CN110225611A - 微波加热装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波加热装置和系统，所述装置包括：微波信号发生器用于生成并输出第一射频信号；第一微带功分器用于将第一射频信号分为第二射频信号和第三射频信号；第一放大单元用于将第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并将第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号；第二放大单元用于将第三射频信号的相位转换设定相位生成第六射频信号，并将第六射频信号放大设定倍数生成第七射频信号；第二微带功分器用于将第五射频信号和第七射频信号合成为第八射频信号，并输出第八射频信号至待加热的腔体，不仅能够实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且还能提高功放效率和两路功放的隔离度，进而提高系统可靠性。

Description

微波加热装置和系统

技术领域

本发明涉及家电设备技术领域，尤其涉及一种微波加热装置和一种微波加热系统。

背景技术

随着技术的快速发展，用固态射频微波功放替代磁控管方案在领域的应用已经成为了一个新趋势。微波固态源加热装置，是采用固态有源器件，产生微波信号的装置。由于其具有使用寿命长，高精度输出功率控制，功率无衰减的优点，被广泛应用。

相关技术中，信号放大采用单管或对管，固态微波源的输出功率受限于功放厂家功放管的输出功率，无法根据产品需要设计所需的功率水平。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和研究做出的：

图1是相关技术中半导体射频能量加热的原理框图，如图1所示，由微波信号发生器④产生1MH～100GHz的任意点频的射频小信号，输出至放大器⑤进行射频信号放大，然后经由天线⑥馈入到电磁能接收腔体①，发送至腔体①的射频信号经由微波信号检测器②检测其能效后，将检测信息送入处理器③，由处理器③确定是否需要更改微波信号发生器④的频率配置和放大器⑤的增益配置。其中，射频信号放大部分直接采用大功率的单个功放管输出，即采用单个大功率放大器。

上述方案中存在的缺点是：采用单管或对管进行信号放大，使得固态微波源的输出功率受限功放厂家功放管的输出功率，无法根据产品需要设计所需的功率水平，并且当放大器出现故障时，就无法完成加热功能。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种微波加热装置，通过微带功分器和相位变换相结合实现功率合成，不仅可以采用小功率低成本的功放管实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且提高了两路功放的隔离度，可靠性增强，在其中一路发生损坏时，另一路可以独立工作，不会产生匹配不平衡导致的功放管烧毁问题。

本发明的第二个目的在于提出一种微波加热系统。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种微波加热装置，包括：微波信号发生器，用于生成并输出第一射频信号；第一微带功分器，用于将所述第一射频信号分为第二射频信号和第三射频信号，并输出所述第二射频信号和所述第三射频信号；第一放大单元，用于将所述第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并将所述第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号，并输出所述第五射频信号；第二放大单元，用于将所述第三射频信号的相位转换所述设定相位生成第六射频信号，并将所述第六射频信号放大所述设定倍数生成第七射频信号，并输出所述第七射频信号；第二微带功分器，用于将所述第五射频信号和所述第七射频信号合成为第八射频信号，并输出所述第八射频信号至待加热的腔体。

根据本发明实施例的微波加热装置，通过微波信号发生器生成并输出第一射频信号，经过第一微带功分器将第一射频信号分为第二射频信号和第三射频信号，并输出第二射频信号和第三射频信号，然后第一放大单元将第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并将第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号，并输出第五射频信号，第二放大单元将第三射频信号的相位转换设定相位生成第六射频信号，并将第六射频信号放大设定倍数生成第七射频信号，并输出第七射频信号，最后经过第二微带功分器将第五射频信号和第七射频信号合成为第八射频信号，并输出第八射频信号至待加热的腔体。该装置通过微带功分器和相位变换相结合实现功率合成，不仅可以采用小功率低成本的功放管实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且提高了两路功放的隔离度，可靠性增强，在其中一路发生损坏时，另一路可以独立工作，不会产生匹配不平衡导致的功放管烧毁问题。

另外，根据本发明上述实施例提出的微波加热装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一放大单元包括：第一放大器，用于将所述第二射频信号放大所述设定倍数生成所述第四射频信号，并输出所述第四射频信号；第一移相器，用于将所述第四射频信号的相位转换所述设定相位生成所述第五射频信号，并输出所述第五射频信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一放大器为功放管。

根据本发明的一个实施例，所述第一移相器为微带线。

根据本发明的一个实施例，所述第二放大单元包括：第二放大器，用于将所述第三射频信号的相位转换所述设定相位生成所述第六射频信号，并输出所述第六射频信号；第二移相器，用于将所述第六射频信号的相位转换所述设定相位生成所述第七射频信号，并输出所述第七射频信号。

根据本发明的一个实施例，所述第二放大器为功放管。

根据本发明的一个实施例，所述第二移相器为微带线。

根据本发明的一个实施例，所述设定相位为90度，所述微带线的长度等于所述第一射频信号的波长的四分之一。

根据本发明的一个实施例，上述的微波加热装置，还包括：微波信号检测器，用于检测所述第八射频信号的能效，并输出检测结果；处理器，用于根据所述检测结果调节所述微波信号发生器的频率设置，以及所述第一放大单元和所述第二放大单元的增益设置。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种微波加热系统，包括：腔体和上述的微波加热装置。

在本发明实施例的微波加热系统，通过上述的微波加热装置，不仅能够实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且还能提高功放效率和两路功放的隔离度，进而提高系统可靠性。

另外，根据本发明上述实施例提出的微波加热系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述腔体内设置有天线，所述微波加热装置通过所述天线输出第八射频信号至所述腔体。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中半导体射频能量加热的原理框图；

图2是根据本发明实施例的微波加热装置的方框示意图；

图3是根据本发明一个实施例的微波加热装置的方框示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的微波加热装置的方框示意图；以及

图5是根据本发明实施例的微波加热系统的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的微波加热装置和微波加热系统。

图2是根据本发明实施例的微波加热装置的方框示意图。

如图2所示，本发明实施例的微波加热装置可包括：微波信号发生器10、第一微带功分器20、第一放大单元30、第二放大单元40和第二微带功分器50。

其中，微波信号发生器10用于生成并输出第一射频信号。第一微带功分器20用于将第一射频信号分为第二射频信号和第三射频信号，并输出第二射频信号和第三射频信号。第一放大单元30用于将第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并将第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号，并输出第五射频信号。第二放大单元40用于将第三射频信号的相位转换设定相位生成第六射频信号，并将第六射频信号放大设定倍数生成第七射频信号，并输出第七射频信号。第二微带功分器50用于将第五射频信号和第七射频信号合成为第八射频信号，并输出第八射频信号至待加热的腔体。其中，设定倍数可根据实际需求进行设定，第一射频信号可以为1MH～100GHz任一点频的射频小信号。

具体地，在微波加热装置上电工作后，由微波信号发生器10产生1MH～100GHz任一点频的射频小信号(第一射频信号)，然后经过第一微带功分器20将第一射频信号分为两个射频信号，第二射频信号和第三射频信号(其中，第二射频信号和第三射频信号可以相同，也可以不同)。第二射频信号经过第一放大单元30先按照预设的倍数进行放大，生成第四射频信号，然后再将放大后的射频信号进行相位转换，得到第五射频信号。第三射频信号经过第二放大单元40先进行相位转换，生成第六射频信号，然后再将相位转换后的射频信号按照预设倍数进行放大，得到第七射频信号。第二微带功分器50对第一放大单元30输出的第五射频信号和第二放大单元40输出的第七射频信号进行合成，得到第八射频信号，并输出至待加热的腔体，从而实现按照用户需求的功率对带加热腔体进行加热。

需要说明的是，上述实施例中的第一放大单元和第二放大单元仅作为本发明的一个实施例，放大单元还可以为4个，6个，2*n个，n为大于等于1的正整数。其中，第一放大单元和第二放大单元为一个组合，如果设置四个放大单元，第三放大单元和第一放大单元的作用一样，先对射频信号进行放大，再进行相位转换，第四放大单元和第二放大单元作用一样，先对射频信号进行相位转换，再进行放大处理。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，第一放大单元30可包括：第一放大器31，用于将第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并输出第四射频信号；第一移相器32，用于将第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号，并输出第五射频信号。

继续参照图3，第二放大单元40包括：第二放大器41，用于将第三射频信号的相位转换设定相位生成第六射频信号，并输出第六射频信号；第二移相器42，用于将第六射频信号的相位转换设定相位生成第七射频信号，并输出第七射频信号。

其中，第一放大器31和第二放大器41可以为功放管，第一移相器32和第二移相器42可以为微带线，第一放大器31和第二放大器41可以为功放管，设定相位可以为90度，微带线的长度等于第一射频信号的波长的四分之一。

需要说明的是，设定相位还可以为180度，那么第一移相器32将第四射频信号的相位转换为180度，以生成第五射频信号，第二移相器42将第六射频信号的相位转换为180度，以生成第七射频信号，那么对应的微带线的长度等于第一射频信号的波长的二分之一。

具体地，以采用两路功放进行90°相位差合成为例进行举例说明。

第一微带功分器20输入端：微波信号发生器10产生的射频小信号经过第一微带功分器20一分为二(第二射频信号和第三射频信号)，第一路信号(第二射频信号)直接输入至第一放大器31，第二路信号(第三射频信号)经过一段四分之一波长的微带线之后，相位变换了90°再输入给第二放大器41。

第二微带功分器50输出端：第一路信号(第二射频信号)经过第一放大器31放大后再经过一段四分之一波长的微带线(第一移相器32)，相位变换90°，然后两路信号经过同等增益放大，同样相位变换再通过第二微带功分器50功率合成。例如，如果第一放大单元30的最大功率输出为20W，那么两路合成输出功率达40W。

其中，第一放大单元30作为主功放回路，第二放大单元40作为辅助功放回路，当第二放大器41工作时，将第一放大器31的阻抗减小，保证在第二放大器41工作时和后面电路组成的有源负载阻抗降低，这样第一放大器31输出电流就会变大，由于第一移相器32(第一射频信号的波长的四分之一)的存在，为了使两个功放输出同相，在第二放大器41前面也增加了第二移相器42(第一射频信号的波长的四分之一)进行90°相移。

引入第二放大器41使第一放大器31的负载减小了，因为第二放大器41对负载的作用相当于串连了一个负阻抗，所以即使主功放的输出电压饱和恒定，但输出功率因为负载的减小却持续增大(流过负载的电流变大)。当激励源达到峰值时，功放也达到了效率最大点，这样两个功放合在一起的效率就远远高于单个功放的效率。所以结构能达到很高的效率(每个放大器均达到最大输出效率)。

另外，由于两路功放是独立设置的，所以当其中一路出现故障时，另外一路仍然能够正常工作，以实现对带加热腔体进行加热，避免了相关技术中出现的当出现故障时，无法正常工作的情况。

需要说明的是，上述实施例中的两路功放仅作为本申请的一个实施例，还可以为4路，6路，2*n路，n为大于等于1的正整数，多路功放的工作原理与两路功放的原理相同，这里不再赘述。

由上述分析可知，本发明通过将微带功分器、放大器和相位变换结合在一起实现功率合成，不仅可以实现采用小功率、低成本的功放管实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且通过使用相位变换提高了整个功放模块效率，同时提高了两路功放的隔离度，使可靠性提升，当一路损坏时，另一路可完全独立工作，不会产生匹配不平衡导致功放管烧毁。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，上述的微波加热装置，还可包括：微波信号检测器60，用于检测第八射频信号的能效，并输出检测结果；处理器70，用于根据检测结果调节微波信号发生器10的频率设置，以及第一放大单元30和第二放大单元40的增益设置。

具体地，在第二微带功分器50输出第八射频信号后，由微波信号检测器60对其能效进行检测，并输出检测结果，处理器70根据检测结果判断是否需要调节微波信号发生器10输出的第一射频信号的频率，进而调节调节第一射频信号的波长，以及是否需要调节第一放大单元30和第二放大单元40的增益设置(即放大倍数和相位变换)。

综上所述，根据本发明实施例的微波加热装置，通过微波信号发生器生成并输出第一射频信号，经过第一微带功分器将第一射频信号分为第二射频信号和第三射频信号，并输出第二射频信号和第三射频信号，然后第一放大单元将第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并将第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号，并输出第五射频信号，第二放大单元将第三射频信号的相位转换设定相位生成第六射频信号，并将第六射频信号放大设定倍数生成第七射频信号，并输出第七射频信号，最后经过第二微带功分器将第五射频信号和第七射频信号合成为第八射频信号，并输出第八射频信号至待加热的腔体。该装置通过微带功分器和相位变换相结合实现功率合成，不仅可以采用小功率低成本的功放管实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且提高了两路功放的隔离度，可靠性增强，在其中一路发生损坏时，另一路可以独立工作，不会产生匹配不平衡导致的功放管烧毁问题。

图5是根据本发明实施例的微波加热系统的方框示意图。

如图5所示，本发明还提出的一种微波加热系统100，包括：腔体110和上述的微波加热装置120。

其中，如图4所示，腔体110内设置有天线111，微波加热装置120通过天线111输出第八射频信号至腔体110。

在本发明实施例的微波加热系统，通过上述的微波加热装置，不仅能够实现多路合成，输出需要的大功率信号，而且还能提高功放效率和两路功放的隔离度，进而提高系统可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种微波加热装置，其特征在于，包括：

微波信号发生器，用于生成并输出第一射频信号；

第一微带功分器，用于将所述第一射频信号分为第二射频信号和第三射频信号，并输出所述第二射频信号和所述第三射频信号；

第一放大单元，用于将所述第二射频信号放大设定倍数生成第四射频信号，并将所述第四射频信号的相位转换设定相位生成第五射频信号，并输出所述第五射频信号；

第二放大单元，用于将所述第三射频信号的相位转换所述设定相位生成第六射频信号，并将所述第六射频信号放大所述设定倍数生成第七射频信号，并输出所述第七射频信号；

第二微带功分器，用于将所述第五射频信号和所述第七射频信号合成为第八射频信号，并输出所述第八射频信号至待加热的腔体。

2.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述第一放大单元包括：

第一放大器，用于将所述第二射频信号放大所述设定倍数生成所述第四射频信号，并输出所述第四射频信号；

第一移相器，用于将所述第四射频信号的相位转换所述设定相位生成所述第五射频信号，并输出所述第五射频信号。

3.根据权利要求2所述的微波加热装置，其特征在于，所述第一放大器为功放管。

4.根据权利要求2所述的微波加热装置，其特征在于，所述第一移相器为微带线。

5.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述第二放大单元包括：

第二放大器，用于将所述第三射频信号的相位转换所述设定相位生成所述第六射频信号，并输出所述第六射频信号；

第二移相器，用于将所述第六射频信号的相位转换所述设定相位生成所述第七射频信号，并输出所述第七射频信号。

6.根据权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，所述第二放大器为功放管。

7.根据权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，所述第二移相器为微带线。

8.根据权利要求4或7所述的微波加热装置，其特征在于，所述设定相位为90度，所述微带线的长度等于所述第一射频信号的波长的四分之一。

9.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，还包括：

微波信号检测器，用于检测所述第八射频信号的能效，并输出检测结果；

处理器，用于根据所述检测结果调节所述微波信号发生器的频率设置，以及所述第一放大单元和所述第二放大单元的增益设置。

10.一种微波加热系统，其特征在于，包括：腔体和如权利要求1-9任一项所述的微波加热装置。

11.根据权利要求10所述的微波加热系统，其特征在于，所述腔体内设置有天线，所述微波加热装置通过所述天线输出第八射频信号至所述腔体。