CN109565913B - 用于射频电磁能量传递的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种电磁能量传递系统包括一组射频通道。各通道包括射频馈源、至少一个高功率放大器以及相移组件。各高功率射频放大器包括被配置成输出相对于输入射频公共基准信号放大了功率的周期信号的至少一个放大组件。相移组件被配置成相对于输入射频信号调制输出周期信号的相位。联接到该组射频通道的控制器可以被配置成使得来自射频通道中的每一个的输出周期信号具有相对于公共基准信号的时变相位差和相对于其它输出周期信号的在时间上平均时恒定的相位差。

Description

用于射频电磁能量传递的方法和系统

技术领域

本装置总体上涉及一种用于电磁烹饪的方法和装置，并且更具体地，涉及一种用于控制微波炉内的电磁能量分布的方法和装置。

背景技术

常规的微波炉通过电介质加热的过程来烹饪食物，其中高频交变电磁场分布在整个封闭腔中。无线电频谱的子带，在2.45GHz或其附近的微波频率主要通过吸收水中的能量来引起电介质加热。

为了在常规微波中产生微波频率辐射，施加到高压变压器的电压导致施加到产生微波频率辐射的磁控管的高压功率。然后，微波通过波导被传输到包含食物的封闭腔。利用单一、非相干源(如磁控管)在封闭腔中烹饪食物会导致食物的不均匀加热。为了更均匀地加热食物，微波炉除了其它之外还包括机械的解决方案，诸如微波搅拌器和用于旋转食物的转盘。常见的基于磁控管的微波源不是窄带的并且不是可调谐的(即，以随时间变化并且不可选择的频率发射微波)。作为这种常见的基于磁控管的微波源的替代方案，可以在微波炉中包括可调谐并相干的固态源。

发明内容

在一方面，一种电磁能量传递系统包括一组射频通道；各通道包括被配置成辐射电磁能量的射频馈源；联接到该射频馈源的至少一个高功率射频放大器，各高功率射频放大器包括被配置成相对于输入射频公共基准信号输出放大了功率的周期信号的至少一个放大组件；以及被配置成相对于输入射频信号调制输出周期信号的相位的相移组件。该系统还可以包括联接到该组射频通道的控制器，其中该控制器配置成使得来自射频通道的每一个的输出周期信号具有相对于公共基准信号的时变相位差和相对于其它输出周期信号的在时间上被平均时恒定的相位差。

在另一方面，一种传递射频电磁能量以烹饪烹饪装置的封闭腔中的食物的方法，包括首先利用微波信号生成组件生成公共基准射频信号；将公共基准射频信号馈送至一组输出通道，各通道被配置成将输出射频信号传递到封闭腔；以及通过相移组件对输出射频信号中的每一个的相位进行调制。各输出信号被配置成提供相对于公共基准信号的时变相位差和相对于其它输出信号的在时间上被平均时恒定的相位差。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据本文所描述的各个方面的具有多个相干射频馈源的电磁烹饪装置的框图。

图2是示出根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的框图。

图3是示出根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的对输出信号的相位进行设定的单个通道的框图。

图4是示出根据本文所描述的各种方面的电磁能量传递系统的对输出信号的相位进行设定的单个通道的另一实施方式的框图。

图5是示出根据本文所描述的各种方面的电磁能量传递系统的对输出信号的相位进行设定的单个通道的又一实施方式的框图。

图6是描绘根据本文所描述的各个方面的表征电磁能量传递系统的通道的输入信号和输出信号之间的期望相位差与实际相位差之间的关系的传递函数的图。

图7是示出图6的传递函数的圆形度的图。

图8是示出根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的多个通道的相位差的图。

图9是示出根据本文所描述的各个方面的用于对电磁能量传递系统的多个通道的相位进行设定的控制器的框图。

图10是示出根据本文所描述的各个方面的传递射频电磁能量的方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，附图中例示的以及以下说明书中描述的特定装置和过程仅是发明构思的示例性实施方式。因此，除非另有明确说明，否则与本文公开的实施方式有关的其它物理特性不应被视为限制性的。

固态射频(RF)烹饪器具通过将电磁辐射引入封闭腔来加热和制备食物。在封闭腔中的不同位置处的多个RF馈源在它们辐射时产生动态的电磁波图案。为了控制和形成封闭腔中的波形，多个RF馈源可以辐射具有单独受控的电磁特性的波以保持封闭腔内的相干性(即，固定的干涉图案)。例如，各RF馈源可以发送相对于其它馈源不同的频率、相位或振幅。其它电磁特性在RF馈源中可能是常见的。例如，各RF馈源可以以共同但可变的频率进行发送。

尽管以下实施方式涉及其中RF馈源引导电磁辐射以加热封闭腔中的物体的烹饪器具，但是应当理解，本文所描述的方法和由此衍生的发明构思不限于此。所涵盖的构思和方法适用于其中多于一个的RF馈源将电磁辐射引导到共享空间以作用于物体的任何RF装置。共享空间可包括封闭腔或自由空间中的区域。示例性装置包括烘箱、干燥器、蒸汽机等。

图1示出了根据一个实施方式的具有多个相干RF馈源26A至26D的电磁烹饪装置10的框图。如图1所示，电磁烹饪装置10包括电源12、控制器14、RF信号发生器16、人机接口28和联接到多个RF馈源26A至26D的多个高功率RF放大器18A至18D。多个RF馈源26A至26D分别将来自多个高功率RF放大器18A至18D中的一个的RF功率耦合到封闭腔20中。

电源12将来自市电的电力提供至控制器14、RF信号发生器16、人机接口28和多个高功率RF放大器18A至18D。电源12将市电转换为其供电的每个装置所需的功率电平。电源12可以传递可变的输出电压电平。例如，电源12可以输出以0.5伏步长选择性地控制的电压电平。以这种方式，电源12可以被配置成通常向高功率RF放大器18A至18D的每一个提供28伏直流电，但是可以提供更低的电压，诸如15伏直流电，以使RF输出功率电平降低期望的电平。

控制器14可以包括在电磁烹饪装置10中，该控制器14可以在工作上与电磁烹饪装置10的各种组件相联接以实现烹饪周期。控制器14还可以在工作上与用于接收用户选择的输入以及将信息传送给用户的控制面板或人机接口28相联接。人机接口28可以包括诸如刻度盘、灯、开关、触摸屏元件以及显示器的操作控制装置，使得用户能够向控制器14输入诸如烹饪周期的命令以及接收信息。用户接口28可以包括一个或更多个元件，这些元件可以相对于彼此集中或分散。控制器14还可以选择由电源12提供的电压电平。

控制器14可以设置有存储器和中央处理单元(CPU)，并且可以优选地在微控制器中实现。存储器可用于在完成烹饪周期时存储可由CPU执行的控制软件。例如，存储器可以存储一个或更多个预编程的烹饪周期，其可以由用户选择并且由电磁烹饪装置10完成。控制器14还可以从一个或更多个传感器接收输入。可与控制器14可通信地联接的传感器的非限制性示例包括RF工程领域中用于测量RF功率电平的已知的峰值电平检测器和用于测量封闭腔或者一个或更多个功率放大器18A至18D的温度的温度传感器。

RF信号发生器16可以包括一个或更多个组件以确定并生成要输出到高功率放大器的实际频率、相位和振幅。RF信号发生器16可以包括可编程RF控制组件，优选地实现为数字控制接口。RF信号发生器16可以与烹饪控制器14物理分离或者可以物理地安装到控制器14上或集成到控制器14中。RF信号发生器16可以由适于生成RF信号的包括但不限于定制集成电路的电子组件形成。

如图1所示，RF信号发生器16输出四个RF通道，它们分享共同的但可变的频率(例如，范围从2.4GHz到2.5GHz)，但是可以针对各个RF馈源26A至26D对相位和振幅进行设定。本文所描述的配置是示例性的并且不应该被认为是限制性的。例如，RF信号发生器16可以被配置成输出更多或更少的RF馈源并且可以包括根据实现方式为所述通道的每一个输出唯一可变频率的能力。

基于由人机接口28提供的用户输入和包括来自多个高功率放大器18A至18D的前向和后向(或反射)功率幅度的数据(在图1中由从高功率放大器18A至18D的每一个穿过RF信号发生器16到控制器14的路径表示)，控制器14可以确定针对烹饪策略并且计算RF信号发生器16的设定。这样，控制器14的主要功能之一是致动电磁烹饪装置10以执行用户所启动的烹饪周期。然后，RF信号发生器16可以基于控制器14所指示的设定生成多个RF波形，即，每个高功率放大器18A至18D一个。

每个联接到RF馈源26A至26D中的一个的高功率放大器18A至18D分别基于由RF信号发生器16提供的低功率公共基准RF信号输出高功率RF信号。输入到高功率放大器18A至18D中的每一个的低功率RF信号可以通过将由电源12提供的直流电力变换成高功率RF信号来放大。在一个非限制性示例中，各高功率放大器18A至18D可以被配置成输出范围从50瓦到250瓦的RF信号。取决于实现方式，各高功率放大器的最大输出瓦数可以大于或小于250瓦。各高功率放大器18A至18D可以包括假性负载以吸收过多的RF反射。

多个RF馈源26A至26D将来自多个高功率RF放大器18A至18D的功率耦合到封闭腔20。多个RF馈源26A至26D可以以空间上分开但固定的物理位置联接到封闭腔20。多个RF馈源26A至26D可以经由设计用于RF信号的低功率损耗传播的任何结构来实现，包括但不限于波导、天线等。在一个非限制性示例中，微波工程中已知的金属矩形波导能够将RF功率从高功率放大器18A至18D引导到封闭腔20，功率衰减大约为0.03分贝每米。

附加地，RF馈源26A至26D中的每一个可以包括用于测量放大器输出端处的前向和后向功率电平或相位的幅度的感测能力。所测得的后向功率表示由于高功率放大器18A至18D与封闭腔20之间的阻抗不匹配而返回到高功率放大器18A至18D的功率电平。除了向控制器14和RF信号发生器16提供反馈以部分地实现烹饪策略之外，后向功率电平还可以表示可能损坏高功率放大器18A至18D的过量反射功率。

随着高功率放大器18A至18D中的每一个处的后向功率电平的确定，高功率放大器18A至18D处的温度感测可以提供确定后向功率电平是否已超过预定阈值所需的数据。如果超过阈值，则包括电源12、控制器14、RF信号发生器16、或高功率放大器18A至18D的RF发送链中的任何控制元件都可以确定高功率放大器18A至18D应该切换到较低功率电平或完全关闭。例如，如果后向功率电平或感测到的温度太高并持续几毫秒，则各高功率放大器18A至18D可以自动关闭。在另一示例中，电源12可以切断供应给高功率放大器18A至18D的直流电力。

通过在其中插入可选的分隔器24，封闭腔20可以选择性地包括子空腔22A至22B。封闭腔20可以(在至少一侧上)包括屏蔽门以允许用户进入封闭腔20的内部来放置和取回食物或可选的分隔器24。

RF馈源26A至26D中的每一个发送的带宽可以包括范围从2.4GHz到2.5GHz的频率。RF馈源26A至26D可以被配置成发送其它RF频带。例如，2.4GHz和2.5GHz之间的频率带宽是构成工业、科学和医疗(ISM)无线电频带的若干频带之一。预期其它RF频带的发送并且可包括由频率定义的ISM频带中包含的非限制性示例：13.553MHz至13.567MHz、26.957MHz至27.283MHz、902MHz至928MHz、5.725GHz至5.875GHz以及24GHz至24.250GHz。

电磁烹饪装置10可以在多个RF馈源26A至26D处将受控量的功率传递到封闭腔20中。此外，通过保持对从各RF馈源26A至26D传递的电磁能量的振幅、频率和相位的控制，电磁烹饪装置10可以相干地控制传递到封闭腔20中的功率。相干RF源以受控方式传递功率以利用电磁波的干扰特性。换言之，在限定的空间面积和持续时间内，相干RF源可以产生固定的干涉图案，使得电场以相加的方式分布。因此，干扰模式可以增加以产生振幅大于任何RF源(即相长干涉)或小于任何RF源(即，相消干涉)的电磁场分布。

RF源的协调和工作环境(例如，封闭腔20和其中的内容)的表征可以实现电磁烹饪的相干控制并且最大化RF功率与封闭腔20中的物体的耦合。高效发送到工作环境内可能需要校准RF生成过程。在电磁加热系统中，功率电平可以由许多组件控制，包括从电源12输出的电压、高功率放大器18A至18D的增益等。影响输出功率电平的其它因素包括组件的使用年限、组件间相互作用以及组件温度。

对封闭腔20内生成的干涉图案的控制取决于从各RF馈源26A至26D输出的电磁信号之间的相对相位差的精度。电磁烹饪装置10的RF信号发生器16、高功率放大器18A至18D和RF馈源26A至26D例示了RF电磁能量传递系统，其可被配置成同时输出具有相同频率以及信号之间可调节的相位差的两个或更多个周期信号。

现在参照图2，示出了RF电磁能量传递系统100的框图。电磁能量传递系统100包括一组相移组件112A至112D、放大组件114A至114D以及发送组件116A至116D。各相移组件112A至112D的输出端联接到放大组件114A至114D的输入端。各放大组件114A至114D的输出端联接到发送组件116A至116D的输入端。以相移组件112A至112D到放大组件114A至114D到发送组件116A至116D的串联联接为特征的信号路径形成RF通道122A至122D。

周期输入信号110被施加到相移组件112A至112D中的每一个。周期性输入信号110可以是适于在RF电磁能量传递系统中放大的任何信号，包括但不限于由RF信号发生器提供的低功率公共基准RF信号(参见图1中的元件16)。

相移组件112A至112D分别输出相对于周期性输入信号110位移的周期信号113A至113D。因为信号是周期性的，所以位移被描述为相移，其中相移是表示周期信号通过其周期的进度的圆上两点之间的角度。相移组件112A至112D中的每一个被配置成输出具有选定的相对于周期输入信号110的相位差的周期信号113A至113D。相移组件112A至112D可以由适于调节周期RF信号的相位的任何电子器件(包括但不限于数字可编程RF移相器)形成。

相移组件112A至112D可以根据控制信号118A至118D将相移应用于输入信号110。控制信号118A至118D可以指定相移，使得来自相移组件112A至112D的输出周期信号113A至113D分别具有相对于输入信号110的受控的相位差。输出周期信号113A至113D中的每一个与输入信号110的相位差范围可以是0到360度。另外，输出周期信号113A至113D可以具有范围从0到360度的彼此之间的相位差。控制信号118A至118D可以由适于控制来自相移组件的相移输出的任何信号形成，包括但不限于从控制器108输出的数字字K1至K4。

移相器输出信号113A至113D被输入到驱动各发送组件116A至116D的放大组件114A至114D。放大组件114A至114D分别基于具有由相移组件112A至112D施加的相移的低功率输入信号110输出高功率RF信号。放大组件114A至114D可以是适于放大RF信号的任何放大器，包括但不限于固态高功率放大器(例如，图1中的元件18A至18D)。

发送组件116A至116D将放大组件114A至114D的放大的电输出转换为RF波120A至120D。发送组件116A至116D可以由适于发送RF功率并且将RF功率转换成电磁波的任何结构组件形成，包括但不限于波导、天线及其组合(例如，图1中的RF馈源26A至26D)。RF波120A至120D可以被发送到适于电磁能量传播的任何空间中并且可以包括封闭腔(例如，图1中的元件20)或自由空间，这取决于应用。

电磁能量传递系统100控制由RF波120A至120D生成的干涉图案的能力取决于相移部件112A至112D的组合的实现的相移的精度和放大组件114A至114D到发送组件116A至116D的增加的延迟。

现在参照图3，示出了根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的其中对输出信号的相位进行设定的单个通道222的框图。通道222包括串联联接的相移组件212、放大组件214和发送组件216。输入信号210包括相位彼此偏移四分之一周期或90度的两个振幅调制的正弦波。两个振幅调制的正弦波在本领域中称为正交信号并且包括同相分量211A和正交分量211B。

相移组件212可以包括向求和放大器228提供输入的RF混频器224、226。相移输出信号213形成为两个正交信号211A、211B的线性组合，使得系数α调制同相分量211A的振幅，并且系数β调制正交分量211B的振幅。调幅正交信号211A、211B被输入到求和放大器228。这样，相移输出信号213是两个正交信号211A、211B的组合，其中相移由系数α和β的值确定。

相移组件212输出然后输入到放大组件214的相移输出信号213。放大组件214输出是相移输出信号213的放大版本的高功率RF信号。发送组件216将放大组件214的放大的电输出转换成RF波220。电磁能量传递系统的多个通道可以类似地配置，并且在工作中，可以独立地调制每个通道的α和β值。

现在参照图4，示出了根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的其中系数α和β可以编码在一个或更多个控制信号(例如，图2中的元件118A至118D)中的单个通道322的框图。当电磁能量传递系统(例如，图2中的元件100)包括多个通道322时，所有通道共享相同的正交输入311A、311B。单个通道322类似于图3中描绘的单个通道222。因此，除非另有说明，否则将用相同的数字增加100来标识相同的部件，应理解第一实施方式的相同部件的描述适用于第二实施方式。

相移组件312可以包括转换器块330。该转换器块330可以将指定每通道相移的控制信号318(例如，数字字)转换为每个通道322的α和β的值。转换器块330可以由适于接收一种类型的电子信号并且输出另一种类型的信号的任何类型的电子装置形成，包括但不限于数模转换器、模数转换器、频率转换器、电压转换器、频率-电压转换器、电压-频率转换器、电流-电压转换器及可以用硬件或软件配置的转换器的组合。

现在参照图5，示出了根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的其中系数α和β可以通过反馈来确定的单个通道422的框图。单个通道422类似于图4中描绘的单个通道322。因此，相同的部件将用增加100的相同数字来标识，应理解，图4中所示的实施方式的相同部件的描述适用于图5中所示的实施方式，除非另有说明。

通道422包括串联联接以用于输出具有相对于如由正交输入信号411A和411B表征的输入信号可调节相位差的RF电磁波的相移组件412、放大组件414和发送组件416。

通道422包括被配置成提供反馈以用于设定每通道相移的组件。相位检测组件432可以接收表示正交输入信号411A和411B的信号以及放大组件414的相位调节的输出。相位检测组件432可以被配置成输出正交输入信号411A和411B与放大组件414的输出之间的相位差。相位检测组件432可以由适于生成表示两个信号输入之间的相位差的信号的电子装置的任何组合形成，包括但不限于混频器、模拟乘法器、逻辑电路等。

相位检测组件432的输出被输入到求和放大器434。另外，求和放大器434包括表示通过转换器块436从控制器408输出的控制信号的输入。求和放大器434可以被配置成输出转换器块436的输出和相位检测组件432的输出的负值之和。这样，求和放大器434可以输出编码在控制信号418中的期望的相位差与通过通道422输出的实际相位差之间的差值。

转换器块436可以被配置成输出信号，使得编码在来自控制器408的控制信号中的期望的相位差被转换成与相位检测组件432的输出相对应的信号。即，当放大组件414的输出与正交输入信号411A和411B之间的相位差等于编码在控制信号418中的期望的相位差时，转换器块436和相位检测组件432的输出应相等。环路放大器438可以被配置成放大转换器块436的输出与相位检测组件432的输出之间的差。环路放大器438的放大输出被输入到相移组件412的转换器块430。转换器块430将环路放大器438的输出转换成α和β。

当精确测量输入正交信号411A和411B与放大组件414的输出之间的相位差并与期望的相位差进行比较时，由相位检测组件432、转换器块436和环路放大器438形成的反馈环路可以控制每个通道422的α和β值，使得输入正交信号411A和411B与放大组件414的输出之间的相位差接近如编码在控制信号418中的期望的相位差。

现在参照图6，示出了表征编码在控制信号中的期望的相位差与每个通道的输入信号和输出信号之间的实际相位差之间的关系的传递函数510。如图6中所描绘的，横坐标表示期望的相位差，并且纵坐标表示从通道输出的实际相位差。在假想通道中，理想传递函数512是线性的。在实际通道中，编码在控制信号中的期望的相位差与每个通道的输入信号和输出信号之间的实际相位差之间的关系由下面的实施方式的限制来表征。也就是说，由于构成通道的实际组件的性能限制，所实现的相位差将与期望的相位差不同。

例如，在图3和图4中描述的通道222和通道322的实施方式中，调制α和β值的RF混频组件224、226、324、326和对调制的正交输入信号求和的求和放大器228、328确定传递函数符合理想的传递函数的精度或程度。另外，多个通道之间的放大组件的延迟之间的差可以通过引入偏置误差来限制所实现的相位差的精度。在第二示例中，在图5中描述的通道422的实施方式中，包括相位检测组件432、转换器块436和环路放大器438的增益的反馈元件确定所述精度。

在如图3至图5所述的通道中，正交输入信号(即，共同的同相和正交输入信号)之间的相位差有助于表征公共基准输入信号与通道中的每一个的输出之间的相位差的整体传递函数的精度。当同相和正交输入信号具有90度相移并且系统中的所有中间函数都是完全理想的时，期望的相位差和实际相位差之间的理想传递函数512是如图6所示的直线。在理想通道中，如果同相输入信号的相位被称为零度，则可以将通道配置成通过设定β等于1来完全传递正交输入并且通过设定α为零来完全抑制同相输入信号来生成90度相移。但是，如果同相信号和正交信号之间的相位差实际上是例如88度而不是90度，则当通道被配置成通过设定α为零并且β为1输出90度相移时，实际相移是88度。类似地，通道可以被配置成通过设定α＝-1和β＝0，通过如果同相信号是对称的(即，没有偶次谐波)，相对于同相信号传递具有180度相位差的反相的同相信号，来输出180度相移。因此，从期望的相位差到实际相位差的传递函数的精度部分地由同相和正交信号之间的相位误差(即，相对于90度的偏差)以及同相和正交输入信号的奇数和偶数谐波失真来确定。因此，同相和正交输入信号之间的相位误差以及由同相和正交输入信号的谐波失真引起的误差将主导传递函数510从期望到实际相位差的不准确性并且表征相位特性的非线性。

现在参照图7，示出了例示图6的传递函数的圆形度的图。也就是说，对于实际相位差与期望的相位差的传递函数610的一个特性是相对于理想的传递函数612的偏差以360度的周期重复。例如，被配置成将期望的相位差设定为361度的通道等同于被配置成将期望的相位差设定为1度的通道。

相位传递函数612的圆形度或回绕(wrapping)适用于将具有正交输入信号的通道配置成用于生成期望的相位差的参考的任何系统。在诸如上面图1和图2中所述的四通道系统中，通过在四个控制信号中编码四个数字字(K1至K4)的控制器来设定四个期望的相位差。相对于传递函数612，数字字K1至K4编码四个点614A至614D。因为所实现的传递函数610偏离直线理想的传递函数612，所以实际相位差将不会与期望的相位差相同。通过向该数字字K1至K4组添加固定的相同值，将第二组的四个点616A至616D置于传递函数610上。由于传递函数610偏离直线理想的传递函数612，第二组的点616A至616D将使通道输出与第一组的点614A至614D的相位差不同的相位差。

现在参照图8，示出了根据本文所描述的各个方面的电磁能量传递系统的多个通道的相位差的图。电磁能量传递系统的通道中的每一个包括编码为矢量710A至710D的输出信号。各矢量710A至710D由正交输入信号的组合组成并且在图8中示出，其中，x轴表示同相输入信号并且y轴表示正交输入信号。因此，根据所述矢量之间的角度来确定各通道的输出信号之间的相位差。

表示通道的输出信号的矢量710A至710D被编码在从控制器(例如，图5中的408)输出的控制信号中发送的数字字(例如，K1至K4)中。也就是说，设定值K1至K4确定四个矢量中的每一个的角度。将每个数字字K1至K4增加相同的值引入四个矢量的旋转712A至712D。如果相位传递函数是理想的传递函数(例如，图7中的虚线612)，则四个矢量710A至710D之间的相位差将不受旋转712A至712D的影响。然而，当所实现的相位传递函数(例如，图7中的线610)不是线性的时，四个矢量在旋转时的相位增加可以彼此不同，并且因此，相对的相位差将变化。

控制器可以被配置成通过改变各通道的各输出信号的正交输入的相对贡献来在固定时间实例处增加每个数字字以有效地围绕圆缓慢地旋转四个矢量。在每个时间步长，由于相位传递函数相对于理想相位传递函数的上述偏差，四个矢量之间的相位差将略微改变。但是，在完全围绕由正交输入信号限定的圆旋转之后，各矢量返回到相对于正交输入信号精确相同的初始相位差。因此，在完成360度旋转时四个矢量之间的相位差在任何矢量旋转之前返回到相同的初始相位差。因此，通道的输出信号之间的平均相位差将是恒定的。控制器(例如图5中的408)可以被配置成通过适于减轻相位传递函数中的相位偏差的任何值和时间步长来增加或减少各数字字，包括但不限于将数字字增加每个毫秒将每个矢量旋转一度的值。

现在参照图9，示出了例示用于设定RF电磁能量传递系统的相位差的控制器808的实施方式的框图。控制器808包括一组输入810A至810D，该组输入810A至810D与编码在从回绕计数组件812输出的信号814中的值相组合。编码在输出信号814中的值经由求和放大器820A至810D与该组输入810A至810D中的每一个组合，以输出用于设定RF电磁能量传递系统的每个通道的相位的控制信号816A至816D。

该组输入810A至810D表示要从一组RF通道输出的一组信号的期望的相位差。该组输入810A至810D可以是适于编码期望的相位差的任何控制信号，包括但不限于编码数字字的控制信号。该组输入810A至810D可以源自控制器808内部或外部的任何合适的RF控制组件，包括但不限于数字控制接口。该组输入810A至810D中的每一个被输入到求和放大器820A至820D，并且被增大或减小编码在来自回绕计数组件812的输出信号814中的值。

回绕计数组件812输出编码逐渐增加或减少的值的信号。可以以数字字的形式编码值的输出信号814迭代到逐渐变大或变小的值。回绕计数组件812可以包括来自诸如时钟的定时组件818的输入用于调制迭代进展的时间步长。在达到最小值或最大值时，回绕计数组件812可以执行模运算操作，以将编码值回绕到某一初始值(例如，零)。编码在输出信号814中的数字字表示相位阶跃Δφ。回绕计数组件812可以生成的最大值表示360度的整数倍以避免在进行的迭代处回绕值时的大相位阶跃。回绕计数组件812输出确保平均相位差与操作周期内的期望的相位差相同的信号。回绕计数组件812可以被配置成针对适于减轻相位传递函数中的相位差的任何时间步长，将每个数字字编码Δφ增加或减少任何值，包括但不限于将Δφ设定为一度并且时间步长为一毫秒。

在另一实现中，回绕计数器812可以被配置成在由定时组件818触发的每个时间步长处随机地改变编码在输出信号814中的数字字。这样，相位步长Δφ可以均匀地分布在0到360度的相位范围内。预期其它相位分布并且可以包括补偿不是由随机变化引起的任何系统非线性的分布。在又一实施方式中，回绕计数器812可以被配置成根据非常规时间步长来改变数字字，其中持续时间可以逐时间步长改变。

现在参照图10，示出了根据本文描述的各个方面的传递RF电磁能量的方法900的流程图。方法900包括以下步骤：首先生成公共基准RF信号；将公共基准RF信号馈送到一组输出通道；并且调制输出RF信号中的每一个的相位。各输出信号被配置成发送具有相对于公共基准信号的时变相位差和相对于其它输出信号在时间上平均时恒定的相位差的RF信号。

在步骤902，电磁能量传递系统可以利用RF生成组件(例如，图1中的RF信号发生器16)生成公共基准信号。公共基准信号可以是任何周期信号，包括但不限于两个振幅调制的射频正弦波，它们彼此相位偏移诸如四分之一周期或90度的固定量。

在步骤904，电磁能量传递系统可以被配置成将从RF生成组件(例如，图1中的RF信号生成器16)输入的公共基准信号馈送或耦合到一组RF通道(例如，图2中的RF通道122A至122D)。各RF通道的可以被配置成，诸如通过从天线发送信号，传递输出射频信号。在如上针对图1所述的烹饪应用中，各通道可以配置成将射频信号输出到根据操作周期保持待烹饪的食物的封闭腔。

在步骤906，相移组件(例如图2中的元件112A至112D)可以对将从每个通道输出的RF信号中的每一个的相位进行调制。电磁能量传递系统可以包括用于确定并控制每个通道的输出RF信号的相位的调制的任何合适的技术和组件。技术和组件可以包括但不限于反馈和前馈拓扑、RF移相器、处理器、环路放大器等。

在步骤908，电磁能量传递系统可以发送具有相对于公共基准信号的时变相位差和相对于其它输出信号的在时间上平均时相位差恒定的RF信号。该系统可以被配置成确定地或随机地改变各输出信号的相位。

如上所述，该方法包括确定和设定一组连续RF电磁能量传递的相位的步骤。该方法使得诸如可以在固态电磁烹饪装置中实现的RF电磁能量系统能够准确地发送具有一组期望的相位差的一组RF信号。该方法导致输出RF信号的更好的相干性，因为发送的信号中的合成相位差随时间接近期望的相位差。

为了本公开的目的，术语“联接”通常指两个部件(电气的或机械的)彼此直接或间接联接。这种联接可以是本质上静止或本质上可移动的。这种联接可以利用两个部件(电气的或机械的)和任意附加中间构件来实现，其中，任意附加中间构件与另一附加中间构件或两个部件整体形成为单个一体主体。这种联接可以是本质上永久性的或者可以是本质上可拆卸或可释放的，除非另有说明。

还应注意的是，在示例性实施方式中所示出的装置的元件的构造和布置仅为说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本发明的少数实施方式，但是阅读本公开的本领域技术人员将容易理解，在没有实质背离本主题的新颖教导和优点的情况下，很多修改均是可能的(诸如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等方面的变化)。例如，示出为整体形成的元件可以由多个零件构成，或者示出为多个零件的元件可以整体形成，接口的操作可以颠倒或者以其它方式改变，系统的结构和/或构件或连接器或其它元件的长度或宽度可以改变，在元件之间提供的调整位置的性质或数量可以改变。应注意的是，系统的元件和/或组件可以由各种提供足够强度或耐久性的任意材料构成，并且可以为各种颜色、质地和组合的任意形式。因此，所有这些修改均旨在被涵盖在本发明的范围之内。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在所期望的和其它示例性实施方式的设计、操作条件和布置上作出其它替换、修改、变化和省略。

应了解的是，所描述的过程中的任何描述的过程或步骤均可与其它公开的过程或步骤结合，以形成本装置范围之内的结构。本文所公开的示例性结构和过程是出于说明的目的，不应被理解为限制性的。

还应了解的是，在不背离本装置的构思的情况下，可以对上述结构和方法做出变型和修改。

以上描述仅被认为是所例示的实施方式的描述。本领域技术人员以及制造或使用该装置的人员将想到该装置的修改。因此，应当理解，附图中示出的和上面描述的实施方式仅用于说明的目的，并不旨在限制装置的范围。

Claims (20)

1.一种电磁能量传递系统，所述电磁能量传递系统包括：

一组射频通道，各通道包括：

射频馈源，所述射频馈源被配置成辐射电磁能量；

联接到所述射频馈源的至少一个高功率射频放大器，每个高功率射频放大器包括至少一个放大组件，所述至少一个放大组件被配置成输出相对于输入射频公共基准信号放大了功率的周期信号；以及

相移组件，所述相移组件被配置成对输出周期信号相对于所述输入射频公共基准信号的相位进行调制；以及

联接到所述一组射频通道的控制器，所述控制器被配置成使得来自所述射频通道中的每一个的所述输出周期信号具有相对于所述输入射频公共基准信号的时变相位差和相对于其它输出周期信号的在时间上平均时恒定的相位差。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括联接到所述一组射频通道的用于生成所述输入射频公共基准信号的射频信号发生器。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中，所述输入射频公共基准信号包括具有固定的相位差的两个周期信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述固定的相位差是90度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过将数字字发送到所述射频通道中的每一个来引起相对于所述输入射频公共基准信号的所述时变相位差。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器还包括回绕计数组件，所述回绕计数组件被配置成周期性地将所述数字字增加或减少相同的值，以引起所述射频通道的输出周期信号与所述输入射频公共基准信号之间的所述时变相位差的周期性增大或减小。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述回绕计数组件被配置成生成对应于360度的整数倍的最大值。

8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器还包括回绕计数组件，所述回绕计数组件被配置成将所述数字字增加或减少随机值，以引起所述射频通道的输出周期信号与所述输入射频公共基准信号之间的所述时变相位差的增大或减小。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，根据均匀分布来选择所述随机值。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置成根据分布增加或减少所述数字字，以引起所述射频通道的输出周期信号与所述输入射频公共基准信号之间的所述时变相位差的增大或减小，该时变相位差的增大或减小补偿所述系统中的系统误差。

11.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括封闭腔，所述射频馈源在所述封闭腔中辐射电磁能量。

12.一种传递射频电磁能量以在烹饪装置的封闭腔中烹饪食物的方法，所述方法包括：

首先利用微波信号生成元件生成公共基准射频信号；

将所述公共基准射频信号馈送到一组输出通道，各通道被配置成将输出射频信号传递到所述封闭腔；以及

通过相移组件对所述输出射频信号中的每一个的相位进行调制；

其中，各输出射频信号被配置成提供相对于所述公共基准射频信号的时变相位差和相对于其它输出射频信号的在时间上平均时恒定的相位差。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述公共基准射频信号包括具有固定的相位差的两个周期信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述固定的相位差是90度。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，相对于所述公共基准射频信号的所述时变相位差被编码在发送到各个所述输出通道的数字字中。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述数字字周期性地增加或减少相同的值，以引起所述输出通道的输出射频信号与所述公共基准射频信号之间的所述时变相位差的周期性增大或减小。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，能够编码在所述数字字中的最大值对应于360度的整数倍。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述数字字增加或减少随机值，以引起所述输出通道的输出射频信号与所述公共基准射频信号之间的所述时变相位差的增大或减小。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，根据均匀分布来选择所述随机值。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，根据分布选择所述随机值，以引起所述输出通道的输出射频信号与所述公共基准射频信号之间的所述时变相位差的增大或减小，该时变相位差的增大或减小补偿形成射频电磁能量传递系统的电子组件中的系统误差。

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