器。在DRA的一侧上存在接地平面使得DRA主要在“向前”方向上(例如，到邻近于DRA的加热腔室中)辐射功率。在替代实施例中，DRA包括安置在接地基板上或接近接地基板的介电谐振器，所述接地基板具有借助于在接地基板中所提供的单极孔隙馈送传递到介电谐振器的能量。还可能直接连接到微带传输线路以及通过微带传输线路激励。

如本文所使用，术语“介电谐振器天线阵列”和“DRA阵列”是指包括至少一个DRA和紧密地耦合(例如，电容式耦合)到DRA的至少一个额外的介电谐振器的组合件。在一个实施例中，DRA的介电谐振器和额外的介电谐振器布置在堆叠配置中。在另一实施例中，一些介电谐振器也可以布置在共平面配置中。无论哪种方式，DRA阵列包括多个堆叠的介电谐振器和一个或多个馈送，所述一个或多个馈送在多个介电谐振器中的一个或多个中或接近多个介电谐振器中的一个或多个以形成阵列中的一个或多个DRA。

根据一个实施例，DRA的介电谐振器被称作“激励器谐振器”，因为它被配置成直接地激发并且通过在馈送上携带的信号引起谐振(即，它直接地从馈送接收电磁能量)。相比之下，DRA阵列中的介电谐振器中的一个或多个可以为“寄生谐振器”，因为它并不直接地从馈送接收电磁能量。在一个实施例中，DRA的一个或多个激励器谐振器和一个或多个寄生谐振器被布置成使得电容耦合出现在DRA的介电谐振器之间，或更具体地说出现在DRA的激励器谐振器和寄生谐振器之间。换句话说，寄生谐振器可以被布置成使得由激励器谐振器产生的电场(被称作“激励器产生的电场”)直接地冲击一个或多个寄生谐振器，这使得寄生谐振器也进行谐振。替代地，激励器产生的电场可以由DRA阵列放置在其中的腔室反射，并且所反射的能量可以冲击寄生谐振器，使得寄生谐振器将能量再次辐射到腔室中。换句话说，由于激励器产生的电场直接或间接地冲击寄生谐振器，所以寄生谐振器继而产生“寄生产生的电场”。DRA阵列中的介电谐振器被布置成使得在大体上相同的方向上各自主要地引导激励器产生的电场和寄生产生的电场。在微波加热设备的一个实施例中，在微波加热设备的加热腔室的方向上各自主要地引导激励器产生的电场和寄生产生的电场，其中腔室被配置成包含待加热的负载(例如，食物负载)。如本文所使用，术语“加热”和它的各种衍生词指代增加物质的热能。尽管此类热能的增加(或“加热”)可以将物质的温度升高到明显的高于环境温度的温度，但是“加热”还可以涉及以任何量提升物质的温度(例如，解冻物质以将温度从零下升高到环境温度)。

如下文将更详细地论述，本文所公开的DRA阵列的实施例构成相对宽带的结构，所述结构将来自微波产生模块的射频能量有效地耦合到加热腔室内的负载中。当与用于微波加热应用的常规天线相比较时，由于宽的带宽，DRA阵列的实施例对近场负载很不敏感(例如，由于放置在腔室内的负载)。

图1和图2是根据示例实施例相应地在打开状态和关闭状态中的便携式微波加热设备100的透视图。微波加热设备100包括外壳110、加热腔室120、控制面板130、一个或多个微波功率产生模块(例如，模块350，图3)、一个或多个DRA阵列(例如，DRA阵列500，图5、图6)和在下文中更详细地论述的其它组件。

在一个实施例中，外壳110包括底座部分112、腔室部分114和盖子116。在一个实施例中，底座部分112可以包含微波功率产生模块和一个或多个DRA阵列的至少一部分。此外，底座部分112可以包含电源系统，例如对微波功率产生模块和控制面板130供电的可充电电池系统或不可再充电电池系统。当外部连接端口118耦合到对应的缆线(未示出)时，外部接口118可用于接收功率来操作设备100和/或对设备100的可再充电电池系统再充电。此外，外部连接端口118可用于与外部系统通信以接收(例如)软件更新。

加热腔室120位于外壳110的腔室部分114内，并且由内侧壁122、腔室底部表面(例如，表面924，图9)和腔室顶部表面(例如，表面926，图9)限定。如图1中所示，当打开盖子116时，可进入加热腔室120并且可以在腔室120内放置负载140(例如，食物负载或其它负载)。如图2中所示，当关闭盖子116时，加热腔室120变为封闭的空气腔室，所述空气腔室基本上充当具有阻塞端部的波导。根据一个实施例，当打开盖子116时解除激活微波产生模块，并且仅当关闭盖子116时可以激活微波产生模块。因此，微波加热设备100可以包括传感器或用于检测盖子116的状态(即，打开或关闭)的其它机构。

为了操作微波加热设备100，用户可以打开盖子116、放置一个或多个物体(例如，负载140)到加热腔室120中、关闭盖子116以及通过规定所需加热持续时间和所需功率电平的控制面板130提供输入。作为响应，系统控制器(例如，控制器310，图3)使得微波功率产生模块(例如，模块350，图3)将激励信号提供到DRA阵列(例如，DRA阵列360，图3)。作为响应，DRA阵列将微波频谱中的电磁能量(在本文中被称作“微波能量”)辐射到加热腔室120中。更具体地说，系统控制器使得微波功率产生模块致使DRA阵列在与用户输入一致的功率电平处将微波能量辐射到加热腔室120中一段时间。微波能量增加了负载140的热能(即，微波能量引起负载变热)。

每个DRA阵列被配置成将微波能量辐射到加热腔室120中。在一个实施例中，辐射能量具有微波频谱中的波长，所述波长具体来说适用于加热液体和固体物体(例如，液体和食物)。举例来说，每个DRA阵列可被配置成将具有在约2.0吉赫兹(GHz)到约3.0GHz的范围内的频率的微波能量辐射到加热腔室120中。更具体地说，在一个实施例中，每个DRA阵列可被配置成将具有约2.45GHz波长的微波能量辐射到加热腔室120中。

如下文将进一步详细描述，每个微波功率产生模块可实施为集成的“固态”模块，在所述模块中每个微波功率产生模块包括产生和辐射微波能量的固态电路配置(而不是包括磁电管)。因此，当与常规的基于磁电管的微波系统相比较时，系统的实施例(其中包括微波功率产生模块的实施例)可在相对较低电压处操作、可不太易受随时间推移的输出功率降级的影响和/或可相对较紧凑。

尽管微波加热设备100经示出其组件相对于彼此呈特定的相对取向，但应理解各种组件也可不同地取向。此外，各种组件的物理配置可以不同。举例来说，控制面板130可具有更多、更少或不同的用户接口元件，和/或用户接口元件可不同地布置。替代地，控制面板130可以位于设备100的底座部分112或盖子部分116内。此外，尽管在图1中示出大体上圆柱形的设备100和加热腔室120，但是应理解在其它实施例中加热腔室可具有不同形状(例如，矩形、椭圆等等)。另外，微波加热设备100可以包括并未在图1中具体地描绘的额外组件。更进一步，尽管在本文中示出且详细地描述“便携式”微波加热设备的实施例，但是本领域的技术人员将理解DRA阵列的发明性实施例还可适用于固定的微波加热设备(例如，大型设备和/或通过外部供电网络(或电网)供电的设备)。

图3是根据示例实施例包括一个或多个DRA阵列360的微波加热设备300(例如，微波加热设备100，图1)的简化的框图。此外，微波系统300包括系统控制器310、用户接口330、电源340、加热腔室320和一个或多个微波功率产生模块350。应理解图3为出于解释和易于描述的目的的微波系统300的简化表示，且其实际实施例可包括其它装置和组件以提供额外功能和特征，和/或微波系统300可为大型电力系统的部分。

用户接口330可以对应于控制面板(例如，控制面板130，图1)，举例来说，所述控制面板使用户能够将关于加热操作的参数(例如，加热操作的持续时间、加热操作的功率电平、与特定加热操作参数相关联的代码等等)的输入提供到系统、开始和取消按钮等等。此外，用户接口可被配置成提供指示加热操作的状态的用户可察觉的输出(例如，倒计时器、指示加热操作完成的可听见的音调等等)和其它信息。

系统控制器310耦合到用户接口330且耦合到供电系统340。举例来说，系统控制器310可以包括一个或多个通用或专用处理器(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)等等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线和其它组件。根据一个实施例，系统控制器310被配置成接收指示通过用户接口330接收到的用户输入的信号，并且对于持续时间和在对应于接收到的用户输入的功率电平处，使得电源340将能量提供到微波功率产生模块350。

电源340可以根据从系统控制器310接收的控制信号将电源电压选择性地提供到每个微波功率产生模块350。当向每个微波功率产生模块350供应来自电源340的合适的电源电压时，每个微波功率产生模块350将产生射频信号，所述射频信号被传送到形成DRA阵列360的部分的一个或多个馈送结构370(或“馈送”)。作为响应，DRA阵列360将微波能量辐射到加热腔室320中。如先前所提到，加热腔室320基本上充当具有阻塞端部的波导。DRA阵列360的介电谐振器、加热腔室320和置于加热腔室320中的任何负载(例如，负载140，图1)对应于由DRA阵列360产生的微波能量的累积的负载。更具体地说，介电谐振器、加热腔室320和加热腔室320内的负载对微波功率产生模块350呈现阻抗。

根据一个实施例，每个微波功率产生模块350可以包括固态振荡器子系统352、频率调谐电路354和偏置电路356。根据一个实施例，振荡器子系统352包括固态放大器(例如，包括一个或多个功率晶体管)和谐振电路。在各种实施例中，振荡器子系统352内的功率放大器可以包括单端放大器、双端放大器、推挽式放大器、多尔蒂放大器、开关模式功率放大器(SMPA)或另一类型的放大器。

在实施例中，振荡器子系统352为功率微波振荡器，在所述功率微波振荡器中振荡器子系统352的元件被配置成在输出节点358处产生振荡电信号，其中所述信号具有微波频谱中的频率，所述微波频谱具有相对较高的输出功率(例如，在约100瓦特(W)到约300W或更高的范围内的输出功率)。沿着功率放大器的输出与输入之间的反馈路径耦合的谐振电路完成谐振反馈回路，所述谐振反馈回路使得由功率放大器产生的放大的电信号在谐振电路的谐振频率处或接近谐振电路的谐振频率振荡。在实施例中，谐振电路被配置成在微波频谱中的频率处(例如，在约2.45GHz的频率处)谐振。由放大器布置产生的放大的电信号在大约谐振电路的谐振频率处振荡。应注意，实际上，谐振电路的实施例可被配置成在不同频率处谐振以适合使用微波系统300的特定应用的需要。

根据一个实施例，功率放大器被实施为单级晶体管或多级晶体管，所述晶体管具有耦合到调谐电路354的输入端(或控制端)和耦合到放大器输出节点358的输出端(例如，漏极端)。举例来说，晶体管可以包括场效应晶体管(FET)，所述场效应晶体管具有连接到调谐电路354的栅极端、连接到放大器输出节点358的漏极端和连接到接地参考电压(例如，约0伏特，尽管在一些实施例中接地参考电压可以高于或低于0伏特)的源极端。举例来说，晶体管可以包括横向扩散的金属氧化物半导体FET(LDMOSFET)晶体管。然而，应注意晶体管并不意图受限于任何特定半导体技术，且在其它实施例中，晶体管可实现为氮化镓(GaN)晶体管、另一类型的MOSFET晶体管、双极结晶体管(BJT)，或使用其它半导体技术的晶体管。

频率调谐电路354包括电容元件、电感元件和/或被配置成调节由振荡器子系统352产生的振荡电信号的振荡频率的电阻元件。在示例性实施例中，频率调谐电路354耦合在接地参考电压与振荡器子系统352的输入之间。

偏置电路356耦合在电源340与振荡器子系统352之间，且被配置成接收来自电源340的正(或电源)电压。根据一个实施例，偏置电路356被配置成在振荡器子系统352内的晶体管的栅极端和/或漏极端处控制直流(DC)或标称偏置电压，以便接通晶体管且在振荡器子系统352的操作期间维持晶体管在活跃模式中操作。尽管没有所示出，但是偏置电路356还可包括温度传感器和温度补偿电路，所述温度补偿电路被配置成感测或检测晶体管的温度并且响应于晶体管的温度的升高和/或降低而调节栅极偏置电压。在此类实施例中，偏置电路356可被配置成响应于温度变化而大体上维持晶体管的恒定的静态电流。

通过一个或多个阻抗匹配电路(未示出)，振荡器子系统352耦合到馈送结构370。如将在下文更详细地阐释，馈送结构370的实施例包括放置在一个或多个DRA阵列360的一个或多个介电谐振器内的传导结构。替代地，馈送结构370可以包括微带线路，所述微带线路孔隙耦合到一个或多个DRA阵列360的一个或多个介电谐振器。

DRA阵列360被配置成将微波能量辐射到加热腔室320中。更具体地说，在振荡器输出节点358处，馈送结构370和DRA阵列360将振荡电信号转换成电磁微波信号。举例来说，在振荡器子系统352被配置成产生在约2.45GHz的频率处的信号的微波加热设备应用中，在振荡器输出节点358处，DRA阵列360将振荡电信号转换为在2.45GHz处的微波电磁信号并且将微波信号引导到微波加热设备300的加热腔室320中。

当微波加热设备300包括多个DRA阵列360时，DRA阵列360可被配置成以相同频率和功率电平谐振，并且可以同时操作或以限定的顺序操作。替代地，DRA阵列360可以不同地配置(例如，它们可以在不同频率处谐振，和/或可以辐射在不同功率电平处的微波能量)。在此类替代实施例中，DRA阵列360可以同时操作或以限定顺序操作。

如将在图5到7和图9到14以及图21到25中更详细地描绘，每个DRA阵列包括布置在堆叠配置中的多个介电谐振器使得至少一个寄生谐振器与至少一个激励器谐振器紧密地耦合(例如，紧密地电容式耦合)。在详细地论述DRA阵列的各种实施例之前，将结合图4论述DRA阵列的基本构建块的实施例，或更具体地说介电谐振器的实施例。

图4是适用于DRA阵列的一个实施例的介电谐振器400的透视图。介电谐振器400由块状介电材料形成，例如，陶瓷、钙钛矿化合物(例如，并入Nd₂O₃、TiO₂、CaO/SrO、BaO、MgO、ZnO、CoO、Ta₂O₅和/或Nb₂O₅等等)或其它合适的材料。根据一个实施例，块状介电材料具有相对较高的介电常数，例如约8与约70之间的介电常数，尽管介电常数还可以更大或更小。另外，在一个实施例中，块状介电材料具有相对较高的品质因子(Q)，例如约40,000与约300,000之间的无负载的Q，尽管块状介电材料还可具有更低或更高的无负载Q。更进一步，在一个实施例中，块状介电材料具有极低的热膨胀系数(例如，约0ppm)。

在示出的实施例中，介电谐振器400具有圆柱形形状，所述圆柱形形状具有顶部表面410、底部表面412和在顶部表面410与底部表面412之间延伸的外部侧壁416。此外，介电谐振器400具有在顶部表面410与底部表面412之间沿着中心轴延伸的中心通道或孔420，其中中心孔420由内部侧壁422限定。如稍后将结合图15到图20更详细地论述，具有多种其它形状的介电谐振器可用于DRA阵列的各种其它实施例中，包括并不包括中心通道的介电谐振器。

所示出的介电谐振器400可以用作DRA阵列中的激励器谐振器或寄生谐振器。当用作激励器谐振器时，传导馈送(例如，馈送550、551，图5)可以从介电谐振器400的底部表面412插入到中心孔420中，并且被提供到馈送的射频信号可用于使得介电谐振器400在介电谐振器400的特性谐振频率处谐振。举例来说，谐振频率可以在约2.0GHz到约3.0GHz的范围内，尽管谐振频率还可以更低或更高。介电谐振器400的谐振频率至少部分由块状介电材料的介电常数以及介电谐振器400的形状和大小(例如，高度430和直径432)限定。一般而言，介电常数越高，则给定谐振频率的介电谐振器可以越小。此外，对于任何给定介电常数和介电谐振器形状，较小介电谐振器与较大介电谐振器相比在较高谐振频率处谐振。

当放置在介电谐振器400中的馈送携带合适的射频信号时，产生垂直电子场442(即，与顶部表面410和/或底部表面412正交的电子场442)。如本文所使用，垂直电子场442被称作“初级”电场。垂直或初级电子场442的强度可以至少部分取决于馈送延伸到中心孔420中的距离。此外，当合适的射频信号用于激发介电谐振器400时，周向电子场440(在本文中被称作“次级”电场)也通过介电谐振器400产生。更具体地说，当通过由馈送携带的射频信号适当地激发时，介电谐振器400可以产生在相对于惯性坐标系的正交轴的三个极化(例如，固定的惯性坐标系450的正交轴“X”、“Y”和“Z”)中所引导的磁能量场。

如上文所提及，可适用于微波加热设备(例如，微波加热设备100、200，图1、2)的DRA阵列可以包括布置成使得至少一个寄生谐振器与至少一个激励器谐振器紧密地耦合的多个介电谐振器(例如，介电谐振器400的多个实例，图4)。替代地，DRA阵列中的每个介电谐振器可以由馈送直接地激发，这使得所有的介电谐振器被归类为激励器谐振器。

举例来说，图5和图6是根据示例实施例的复合DRA阵列500的俯视图和透视图。所示出的复合DRA阵列500包括第一水平地布置的DRA阵列以及第二垂直地堆叠的DRA阵列，所述第一水平地布置的DRA阵列具有耦合到基板530的七个水平地布置的邻近的介电谐振器510、511、520，所述第二垂直地堆叠的DRA阵列具有垂直地堆叠在激励器介电谐振器510上的八个额外的介电谐振器611到618。

在一个实施例中，被配置成携带一个或多个射频信号的一个或多个馈送550、551被放置在介电谐振器510、511中的一个或多个的中心孔512、513内，因此将那些介电谐振器510、511归类为激励器谐振器。在图5的实施例中，介电谐振器510、511和它们的相关联的馈送550、551形成两个介电谐振器天线(DRA)。

当合适的RF信号由馈送550、551携带时，信号将使得激励器谐振器510、511在它们的谐振频率处谐振。这继而将使得激励器谐振器510、511产生围绕每个激励器谐振器510、511的圆周的次级电子场(例如，电子场440，图4)。此外，激励器谐振器510、511中的每一个将产生从每个激励器谐振器510、511的顶部表面向上正交地延伸的初级电子场(例如，电子场442，图4)。

在一个实施例中，垂直地堆叠的介电谐振器510、611到618物理地耦合到彼此以形成介电谐振器堆叠610。由于至少最低介电谐振器510充当DRA且堆叠610包括多个介电谐振器，所以包括馈送550和介电谐振器510、611到618的组合件可以归类为DRA阵列。在这一DRA阵列中，介电谐振器510、611到618以同心方式堆叠(例如，对齐使得它们的中心轴或通道620线性地对齐)。在一个实施例中(其中堆叠610中的介电谐振器510、611到618中的每一个包括中心通道620)，对齐产生从最低谐振器510的底部表面到最高谐振器618的顶部表面延伸的连续通道。因此，如稍后将更详细地论述，馈送550可以延伸到堆叠610中的任何高度(例如，穿过任何数量的谐振器，从最低谐振器510开始直到且可能穿过最高谐振器618)。替代地，堆叠610中的介电谐振器510、611到618中的一些可不包括中心通道。在任何情况下，馈送550延伸到其中或穿过的任何介电谐振器510、611到618可被视为激励器谐振器，并且馈送550并不延伸到其中的任何介电谐振器611到618可被视为寄生谐振器。

堆叠610包括邻近谐振器的多个集合，其中邻近谐振器的集合中的第一(较低)介电谐振器的顶部表面朝向集合中的第二(较高)介电谐振器的底部表面取向。介电谐振器堆叠的各种实施例可以包括邻近谐振器的一个或多个集合。在图6的实施例中，堆叠610包括邻近谐振器的八个集合(即，包括谐振器510、611的第一集合、包括谐振器611、612的第二集合、包括谐振器612、613的第三集合，等等)。

根据一个实施例，邻近介电谐振器510、611到618的每一集合中的谐振器彼此“紧密地电子场和/或电容式耦合”，方法是在彼此的合理地较小距离(例如，距离630)内放置邻近介电谐振器510、611到618。更具体地说，当合适的激励信号被提供到馈送550时，邻近介电谐振器510、611到618的每一集合中的谐振器的顶部表面与底部表面之间的距离630被选择为使得邻近介电谐振器510、611到618紧密地电子场和/或电容式耦合。根据一个实施例，邻近介电谐振器510、611到618的每一集合中的谐振器的顶部表面与底部表面之间的距离630小于集合中的介电谐振器中的任一者或两者的谐振频率的波长的十分之一(或λ的十分之一)。举例来说，对于约2.5GHz的谐振频率，距离630可以是约12.5毫米(mm)或更小。根据另一实施例，距离630小于λ的五十分之一。举例来说，对于约2.5GHz的谐振频率，距离630可以是约3.0mm或更小。在一些实施例中，邻近介电谐振器510、611到618可以相隔约1.0mm和2.0mm之间。在再一实施例中，对于邻近谐振器的集合中的一些或全部，距离630可为零(即，邻近介电谐振器510、611到618可直接地物理地耦合，如图11中所示)。

根据一个实施例，堆叠610中的邻近谐振器之间的间隔或距离630可以通过包括邻近谐振器510、611到618的集合中的一些或全部之间的间隔物621到628来建立。间隔物621到628的厚度和形成间隔物621到628的材料的特性(例如，介电常数)影响邻近谐振器510、611到618的每一集合之间的电容耦合的接近性。在各种实施例中，间隔物621到628可由具有良好的热导率的刚性或柔性非导电材料形成，例如，玻璃纤维(例如，编织玻璃纤维)、聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙或其它合适的材料。在其中馈送550向上延伸穿过堆叠610中的多个谐振器510、611到618的实施例中，间隔物621到628可以包括与穿过介电谐振器510、611到618的通道620对齐的中心孔。在一些实施例中，除间隔物621到628以外的结构或材料可用于维持介电谐振器510、611到618之间的所需的距离。

如上文所述，当介电谐振器510、611到618非常接近于彼此时，由介电谐振器产生的垂直或初级电子场(例如，电子场442，图4)可以直接地冲击邻近介电谐振器，这可使得邻近谐振器也发生谐振。举例来说，由介电谐振器510产生的垂直电子场可以直接地冲击邻近谐振器611，使得邻近谐振器611在它的谐振频率处谐振，即使它不可能由在馈送550上携带的信号直接地激发也是如此。类似地，由介电谐振器611产生的垂直电子场可以直接地冲击邻近谐振器612，使得邻近谐振器612在它的谐振频率处谐振。举例来说，在其中馈送550仅延伸到最低介电谐振器510中(但是并不延伸到谐振器611到618中)的特定示例实施例中，由激励器谐振器510产生的垂直电子场可以冲击邻近寄生谐振器611，使得它谐振。类似地，由寄生谐振器611产生的垂直电子场可以冲击邻近寄生谐振器612，使得它谐振。假定每个连续的垂直电子场的强度足够强，那么这一反应可以继续向上穿过寄生谐振器611到618中的每一个直至所有谐振器611到618在它们的相应的谐振频率处谐振。在其它实施例中，馈送550可以进一步向上穿过堆叠610延伸，包括向上延伸超过最高谐振器618的顶部表面(例如，如图9中所示)。

给定合适的激励信号，激励器和邻近介电谐振器510、611到618可以电容式耦合到彼此，并且可以直接地通过在馈送550上携带的信号或通过由邻近电容式耦合的谐振器产生的垂直电子场诱发每个介电谐振器510、611到618在它的谐振频率处谐振。因此，图6的谐振器堆叠610基本上包括多个电容式耦合的谐振器510、611到618。每个介电谐振器510、611到618基本上为可在空间中有效地辐射的天线，因此形成“分布式天线”。如将通过图9的描述变得更清晰，通过DRA天线(例如，堆叠610)来实施的分布式天线可以有效地耦合到近场负载(例如，加热腔室内的食物负载)，即使当负载相对较小和/或负载放置在相对于DRA天线500的各种位置中时也是如此。

与以同心地堆叠方式布置的垂直地堆叠的介电谐振器510、611到618相对比，水平地布置的介电谐振器510、511、520以共平面方式布置。在图5的实施例中，水平地布置的介电谐振器510、511、520包括两个激励器谐振器510、511和五个寄生谐振器520。

根据一个实施例，水平地布置的谐振器510、511、520物理地耦合到基板530的第一侧以维持介电谐振器510、511、520之间的固定空间关系。举例来说，基板530可为具有良好的热导率的刚性或柔性的非导电材料，例如，玻璃纤维、PTFE、尼龙或其它合适的材料。如稍后将结合图9更详细地论述，可以选择基板530材料以提供与基础接地平面的足够的电隔离，基板530可与基础接地平面可滑动地啮合。

根据一个实施例，激励器介电谐振器510、511和邻近寄生介电谐振器520以共平面方式取向，其中介电谐振器510、511、520的顶部表面和/或底部表面(或穿过介电谐振器510、511、520截取的截面)共平面。如同在堆叠610中的介电谐振器，激励器介电谐振器510、511和邻近介电谐振器520彼此紧密地电子场和/或电容式耦合，方法是在彼此的合理地较小距离540内放置激励器介电谐振器510、511和邻近介电谐振器520。更具体地说，选择邻近介电谐振器510、511、520的侧壁之间的最小距离540使得当合适的激励信号被提供到馈送550、551时介电谐振器510、511、520的邻近集合紧密地电子场和/或电容式耦合。根据一个实施例，激励器介电谐振器510、511与邻近介电谐振器520的侧壁之间的距离540小于激励器介电谐振器510、511的谐振频率的波长的十分之一(或λ的十分之一)。举例来说，对于约2.5GHz的谐振频率，距离540可以是约12.5mm或更少。根据另一实施例，距离540小于λ的五十分之一。举例来说，对于约2.5GHz的谐振频率，距离540可以是约3.0mm或更少。在一些实施例中，激励器介电谐振器510、511和邻近介电谐振器520可以相隔约1.0mm和2.0mm之间。在再一实施例中，距离540可为零(即，激励器介电谐振器510、511和邻近介电谐振器520可接触)。

如上文所述，当激励器介电谐振器510、511和邻近介电谐振器520非常接近于彼此时，由激励器介电谐振器510、511产生的周向或次级电子场(例如，电子场440，图4)可以直接地冲击邻近介电谐振器520。这继而可以引起邻近介电谐振器520在它们的相应的谐振频率处谐振。因此，介电谐振器510、511中的每一个适当地被归类为激励器谐振器。相对比地，在图5中所示的实施例中，没有邻近介电谐振器520由馈送直接地激发。因此，它们被适当地归类为寄生谐振器。

给定适当的激励信号，激励器介电谐振器510、511和邻近介电谐振器520可以电容式耦合到彼此，并且每个介电谐振器510、511、520在它的谐振频率处谐振。因此，图5和图6的水平地布置的谐振器510、511、520基本上包括多个电容式耦合的谐振器510、511、520。如同堆叠610中的谐振器510、611到618，水平地布置的谐振器510、511、520的集合中的每个介电谐振器基本上是可以在空间中有效地辐射的天线，因此还形成分布式天线。此类分布式天线还可以有效地耦合到近场负载。

尽管激励器谐振器510、511各自可以由放置在介电谐振器510、511的中心孔512、513内的馈送550、551激发，但是激励器谐振器510、511中的任一者或两者替代地可孔隙耦合到微带线路560、561或其它传导结构，所述微带线路560、561或其它传导结构替代地可用于携带射频信号以用于激发介电谐振器510、511。另外或替代地，激励器介电谐振器可以由放置在除了中心孔以外的位置中的馈送和/或可用于激发介电谐振器的多个馈送激发。

根据一个实施例，馈送550、551和/或微带线路560、561可以接收相同射频信号。在各种替代实施例中，馈送550、551和/或微带线路560、561可以接收不同射频信号(例如，在不同频率和/或功率电平处的射频信号)，和/或可以分阶段将射频信号提供到馈送550、551和/或微带线路560、561。举例来说，在第一持续时间期间，可以向第一激励器谐振器(例如，谐振器510)提供来自它的相关联的馈送550和/或微带线路560的激励，而第二且不同的激励器谐振器511可以不接收激励或接收来自它的相关联的馈送551和/或微带线路560的不同激励。在第二持续时间期间，可以移除或改变提供到第一激励器谐振器510的激励，并且提供到第二激励器谐振器511的激励可以保持相同或也可以移除或改变提供到第二激励器谐振器511的激励。以此方式，由DRA阵列500产生的累积的电子场可以随时间推移改变方向、强度、频率或其它参数。换句话说，通过提供多个馈送550、551和/或微带线路560、561并且依序或以各种组合激发它们，可以形成连续地或递增地可操控的波束。更具体地说，通过单独地或以组合的方式激活多个馈送550、551和/或微带线路560、561，可以在方位角和/或高程中操控微波能量的波束。

尽管在图6的实施例中最好地说明的介电谐振器510、611到618的堆叠610包括九个谐振器510、611到618，但是介电谐振器堆叠的替代实施例可以包括更多或更少的谐振器(例如，包括具有少到仅有两个谐振器的堆叠)。另外，尽管在图5中最好地说明的水平地布置的介电谐振器包括七个介电谐振器510、511、520，但是谐振器的水平地布置的集合的替代实施例可以包括更多或更少的谐振器(例如，在二到三十或更大的范围内的任何数量的介电谐振器或更多)。此外，在图5和图6中说明的实施例中，所有介电谐振器510、511、520、611到618充分地具有相同的大小和形状。假定它们都是由具有相同介电常数的一种或多种材料形成，那么介电谐振器510、511、520、611到618中的每一个将在大体上相同的谐振频率处谐振。在替代实施例中，可选择在不同谐振频率处谐振的介电谐振器。举例来说，这一点可以通过使用不同大小的介电谐振器、不同形状的介电谐振器和/或具有不同介电常数的介电谐振器来实现。

图7是表示根据一个实施例具有多个邻近垂直地堆叠的介电谐振器和三个邻近水平地布置的介电谐振器的DRA的电子特性的电路图700。更具体地说，第一谐振电路710表示激励器介电谐振器(例如，介电谐振器510，图5)，并且第二邻近谐振电路720和第三邻近谐振电路730表示邻近第一(激励器)谐振器710放置的水平地布置的寄生介电谐振器(例如，介电谐振器520中的两个，图5)。此外，谐振电路711到713表示在激励器谐振器上堆叠的额外的介电谐振器(由电路710表示)。根据一个实施例，馈送被放置在激励器介电谐振器(或第一谐振电路710)附近，并且通过电容耦合，激励器介电谐振器(或第一谐振电路710)耦合到寄生介电谐振器(或耦合到谐振电路711到713、720、730)。

如上所述，寄生介电谐振器可以放置在激励器介电谐振器的足够接近的附近以确保谐振器紧密地电容式耦合(由电容器740、750表示)。基本上谐振电路710、720、730之间的水平的电容耦合(即，电容器740的值)与由谐振电路710、720、730表示的介电谐振器之间的距离成反比，并且还受可安置于邻近谐振器之间的任何材料(例如，保形涂层982，图9)的特性(例如，介电常数)的影响。类似地，谐振电路710到713之间的垂直的电容耦合(即，电容器750的值)与由谐振电路710到713表示的介电谐振器之间的距离成反比，并且还受可安置于邻近谐振器之间的任何间隔物(例如，间隔物621到628，图6)的特性(例如，介电常数)的影响。介电谐振器之间的不同间隔和介电谐振器之间的任何材料的不同特性引起不同强度的电容耦合和不同频率响应。更具体地说，频率响应中的改变可以显著地影响电路700的带宽。在一些实施例中，介电谐振器可以相对于彼此设定大小、设定形状和放置以形成相对地宽带的电路700。换句话说，单独的介电谐振器可以被放置成(或耦合到一起以)给出复合的宽带响应。

在图7的电子表示中，每个谐振电路710-713、720、730包括并联的电感器和电容器(其一起形成谐振器)和表示辐射电阻的电阻(Rr)。更具体地说，因为由电路700表示的DRA阵列用于将能量辐射到加热腔室中，所以辐射电阻表示由远离DRA阵列的能量的辐射所致的到腔室中的能量损失。谐振电路710-713、720、730中的谐振器中的每一个可以在相同频率处辐射(例如，当介电谐振器相同时)，或谐振电路710-713、720、730中的谐振器可以在不同频率处谐振(例如，当介电谐振器为不同大小、形状和/或介电常数时)。

图8是根据一个实施例描绘DRA阵列(例如，DRA阵列500，图5)的增益带宽的图。更具体地说，所述图描绘具有约2.45GHz的无负载中心频率的DRA天线的实施例的增益带宽。具有单个介电谐振器的DRA可具有相当的窄带响应(例如，在约2.4GHz与2.5GHz之间)。然而，上文(和稍后)所论述的DRA阵列的实施例包括至少一个DRA和技术地增大天线的孔隙的一个或多个邻近介电谐振器，这引起显著地更宽的频带响应(例如，在-10dB点处，在约2.3GHz与2.6GHz之间约200MHz带宽)。

由于相对的宽带响应且如下文将更详细地论述，与常规的单极天线、接线天线或其它类型的窄带天线相比，DRA阵列的实施例可对近场负载极其不敏感。这使得DRA阵列实施例尤其适合于微波加热应用，在所述应用中加热腔室非常接近于辐射单元(在此情况下，DRA阵列)。如天线理论中已知，大量的近场负载可以使得相对地窄带天线变得去调谐到由天线所产生的能量移位离开所需无负载频带的程度。如果这是微波加热应用中的情况，那么天线将不能把能量发射到加热腔室中。然而，DRA阵列结构的各种实施例的宽带响应确保：DRA阵列结构可以在感兴趣的频带内(在居中围绕2.45GHz的频带内)将大量的能量发射到加热腔室和负载中，即使当负载为近场负载(例如，放置在DRA阵列结构附近的加热腔室中的食物负载)时也是如此。换句话说，即使近场负载使得DRA阵列结构响应于在频率中移动，DRA阵列结构的实施例也是充足的宽带使得响应并不移动到相对地宽带的外部，因此允许高效能量传递到近场负载中。DRA阵列形成宽带频率响应，其对近场负载和放置在加热腔室内的负载极其不敏感。此外，DRA阵列实施例的宽带响应确保能量可被有效地提供到具有多种多样的介电常数的食物负载。由于DRA阵列的各种实施例的宽的带宽，所以发射到邻近加热腔室中的效率可高达95％或更高。

图9是根据示例实施例的图1和图2的便携式微波加热设备100的截面侧视图。微波加热设备900包括外壳910、加热腔室920、系统控制器(例如，系统控制器310，图9中未示出)、用户接口(例如，用户接口330，图9中未示出)、电源系统(例如，电源系统340，图9中未示出)、微波功率产生模块950(例如，模块350，图3)、垂直地堆叠的DRA阵列960、水平地布置的DRA阵列962，以及在下文中更详细地论述的其它组件。根据一个实施例并且如将在下文中详细论述，水平地布置的DRA阵列962可以放置在外壳910的底座部分912内，并且垂直地堆叠的DRA阵列960可以从底座部分912向上延伸。在替代实施例中，垂直地堆叠的DRA阵列和/或水平地布置的DRA阵列可以与图9中所示的取向正交地取向。

在一个实施例中，外壳910包括底座部分912、腔室部分914和盖子916(其在图9中为闭合状态)。在一个实施例中，加热腔室920位于外壳910的腔室部分914内，并且向上延伸到盖子916的内部中。加热腔室920由内侧壁922、腔室底部表面924和腔室顶部表面926限定。图9示出了在腔室920内的负载940(例如，食物负载或其它负载)。如先前所描述，如图9中所示，通过关闭盖子916，加热腔室920是封闭的空气腔室，所述空气腔室基本上充当具有阻塞端部的波导。在示出的实施例中，加热腔室920具有大体上圆形的截面，这使得加热腔室920为圆柱形波导。在其它实施例中，腔室可具有矩形截面、椭圆形截面或具有其它形状的截面。

在一个实施例中，腔室壁可以由具有良好的热导率的材料形成。举例来说，腔室壁可以由铜、铝、钢或其它合适的材料形成。在一些实施例中，腔室920的内侧壁922可以涂覆有影响腔室920的频率的材料。举例来说，内侧壁922可以涂覆有PTFE、尼龙或可降低或影响腔室920的频率的其它合适的材料。

根据一个实施例，外壳910的底座部分912包含水平地布置的DRA阵列962和至少一个电子基板970，并且垂直地堆叠的DRA阵列960从电子基板970向上延伸到腔室920中。举例来说，电子基板970可以包括微波或射频层合物、PTFE基板、印刷电路板(PCB)材料基板(例如，FR-4)、氧化铝基板、瓷砖或另一类型的基板。根据一个实施例，电子基板970包括在电子基板970的第一表面上面或附近的传导接地平面972(例如，图9中的上部表面)和一个或多个其它传导层，所述一个或多个其它传导层中的一些可以被图案化以提供安装到电子基板970的各种组件之间的电互连。举例来说，在一个实施例中，可将对应于系统控制器的组件、用户接口的部分、电源以及微波功率产生模块950安装到电子基板970的第二表面(例如，图9中的下部表面)，并且那些组件可以穿过在第二表面上或下面的图案化传导层电耦合到彼此。

在一个实施例中，垂直地堆叠的DRA阵列960和水平地布置的DRA阵列962可以类似于图5的复合DRA阵列500中的垂直地堆叠的DRA阵列和水平地布置的DRA阵列配置，然而它们也可以不同地配置。如先前描述，垂直地堆叠的DRA阵列960包括激励器谐振器964和八个额外的谐振器965，其中额外的谐振器965紧密地电容式耦合到激励器谐振器964或紧密地电容式耦合到彼此。在示出的实施例中，由于馈送968向上延伸穿过所有额外的谐振器965，额外的谐振器965中的每一个还可以归类为激励器谐振器。如先前描述，水平地布置的DRA阵列962包括至少两个激励器谐振器964、966和一个或多个邻近寄生谐振器967，其中寄生谐振器967紧密地电容式耦合到激励器谐振器964、966。如结合图5所描述，激励器谐振器964、966和寄生谐振器967可耦合到DRA阵列基板980(例如，基板530，图5)，DRA阵列基板980与电子基板970的第一表面(例如，与接地平面972)可滑动地啮合。

根据一个实施例，非导电保形涂层982包覆DRA阵列960、962。保形涂层982用于保护DRA阵列960、962免受湿气和其它污染物(例如，食物飞溅物)的影响，限定腔室920的底部表面924，并且还限定腔室920的侧表面923的一部分。举例来说，保形涂层982可以包括非传导包封材料，例如，热固性塑料、ABS塑料、环氧树脂、PTFE或其它合适的材料。在替代实施例中，替代的结构(例如，罩盖)可用于提供DRA阵列960、962与腔室920之间的物理屏障，而不是包括保形涂层982。

在示出的实施例中，被配置成携带射频信号的第一馈送968放置在激励器谐振器964的中心孔内并且向上穿过在激励器谐振器964上面堆叠的额外的谐振器965的垂直对齐的中心孔延伸。此外，被配置成携带相同或不同射频信号的第二馈送969放置在激励器谐振器966的中心孔内。根据一个实施例，馈送968、969的直径小于谐振器964、966的中心孔的直径，使得馈送968、969在它们经历热膨胀时并不压紧中心孔的内侧壁且潜在地引起谐振器964、966开裂。如此配置，激励器谐振器964和馈送968形成第一DRA，激励器谐振器966和馈送969形成第二DRA，且DRA和额外的谐振器965、967形成第一DRA阵列960和第二DRA阵列962。

如先前所描述，微波功率产生模块950包括调谐电路(例如，调谐电路354，图3)、偏置电路(例如，偏置电路356，图3)和振荡器子系统(例如，振荡器子系统352，图3)。在一个实施例中，振荡器子系统包括一个或多个功率晶体管952。为了有助于将振荡射频信号提供到馈送968、969，一个或多个功率晶体管952的一个或多个输出(例如，漏极端)(或一个或多个功率放大器的输出)通过传导传输线954电耦合到馈送968、969，所述传导传输线954在电子基板970的第二表面上或在电子基板970的第二表面的下面。馈送968、969延伸穿过电子基板970中的孔、延伸穿过DRA阵列基板980中的孔，且延伸到激励器谐振器964、966中的中心孔中。

响应于由用户接口(例如，由控制面板130，图1)提供的用户输入，系统控制器(例如，控制器310，图3)使得微波功率产生模块950将一个或多个激励信号提供到DRA阵列960、962。作为响应，每个DRA阵列960、962将电磁能量(由遮蔽区990指示)辐射到加热腔室920中。微波能量增加负载940的热能并且可以使得负载变热。

如上文所述，当激励器谐振器964、966由在馈送968、969上所携带的射频信号适当地激发时，激励器谐振器964、966在它们的谐振频率处谐振，并且各自产生周向电子场(例如，电子场440，图4)和垂直电子场(例如，电子场442，图4)。根据一个实施例，周向电子场直接地冲击寄生谐振器967，使得它们在它们的谐振频率处谐振。这使得寄生谐振器967还产生周向电子场和垂直电子场。基本上，DRA阵列960、962中的每个谐振器964到967具有辐射图案。给定电子场的本质和接地平面972和侧壁922的存在，累积辐射以相当的定向波束被引导向腔室920且进入到腔室920中。换句话说，每个DRA阵列960、962充当将电磁能量的相当狭窄的固定波束引导到腔室920中的天线阵列。

举例来说，第一DRA阵列960可以在与腔室侧壁922正交的方向上产生电磁能量的波束，所述方向一般由箭头992指示。类似地，第二DRA阵列962可以在与腔室920的底部表面924正交的方向上产生电磁能量的波束，所述方向一般由箭头994指示。如从图9中显而易见，由第一DRA阵列960和第二DRA阵列962产生的电磁能量的波束具有大体上正交的取向。此外，尽管第一DRA阵列960和第二DRA阵列962可以在大体上相同的频率处操作，但是它们可以替代地在不同频率处操作以提供耦合到腔室920内的负载940的更多宽带能量。

如先前所提到，腔室920基本上充当具有阻塞端部的电磁波导，其中在腔室920内的电磁波一般在从DRA阵列960、962到腔室920的顶部表面922和侧表面926的方向上传播。更具体地说，电磁波可以穿过腔室920以一个或多个传播模式传播，所述一个或多个传播模式包括一个或多个横向电场(TE)模式、横向磁场(TM)模式和/或混合的横向电场和横向磁场(TEM)模式。然而，仅当由DRA阵列960、962产生的电磁能量的频率超过下限阈值或腔室920的最小频率(通常被称为截止频率)时，电磁波将在腔室920中传播。

腔室920的截止频率由腔室920的大小(例如，由高度和直径限定)和形状(例如，圆柱形、矩形、椭圆形等等)限定。根据一个实施例，且不考虑由于DRA阵列960、962的存在而出现的负载或在腔室920内存在的负载940，腔室920的大小和形状将腔室920呈现为低于截至值。换句话说，在用于微波加热的操作所需的频带中(例如，在2.3GHz与2.6GHz之间，并且参考在下文中称为“微波加热频带”)并且不存在DRA阵列960、962和负载940，腔室920被配置成使得对于微波加热频带内的电磁能量在腔室920中没有模式可以传播，而与它如何被激发无关。举例来说，当无负载时，腔室920可具有在由3.0GHz以下的电磁能量激发时可能不支持任何传播模式的大小和形状。

然而，在微波加热设备900中并且部分由于介电谐振器964-967的较高的介电常数，DRA阵列960、962用于以一定的方式加载腔室920，所述方式使得一个或多个模式能够在微波加热频带中在腔室920内传播。换句话说，由DRA阵列960、962提供的负载将腔室920带到在微波加热频带内的谐振频率(即，当通过DRA阵列960、962加载时腔室920并不低于截止值)。换句话说，在一个实施例中，通过将DRA阵列960、962中的任一者或两者包括在腔室920内，另外的低于截止值的腔室920的截止频率降低到微波加热频带内。因此，当通过在微波加热频带内的电磁能量(来自DRA阵列960、962)激发腔室时，一个或多个模式可在腔室920内传播，即使无负载腔室920可能太小而不能支持那些模式的传播也是如此。

在一个实施例中，取决于加载腔室920的形状、大小和截止频率，将几乎自然地找到传播的最佳模式。理想地，腔室920被设计成支持混合的和/或复杂的模式，这在以下情况中可为有利的：其中当在腔室920内形成电磁混沌时可强化插入的负载940的均匀加热。换句话说，当在腔室920中传播多个模式和/或高阶模式时，可更加容易地实现跨越负载940的均匀加热。由于馈送968、969可使得电子场在三个正交方向(例如，X、Y和Z)中产生，可以自动地激发腔室920中的主模式。

在一些实施例中，基本上，DRA阵列960、962被配置成将能量有效地耦合到腔室920中，即使腔室920可能低于截止值也是如此。如上文所述，尽管微波加热设备900的实施例可以包括低于截止值的无负载的腔室920，但是在其它实施例中，无负载的腔室920可经大小和形状设定以将腔室920呈现为高于截止值(或当在微波加热频带内由电磁能量激发时，能够支持一个或多个传播模式，即使在无通过DRA阵列960、962加载存在的情况下也是如此)。

在操作期间，除通过DRA阵列960、962提供的负载外，在腔室920中负载940(例如，食物负载)还提供额外的负载。更具体地说，当如图9中所示的放置时，负载940在DRA阵列960、962的近场中。使用常规的天线(例如，单极天线或片状天线)，此类近场负载可以将天线去调谐到天线可以并不将能量耦合到腔室或负载中的程度。然而，如预先详细地论述，DRA阵列960、962的宽带特性使得它们对近场负载极其不敏感。因此，即使存在近场负载940，DRA阵列960、962可以将能量有效地耦合到腔室920和负载940中。

在图9的实施例中，馈送968穿过谐振器的堆叠中的所有介电谐振器964、965延伸。实际上，馈送968实际延伸超过堆叠中的最高谐振器965的顶部表面。因此，谐振器964、965中的每一个可以由在馈送968上所携带的信号直接地激发，并且谐振器964、965的每一个可以归类为激励器谐振器。在替代实施例中，馈送可并不自始至终穿过堆叠延伸。举例来说，图10说明根据另一实施例的可用于微波加热设备中的介电谐振器1011到1019的堆叠1010的截面侧视图。在图10的实施例中，更具体地说，堆叠1010包括九个介电谐振器1011到1019、安置在邻近介电谐振器1011到1019之间的八个间隔物1021到1028和仅向上延伸到堆叠1010中的最低介电谐振器1011中的馈送1068。在一些实施例中，除间隔物1021到1028以外的结构或材料可用于维持介电谐振器1011到1019之间的所需的距离。

在此类实施例中，最低介电谐振器1011可以由在馈送1068上所携带的信号直接地激发并且使其谐振。因此，最低介电谐振器1011可被视为激励器谐振器。相对比地，由于馈送1068并不向上延伸到介电谐振器1012到1019中，所以那些介电谐振器1012到1019可被视为寄生谐振器。给定合适的激励信号，最低介电谐振器1011可以谐振并且产生从激励器谐振器1011的顶部表面向上延伸的垂直初级电子场和围绕激励器谐振器1011的周向次级电子场。由于边缘效应，邻近介电谐振器1012还可以由在馈送1068上所携带的信号直接地激发并且使其谐振。此外，由激励器谐振器1011产生的初级电子场可以直接地冲击邻近介电谐振器1012，这可以使得介电谐振器1012也发生谐振且产生垂直电子场和周向电子场。当介电谐振器堆叠1010包含于邻近谐振器1011到1019的侧壁放置的腔室(未示出)中时，腔室可以至少反射来自激励器谐振器1011的能量，并且被反射的能量将冲击介电谐振器1012到1019。作为响应，谐振器1012到1019可以再次辐射从腔室接收的能量，因此增大在腔室内的能量的混沌(或干扰在腔室内的场强度分布)。以此方式，当与仅包括单个谐振器的天线相比较时，贯穿腔室的场强度分布可更加均匀。由激励器谐振器1211产生的累积电子场和堆叠1010中的上覆介电谐振器1011到1019可以与在腔室内的负载耦合，并且由于在腔室内的相对均匀的场分布，当与使用单个谐振器可实现的加热相比较时，可以更加均匀的加热负载。

如上所述，间隔物1021到1028的物理和材料特性影响电子场的强度和/或邻近谐振器1011到1019之间的电容耦合。在替代实施例中，介电谐振器的堆叠可以不包括间隔物，并且介电谐振器可以直接地物理地连接在一起(例如，图6中的间隔630为零)。举例来说，图11说明根据另一实施例的可用于微波加热设备中的介电谐振器1111到1119的堆叠1110的截面侧视图。在图11的实施例中，更具体地说，堆叠1110包括九个介电谐振器1111到1119，以及向上延伸到堆叠1110中的馈送1168。与先前实施例相对比，堆叠1110中的邻近介电谐振器1111到1119直接地物理地连接在一起。因此，尽管邻近谐振器仍然可被视为紧密地电容式耦合到一起，但是电容耦合的值明显地低于在其中介电间隔物放置在邻近谐振器之间的实施例中的值。

图11的实施例还示出了馈送1168，所述馈送1168延伸穿过堆叠1110中的若干介电谐振器1111到1116或延伸到堆叠1110中的若干介电谐振器1111到1116中，但不延伸穿过堆叠1110中的所有谐振器1111到1119。在示出的实施例中，谐振器1111到1116可以由在馈送1168上所携带的信号直接地激发，并且因此谐振器1111到1116可被视为激励器谐振器。相反地，谐振器1117到1119可被视为寄生谐振器。

如先前所提到，微波加热设备的替代实施例可以包括介电谐振器，所述介电谐振器孔隙耦合到RF信号源而不是通过放置在DRA阵列的至少一个激励器谐振器(例如，谐振器964)内的馈送(例如，馈送968，图9)耦合。举例来说，图12示出根据又另一个实施例的介电谐振器1211到1219的堆叠1210的截面侧视图，其中堆叠1210中的最低谐振器1211孔隙耦合到射频信号源。在图12的实施例中，更具体地说，堆叠1210包括九个介电谐振器1211到1219、八个间隔物1221到1228(在另一个实施例中，可不包括)和基板1270。与先前实施例相对比，堆叠1110中的邻近介电谐振器1111到1119直接地物理地连接在一起。因此，尽管邻近谐振器仍然可被视为紧密地电容式耦合到一起，但是电容耦合的值明显地低于在其中介电间隔物放置在邻近谐振器之间的实施例中的值。

基板1270包括在基板1270的第一表面上或附近的传导接地平面1272(例如，图12中的上部表面)和一个或多个其它传导层，所述一个或多个其它传导层中的一些可被图案化以提供安装到基板1270的各种组件之间的电互连。举例来说，在一个实施例中，对应于系统控制器的组件、用户接口的部分、电源和微波功率产生模块可以安装到基板1270的第二表面(例如，图12中的下部表面)，并且那些组件可以穿过在第二表面上或低于第二表面的图案化导电层电耦合到彼此。

根据一个实施例，接地平面1272包括位于最低(激励器)谐振器1211下面的开口或孔隙1274。此外，在电子基板1270的表面(例如，图12中的下部表面)上或低于电子基板1270的表面(例如，图12中的下部表面)的微带线路1276或其它传导结构下伏于接地平面1272中的孔隙1274，并且还下伏于激励器谐振器1211。

在一个实施例中，微带线路1276电耦合到振荡器子系统(例如，振荡器子系统352，图3)的输出，且更具体地说电耦合到振荡器子系统的功率晶体管1252的输出(例如，漏极端)。当向微带线路1276提供合适的射频信号时，微带线路1276产生穿过电子基板1270(且更确切地说，穿过接地平面1272中的孔隙1274)耦合到激励器谐振器1211的电磁能量。当耦合的射频能量足够使得激励器谐振器1211谐振且产生从激励器谐振器1111的顶部表面向上延伸的其自身的初级电子场时，该电子场可以直接地冲击邻近寄生谐振器1212。此外，激励器谐振器1211可以产生围绕激励器谐振器1211的周向次级电子场。当介电谐振器堆叠1210包含于邻近谐振器1211到1219的侧壁放置的腔室(未示出)中时，腔室可以至少反射来自激励器谐振器1211的能量，并且被反射的能量将冲击介电谐振器1212到1219。作为响应，如先前结合图10所论述，谐振器1212到1219可以再次辐射从腔室接收的能量，因此增大在腔室内的能量的混沌(或干扰在腔室内的场强度分布)。

在一些其它替代实施例中，DRA阵列可以包括在不同频率处谐振的介电谐振器。如先前所论述，举例来说，这可以通过使用不同大小的介电谐振器、不同形状的介电谐振器、和/或具有不同介电常数的介电谐振器来实现。图13是根据另一实施例的可用于微波加热设备中且包括不同大小的介电谐振器的介电谐振器1311到1320的堆叠1310的截面侧视图。在图13的实施例中，更具体地说，堆叠1310包括第一大小的五个介电谐振器1311到1315、第二(较小)大小的五个介电谐振器1316到1320、安置在邻近介电谐振器1311到1320之间的九个间隔物1321到1329和向上延伸穿过堆叠1310中的所有谐振器1311到1320的馈送1368。

如上文所陈述，与先前所述的DRA阵列相对比，介电谐振器1311到1320具有不同大小。假定介电谐振器1311到1320由具有相同介电常数的材料形成，大小差引起介电谐振器1311到1320在不同谐振频率处谐振。举例来说，最大介电谐振器1311到1315可以在第一谐振频率处谐振，且较小介电谐振器1316到1320可以在第二较高谐振频率处谐振。由于谐振频率中的差异，源自DRA阵列1310的累积电子场可与介电谐振器1311到1320的侧表面(例如，侧表面416)非正交。尽管谐振器堆叠1310示出为包括交替布置的两个不同大小的谐振器1311到1320，但是其它实施例可以包括两个以上不同大小的谐振器(或在两个以上频率处谐振的谐振器)，和/或不同大小的谐振器可以布置在除交替的布置以外的布置中(例如，从最大到最小、从最小到最大、较小谐振器在堆叠的中心、较小谐振器在堆叠的端部，等等)。

尽管电子场操控是在图13的DRA阵列1310中通过将不同大小的介电谐振器1311到1320(因此谐振器具有不同谐振频率)并入到阵列1310中来实现的，但是相似的波束操控作用可以其它方法实现。举例来说，替代地，电子场操控可以通过如下方法实现：将具有不同介电常数的介电谐振器并入到阵列中、将不同形状的介电谐振器并入到阵列中，或者改变邻近介电谐振器的组之间的间隔且因此改变电容耦合的强度。通过将具有各种谐振频率的介电谐振器并入到DRA阵列中，系统可设计为其中累积电子场在除了与介电谐振器的顶部表面正交的方向之外的一个或多个方向上被引导。

如上文所指出，在一些其它替代实施例中，DRA阵列可以包括具有不同物理配置的介电谐振器以及因此在不同频率处谐振和/或具有不同电子场分布的介电谐振器。举例来说，图14是根据又一实施例的介电谐振器1411到1419的堆叠1410的透视图，所述介电谐振器1411到1419根据又一示例实施例包括不同物理配置的介电谐振器1410、1420、1430。DRA阵列堆叠1410包括耦合到基板1440的九个介电谐振器1411到1419，包括至少一个激励器谐振器(例如，最低谐振器1411和堆叠1410中的较高谐振器1412到1419中的任何一个或多个)和潜在地邻近寄生谐振器(例如，并不直接地由馈送激发的谐振器1411到1419中的任何一个或多个)。

与先前所述的DRA阵列相对比，介电谐振器1411到1419具有不同物理配置。更具体地说，在示出的实施例中，多个第一介电谐振器1411到1414具有带中心孔的大体上圆柱形形状，多个第二介电谐振器1415到1418具有带中心孔的大体上立方或平行六面体形状，且第三介电谐振器1419具有不带中心孔的圆锥形状。假定介电谐振器1411到1419由具有相同介电常数的材料形成，物理配置差异引起第一介电谐振器1411到1414、第二介电谐振器1415到1418和第三介电谐振器1419各自在不同谐振频率处谐振和/或产生具有不同分布的电子场。

图14的实施例示出在DRA阵列的各种实施例中可以使用多种不同配置的介电谐振器。为了更进一步示出这一点，图15到图20是具有各种物理配置的介电谐振器1500、1600、1700、1800、1900、2000的透视图，并且所述介电谐振器可用于DRA阵列中。更具体地说，介电谐振器1500(图15)具有不带中心孔的圆柱形形状，介电谐振器1600(图16)具有带中心孔的扁平圆盘形状，介电谐振器1700(图17)具有带中心孔的圆锥形状，介电谐振器1800(图18)具有带中心孔的平行六面体形状，介电谐振器1900(图19)具有带中心孔的球形形状，且介电谐振器2000(图20)具有不带中心孔的圆顶形状。具有或不具有中心孔或具有其它开口的多种多样的不同配置的介电谐振器中的任一者可替代地用于各种实施例。

现在将结合图21到图24描述不同配置的DRA阵列的各种实施例。举例来说，图21是根据另一示例实施例的适用于微波加热设备中的DRA阵列2100的俯视图。DRA阵列2100包括耦合到基板2130的七个水平地布置的介电谐振器2110到2112，包括两个激励器谐振器2110、2111和邻近寄生谐振器2112。此外，尽管未示出，DRA阵列2100可以包括在激励器谐振器2110、2111中的任一者或两者上堆叠的一个或多个额外的谐振器。

基板2130可以大体类似于基板530(图5)，这包括上文所论述的基板530的变体。在示出的实施例中，被配置成携带一个或多个射频信号的多个馈送2150、2151放置在多个激励器谐振器2110到2111的中心孔内。如此配置，激励器谐振器2110、2111中的每一个以及它的相关联的馈送2150形成DRA。在替代实施例中，激励器谐振器2110、2111中的一个或多个替代地可孔隙耦合到微带线路2160、2161或一些其它传导结构，所述微带线路2160、2161或一些其它传导结构替代地可用于携带射频信号以用于激发激励器谐振器2110、2111。与图5的实施例相对比，激励器谐振器2110、2111还包括放置在每个介电谐振器2110、2111内的额外的位置处的额外的馈送2152、2153。当一个或多个额外的谐振器堆叠在激励器谐振器2110、2111中的任一者或两者上时，中心馈送2150、2151和/或额外的馈送2152、2153可以仅延伸到最低激励器谐振器2110、2111中，或中心馈送2150、2151和/或额外的馈送2152、2153可以向上延伸到额外的谐振器中并且可能穿过额外的谐振器。

根据一个实施例，所有馈送2150到2153和/或微带线路2160、2161可以接收相同射频信号。在各种替代实施例中，馈送2150到2153和/或微带线路2160、2161可以接收不同射频信号(例如，在不同频率和/或功率电平处的射频信号)，和/或可以分阶段将射频信号提供到馈送2150到2153和/或微带线路2160、2161。举例来说，在第一持续时间期间，可以向第一激励器谐振器(例如，谐振器2110)提供有来自它的相关联的馈送2150、2152中的一个或多个和/或微带线路2160的激励，而第二激励器谐振器2111可以不接收激励或接收来自它的相关联馈送2151、2153中的一个或多个和/或微带线路2160的不同激励。在第二持续时间期间，可以移除或改变提供到第一激励器谐振器2110的激励，并且提供到第二激励器谐振器2111的激励可以保持相同或也可以移除或改变提供到第二激励器谐振器2111的激励。以此方式，由DRA阵列2100产生的累积的电子场可以随时间推移改变方向、强度、频率或其它参数。换句话说，通过提供多个馈送2150到2153和/或微带线路2160、2161并且依序或以各种组合激发它们，可以形成连续地或递增地可操控的波束。更具体地说，通过单独地或以组合的方式激活多个馈送2150到2153和/或微带线路2160、2161，可以在方位角和/或高程中操控微波能量的波束。

图22是根据又一示例实施例的适用于微波加热设备中的DRA阵列2200的俯视图。尽管先前所述的DRA阵列中的每一个已经指示用于包括具有圆形截面的加热腔室(例如，腔室920，图9)的微波加热系统中，但是图22的DRA阵列2200可以具体来说很好地适用于包括具有矩形截面的加热腔室的微波加热设备中。换句话说，DRA阵列2200可很好地适用于包括加热腔室的系统中，所述加热腔室基本上充当具有阻塞端部的矩形波导。

在示出的实施例中，DRA阵列2200包括耦合到矩形基板2230的十一个介电谐振器2210到2213、2220，包括多个激励器谐振器2210到2213和邻近寄生谐振器2220。除了形状之外，基板2230可大体类似于基板530(图5)，所述基板530包括上文所论述的基板530的变体。在示出的实施例中，被配置成携带一个或多个射频信号的多个馈送2250放置在多个激励器谐振器2210到2213的中心孔内。如此配置，激励器谐振器2210到2213中的每一个以及它的相关联的馈送2250形成DRA。因此，DRA阵列2200包括多个DRA。在替代实施例中，激励器谐振器2210到2213中的一个或多个替代地可孔隙耦合到微带线路2260或一些其它传导结构，所述微带线路2260或一些其它传导结构替代地可用于携带射频信号以用于激发激励器谐振器2210到2213。此外，尽管未示出，但是DRA阵列2200可以包括在激励器谐振器2210到2213中的一些或全部上堆叠的一个或多个额外的谐振器，并且馈送2250可以仅向上延伸到最低激励器谐振器2210到2213中或向上延伸到额外的谐振器中和/或穿过额外的谐振器。

如同DRA阵列500，当合适的射频信号由馈送2250或微带线路2260携带时，信号将使得对应的激励器谐振器2210到2213在它的谐振频率处谐振。这继而将使得激励器谐振器2210到2213产生围绕激励器谐振器2210到2213的圆周的初级电子场(例如，电子场440，图4)。此外，激励器谐振器2210到2212可以产生从激励器谐振器2210到2213的顶部表面向上正交地延伸的次级电子场(例如，电子场442，图4)。

如同图21的实施例并且根据一个实施例，所有馈送2250和/或微带线路2260可以接收相同射频信号。在各种替代实施例中，馈送2250和/或微带线路2260可以接收不同射频信号(例如，在不同频率和/或功率电平处的射频信号)，和/或可以分阶段将射频信号提供到馈送2250和/或微带线路2260。

图23是根据又一示例实施例的适用于微波加热设备中的DRA阵列2300的俯视图。DRA阵列2300与图5中的DRA阵列500相似，不同之处在于DRA阵列2300包括额外周向放置的介电谐振器的行，而不是仅包括单行周向放置的介电谐振器(如在图5的DRA阵列500中)。更具体地说，DRA阵列2300包括耦合到基板2330的十九个介电谐振器2310、2312、2320、2322，包括多个激励器谐振器2310、2312和邻近寄生谐振器2320、2322。更具体地说，DRA阵列2300包括居中放置的激励器谐振器2310、紧邻中心激励器谐振器2310的第一周向行的寄生谐振器2320，以及第二周向行的交替的激励器谐振器2312和寄生谐振器2322。此外，尽管未示出，但是DRA阵列2300可以包括在激励器谐振器2310、2312中的一些或全部上堆叠的一个或多个额外的谐振器，并且馈送2350可以仅向上延伸到最低激励器谐振器2310、2312中或向上延伸到额外的谐振器中和/或穿过额外的谐振器。

如同图5的DRA阵列500，被配置成携带一个或多个射频信号的多个馈送2350放置在多个激励器谐振器2310、2312的中心孔内。如此配置，激励器谐振器2310、2312中的每一个以及它的相关联的馈送2350形成DRA。在替代实施例中，激励器谐振器2310、2312中的一个或多个替代地可孔隙耦合到微带线路2360或一些其它传导结构，所述微带线路2360或一些其它传导结构替代地可用于携带射频信号以用于激发激励器谐振器2310、2312。

如同DRA阵列500，当合适的射频信号由馈送2350或微带线路2360携带时，信号将使得对应的激励器谐振器2310、2312在它的谐振频率处谐振。这继而将使得激励器谐振器2310、2312产生围绕激励器谐振器2310、2312的圆周的初级电子场(例如，电子场440，图4)。此外，激励器谐振器2310、2312可以产生从激励器谐振器2310、2312的顶部表面向上正交地延伸的次级电子场(例如，电子场442，图4)。

根据一个实施例，所有馈送2350和/或微带线路2360可以接收相同射频信号。在各种替代实施例中，馈送2350和/或微带线路2360可以接收不同射频信号(例如，在不同频率和/或功率电平处的射频信号)，和/或可以分阶段将射频信号提供到馈送2350和/或微带线路2360。

与在图23中示出的DRA阵列实施例一致，图24示出复合DRA阵列2400的透视图，并且图25示出可以包括复合DRA阵列(例如，DRA阵列2400)的微波加热设备2500的截面侧视图。复合DRA阵列2400与图6的DRA600相似，不同之处在于DRA阵列2400包括两个垂直地堆叠的DRA阵列(包括介电谐振器2411、2413的堆叠2410、2412)以及额外的水平地布置的DRA阵列(包括邻近介电谐振器2420)，所述所有DRA阵列耦合到基板2430。此外，如先前所论述，介电间隔物2414、2415可以安置于堆叠2410、2412中的邻近谐振器2411、2413之间。在替代实施例中，可以不包括间隔物2414、2415中的一些或全部。

如先前结合其它实施例所描述，一个或多个馈送可以延伸到水平地布置的介电谐振器2420中的任何一个或多个中，所述水平地布置的介电谐振器2420包括在介电谐振器堆叠2410、2412中的最低谐振器。此外，与介电谐振器堆叠2410、2412相关联的馈送可以仅延伸到最低谐振器中或可以向上延伸到每个堆叠2410、2412中的任何数量(包括所有)的谐振器2411、2413中和/或穿过每个堆叠2410、2412中的任何数量(包括所有)的谐振器2411、2413。如先前所论述，微带线路替代地可用于携带射频激励信号。在各种实施例中，当多个馈送和/或微带线路用于携带射频激励信号时，所有馈送可以接收相同射频信号，一些馈送可以接收不同射频信号，和/或各种馈送可以接收分阶段的射频信号。

复合DRA阵列2400示出为包括十九个水平地布置的介电谐振器和各自具有九个垂直地堆叠的谐振器2411、2413的两个谐振器堆叠2410、2412。然而，本领域的技术人员基于本文中的描述将理解，在其它实施例中，替代实施例可以包括更多或更少的水平地布置的介电谐振器、更多或更少的介电谐振器堆叠、在每个堆叠内的更多或更少的介电谐振器、具有不同谐振频率的介电谐振器(例如，不同大小、介电常数等等的谐振器)，和/或不同形状或配置的介电谐振器。

图25示出根据另一个实施例的微波加热设备2500的截面侧视图，所述微波加热设备2500可以包括具有多个介电谐振器堆叠的复合DRA阵列，例如，复合DRA阵列2400。与图9的微波加热设备900相似，微波加热设备2400包括外壳2510、加热腔室2520、系统控制器(例如，系统控制器310，图25中未示出)、用户接口(例如，用户接口330，图25中未示出)，以及电源系统(例如，电源系统340，图25中未示出)。此外，在一个实施例中，外壳2510包括底座部分2512、腔室部分2514和盖子2516(其在图25中为闭合状态)。

与图9的微波加热设备900相对比，微波加热设备2500包括放置在腔室2520的不同侧的两个垂直地堆叠的DRA阵列2550、2552，以及放置在腔室2520的底部处的水平地布置的DRA阵列(没有进行编号，但是包括耦合到DRA基板2580的五个介电谐振器)。更具体地说，水平地布置的DRA阵列放置在外壳2510的底座部分2512内，第一垂直地堆叠的DRA阵列2550邻近外壳2510的腔室部分2514的第一侧壁放置，并且第二垂直地堆叠的DRA阵列2552邻近腔室部分2514的第二侧壁放置。在示出的实施例中，DRA阵列中的每一个由保形涂层2582覆盖以限定加热腔室2520的侧表面2522、2523和底部表面2524。在替代实施例中，罩盖可用于分隔DRA阵列与腔室2520。图25还示出在腔室2520内的负载2540(例如，食物负载或其它负载)。再次，如先前所描述，加热腔室2520是基本上充当具有阻塞端部的波导的封闭的空气腔室。

根据一个实施例，外壳2510的底座部分2512包含水平地布置的DRA阵列和容纳一个或多个微波功率产生模块2550的电子基板2570以及接地平面2572。微波功率产生模块2550被配置成将一个或多个射频激励信号提供到水平地布置的DRA阵列并且提供到第一垂直地堆叠的DRA阵列2550和第二垂直地堆叠的DRA阵列2552。举例来说，可以相应地通过馈送2581、2582、2583来提供射频激励信号。第一馈送2581可以使得水平地布置的DRA阵列在与腔室2520的底部表面2524正交的方向上产生电磁能量的波束，所述方向一般由箭头2591指示。类似地，第二馈送2582被配置成将射频激励信号提供到第一垂直地堆叠的DRA阵列2550，所述第二馈送2582使得第一垂直地堆叠的DRA阵列2550在与腔室侧壁2522正交的方向上产生电磁能量的波束，所述方向一般由箭头2592指示。最后，第三馈送2583被配置成将射频激励信号提供到第二垂直地堆叠的DRA阵列2552，所述第三馈送2583使得第二垂直地堆叠的DRA阵列2552在与腔室侧壁2523正交的方向上产生电磁能量的波束，所述方向一般由箭头2593指示。如上所述，馈送2581到2583可以在介电谐振器或谐振器堆叠内延伸到任何高度。此外，尽管各种DRA阵列可以在大体上相同的频率处操作，但是它们替代地可以在不同频率或相位处操作以提供耦合到腔室2520内的负载2540的更多宽带能量。

图26是根据示例实施例的操作包括一个或多个单个或复合DRA阵列的微波系统(例如，系统100、300、900、2500)的方法的流程图。在块2602中，当系统控制器(例如，系统控制器310，图3)接收指示执行微波加热操作的参数的信息时，开始方法。举例来说，信息可以从通过用户接口(例如，用户接口330，图3)提供的用户输入导出，并且信息可以传送加热操作的持续时间、加热操作的功率电平和/或与加热操作相关的其它参数。

在块2604中，系统控制器使得电源(例如，电源340，图1)以某种方式将功率提供到一个或多个微波产生模块(例如，模块350，图3)，所述方式将使得微波产生模块产生与加热操作所规定的参数一致的一个或多个激励信号。

根据一个实施例，在块2606中，可以通过射频馈送(例如，馈送968，图9)或通过微带线路(例如，微带线路1276，图12)将每个激励信号传送到DRA阵列(例如，DRA阵列500、960、1010、1110、1210、1310、1410、2100、2200、2300、2400、2550、2552)。作为响应，在块2608中，每个DRA阵列产生定向电磁能量波束，所述波束朝向微波系统的加热腔室(例如，加热腔室920)取向。如先前所论述，腔室可以包含近场负载(例如，负载940、2540)。DRA阵列继续产生定向电磁能量波束直至激励信号的供应被中断，此时方法结束。

图27是根据示例实施例制造包括单个或复合DRA阵列的微波系统(例如，系统100、300、900、2500)的方法的流程图。在块2702中，通过在介电谐振器堆叠中将多个介电谐振器耦合在一起，方法开始，其中所述介电谐振器堆叠包括最低的第一介电谐振器和在第一介电谐振器上面堆叠的一个或多个第二介电谐振器。在一些实施例中，一个或多个介电间隔物还可以耦合于堆叠中的邻近介电谐振器之间以限定邻近介电谐振器之间的距离，其中所述距离确保邻近介电谐振器紧密地电容式耦合。在一个实施例中，多个介电谐振器(或介电谐振器堆叠)也耦合到DRA基板(例如，DRA基板980、2580)以形成DRA基板组合件。此外，一个或多个额外的介电谐振器堆叠和/或一个或多个单独的介电谐振器可以耦合到DRA基板。以此方式，可以形成一个或多个垂直地堆叠的DRA阵列以及一个或多个水平地布置的DRA阵列。

在块2704中，一个或多个电子基板(例如，基板970、2570)安装到外壳中(例如，到外壳的底座部分或其它部分中)。外壳包括被配置成包含待加热或解冻的负载(例如，负载940、2540)的加热腔室(例如，腔室920、2520)。根据一个实施例，每个电子基板容纳包括一个或多个射频馈送结构(例如，馈送968、969、2581到2583或微带线路)的微波产生模块(例如，模块950、2550)。此外，每个电子基板包括接地平面(例如，接地平面972、2572)。

在块2706中，介电谐振器堆叠和/或DRA基板组合件安装在电子基板上的外壳中使得DRA基板安置于接地平面与加热腔室之间。根据一个实施例，执行将介电谐振器堆叠和/或DRA基板安装到外壳中使得射频馈送结构足够接近每个堆叠中的最低介电谐振器以能够在射频馈送结构供应有合适的射频激励信号时至少激发最低介电谐振器进行谐振。举例来说，在将介电谐振器堆叠安装到外壳中之后，射频馈送结构可以延伸到最低介电谐振器中但是并不延伸到一个或多个上覆的第二介电谐振器中。替代地，射频馈送结构可以延伸到最低介电谐振器中并且向上延伸到第二介电谐振器中的一个或多个中。在块2708中，通过将保形材料(例如，保形涂层982、2582)施加到DRA阵列上或通过在DRA阵列上放置保护罩盖来保护DRA阵列(即，建立DRA阵列与腔室之间的物理间隔)。

为了简洁起见，本文中可能没有详细地描述与系统的谐振器、放大器、偏置、负载调制、阻抗匹配、功率分配器和/或功率组合器、微波应用和其它功能性方面(以及系统的个体的操作组件)相关的常规技术。本文中包含的各图中所示出的连接线意图表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应注意，标的物的实施例中可以存在许多替代或额外的功能关系或物理连接。此外，本文中还可以仅出于参考的目的使用某些术语，且因此这些术语并不意图具有限制性，并且除非上下文清楚地指示，否则指代结构的术语“第一”、“第二”和其它此类数值术语并不暗示顺序或次序。

如本文所使用，“节点”意味着任何内部或外部参考点、连接点、接合点、信号线、等等，在“节点”处存在给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或数量。此外，两个或两个以上节点可以通过一个物理元件实现(并且尽管在公共节点处接收或输出，但是仍然可以对两个或两个以上信号进行多路复用、调制或另外区分)。

以上描述指代元件或节点或特征“连接”或“耦合”在一起。如本文所使用，除非以其它方式明确地陈述，否则“连接”意味着一个元件直接接合到另一元件(或直接与另一元件连通)，且不一定以机械方式接合。类似地，除非以其它方式明确地陈述，否则“耦合”意味着一个元件直接或间接接合到另一元件(或直接或间接与另一元件连通)，且不一定以机械方式接合。因此，尽管图中所示的示意图描绘元件的一个示例性布置，但所描绘的标的物的实施例中可存在额外中间元件、装置、特征或组件。

微波加热设备的实施例包括：固态微波能量来源；第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构；一个或多个额外的介电谐振器，其堆叠在第一激励器介电谐振器的顶部表面上以形成垂直地堆叠的介电谐振器天线阵列。第一馈送结构电耦合到微波能量来源以接收第一激励信号，并且第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到第一馈送结构的激励信号产生第一电场。当提供激励信号时紧邻第一激励器介电谐振器的额外的介电谐振器的第二介电谐振器与第一激励器介电谐振器紧密地电容式耦合。

微波加热设备的另一实施例包括：腔室；固态微波能量来源；第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构；以及一个或多个第二介电谐振器，其堆叠在第一激励器介电谐振器的顶部表面上以形成介电谐振器天线阵列。所述腔室被配置成包含负载。第一馈送结构电耦合到微波能量来源以从微波能量来源中接收第一激励信号，并且第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到第一馈送结构的激励信号产生第一电场。

操作包括微波产生模块的微波系统的方法的一个实施例包括通过微波产生模块产生传送到第一射频馈送结构的第一激励信号，其中第一射频馈送结构接近第一介电谐振器放置，并且一个或多个第二介电谐振器堆叠在第一介电谐振器上。所述方法另外包括通过第一介电谐振器响应于通过第一射频馈送结构传送的第一激励信号产生第一电场，并且通过一个或多个第二介电谐振器响应于第一电场的冲击、响应于第一激励信号或响应于第一电场和第一激励信号这两者产生第二电场。第二电场被引导朝向包含近场负载的腔室。

制造微波系统的方法的一个实施例包括在介电谐振器堆叠中将多个介电谐振器耦合在一起，其中介电谐振器堆叠包括最低的第一介电谐振器和堆叠在第一介电谐振器上的一个或多个第二介电谐振器。所述方法还包括将基板安装到外壳中，其中射频馈送结构耦合到基板，并且外壳限定被配置成具有阻塞端部的波导的腔室。所述方法还包括将介电谐振器堆叠安装到外壳中使得射频馈送结构足够接近第一介电谐振器以能够在射频馈送结构供应有合适的射频激励信号时激发第一介电谐振器进行谐振。

尽管以上详细描述中已呈现至少一个示例性实施例，但应了解，存在大量变化。还应了解，本文中所描述的示例性实施例并不意图以任何方式限制所主张的标的物的范围、适用性或配置。实际上，以上详细描述将向本领域的技术人员提供用于实施所描述的一个或多个实施例的方便的指南。应理解，可在不脱离权利要求书所限定的范围的情况下对元件的功能和布置作出各种改变，权利要求书所限定的范围包括在提交本专利请时的已知等效物和可预见的等效物。

Claims (10)

1.一种微波加热设备，其特征在于，包括：

固态微波能量来源；

第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构，其中所述第一激励器介电谐振器具有顶部表面和相对的底部表面，其中所述第一馈送结构电耦合到所述固态微波能量来源以从所述固态微波能量来源中接收第一激励信号，并且其中所述第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到所述第一馈送结构的所述激励信号产生第一电场；以及

一个或多个额外的介电谐振器，其堆叠在所述第一激励器介电谐振器的所述顶部表面上以形成垂直地堆叠的介电谐振器天线阵列。

2.根据权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，当提供所述激励信号时紧邻所述第一激励器介电谐振器的所述额外的介电谐振器的第二介电谐振器与所述第一激励器介电谐振器紧密地电容式耦合。

3.根据权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，所述第一馈送结构包括延伸穿过所述第一激励器介电谐振器并且进入到所述一个或多个额外的介电谐振器中的至少一个中的馈送。

4.根据权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，所述介电谐振器天线阵列进一步包括一个或多个额外的介电谐振器天线，其中所述一个或多个额外的介电谐振器天线中的每一个包括额外的馈送、额外的激励器介电谐振器和堆叠在所述额外的激励器介电谐振器的顶部表面上的一个或多个附加额外的介电谐振器。

5.根据权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，进一步包括：

一个或多个介电间隔物，其放置在所述介电谐振器天线阵列中的邻近介电谐振器的每一集合之间。

6.根据权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，进一步包括：

接地平面，其放置在所述介电谐振器天线阵列的第一侧处；以及

腔室，其放置在所述介电谐振器天线阵列与所述接地平面的相对侧处，其中所述腔室被配置成包含负载。

7.根据权利要求1所述的微波加热设备，其特征在于，所述固态微波能量来源包括：

放大器布置，其包括晶体管，所述晶体管具有晶体管输入和晶体管输出，其中所述放大器布置被配置成在2.3GHz到2.6GHz的范围内的微波频率处产生所述激励信号。

8.一种微波加热设备，其特征在于，包括：

腔室，其被配置成包含负载；

固态微波能量来源；

第一介电谐振器天线，其包括第一激励器介电谐振器和接近所述第一激励器介电谐振器的第一馈送结构，其中所述第一激励器介电谐振器具有顶部表面和相对的底部表面，其中所述第一馈送结构电耦合到所述固态微波能量来源以从所述固态微波能量来源中接收第一激励信号，并且其中所述第一激励器介电谐振器被配置成响应于提供到所述第一馈送结构的所述激励信号产生第一电场；以及

一个或多个第二介电谐振器，其堆叠在所述第一激励器介电谐振器的所述顶部表面上以形成介电谐振器天线阵列。

9.一种操作包括微波产生模块的微波系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过所述微波产生模块产生传送到第一射频(RF)馈送结构的第一激励信号，其中所述第一射频馈送结构接近第一介电谐振器放置，并且一个或多个第二介电谐振器堆叠在所述第一介电谐振器上；

通过所述第一介电谐振器响应于通过所述第一射频馈送结构传送的所述第一激励信号产生第一电场；以及

通过所述一个或多个第二介电谐振器响应于所述第一电场的冲击、响应于所述第一激励信号或响应于所述第一电场和所述第一激励信号这两者产生第二电场，其中所述第一电场和第二电场被引导朝向包含近场负载的腔室。

10.一种制造微波系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

在介电谐振器堆叠中将多个介电谐振器耦合在一起，其中所述介电谐振器堆叠包括最低的第一介电谐振器和堆叠在所述第一介电谐振器上的一个或多个第二介电谐振器；

将基板安装到外壳中，其中射频(RF)馈送结构耦合到所述基板，并且其中所述外壳限定被配置成具有阻塞端部的波导的腔室；以及

将所述介电谐振器堆叠安装到所述外壳中使得所述射频馈送结构足够接近所述第一介电谐振器以能够在向所述射频馈送结构供应合适的射频激励信号时激发所述第一介电谐振器进行谐振。

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