CN110741731A - 具有贴片天线的微波烹饪器具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波烹饪器具（H），该微波烹饪器具具有由烹饪室壁（1；23）限定的烹饪室（G）和用于将微波导入到所述烹饪室（G）中的微波装置，该微波装置具有至少一个贴片天线（2；24），其中所述贴片天线（2；24）具有面状的基体（3）和隔开地将所述基体（3）覆盖的、能够用微波能量来馈给的面状的发射体（6；21），并且所述基体（3；25）和所述发射体（6；21）相对于彼此电绝缘，所述基体（3；25）对应于所述烹饪室壁（1）的一个区域。本发明尤其能够有利地应用于家用器具、特别是独立的微波器具或者具有微波功能的烤箱。

Description

具有贴片天线的微波烹饪器具

技术领域

本发明涉及一种微波烹饪器具，其具有由烹饪室壁限定的烹饪室和用于将微波导入到烹饪室中的微波装置，所述微波装置具有至少一个贴片天线（Patchantenne），其中贴片天线具有面状的基体和隔开地将所述基体覆盖的、能够用微波能量来馈给的面状的发射体，并且基体和发射体相对于彼此电绝缘。本发明尤其能够有利地应用于家用器具、特别是独立的微波器具或者具有微波功能的烤箱。

背景技术

WO 2016/043731 A1公开了一种微波烹饪器具，其具有：烹饪室，该烹饪室布置用于容纳负载；至少两个与至少一个微波发生器相耦合的贴片天线；以及控制单元。如此对至少两个贴片天线中的每个贴片天线进行配置，使得其能够将微波发射到靠近相应的贴片天线的烹饪室内部的预定义的直接加热区中。如此对控制单元进行配置，使得其针对至少两个贴片天线中的每个贴片天线选择能量水平，好像负载是静态的并且好像在至少两个贴片天线之间没有出现干涉。在这种情况下出现的缺点是，所使用的简单的贴片天线仅具有小的馈入带宽。

US 5,558,800公开了一种用于微波加热应用的微波功率发射器。在此公开，通常被包含在微波-功率晶体管包（Mikrowellen-Leistungstransistorpaket）中的输出调整网络以及用于此的晶体管-组合网络对于加热应用来说例如在微波器具中被取消。在一种变型方案中，四个微波硅双极晶体管的晶体管管芯（Transistor-Dies）直接与也被称为施加器（Applikator）的共同的贴片天线元件的低阻抗点相连接并且布置在烹饪室的壁中而不是布置磁控管中。每对功率晶体管在电气上相距半个波长并且横向于彼此地布置在天线上。晶体管以200°的相位差成对地运行，从而在天线中激发相互正交的纵向模式。除此以外，晶体管还在为其规定的频带范围内进行调频，以用于消除负载中的驻波、也就是消除被加热或被烹煮的物体或物质中的驻波。能够比如以两种不同的被允许用于加热应用的频率、典型地以915 MHz和2450 MHz来使用并且运行一个或多个贴片天线。在这里也出现缺点，即所使用的贴片天线具有仅仅小的馈入带宽。

US 2016/066369 A1将通过波导管进行的微波辐射的馈送与光源组合起来。波导管开口在此通过盖板、比如硅酸硼玻璃与烹饪室隔开。在波导管的旁边并且因此在微波场的外部有照明装置，该照明装置的光源通过贯穿开口同样被置于盖板的后面并且就这样通过玻璃来照明烹饪室。但是，在此必须注意，将照明装置安置在波导管横截面的外部，以使其不会遭受过多的微波辐射或者以便微波辐射没有不利地偏转（umleiten）。

发明内容

本发明的任务是，至少部分地克服现有技术的缺点并且特别是提供一种微波烹饪器具，该微波烹饪器具能够以简单且成本低廉的构造将具有较大带宽的微波馈入到烹饪室中。

该任务根据独立权利要求的特征来得到解决。优选的实施方式尤其能够从从属权利要求中得知。

该任务通过这样一种微波烹饪器具来得到解决，该微波烹饪器具具有由烹饪室壁限定的烹饪室以及用于将微波导入到烹饪室中的微波装置，其中微波装置具有至少一个贴片天线，所述贴片天线具有面状的基体和隔开地将基体覆盖的面状的发射体，所述发射体能够用微波能量来馈给，所述基体和所述发射体相对于彼此电绝缘，并且所述基体对应于烹饪室壁的一个区域。

这种微波烹饪器具所具有的优点是，贴片天线具有特别简单的、坚固的且成本低廉的构造并且此外能够将具有较大带宽的微波馈入到烹饪室中。

微波烹饪器具能够是纯粹的微波器具或微波组合器具、例如如下烹饪器具，该烹饪器具是或者具有带微波功能的烤箱。微波烹饪器具尤其是家用器具。

微波装置能够具有微波发生器（例如磁控管）和至少一根通向至少一个贴片天线的微波线路。

一种改进方案是，烹饪室壁的一个（部分）区域构成基体，该（部分）区域是烹饪室壁的一个平坦的部分区域。基体可导电并且处于预先给定的基准电位上。基体尤其能够用作接地端。

微波辐射的发射通过发射体来进行。发射体也可导电。微波的频率比如能够包括915 MHz或2.45 GHz。

“面状的本体”尤其能够是指一种本体，该本体在烹饪室壁的俯视图中具有明显的或不可忽略的侧向的伸展度（即高度和宽度）。贴片天线具有面状的基体和隔开地将基体覆盖的面状的发射体，这一点因此意味着，在基体和发射体之间存在着空腔。

一种改进方案是，发射体是板状的发射体。发射体尤其能够是平坦的发射体。发射体也能够被称为贴片或谐振器。在一种特别简单的实施方案中，发射体具有在俯视图中为矩形的形状，其中棱角能够被倒圆，以用于避免场过高和伴随的飞弧。然而，也能够考虑每种其他的面形状，其中发射体能够具有开口或切口。因此，发射体通常能够是非穿孔的或穿孔的（例如开槽的）本体。

烹饪室壁和发射体可导电。它们能够由金属、特别是由金属板构成。烹饪室壁和/或发射体能够被涂层。烹饪室壁也能够被称为马弗炉。

一种设计方案是，基体对应于烹饪室壁的凹处，发射体被装入到该凹处中，并且基体和发射体通过环绕的缝隙相对于彼此电绝缘。因此提供一种能够特别容易地制造的并且紧凑的贴片天线。

一种改进方案是，凹处是压印部或者隆起。作为替代方案，它能够是材料凹陷部或者是烹饪室壁的单独制造的并且而后被装入的零件。

所述缝隙尤其是在所述凹处的俯视图中环绕的缝隙。所述缝隙尤其能够具有实际上恒定的缝隙宽度。

一种改进方案是，所述缝隙是气隙。

还有一种设计方案是，所述缝隙借助于电绝缘的封闭材料来封闭或密封。封闭材料的使用产生以下优点，即缝隙机械地被桥接并且因此能够稳定地使发射体定位并且得到固定。除此以外，基体和发射体之间的空腔有利地得到了保护以免受污染和/或其他环境影响并且因此经受较小的热负荷。

一种改进方案是，仅仅所述缝隙而不是发射体在烹饪室侧的表面借助于电绝缘的封闭材料来封闭或密封。

一种作为替代方案的设计方案是，封闭材料在烹饪室侧覆盖所述缝隙以及所述发射体的至少一个部分面、必要时也覆盖在贴片天线的外部与所述缝隙邻接的烹饪腔室壁。这能够特别容易地例如成本低廉地用常规的烹饪室涂层来施加封闭材料。此外，发射体的烹饪室侧的表面因此也能够得到保护和/或在功能上得到利用。也能够进行特别容易的清洁。除此以外，能够特别容易地使贴片天线的外观与其余的烹饪室壁相匹配。

一种改进方案是，封闭材料层状地仅仅覆盖所述缝隙和所述发射体的烹饪室侧的表面。而后，发射体的烹饪室侧的表面能够根据封闭材料的在那里的厚度而降低，使得贴片天线再次与周围的壁面齐平地布置或者贴片天线面齐平地被接入到烹饪室壁或周围的壁中。

另一种设计方案是，封闭材料是玻璃或玻璃陶瓷。这种安排的优点是，封闭材料在机械、化学和热方面尤其具有抵抗力。特别地，封闭材料而后能够经得住例如高达300℃的典型的烤箱温度。当在具有微波功能的可热解烤箱中使用时，封闭材料也能够经得住450°C或更高的典型的热解温度，而不会损坏。

一种改进方案是，基体与发射体之间的体积或空腔填充有电绝缘的、尤其是耐温的密封材料、例如玻璃棉或陶瓷泡沫，以用于实现更好的绝热或抗电强度。

还有一种设计方案是，所述缝隙借助于透光的电绝缘的封闭材料来封闭并且微波器具具有至少一个光源，所述光源的光能够从烹饪室的外部耦入到封闭材料中。这具有的优点是，贴片天线也能够用作烹饪室照明装置。在此利用以下效应，如果通过至少一个能够定位在贴片天线的内部或外部的光源来照射封闭材料，则能够将光定向地或漫射地发射到烹饪室中。

一种改进方案是，至少一个光源将其光侧向地耦入到封闭材料中。封闭材料然后能够用作光导体并且特别是在其整个长度或其整个圆周的范围内再次将光耦出。因此能够提供用于将光输出到烹饪室中的大的光发射面。为了特别均匀地将光输出到烹饪室中，能够使封闭材料的烹饪室侧的表面相应地结构化、例如使其粗糙。

光能够特别是通过被安置在封闭材料上的光源紧接着或直接被耦入到处于所述缝隙中的封闭材料中。

一种改进方案是，光通过光波导或者通过波导管或空气隙（Luftstrecke）（间接地）被耦入到处于所述缝隙中的封闭材料中。换句话说，在处于所述缝隙中的封闭材料和光源之间存在着至少一个光波导（光导纤维或波导管）或空气隙。这样做的优点是，光源能够相对于贴片天线以较大的距离来定位。由此，能够更容易地使光源相对于烹饪室隔热并且使其没有暴露于微波辐射。

一种普通的改进方案是，至少一个光源如此布置，使得该光源将其光发射到基体与发射体之间的空腔中。处于所述缝隙中的透光的封闭材料而后用作透光元件或窗口。光源例如能够布置在基体的区域中、例如通过基体中的开口来伸出或射入。

也有一种设计方案是，烹饪室壁的提供基体的凹处对应于烹饪室照明装置的一个凹处。因此可能的是，烹饪室壁中的为照明目的而设置的凹处或凹口也容纳着发射体或贴片天线，并且发射体也使这个空间相对于环境影响得到密封。通过这种方式，能够将光从天线单元输出到这个空间的透光壁部上并且通过这种方式将光辐射到烹饪室中。

此外，一种设计方案是，贴片天线的面向空腔的内表面构造为反射的结构。这提高了用于被辐射到空腔中的光的耦出效率。特别地，基体的与空腔邻接的表面为此能够构造为反射的结构。内表面能够构造为漫反射的和/或镜面反射的结构。

一种改进方案是，微波装置具有与发射体相耦合的微波输入装置。因此，能够将微波能量导送给发射体。所述耦合能够是电感耦合、波耦合等。通常，能够如此选择内部导体在发射体上的耦合位置，从而产生尽可能有利的发射特征。

此外，一种设计方案是，微波装置具有如下微波输入装置，该微波输入装置与发射体电容地耦合。与传统的贴片天线相比，尤其通过天线的电容的耦合来有利地实现明显更大的带宽。因此能够在较大的频率范围内无损耗地进行馈入。在此，电容的耦合的结构上的设计方案原则上不受限制。

此外，一种设计方案是，微波输入装置是同轴线路（Koaxialleitung）、例如同轴电缆。同轴线路的内部导体以高频技术与发射体相耦合。外部导体能够被电连接到烹饪室壁或另一地电位上。一种改进方案是，内部导体电绝缘地穿过基体并且进一步穿过空腔被导引到发射体。内部导体比如通过气隙或者通过电绝缘的材料或电介质尤其与发射体电绝缘。

此外，一种设计方案是，同轴线路的内部导体松动地（换句话说不与发射体接触）被插入到发射体的套筒状的容纳区域中并且内部导体与套筒状的容纳区域之间的间隙填充有电介质。这具有以下优点：能够容易并且精确地使内部导体得到定位和固定并且容易地建立电容耦合。套筒状的容纳区域至少安置在发射体的空腔侧的表面或背面或者下侧面上。因此，在发射体的背面上存在着套筒状的几何结构，该几何结构与同轴线路的内部导体以及处于其之间的电介质一起形成圆柱形电容器。圆柱形电容器能够被一直穿引到烹饪室侧的表面或正面。作为替代方案，发射体的内部中的内部导体能够通过电介质来封闭，其中而后发射体的正面形成连贯的平面。

也能够取代同轴线路而使用每种其他合适的微波线路、例如波导管、微带线路等。

此外，一种设计方案是，在烹饪室壁上存在着多个贴片天线，它们相对于彼此扭转地定向。贴片天线的扭转带来的优点是，微波的极化方向因此也被扭转并且由此能够减少贴片天线之间的微波的传输。一种改进方案是，贴片天线相对于彼此扭转了90°，该改进方案有利于特别有效地抑制贴片天线之间的微波传输。

附图说明

本发明的上面所描述的特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式方法结合以下对一种实施例所作的概括的描述而变得更加清楚易懂，结合附图对所述实施例进行详细解释。

图1作为剖面图以斜视图示出了根据第一种实施例的贴片天线的区域中的烹饪室壁的截取部分；

图2作为剖面图以侧视图示出了内部导体和贴片天线的发射体的电容耦合的第一种变型方案；

图3作为剖面图以侧视图示出了内部导体和贴片天线的发射体的电容耦合的第二种变型方案；

图4示出了贴片天线的频率响应曲线；并且

图5作为剖面图以斜视图示出了根据第二种实施例的贴片天线的区域中的烹饪室壁的截取部分。

具体实施方式

图1作为剖面图以斜视图示出了家用烹饪器具H的烹饪室壁1的、在贴片天线2的区域中的截取部分。贴片天线2特别是沿着剖切面镜像对称地构成。

烹饪室壁1限定烹饪室G。贴片天线2具有呈烹饪室壁1的部分区域的形式的面状的基体3，在该基体上存在着凹处4。因此，基体3对应于烹饪室壁1的一个区域。凹处4在这里构造为以材料移除的方式制成的凹处。

凹处4的烹饪室侧的平坦的底部5被板状的发射体（“贴片”6）所覆盖。贴片6如此被装入到凹处4中，使得其以其面向烹饪室G的上侧面7在实际上与烹饪室壁1面齐平地布置。基体3尤其对应于烹饪室壁1的、在平坦的底部5下方、必要时也在凹处4的侧边缘下方的一个区域。

底部5和贴片6可导电。为此，它们能够具有相应的金属区域、例如分别具有金属板。底部5和贴片6的金属能够相同或不同。因此，底部5和贴片6都能够具有钢板或者由钢板构成。作为替代方案，底部能够具有钢板或者由钢板构成，而贴片6则能够具有铜板或由铜板构成。

底部5和贴片6彼此平行地布置。凹处4和贴片6形成并且限定空腔8。底部5和贴片6具有在俯视图中为矩形的基本形状，其棱角能够经过倒圆。

烹饪室壁1的限定凹处4的边缘和贴片6的边缘通过环绕的矩形的环形缝隙9彼此分开。环形缝隙9填充有呈玻璃或玻璃陶瓷形式的电绝缘的封闭材料10。因此，基体3和贴片6相对于彼此电绝缘，因为空腔8也起电绝缘的作用。为此，空腔8也能够填充有空气或玻璃棉等。

能够向贴片6馈给微波能量。为此使用如下同轴线路11，该同轴线路被耦联到微波发生器（无图示）上。同轴线路11的内部导体12穿过基体3中的钻孔13并且进一步穿过空腔8直至贴片6的背面14。内部导体12相对于烹饪室壁1电绝缘，为此在这里内部导体12和基体3之间的间隙填充有电介质15。电介质15也用于机械地固定内部导体12。

此外，内部导体12相对于贴片6电绝缘，因此在这些组件之间实现了用于微波的电容耦合。

在一种变型方案中，封闭材料10是透光的。家用器具H具有至少一个光源、例如LED16，其光L能够从烹饪室G的外部耦入到封闭材料10中。LED 16能够将其光L直接射入到封闭材料10中、例如射入到侧边缘中。封闭材料10然后用作光导体并且将光L分布在其周围。然后，光L被射入到烹饪室G中，必要时也部分地被射入到空腔8中。封闭材料10因此用于照明烹饪室。

作为替代方案或补充方案，至少一个光源、比如LED 17能够将其光直接射入到空腔8中。为此，LED 17能够布置在凹处4的底部5的区域中。封闭材料10而后用作让光进入到烹饪室G中的窗口。

为了提高光效率，贴片天线2的面向空腔8的内表面能够构造为反射的结构，比如凹处4的表面、包括底部5和/或贴片6的背面14能够构造为反射的结构。

如果在烹饪室壁1中、特别是在烹饪室壁1的一侧中存在多个贴片天线2，那么这些贴片天线在俯视图中能够相对于彼此扭转地定向。

图2作为剖面图以侧视图作为截取部分示出了内部导体12和贴片天线2的贴片6的电容耦合的第一变型方案。

为此，贴片6具有在后面伸到空腔8中的管状或套筒状的容纳区域18。在这里，容纳区域18连贯地由贴片6构成并且因此汇入到烹饪室G。内部导体12被松动地插入到容纳区域18中。内部导体12和套筒状的容纳区域18之间的管状的间隙19填充有电介质20。这具有以下优点：容易并且精确地使内部导体12定位并且得到固定并且容易建立电容耦合。套筒状的容纳区域18与同轴线路的内部导体12和处于其之间的电介质20一起尤其形成圆柱形电容器。圆柱形电容器在这里一直被穿引到贴片6的烹饪室侧的表面7。

电介质15和20能够相同或不同。

图3作为剖面图以侧视图示出了内部导体12和贴片天线2的贴片21的电容耦合的第二种变型方案。贴片21与贴片6相类似地构成，但是其中现在套筒状的容纳区域22不是贴片21的一个板状的部分区域而是邻接贴片21的该板状的部分区域。因此，容纳区域22向前或者相对于烹饪室G被封闭。贴片21的面向烹饪室G的正面7形成连贯的平面。

图4关于x轴上的以GHz计的频率在y轴上作为以dB计的反射因子的|11|的图形示出了贴片天线2的频率响应曲线FGE。频率响应曲线FGE具有比传统的贴片天线的频率响应曲线FGH宽得多的带宽。对于已知的2.45 GHz的微波频率来说，两条频率响应曲线FGE和FGH都具有极限位置。

图5作为剖面图以斜视图示出了烹饪室壁23的在贴片天线24的区域中的截取部分。贴片天线24具有与贴片天线2相同的基本构造。然而，基体25现在已经不是通过材料移除而是通过压印部等来制造，所述基体25的表面形成烹饪室壁23的凹处4（必要时也仅仅形成其底部5）。

此外，现在封闭材料10也层状地在凹处4的外部覆盖贴片21和烹饪室壁23。在总体上提供了封闭材料10的朝向烹饪室G的光滑层。

贴片天线24也能够构造用于将光辐射到烹饪室中（无图示）。

当然，本发明并不局限于所示出的实施例。

通常“一个”、“一根”等等能够是指单个数目或者说特别是在“至少一个”或者“一个或多个”等等的意义上是指多个数目，只要这一点没有比如被表述“刚好一个”明确排除。

数字说明也不仅能够包括所说明的数字而且能够包括常见公差范围，只要这一点未明确被排除。

附图标记列表

1烹饪室壁

2贴片天线

3基体

4凹处

5底部

6贴片

7上侧面

8空腔

9环形缝隙

10封闭材料

11同轴线路

12内部导体

13钻孔

14贴片的背面

15电介质

16 LED

17 LED

20容纳区域

19间隙

20电介质

21贴片

22容纳区域

23烹饪室壁

24贴片天线

25基体

FGE频率响应曲线

FGH频率响应曲线

G烹饪室

H家用烹饪器具

L光。

Claims (13)

1.微波烹饪器具（H），其具有

- 由烹饪室壁（1；23）限定的烹饪室（G），以及

- 用于将微波导入到所述烹饪室（G）中的微波装置，该微波装置具有至少一个贴片天线（2；24），其中

- 所述贴片天线（2；24）具有面状的基体（3）和隔开地将所述基体（3）覆盖的、能够用微波能量来馈给的面状的发射体（6；21），并且

- 所述基体（3；25）和所述发射体（6；21）相对于彼此电绝缘，

其特征在于，

- 所述基体（3；25）对应于所述烹饪室壁（1）的一个区域。

2.根据权利要求1所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述基体（3；25）对应于所述烹饪室壁（1；23）的一个凹处（4），所述发射体（6；21）被装入到所述凹处（4）中，并且所述基体（3）和所述发射体（6；21）通过环绕的缝隙（9）相对于彼此电绝缘。

3.根据权利要求2所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述缝隙（9）借助于电绝缘的封闭材料（10）来封闭。

4.根据权利要求3所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述封闭材料（10）在烹饪室侧覆盖所述发射体（6）和所述缝隙（9）。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述封闭材料（10）是玻璃或玻璃陶瓷。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，

- 所述缝隙（9）借助于透光的电绝缘的封闭材料（10）来封闭，并且

- 所述微波烹饪器具（H）具有至少一个光源（16、17），所述光源的光（L）能够从所述烹饪室（G）的外部耦入到所述封闭材料（10）中。

7.根据权利要求6所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述烹饪室壁（1；23）的凹处（4）对应于烹饪室照明装置的凹处。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述贴片天线（2；24）的内表面（5、14）构造为反光的结构。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述发射体（6；21）在其面向所述烹饪室（G）的一侧（7）上与所述烹饪室壁（1；23）面齐平地布置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述微波装置具有如下微波输入装置，所述微波输入装置与所述发射体电容地耦合。

11.根据权利要求10所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述微波输入装置是同轴线路（11）。

12.根据权利要求11所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，所述同轴线路（11）的内部导体（12）被松动地插入到所述发射体（6；21）的套筒状的容纳区域（20；22）中并且所述内部导体（12）与所述套筒状的容纳区域（20；22）之间的间隙（17）填充有电介质（20）。

13.根据前述权利要求中任一项所述的微波烹饪器具（H），其特征在于，在所述烹饪室壁（1；23）上、特别是在所述烹饪室壁（1；23）的一侧上存在着多个贴片天线（2；24），所述贴片天线相对于彼此扭转地定向。

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