CN111083822B - 带加热时间估计的组合式rf和热加热系统 - Google Patents

带加热时间估计的组合式rf和热加热系统 Download PDF

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Abstract

加热系统的实施例包括配置成容纳装料的腔室、热加热系统和RF加热系统。所述RF加热系统包括：系统控制器、RF信号源、从所述RF信号源接收RF信号并将所得电磁能辐射到所述腔室中的一个或多个电极，以及耦合在所述RF信号源与所述一个或多个电极之间的可变阻抗匹配网络。所述系统控制器可以监测所述可变阻抗匹配网络的阻抗状态以识别改变点的发生。所述系统控制器可以基于所述改变点而估计所述装料的质量和烹饪所述装料的时间和/或能量要求。如果符合所述时间或能量要求，那么所述系统控制器可以采取关闭所述RF加热系统和/或热加热系统的动作。

Description

带加热时间估计的组合式RF和热加热系统
技术领域
本文中所描述的主题的实施例大体上涉及使用多个加热源加热腔室内的装料的设备和方法。
背景技术
常规的食物加热系统具有若干种形式，主要区别在于用于加热系统腔室内的食物的加热源。最常见的食物加热系统包括常规炉、对流炉和微波炉。常规炉包括其中安置有一个或多个辐射加热元件的炉腔室。电流穿过加热元件，且元件电阻使每个元件和元件周围的环境空气变热。对流炉包括炉腔室、加热元件和/或风扇总成，其中加热元件可以包括在风扇总成中或者可以位于炉腔室内。基本上，风扇总成用于在整个炉腔室内循环通过加热元件升温的空气，从而在整个腔室内产生更均匀的温度分布，并因此实现比常规炉更快且更均匀的烹饪。最后，微波炉包括炉腔室、腔室磁控管和波导。腔室磁控管产生电磁能，通过波导进入炉腔室。电磁能(或微波辐射)冲击食物装料，从而加热食物外层。例如，在典型的2.54吉兆赫的微波炉频率下，使用微波加热，可以均匀地加热均匀高含水量的食物块团的外部大约30毫米。
上述常规食物加热系统中的每一个在它加热和/或烹饪食物时都具有优点和缺点。例如，常规炉构造简单、可靠且相对便宜。另外，它们非常善于在食物的外表面中产生美拉德反应(Maillard reaction)，这对棕色化和脆化是至关重要的。然而，常规炉的食物烹饪速度相对较慢。对流炉的烹饪性能与常规炉可为类似的，但是烹饪时间更快。但是对流炉风扇总成使得炉的制造和维修更加昂贵。最后，微波炉所能实现的食物烹饪速度比常规和对流炉快得多。然而，微波能量往往不会在食物中产生所要的美拉德反应，因此微波炉不能很好地进行棕色化和脆化。给定上方列出的常规食物加热系统的特征，器具制造商力求开发出具有所述各种系统的优点同时克服了它们的不足的改进型系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种加热系统，包括：
腔室，其配置成容纳装料；
热加热系统，其与所述腔室流体连通，其中所述热加热系统配置成加热空气；以及
射频(RF)加热系统，其包括
RF信号源，其配置成产生RF信号，
一个或多个电极，其配置成通过传输路径接收所述RF信号，
可变阻抗匹配网络，其沿着所述RF信号源和所述一个或多个电极之间的传输路径电耦合，所述可变阻抗匹配网络包括至少一个可变组件，以及
系统控制器，其配置成执行用于进行以下操作的指令：
监测所述可变阻抗匹配网络的阻抗状态，
基于所监测的阻抗状态，识别在加热操作期间改变点在改变点时间处已发生且对应于改变点状态，所述改变点状态对应于所述可变阻抗匹配网络在所述改变点时间处的第一阻抗状态值，
基于所述第一阻抗状态值，自动识别所述加热操作的完成，以及
响应于识别出所述加热操作的完成，自动采取动作。
在一个或多个实施例中，自动采取动作选自由以下组成的群组：关闭所述热加热系统、关闭所述RF加热系统和产生所述加热操作完成的用户可感知指示。
在一个或多个实施例中，所述系统控制器进一步配置成执行用于进行以下操作的指令：
基于所述改变点状态，确定所估计装料质量，其中自动识别所述加热操作的完成另外至少基于所述所估计装料质量。
在一个或多个实施例中，识别改变点已发生包括：
通过比较确定所述第一阻抗状态值大于先前确定的所述可变阻抗匹配网络的第二阻抗状态值；以及
将所述改变点时间识别为对应于与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳。
在一个或多个实施例中，识别改变点已发生包括：
监测从与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳开始已经过去的第一时间，其中所述可变阻抗匹配网络的重新配置在所述第一时间期间尚未发生；
确定所述第一时间超过预定时间阈值；以及
将所述改变点时间识别为对应于所述第一时间和与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳的总和。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成包括：
基于所述所估计装料质量、所述腔室的温度和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间，其中所述预定温度闽值大于20℃；以及
确定从所述改变点时间开始已经过去所述所估计时间。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成包括：基于所述所估计装料质量、所述腔室的温度、所述RF信号的能量和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量，其中所述预定温度阈值大于20℃。
在一个或多个实施例中，识别所述加热操作的完成进一步包括：
周期性地确定施加到所述装料的所估计能量；以及
确定施加到所述装料的所述所估计能量超过所估计的所需能量。
在一个或多个实施例中，所述RF加热系统进一步包括：
功率检测电路系统，其配置成检测沿着所述传输路径的反射信号功率；以及
RF加热系统控制器，其电耦合到所述功率检测电路系统和所述可变阻抗匹配网络，其中所述RF加热系统控制器配置成基于所述反射信号功率而修改所述可变阻抗匹配网络的可变组件值以减小所述反射信号功率。
根据本发明的第二方面，提供一种操作包括配置成容纳装料的腔室的加热系统的方法，所述方法包括：
通过以下操作来执行加热操作：
由与所述腔室流体连通的热加热系统加热所述腔室中的空气，以及
在加热所述腔室中的所述空气的同时，由射频(RF)信号源向电耦合于所述RF信号源与第一和第二电极之间的传输路径供应一个或多个RF信号，所述第一和第二电极横跨所述腔室定位且为电容式耦合的，其中所述第一和第二电极中的至少一个接收所述RF信号并将所述RF信号转换成辐射到所述腔室中的电磁能；
通过控制器修改可变阻抗匹配网络的阻抗状态以减小沿着所述传输路径的反射信号功率；
通过所述控制器监测所述可变阻抗匹配网络的所述阻抗状态；
基于所监测的阻抗状态，通过所述控制器自动确定在加热操作期间改变点在改变点时间处已发生且对应于改变点状态，所述改变点状态对应于所述可变阻抗匹配网络在所述改变点时间处的第一阻抗状态值；
基于所述第一阻抗状态值，通过所述控制器自动识别所述加热操作的完成；以及
响应于识别出所述加热操作的完成，通过所述控制器自动采取动作。
在一个或多个实施例中，自动采取动作包括以下中的一个或多个：
通过所述控制器关闭所述热加热系统，
通过所述控制器关闭所述RF加热系统，以及
通过所述控制器产生所述加热操作完成的用户可感知指示。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：
基于所述改变点状态，通过所述控制器确定所估计装料质量，其中自动识别所述加热操作的完成另外至少基于所述所估计装料质量。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：
通过由所述控制器执行的比较确定所述第一阻抗状态值大于先前确定的所述可变阻抗匹配网络的第二阻抗状态值；以及
通过所述控制器将所述改变点时间识别为对应于与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括；
通过所述控制器监测从与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳开始已经过去的第一时间，其中所述可变阻抗匹配网络的重新配置在所述第一时间期间尚未发生；
通过所述控制器确定所述第一时间超过预定时间阈值；以及
通过所述控制器将所述改变点时间识别为对应于所述第一时间和与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳的总和。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成包括：
基于所述所估计装料质量、所述腔室的温度和所定义装料类型，通过所述控制器确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间，其中所述预定温度阈值大于20℃；以及
通过所述控制器确定从所述改变点时间开始已经过去所述所估计时间。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成包括：
基于所述所估计装料质量、所述腔室的温度、所述RF信号的能量和所定义装料类型，通过所述控制器确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量，其中所述预定温度阈值大于20℃。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成进一步包括：
通过所述控制器周期性地确定施加到所述装料的所估计能量；以及
通过所述控制器确定施加到所述装料的所述所估计能量超过所估计的所需能量。
根据本发明的第三方面，提供一种耦合到配置成容纳装料的腔室的热增加系统，所述热增加系统包括：
热加热系统，其与所述腔室流体连通，其中所述热加热系统配置成加热空气；以及
射频(RF)加热系统，包括：
电极，其安置成接近所述腔室；
RF信号源，其配置成通过传输路径向所述电极输出RF信号；
可变阻抗匹配网络，其沿着所述传输路径电耦合；以及
控制器，其配置成执行用于进行以下操作的指令：
监测所述可变阻抗匹配网络的阻抗状态，所述可变阻抗匹配网络的所述阻抗状态对应于相应阻抗状态值和相关联的时间戳；
基于在两个连续阻抗状态值之间观察到的增加，识别在加热操作期间改变点已在改变时间处并在改变点状态下发生，其中所述改变时间对应于第一时间戳，所述第一时间戳对应于所述两个连续阻抗状态值中的第一阻抗状态值，并且其中所述改变点状态对应于所述第一阻抗状态值；
至少基于所述第一阻抗状态值，确定所估计装料质量；
至少基于所述改变点时间、所述第一阻抗状态值和所述所估计装料质量，自动识别所述加热操作的完成；以及
响应于识别出所述加热操作的完成，自动采取动作。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成包括：
基于所述所估计装料质量、所述第一时间、所述腔室的温度和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间，其中所述预定温度阈值大于20℃，并且其中所述控制器另外配置成执行用于确定已经过去所述所估计时间的指令，其中响应于确定已经过去所述所估计时间，执行对所述加热操作的完成的识别。
在一个或多个实施例中，自动识别所述加热操作的完成包括基于所述所估计装料质量、所述改变点时间、所述腔室的温度、所述RF信号的能量和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量，其中所述预定温度阈值大于20℃，并且其中所述控制器另外配置成执行用于进行以下操作的指令：
周期性地确定施加到所述装料的所估计能量；以及
确定施加到所述装料的所述所估计能量超过所估计的所需能量，其中响应于确定施加到所述装料的所述所估计能量超过所述所估计的所需能量，执行对所述加热操作的完成的识别。
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
结合以下图式考虑，同时通过参考详细描述和权利要求书得到对主题的较完整理解，图式中类似参考标号遍及各图指代类似元件。
图1是根据示例实施例的具有射频(RF)加热系统和对流加热系统的加热器具的透视图；
图2是根据示例实施例的平面结构(例如，架或电极)的俯视图；
图3是根据示例实施例的网格型结构(例如，架或电极)的俯视图；
图4是根据示例实施例的具有RF加热系统和辐射加热系统的加热器具的透视图；
图5是根据示例实施例的具有RF加热系统和气体加热系统的加热器具的透视图；
图6是根据示例实施例的具有RF加热系统和热加热系统的非平衡加热设备的简化框图；
图7是根据示例实施例的单端可变电感匹配网络的示意图；
图8是根据示例实施例的单端可变电容式匹配网络的示意图；
图9是根据另一示例实施例的具有RF加热系统和热加热系统的平衡加热设备的简化框图；
图10是根据示例实施例的双端可变电感匹配网络的示意图；
图11是根据示例实施例的双端可变电容匹配网络的示意图；
图12是根据示例实施例的RF模块的透视图；
图13是根据示例实施例的操作具有RF加热系统和热加热系统的加热器具的方法的流程图；
图14是根据示例实施例的执行与加热系统门的状态相关联的临时停止过程的方法的流程图；
图15是根据示例实施例的执行可变匹配网络校准过程的方法的流程图；
图16是绘制初始冷冻食物装料的内部温度相较于仅对流加热器具及包括RF加热系统和热加热系统的加热器具的实施例的处理时间的图；
图17是绘制初始冷藏食物装料的内部温度相较于仅对流加热器具及包括RF加热系统和热加热系统的加热器具的实施例的处理时间的图；
图18是根据示例实施例的估计装料结束烹饪之前的剩余时间并在所估计时间到期时停止RF和对流加热的方法的流程图；
图19是根据示例实施例的估计结束烹饪装料所需的能量并在施加所估计量的能量后停止RF和对流加热的方法的流程图；
图20是根据示例实施例的绘制初始冷冻食物装料的内部温度和RF加热系统的可变阻抗匹配网络的阻抗设定相较于包括RF加热系统和热加热系统的加热器具的实施例的处理时间的图，其中基于阻抗设定的改变速率在超过一预定时间段内为零而识别改变点；以及
图21是根据示例实施例的绘制初始冷冻食物装料的内部温度和RF加热系统的可变阻抗匹配网络的阻抗设定相较于包括RF加热系统和热加热系统的加热器具的实施例的处理时间的图，其中基于阻抗设定的改变速率的方向的改变而识别改变点。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅为说明性的，且并不意图限制主题的实施例或此类实施例的应用和使用。本文中所使用的词语“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，并不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。
本文中所描述的主题的实施例涉及包括多个加热系统的加热器具、设备和/或系统，所述加热系统可同时操作以便加热系统腔室内的装料(例如，食物装料)。所述多个加热系统包括射频(RF)加热系统和“热”加热系统。RF加热系统包括固态RF信号源、可变阻抗匹配网络和两个电极，其中所述两个电极由系统腔室间隔开。更确切地说，RF加热系统是“电容式”加热系统，因为所述两个电极用作电容器的电极(或板)，且电容器介电质基本上包括系统腔室中位于所述两个电极之间的部分以及其中所容纳的任何装料。热加热系统可包括加热腔室内的空气的任何一个或多个系统，例如一个或多个电阻加热器、对流风机、对流风扇加电阻加热元件、气体加热系统等等。RF加热系统在腔室内且在电极之间产生电磁场以对装料进行电容式加热。热加热系统加热腔室内的空气。相比于单独的热加热系统，组合式RF和热加热系统可以更快速地加热装料。另外，在腔室中辐射的RF能量可以提供对装料中心的更均匀加热，并且因此使得烹饪时间更短。已经发现相比于使用单独的常规微波能量场和常规热加热系统所可能实现的，使用本发明主题的实施例产生的电磁场可以更深入地穿入到食物装料中。另外，组合式RF和热加热系统可以实现单独使用常规微波炉系统难以实现的装料的棕色化和脆化。
热加热系统的实施例至少包括加热元件和腔室温度控制系统。热加热系统可包括例如对流加热系统、辐射加热系统和气体加热系统。对流加热系统包括配置成在系统腔室内循环空气的风扇。在一些实施例中，对流加热系统还包括加热空气的加热元件(例如，对流加热系统可包括具有集成的加热元件的对流风机)。在其它实施例中，可以使用不同加热元件来加热系统腔室内的空气，且对流系统可以只循环受热空气。辐射加热系统可包括一个或多个加热元件(例如，加热线圈)，所述一个或多个加热元件安置在系统腔室内且配置成加热腔室内的空气。最后，气体加热系统包括气体喷嘴子系统和配置成点燃通过喷嘴子系统释放的天然气的点火(pilot lighting)子系统。燃烧的天然气使得腔室内的空气受热。这些热加热系统中的每一个还包括腔室温度控制系统，所述腔室温度控制系统配置成感测系统腔室内的空气的温度，并且启动、停用或调整热加热系统的加热元件的运行以将腔室内的空气温度维持在涵盖所定义处理温度(例如，用户通过用户接口指定的腔室温度设定点)的相对较小温度范围内。
包括在加热设备以及热加热系统中的RF加热系统的实施例在若干个方面不同于常规微波炉系统。例如，RF加热系统的实施例包括固态RF信号源，而不是用于常规微波炉系统中的磁控管。固态RF信号源的利用可以优于磁控管，因为固态RF信号源可为明显更轻且更小，并且随时间推移不大可能存在性能下降(例如，电力输出损耗)。另外，RF加热系统的实施例在显著低于通常用于常规微波炉系统中的2.54吉兆赫(GHz)频率的频率下在系统腔室中产生电磁能。在一些实施例中，例如，RF加热系统的实施例在极高频率(VHF)范围(例如，30兆赫兹(MHz)到300MHz)内的频率下在系统腔室中产生电磁能。用于各种实施例的明显更低的频率可以使能量更深地穿入到装料中，并且因此实现可能更快且更均匀的加热。又另外，RF加热系统的实施例包括单端或双端可变阻抗匹配网络，所述可变阻抗匹配网络基于所反射RF功率的量值而进行动态控制。此动态控制使得系统能够在整个加热过程内提供RF信号产生器和系统腔室(加装料)之间的良好匹配，从而可以使得系统效率提高且加热时间缩短。
如将描述，组合式RF和热加热系统能够向食物装料施加比常规的仅热加热系统更多的总能量，使得所需的烹饪时间显著缩短。然而，更熟悉常规的仅热加热系统的组合式RF和热加热系统的用户可能不确定在组合式RF和热加热系统中结束特定食物装料的烹饪所花费的时间。因此，可能有利的是组合式RF和热加热系统估计食物装料将何时结束烹饪，并将此信息呈现给用户，和/或在一些实施例中，在确定加热操作完成时自动关闭系统。
例如，在加热初始冷冻的食物装料时，当食物装料的温度上升到食物装料从冷冻状态转变到处于大约0-1℃的解冻状态的点，食物装料的阻抗可减小，在这之后，当食物装料的温度增加到超过这个点，食物装料的阻抗可增大。食物装料温度在转变点之后的改变可以是相当线性的，使得能够估计结束烹饪食物装料所需(例如，使食物装料的内部温度达到处于或约为食物装料被视为经过适当烹饪的温度的预定阈值温度所需)的时间和/或能量。如下文将描述，RF和热加热系统中的RF系统可包括可变阻抗匹配网络，所述可变阻抗匹配网络周期性地重新配置成具有与装料的阻抗(例如，食物装料的阻抗加上腔室自身的阻抗)存在可接受或“最佳”匹配的阻抗。因此，可变阻抗匹配网络的阻抗在加热操作期间的改变速率可与食物装料的阻抗的改变速率有关(例如，当食物装料的阻抗增大，可变阻抗匹配网络的阻抗将通过重新配置增大，反之亦然)。
如本文中所使用，“改变点”被定义为装料从冷冻状态转变到解冻状态所处的点的估计值，如上文所描述。改变点的特征可在于时间(例如，“改变点时间”)和可变阻抗匹配网络状态(例如，“改变点状态”)，其中改变点时间是转变点发生的时间的估计值，且改变点状态是改变点时间处的可变阻抗网络状态。可变阻抗匹配网络状态可以例如通过阻抗状态值量化，并且因此，改变点状态可以通过改变点时间处的可变阻抗匹配网络的阻抗状态值量化。例如，阻抗状态值可以表示可变阻抗匹配网络的配置状态(有时被称为“阻抗状态”)，并且可以在每次重新配置可变阻抗匹配网络时进行调整。阻抗状态值可以与可变阻抗匹配网络的阻抗线性相关。例如，阻抗状态值可以在可变阻抗匹配网络的阻抗增大时增加，并且可以在可变阻抗匹配网络的阻抗减小时减小。
例如，通过在加热操作期间监测可变阻抗匹配网络的阻抗状态值(例如，利用RF加热系统的系统控制器)，系统的系统控制器可以识别改变点时间和改变点时间处的改变点状态。例如，系统控制器可以确定在所监测阻抗状态值的改变速率达到拐点或改变方向时的时间(例如，改变点时间)(例如，当所监测的阻抗状态值先前在可变阻抗匹配网络的重新配置之间减小之后在可变阻抗匹配网络的连续重新配置之间增加时)已发生改变点。另外地或可替换的是，改变点可以被识别为在所监测阻抗状态值在预定时间段内未改变(例如，这可以对应于可变阻抗匹配网络在所述预定时间段内未重新配置)时发生，因为食物装料的阻抗的改变速率(并且因此，所监测阻抗状态值的改变速率)在改变点时间周围(例如，转变时间周围)的延长时间段内可以大致为零。
应理解，尽管本文所提供的例子描述了与可变阻抗匹配网络的实际阻抗线性相关并且因此指示所述实际阻抗的阻抗状态值，但是替代实施例可以依赖于不与可变阻抗匹配网络的实际阻抗线性相关的阻抗状态值。在此类替代实施例中，系统可以基于阻抗状态值的改变来识别改变点的发生，而不是基于观察到的阻抗状态值的增加来识别改变点的发生，所述阻抗状态值的改变由系统定义为对应于可变阻抗匹配网络的实际阻抗的增大。
在尚未使用其它手段确定食物装料的质量时，系统控制器可以基于改变点阻抗且任选地基于食物装料类型而估计食物装料的质量，食物装料类型可以由通过系统的用户接口的用户输入定义。在估计食物装料的质量之后，系统控制器可以估计结束烹饪食物装料所需的时间和/或能量。在一些实施例中，所估计时间要求和/或所估计能量要求可以基于食物装料的所估计质量、食物装料的测得质量或重量、在由RF加热系统输出的RF能量及腔室的温度(例如，与热加热系统施加到食物装料的热能相关)中的一个或多个而确定，如将描述。系统控制器可以监测从改变点时间开始所经过的时间，一旦经过的时间等于所估计时间要求，系统控制器就可以采取预定动作，例如关闭RF加热系统和/或热加热系统。另外地或可替换的是，系统控制器可以监测从改变点时间开始施加到食物装料的能量的(例如，运行总)量(例如，通过监测由RF加热系统输出的RF能量并监测腔室的温度)，一旦所监测的能量的量等于所估计能量要求，系统控制器就可以关闭RF加热系统和/或热加热系统。在一些实施例中，作为关闭RF和/或热加热系统的增添或替代，一旦通过加热操作满足所估计能量要求或所估计时间要求，系统就可以产生指示加热操作完成的可见和/或可听警告(例如，通过系统的用户接口)。
一般来说，术语“加热”意味着使装料(例如，食物装料或其它类型的装料)的温度升高。同样可以被视为“加热”操作的术语“解冻”意味着使冷冻装料(例如，冷冻的食物装料或其它类型的装料)的温度升高到装料不再冷冻的温度(例如，处于或接近0℃的温度)。如本文中所使用，术语“加热”更宽泛地意味着通过向装料提供空气粒子的热辐射和/或RF电磁能而增加装料(例如，食物装料或其它类型的装料)的热能或温度的过程。因此，在各种实施例中，可对具有任何初始温度(例如，高于0℃或低于0℃的任何初始温度)的装料执行“加热操作”，且可在高于初始温度的任何最终温度(例如，包括高于0℃或低于0℃的最终温度)时停止加热操作。也就是说，本文中所描述的“加热操作”和“加热系统”可替代地被称为“热增加操作”和“热增加系统”。
图1是根据示例实施例的加热系统100(或器具)的透视图。加热系统100包括加热腔室110(例如，腔室960、1260，图6、9)、控制面板120、RF加热系统150(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)和对流加热系统160(例如，热加热系统950、1250的实施例，图6、9)，它们全都固定在系统壳体102内。加热腔室110由顶部腔室壁111、底部腔室壁112、侧面腔室壁113、114和后部腔室壁115的内表面及门116的内表面限定。如图1所示，门116可包括闩锁机构118，闩锁机构118与系统壳体102的对应固定结构119接合，使门116保持关闭。当门116关闭时，加热腔室110限定封闭空气腔室。如本文中所使用，术语“空气腔室”或“炉腔室”可意味着含有空气或其它气体的封闭区域(例如，加热腔室110)
在一些实施例中，可在加热腔室110内接近一个或多个架支撑结构130、132，且架支撑结构130、132配置成将可装卸且可重新定位的架134(图1中用虚线示出，架未插入)保持在底部腔室壁112上方某一高度处。例如，如图1所示，第一架支撑结构130包括在底部腔壁112上方的第一高度处附接到相对的腔室壁113、114上的第一组轨道，且第二架支撑结构132包括在底部腔室壁112上方的第二高度处附接到相对的腔室壁113、114上的第二组轨道。轨道从相对的腔室壁113、114中的每一个的主平面突出到腔室110中。用户可以通过将架134滑动到腔室110中并将架134的左、右底部边缘搁置在架支撑结构130、132中的任一个的轨道顶部上来将架134插入到腔室110中。在替代实施例中，架支撑结构130、132可以替代地配置为在腔室110中延伸较短距离的多组突出部(例如，位于相对的腔室壁113、114中的每一个上的两个突出部)。在另一替代实施例中，架支撑结构130、132可以替代地配置为在相对的腔室壁113、114中的每一个的主平面下方凹入的多组凹槽，架134可以滑动到所述凹槽中。不管架支撑结构130、132如何配置(例如，作为轨道、突出部、凹槽或其它)，架支撑结构130、132都定位成将架134保持为与底部腔室壁112平行但高于底部腔室壁112。在一些实施例中，架支撑结构130、132配置成在架134(例如，体现在架中的电极)和RF加热系统的其它部分或接地参考之间提供电连接。在其它实施例中，架支撑结构130、132可配置成电隔离架134与腔室壁和/或系统的其它部分。
在一些实施例中，架134可以简单地配置成将装料(例如，食物装料)保持在底部腔室壁112上方的所要高度处。在其它实施例中，架134可以由与RF加热系统相关联的电极(例如，电极942、1240，图6、9)组成或包括所述电极。因此，架支撑结构130、132可替代地被视为电极支撑结构，它们配置成将可装卸且可重新定位的电极保持在底部腔室壁112上方的某一高度处。在此类实施例中，架134和/或它集成的电极可以通过架支撑结构130、132的导电特征(未示出)电连接到RF加热系统的其它部分或接地参考，如上文所指出。可替换的是，架134和/或它集成的电极可以电连接到RF加热系统的其它部分或通过一个腔室侧壁(例如，壁113至115中的一个，例如如图1中所示的后部腔室壁115)中的导电连接器136、138电连接到接地参考。此外，在一些实施例中，含电极架134可以替换下文描述的底部(或第二)电极172。换句话说，集成于含电极架134内的电极可以在系统内连接并执行下文描述的底部电极172的功能。
图2是根据示例实施例的可用作系统100(和/或系统600、800，图4、5)中的架和/或电极的平面结构200的俯视图。结构200具有平面顶表面202和底表面204。在实施例中，表面202、204之间的厚度可以在1至3厘米的范围中，但是厚度也可以更小或更大。结构200具有可以大致等于(或在各种实施例中，略微小于或大于)腔室(例如，腔室110，图1)中将插入结构200的宽度的宽度206。此外，结构200具有可以大致等于(或略微小于)腔室的深度(例如，在关闭的门116和腔室110的后壁115之间的距离，图1)的深度208。
在简单地配置为不用作电极或不包括电极的架(例如，架134，图1)时，结构200理想地由在操作期间不会显著影响在腔室中产生的电磁场的一种或多种材料(例如，塑料或其它介电材料)形成。可替换的是，如先前所指示，结构200可以配置为电极，在此情况下，结构200可以由一种或多种平面导电材料(例如，铜、铝等等)形成，它们可以用保护性介电材料(例如，塑料或其它介电材料)涂布或嵌入于保护性介电材料内(也可以不用保护性介电材料涂布或嵌入于保护性介电材料内)。在又其它实施例中，电极272(图2中用虚线指示)可以包括于结构200内，其中电极由一种或多种平面导电材料(例如，铜、铝等等)形成。在此类实施例中，电极272可以嵌入于保护性介电材料内，所述保护性介电材料支撑电极272并形成结构200的其余平面部分。
在整个结构200配置为电极或电极272作为结构200的一部分被包括的实施例中，结构200配置成与RF加热系统的其它部分电连接或电连接到接地参考。例如，如先前所指示，结构200可包括位于结构的底部边缘上的导电特征，所述导电特征接触架支撑结构(例如，架支撑结构130、132，图1)的对应导电特征。
可替换的是，结构200可包括导电连接器230，导电连接器230配置成与腔室侧壁(例如，壁113至115中的一个，例如图1中所示的后部腔室壁115)中的对应连接器(例如，导电连接器136、138中的任一个，图1)接合。在整个结构200配置为电极时，连接器230可以只是结构200的一体形成的突出部分。可替换的是，在结构200包括不同电极272时，连接器230可以是电极272的一体形成的突出部分，或者连接器230可以其它方式电连接到电极272。无论哪种方式，在结构200滑动或以其它方式插入到腔室中时，连接器230都与腔室侧壁中的对应连接器(例如，导电连接器136、138中的任一个，图1)接合，以将结构200或电极272电连接到RF加热系统的其它部分或接地参考。
在一些实施例中，结构200可包括促进结构200固定到插入结构200的腔室(例如，腔室110，图1)的一个或多个壁上的额外开口220或其它特征。例如，开口220可配置成收容从中穿过的螺丝或其它附接构件，并且螺丝或其它附接构件可连接到腔室内的其它特征。在一些情况下，结构200或结构200内的电极272的电连接可以通过螺丝或其它附接构件电接地。
图2的结构200是平面结构，因此并不适用于使大量气流或电磁能穿过结构200。在一些实施例中，可能需要使大量气流或电磁能穿过架或支撑结构。因此，在一些实施例中，架(例如，架134，图1)或电极可在架或电极的顶表面和底表面之间具有开口。此类开口可为细长形通道、圆形开口、矩形开口或数个以不同方式配置的开口中的任一个。举例来说但非限制性地，将在下文描述网格型结构。基于本文中的描述本领域的技术人员将理解，可替代地使用具有其它类型的开口的“带孔”结构。
图3是根据示例实施例的可用作系统100(和/或系统600、800，图4、5)中的架或电极的网格型结构300的俯视图。结构300具有平面顶表面302和底表面304以及多个开口310，所述多个开口310在顶表面302和底表面304之间延伸以提供在结构300下方和上方的区域之间的流体连通。在图3的实施例中，结构300具有网格型配置，其中开口310是矩形的，且布置成二维阵列。在其它实施例中，开口可以是细长形的，和/或可具有不同形状和布置。
在实施例中，表面302、304之间的厚度可以在1至3厘米的范围中，但是厚度也可以更小或更大。结构300具有可以大致等于(或在各种实施例中，略微小于或大于)腔室(例如，腔室110，图1)中将插入结构300的宽度的宽度306。此外，结构300具有可以大致等于(或略微小于)腔室的深度(例如，在关闭的门116和腔室110的后壁115之间的距离，图1)的深度308。
在简单地配置为不用作电极或不包括电极的架(例如，架134，图1)时，结构300理想地由在操作期间不会显著影响在腔室中产生的电磁场的一种或多种材料(例如，塑料或其它介电材料)形成。可替换的是，如先前所指示，结构300可以配置为电极，在此情况下，结构300可以由一种或多种带孔导电材料(例如，铜、铝等等)形成，它们可以用保护性介电材料(例如，塑料或其它介电材料)涂布或嵌入于保护性介电材料内(也可以不用保护性介电材料涂布或嵌入于保护性介电材料内)。在又其它实施例中，电极372(图3中用虚线指示)可以包括于结构300内，其中电极由一种或多种带孔导电材料(例如，铜、铝等等)形成。在此类实施例中，电极372可以嵌入于保护性介电材料内，所述保护性介电材料支撑电极372并形成结构300的其余平面部分。
在整个结构300配置为电极或电极372作为结构300的一部分被包括的实施例中，结构300配置成与RF加热系统的其它部分电连接或电连接到接地参考。例如，如先前所指示，结构300可包括位于结构的底部边缘上的导电特征，所述导电特征接触架支撑结构(例如，架支撑结构130、132，图1)的对应导电特征。
可替换的是，结构300可包括导电连接器330，导电连接器330配置成与腔室侧壁(例如，壁113至115中的一个，例如图1中所示的后部腔室壁115)中的对应连接器(例如，导电连接器136、138中的任一个，图1)接合。在整个结构300配置为电极时，连接器330可以只是结构300的一体形成的突出部分。可替换的是，在结构300包括不同电极372时，连接器330可以是电极372的一体形成的突出部分，或者连接器330可以其它方式电连接到电极372。无论哪种方式，在结构300滑动或以其它方式插入到腔室中时，连接器330都与腔室侧壁中的对应连接器(例如，导电连接器136、138中的任一个，图1)接合，以将结构300或电极372电连接到RF加热系统的其它部分或接地参考。
在一些实施例中，结构300可包括促进结构300固定到插入结构300的腔室(例如，腔室110，图1)的一个或多个壁上的额外开口320或其它特征。例如，开口320可配置成收容从中穿过的螺丝或其它附接构件，并且螺丝或其它附接构件可连接到腔室内的其它特征。在一些情况下，结构300或结构300内的电极372的电连接可以通过螺丝或其它附接构件电接地。
再次参考图1，且如上文所提及，加热系统100包括RF加热系统150(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)和对流加热系统160(例如，对流加热系统950、1250，图6、9)。如下文将更详细地描述，RF加热系统150包括一个或多个射频(RF)信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)、电源(例如，电源926、1226，图6、9)、第一电极170(例如，电极940、1240，图6、9)、第二电极172(例如，电极942、1242，图6、9)、阻抗匹配电路系统(例如，电路934、970、1000、1100、1234、1272、1300、1400，图6至11)、功率检测电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230，图6、9)，和RF加热系统控制器(例如，系统控制器912、1212，图6、9)。
第一电极170布置成靠近腔室壁(例如，顶壁111)，且第二电极172布置成靠近相对的第二腔室壁(例如，底壁112)。可替换的是，如上文结合架134的描述所指出，第二电极172可以替换为架结构(例如，架200、300，图2、3)或此类架结构内的电极(例如，电极272、372，图2、3)。无论哪种方式，第一电极170和第二电极172(和/或架200、300，或电极272、372，图2、3)都与其余腔室壁(例如，壁113至115和门116)电隔离，且腔室壁接地。在任一配置中，系统可以简单地建模为电容器，其中第一电极170充当一个导电板(或电极)，第二电极172(或结构200、300或电极272、372，图2、3)充当第二导电板(或电极)，且电极之间的空气腔室(包括其中所容纳的任何装料)充当第一和第二导电板之间的介电质。尽管图1中未示出，但是不导电障壁(例如，障壁962、1262，图6、9)也可以包括在系统100中，且不导电障壁可用于电气地和物理地隔离装料与第二电极172和/或底部腔室壁112。
在各种实施例中，RF加热系统150可以是“非平衡”RF加热系统或“平衡”RF加热系统。如稍后将结合图6更详细地描述，在配置为“非平衡”RF加热系统时，系统150包括单端放大器布置(例如，放大器布置920，图6)和耦合在放大器布置的输出与第一电极170之间的单端阻抗匹配网络(例如，包括网络934、970，图9)，且第二电极172(或结构200、300或电极272、372，图2、3)接地。但是可替换的是，第一电极170可以接地，且第二电极172可耦合到放大器布置。相比之下，如稍后将结合图9更详细地描述，在配置为“平衡”RF加热系统时，系统150包括单端或双端放大器布置(例如，放大器布置1220或1220′，图9)和耦合在放大器布置的输出与第一电极170和第二电极172之间的双端阻抗匹配网络(例如，包括网络1234、1272，图9)。在平衡或非平衡实施例中，阻抗匹配网络包括可以在加热操作期间调整以提高放大器布置和腔室(加装料)之间的匹配的可变阻抗匹配网络。此外，测量与控制系统可以检测与加热操作相关的某些条件(例如，空的系统腔室、不良阻抗匹配和/或加热操作的完成)。
在实施例中，对流系统160包括热系统控制器(例如，热系统控制器952、1452，图6、9)、电源、加热元件、风扇和恒温器。加热元件可以是例如电阻加热元件，它配置成在来自电源的电流穿过加热元件时加热加热元件周围的空气。恒温器(或炉传感器)感测系统腔室内的空气温度，并且基于感测到的腔室温度而控制电力供应以向加热元件提供电流。更确切地说，恒温器用于使腔室空气温度维持在或接近温度设定点。另外，热系统控制器可以选择性地启动和停用对流风扇以在系统腔室110内循环通过加热元件升温的空气。在图1示出的系统100中，风扇位于系统腔室110外部的风扇隔室中，并且通过一个或多个腔室壁中的一个或多个开口提供风扇和系统腔室110之间的流体(空气)连通。例如，图1示出对应于风扇隔室和系统腔室110之间的腔室壁115中的空气出口的开口162。
在一些实施例中，加热元件和风扇形成配置成加热空气且循环受热空气的完整对流单元(被称为“对流风机”)的部分。
在其它实施例中，例如图4和5的系统600、800，通过对流系统循环的空气可以由不在对流系统内部的加热源加热，例如腔室内的不同加热元件(例如，加热元件682、684，图4)或已启动燃烧器(例如，气体燃烧器882、884，图5)。在此类实施例中，对流系统可包括容纳于加热系统(例如，系统600、800，图4、5)的风扇隔室内的简单风扇，所述风扇隔室通过空气入口和空气出口与系统腔室(例如，腔室610、810，图4、5)流体连通。
再次参考图1并根据实施例，在加热系统100的操作期间，用户(未示出)可首先将一个或多个装料(例如，食物和/或液体)放到加热腔室110中并关闭门116。如先前所指示，用户可以将装料放在底部腔室壁112上、底部腔室壁上方的绝缘层上或旋转板(未示出)上。可替换的是，如先前所指示，用户可以将装料放在插入到腔室110中的架134的任何所支撑位置上。当在烹饪操作期间使用RF加热系统时并且当架134(或架内的电极272、372，图2、3)充当底部电极(例如，替换电极172)时，可能需要将架134插入在使装料的顶部和第一电极170(或顶部腔室壁111)之间的距离最小的位置处。相比于装料的顶部与第一电极170(或顶部腔室壁111)相隔较远的情况，这可使得RF加热系统所提供的电容式烹饪能够更高效地操作。
如稍后将结合图13更详细地描述，为发起烹饪过程，用户可以指定用户想要系统100实施的烹饪类型(或烹饪模式)。用户可以通过控制面板120(例如，通过按压按钮或进行烹饪模式菜单选择)指定烹饪模式。根据实施例，系统100至少能够实施以下不同烹饪模式：1)仅对流烹饪；2)仅RF烹饪；以及3)组合式对流和RF烹饪。对于仅对流烹饪模式(上方的模式1)，在烹饪过程期间启动对流系统160，且RF加热系统150空闲或停用。对于仅RF烹饪模式(上方的模式2，包括仅RF解冻)，在烹饪过程期间启动RF加热系统150，且对流系统160空闲或停用。最后，对于组合式对流和RF烹饪模式(上方的模式3)，在烹饪过程期间同时启动对流系统160和RF加热系统150。在此模式中，对流系统160和RF加热系统150可以同时且持续地启动，或者任一系统可以在过程的部分期间停用。
在实施仅对流烹饪模式(上方的模式1)或组合式对流和RF烹饪模式(上方的模式3)时，系统100可使得用户能够通过控制面板120提供指定烹饪过程的腔室温度设定点(或目标炉温)(例如，在约65至260℃(或150至500华氏度)的范围中)的输入。可替换的是，系统100可以其它方式获得或确定腔室温度设定点。在一些实施例中，腔室温度设定点在整个过程中可以是不同的(例如，系统100可以运行一种使炉温在整个烹饪过程中变化的软件程序)。除了指定腔室温度设定点之外，系统100还可使得用户能够通过控制面板120提供指定烹饪开始时间、停止时间和/或持续时间的输入。在此类实施例中，系统100可以监测系统时钟以确定何时启动和停用RF加热系统150和对流加热系统160。
仅RF烹饪模式可特别适用于期望装料的平缓升温的情况，例如用于解冻操作。在实施仅RF烹饪模式时，系统100可使得用户能够通过控制面板120提供指定要执行的操作类型(例如，解冻操作或另一仅RF加热操作)的输入。对于解冻操作，系统100可配置成监测来自RF系统的可以指示装料何时达到所要温度(例如，-2℃或某一其它温度)的反馈，并且系统100可以在达到所要装料温度时终止操作。
在一些实施例中，系统还可使得用户能够任选地通过控制面板120提供指定装料的特征的输入。例如，指定特征可包括装料的大致质量。另外，指定的装料特征可以指示形成装料(例如，肉、面包、液体)的材料。在替代实施例中，装料特征可以用某一其它方式获得，例如通过扫描装料封装上的条形码或接收来自装料上的或嵌入于装料内的RFID标签的射频识别(RFID)信号。无论哪种方式，如稍后将更详细地描述，关于此类装料特征的信息使得RF加热系统控制器(例如，RF加热系统控制器912、1212，图6、9)能够在加热操作开始时建立系统的阻抗匹配网络的初始状态，其中初始状态可相对接近实现进入装料的最大RF功率传递的最佳状态。可替换的是，装料特征可以不在加热操作开始之前输入或接收，且RF加热系统控制器可以建立阻抗匹配网络的默认初始状态。
为了开始加热操作，用户可以通过控制面板120提供“开始”输入(例如，用户可以按压“开始”按钮)。作为响应，主机系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)在整个烹饪过程中依据实施的是哪一烹饪模式而将适当的控制信号发送到对流系统150和/或RF加热系统160。系统操作的细节随后将结合图13至15更详细地描述。
基本上，在执行仅对流烹饪或组合式对流和RF烹饪时，系统100选择性地启动、停用和以其它方式控制常规加热系统160以将系统腔室110预加热到腔室温度设定点，并使系统腔室110内的温度维持在或接近腔室温度设定点。系统100可以基于恒温器信号和/或基于来自对流加热系统160的反馈而建立并维持腔室110内的温度。
在执行仅RF烹饪或组合式对流和RF烹饪时，系统以在整个烹饪过程中装料可以吸收最大RF功率传递的方式选择性地启动和控制RF加热系统150。在加热操作期间，装料的阻抗(及因此腔室110加装料的总输入阻抗)在装料的热能增加时改变。阻抗改变使得装料对RF能量的吸收变化，并且因此使反射功率的量值变化。根据实施例，功率检测电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230，图6、9)持续地或周期性地测量沿着RF信号源和系统电极170和/或172(或架134或架134内的电极272、372)之间的传输路径的反射功率。基于这些测量，RF加热系统控制器(例如，RF加热系统控制器912、1212，图6、9)可以改变可变阻抗匹配网络(例如，网络970、1272，图6、9)在加热操作期间的状态以增加装料对RF功率的吸收。另外，在一些实施例中，RF系统控制器可以基于来自功率检测电路系统的反馈而检测加热操作的完成(例如，装料温度何时达到目标温度)。
加热系统100被描述为RF加热系统150和呈对流加热系统160形式的热加热系统的组合。在其它实施例中，另外或可替换的是，RF加热系统可以与辐射加热系统或气体加热系统组合，它们同样可表征为“热加热系统”。例如，图4是根据另一示例实施例的具有RF加热系统650和辐射加热系统680的加热器具600的透视图。加热系统600类似于加热系统100(图1)，其中加热系统600的组件固定在系统壳体602内，且加热系统600包括加热腔室610(例如，腔室960、1260，图6、9)、控制面板620和RF加热系统650(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)。另外，在实施例中，加热系统600还可包括对流加热系统660，但是对流加热系统660是任选的。然而，与加热系统100(图1)相比，系统600包括具有安置在加热腔室610中的加热元件682、684的辐射加热系统680(例如，热加热系统950、1250的一个实施例，图6、9)。
加热腔室610由顶部腔室壁611、底部腔室壁612、侧面腔室壁613、614和后部腔室壁615的内表面及门616的内表面限定。如图4中所示出，门616可包括闩锁机构618，闩锁机构618与系统壳体602的对应固定结构619接合，使门616保持关闭。在一些实施例中，可在加热腔室610内接近一个或多个架支撑结构630、632，且架支撑结构630、632配置成将可装卸且可重新定位的架634(图4中用虚线示出，架未插入)保持在底部腔室壁612上方的各个高度处。如上文结合图1所论述，架634可以配置为电极或包括电极。此外，架634可具有简单平面结构(例如，类似于结构200，图2)，或者架634可具有网格型结构(例如，类似于结构300，图3)。在此类实施例中，架634(或集成于架内的电极)可以通过架支撑结构630、632的导电特征(未示出)电连接到RF加热系统的其它部分或接地参考。可替换的是，架634和/或它集成的电极可以电连接到RF加热系统的其它部分或通过一个腔室侧壁中的导电连接器636、638电连接到接地参考。
腔室壁611至615、门616、闩锁机构618、固定结构619、控制面板620、架支撑结构630、632和可重新定位架634可以分别与上文结合图1所论述的腔室壁111至115、门116、闩锁机构118、固定结构119、控制面板120、架支撑结构130、132和可重新定位架134大体上类似或相同，包括那些系统组件的所有各种替代实施例。因此，与腔室壁111至115、门116、闩锁机构118、固定结构119、控制面板120、架支撑结构130、132和可重新定位架134相关联的描述还意图用于腔室壁611至615、门616、闩锁机构618、固定结构619、控制面板620、架支撑结构630、632和可重新定位架634，但是为了简洁起见，所述描述在此处不再重复。
如上文所提及，加热系统600包括RF加热系统650(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)和辐射加热系统680(例如，辐射加热系统950、1250，图6、9)。在实施例中，辐射加热系统680包括热系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)、电源、一个或多个辐射加热元件682、684，和恒温器(或炉传感器)。如将在下文更详细地描述，每个加热元件682、684可以是例如电阻加热元件，它配置成在来自电源的电流穿过加热元件时加热加热元件周围的空气。恒温器(或炉传感器)感测系统腔室610内的空气温度。基于感测到的腔室温度，恒温器(或热系统控制器)控制由电源提供到加热元件682、684的电流供应。更确切地说，恒温器(或热系统控制器)用于使腔室空气温度维持在或接近温度设定点。
根据实施例，加热元件682、684可以分别定位在系统腔室610的底部和/或顶部处或附近。在其它实施例中，一个或多个加热元件可以位于其它地方(例如，在系统腔室610的侧面处或附近和/或在与系统腔室610分开的隔室中)。无论哪种方式，加热元件682、684都与系统腔室610流体连通，这意味着由加热元件682、684加热的空气可以在整个系统腔室610内流动。位于系统腔室610的底部的加热元件682从下方向腔室610内的装料提供热(例如，用于升温和烘焙)，且位于系统腔室610的顶部的加热元件684从上方向腔室610内的装料提供热(例如，用于升温、烘焙、焙烤和/或棕色化)。
每个加热元件682、684配置成在电流穿过元件时加热加热元件682、684周围的空气。例如，每个加热元件682、684都可包括配置成在电阻或焦耳加热过程中加热周围空气的外壳加热元件。
返回参考图4，RF加热系统650包括一个或多个RF信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)、电源(例如，电源926、1226，图6、9)、第一电极670(例如，电极940、1240，图6、9)、第二电极672(例如，电极942、1242，图6、9)、阻抗匹配电路系统(例如，电路934、970、1000、1100、1234、1272、1300、1400，图6至11)、功率检测电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230，图6、9)和RF加热系统控制器(例如，系统控制器912、1212，图6、9)。
RF加热系统650的RF信号源、电源、第一电极670、第二电极672、阻抗匹配电路系统、功率检测电路系统和RF加热系统控制器可以分别与上文结合图1所论述的RF信号源、电源、第一电极170、第二电极172、阻抗匹配电路系统、功率检测电路系统和RF加热系统控制器大体上类似或相同，包括那些系统组件的所有各种替代实施例。因此，结合图1的与这些组件相关联的描述还用于RF加热系统650中的类似组件，但是为了简洁起见，所述描述在此处不再重复。
也就是说，可以专门设计第一电极670和/或第二电极672(和/或架634)以免显著限制或干扰由加热元件682、684加热的空气的移动。此外，加热元件682、684及第一电极670和第二电极672可以相对于彼此定向，使得加热元件682、684不会显著改变或干扰由电极670、672中的任一个或两个产生的电磁场。
根据一个实施例，在加热元件和电极均靠近同一腔室壁时，加热元件定位在所述电极和腔室壁之间。例如，在图4的实施例中，在腔室610的顶侧上，电极670定位成靠近腔室壁611，且加热元件684定位在电极670和腔室壁611之间。在腔室610的底侧上，电极672定位成靠近腔室壁612，且加热元件682定位在电极672和腔室壁612之间。可以使用柱或其它结构将电极670、672和加热元件682、684保持处于它们相对于彼此和腔室壁611、612的所要定向。在实施例中且如图4中所示出，电极670、672中的每一个包括多个开口，所述多个开口提供分别靠近加热元件684、682的区域和系统腔室610之间的流体连通。例如，在实施例中，电极670、672中的每一个可具有类似于结构300(图3)的网格状结构。
在其它实施例中，系统600可以不包括加热元件682、684中的任一个。在不包括加热元件682的实施例中，电极672可替代地为简单平面电极(例如，类似于结构200，图2)。在不包括加热元件684的另一实施例中，电极670可替代地为简单平面电极(例如，类似于结构200，图2)。在又其它替代实施例中，电极670、672中的任一个或两个可定位在它们对应的加热元件684、682和附近的腔室壁611、612之间，并且在此类实施例中，电极670、672可为简单平面电极(例如，类似于结构200，图2)。
如上文所提及，系统600任选地还可包括对流系统660。在包括对流系统660时，对流系统660可以只包括电源和风扇，因为腔室610中空气的加热可通过加热元件682、684来实现。然而，在一些实施例中，对流系统660还可包括集成加热元件和恒温器。无论哪种方式，对流系统风扇都可以由系统控制器选择性地启动和停用以在系统腔室610内循环。在图4中所示出的系统600中，风扇位于系统腔室610外部的风扇隔室中，并且通过一个或多个腔室壁中的一个或多个开口(例如，腔室壁615中的开口662)提供风扇和系统腔室610之间的流体(空气)连通。
在加热系统600的操作期间，用户(未示出)可首先将一个或多个装料(例如，食物和/或液体)放到加热腔室610中，并关闭门616。用户可以将装料放在底部电极672(或底部腔室壁612，如果不包括电极672和加热元件682的话)上或底部电极672、加热元件682和/或腔室壁612上方的隔热结构上。可替换的是，如先前所指示，用户可以将装料放在插入到腔室610中的架634的任何所支撑位置上。
同样，如稍后将结合图13更详细地描述，为发起烹饪过程，用户可以指定用户想要系统600实施的烹饪类型(或烹饪模式)。用户可以通过控制面板620(例如，通过按压按钮或进行烹饪模式菜单选择)指定烹饪模式。根据实施例，系统600至少能够实施以下不同烹饪模式：1)仅辐射烹饪；2)仅RF烹饪；以及3)组合式辐射和RF烹饪。在系统600还包括对流加热系统660时，系统600还能实施以下额外烹饪模式：4)组合式对流和辐射烹饪；以及5)组合式对流、辐射和RF烹饪。
在实施仅辐射烹饪模式(上方的模式1)、组合式辐射和RF烹饪模式(上方的模式3)、常规和辐射烹饪模式(上方的模式4)或组合式对流、辐射和RF烹饪模式(上方的模式5)时，系统600可使得用户能够通过控制面板620提供指定烹饪过程的腔室温度设定点(例如，在约65至260℃(或150至500华氏度)的范围中)的输入。可替换的是，系统600可以其它方式获得或确定腔室温度设定点。在一些实施例中，腔室温度设定点在整个过程中可以是不同的(例如，系统600可以运行一种使炉温在整个烹饪过程中变化的软件程序)。除了指定腔室温度设定点之外，系统600还可使得用户能够通过控制面板620提供指定烹饪开始时间、停止时间和/或持续时间的输入。在此类实施例中，系统600可以监测系统时钟以确定何时启动和停用RF加热系统650和辐射加热系统680。
对于仅RF烹饪模式(上方的模式2，包括仅RF解冻)，在烹饪过程期间启动RF加热系统650，且辐射加热系统680和对流系统660空闲或停用。相反地，对于组合式辐射和RF烹饪模式(上方的模式3)和组合式对流、辐射和RF烹饪模式(上方的模式5)，在烹饪过程期间启动RF加热系统650和辐射加热系统680和/或对流系统660。在这些模式中，RF加热系统650和辐射加热系统680和/或对流系统660可以同时且持续地启动，或任一系统可以在过程的部分期间停用。
为了开始加热操作，用户可以通过控制面板620提供“开始”输入(例如，用户可以按压“开始”按钮)。作为响应，主机系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)在整个烹饪过程中依据实施的是哪一烹饪模式而将适当的控制信号发送到辐射加热系统680、RF加热系统660和/或对流系统660(在包括时)。系统操作的细节随后将结合图13至15更详细地描述。
基本上，在执行仅辐射烹饪或组合式辐射和RF烹饪时，系统600选择性地启动、停用和以其它方式控制辐射加热系统680以将系统腔室610预加热到腔室温度设定点，并使系统腔室610内的温度维持在或接近腔室温度设定点。系统600可以基于恒温器读数和/或基于来自辐射加热系统680的反馈而建立并维持腔室610内的温度。在执行仅RF烹饪或组合式辐射和RF烹饪时，系统以在整个烹饪过程中装料可以吸收最大RF功率传递的方式选择性地启动和控制RF加热系统650。
在又其它实施例中，另外或可替换的是，RF加热系统可以与气体加热系统组合，如上文所提及。例如，图5是根据另一示例实施例的具有RF加热系统850和气体加热系统880的加热器具800的透视图。加热系统800类似于加热系统100、600(图1、4)，其中加热系统800的组件固定在系统壳体802内，且加热系统800包括加热腔室810(例如，腔室960、1260，图6、9)、控制面板820和RF加热系统850(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)。另外，在实施例中，加热系统800还可包括对流加热系统860，但是对流加热系统860是任选的。然而，与加热系统100、600(图1、4)相比，系统800包括气体加热系统880(例如，热加热系统950、1250的一个实施例，图6、9)，其中气体燃烧器882、884与加热腔室810流体(空气)连通。
加热腔室810由顶部腔室壁811、底部腔室壁812、侧面腔室壁813、814和后部腔室壁815的内表面及门816的内表面限定。如图5中所示出，门816可包括闩锁机构818，闩锁机构818与系统壳体802的对应固定结构819接合，使门816保持关闭。在一些实施例中，可在加热腔室810内接近一个或多个架支撑结构830、832，且架支撑结构830、832配置成将可装卸且可重新定位的架834(图5中用虚线示出，架未插入)保持在底部腔室壁812上方的各个高度处。如上文结合图1所论述，架834可以配置为电极或包括电极。此外，架834可具有简单平面结构(例如，类似于结构200，图2)，或者架834可具有网格型结构(例如，类似于结构300，图3)。在此类实施例中，架834(或集成于架内的电极)可以通过架支撑结构830、832的导电特征(未示出)电连接到RF加热系统的其它部分或接地参考。可替换的是，架834和/或它集成的电极可以电连接到RF加热系统的其它部分或通过一个腔室侧壁中的导电连接器836、838电连接到接地参考。
腔室壁811至815、门816、闩锁机构818、固定结构819、控制面板820、架支撑结构830、832和可重新定位架834可以分别与上文结合图1所论述的腔室壁111至115、门116、闩锁机构118、固定结构119、控制面板120、架支撑结构130、132和可重新定位架134大体上类似或相同，包括那些系统组件的所有各种替代实施例。因此，与腔室壁111至115、门116、闩锁机构118、固定结构119、控制面板120、架支撑结构130、132和可重新定位架134相关联的描述还意图用于腔室壁811至815、门816、闩锁机构818、固定结构819、控制面板820、架支撑结构830、832和可重新定位架834，但是为了简洁起见，所述描述在此处不再重复。
如上文所提及，加热系统800包括RF加热系统850(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)和气体加热系统880(例如，气体加热系统950、1250，图6、9)。在实施例中，气体加热系统880包括气体加热系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)、点燃源(例如，高温表面(hot surface)或辉光棒点燃器(glow bar ignitor))、气体阀、一个或多个燃烧器882、884和恒温器(或炉传感器)。恒温器(或炉传感器)感测系统腔室810内的空气温度。基于感测到的腔室温度，恒温器(或气体加热系统控制器)控制气体阀增加或减少提供到燃烧器882、884的气体的供应。更确切地说，恒温器(或气体加热系统控制器)用于使腔室空气温度维持在或接近温度设定点。
根据实施例，燃烧器882、884可以分别定位在系统腔室810的底部和/或顶部处或附近(例如，在与系统腔室810分开的隔室中)。燃烧器882、884与系统腔室810流体连通，这意味着由在燃烧器882、884处点燃的气体加热的空气可以在整个系统腔室810内流动。位于系统腔室810的底部的燃烧器882从下方向腔室810内的装料提供热(例如，用于升温和烘焙)，且位于系统腔室810的顶部的燃烧器884从上方向腔室810内的装料提供热(例如，用于升温、烘焙、焙烤和/或棕色化)。
RF加热系统850包括一个或多个RF信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)、电源(例如，电源926、1226，图6、9)、第一电极870(例如，电极940、1240，图6、9)、第二电极872(例如，电极942、1242，图6、9)、阻抗匹配电路系统(例如，电路934、970、1000、1100、1234、1272、1300、1400，图6至11)、功率检测电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230，图6、9)和RF加热系统控制器(例如，系统控制器912、1212，图6、9)。
RF加热系统850的RF信号源、电源、第一电极870、第二电极872、阻抗匹配电路系统、功率检测电路系统和RF加热系统控制器可以分别与上文结合图1所论述的RF信号源、电源、第一电极170、第二电极172、阻抗匹配电路系统、功率检测电路系统和RF加热系统控制器大体上类似或相同，包括那些系统组件的所有各种替代实施例。因此，结合图1的与这些组件相关联的描述还用于RF加热系统850中的类似组件，但是为了简洁起见，所述描述在此处不再重复。
也就是说，可以专门设计第一电极870和/或第二电极872(和/或架834)以免显著限制或干扰由燃烧器882、884加热的空气的移动。此外，燃烧器882、884及第一电极870和第二电极872可以相对于彼此定向，使得燃烧器882、884不会显著改变或干扰由电极870、872中的任一个或两个产生的电磁场。
根据一个实施例，在燃烧器和电极均靠近同一腔室壁时，电极定位在所述燃烧器和腔室810之间。例如，在图5的实施例中，在腔室810的顶侧上，电极870定位成靠近腔室壁811，且燃烧器884定位在腔室壁811后面(上方)的单独燃烧器腔室中。在腔室810的底侧上，电极872定位成靠近腔室壁812，且燃烧器882定位在腔室壁812后面(下方)的单独燃烧器腔室中。由在燃烧器882、884处点燃的气体加热的空气可以通过隙缝883、885进入系统腔室810。在其它实施例中，系统800可以不包括燃烧器882、884中的任一个。
如上文所提及，系统800任选地还可包括对流系统860。在包括对流系统860时，对流系统860可以只包括电源和风扇，因为腔室810中空气的加热可通过在燃烧器882、884处点燃的气体来实现。然而，在一些实施例中，对流系统860还可包括集成加热元件和恒温器。无论哪种方式，对流系统风扇都可以由系统控制器选择性地启动和停用以在系统腔室810内循环。在图5中所示出的系统800中，风扇位于系统腔室810外部的风扇隔室中，并且通过一个或多个腔室壁中的一个或多个开口(例如，腔室壁815中的开口862)提供风扇和系统腔室810之间的流体(空气)连通。
在加热系统800的操作期间，用户(未示出)可首先将一个或多个装料(例如，食物和/或液体)放到加热腔室810中，并关闭门816。用户可以将装料放在底部电极872(或底部腔室壁812)上或底部电极872和/或腔室壁812上方的隔热结构上。可替换的是，如先前所指示，用户可以将装料放在插入到腔室810中的架834的任何所支撑位置上。
同样，如稍后将结合图13更详细地描述，为发起烹饪过程，用户可以指定用户想要系统800实施的烹饪类型(或烹饪模式)。用户可以通过控制面板820(例如，通过按压按钮或进行烹饪模式菜单选择)指定烹饪模式。根据实施例，系统800至少能够实施以下不同烹饪模式：1)仅气体烹饪；2)仅RF烹饪；以及3)组合式气体和RF烹饪。在系统800还包括对流加热系统860时，系统800还能实施以下额外烹饪模式：4)组合式对流和气体烹饪；以及5)组合式对流、气体和RF烹饪。
在实施仅气体烹饪模式(上方的模式1)、组合式气体和RF烹饪模式(上方的模式3)、常规和气体烹饪模式(上方的模式4)或组合式对流、气体和RF烹饪模式(上方的模式5)时，系统800可使得用户能够通过控制面板820提供指定烹饪过程的腔室温度设定点(例如，在约85至260℃(或150至500华氏度)的范围中)的输入。可替换的是，系统800可以其它方式获得或确定腔室温度设定点。在一些实施例中，腔室温度设定点在整个过程中可以是不同的(例如，系统800可以运行一种使炉温在整个烹饪过程中变化的软件程序)。除了指定腔室温度设定点之外，系统800还可使得用户能够通过控制面板820提供指定烹饪开始时间、停止时间和/或持续时间的输入。在此类实施例中，系统800可以监测系统时钟以确定何时启动和停用RF加热系统850和气体加热系统880。
对于仅RF烹饪模式(上方的模式2，包括仅RF解冻)，在烹饪过程期间启动RF加热系统850，且气体加热系统880和对流系统860空闲或停用。相反地，对于组合式气体和RF烹饪模式(上方的模式3)和组合式对流、气体和RF烹饪模式(上方的模式5)，在烹饪过程期间启动RF加热系统850和气体加热系统880和/或对流系统860。在这些模式中，RF加热系统850和气体加热系统880和/或对流系统860可以同时且持续地启动，或任一系统可以在过程的部分期间停用。
为了开始加热操作，用户可以通过控制面板820提供“开始”输入(例如，用户可以按压“开始”按钮)。作为响应，主机系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)在整个烹饪过程中依据实施的是哪一烹饪模式而将适当的控制信号发送到气体加热系统880、RF加热系统860和/或对流系统860(在包括时)。系统操作的细节随后将结合图13至15更详细地描述。
基本上，在执行仅气体烹饪或组合式气体和RF烹饪时，系统800选择性地启动、停用和以其它方式控制气体加热系统880以将系统腔室810预加热到腔室温度设定点，并使系统腔室810内的温度维持在或接近腔室温度设定点。系统800可以基于恒温器读数和/或基于来自气体加热系统880的反馈而建立并维持腔室810内的温度。在执行仅RF烹饪或组合式气体和RF烹饪时，系统以在整个烹饪过程中装料可以吸收最大RF功率传递的方式选择性地启动和控制RF加热系统850。
图1、4、5的加热系统100、600、800分别体现为台面型器具。基于本文中的描述，本领域的技术人员将理解加热系统的实施例同样可以并入到具有其它配置的系统或器具中。因此，单独器具中的加热系统的上述实施方案并不意图将实施例的使用仅限于那些系统类型。实际上，加热系统的各种实施例可以并入到壁-腔室安装式器具，且包括多种类型的器具的系统可以并入在共同壳体中。
此外，尽管加热系统100、600、800示出为它们的组件相对于彼此呈特定的相对定向，但是应理解，各种组件同样可以不同方式定向。另外，各种组件的物理配置可以不同。例如，控制面板120、620、820可以具有更多、更少或不同的用户接口元件，和/或用户接口元件可以不同方式布置。另外，尽管在图1、4和5中示出大体上为立方体的加热腔室110，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，圆柱形等等)。此外，加热系统100、600、800可包括在图1、4和5中未具体描绘的额外组件(例如，腔室内的固定或旋转板、电线等等)。
图6是根据示例实施例的非平衡加热系统900(例如，加热系统100、600、800，图1、4、5)的简化框图。在实施例中，加热系统900包括主机/热系统控制器952、RF加热系统910、热加热系统950、用户接口992和限定炉腔室960的密闭结构966。应理解，图6是出于解释和易于描述的目的的加热系统900的简化表示，且实际实施例可包括其它装置和组件来提供额外功能和特征，和/或加热系统900可以是更大的电气系统的一部分。
密闭结构966可包括底壁、顶壁和侧壁，它们的内表面限定腔室960(例如，腔室110、610、810，图1、4、5)。根据实施例，腔室960可以是密封的(例如，利用门116、616、816，图1、4、5)，以便容纳在加热操作期间引入到腔室960中的热和电磁能。系统900可包括一个或多个连锁机构(例如，闩锁机构118、618、818和固定结构119、619、819，图1、4、5)，以便确保在加热操作期间密封完好无损。如果一个或多个连锁机构指示密封被破坏，那么主机/热系统控制器952可以停止加热操作。
例如，用户接口992可以对应于控制面板(例如，控制面板120、620、820，图1、4、5)，所述控制面板使用户能够向系统提供关于加热操作的参数的输入(例如，烹饪模式、要加热的装料的特征等等)、开始和取消按钮、机械控件(例如，门/抽屉打开锁)等等。另外，用户接口可配置成提供指示加热操作的状态的用户可感知输出(例如，倒数定时器、指示加热操作的进度或完成的可见标记和/或指示加热操作完成的可听音)和其它信息。
如将结合图13和15更详细地描述，主机/热系统控制器952可以执行与总系统900相关联的功能(例如，“主机控制功能”)以及更特定地与热加热系统950相关联的功能(例如，“热系统控制功能”)。因为在实施例中，主机控制功能和热系统控制功能可由一个硬件控制器执行，所以主机/热系统控制器952示出为双功能控制器。在替代实施例中，主机控制器和热系统控制器可以是以通信方式耦合的不同控制器。
热加热系统950包括主机/热系统控制器952、一个或多个热加热组件954、恒温器956，并且在一些实施例中，包括风扇958。主机/热系统控制器952可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)、快闪、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线和其它组件。根据实施例，主机/热系统控制器952耦合到用户接口992、RF加热系统控制器912、热加热组件954、恒温器956、风扇958和传感器994(如果包括的话)。在一些实施例中，主机/热系统控制器952和用户接口992的部分可以一起包括在主机模块990中。
主机/热系统控制器952配置成接收指示通过用户接口992接收的用户输入的信号，并且将信号提供到用户接口992，使得用户接口992能够产生指示系统操作的各个方面的用户可感知输出(例如，通过显示器、扬声器等等)。另外，主机/热系统控制器952将控制信号发送到热加热系统950的其它组件(例如，热加热组件954和风扇958)，以便根据所要系统操作选择性地启动、停用和以其它方式控制那些其它组件。主机/热系统控制器952还可从热加热系统组件954、恒温器956和传感器994(如果包括的话)接收指示那些组件的操作参数的信号，并且主机/热系统控制器952可以相应地修改系统900的操作，如随后将描述。又另外，主机/热系统控制器952从RF加热系统控制器912接收关于RF加热系统910的操作的信号。响应于来自用户接口992和RF加热系统控制器912的接收信号和测量值，主机/热系统控制器952可以向RF加热系统控制器912提供额外控制信号，从而影响RF加热系统910的操作。
一个或多个热加热组件954可包括例如一个或多个加热元件(例如，加热元件682、684，图4，和/或对流系统160、660、860内的加热元件，图1、4、5)、一个或多个气体燃烧器(例如，气体燃烧器882、884，图5)和/或配置成加热炉腔室960内的空气的其它组件。恒温器956(或炉传感器)配置成感测炉腔室960内的空气温度，并控制一个或多个热加热组件954的操作以使炉腔室内的空气温度维持在或接近温度设定点(例如，用户通过用户接口992建立的温度设定点)。此温度控制过程可由具有热加热组件954的闭环系统中的恒温器956执行，或者恒温器956可以与主机/热系统控制器952通信，主机/热系统控制器952同样参与一个或多个热加热组件954的控制操作。最后，在系统900包括对流系统(例如，对流系统160、660、860，图1、4、5)时包括风扇958，且选择性地启动和停用风扇958以在炉腔室960内循环空气。
在实施例中，RF加热系统910包括RF加热系统控制器912、RF信号源920、供电和偏置电路系统926、第一阻抗匹配电路934(本文中称为“第一匹配电路”)、可变阻抗匹配网络970、第一电极940和第二电极942及功率检测电路系统930。RF加热系统控制器912可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、ASIC等等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，RAM、ROM、快闪、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线和其它组件。根据实施例，RF加热系统控制器912耦合到主机/热系统控制器952、RF信号源920、可变阻抗匹配网络970、功率检测电路系统930和传感器994(如果包括的话)。RF加热系统控制器912配置成从主机/热系统控制器952接收指示各种操作参数的控制信号并从功率检测电路系统930接收指示RF信号反射功率(和可能的RF信号前向功率)的信号。响应于接收信号和测量值，如稍后将更详细地描述，RF加热系统控制器912向供电和偏置电路系统926和RF信号源920的RF信号产生器922提供控制信号。另外，RF加热系统控制器912向可变阻抗匹配网络970提供控制信号，所述控制信号使网络970改变它的状态或配置。
炉腔室960包括具有由空气腔室960间隔开的第一平行板电极940和第二平行板电极942的电容式加热布置，可以将要加热的装料964放在空气腔室960内。例如，第一电极940可以定位在空气腔室960上方，且第二电极942可以定位在空气腔室960下方。在一些实施例中，第二电极942可以架的形式实施或容纳于如先前描述的插入在腔室960中的架(例如，架134、200、300、634、834，图1至5)内。在其它实施例中，可以不包括不同的第二电极942，且第二电极的功能性可以由密闭结构966的一部分提供(即，在此类实施例中，密闭结构966可被视为第二电极)。
根据实施例，密闭结构966和/或第二电极942连接到接地参考电压(即，密闭结构966和第二电极942接地)。可替换的是，至少密闭结构966中对应于腔室960的底表面的部分可以由导电材料形成并在密闭结构966(或至少密闭结构966中与第一电极940平行的部分)充当电容式加热布置的第二电极时接地。为了避免装料964和第二电极942(或腔室960的接地底表面)之间直接接触，可以在第二电极942或腔室960的底表面上方定位不导电障壁962。
同样，炉腔室960包括具有由空气腔室960间隔开的第一平行板电极940和第二平行板电极942的电容式加热布置，可以将要加热的装料964放在空气腔室960内。在实施例中，第一电极940和第二电极942定位在密闭结构966内以限定电极940、942之间的距离946，其中距离946使腔室960具有子谐振腔室。
在各种实施例中，距离946在约0.10米到约1.0米的范围中，但所述距离也可以更小或更大。根据实施例，距离946小于由RF子系统910产生的RF信号的一个波长。换句话说，如上文所提及，腔室960是子谐振腔室。在一些实施例中，距离946小于RF信号的一个波长的约一半。在其它实施例中，距离946小于RF信号的一个波长的约四分之一。在又其它实施例中，距离946小于RF信号的一个波长的约八分之一。在又其它实施例中，距离946小于RF信号的一个波长的约50分之一。在又其它实施例中，距离946小于RF信号的一个波长的约100分之。
大体来说，针对较低操作频率(例如，10MHz与100MHz之间的频率)设计的RF加热系统910可以被设计成具有是一个波长的较小分数的距离946。例如，当系统910被设计成产生具有约10MHz的操作频率(对应于约30米的波长)的RF信号且距离946选择为约0.5米时，距离946是所述RF信号的一个波长的约60分之一。相反，当针对约300MHz的操作频率(对应于约1米的波长)设计系统910且距离946选择为约0.5米时，距离946是RF信号的一个波长的约二分之一。
通过选择操作频率以及电极940、942之间的距离946以限定子谐振内部腔室960，第一电极940和第二电极942是电容式耦合的。更确切地说，第一电极940可以类似于电容器的第一板，第二电极942可以类似于电容器的第二板，且装料964、障壁962(若包括)和腔室960内的空气可以类似于电容器介电质。因此，第一电极940可替代地在本文中称为“阳极”，且第二电极942可替代地在本文中称为“阴极”。
基本上，跨越第一电极940和第二电极942的电压有助于加热腔室960内的装料964。根据各种实施例，RF加热系统910配置成产生RF信号以在电极940、942之间产生电压，所述电压在一个实施例中处于约90伏到约3000伏的范围中或在另一实施例中处于约3000伏到约10，000伏的范围中，但所述系统910也可以配置成在电极940、942之间产生更低或更高电压。
在实施例中，第一电极940通过第一匹配电路934、可变阻抗匹配网络970和导电传输路径电耦合到RF信号源920。第一匹配电路934配置成执行从RF信号源920的阻抗(例如，小于约10欧姆)到中间阻抗(例如，50欧姆、75欧姆或某个其它值)的阻抗变换。根据实施例，导电传输路径包括串联连接且统称为传输路径928的多个导体928-1、928-2和928-3。根据实施例，导电传输路径928是“非平衡”路径，其配置成运送非平衡RF信号(即，以地面为参考的单个RF信号)。在一些实施例中，一个或多个连接器(未示出，但各自具有公连接器和母连接器部分)可以沿着传输路径928电耦合，且传输路径928在连接器之间的部分可以包括同轴电缆或其它合适的连接器。在图9中示出且随后描述此类连接(例如，包括连接器1236、1238和导体1228-3，例如连接器1236、1238之间的同轴电缆)。
如稍后将更详细描述，可变阻抗匹配电路970配置成执行从上文提到的中间阻抗到如由装料964修改的炉腔室960的输入阻抗(例如，约数百或数千欧姆，例如约1000欧姆到约4000欧姆或更大)的阻抗变换。在实施例中，可变阻抗匹配网络970包括无源组件(例如，电感器、电容器、电阻器)的网络。
根据一个更特定实施例，可变阻抗匹配网络970包括定位在腔室960内且电耦合到第一电极940的多个固定值集总电感器(例如，电感器1012到1015、1154，图7、8)。此外，在一个实施例中，可变阻抗匹配网络970包括可定位在腔室960内部或外部的多个可变电感网络(例如，网络1010、1011，图7)。根据另一实施例，可变阻抗匹配网络970包括可定位在腔室960内部或外部的多个可变电容网络(例如，网络1142、1146，图8)。使用来自RF加热系统控制器912的控制信号确定由每一个可变电感或电容网络提供的电感或电容值，如稍后将更详细描述。在任何情况下，通过在整个加热操作过程中改变可变阻抗匹配网络970的状态以动态匹配不断改变的腔室加装料阻抗，可使装料964吸收的RF功率的量维持在高水平，即使在加热操作期间装料阻抗发生变化也如此。
根据实施例，RF信号源920包括RF信号产生器922和功率放大器(例如，包括一个或多个功率放大级924、925)。响应于由RF加热系统控制器912通过连接914提供的控制信号，RF信号产生器922配置成产生具有在工业、科学和医学(industrial，scientific，andmedical，ISM)频带内的频率的振荡电信号，但系统也可进行修改以支持在其它频带内的操作。在各种实施例中，RF信号产生器922可被控制成产生具有不同功率电平和/或不同频率的振荡信号。例如，RF信号产生器922可以产生在极高频率(VHF)范围(即，在约30.0兆赫兹(MHz)与约300MHz之间的范围)内和/或在约10.0MHz到约100MHz和/或从约100MHz到约3.0吉兆赫(GHz)的范围内振荡的信号。一些合乎需要的频率可为(例如)13.56MHz(+/-5％)、27.125MHz(+/-5％)、40.68MHz(+/-5％)和2.45GHz(+/-5％)。在一个特定实施例中，例如，RF信号产生器922可产生在约40.66MHz到约40.70MHz范围内且在约10分贝毫瓦(dBM)到约15dBm范围内的功率电平下振荡的信号。可替换的是，振荡的频率和/或功率电平可以更低或更高。
在图6的实施例中，功率放大器包括驱动器放大级924和最终放大级925。功率放大器配置成从RF信号产生器922接收振荡信号且放大所述信号以在功率放大器的输出处产生功率高得多的信号。例如，输出信号可具有在约100瓦特到约400瓦特或更高的范围内的功率电平。由功率放大器施加的增益可使用由供电和偏置电路系统926向每一放大级924、925提供的栅极偏置电压和/或漏极供应电压来控制。更确切地说，根据从RF加热系统控制器912接收的控制信号，供电和偏置电路系统926向每一RF放大级924、925提供偏置和供应电压。
在实施例中，每一放大级924、925被实施为具有输入端(例如，栅极或控制端)和两个载流端(例如，源极和漏极端)的功率晶体管，例如场效应晶体管(FET)。在各种实施例中，阻抗匹配电路(未示出)可耦合到驱动器与最终放大级925之间的驱动器放大级924的输入(例如，栅极)，和/或耦合到最终放大级925的输出(例如，漏极端)。在实施例中，放大级924、925的每一晶体管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，晶体管并不意图限于任何特定的半导体技术，且在其它实施例中，每一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)，或利用另一半导体技术的晶体管。
在图6中，功率放大器布置描绘为包括以特定方式耦合到其它电路组件的两个放大级924、925。在其它实施例中，功率放大器布置可包括其它放大器拓扑且/或放大器布置可包括仅一个放大级(例如，如图9的放大器1224的实施例中所示)或多于两个放大级。例如，功率放大器布置可包括单端放大器、杜赫放大器、切换模式功率放大器(SMPA)或另一类型放大器的各种实施例。
炉腔室960和定位在炉腔室960中的任何装料964(例如，食物、液体等)对于通过第一电极940辐射到腔室960中的电磁能(或RF功率)来说是一种累积负载。更确切地说，腔室960和装料964向系统呈现阻抗，所述阻抗在本文中被称为“腔室加装料阻抗”。腔室加装料阻抗在加热操作期间随装料964的温度增加而改变。腔室加装料阻抗直接影响沿着RF信号源920和电极940之间的导电传输路径928的反射信号功率的量值。在大多数状况下，需要最大化传递到腔室960中的信号功率的量值，和/或最小化沿着导电传输路径928的反射与前向信号功率比。
在实施例中，为了使RF信号产生器920的输出阻抗与腔室加装料阻抗至少部分地匹配，第一匹配电路934沿着传输路径928电耦合。第一匹配电路934可以具有多种配置中的任一种。根据实施例，第一匹配电路934包括固定组件(即，具有不可变分量值的组件)，但在其它实施例中，第一匹配电路934可以包括一个或多个可变组件。例如，在各种实施例中，第一匹配电路934可包括选自电感/电容(LC)网络、串联电感网络、并联电感网络或者带通、高通和低通电路的组合的任何一个或多个电路。基本上，固定匹配电路934配置成将阻抗升高到RF信号产生器920的输出阻抗与腔室加装料阻抗之间的中间水平。
根据实施例，功率检测电路系统930沿着RF信号源920的输出与电极940之间的传输路径928耦合。在特定实施例中，功率检测电路系统930形成RF子系统910的一部分，且在实施例中耦合到第一匹配电路934的输出与可变阻抗匹配网络970的输入之间的导体928-2。在替代实施例中，功率检测电路系统930可耦合到传输路径928的在RF信号源920的输出与第一匹配电路934的输入之间的部分928-1，或耦合到传输路径928的在可变阻抗匹配网络970的输出与第一电极940之间的部分928-3。
无论耦合在何处，功率检测电路系统930都配置成监测、测量或以其它方式检测沿着RF信号源920与电极940之间的传输路径928行进的反射信号(即，在从电极940朝向RF信号源920的方向上行进的反射RF信号)的功率。在一些实施例中，功率检测电路系统930还配置成检测沿着RF信号源920与电极940之间的传输路径928行进的前向信号(即，在从RF信号源920朝向电极940的方向上行进的前向RF信号)的功率。通过连接932，功率检测电路系统930向RF加热系统控制器912供应信号，从而递送反射信号功率(在一些实施例中，和前向信号功率)的量值。在其中递送前向和反射信号功率量值两者的实施例中，RF加热系统控制器912可以计算反射与前向信号功率比，或S11参数，或电压驻波比(VSWR)值。如将在下文更详细地描述，当反射信号功率量值超过反射信号功率阈值时，或者当反射与前向信号功率比超过S11参数阈值时，或者当VSWR值超过VSWR阈值时，这指示系统900不与腔室加装料阻抗充分匹配，且在腔室960内由装料964进行的能量吸收可能是次优的。在此情形下，RF加热系统控制器912编排更改可变匹配网络970的状态以朝向所要水平驱动反射信号功率或S11参数或VSWR值或将反射信号功率或S11参数或VSWR值驱动到低于所要水平(例如，低于反射信号功率阈值，和/或反射与前向信号功率比阈值，和/或S11参数阈值，和/或VSWR阈值)的过程，由此重新建立可接受匹配并促进由装料964进行的更佳能量吸收。
例如，RF加热系统控制器912可以通过控制路径916将控制信号提供到可变匹配电路970，所述控制信号使可变匹配电路970改变电路内的一个或多个组件的电感、电容和/或电阻值，由此调整由电路970提供的阻抗变换。可变匹配电路970的配置的调整理想地减小反射信号功率的量值，这对应于减小S11参数和/或VSWR的量值和增加被装料964吸收的功率。
如上文所论述，可变阻抗匹配网络970用于匹配炉腔室960加装料964的腔室加装料阻抗，以尽可能地最大化进入装料964的RF功率传递。在加热操作开始时，可能无法准确得知炉腔室960和装料964的初始阻抗。另外，装料964的阻抗在加热操作期间随着装料964升温而改变。根据实施例，RF加热系统控制器912可将控制信号提供到可变阻抗匹配网络970，从而促使对可变阻抗匹配网络970的状态的修改。这种情况使得RF加热系统控制器912能够在加热操作开始时建立可变阻抗匹配网络970的初始状态，所述初始状态具有相对较低的反射与前向功率比，且因此具有相对较高的装料964对RF功率的吸收率。此外，这种情况使得RF加热系统控制器912能够修改可变阻抗匹配网络970的状态，使得可以在整个加热操作中维持充分的匹配，即使装料964的阻抗发生改变也如此。
可变匹配网络970的配置的非限制性例子在图7和8中示出。例如，在各种实施例中，网络970可包括选自电感/电容(LC)网络、仅电感网络、仅电容网络或者带通、高通和低通电路的组合的任何一个或多个电路。在实施例中，可变匹配网络970包括单端网络(例如，网络1000、1100，图7、8)。使用来自RF加热系统控制器912的控制信号确定由可变匹配网络970提供的电感、电容和/或电阻值，所述值又影响由网络970提供的阻抗变换，如稍后将更详细描述。在任何情况下，通过在加热操作的过程中改变可变匹配网络970的状态以动态匹配腔室960加腔室960内的装料964的不断改变的阻抗，可以在整个加热操作中将系统效率维持在高水平。
可变匹配网络970可具有各种电路配置中的任一种，且此类配置的非限制性例子在图10和11中示出。根据实施例，如图7中所例示，可变阻抗匹配网络970可包括无源组件的单端网络，且更确切地说，可包括固定值电感器(例如，集总电感组件)和可变电感器的网络(或可变电感网络)。根据另一实施例，如图8中所例示，可变阻抗匹配网络970可包括无源组件的单端网络，且更确切地说，可包括可变电容器的网络(或可变电容网络)。如本文中所使用，术语“电感器”意味着在不插入其它类型组件(例如，电阻器或电容器)的情况下电耦合在一起的离散电感器或一组电感组件。类似地，术语“电容器”意味着在不插入其它类型组件(例如，电阻器或电感器)的情况下电耦合在一起的离散电容器或一组电容组件。
首先参考可变电感阻抗匹配网络实施例，图7是根据示例实施例的可以并入到加热系统(例如，系统100、600、800、900，图1、4到6)中的单端可变阻抗匹配网络1000(例如，可变阻抗匹配网络970，图6)的示意图。如在下文将更详细地解释，可变阻抗匹配网络970基本上具有两个部分：一个部分匹配RF信号源(或末级功率放大器)；且另一部分匹配腔室加装料。
根据实施例，可变阻抗匹配网络1000包括输入节点1002、输出节点1004、第一可变电感网络1010和第二可变电感网络1011，以及多个固定值电感器1012到1015。当并入到加热系统(例如，系统900，图6)中时，输入节点1002电耦合到RF信号源(例如，RF信号源920，图6)的输出，且输出节点1004电耦合到加热腔室(例如，炉腔室960，图6)内的电极(例如，第一电极940，图6)。
在实施例中，在输入节点1002和输出节点1004之间，可变阻抗匹配网络1000包括串联耦合的第一集总电感器1012和第二集总电感器1014。在实施例中，第一集总电感器1012和第二集总电感器1014的大小和电感值相对较大，这是因为第一集总电感器1012和第二集总电感器1014被设计成用于相对较低频率(例如，约40.66MHz到约40.70MHz)和高功率(例如，约50瓦特(W)到约500W)操作。例如，电感器1012、1014的值可在约200毫微亨(nH)到约600nH范围内，但在其它实施例中，值可以更低和/或更高。
第一可变电感网络1010为耦合在输入节点1002和接地参考端(例如，接地的密闭结构966，图6)之间的第一并联电感式网络。根据实施例，第一可变电感网络1010可配置成匹配由第一匹配电路(例如，电路934，图6)修改的RF信号源(例如，RF信号源920，图6)的阻抗，或更具体地说，匹配由第一匹配电路(例如，电路934，图6)修改的末级功率放大器(例如，放大器925，图6)的阻抗。因此，第一可变电感网络1010可称为可变阻抗匹配网络1000的“RF信号源匹配部分”。根据实施例，第一可变电感网络1010包括可选择性地耦合在一起以提供在约10nH到约400nH范围内的电感的电感组件的网络，但是所述范围还可扩展到更低或更高的电感值。
相比之下，可变阻抗匹配网络1000的“腔室匹配部分”可由耦合在节点1022(在第一集总电感器1012与第二集总电感器1014之间)与接地参考端之间的第二并联电感式网络1016提供。根据实施例，第二并联电感式网络1016包括串联耦合的第三集总电感器1013和第二可变电感网络1011，且在第三集总电感器1013与第二可变电感网络1011之间具有中间节点1022。因为可以改变第二可变电感网络1011的状态来提供多个电感值，所以第二并联电感式网络1016可配置成最佳地匹配腔室加装料(例如，腔室960加装料964，图6)的阻抗。例如，电感器1013的值可在约400nH到约800nH范围内，但在其它实施例中，值可以更低和/或更高。根据实施例，第二可变电感网络1011包括可选择性地耦合在一起以提供在约50nH到约800nH范围内的电感的电感组件的网络，但所述范围还可扩展到更低或更高的电感值。
最后，可变阻抗匹配网络1000包括耦合在输出节点1004与接地参考端之间的第四集总电感器1015。例如，电感器1015的值可在约400nH到约800nH范围内，但在其它实施例中，值可以更低和/或更高。
集总电感器1012到1015的集合1030可形成模块中至少部分地以物理方式位于腔室(例如，腔室960，图6)内或至少位于密闭结构(例如，密闭结构966，图6)的界限内的一部分。这使得由集总电感器1012到1015产生的辐射能够安全地容纳在系统内，而不是辐射到周围环境中。相比之下，在各种实施例中，可变电感网络1010、1011可以容纳也可以不容纳在腔室或密闭结构内。
根据实施例，图7的可变阻抗匹配网络1000实施例包括“仅有的电感器”，以提供用于炉腔室960加装料964的输入阻抗的匹配。因此，网络1000可被视为“仅电感器”匹配网络。如本文中所使用，短语“仅有的电感器”或“仅电感器”在描述可变阻抗匹配网络的组件时意味着网络并不包括具有大电阻值的分离电阻器或具有大电容值的分离电容器。在一些情况下，匹配网络的组件之间的导电传输线可具有极小电阻，和/或极小寄生电容可存在于网络内。此类极小电阻和/或极小寄生电容不应解释为将“仅电感器”网络的实施例转变为还包括电阻器和/或电容器的匹配网络。然而，本领域的技术人员将理解，可变阻抗匹配网络的其它实施例可包括以不同方式配置的仅电感器匹配网络，和包括分离电感器、分离电容器和/或分离电阻器的组合的匹配网络。
图8是根据示例实施例的可以并入到加热系统(例如，系统100、600、800、900，图1、4到6)中并且可代替可变电感阻抗匹配网络1000(图7)实施的单端可变电容式匹配网络1100(例如，可变阻抗匹配网络970，图6)的示意图。根据实施例，可变阻抗匹配网络1100包括输入节点1102、输出节点1104、第一可变电容网络1142与第二可变电容网络1146，以及至少一个电感器1154。当并入到加热系统(例如，系统900，图6)中时，输入节点1102电耦合到RF信号源(例如，RF信号源920，图6)的输出，且输出节点1104电耦合到加热腔室(例如，炉腔室960，图6)内的电极(例如，第一电极940，图6)。
在实施例中，在输入节点1102与输出节点1104之间，可变阻抗匹配网络1100包括与电感器1154串联耦合的第一可变电容网络1142，和耦合在中间节点1151与接地参考端(例如，接地的密闭结构966，图6)之间的第二可变电容网络1146。在实施例中，电感器1154可被设计成用于相对较低频率(例如，约40.66MHz到约40.70MHz)和高功率(例如，约50W到约500W)操作。例如，电感器1154的值可在约200nH到约600nH范围内，但在其它实施例中，值可以更低和/或更高。根据实施例，电感器1154为固定值集总电感器(例如，线圈)。在其它实施例中，电感器1154的电感值可为可变的。
第一可变电容网络1142耦合在输入节点1102和中间节点1111之间，并且第一可变电容网络1142可称为可变阻抗匹配网络1100的“串联匹配部分”。根据实施例，第一可变电容网络1142包括与第一可变电容器1144并联耦合的第一固定值电容器1143。在实施例中，第一固定值电容器1143的电容值可在约1皮法(pF)到约100pF范围内。第一可变电容器1144可包括可选择性地耦合在一起以提供在0pF到约100pF范围内的电容的电容组件的网络。因此，由第一可变电容网络1142提供的总电容值可在约1pF到约200pF范围内，但所述范围还可扩展到更低或更高的电容值。
可变阻抗匹配网络1100的“并联匹配部分”由第二可变电容网络1146提供，所述第二可变电容网络1146耦合在节点1151(位于第一可变电容网络1142与集总电感器1154之间)与接地参考端之间。根据实施例，第二可变电容网络1146包括与第二可变电容器1148并联耦合的第二固定值电容器1147。在实施例中，第二固定值电容器1147的电容值可在约1pF到约100pF范围内。第二可变电容器1148可包括可选择性地耦合在一起以提供在0pF到约100pF范围内的电容的电容组件的网络。因此，由第二可变电容网络1146提供的总电容值可在约1pF到约200pF范围内，但所述范围还可扩展到更低或更高的电容值。第一可变电容网络1142与第二可变电容网络1146的状态可进行改变以提供多个电容值，且因此可为可配置的，以便最优地匹配腔室加装料(例如，腔室960加装料964，图6)对RF信号源(例如，RF信号源920，图6)的阻抗。
再次参考图6，加热系统900的一些实施例可包括温度传感器、IR传感器和/或重量传感器994。温度传感器和/或IR传感器可以定位在使得装料964的温度能够在加热操作期间被感测到的位置中。例如，在提供给主机/热系统控制器952和/或RF加热系统控制器912时，温度信息使得主机/热系统控制器952和/或RF加热系统控制器912能够改变由热加热组件954产生的热能和/或由RF信号源920供应的RF信号的功率(例如，通过控制由供电和偏置电路系统926提供的偏置和/或供应电压)，和/或确定应该何时终止加热操作。另外，RF加热系统控制器912可以使用温度信息调整可变阻抗匹配网络970的状态。重量传感器定位在装料964下，并配置成向主机/热系统控制器952和/或RF加热系统控制器912提供装料964的重量和/或质量的估计值。例如，主机/热系统控制器952和/或RF加热系统控制器912可以使用此信息来确定加热操作的大致持续时间。此外，RF加热系统控制器912可以使用此信息来确定由RF信号源920供应的RF信号的所要功率电平，和/或确定可变阻抗匹配网络970的初始设定。
与图6至8相关联的描述详细地论述了“非平衡”加热设备，其中RF信号施加到一个电极(例如，电极940，图6)，且另一电极(例如，电极942或密闭结构966，图6)接地。如上文所提及，加热设备的替代实施例包括“平衡”加热设备。在此类设备中，两个电极均被提供平衡RF信号。
例如，图9是根据示例实施例的平衡加热系统1200(例如，加热系统100、600、800，图1、4、5)的简化框图。在实施例中，加热系统1200包括主机/热系统控制器1252、RF加热系统1210、热加热系统1250、用户接口1292和限定炉腔室1260的密闭结构1266。应理解，图9是出于解释和易于描述的目的的加热系统1200的简化表示，且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/或加热系统1200可以是更大的电气系统的一部分。
密闭结构1266可包括底壁、顶壁和侧壁，它们的内表面限定腔室1260(例如，腔室110、610、810，图1、4、5)。根据实施例，腔室1260可以是密封的(例如，利用门116、616、816，图1、4、5)，以便容纳在加热操作期间引入到腔室1260中的热和电磁能。系统1200可包括一个或多个连锁机构(例如，闩锁机构118、618、818和固定结构119、619、819，图1、4、5)，以便确保在加热操作期间密封完好无损。如果一个或多个连锁机构指示密封被破坏，那么主机/热系统控制器1252可以停止加热操作。
例如，用户接口1292可以对应于控制面板(例如，控制面板120、620、820，图1、4、5)，所述控制面板使用户能够向系统提供关于加热操作的参数的输入(例如，烹饪模式、要加热的装料的特征等等)、开始和取消按钮、机械控件(例如，门/抽屉打开锁)等等。另外，用户接口可配置成提供指示加热操作的状态的用户可感知输出(例如，倒数定时器、指示加热操作的进度或完成的可见标记和/或指示加热操作完成的可听音)和其它信息。
如将结合图13和15更详细地描述，主机/热系统控制器1252可以执行与总系统1200相关联的功能(例如，“主机控制功能”)以及更特定地与热加热系统1250相关联的功能(例如，“热系统控制功能”)。因为在实施例中，主机控制功能和热系统控制功能可由一个硬件控制器执行，所以主机/热系统控制器1252示出为双功能控制器。在替代实施例中，主机控制器和热系统控制器可以是以通信方式耦合的不同控制器。
热加热系统1250包括主机/热系统控制器1252、一个或多个热加热组件1254、恒温器1256，并且在一些实施例中，包括风扇1258。主机/热系统控制器1252可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、ASIC等等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，RAM、ROM、快闪、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线和其它组件。根据实施例，主机/热系统控制器1252耦合到用户接口1292、RF加热系统控制器1212、热加热组件1254、恒温器1256、风扇1258和传感器1294(如果包括的话)。在一些实施例中，主机/热系统控制器1252和用户接口1292的部分可以一起包括在主机模块1290中。
主机/热系统控制器1252配置成接收指示通过用户接口1292接收的用户输入的信号，并且将信号提供到用户接口1292，使得用户接口1292能够产生指示系统操作的各个方面的用户可感知输出(例如，通过显示器、扬声器等等)。另外，主机/热系统控制器1252将控制信号发送到热加热系统1250的其它组件(例如，热加热组件1254和风扇1258)，以便根据所要系统操作选择性地启动、停用和以其它方式控制那些其它组件。主机/热系统控制器1252还可从热加热系统组件1254、恒温器1256和传感器1294(如果包括的话)接收指示那些组件的操作参数的信号，并且主机/热系统控制器1252可以相应地修改系统1200的操作，如随后将描述。又另外，主机/热系统控制器1252从RF加热系统控制器1212接收关于RF加热系统1210的操作的信号。响应于来自用户接口1292和RF加热系统控制器1212的接收信号和测量值，主机/热系统控制器1252可以向RF加热系统控制器1212提供额外控制信号，从而影响RF加热系统1210的操作。
一个或多个热加热组件1254可包括例如一个或多个加热元件(例如，加热元件682、684，图4，和/或对流系统160、660、860内的加热元件，图1、4、5)、一个或多个气体燃烧器(例如，气体燃烧器882、884，图5)和/或配置成加热炉腔室1260内的空气的其它组件。恒温器1256(或炉传感器)配置成感测炉腔室1260内的空气温度，并控制一个或多个热加热组件1254的操作以使炉腔室内的空气温度维持在或接近温度设定点(例如，用户通过用户接口1292建立的温度设定点)。此温度控制过程可由具有热加热组件1254的闭环系统中的恒温器1256执行，或者恒温器1256可以与主机/热系统控制器1252通信，主机/热系统控制器1252同样参与一个或多个热加热组件1254的控制操作。最后，在系统1200包括对流系统(例如，对流系统160、660、860，图1、4、5)时包括风扇1258，且选择性地启动和停用风扇1258以在炉腔室1260内循环空气。
在实施例中，RF子系统1210包括RF加热系统控制器1212、RF信号源1220、第一阻抗匹配电路1234(本文中称为“第一匹配电路”)、供电和偏置电路系统1226和功率检测电路系统1230。RF加热系统控制器1212可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、ASIC等等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，RAM、ROM、快闪、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线和其它组件。根据实施例，RF加热系统控制器1212耦合到主机/热系统控制器1252、RF信号源1220、可变阻抗匹配网络1270、功率检测电路系统1230和传感器1294(如果包括的话)。RF加热系统控制器1212配置成从主机/热系统控制器1252接收指示各种操作参数的控制信号并从功率检测电路系统1230接收指示RF信号反射功率(和可能的RF信号前向功率)的信号。响应于接收信号和测量值，且如稍后将更详细地描述，RF加热系统控制器1212向供电和偏置电路系统1226和RF信号源1220的RF信号产生器1222提供控制信号。另外，RF加热系统控制器1212向可变阻抗匹配网络1270提供控制信号，所述控制信号使网络1270改变它的状态或配置。
炉腔室1260包括具有由空气腔室1260间隔开的第一平行板电极1240和第二平行板电极1242的电容式加热布置，可以将要加热的装料1264放在空气腔室1260内。例如，第一电极1240可以定位在空气腔室1260上方，且第二电极1242可以定位在空气腔室1260下方。在一些实施例中，第二电极1242可以架的形式实施或容纳于如先前描述的插入在腔室1260中的架(例如，架134、200、300、634、834，图1至5)内。为了避免装料1264和第二电极1242(或腔室1260的接地底表面)之间直接接触，可以在第二电极1242上方定位不导电障壁1262。
同样，炉腔室1260包括具有由空气腔室1260间隔开的第一平行板电极1240和第二平行板电极1242的电容式加热布置，可以将要加热的装料1264放在空气腔室1260内。在实施例中，第一电极1240和第二电极1242定位在密闭结构1266内以限定电极1240、1242之间的距离1246，其中距离1246使腔室1260具有子谐振腔室。
在各种实施例中，距离1246在约0.10米到约1.0米的范围内，但所述距离也可以更小或更大。根据实施例，距离1246小于由RF子系统1210产生的RF信号的一个波长。换句话说，如上文所提及，腔室1260是子谐振腔室。在一些实施例中，距离1246小于RF信号的一个波长的约一半。在其它实施例中，距离1246小于RF信号的一个波长的约四分之一。在又其它实施例中，距离1246小于RF信号的一个波长的约八分之一。在又其它实施例中，距离1246小于RF信号的一个波长的约50分之一。在又其它实施例中，距离1246小于RF信号的一个波长的约100分之一。
大体来说，针对较低操作频率(例如，10MHz与100MHz之间的频率)设计的RF加热系统1210可以被设计成具有是一个波长的较小分数的距离1246。例如，当系统1210被设计成产生具有约10MHz的操作频率(对应于约30米的波长)的RF信号且距离1246选择为约0.5米时，距离1246是所述RF信号的一个波长的约60分之一。相反，当针对约300MHz的操作频率(对应于约1米的波长)设计系统1210且距离1246选择为约0.5米时，距离1246是RF信号的一个波长的约二分之一。
通过选择操作频率和电极1240、1242之间的距离1246以限定子谐振内部腔室1260，第一电极1240与第二电极1242是电容式耦合的。更确切地说，第一电极1240可以类似于电容器的第一板，第二电极1242可以类似于电容器的第二板，且装料1264、障壁1262(若包括)和腔室1260内的空气可以类似于电容器介电质。因此，第一电极1240可替代地在本文中被称为“阳极”，且第二电极1242可替代地在本文中被称为“阴极”。
基本上，跨越第一电极1240和第二电极1242的电压有助于加热腔室1260内的装料1264。根据各种实施例，RF加热系统1210配置成产生RF信号以在电极1240、1242之间产生电压，所述电压在一个实施例中处于约90伏到约3000伏的范围中或在另一实施例中处于约3000伏到约10,000伏的范围中，但所述系统1210也可以配置成在电极1240、1242之间产生更低或更高电压。
RF子系统1210的输出、且更具体地说RF信号源1220的输出，通过导电传输路径电耦合到可变匹配子系统1270，所述传输路径包括串联连接且统称为传输路径1228的多个导体1228-1、1228-2、1228-3、1228-4和1228-5。根据实施例，导电传输路径1228包括“非平衡”部分和“平衡”部分，其中“非平衡”部分配置成运送非平衡RF信号(即，以接地为参考的单个RF信号)，且“平衡”部分配置成运送平衡RF信号(即，以彼此为参考的两个信号)。传输路径1228的“非平衡”部分可包括RF子系统1210内的非平衡第一导体1228-1和第二导体1228-2、一个或多个连接器1236、1238(各自具有公连接器和母连接器部分)，以及电耦合在连接器1236、1238之间的非平衡第三导体1228-3。根据实施例，第三导体1228-3包括同轴电缆，但电长度也可以更短或更长。在替代实施例中，可变匹配子系统1270可以与RF子系统1210一起容纳，且在此类实施例中，导电传输路径1228可以排除连接器1236、1238和第三导体1228-3。无论哪种方式，在实施例中，导电传输路径1228的“平衡”部分都包括可变匹配子系统1270内的平衡第四导体1228-4，以及电耦合在可变匹配子系统1270与电极1240、1250之间的平衡第五导体1228-5。
如图9中所指示，可变匹配子系统1270容纳一设备，所述设备配置成在所述设备的输入处通过传输路径的非平衡部分(即，包括非平衡导体1228-1、1228-2和1228-3的部分)接收来自RF信号源1220的非平衡RF信号，将非平衡RF信号转换为两个平衡RF信号(例如，具有在120度与340度之间的相位差(例如约180度)的两个RF信号)，且在设备的两个输出处产生这两个平衡RF信号。例如，在实施例中，转换设备可以是平衡-不平衡变压器(balun)1274。通过平衡导体1228-4将平衡RF信号传送到可变匹配电路1272，且最终，通过平衡导体1228-5将平衡RF信号传送到电极1240、1250。
在替代实施例中，如图9的中心的虚线框中所指示且如将在下文更详细地论述，替代的RF信号产生器1220′可以在平衡导体1228-1′上产生平衡RF信号，所述平衡导体1228-1′可以直接耦合到可变匹配电路1272(或通过各种中间导体和连接器耦合)。在此类实施例中，系统1200可以不包括平衡-不平衡变压器1274。无论哪种方式，如将在下文更详细地描述，双端可变匹配电路1272(例如，可变匹配电路1300、1400，图10、11)配置成接收平衡RF信号(例如，通过连接1228-4或1228-1′)，以执行对应于双端可变匹配电路1272的当时配置的阻抗变换，并通过连接1228-5将平衡RF信号提供到第一电极1240和第二电极1250。
根据实施例，RF信号源1220包括RF信号产生器1222和功率放大器1224(例如，包括一个或多个功率放大级)。响应于由RF加热系统控制器1212通过连接1214提供的控制信号，RF信号产生器1222配置成产生具有在工业、科学和医学(industrial，scientific，andmedical，ISM)频带内的频率的振荡电信号，但系统也可进行修改以支持在其它频带内的操作。在各种实施例中，RF信号产生器1222可被控制成产生具有不同功率电平和/或不同频率的振荡信号。例如，RF信号产生器1222可以产生在VHF范围内(即，在约30.0MHz和约300MHz之间的范围内)和/或在约10.0MHz到约100MHz的范围内和/或在约100MHz到约3.0GHz的范围内振荡的信号。一些合乎需要的频率可为(例如)13.56MHz(+/-12％)、27.125MHz(+/-12％)、40.68MHz(+/-12％)和2.45GHz(+/-12％)。可替换的是，振荡频率可比上文给出的范围或值更低或更高。
功率放大器1224配置成从RF信号产生器1222接收振荡信号，且放大所述信号以在功率放大器1224的输出处产生功率高得多的信号。例如，输出信号可具有在约100瓦特到约400瓦特或更高的范围内的功率电平，但所述功率电平也可以更低或更高。可以使用由供电和偏置电路系统1226提供到放大器1224的一个或多个级的栅极偏置电压和/或漏极偏置电压来控制由功率放大器1224施加的增益。更确切地说，供电和偏置电路系统1226根据从RF加热系统控制器1212接收的控制信号将偏置和供应电压提供到每一RF放大级的输入和/或输出(例如，栅极和/或漏极)。
功率放大器可包括一个或多个放大级。在实施例中，放大器1224的每一级被实施为具有输入端(例如，栅极或控制端)和两个载流端(例如，源极和漏极端)的功率晶体管，例如FET。在各种实施例中，阻抗匹配电路(未示出)可以耦合到放大级中的一些或全部的输入(例如，栅极)和/或输出(例如，漏极端)。在实施例中，放大级的每一晶体管包括LDMOS FET。然而，应注意，晶体管并不意图限于任何特定的半导体技术，且在其它实施例中，每一晶体管可实现为GaN晶体管、另一类型的MOS FET晶体管、BJT，或利用另一半导体技术的晶体管。
在图9中，功率放大器布置1224描绘为包括以特定方式耦合到其它电路组件的一个放大级。在其它实施例中，功率放大器布置1224可包括其它放大器拓扑和/或放大器布置可包括两个或更多个放大级(例如，如图6的放大器924/925的实施例中所示)。例如，功率放大器布置可包括单端放大器、双端(平衡)放大器、推挽式放大器、杜赫放大器、SMPA或另一类型的放大器的各种实施例。
例如，如图9的中心的虚线框中指示，替代的RF信号产生器1220′可包括推挽式或平衡放大器1224′，所述放大器1224′配置成在输入处接收来自RF信号产生器1222的非平衡RF信号，放大所述非平衡RF信号，且在放大器1224′的两个输出处产生两个平衡RF信号，其中所述两个平衡RF信号随后通过导体1228-1′传送到电极1240、1250。在此类实施例中，系统1200可以不包括平衡-不平衡变压器1274，且导体1228-1′可以直接连接到可变匹配电路1272(或通过多个同轴电缆和连接器或其它多导体结构连接)。
加热腔室1260和定位加热腔室1260中的任何装料1264(例如，食物、液体等)对于通过电极1240、1250辐射到内部室1262中的电磁能(或RF功率)来说是一种累积负载。更确切地说且如先前所描述，加热腔室1260和装料1264向系统呈现阻抗，所述阻抗在本文中被称为“腔室加装料阻抗”。腔室加装料阻抗在加热操作期间随装料1264的温度增加而改变。腔室加装料阻抗对沿着RF信号源1220和电极1240、1250之间的导电传输路径1228的反射信号功率的量值具有直接影响。在大多数状况下，需要最大化传递到腔室1260中的信号功率的量值，和/或最小化沿着导电传输路径1228的反射与前向信号功率比。
在实施例中，为了使RF信号产生器1220的输出阻抗与腔室加装料阻抗至少部分地匹配，第一匹配电路1234沿着传输路径1228电耦合。第一匹配电路1234配置成执行从RF信号源1220的阻抗(例如，小于约10欧姆)到中间阻抗(例如，120欧姆、75欧姆或某个其它值)的阻抗变换。第一匹配电路1234可以具有多种配置中的任一种。根据实施例，第一匹配电路1234包括固定组件(即，具有不可变分量值的组件)，但在其它实施例中，第一匹配电路1234可以包括一个或多个可变组件。例如，在各种实施例中，第一匹配电路1234可包括选自电感/电容(LC)网络、串联电感网络、并联电感网络或者带通、高通和低通电路的组合的任何一个或多个电路。基本上，第一匹配电路1234配置成将阻抗升高到RF信号产生器1220的输出阻抗与腔室加装料阻抗之间的中间水平。
根据实施例且如上文所提及，功率检测电路系统1230沿着RF信号源1220的输出与电极1240、1250之间的传输路径1228耦合。在特定实施例中，功率检测电路系统1230形成RF子系统1210的一部分，且耦合到RF信号源1220与连接器1236之间的导体1228-2。在替代实施例中，功率检测电路系统1230可耦合到传输路径1228的任何其它部分，例如导体1228-1、导体1228-3、RF信号源1220(或平衡-不平衡变压器1274)与可变匹配电路1272之间的导体1228-4(即，如以功率检测电路系统1230′指示)，或可变匹配电路1272与电极1240、1250之间的导体1228-5(即，如以功率检测电路系统1230"指示)。为了简洁起见，功率检测电路系统在本文中以参考标号1230参考，但所述电路系统可以定位在其它位置，如由参考标号1230′和1230"所指示。
每当耦合时，功率检测电路系统1230就配置成监测、测量或以其它方式检测沿着RF信号源1220与电极1240、1250中的一个或两个之间的传输路径1228行进的反射信号(即，在从电极1240、1250朝向RF信号源1220的方向上行进的反射RF信号)的功率。在一些实施例中，功率检测电路系统1230还配置成检测沿着RF信号源1220与电极1240、1250之间的传输路径1228行进的前向信号(即，在从RF信号源1220朝向电极1240、1250的方向上行进的前向RF信号)的功率。
通过连接1232，功率检测电路系统1230将信号供应到RF加热系统控制器1212，从而传送测得的反射信号功率的量值，且在一些实施例中，还传送测得的前向信号功率的量值。在传送前向和反射信号功率量值两者的实施例中，RF加热系统控制器1212可以计算反射与前向信号功率比或S11参数，和/或VSWR值。如将在下文更详细地描述，当反射信号功率量值超过反射信号功率阈值时，或者当反射与前向信号功率比超过S11参数阈值时，或者当VSWR值超过VSWR阈值时，这指示系统1200不与腔室加装料阻抗充分匹配，且在腔室1260内由装料1264进行的能量吸收可能是次优的。在此情形下，RF加热系统控制器1212编排更改可变匹配电路1272的状态以朝向所要水平驱动反射信号功率或S11参数或VSWR值或将反射信号功率或S11参数或VSWR值驱动到低于所要水平(例如，低于反射信号功率阈值，和/或反射与前向信号功率比阈值，和/或VSWR阈值)的过程，由此重新建立可接受匹配并促进由装料1264进行的更佳能量吸收。
更确切地说，系统控制器1212可以通过控制路径1216将控制信号提供到可变匹配电路1272，所述控制信号使可变匹配电路1272改变电路内的一个或多个组件的电感值、电容值和/或电阻值，由此调整由电路1272提供的阻抗变换。可变匹配电路1272的配置的调整理想地减小反射信号功率的量值，这对应于减小S11参数和/或VSWR值的量值和增加被装料1264吸收的功率。
如上文所论述，可变匹配电路1272用于匹配加热腔室1260加装料1264的输入阻抗，以尽可能地最大化进入装料1264的RF功率传递。在加热操作开始时，可能无法准确得知加热腔室1260和装料1264的初始阻抗。另外，装料1264的阻抗在加热操作期间随着装料1264升温而改变。根据实施例，系统控制器1212可将控制信号提供到可变匹配电路1272，从而促使对可变匹配电路1272的状态的修改。这种情况使得系统控制器1212能够在加热操作开始时建立可变匹配电路1272的初始状态，所述初始状态具有相对较低的反射与前向功率比，且因此具有相对较高的装料1264对RF功率的吸收率。此外，这种情况使得系统控制器1212能够修改可变匹配电路1272的状态，使得可以在整个加热操作中维持充分的匹配，即使装料1264的阻抗发生改变也如此。
可变匹配电路1272可以具有多种配置中的任一种。例如，在各种实施例中，电路1272可包括选自电感/电容(LC)网络、仅电感网络、仅电容网络或者带通、高通和低通电路的组合的任何一个或多个电路。在其中在传输路径1228的平衡部分中实施可变匹配电路1272的实施例中，可变匹配电路1272是具有两个输入和两个输出的双端电路。在其中在传输路径1228的非平衡部分中实施可变匹配电路的替代实施例中，可变匹配电路可以是具有单个输入和单个输出的单端电路(例如，类似于匹配电路1000或1100，图7、8)。根据更特定实施例，可变匹配电路1272包括可变电感网络(例如，双端网络1300，图10)。根据另一更特定实施例，可变匹配电路1272包括可变电容网络(例如，双端网络1400，图11)。在又其它实施例中，可变匹配电路1272可包括可变电感元件和可变电容元件两者。通过来自RF加热系统控制器1212的控制信号确定由可变匹配电路1272提供的电感、电容和/或电阻值，所述值又影响由电路1272提供的阻抗变换，如稍后将更详细描述。在任何情况下，通过在加热操作的过程中改变可变匹配电路1272的状态以动态匹配腔室1260加腔室1260内的装料1264的不断改变的阻抗，可以在整个加热操作中将系统效率维持在高水平。
可变匹配电路1272可以具有各种电路配置中的任一种，且这些配置的非限制性例子示出于图10和11中。例如，图10是根据示例实施例的可以并入到加热系统(例如，系统100、600、800、1200，图1、4、5、9)中的双端可变阻抗匹配电路1300(例如，匹配电路1272，图9)的示意图。根据实施例，可变匹配电路1300包括固定值和可变无源组件的网络。
电路1300包括双端输入1301-1、1301-2(称为输入1301)、双端输出1302-1、1302-2(称为输出1302)，以及在输入1301与输出1302之间以梯状布置连接的无源组件的网络。例如，当连接到系统1200中时，第一输入1301-1可连接到平衡导体1228-4的第一导体，且第二输入1301-2可连接到平衡导体1228-4的第二导体。类似地，第一输出1302-1可连接到平衡导体1228-5的第一导体，且第二输出1302-2可连接到平衡导体1228-5的第二导体。
在图10中示出的特定实施例中，电路1300包括串联连接在输入1301-1与输出1302-1之间的第一可变电感器1311和第一固定电感器1315、串联连接在输入1301-2与输出1302-2之间的第二可变电感器1316和第二固定电感器1320、连接在输入1301-1与1301-2之间的第三可变电感器1321，以及连接在节点1325与1326之间的第三固定电感器1324。
根据实施例，第三可变电感器1321对应于“RF信号源匹配部分”，其可配置成匹配由第一匹配电路(例如，电路1234，图9)修改的RF信号源(例如，RF信号源1220，图9)的阻抗，或更具体来说，匹配由第一匹配电路(例如，电路1234，图9)修改的末级功率放大器(例如，放大器1224，图9)的阻抗。根据实施例，第三可变电感器1321包括可选择性地耦合在一起以提供在约5nH到约200nH范围内的电感的电感组件的网络，但所述范围还可扩展到更低或更高的电感值。
相比之下，可变阻抗匹配网络1300的“腔室匹配部分”是由第一可变电感器1311与第二可变电感器1316以及固定电感器1315、1320和1324提供。因为可以改变第一可变电感器1311与第二可变电感器1316的状态以提供多个电感值，所以第一可变电感器1311与第二可变电感器1316可配置成最优地匹配腔室加装料(例如，腔室1260加装料1264，图9)的阻抗。例如，电感器1311、1316各自的值可以在约10nH到约200nH范围内，但在其它实施例中，值可以更低和/或更高。
固定电感器1315、1320、1324也可以具有在约50nH到约800nH范围内的电感值，但所述电感值也可以更低或更高。在各种实施例中，电感器1311、1315、1316、1320、1321、1324可包括离散电感器、分布式电感器(例如，印刷线圈)、焊线、传输线，和/或其它电感组件。在实施例中，可变电感器1311和1316以配对方式操作，这意味着它们在操作期间的电感值被控制为在任何给定时间彼此相等，以便确保传送到输出1302-1和1302-2的RF信号是平衡的。
如上文所论述，可变匹配电路1300是配置成沿着传输路径1228的平衡部分(例如，在连接器1228-4与1228-5之间)连接的双端电路，且其它实施例可包括配置成沿着传输路径1228的非平衡部分连接的单端(即，一个输入和一个输出)可变匹配电路。
通过改变电路1300中电感器1311、1316、1321的电感值，系统控制器1212可以增大或减小电路1300所提供的阻抗变换。理想地，电感值变化改善了RF信号源1220与腔室加装料阻抗之间的总体阻抗匹配，这会使得反射信号功率和/或反射与前向信号功率比减小。在大多数状况下，系统控制器1212可力求在最大电磁场强度于腔室1260中实现和/或装料1264吸收最大功率量和/或装料1264反射最小功率量的状态下配置电路1300。
图11是根据另一示例实施例的可以并入到加热系统(例如，系统100、600、800、1200，图1、4、5、9)中并且可代替可变电感阻抗匹配网络1300(图10)实施的双端可变阻抗匹配电路1400(例如，匹配电路1272，图9)的示意图。如同匹配电路600(图4)，根据实施例，可变匹配电路1400包括固定值和可变无源组件的网络。
电路1400包括双端输入1401-1、1401-2(称为输入1401)、双端输出1402-1、1402-2(称为输出1402)，以及在输入1401与输出1402之间连接的无源组件的网络。例如，当连接到系统1200中时，第一输入1401-1可连接到平衡导体1228-4的第一导体，且第二输入1401-2可连接到平衡导体1228-4的第二导体。类似地，第一输出1402-1可连接到平衡导体1228-5的第一导体，且第二输出1402-2可连接到平衡导体1228-5的第二导体。
在图11中示出的特定实施例中，电路1400包括串联连接在输入1401-1与输出1402-1之间的第一可变电容网络1411和第一电感器1415、串联连接在输入1401-2与输出1402-2之间的第二可变电容网络1416和第二电感器1420，以及连接在节点1425与1426之间的第三可变电容网络1421。在实施例中，电感器1415、1420的大小和电感值均相对较大，因为它们可被设计用于相对较低频率(例如，约40.66MHz到约40.70MHz)和高功率(例如，约120W到约1200W)的操作。例如，电感器1415、1420各自的值可在约100nH到约1000nH范围内(例如，在约200nH到约600nH范围内)，但在其它实施例中，值可以更低和/或更高。根据实施例，电感器1415、1420为固定值集总电感器(例如，在各种实施例中为线圈、离散电感器、分布式电感器(例如，印刷线圈)、焊线、传输线，和/或其它电感组件)。在其它实施例中，电感器1415、1420的电感值可为可变的。在任何情况下，在实施例中，电感器1415、1420的电感值大体上永久相同(当电感器1415、1420为固定值时)或在任何给定时间大体上相同(当电感器1415、1420可变且以配对方式操作时)。
第一可变电容网络1411与第二可变电容网络1416对应于电路1400的“串联匹配部分”。根据实施例，第一可变电容网络1411包括与第一可变电容器1413并联耦合的第一固定值电容器1412。在实施例中，第一固定值电容器1412可具有在约1pF到约100pF范围内的电容值。第一可变电容器1413可包括可选择性地耦合在一起以提供在0pF到约100pF范围内的电容的电容组件的网络。因此，由第一可变电容网络1411提供的总电容值可在约1pF到约200pF范围内，但所述范围还可扩展到更低或更高的电容值。
类似地，第二可变电容网络1416包括与第二可变电容器1418并联耦合的第二固定值电容器1417。在实施例中，第二固定值电容器1417可具有在约1pF到约100pF范围内的电容值。第二可变电容器1418可包括可选择性地耦合在一起以提供在0pF到约100pF范围内的电容的电容组件的网络。因此，由第二可变电容网络1416提供的总电容值可在约1pF到约200pF范围内，但所述范围还可扩展到更低或更高的电容值。
在任何情况下，在实施例中，为了确保提供给输出1402-1和1402-2的信号的平衡，第一可变电容网络1411与第二可变电容网络1416的电容值被控制成在任何给定时间大体上相同。例如，第一可变电容器1413与第二可变电容器1418的电容值可被控制成使得第一可变电容网络1411与第二可变电容网络1416的电容值在任何给定时间大体上相同。第一可变电容器1413与第二可变电容器1418以配对方式操作，这意味着它们在操作期间的电容值在任何给定时间被控制成确保传送到输出1402-1和1402-2的RF信号是平衡的。在一些实施例中，第一固定值电容器1412与第二固定值电容器1417的电容值可大体上相同，但在其它实施例中，所述电容值可不同。
可变阻抗匹配网络1400的“并联匹配部分”由第三可变电容网络1421和固定电感器1415、1420提供。根据实施例，第三可变电容网络1421包括与第三可变电容器1424并联耦合的第三固定值电容器1423。在实施例中，第三固定值电容器1423可具有在约1pF到约500pF范围内的电容值。第三可变电容器1424可包括可选择性地耦合在一起以提供在0pF到约200pF范围内的电容的电容组件的网络。因此，由第三可变电容网络1421提供的总电容值可在约1pF到约700pF范围内，但所述范围还可扩展到更低或更高的电容值。
因为可以改变可变电容网络1411、1416、1421的状态以提供多个电容值，所以可变电容网络1411、1416、1421可配置成最优地匹配腔室加装料(例如，腔室1260加装料1264，图9)对RF信号源(例如，RF信号源1220、1220′，图9)的阻抗。通过改变电路1400中电容器1413、1418、1424的电容值，RF加热系统控制器(例如，RF加热系统控制器1212，图9)可以增大或减小电路1400所提供的阻抗变换。理想地，电容值变化改善了RF信号源1220与腔室加装料的阻抗之间的总体阻抗匹配，这会使得反射信号功率和/或反射与前向信号功率比减小。在大多数状况下，RF加热系统控制器1212可力求在最大电磁场强度于腔室1260中实现和/或装料1264吸收最大功率量和/或装料1264反射最小功率量的状态下配置电路1400。
应理解，图10和11中所示出的可变阻抗匹配电路1300、1400只是两个可能的可以执行所要双端可变阻抗变换的电路配置。双端可变阻抗匹配电路的其它实施例可包括以不同方式布置的电感式或电容式网络，或者可包括无源网络，所述无源网络包括电感器、电容器和/或电阻器的各种组合，其中一些无源组件可以是固定值组件，且一些无源组件可以是可变值组件(例如，可变电感器、可变电容器和/或可变电阻器)。此外，双端可变阻抗匹配电路可包括将无源组件切换到网络内外以更改由电路提供的总体阻抗变换的有源装置(例如，晶体管)。
再次参考图9，加热系统1200的一些实施例可包括温度传感器、IR传感器和/或重量传感器1294。温度传感器和/或IR传感器可以定位在使得装料1264的温度能够在加热操作期间被感测到的位置中。例如，在提供给主机/热系统控制器1252和/或RF加热系统控制器1212时，温度信息使得主机/热系统控制器1252和/或RF加热系统控制器1212能够改变由热加热组件1254产生的热能和/或由RF信号源1220供应的RF信号的功率(例如，通过控制由供电和偏置电路系统1226提供的偏置和/或供应电压)，和/或确定应该何时终止加热操作。另外，RF加热系统控制器1212可以使用温度信息调整可变阻抗匹配网络1270的状态。重量传感器定位在装料1264下，并配置成向主机/热系统控制器1252和/或RF加热系统控制器1212提供装料1264的重量和/或质量的估计值。例如，主机/热系统控制器1252和/或RF加热系统控制器1212可以使用此信息来确定加热操作的大致持续时间。此外，RF加热系统控制器1212可以使用此信息来确定由RF信号源1220供应的RF信号的所要功率电平，和/或确定可变阻抗匹配网络1270的初始设定。
根据各种实施例，与本文所论述的单端或双端可变阻抗匹配网络(例如，网络1000、1100、1300、1400，图7、8、10、11)相关联的电路系统可以一个或多个模块的形式实施，其中“模块”在本文定义为耦合到共同衬底(例如，印刷电路板(PCB)或另一衬底)的电气组件的组合件。另外，如先前所提到，主机/热系统控制器(例如，控制器952、1252，图6、9)和用户接口(例如，用户接口992、1292，图6、9)的部分可以主机模块(例如，主机模块990、1290，图6、9)的形式实施。又另外，在各种实施例中，与RF加热系统(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)的处理和RF信号产生部分相关联的电路系统也可以一个或多个模块的形式实施。
例如，图12是根据示例实施例的包括RF加热系统(例如，RF加热系统910、1210，图6、9)的RF子系统的RF模块1500的透视图。RF模块1500包括耦合到接地衬底1504的PCB1502。接地衬底1504为PCB 1502提供结构支撑，并且为耦合到PCB 1502的各种电气组件提供电接地参考和散热功能性。
根据实施例，PCB 1502容纳系统控制器电路系统1512(例如，对应于RF加热系统控制器912、1212，图6、9)、RF信号源电路系统1520(例如，对应于RF信号源920、1220，图6、9，包括RF信号产生器922、1222和功率放大器924、925、1224)、功率检测电路系统1530(例如，对应于功率检测电路系统930、1230，图6、9)和阻抗匹配电路系统1534(例如，对应于第一匹配电路系统934、1234，图6、9)。
在图12的实施例中，系统控制器电路系统1512包括处理器集成电路(IC)和存储器IC，RF信号源电路系统1520包括信号产生器IC和一个或多个功率放大器装置，功率检测电路系统1530包括功率耦合器装置，且阻抗匹配电路系统1534包括连接在一起以形成阻抗匹配网络的多个无源组件(例如，电感器1535、1536和电容器1537)。如先前参考结合图6和9论述的各种导体和连接所论述，电路系统1512、1520、1530、1534和各种子组件可以通过PCB1502上的导电迹线电耦合在一起。
在实施例中，RF模块1500还包括多个连接器1516、1526、1538、1580。例如，连接器1580可配置成与包括主机/热系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)和其它功能性的主机系统连接。连接器1516可配置成与可变匹配电路(例如，电路970、1272，图6、9)连接以向电路提供控制信号，如先前描述。连接器1526可配置成连接到电源以接收系统功率。最后，连接器1538(例如，连接器1236，图9)可配置成连接到同轴电缆或其它传输线，使得RF模块1500能够(例如，通过导体928-2、1228-3的同轴电缆实施方案，图6、9)电连接到可变匹配电路或子系统(例如，电路或子系统970、1270、1272，图6、9)。在替代实施例中，可变匹配子系统(例如，可变匹配网络970、平衡-不平衡变压器1274和/或可变匹配电路1272，图6、9)的组件还可以集成到PCB 1502上，在此情况下，模块1500可以不包括连接器1536。RF模块1500的布局、子系统和组件同样可以进行其它变化。
RF模块(例如，模块1500，图12)、主机模块(例如，模块990、1290，图6、9)和可变阻抗匹配网络模块(未示出)的实施例可以电连接在一起，并与其它组件连接，以形成组合式设备或系统(例如，设备100、600、800、900、1200，图1、4至6、9)。例如，可以在RF连接器1538(图12)和可变阻抗匹配网络模块之间通过连接(例如，导体928-2、1228-3，图6、9)，例如同轴电缆，进行RF信号连接，并且可以在连接器1516(图12)和可变阻抗匹配网络模块之间通过连接(例如，导体916、1216，图6、9)，例如多导体电缆，进行控制连接。为了进一步装配系统，主机系统模块(例如，模块990、1290，图6、9)可以通过连接器1580连接到RF模块1500，电源可以通过连接器1526连接到RF模块1500，且电极(例如，电极940、942、1240、1242，图6、9)可以连接到可变阻抗匹配网络模块的输出。当然，上述组合件还会物理连接到各种支撑结构和其它系统组件，使得电极横跨解冻腔室(例如，腔室110、610、810、960、1260，图1、4至6、9)彼此保持固定关系，且解冻设备可以集成在更大的系统(例如，系统100、600、800，图1、4、5)内。
既然已经描述加热系统的电气和物理方面的实施例，将结合图13至15、18和19描述用于操作此类加热系统的方法的各种实施例。更确切地说，图13是根据示例实施例的操作具有RF加热系统(例如，系统150、650、850、910、1210，图1、4至6、9)和热加热系统(例如，系统160、660、680、860、880、910、1210，图1、4至6、9)的加热系统(例如，系统100、600、800、900、1200，图1、4至6、9)的方法的流程图。
在框1602中，方法可以在主机系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)接收应该开始加热操作的指示时开始。此类指示可以例如在用户将装料(例如，装料964、1264，图1、4至6、9)放到系统的加热腔室(例如，腔室110、610、810、960、1260，图1、4至6、9)中、密封腔室(例如，通过关闭门或抽屉)并且按压开始按钮(例如，在控制面板120、620、820或用户接口992、1282中，图1、4至6、9)之后接收。
如先前所论述，在将装料放到系统的加热腔室中之前，用户可以将架(例如，架134、200、300、634、834，图1到5)安装到加热腔室中，其中架可以体现或包括RF加热系统的电极(例如，电极942、1242，图6、9)。在实施例中，腔室的密封可以接合一个或多个安全连锁机构，所述机构在接合时指示被供应给腔室的RF功率大体上不会泄漏到腔室外部的环境中。如随后将描述，安全连锁机构的松开可以使系统控制器立即暂停或终止加热操作。
根据各种实施例，主机系统控制器可任选地接收指示装料类型(例如，肉、液体或其它材料)、初始装料温度和/或装料重量/质量的额外输入。例如，关于装料类型的信息可通过与用户接口的交互从用户接收(例如，用户从所辨识的装料类型列表中选择)。可替换的是，系统可配置成扫描在装料外部上可见的条形码，或从装料上或嵌入装料内的RFID装置接收电子信号。关于初始装料温度的信息可(例如)从系统的一个或多个温度传感器和/或IR传感器(例如，传感器994、1294，图6、9)接收。关于装料重量/质量的信息可通过与用户接口的交互从用户接收，或从系统的重量传感器(例如，传感器994、1294，图6、9)接收。如上文所指出，对指示装料类型、初始装料温度和/或装料重量/质量的输入的接收是任选的，且系统可替代地不接收这些输入中的一些或全部。
在按压开始按钮之前，用户可以选择烹饪模式，烹饪模式指示在加热过程期间将启动哪些加热系统。例如，用户可以通过按压专用烹饪模式按钮(例如，在控制面板120、620、820或用户接口992、1282中，图1、4至6、9)或通过经由控制面板访问烹饪模式菜单并进行选择来指定烹饪模式。如先前所描述，依据与RF加热系统组合的是什么类型的热加热系统，有数种不同烹饪模式可供选择，其中不同烹饪模式可以大体上分类为仅热烹饪模式、仅RF烹饪模式以及组合式热和RF烹饪模式。例如，仅热模式可包括以下先前论述的模式中的任一个：1)仅对流烹饪模式，其可以利用系统100、600、800中的任一个的对流系统160、660、860(图1、4、5)；2)仅辐射烹饪模式，其可以利用系统600的辐射加热系统680(图4)；以及3)仅气体烹饪模式，其可以利用系统800的气体加热系统880(图5)。作为另外的例子，组合式热和RF冷却模式可包括以下先前论述的模式中的任一个：1)组合式对流和RF烹饪模式；2)组合式辐射和RF烹饪模式；3)组合式对流、辐射和RF烹饪模式；4)组合式气体和RF烹饪模式；以及5)组合式对流、气体和RF烹饪模式。除了上述模式之外，在对流系统与另一类型的热烹饪系统组合时，还可以使用以下额外模式：1)组合式对流和辐射烹饪模式；以及2)组合式对流和气体烹饪模式。
在用户选择利用热加热系统(例如，对流系统160、660或860、辐射加热系统680或气体加热系统880)的烹饪模式时，可以提示或使用户通过与控制面板或用户接口交互输入所要腔室(炉)温度(或温度设定点)。可替换的是，系统可以其它方式获得或确定腔室温度设定点。
在选择烹饪模式和(若适用)温度设定点并接收开始指示之后，所执行的其余过程步骤取决于选择的烹饪模式。开始于仅热烹饪模式选择(例如，仅对流、仅辐射和仅气体烹饪模式)，在框1630中，系统控制器(例如，主机/热系统控制器952、1252，图6、9)启动热加热系统(例如，对流系统160、辐射加热系统680、气体加热系统880、热烹饪系统950、1250，图1、4至6、9)的热加热组件(例如，热加热组件954、1254，图6、9)。一旦启动，热加热组件就开始加热炉腔室内的空气。在选定对流烹饪模式时，系统控制器还启动对流系统的风扇(例如，风扇958、1258，图6、9)。在一时间段之后，炉腔室将预加热到温度设定点。
在框1632中，炉温维持在温度设定点。例如，在实施例中，包括热加热组件和系统恒温器(例如，恒温器956、1256，图6、9)且可能包括主机/热系统控制器的闭环或基于反馈的系统可以持续地或周期性地监测炉腔室内的空气温度，并且可以在空气温度低于温度设定点时使热加热系统维持在启动状态。相反地，在空气温度高于温度设定点时，系统可以暂时停用热加热组件，并且随后可以继续监测空气温度。一旦空气温度下降到低于温度设定点，热加热组件就可以重新启动，以便再次增加空气温度。这个过程随后可以以磁滞回线继续。
在维持炉温时，在框1634中，主机/热系统控制器可以评估是否已发生停止或退出条件。实际上，对是否已发生停止或退出条件的确定可以是可在加热过程期间的任一点处发生的由中断驱动的过程。然而，出于将它包括在图13的流程图中的目的，此过程示出为在框1632之后发生。
在任何情况下，一些条件可以保证加热操作的临时停止，且其它条件可以保证加热操作的完全退出。作为例子，主机/热系统控制器可以通过执行确定(例如，在框2112、2212处，图18、19)符合加热装料的所估计要求(例如，所估计时间要求或所估计能量要求)的方法(例如，方法2100、2200，图18、19)来确定已发生加热操作的永久停止(或退出)条件。
作为另一例子，响应于确定所加热的装料已经转变到充分“低损耗”状态，主机/热系统控制器可以确定已发生加热操作的永久停止(或退出)条件。在对已经转变到低损耗状态的食物装料实施加热操作时，RF加热系统使用系统的可变阻抗匹配网络来提供系统的放大器和腔室加装料之间的阻抗匹配。基本上，可变阻抗匹配网络提供网络的输入和输出之间的阻抗变换(例如，从相对低阻抗到相对高阻抗)。在一些配置中，网络可以提供相对较小的阻抗变换(例如，阻抗/阻抗状态值的相对较小增加)，且在其它配置中，网络可以提供相对较高的阻抗变换(例如，阻抗/阻抗状态值的相对较大增加)。阻抗匹配可以实现，因为低损耗装料产生了与吸收性装料类似的腔室阻抗。因而，对加热系统来说，低损耗装料可以是吸收性装料(例如，可以吸收RF电磁能的装料)。然而，如上文所描述，低损耗装料往往不会吸收由RF加热系统供应的大量RF电磁能。尽管低损耗装料以与吸收性装料相同的方式经受阻抗改变并由此可以得益于可变阻抗匹配，但是低损耗装料的特征在于它们往往会形成比吸收性装料更高质量(“Q”)的具有RF加热系统的谐振电路。也就是说，利用低损耗装料实现的阻抗匹配可能没有可以利用吸收性装料实现的匹配稳固。
更具体地说，相比于吸收性装料，低损耗装料的阻抗匹配在较小的阻抗变换值范围内发生。确切地说，对于吸收性装料，一旦通过将系统的阻抗匹配网络设定为特定阻抗变换值或配置实现系统和腔室加装料之间的最佳阻抗匹配，阻抗变换值的较小改变往往不会严重降低阻抗匹配的质量。也就是说，阻抗变换值的较小改变可能不会显著改变系统的返回损耗。相比之下，利用低损耗装料实现的阻抗匹配更不稳固。对于低损耗装料，一旦通过将系统的阻抗匹配网络设定为特定阻抗变换值或配置实现系统的放大器和腔室加装料之间的最佳阻抗匹配，相比于吸收性装料，阻抗变换的较小改变就可能会显著降低阻抗匹配的质量。更具体地说，相比于吸收性装料，低损耗装料的阻抗变换值的较小改变可能会引起返回损耗的可测量改变。
考虑到低损耗装料的这些特征，本加热系统的实施例可以执行对系统的阻抗匹配特征的分析以检测低损耗装料具有足够低的损耗因子(例如，低于预定阈值)。在实施例中，加热系统通过首先评估利用系统的可变阻抗匹配网络的数个不同配置实现的阻抗匹配的质量来检测低损耗装料。这可涉及迭代地测量可能阻抗匹配网络配置的全部或子集的来自容纳装料的系统腔室的反射RF功率(和在一些实施例中，腔室的前向RF功率)。在阻抗匹配网络配置的这一扫描之后，系统接着确定哪一配置产生最小反射RF功率和/或最小反射与前向功率比，这指示此配置(例如，与所述配置相关联的阻抗变换值)提供系统的放大器和腔室加装料之间的最佳阻抗匹配。应理解，多个配置可能可以提供最佳、近最佳或可接受阻抗匹配，如本文中所使用，术语“最佳”意味着最好(即，阻抗匹配配置对应于装料对电磁能的最高吸收或最小反射RF功率或反射与前向功率比)或可接受(即，阻抗匹配配置提供高于预定义阈值的能量吸收，如由反射RF功率或反射与前向功率比低于预定义反射RF功率阈值或预限定反射与前向功率比阈值指示)。
在识别出最佳匹配后，系统分析提供大约为(例如，高于和低于)提供了最佳匹配的阻抗变换值的阻抗变换值的阻抗匹配网络配置的匹配质量。在那些其它阻抗变换值处的阻抗匹配的质量用于产生数值得分或点值，它可被称作“损耗因子”。如果损耗因子的值降到低于预定阈值(指示阻抗匹配在那些其它阻抗变换值处具有相对不良的质量)，那么它可以指示装料是具有足够低的损耗因子的低损耗装料，并且系统可采取适当动作(例如，确定已发生永久停止条件)。另外或可替换的是，系统可以监测系统的S11参数在加热操作期间的改变速率，以便识别装料阻抗的改变速度。在一些实施例中，系统可以基于损耗因子和S11参数的改变速率两者来识别装料是不是“低损耗”装料。
作为另一例子，当系统门(例如，门116、616、816，图1、4、5)在加热过程期间已经打开时，系统可以确定已发生临时停止条件。作为另一例子，图14是根据示例实施例的执行与加热系统门的状态相关联的临时停止过程的方法的流程图。所述过程可以通过中断触发，例如，在主机/热系统控制器在框1702中检测到系统门已经打开时。例如，在安全连锁被破坏时(例如，在闩锁机构118、618、818从对应的固定结构119、619、819松开时，图1、4、5)，可以检测到门打开。
在系统检测到系统门已经打开时，在框1704中，主机/热系统控制器可以暂时停用一些加热系统组件。例如，如果对流系统在所选择烹饪模式期间是有源的，那么主机/热系统控制器可以向对流风扇发送控制信号以停用风扇(及可能的对流风扇内的集成加热元件)。另外，如果辐射加热系统或气体加热系统在所选择烹饪模式期间是有源的，那么主机/热系统控制器可以停用对应辐射加热元件或气体燃烧器。又另外，如果RF加热系统在所选择烹饪模式期间是有源的，那么主机/热系统控制器可以向RF系统控制器发送控制信号，其调用RF系统控制器中断RF信号的产生和对系统电极的提供。
在框1704中停用的加热系统组件在系统门随后关闭之前将一直保持停用，如在框1706中所确定。例如，在安全连锁重新接合时(例如，在闩锁机构118、618、818与对应固定结构119、619、819重新接合时，图1、4、5)，主机/热系统控制器可以检测到门的关闭。除非在系统门关闭之前发生强制性的永久退出条件，否则在检测到系统门已经关闭之后，在框1708中，主机/热系统控制器重新启动加热系统组件(例如，对流风扇、辐射加热元件、气体燃烧器)，并且过程返回到框1634(图13)。
再次参考框1634，主机/热系统控制器替代地可以确定已发生永久停止(或退出)条件。例如，在由用户(例如，通过用户接口992、1292，图6、9)设置的定时器到期后或在由主机/热系统控制器基于系统控制器对加热操作应该执行的持续时间的估计值而建立的定时器到期后，主机/热系统控制器可以确定已发生退出条件。在又另一替代实施例中，主机/热系统控制器可以其它方式检测加热操作的完成(例如，可以确定装料已经经过烹饪或已达到所要温度)。
如果已经解决临时停止条件或尚未发生永久停止(退出)条件，那么可以通过迭代地执行框1632和1634继续加热操作。如果发生了永久停止(退出)条件，那么在框1636中，主机/热系统控制器停用(关闭)热加热系统。另外，主机/热系统控制器可以向用户接口(例如，用户接口992、1292，图6、9)发送使用户接口产生退出条件的用户可感知标记(例如，通过在显示装置上显示“完成”，或提供可听音)的信号。接着，方法可以结束。
再次返回到框1602并紧靠着以下流程描述移动：在进行仅RF烹饪模式选择时，可在框1604中首先确定炉腔室是否为空。此确定可由RF加热系统控制器(例如，控制器912、1212，图6、9)进行，以确保RF加热系统在炉腔室为空时(例如，在没有装料放在炉腔室中的情况下)未启动，因为在此类条件下RF加热系统的启动可能会使系统损坏。
根据实施例，RF加热系统控制器可以通过控制RF信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)向RF系统电极(例如，电极940、1240、1242，图6、9)提供相对低功率的RF信号并从功率检测电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230、1230′、1230″，图6、9)接收指示空腔条件的信号来确定存在空腔条件。例如，在功率检测电路系统检测到超过预定阈值的反射功率时，可以指示空腔条件。另外或可替换的是，RF加热系统控制器可以确定在存在特定匹配条件时(例如，在可变阻抗匹配网络被设定为特定状态时、在校准过程期间，这与空腔条件相关联)指示空腔条件。在框1604中检测到空腔条件后，在框1606中，可以通过用户接口输出空腔条件的用户可感知指示(例如，可以显示消息)，可以中断低功率RF信号，并且可以停用RF加热系统。RF加热系统可以至少在系统门打开和重新关闭(这可以与用户将装料放在腔室中相一致)之前一直保持处于停用状态。在此类情形中，一旦用户再次提供开始指示，就可以重复框1604。
当在框1604中未检测到空腔条件(例如，反射功率指示装料存在于腔室内)时，在框1608中，执行可变匹配网络校准过程。为了避免使图13的流程图混杂，在图15中示出可变网络校准过程的实施例。
在框1802中，可变网络校准过程开始于RF加热系统控制器向可变匹配网络(例如，网络970、1000、1100、1272、1300、1400，图6至11)提供控制信号以建立可变匹配网络的初始配置或状态时。控制信号影响可变匹配网络内的可变电感和/或电容(例如，电感1010、1011、1311、1316、1321，图7、10，和电容1144、1148、1413、]418、1424，图8、11)的值。例如，控制信号可以影响横跨各种电感和电容的旁路开关的状态，所述状态响应于来自RF加热系统控制器的控制信号并且可用于将子电感和子电容切换进或切换出网络，以便增大或减小可变组件的电感和电容值。理想地，建立可变匹配网络的初始配置，以提供RF信号源和腔室加装料之间的最佳匹配。
一旦建立初始可变匹配网络配置，系统控制器就可执行在必要时调整可变阻抗匹配网络的配置以基于指示匹配质量的实际测量值找到可接受或最佳匹配的过程1810。根据实施例，此过程包括在框1812中，使RF信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)通过可变阻抗匹配网络将相对较低功率的RF信号供应到一个或多个电极(例如，供应到第一电极940或同时供应到电极1240、1242，图6、9)。系统控制器可以通过到供电和偏置电路系统(例如，电路系统926、1226，图6、9)的控制信号控制RF信号功率电平，其中所述控制信号使供电和偏置电路系统将与所要信号功率电平一致的供应和偏置电压提供到放大器(例如，放大级924、925、1224，图6、9)。例如，相对较低功率的RF信号可以是具有在约10W到约20W范围内的功率电平的信号，但是可替代地使用不同功率电平。要降低损坏腔室或装料(例如，如果初始匹配造成高反射功率)的风险，并且要降低损坏可变电感网络的切换组件(例如，由于跨越各开关触点的电弧放电)的风险，在匹配调整过程1810期间，希望信号具有相对较低的功率电平。
在框1814中，功率检测电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230、1230′、1230″，图6、9)接着测量沿着RF信号源和一个或多个电极之间的传输路径(例如，路径928、1228，图6、9)的反射和(在一些实施例中)前向功率，并将那些测量值提供到RF加热系统控制器。RF加热系统控制器接着可确定反射和前向信号功率之间的比，并且可基于所述比确定系统的S11参数和/或VSWR值。在实施例中，系统控制器可存储接收到的功率测量值(例如，接收到的反射功率测量值、接收到的前向功率测量值或这两者)和/或计算出的比、S11参数和/或VSWR值以用于未来评估或比较。
在框1816中，系统控制器可以基于反射功率测量值和/或反射与前向信号功率比和/或S11参数和/或VSWR值而确定由可变阻抗匹配网络提供的匹配是否可接受(例如，反射功率低于阈值，或所述比是10％或更小，或所述测量值或值优于某个其它准则)。可替换的是，系统控制器可配置成确定匹配是不是“最佳”匹配。“最佳”匹配可例如通过以下方式确定：反复测量所有可能的阻抗匹配网络配置(或至少测量阻抗匹配网络配置的限定子集)的反射RF功率(和在一些实施例中，前向反射RF功率)，并确定哪一配置产生最低反射RF功率和/或最低反射与前向功率比。
当RF加热系统控制器确定所述匹配不是可接受的或不是最佳匹配时，在框1818中，RF加热系统控制器可通过重新配置可变阻抗匹配网络来调整所述匹配。例如，可通过将控制信号发送到可变阻抗匹配网络实现此重新配置，这使得网络增大和/或减小网络内的可变电感(例如，通过使可变电感网络1010、1011、1311、1316、1321(图7、10)或可变电容网络1142、1146、1411、1416、1421(图8、11)具有不同电感或电容状态，或通过将电感器或电容器接通到电路中或将其从电路中断开)。在重新配置可变电感网络之后，可反复执行框1814、1816和1818，直到在框1816中确定可接受或最佳匹配为止。
在一些实施例中，RF加热系统控制器可以确定和存储包括可变阻抗匹配网络的阻抗状态值的阻抗状态数据。每个阻抗状态值可以表示可变阻抗匹配网络的配置状态(有时被称为“阻抗状态”)。例如，每当通过可变网络匹配配置过程识别出可接受或最佳匹配时，将对应于所述匹配的阻抗状态值以及时序信息(例如，时间戳)添加到阻抗状态数据中，所述时序信息识别识别出可接受或最佳匹配的时间。确定和存储此阻抗状态数据(包括阻抗状态值和对应时序信息)可以被视为监测可变阻抗匹配网络的配置状态。基于所存储的阻抗状态数据，RF加热系统控制器可以比较可变阻抗匹配网络的对应于两个连续可接受或最好匹配(例如，两个最近连续适用或最佳匹配)的两个最近阻抗状态值C1和C2。基于C1和C2的比较，RF加热系统控制器可以确定阻抗状态值已增加(例如，如果C1＞C2)或已减小(例如，如果C1＜C2)。例如，RF加热系统控制器可以在每次在框1816处识别出新的可接受或最佳匹配时进行这一比较。在一些实施例中，RF加热系统控制器可以将比较结果(例如，作为比较数据)存储在存储器中。例如，比较数据的给定条目可以设定为二进制“1”，表示阻抗状态值增加，或设定为二进制“0”，表示阻抗状态值减小，反之亦可。
在一些实施例中，每当在框1816处识别出新的可接受或最佳匹配时，更新C1和C2的值，并且进行新的比较。在实施例中，RF加热系统控制器可以基于C1和C2的比较而识别阻抗状态值已增加，并且作为响应，可以确定阻抗状态值C1对应于改变点。接着，RF加热系统控制器将阻抗状态值C1存储为改变点状态，并将对应于阻抗状态值C1的时间戳ts存储为改变点时间。
在另一实施例中，RF加热系统控制器可以监测比较数据以识别何时发生从阻抗状态值的减小到阻抗状态值的增加的转变。响应于识别出已发生这一转变，RF加热系统控制器可以确定阻抗状态值C1对应于改变点。接着，RF加热系统控制器将阻抗状态值C1存储为改变点状态，并将对应于阻抗状态值C1的时间戳ts存储为改变点时间。
另外地或可替换的是，RF加热系统可以跟踪从最后一次重新配置可变阻抗匹配网络开始所经过的时间te(例如，其可以基于对应于阻抗状态值C1的时间戳ts计算出)。如果经过的时间超过预定阈值时间tTH，那么RF加热系统确定已发生改变点。接着，RF加热系统控制器将阻抗状态值C1存储为改变点状态，并将时间戳ts和经过的时间te的总和存储为改变点时间。
一旦确定可接受或最佳匹配，流便返回到图13，并且可开始RF加热操作。RF加热操作的开始包括在框1610中，将由RF信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)供应的RF信号的功率增加到相对较高功率的RF信号。同样，RF加热系统控制器可通过到供电和偏置电路系统(例如，电路系统926、1226，图6、9)的控制信号来控制RF信号功率电平，其中所述控制信号使供电和偏置电路系统将与所要信号功率水平一致的供应和偏置电压提供到放大器(例如，放大级924、925、1224，图6、9)。例如，相对较高功率的RF信号可以是具有在约50W到约500W范围内的功率电平的信号，但是可替代地使用不同功率电平。
在框1614中，测量电路系统(例如，功率检测电路系统930、1230、1230′、1230″，图6、9)接着周期性地测量系统参数，例如一个或多个电流、一个或多个电压、沿着RF信号源和一个或多个电极之间的传输路径(例如，路径928、1228，图6、9)的反射功率和/或前向功率，并将那些测量值提供到RF加热系统控制器。RF加热系统控制器可再次确定反射和前向信号功率之间的比，并且可基于所述比确定系统的S11参数和/或VSWR值。在实施例中，RF加热系统控制器可存储接收到的功率测量值和/或计算出的比和/或S11参数和/或VSWR值以用于未来评估或比较。根据实施例，前向和反射功率的周期性测量值可以相当高的频率(例如，约数毫秒)或以相当低的频率(例如，约数秒)获得。例如，用于获得周期性测量值的相当低的频率可为每10秒到20秒测量一次的速率。
在框1616中，RF加热系统控制器可基于一个或多个反射信号功率测量值、一个或多个计算出的反射与前向信号功率比、一个或多个计算出的S11参数和/或一个或多个VSWR值而确定由可变阻抗匹配网络提供的匹配是否可接受。例如，RF加热系统控制器可在做出此确定时使用单个反射信号功率测量值、单个计算出的反射与前向信号功率比、单个计算出的S11参数或单个VSWR值，或者可在做出此确定时对数个先前接收到的反射信号功率测量值、先前计算出的反射与前向功率比、先前计算出的S11参数或先前计算出的VSWR值取平均(或其它计算)。为了确定匹配是否可接受，例如，RF加热系统控制器可将接收到的反射信号功率、计算出的比、S11参数和/或VSWR值与一个或多个对应阈值进行比较。例如，在一个实施例中，RF加热系统控制器可将接收到的反射信号功率与阈值，即前向信号功率的例如5％(或某一其它值)，进行比较。低于前向信号功率的5％的反射信号功率可指示匹配仍然是可接受的，且高于5％的比可指示匹配不再是可接受的。在另一实施例中，RF加热系统控制器可将计算出的反射与前向信号功率比与阈值10％(或某一其它值)进行比较。低于10％的比可指示匹配仍然是可接受的，且高于10％的比可指示匹配不再是可接受的。当测得的反射功率、计算出的比或S11参数或VSWR值大于对应阈值(即，比较是不利的)从而指示不可接受的匹配时，RF加热系统控制器就可以通过再次执行过程1608(例如，图14的过程)而开始可变阻抗匹配网络的重新配置。
如先前所论述，由可变阻抗匹配网络提供的匹配可在整个加热操作过程中降低，因为装料(例如，装料964、1264，图6、9)的阻抗随着装料升温而发生改变。已经观察到，在整个加热操作过程中，可通过调整腔室匹配电感或电容并且还通过调整RF信号源电感或电容来维持最佳腔室匹配。
根据实施例，在重新配置可变阻抗匹配网络的迭代过程中，RF加热系统控制器可考虑这一趋势。更具体地说，当在框1608中通过重新配置可变阻抗匹配网络来调整匹配时，RF加热系统控制器首先可选择用于腔室和RF信号源匹配的对应于较低电感(用于腔室匹配)和较高电感(用于RF信号源匹配)的可变电感网络的状态。可在利用用于腔室和RF信号源的可变电容网络的实施例中执行类似过程。在与并未考虑这些趋势的重新配置过程相比时，通过选择倾向于遵循预期最佳匹配轨迹的阻抗，可以减少执行可变阻抗匹配网络重新配置过程1608的时间。在替代实施例中，RF加热系统控制器实际上可以迭代地测试邻近配置，以便尝试确定可接受配置。
实际上，RF加热系统控制器可采用多种不同的搜索方法来重新配置系统以具有可接受的阻抗匹配，包括测试所有可能的阻抗匹配网络配置。搜索可接受配置的任何合理方法均视为落入本发明主题的范围内。在任何情况下，一旦在框1608中再次建立可接受匹配，加热操作就在框1610和1614中恢复，且过程继续反复进行。
返回参考框1616，当RF加热系统控制器基于一个或多个反射功率测量值、一个或多个计算出的反射与前向信号功率比、一个或多个计算出的S11参数和/或一个或多个VSWR值而确定由可变阻抗匹配网络提供的匹配仍可接受时(例如，反射功率测量值、计算出的比、S11参数或VSWR值小于对应阈值，或比较是有利的)，在框1618中，RF加热系统控制器和/或主机/热系统控制器可以评估是否已发生停止或退出条件。实际上，对是否已发生停止或退出条件的确定可以是可在加热过程期间的任一点发生的由中断驱动的过程。然而，为了将其包括在图13的流程图中，所述过程示出为发生在框1616之后。框1618可以与先前论述的框1636及图14的流程图中的临时停止条件的相关联论述大体上相同。出于简洁的目的，所述论述在此处将不再重复，而是意在同等地应用。作为另一例子，通过执行确定(例如，在框2112、2212处，图18、19)是否符合烹饪食物装料的所估计要求(例如，所估计时间要求或所估计能量要求)的方法(例如，方法2100、2200，图18、19)，RF加热系统控制器可以确定已发生加热操作的停止条件。
如果已经解决临时停止条件或尚未发生永久停止条件，那么可通过反复执行框1614和1616(和匹配网络重新配置过程1608，视需要)继续加热操作。如果发生了永久停止(退出)条件，那么在框1620中，RF加热系统控制器使RF信号源中断对RF信号的供应。例如，RF加热系统控制器可停用RF信号产生器(例如，RF信号产生器922、1222，图6、9)和/或可使供电和偏置电路系统(例如，电路系统926、1226，图6、9)中断对供应电流的提供。另外，主机/热系统控制器可以将信号发送到用户接口(例如，用户接口992、1292，图6、9)，所述信号使用户接口产生退出条件的用户可感知标志(例如，通过在显示装置上显示“已完成”，或提供可听音)。接着，方法可以结束。
再次返回到框1602，在选定包括热加热系统和RF加热系统两者的启动的组合式热和RF烹饪模式时，并行且同时地执行先前论述的热烹饪过程(即，包括框1630、1632、1634)和RF烹饪过程(即，框1604、1606、1608、1610、1614、1616、1618)。更确切地说，主机/热系统控制器控制适当的热加热系统来加热炉腔室中的空气，同时RF系统控制器控制RF加热系统将RF能量辐射到炉腔室中。在烹饪过程的一些时段期间，热加热系统或RF加热系统可以暂时停用，而另一系统保持启动。在实施例中，对热加热系统和RF加热系统的启动状态的总体控制可由主机/热系统控制器执行。
组合RF加热系统的RF电容式烹饪与热加热系统的热烹饪的系统的实施例的实施方案可具有优于常规系统的大量性能优点。例如，图16和17分别是绘制在仅对流烹饪过程期间和在组合式对流和RF烹饪过程期间初始冷冻和冷藏的食物装料的内部温度的图。
首先参考图16，图1900绘制针对初始冷冻的鸡块的内部装料温度(沿着竖轴，以℃为单位)相较于烹饪时间(沿着水平轴，以分钟为单位)的图。确切地说，迹线1910绘制在使用仅对流加热过程加热装料时内部装料温度相较于时间的图，迹线1920绘制在使用包括RF加热系统和对流加热系统(例如，系统100，图1)的加热设备的实施例加热装料时内部装料温度相较于时间的图。迹线1910示出仅对流加热过程使装料的内部温度在约108分钟内从约-20℃升高到约80℃。相反地，迹线1920示出组合式RF和对流加热过程在约62分钟内使装料的内部温度从约-20℃升高到约80℃，这表示初始冷冻装料的烹饪时间显著减少。
接下来参考图17，图2000绘制初始冷藏的鸡块的内部装料温度(沿着竖轴，以℃为单位)相较于烹饪时间(沿着水平轴，以分钟为单位)的图。确切地说，迹线2010绘制在使用仅对流加热过程加热装料时内部装料温度相较于时间的图，迹线2020绘制在使用包括RF加热系统和对流加热系统(例如，系统100，图1)的加热设备的实施例加热装料时内部装料温度相较于时间的图。迹线2010示出仅对流加热过程在约75分钟内使装料的内部温度从约5℃升高到约75℃。相反地，迹线2020示出组合式RF和对流加热过程在约36分钟内使装料的内部温度从约5℃升高到约75℃，这再次表示烹饪时间显著减少。
因此，给定图16和17中描绘的结果，显而易见的是，当与常规系统比较时，包括组合式RF和热加热系统的本发明主题的实施例的实施方案可以实现显著减少的烹饪时间。
图18是根据示例实施例的通过监测从识别出改变点开始所经过的时间量而估计具有RF加热系统(例如，系统150、650、850、910、1210，图1、4至6、9)和热加热系统(例如，系统160、660、680、860、880、910、1210，图1、4至6、9)的加热系统(例如，系统100、600、800、900、1200，图1、4至6、9)的加热操作何时“结束”烹饪装料(例如，加热操作何时完成)的方法的流程图。例如，在装料的内部温度具有或估计有超过预定温度阈值的内部温度时，系统可以被视为已“结束”烹饪装料，且加热操作可以被视为完成。在一些实施例中，此预定温度阈值可以变化，其中针对不同装料类型设定不同温度阈值。例如，所述方法可以与图13的流程图中所提供的方法并行执行。在一些实施例中，预定温度阈值可基于用户输入定义。例如，可以由系统接收指示食物装料的烹饪条件(例如，牛排七分熟)的用户输入，并且RF加热系统控制器可以基于用户输入设定预定温度阈值。例如，预定温度阈值可以大于20℃，使得食物装料的温度升高到高于简单解冻所需的温度。
方法可以开始于框2102，其中RF加热系统控制器(例如，控制器912、1212，图6、9)周期性地每当在监测从最后一次重新配置可变阻抗匹配网络开始所经过的时间te的同时重新配置可变阻抗匹配网络时更新阻抗状态数据。这些功能可在由加热系统执行的加热操作期间执行。例如，每次执行可变匹配网络校准过程(例如，在框1608中，图13)并且识别出可接受或最佳匹配(例如，在框1816中，图15)时，RF加热系统控制器可以识别和存储对应于可接受或最佳匹配的阻抗状态值，接着可以将识别出的阻抗状态值设定为阻抗状态数据的阻抗状态值C1，并将对应时间戳(例如，对应于与识别出的阻抗状态值相关联的可接受或最佳匹配被识别出的时间)设定为将存储在加热系统的存储器中的时间戳ts，从而更新其中存储的阻抗状态数据。例如，给定时间戳可以表示为从当前加热操作开始所经过的分钟数。每当更新阻抗状态值C1，前一C1值就可以存储为阻抗状态数据中的阻抗状态值C2。
在监测经过的时间te时，RF加热系统控制器可以周期性地确定从可变阻抗匹配网络的最近重新配置开始已经过去的时间量(例如，通过确定当前时间和时间戳ts之间的差)。
在框2104中，RF加热系统控制器可以通过确定可变阻抗匹配网络的所述两个最近配置和/或重新配置之间阻抗状态值是否增加来确定可变阻抗匹配网络的阻抗是否增加，并且可以确定从可变阻抗匹配网络的最近配置或重新配置开始所经过的时间te是否超过预定阈值时间tTH(例如，通过比较te与tTH)。
例如，RF加热系统控制器可以比较C1与C2，并且如果C1＞C2，那么可以确定阻抗状态值在最近重新配置时增加，或如果C1＜C2，那么可以确定阻抗状态值在最近重新配置时减小。应理解，为了比较C1和C2，需要对应于可变阻抗匹配网络的至少两个连续配置和/或重新配置的阻抗状态数据(例如，将存储在系统的存储器中)。
如果确定已发生任一条件，那么方法前进到框2106，否则方法返回到框2102。
在一些实施例中，用于框2104的预定时间段tTH可由RF加热系统控制器根据识别出的装料类型、装料质量(例如，在图13的步骤1602处通过系统的用户接口定义)和/或对应用户输入(例如，指示装料的所要内部温度的信息)而选择。例如，相比于较轻的、不太致密的装料，更重的和/或更致密的装料可使系统阻抗改变更慢，并且因此可使用更长的预定时间段tTH来分析。
在框2106处，RF加热系统控制器将最近存储的阻抗状态数据的阻抗状态值C1识别为对应于改变点。RF加热系统控制器可接着将阻抗状态值C1存储为改变点状态。如果基于阻抗状态值的识别出的增加识别出了改变点，那么RF加热系统控制器可以将对应于阻抗状态值C1的时间戳ts存储为改变点时间。如果基于识别出经过的时间te超过预定阈值tTH而识别出了改变点，那么RF加热系统控制器可以将时间戳ts和经过的时间te的总和存储为改变点时间。
在框2108处，RF加热系统控制器至少基于阻抗状态值C1(即，改变点状态)，并且在一些实施例中基于装料类型，估计装料的质量。例如，对于给定装料类型，可变阻抗匹配网络在改变点处的阻抗状态值针对不同装料质量可以是不同的。在操作系统之前，可执行具有不同类型和质量的装料的表征，以便确定装料类型、装料质量和改变点处的阻抗状态值之间的关系，它可以记录在数据库/查找表(LUT)中。例如，此类LUT可包括多个条目，每个条目包括装料类型、装料质量和对应于所述装料类型和装料质量的装料的改变点状态的阻抗状态值。应理解，如果阻抗状态值C1在LUT中不具有精确匹配，那么可以执行内插(例如，在两个具有接近C1的阻抗状态值的条目上)以估计装料质量。
在框2110处，RF加热系统控制器估计结束加热(例如，烹饪)装料所需的时间tc。例如，RF加热系统控制器可以基于装料的所估计质量，且任选地基于系统腔室内检测到的空气温度和/或装料类型，估计这一时间要求。在一些实施例中，tc可以估计为tc＝C*A+K，其中C表示改变点状态，并且其中A和K是根据系统模拟和经验数据确定的常数。
在框2112处，RF加热系统控制器周期性地检查以确定从改变点时间ts开始是否已经过去在框2110中估计的时间tc。如果是，那么方法前进到框2114，在框2114处，RF加热系统控制器和热加热系统控制器可以分别使RF加热系统和热加热系统关闭。另外或可替换的是，系统可以通过用户接口产生完成的用户可感知指示(例如，所显示的指示和/或可听通知)。
图19是根据示例实施例的通过估计从识别出改变点开始施加到装料的能量总量而估计具有RF加热系统(例如，系统150、650、850、910、1210，图1、4至6、9)和热加热系统(例如，系统160、660、680、860、880、910、1210，图1、4至6、9)的加热系统(例如，系统100、600、800、900、1200，图1、4至6、9)的加热操作何时“结束”烹饪装料(例如，加热操作何时完成)的方法的流程图。例如，在装料的内部温度具有或估计有超过预定温度阈值的内部温度时，系统可以被视为已“结束”烹饪装料，且加热操作可以被视为完成。在一些实施例中，此预定温度阈值可以变化，其中针对不同装料类型设定不同温度阈值。例如，所述方法可以与图13的流程图中所提供的方法并行执行。在一些实施例中，预定温度阈值可基于用户输入定义。例如，可以由系统接收指示食物装料的烹饪条件(例如，牛排七分熟)的用户输入，并且RF加热系统控制器可以基于用户输入设定预定温度阈值。
方法可以开始于框2202，其中RF加热系统控制器(例如，控制器912、1212，图6、9)周期性地每当在监测从最后一次重新配置可变阻抗匹配网络开始所经过的时间te的同时重新配置可变阻抗匹配网络时更新阻抗状态数据。这些功能可在由加热系统执行的加热操作期间执行。例如，每次执行可变匹配网络校准过程(例如，在框1608中，图13)并且识别出可接受或最佳匹配(例如，在框1816中，图15)时，RF加热系统控制器可以识别对应于可接受或最佳匹配的阻抗状态值，接着可以将识别出的阻抗状态值设定为阻抗状态数据的阻抗状态值C1，并将对应时间戳(例如，对应于与识别出的阻抗状态值相关联的可接受或最佳匹配被识别出的时间)设定为将存储在加热系统的存储器中的时间戳ts，从而更新其中存储的阻抗状态数据。例如，给定时间戳可以表示为从当前加热操作开始所经过的分钟数。每当更新阻抗状态值C1，前一C1值就可以存储为阻抗状态数据中的阻抗状态值C2。
在监测经过的时间te时，RF加热系统控制器可以周期性地确定从可变阻抗匹配网络的最近重新配置开始已经过去的时间量(例如，通过确定当前时间和时间戳ts之间的差)。
在框2204中，RF加热系统控制器可以通过确定可变阻抗匹配网络的所述两个最近配置和/或重新配置之间阻抗状态值是否增加来确定可变阻抗匹配网络的阻抗是否增加，并且可以确定从可变阻抗匹配网络的最近配置或重新配置开始所经过的时间te是否超过预定阈值时间tTH(例如，通过比较te与tTH)。
例如，RF加热系统控制器可以比较C1与C2，并且如果C1＞C2，那么可以确定阻抗状态值在最近重新配置时增加，或如果C1＜C2，那么可以确定阻抗状态值在最近重新配置时减小。应理解，为了比较C1和C2，需要对应于可变阻抗匹配网络的至少两个连续配置和/或重新配置的阻抗状态数据。
如果确定已发生任一条件，那么方法前进到框2206，否则方法返回到框2202。
在一些实施例中，用于框2204的预定时间段tTH可由RF加热系统控制器根据识别出的装料类型、装料质量(例如，在图13的步骤1602处通过系统的用户接口定义)和/或对应用户输入(例如，指示装料的所要内部温度的信息)而选择。例如，相比于较轻的、不太致密的装料，更重的和/或更致密的装料可使系统阻抗改变更慢，并且因此可使用更长的预定时间段tTH来分析。
在框2206处，RF加热系统控制器将最近存储的阻抗状态数据的阻抗状态值C1识别为对应于改变点。RF加热系统控制器可接着将阻抗状态值C1存储为改变点状态。如果基于阻抗状态值的识别出的增加识别出了改变点，那么RF加热系统控制器可以将对应于阻抗状态值C1的时间戳ts存储为改变点时间。如果基于确定经过的时间te超过预定阈值tTH而识别出了改变点，那么RF加热系统控制器可以将时间戳ts和经过的时间te的总和存储为改变点时间。
在框2208处，RF加热系统控制器至少基于对应于改变点状态的阻抗状态值，并且在一些实施例中基于装料类型，估计装料的质量。例如，对于给定装料类型，可变阻抗匹配网络在改变点处的阻抗状态值针对不同装料质量可以是不同的。在操作系统之前，可执行具有不同类型和质量的装料的表征，以便确定装料类型、装料质量和改变点处的阻抗状态值之间的关系，它可以记录在数据库/查找表(LUT)中。例如，此类LUT可包括多个条目，每个条目包括装料类型、装料质量和对应于所述装料类型和装料质量的装料的改变点状态的阻抗状态值。应理解，如果对应于改变点状态的阻抗状态值在LUT中不具有精确匹配，那么可以执行内插(例如，在两个具有接近对应于改变点状态的阻抗状态值的阻抗状态值的条目上)以估计装料质量。
在框2210处，RF加热系统控制器估计结束加热(例如，烹饪)装料所需的能量量ec(例如，“所估计的所需能量ec”)。例如，RF加热系统控制器可以基于装料的所估计质量，且任选地基于系统腔室内检测到的空气温度、由系统的RF信号源(例如，RF信号源920、1220，图6、9)供应的能量(例如，由RF信号源供应的RF信号的能量)的瞬时量和/或装料类型，确定所估计的所需能量ec。在一些实施例中，可以根据方程ec＝(C*A+K)*P确定所估计的所需能量，其中C表示改变点状态，其中A和K是根据系统模拟和经验数据确定的常数，并且其中P表示由RF信号源供应的瞬时功率。
在框2212处，RF加热系统控制器估计从改变点时间ts开始施加到装料的能量量es(例如，“所估计的施加能量es”)。例如，所估计的施加能量可以基于系统腔室内检测到的空气温度和由RF信号源供应的能量(例如，由RF信号源供应的RF信号的能量)的量通过周期性地确定估计将施加到装料的瞬时能量来确定。集体瞬时能量估计可以拟合曲线并进行整合，以便以确定所估计的施加能量。在替代实施例中，在估计所估计的施加能量时，由RF信号源供应的能量量和系统腔室内的空气温度可以假设为恒定的。
在框2213处，RF加热系统控制器周期性地检查以确定在框2210中确定的所估计的所需能量ec已经被在框2212中确定的所估计的施加能量es超过。如果所估计的施加能量es未超过所估计的所需能量ec，那么方法返回到框2212。
否则，如果在框2212处，RF加热系统控制器确定所估计的施加能量es超过所估计的所需能量ec，那么方法前进到框2214，在框2214处，RF加热系统控制器和热加热系统控制器可以分别使RF加热系统和热加热系统关闭。另外或可替换的是，系统可以通过用户接口产生完成的用户可感知指示(例如，所显示的指示和/或可听通知)。
接下来参考图20，图2300绘制针对初始冷冻的鸡块的阻抗状态值(沿着竖轴，以归一化单元为单位)和内部装料温度(沿着竖轴，以℃为单位)相较于烹饪时间(沿着水平轴，以分钟为单位)的图。此处使用的“阻抗状态值”对应于先前结合图18和19提供的阻抗状态值的定义。确切地说，迹线2302绘制在使用加热系统的RF加热系统(例如，系统150、650、850、910、1210，图1、4至6、9)和热加热系统(例如，系统160、660、680、860、880、910、1210，图1、4至6、9)加热装料时阻抗状态值相较于时间的图，且迹线2304绘制内部温度相较于时间的图。本例子对应于其中基于在可变阻抗匹配网络的重新配置之后经过的时间量te超过10分钟的预定义时间段tTH且中间未执行另一重新配置而定义改变点2306的实施例。如图所示，曲线2304可以在改变点时间(例如，在烹饪过程的约43分钟处)后以大致线性的方式增加，且改变点时间对应于约0℃的温度。
接下来参考图21，图2400绘制针对初始冷冻的鸡块的阻抗状态值(沿着竖轴，以归一化单元为单位)和内部装料温度(沿着竖轴，以℃为单位)相较于烹饪时间(沿着水平轴，以分钟为单位)的图。确切地说，迹线2302绘制在使用加热系统(例如，系统100、600、800、900，图1、4至6)的RF加热系统(例如，系统150、650、850、910、1210，图1、4至6、9)和热加热系统(例如，系统160、660、680、860、880、910、1210，图1、4至6、9)加热装料时阻抗状态值相较于时间的图，且迹线2404绘制内部温度相较于时间的图。本例子对应于其中基于识别出阻抗状态值在加热操作的约32分钟处开始增加而定义改变点2406的实施例。如图所示，曲线2404可在改变点时间后以大致线性的方式增加，且改变点时间对应于约0℃的温度。
本文所含的各附图中示出的连接线旨在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，许多替代或另外的功能关系或物理连接可存在于本主题的实施例中。此外，本文中还可仅出于参考的目的使用某些术语，且因此所述某些术语并不意图具有限制性，并且除非上下文清楚地指示，否则涉及结构的术语“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”意味着存在给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或量的任何内部或外部参考点、连接点、接合点、信号线、导电元件等等。此外，两个或更多个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两个或更多个信号，但是它们仍然可以进行多路复用、调制或以其它方式区分)。
以上描述是指元件或节点或特征“连接”或“耦合”在一起。如本文所使用，除非另外明确陈述，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。同样，除非另外明确陈述，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，尽管图中示出的示意图描绘元件的一个示例性布置，但额外的中间元件、装置、特征或组件可存在于所描绘的主题的实施例中。
在示例实施例中，加热系统可包括配置成容纳装料的腔室、与腔室流体连通的热加热系统和射频(RF)加热系统。热加热系统可配置成加热空气。RF加热系统可包括：配置成产生RF信号的RF信号源；配置成通过传输路径接收RF信号的一个或多个电极；沿着RF信号源和一个或多个电极之间的传输路径电耦合的可变阻抗匹配网络，所述可变阻抗匹配网络包括至少一个可变组件；和系统控制器。系统控制器可配置成执行用于进行以下操作的指令：监测可变阻抗匹配网络的阻抗状态；基于所监测的阻抗状态，识别在加热操作期间改变点在改变点时间处已发生且对应于改变点状态，所述改变点状态对应于可变阻抗匹配网络在改变点时间处的第一阻抗状态值；基于第一阻抗状态值，自动识别加热操作的完成；以及响应于识别出加热操作的完成，自动采取动作。
在一些实施例中，自动采取动作可以选自由以下组成的群组：关闭热加热系统、关闭RF加热系统以及产生加热操作完成的用户可感知指示。
在一些实施例中，系统控制器可以另外配置成执行用于基于改变点状态而确定所估计装料质量的指令。自动识别加热操作的完成可以另外至少基于所估计装料质量。
在一些实施例中，识别改变点已发生可包括通过比较确定第一阻抗状态值大于先前确定的可变阻抗匹配网络的第二阻抗状态值，以及将改变点时间识别为对应于与第一阻抗状态值相关联的时间戳。
在一些实施例中，识别改变点已发生可包括：监测从与第一阻抗状态值相关联的时间戳开始已经过去的第一时间，其中可变阻抗匹配网络的重新配置在第一时间期间尚未发生；确定第一时间超过预定时间阈值；以及将改变点时间识别为对应于第一时间和与第一阻抗状态值相关联的时间戳的总和。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可包括：基于所估计装料质量、腔室的温度和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间。预定温度阈值可以大于20℃，以及确定从改变点时间开始已经过去所估计时间。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可包括：基于所估计装料质量、腔室的温度、RF信号的能量和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量。预定温度阈值可以大于20℃。
在一些实施例中，识别加热操作的完成可以另外包括周期性地确定施加到装料的所估计能量，以及确定施加到装料的所估计能量超过所估计的所需能量。
在一些实施例中，RF加热系统可以另外包括配置成检测沿着传输路径的反射信号功率的功率检测电路系统及电耦合到功率检测电路系统和可变阻抗匹配网络的RF加热系统控制器。RF加热系统控制器可配置成基于反射信号功率而修改可变阻抗匹配网络的可变组件值以减小反射信号功率。
在示例实施例中，操作包括配置成容纳装料的腔室的加热系统的方法可包括：通过由与腔室流体连通的热加热系统加热腔室中的空气来执行加热操作，以及在加热腔室中的空气的同时，由射频(RF)信号源向电耦合于RF信号源与第一和第二电极之间的传输路径供应一个或多个RF信号，所述第一和第二电极横跨腔室定位且为电容式耦合的。第一和第二电极中的至少一个可以接收RF信号并将RF信号转换成辐射到腔室中的电磁能。方法可以另外包括：通过控制器修改可变阻抗匹配网络的阻抗状态以减小沿着传输路径的反射信号功率；通过控制器监测可变阻抗匹配网络的阻抗状态；基于所监测的阻抗状态，通过控制器自动确定在加热操作期间改变点在改变点时间处已发生且对应于改变点状态，所述改变点状态对应于可变阻抗匹配网络在改变点时间处的第一阻抗状态值；基于第一阻抗状态值，通过控制器自动识别加热操作的完成；以及响应于识别出加热操作的完成，通过控制器自动采取动作。
在一些实施例中，自动采取动作可包括以下中的一个或多个：通过控制器关闭热加热系统、通过控制器关闭RF加热系统以及通过控制器产生加热操作完成的用户可感知指示。
在一些实施例中，方法可以另外包括：基于改变点状态，通过控制器确定所估计装料质量。自动识别加热操作的完成可以另外至少基于所估计装料质量。
在一些实施例中，方法可以另外包括：通过由控制器执行的比较，确定第一阻抗状态值大于先前确定的可变阻抗匹配网络的第二阻抗状态值；以及通过控制器将改变点时间识别为对应于与第一阻抗状态值相关联的时间戳。
在一些实施例中，方法可以另外包括：通过控制器监测从与第一阻抗状态值相关联的时间戳开始已经过去的第一时间，其中可变阻抗匹配网络的重新配置在第一时间期间尚未发生；通过控制器确定第一时间超过预定时间阈值；以及通过控制器将改变点时间识别为对应于第一时间和与第一阻抗状态值相关联的时间戳的总和。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可包括：基于所估计装料质量、腔室的温度和所定义装料类型，通过控制器确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间；以及通过控制器确定从改变点时间开始已经过去所估计时间。预定温度阈值可以大于20℃。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可包括：基于所估计装料质量、腔室的温度、RF信号的能量和所定义装料类型，通过控制器确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量。预定温度阈值可以大于20℃。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可以另外包括：通过控制器周期性地确定施加到装料的所估计能量，以及通过控制器确定施加到装料的所估计能量超过所估计的所需能量。
在示例实施例中，热增加系统可以耦合到配置成容纳装料的腔室。热增加系统可包括与腔室流体连通的热加热系统。热加热系统可配置成加热空气。热增加系统可包括射频(RF)加热系统。RF加热系统可包括：安置成接近腔室的电极、配置成通过传输路径将RF信号输出到电极的RF信号源、沿着传输路径电耦合的可变阻抗匹配网络和控制器。控制器可配置成执行用于进行以下操作的指令：监测可变阻抗匹配网络的阻抗状态，所述可变阻抗匹配网络的阻抗状态对应于相应阻抗状态值和相关联的时间戳；以及基于在两个连续阻抗状态值之间观察到的增加，识别在加热操作期间改变点已在改变时间处并在改变点状态下发生。改变时间可以对应于第一时间戳，所述第一时间戳对应于所述两个连续阻抗状态值中的第一阻抗状态值。改变点状态可以对应于第一阻抗状态值。控制器可以另外配置成执行用于进行以下操作的指令：至少基于第一阻抗状态值，确定所估计装料质量；至少基于改变点时间、第一阻抗状态值和所估计装料质量，自动识别加热操作的完成；以及响应于识别出加热操作的完成，自动采取动作。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可包括：基于所估计装料质量、第一时间、腔室的温度和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间。预定温度阈值可以大于20℃。控制器可以另外配置成执行用于确定已经过去所估计时间的指令。响应于确定已经过去所估计时间，可以执行对加热操作的完成的识别。
在一些实施例中，自动识别加热操作的完成可包括：基于所估计装料质量、改变点时间、腔室的温度、RF信号的能量和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量。预定温度阈值可以大于20℃。控制器可以另外配置成执行用于进行以下操作的指令：周期性地确定施加到装料的所估计能量，以及确定施加到装料的所估计能量超过所估计的所需能量。响应于确定施加到装料的所估计能量超过所估计的所需能量，可以执行对加热操作的完成的识别。
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要求的主题的范围、适用性或配置。实际上，前述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指南。应理解，可以在不脱离由权利要求书所限定的范围的情况下对元件的功能和布置做出各种改变，权利要求书所限定的范围包括在提交本专利申请时的已知等效物和可预见等效物。

Claims (9)

1.一种加热系统，其特征在于，包括：
腔室，其配置成容纳装料；
热加热系统，其与所述腔室流体连通，其中所述热加热系统配置成加热空气；以及
射频RF加热系统，其包括
RF信号源，其配置成产生RF信号，
一个或多个电极，其配置成通过传输路径接收所述RF信号，
可变阻抗匹配网络，其沿着所述RF信号源和所述一个或多个电极之间的传输路径电耦合，所述可变阻抗匹配网络包括至少一个可变组件，以及
系统控制器，其配置成执行用于进行以下操作的指令：
监测所述可变阻抗匹配网络的阻抗状态，
基于所监测的阻抗状态，识别在加热操作期间改变点在改变点时间处已发生且对应于改变点状态，所述改变点状态对应于所述可变阻抗匹配网络在所述改变点时间处的第一阻抗状态值，
基于所述第一阻抗状态值，自动识别所述加热操作的完成，以及
响应于识别出所述加热操作的完成，自动采取动作；
所述系统控制器进一步配置成执行用于进行以下操作的指令：
基于所述改变点状态，确定所估计装料质量，其中自动识别所述加热操作的完成另外至少基于所述所估计装料质量。
2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，自动采取动作选自由以下组成的群组：关闭所述热加热系统、关闭所述RF加热系统和产生所述加热操作完成的用户可感知指示。
3.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，识别改变点已发生包括：
通过比较确定所述第一阻抗状态值大于先前确定的所述可变阻抗匹配网络的第二阻抗状态值；以及
将所述改变点时间识别为对应于与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳。
4.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，识别改变点已发生包括：
监测从与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳开始已经过去的第一时间，其中所述可变阻抗匹配网络的重新配置在所述第一时间期间尚未发生；
确定所述第一时间超过预定时间阈值；以及
将所述改变点时间识别为对应于所述第一时间和与所述第一阻抗状态值相关联的时间戳的总和。
5.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，自动识别所述加热操作的完成包括：
基于所述所估计装料质量、所述腔室的温度和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计时间，其中所述预定温度阈值大于20℃；以及
确定从所述改变点时间开始已经过去所述所估计时间。
6.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，自动识别所述加热操作的完成包括：基于所述所估计装料质量、所述腔室的温度、所述RF信号的能量和所定义装料类型，确定将内部装料温度升高到高于预定温度阈值所需的所估计能量，其中所述预定温度阈值大于20℃。
7.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述RF加热系统进一步包括：
功率检测电路系统，其配置成检测沿着所述传输路径的反射信号功率；以及
RF加热系统控制器，其电耦合到所述功率检测电路系统和所述可变阻抗匹配网络，其中所述RF加热系统控制器配置成基于所述反射信号功率而修改所述可变阻抗匹配网络的可变组件值以减小所述反射信号功率。
8.一种操作包括配置成容纳装料的腔室的加热系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过以下操作来执行加热操作：
由与所述腔室流体连通的热加热系统加热所述腔室中的空气，以及
在加热所述腔室中的所述空气的同时，由射频RF信号源向电耦合于所述RF信号源与第一和第二电极之间的传输路径供应一个或多个RF信号，所述第一和第二电极横跨所述腔室定位且为电容式耦合的，其中所述第一和第二电极中的至少一个接收所述RF信号并将所述RF信号转换成辐射到所述腔室中的电磁能；
通过控制器修改可变阻抗匹配网络的阻抗状态以减小沿着所述传输路径的反射信号功率；
通过所述控制器监测所述可变阻抗匹配网络的所述阻抗状态；
基于所监测的阻抗状态，通过所述控制器自动确定在加热操作期间改变点在改变点时间处已发生且对应于改变点状态，所述改变点状态对应于所述可变阻抗匹配网络在所述改变点时间处的第一阻抗状态值；
基于所述改变点状态，通过所述控制器确定所估计装料质量；
基于所述第一阻抗状态值，通过所述控制器自动识别所述加热操作的完成，其中自动识别所述加热操作的完成另外至少基于所述所估计装料质量；以及
响应于识别出所述加热操作的完成，通过所述控制器自动采取动作。
9.一种耦合到配置成容纳装料的腔室的热增加系统，其特征在于，所述热增加系统包括：
热加热系统，其与所述腔室流体连通，其中所述热加热系统配置成加热空气；以及
射频RF加热系统，包括：
电极，其安置成接近所述腔室；
RF信号源，其配置成通过传输路径向所述电极输出RF信号；
可变阻抗匹配网络，其沿着所述传输路径电耦合；以及
控制器，其配置成执行用于进行以下操作的指令：
监测所述可变阻抗匹配网络的阻抗状态，所述可变阻抗匹配网络的所述阻抗状态对应于相应阻抗状态值和相关联的时间戳；
基于在两个连续阻抗状态值之间观察到的增加，识别在加热操作期间改变点已在改变时间处并在改变点状态下发生，其中所述改变时间对应于第一时间戳，所述第一时间戳对应于所述两个连续阻抗状态值中的第一阻抗状态值，并且其中所述改变点状态对应于所述第一阻抗状态值；
至少基于所述第一阻抗状态值，确定所估计装料质量；
至少基于所述改变点状态、所述第一阻抗状态值和所述所估计装料质量，自动识别所述加热操作的完成；以及
响应于识别出所述加热操作的完成，自动采取动作。
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