EP4477036A1 - Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte - Google Patents

Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte

Info

Publication number
EP4477036A1
EP4477036A1 EP23701923.7A EP23701923A EP4477036A1 EP 4477036 A1 EP4477036 A1 EP 4477036A1 EP 23701923 A EP23701923 A EP 23701923A EP 4477036 A1 EP4477036 A1 EP 4477036A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microwave
target
amplitude
output
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23701923.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Kaiser
Christian Böttcher
Sebastian Sterz
Markus Kuchler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Priority to EP25164174.2A priority Critical patent/EP4565006A3/de
Publication of EP4477036A1 publication Critical patent/EP4477036A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/686—Circuits comprising a signal generator and power amplifier, e.g. using solid state oscillators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/705—Feed lines using microwave tuning

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a microwave module intended for installation in a household cooking appliance using a measuring system that can be connected to a microwave output of the microwave module.
  • the invention also relates to a calibration setup for carrying out this method.
  • the invention also relates to a method for calibrating a phase shifter of a microwave module intended for installation in a household cooking appliance.
  • the invention also relates to a calibration structure for carrying out this method.
  • the invention also relates to a household microwave cooking appliance in which at least one microwave module calibrated according to the present method is installed.
  • DE 102019 128204 B4 discloses a method for calibrating a microwave module for a cooking appliance, the microwave module having a microwave output and a control loop, the method comprising the following steps: the microwave module generates electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation generated being generated by an electromagnetic wave is defined, which includes an amplitude and a phase, emission of the generated electromagnetic radiation via the microwave output of the microwave module, measurement of a forward running wave of the emitted electromagnetic radiation by means of a measuring device external to the microwave module, and regulation of the amplitude and/or the phase of the generated electromagnetic radiation by means of a control and/or evaluation unit which is external to the microwave module and which is connected to the control loop in a signal-transmitting manner, so that the electromagnetic radiation generated by the microwave module is stable in terms of amplitude and phase.
  • EP 3 000 283 B1 discloses an apparatus for processing an object in a cavity by radio frequency radiation emitted by one or more radiating elements configured to emit the RF radiation in response to RF energy applied thereto, the Apparatus comprises: an RF energy delivery component configured to deliver RF energy for application to one or more radiating elements; a memory storing a set of coefficients chert and a processor configured to receive feedback in response to emission of RF radiation by one or more of the radiating elements and applying RF energy to one or more of the radiating elements based on the feedback and the set of control coefficients, the set of coefficients being associated with the RF power delivery component and including error correction coefficients designed to correct for systematic errors in the operation of the RF power delivery component.
  • WO 2015/099651 A1 discloses a method for calibrating a device configured to generate at least one radio frequency (RF) feed in an enclosed cavity.
  • the method includes: selecting at least a subset of frequencies in a bandwidth of the at least one RF feed; adjusting an input power for the at least one RF feed for each of the at least one subset of frequencies; actuating the at least one RF feed with the input power at each of the subset frequencies; sampling output power data at the at least one RF feed; interpolating the sampled output power data across the bandwidth of the at least one RF feed; and storing the output power data and the interpolated output power across the bandwidth of the at least one RF feed in a look-up table.
  • RF radio frequency
  • WO 2016/144872 A1 discloses a method for calibrating a set of devices, each device comprising an amplifying component and a measurement component that outputs a digital signal indicative of the radio frequency power detected at the amplifying component, comprising: selecting a frequency from a set of frequencies; selecting a phase value from a set of phase values; selecting a power level from a set of power levels; adjusting a subset of the set of devices to output a signal of the selected frequency, phase value, and power level; measuring a forward power level and a reverse power level; processing the forward and reverse power level measurements to calibrate the digital signal output from the measurement component of each set of equipment; and storing the calibrated digital signal output in non-volatile memory. It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular to provide a particularly precise possibility of calibrating a microwave module of a household microwave cooking appliance.
  • the object is achieved by a method for calibrating a microwave module intended for installation in a household cooking appliance using a measuring system that can be connected to a microwave output of the microwave module and has a directional coupling device with a microwave output without an antenna, the method having at least the following steps:
  • This calibration method has the advantage that the output power at the microwave output of a calibrated microwave module when operating in a household microwave cooking appliance can be set particularly precisely to a desired or requested target power, even with the frequency and possibly phase variable setting of the microwave signal.
  • the power output into the cooking chamber corresponds to the set power, e.g. to be able to ensure sufficient heating to kill germs.
  • the household microwave oven can be a stand-alone microwave oven or a combination microwave oven. e.g. an oven with a microwave function and possibly a steam treatment function.
  • the household microwave oven has at least one microwave module.
  • the microwave signals generated by the at least one microwave module are radiated via one or more antennas or "ports" as microwave radiation into a cooking chamber that can be closed by means of a microwave-tight door.
  • part of the radiated microwave radiation is fed back into the at least one antenna.
  • the microwave module is in particular a prior to installation in the household
  • Microwave cooking device separately manufactured and independently manageable unit.
  • At least one antenna can be connected to the micro- be connected to the shaft output of the built-in microwave module.
  • the microwave output is connected to the measuring system without an antenna, and the microwave output of the measuring system is also without an antenna. Consequently, no microwave radiation is emitted into the room during the calibration method, but only conducted microwave signals are generated. This is advantageously particularly easy to implement, error-free and radiation-proof.
  • a directional coupling device is understood to mean a measuring device which taps into a passing microwave signal and makes a very small proportion of the passing microwave signal available as a measuring signal.
  • measurement signals that are dependent on the direction of travel of the microwave signal are provided, i.e. a measurement signal that represents a measure of a power / amplitude of a microwave signal running in the forward or transmission direction to the microwave output, and a measurement signal that represents a measure of a power / amplitude of an in Represents backward or reflection direction of the microwave output coming microwave signal.
  • the directional coupling device can be, for example, a bidirectional, circulator-less directional coupler or a directional coupling system with a circulator.
  • the equivalent load connected in step (a), e.g. of 50 ohms, serves to absorb or use up a microwave signal running in the forward direction as completely as possible after passing through the two directional coupling devices. Ideally, no portion of the microwave signal would be reflected or run back in the reverse direction.
  • step (b) a microwave signal with a predetermined desired frequency and a predetermined desired amplitude is generated by means of the microwave module includes the microwave signal being variable in frequency and amplitude.
  • the frequency of the microwave signal can be set by means of a signal generator (eg an oscillator, VCO, PLL, synthesizer, oscillating circuit, etc.).
  • the signal generator can be supplied with a clock base by means of a clock generator.
  • the clock and/or signal generator may or may not be part of the microwave module. So can the clock and/or the signal generator can be components of a separate signal generation module.
  • a bandpass filter can be connected downstream of the signal generator to suppress, for example, unwanted frequencies outside a specific frequency band.
  • the bandpass filter can be a component of the microwave module or a signal generation module.
  • a controlled chopper can be connected downstream of the signal generator, in particular also downstream of the bandpass filter, if present.
  • the chopper can be a component of the microwave module or a signal generation module.
  • a first amplifier can be connected downstream of the signal generator.
  • the intermediate amplifier can also be connected downstream of the bandpass filter and/or the chopper, if present.
  • the repeater can be a component of the microwave module or a signal generation module.
  • the repeater can be a power controlled amplifier.
  • the power-controlled intermediate amplifier can amplify the amplitude or power of the incoming microwave signal by a predetermined factor.
  • a controlled phase shifter of the microwave module can be connected downstream of the signal generator.
  • the phase shifter can also be connected downstream of the bandpass filter, the chopper and/or the intermediate amplifier, if present.
  • the phase shifter is particularly advantageous for those microwave modules that are to be installed in groups of at least two microwave modules in a household microwave oven and by means of which an interference pattern is to be generated in the oven when the microwave oven is in operation.
  • a controlled attenuator of the microwave module can be connected downstream of the signal generator.
  • the attenuator can also be connected downstream of the bandpass filter, the chopper, the intermediate amplifier and/or the phase shifter, if present.
  • the attenuator can reduce the amplitude or power of the incoming microwave signal by a predetermined factor.
  • At least one second amplifier (“output amplifier”) can be connected downstream of the signal generator, the output of which is in particular directly connected to the directional coupling device of the microwave module.
  • the power amplifier can be single or multi-stage.
  • the output amplifier can have a single-stage or multi-stage preamplifier and a main amplifier connected downstream of the preamplifier.
  • the controlled components of the microwave module such as the signal generator, the chopper (if not part of a signal generation module), the repeater, the phase shifter, the attenuator, etc. can be controlled by a common control device of the microwave module, e.g. by means of a microcontroller, ASICs, FPGAs, etc.
  • the microwave signal provided at the output of the output amplifier then runs in the forward direction through the directional coupling device of the microwave module to the microwave output of the microwave module.
  • the amplitude or power of the microwave signal is measured at a first measurement output and the measured values are transmitted to the control device.
  • the control device can regulate the power of the microwave signal at the microwave output to the desired value on the basis of the desired power and the measured actual power.
  • the actual power measured does not correspond to the microwave power actually present at the microwave output. This can be uncovered by the present calibration method and corrected by means of the control device.
  • step (d) the microwave signal is passed further in the forward direction through the directional coupling device of the measurement system.
  • the measurement system is calibrated itself and/or has higher measurement accuracies and/or lower measurement tolerances, ie it measures more precisely than the directional coupling device of the microwave module.
  • the microwave signals running through both directional coupling devices in the forward and reverse directions are identical with high accuracy.
  • step (e) and in step (f) the amplitudes or powers of the microwave signal in the forward direction and the amplitudes or powers of the microwave signal in the reverse direction are measured.
  • step (g) the measured values of the microwave powers and/or values derived therefrom (e.g. quotients) are linked at least to the specified target frequency and the specified target power and stored as data entries of a calibration data set.
  • the measured values of the microwave powers and/or values derived therefrom e.g. quotients
  • this measurement process is repeated for different target frequencies.
  • the target frequencies for which the measurements are carried out correspond to values of a first frequency group of different target frequencies.
  • the target frequencies of the first frequency group can be incrementally spaced from each other, e.g., include target frequencies between 2400 MHz and 2500 MHz in increments of 10 MHz.
  • the measurements can be carried out for all target frequencies of the first frequency group.
  • a calibration data record is available, which includes as entries links at least between the specified or set target frequencies, the set target power and the respectively measured values of the microwave powers and/or values derived therefrom.
  • a frequency meter or a spectroscope to the measurement output of the directional coupling device of the measurement system for measuring the amplitude in the forward direction in order to assess the quality of the microwave signal, e.g. its bandwidth.
  • a deviation between the desired frequency and the actual frequency can also be measured and corrected by calibration.
  • Steps (i) through (k) can be performed before or after steps (a) through (h).
  • Step (i) involves aligning the microwave output of the microwave module or measurement system with a reflective end termination.
  • the microwave signals generated in the forward direction are reflected back at the open end by total internal reflection.
  • their amplitude or power is at least at the Measured at the directional coupling device of the microwave module, optionally also at the directional coupling device of the measuring system.
  • the “reflective end termination” can include or be an open end and in another development include or be a defined short circuit (“short”). Both termination types produce total internal reflection and differ only in the phase position of the reflected signal.
  • the equivalent load can also be referred to as "matched end termination”.
  • step (k) Analogous to the case of the dummy load present in steps (a) to (h), the target amplitudes are varied in step (k) even if the reflective end termination is present, and the corresponding data entries are created.
  • the target frequencies in steps (a) to (h) correspond to values of target frequencies of a second frequency group.
  • the target frequencies of the second frequency group can be identical to the target frequencies of the first frequency group, can be a subset of the target frequencies of the first frequency group, or vice versa, can have a real intersection of target frequencies with the first frequency group, or can form disjoint sets of values.
  • a further calibration data record is now available, which has been created or is structured analogously to the calibration data record for the dummy load.
  • step (i) the microwave output of the microwave module is connected to the directional coupling means of the measuring system and the microwave output of the measuring system is arranged as a reflective end termination;
  • step (j) comprises performing steps (b) to (g);
  • Step (k) comprises varying at least the target frequency within the second frequency group and repeating steps (b) to (g) for several, in particular all, target frequencies of the second frequency group.
  • the measurement system remains connected to the microwave module and the amplitudes are measured at the same measurement outputs as in with a dummy load.
  • step (i) the directional coupling device of the measuring system is decoupled from the microwave output of the microwave module and the microwave output of the microwave module is thereby designed as an open end;
  • step (j) comprises performing steps (b), (c), (e) and (g);
  • Step (k) comprises varying at least the target frequency within the second frequency group and repeating steps (b), (c), (e) and (g) for several, in particular all, target frequencies of the second frequency group.
  • This refinement has the advantage that fewer measured values occur. Another advantage is that there is less signal interference (e.g. comprehensive conduction losses) by doing without the additional measuring system.
  • the totally reflecting end of the microwave signal path is formed by the microwave output of the microwave module itself.
  • the directional coupling device of the measuring system is not required. Thus, steps (d) and (f) are omitted.
  • microwave module has a phase shifter
  • step (b) a target phase shift of the microwave signal is additionally specified and
  • the target phase shift is additionally varied within a first phase group of different target phase shifts and at least steps (b) to (h) each for several, in particular all, pairings of at least the target frequencies of the first frequency group and the target - phase shifts of the first phase group are carried out;
  • step (k) the target phase shift is additionally varied within a second phase group of different target phase shifts and at least steps (b), (c), (e) and (g) within the group of steps (b) to ( h) pairings of at least the desired frequencies of the second frequency group and the desired phase shifts of the second phase group are carried out for a number of pairs, in particular all of them.
  • step (g) the respectively set values of the target phase shift are additionally stored.
  • a calibration data set is then available which, as entries, contains links at least between the predetermined or set pairings of desired frequency and phase shift, which were set simultaneously during a measurement, the desired power set in the process and the values of the microwave powers and/or measured in each case. or values derived therefrom.
  • first phase group and the second phase group can be the same or different.
  • the target amplitude is additionally varied within a first amplitude group of different values of target amplitudes and at least steps (b) to (h) each for several, in particular all, pairs of at least the target frequencies of the first frequency group and the target amplitudes of the first amplitude group that were set simultaneously during a measurement;
  • the target amplitude is additionally varied within a second amplitude group of different values of target amplitudes and at least steps (b), (c), (e) and (g) within the group of steps (b) to (h) in each case for several, in particular all, pairs of at least the desired frequencies of the second frequency group and the desired amplitudes of the second amplitude group are carried out.
  • the target amplitudes of the first amplitude group have at least a few higher values than the target amplitudes of the second amplitude group, since with a reflective end termination for higher values of the target amplitude, the power of the microwave in the reverse direction could possibly damage the output amplifier. which is typically not the case when there is a dummy load at the end of the microwave path for such higher values of the target amplitude.
  • the target frequency, the target phase shift and the target amplitude can also be varied or permuted within their groups, and then the measured values for corresponding triples or "triple pairs" of three simultaneously set target values can be stored in a calibration data record.
  • the sequence of the varied target parameters is arbitrary: for example, if the values of the target frequency, the target phase shift and the target amplitude are varied, a respective value of the target frequency and the target phase shift can first be recorded and the values for it of the target amplitude are varied, then a value of the target phase shift is changed and for the new pair of target frequency and target phase shift values, the target amplitude values are cycled through again until all target phase shift values have been set, and then a new one value of the target frequency is set, etc.
  • all values of the target phase shift can also be run through analogously for a specified value of the target amplitude before the target amplitude is varied, etc.
  • a temperature in particular the temperature of a power amplifier, in particular a main amplifier, is additionally measured and stored in the calibration data set in conjunction with the setpoint values.
  • the amplification factor of the main amplifier which decreases due to heating, can already be taken into account when setting a setpoint power, and a temperature dependency of the power measurement of the detectors can also be corrected.
  • the temperature measurement can be used to detect a possible upcoming overheating of the power amplifier, in particular the main amplifier.
  • correction factors for the operation of the microwave module to be calibrated are calculated from the data entries in the calibration data sets, based on which at least one microwave parameter, including the lenoutput present amplitude of the microwave signal in the transmission direction, is adjusted to an associated setpoint.
  • the correction factors can be dependent on the setpoint frequency that is set, optionally also on the setpoint phase shift that is set and/or the setpoint amplitude that is set.
  • correction factors can also be calculated for the frequency of the microwave signal.
  • correction factors for the temperature dependency of the power amplifier can also be calculated.
  • the object is also achieved by a method for calibrating a phase shifter of a microwave module intended for installation in a household cooking appliance, the method having at least the following steps:
  • the target frequency is also varied within a third frequency group of different target frequencies and steps (iii) to (v) are also carried out for several, in particular all, target frequencies of the third frequency group.
  • steps (iii) to (v) are also carried out for several, in particular all, target frequencies of the third frequency group.
  • the target phase shift specified in step (ii) on the calibrated microwave module is 0° and the target phase shift within the third phase group includes at least the target values 0° and 180°. This is particularly advantageous since the sum signal should have a maximum amplitude at 0° and a minimum amplitude at 180°. Actual deviations at these points can be easily converted into correction factors.
  • correction factors for the operation of the microwave module to be calibrated are calculated from the stored data entries of the phase calibration data set, with the aid of which the phase shifts are adapted to the respectively associated setpoint phase shifts.
  • the correction factors can generally be obtained, for example, by interpolation and possibly also extrapolation of the calibration data sets.
  • the entries in the calibration data records can serve as support points.
  • the interpolation and extrapolation can be performed using any suitable calculation method, eg by fitting to a polynomial function.
  • the equation f(x) mx + xo with m and xO the correction factors is used as the functional relationship between x and f(x).
  • the correction factors m and xO can be determined with further measurements at other target powers.
  • connection between component deterioration over time and stress factors such as power, voltage peaks and temperature can be known from preliminary aging tests. This aging can also be included / taken into account in the correction factors.
  • correction factors can be calculated for the following measured values:
  • correction factors can depend on the frequency, amplitude, temperature, phase (shift) and/or aging. For some types of phase shifters, the following correction factor can be calculated:
  • phase shifter Predetermined or set target phase or phase shift (e.g. as a control value of the phase shifter) to the phase shift that is actually present, e.g. determined by means of the above phase calibration method.
  • This correction factor can depend on the amplitude, frequency, temperature and/or aging.
  • VCO voltage-to-Venvelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope-to-envelope.g. VCO and resonant circuit:
  • - Specified or set frequency e.g. as a control value of the signal generator for the actual frequency of the microwave signal in the forward direction measured by the measuring system.
  • This correction factor can depend on the amplitude, frequency, temperature and/or aging.
  • Another possible correction factor can include, for example:
  • the set target amplitude (e.g. as a control value of the attenuator) to the actual amplitude measured on the measuring system in the transmission direction.
  • This correction factor can depend on the temperature, frequency, phase and/or aging.
  • the object is also achieved by a household microwave oven having
  • a cooking chamber that can be closed microwave-tight by means of a door and that can be loaded with microwaves
  • At least one microwave module which is set up to set at least one amplitude and one frequency of a microwave signal emitted at a microwave output to variable desired values, and which has a directional coupling device at least for measuring the amplitude of an emitted microwave signal and a reflected microwave signal;
  • control device which is set up to, on the basis of correction factors which have been calculated according to at least one of the above methods, at least one microwave parameter, including the amplitude of the at least one Antenna emitted microwave signal to adapt to an associated setpoint.
  • the domestic microwave oven can be analogous to the above calibration methods, and vice versa, and provide the same advantages.
  • the correction factors may have been precalculated and then stored in a non-volatile memory of the household microwave oven, e.g.
  • the control device can be a microprocessor, a microcontroller, an ASIC, an FPGA, etc.
  • the calibration data sets can be stored in a non-volatile memory of the household microwave oven, and the correction factors are calculated by the microwave module itself, in particular by its control device.
  • the microwave module can have all the components required to generate a line-bound microwave signal, starting with the clock generator and ending with the output amplifier.
  • the use of an independent signal generation module can be particularly advantageous if it generates a microwave signal which - for example via a splitter
  • a calibration structure for carrying out the first method above having a microwave module and a measuring system, the measuring system at least
  • a directional coupling device which can be connected separably to a microwave output of the microwave module
  • This calibration setup can be designed analogously to the method that can be carried out on it, and vice versa, and provides the same advantages.
  • the object is also achieved by a calibration structure for carrying out a method for calibrating a phase shift, having a calibrated microwave module, at least one microwave module to be calibrated and a measuring system, wherein
  • the measuring system has a combiner whose inputs are connected to the microwave outputs of the microwave modules and whose output is connected to a detector of the measuring system, and wherein
  • the detector is connected to a data processing device of the measuring system, which can be coupled to control units of the microwave modules to control them; and wherein at least one frequency and one phase shift, possibly also an amplitude, of the microwave signal generated thereby can be varied at the microwave modules.
  • FIG. 1 shows a structure of a semiconductor microwave generation path with a microwave module
  • FIG. 2 shows a variant of a directional coupler of the microwave module from FIG. 1;
  • 3A shows another variant of a directional coupler of the microwave module
  • FIG. 3B shows another variant of a directional coupler of the microwave module from FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a further structure of a semiconductor microwave generation path with two microwave modules
  • FIG. 6 shows a calibration setup for calibrating the microwave module from FIG. 1;
  • FIG. 7 shows a first part of a calibration sequence that can be carried out using the calibration structure shown in FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a second part of the calibration process according to a first variant, which can follow the first part shown in FIG.
  • FIG. 9 shows a second part of the calibration sequence according to a second variant, which can follow the first part shown in FIG. 7;
  • FIG. 10 shows a further calibration setup for calibrating the microwave module from FIG. 1;
  • FIG. 11 shows a calibration sequence that can be carried out using the calibration structure shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a structure of a semiconductor microwave generation path 1 for generating microwave radiation.
  • a clock generator 2 such as a quartz oscillator or another frequency source, the clock signal of which is fed into a controllable signal generator 3 .
  • the clock signal has a very stable frequency and can, for example, have a clock frequency in a range between a few hundred kHz and a few tens of MHz. A bandwidth is typically a few Hertz to a few tens of Hertz.
  • the signal generator 3 With the aid of the clock signal, the signal generator 3 generates a working or microwave signal of a desired microwave frequency with still comparatively low power.
  • the microwave frequency generated by the signal generator 3 can be adjusted by means of a control device, for example a microcontroller 4 (frequency-variable signal generator 3).
  • a control device for example a microcontroller 4 (frequency-variable signal generator 3).
  • microwave signals with a frequency in a frequency frequency range between 2.4 GHz and 2.5 GHz are generated, but are fundamentally not limited to this.
  • the signal generator 3 can be an oscillator, VCO, PLL, synthesizer, resonant circuit, etc., for example.
  • the optional bandpass filter 5 is here followed by a controllable chopper 6--which is fundamentally available as an option.
  • the presence of the chopper 6 results in the advantage that partial outputs can be generated with a very high level of efficiency.
  • the microwave generation path 1 can be set to a power level in which it works with the highest possible efficiency.
  • Partial outputs are realized with the chopper 6 by switching the microwave signal on and off over time, e.g. similar to a PWM control. Desired partial performance or full performance can be specified using the microcontroller 4 .
  • a likewise optional amplifier (“intermediate amplifier”) 7 is connected downstream of the optional chopper. It depends on the specific implementation of the microwave generation path 1 whether and at what point an intermediate amplifier 7 is required. For example, an intermediate amplifier 7 can be used if an amplitude of the microwave signal at this point in the microwave generation path 1 is considered to be too small. There can also be several intermediate amplifiers 7 distributed over the microwave generation path 1.
  • the optional intermediate amplifier 7 is followed by a likewise optional phase shifter 8.
  • the phase shifter 8 may be required if a desired interference pattern is to be generated in a cooking chamber 23 of the household microwave cooking appliance 24 using at least two microwave generating paths 1.
  • the size of the phase shift of the incoming microwave signal is controlled via the microcontroller 4, for example in steps of 1°, 2°, 5° or 10° within a range between 0° and 180° or 0° and 360°.
  • An amplitude controller in the form of an attenuator 9 is connected downstream of the optional phase shifter 8 .
  • the attenuator 9 controls the amplitude of the microwave signal entering the preamplifier 10 and in particular reduces this amplitude by an amount or factor that can be set by the microcontroller 4 .
  • a controllable amplifier for example a VGA, can also be used as the amplitude controller.
  • the amplitude can be adjusted via a suitable intermediate amplifier, on which, for example, its gate voltage is controlled.
  • the attenuator 9 is followed by an output amplifier 10, 11 in the form of a series connection of a further amplifier (“preamplifier”) 10 and a further amplifier (“main amplifier”) 11 used here by way of example.
  • the preamplifier 10 can be constructed in several stages. If at least one intermediate amplifier 7 is present, it is present in the microwave generation path 1 between the signal generator 3 and the output amplifier 10, 11.
  • the main amplifier 11 is followed by a directional coupling device 12, to whose measurement outputs 13a and 13b respective detectors 14a and 14b, e.g. voltmeters, are connected.
  • the measurement signals from the detectors 14a, 14b and an optional temperature sensor 15, e.g. arranged on the main amplifier 11, are fed to the microcontroller 4 directly or via an analog/digital converter (not shown).
  • An antenna 16 is connected to the output of the directional coupling device 12, which converts the microwave signal into microwave radiation and emits it, e.g. directly into a cooking chamber or into a microwave duct.
  • a measurement signal in particular a voltage signal
  • the measurement output 13a which is a measure of the amplitude and thus the power of the microwave signal running to the antenna 16 in the forward or transmission direction.
  • a measurement signal in particular a voltage signal
  • the measurement output 13b which is a measure of the power of the backward-running microwave signal coupled in via the antenna 16 .
  • These services can be used, for example, to control, in particular to regulate, the semiconductor microwave generation path 1 .
  • the components 2 to 15 described above can be arranged arbitrarily in the household microwave oven. It is particularly advantageous if at least some of these components 2 to 15 are parts of a microwave module 17 that is prefabricated before installation in the domestic microwave cooking appliance.
  • components 3 to 15 can be parts of the microwave module 17, as indicated by dashed lines, or components 2 to 15 can be parts of the microwave module 17, as indicated by dots.
  • other assignments to one or more modules are also possible, as will be described in more detail below.
  • the antenna 16 is typically connected to a (microwave) output 18 of the microwave module 17
  • two or more of the components 2 to 15 can be functionally replaced by a single component. If, for example, a synthesizer is used as the signal generator 3, one or more of the components 6, 8 and/or 9 can be saved since a synthesizer already contains their functions. Many synthesizers available on the market can chop (switch on and off in time) and shift the phase. Some can also implement fine-tuned amplitude control.
  • FIG. 2 shows a variant of a directional coupler 12 in the form of a bidirectional directional coupler 12-1 without a circulator.
  • the measurement outputs 13a, 13b reproduce only a fraction of the amplitude of the working or microwave signal passed through the directional coupler 12-1.
  • Usual coupling values are in the range of -30 dB.
  • 3A shows a variant of the directional coupler 12.
  • a directional coupler 12-2 which has a circulator 19 which follows the main amplifier 11.
  • the circulator 19 protects the main amplifier 11 from reflection signals from the cooking chamber that are too high.
  • the circulator 19 sends the microwave signal received from the main amplifier 11 through a one-way directional coupler 20 in the direction of the output 18 and the antenna 16 another one-way directional coupler 21 to a terminating resistor 22 diverted.
  • 3B shows a variant of the directional coupler 12 in the form of a directional coupler 12-3 with circulator 19, in which, compared to the directional coupler 12-2, the circulator 19 and the one-way directional coupler 20 (with the associated components) are reversed in the signal path .
  • the microcontrollers 4 show a structure of a microwave generation section 31 of a household microwave cooking appliance 32 with two microwave modules 17. Their signal generator 3 is fed from the same clock generator 2, which can be a separate component for the two microwave modules 17 or can be integrated into one of the microwave modules 17.
  • the microcontrollers 4 are both controlled by a common control unit 33, for example for setting phase shifts on one or both of the microwave modules 17. A phase shift in the microwave signals of the two microwave modules 17 can be used to generate interference patterns in the cooking chamber 23 in a targeted manner.
  • the microwave generation section 31 can be continued analogously for more than two microwave modules 17 .
  • FIG. 5 shows a further structure of a semiconductor microwave generation section 41 of a household microwave cooking appliance 42 with two microwave modules 17 with two microwave modules 43 which are supplied with microwave signals from a common signal generation module 44.
  • the microwave modules 43 now only include the components 7 to 15, while the components 2, 3, 5, 6 are assigned to the signal generation module 44.
  • the microwave modules 43 also include a microcontroller 45 for controlling the associated components 7 to 9 and for evaluating the measurement signals from the directional coupling device 12, while the signal generator 3 and the chopper 6 are controlled by a microcontroller 46.
  • the microcontrollers 45 and 46 are in turn under the control of the common control unit 33.
  • the output signals of the signal generation module 44 are split using a splitter 47 and forwarded to the inputs of the microwave modules 43 .
  • the microwave generation path 41 can also be continued analogously for more than two microwave modules 43, as indicated by the dashed line extending from the splitter 47.
  • the measured values output by the detectors 14a, 14b to the microcontroller 4 or 45 are faulty, so that, for example, instead of a set target power, target -Frequency and / or target phase shift, a deviating microwave signal is output to the output 18 or the antenna 16.
  • one or more components of the semiconductor microwave generation path 1, in particular the microwave module 17, can be calibrated, which is explained in more detail below.
  • the antenna 16 is now not connected to its microwave output 18, but rather a directional coupling device 52 of the measuring system 51.
  • the directional coupling device 52 of the measuring system 51.
  • the directional coupling device 52 can be equipped analogously to the directional coupling device 12-1 as a bidirectional directional coupler without a circulator or analogously to the directional coupling device 12-2 with a circulator.
  • the directional coupling device 52 has a higher measurement accuracy/lower error tolerance than the directional coupling device 12.
  • the directional coupling device 52 Analogously to the directional coupling device 12, the directional coupling device 52 has a microwave output 53, a measuring output 54a for measuring in the transmission direction to the microwave output
  • a detector 55a-1 for measuring an amplitude of the measurement signal present at measurement output 54a and optionally a detector 55a-2 for measuring a frequency of the measurement signal present at measurement output 54a (eg a spectroscope) are connected to measurement output 54a.
  • a detector 55b for measuring an amplitude of the measurement signal present at the measurement output 54b is connected to the measurement output 54b.
  • the detectors 55a-1, 55a-2 and 55b are connected to a data processing device 56, such as a computer of the measuring system 51, which calculates their measured values and/or values derived therefrom saves values.
  • the detector 55a-2 can also be dispensed with and the frequency, given a sufficiently high sampling rate, can also be determined from the amplitude measurement values of the detector 55a-1.
  • the data processing device 56 uses stored values to calculate correction factors which are designed to correct systematic errors in the functioning of the microwave module 17, in particular when the microwave module 17 is installed in a domestic microwave oven.
  • the correction factors can also be referred to as calibration factors, calibration coefficients, error correction coefficients, and so on.
  • the correction factors can, for example, be transferred to a non-volatile memory of the microwave module 17 (e.g. an EEPROM) which the microcontroller 4, 45 can access or which is integrated into the microcontroller 4, 45.
  • the measurement data is transferred to a non-volatile memory of the microwave module 17, which the microcontroller 4, 45 can access or which is integrated into the microcontroller 4, 45, and the correction factors are calculated on this basis by the microcontroller 4, 45 itself.
  • the microwave output 53 can be provided with various interchangeable attachments, e.g. a dummy load 57, e.g. of 50 ohms, or an attachment ("calibration attachment") 58 which provides a reflective end termination at the microwave output 53, at which the directional coupling device 52 leads to the microwave output 53 microwave signals sent in the transmission direction are almost completely reflected back.
  • a dummy load 57 e.g. of 50 ohms
  • an attachment (“calibration attachment") 58 which provides a reflective end termination at the microwave output 53, at which the directional coupling device 52 leads to the microwave output 53 microwave signals sent in the transmission direction are almost completely reflected back.
  • the measuring section of the measuring system 51 and any connecting cables to the detectors 55a-1, 55a-2 and 55b have advantageously been measured using a precise network analyzer or the like in order to obtain the real, generally frequency-dependent correction values of the calibration setup itself. This can also be expressed as the measurement system itself is already calibrated (pre-calibrated).
  • FIG. 7 shows a first part of a calibration sequence for calibrating at least the power output of the microwave module 17, which can be carried out using the calibration setup shown in FIG.
  • the microwave output 18 of the microwave module 17 is connected to the input of the directional coupling device 52 of the measuring system 51, the attachment representing a dummy load 57 being connected to the microwave output 53 of the measuring system 51 here by way of example.
  • the data processing device 56 controls the individual controllable components 3 and 6-9 of the microwave module 17 directly via the microcontroller 4. The regulation of the microcontroller 4 is therefore deactivated.
  • an input of the signal generator 3 is connected to an output of a clock generator 2 .
  • the data processing device 56 sets initial values for a target frequency, target amplitude and target phase shift. For example:
  • the target frequency in a range [2.4; 2.5] GHz can be varied, e.g. in steps of 0.01 GHz or 10 MHz; e.g. by means of the signal generator 3.
  • the corresponding desired frequencies or setpoint frequencies set from this range form a first frequency group;
  • the target power in a range [120; 300] W can be varied, e.g. in steps of 60 W, e.g. by means of the attenuator 9.
  • the corresponding target powers desired or set from this range or analogous target amplitudes form a first amplitude group;
  • the initial reference frequency corresponds to the lowest frequency value from the first amplitude group
  • the initial reference power corresponds to the lowest amplitude value from the first amplitude group
  • the initial reference phase shift corresponds to the value 0°.
  • a working signal or microwave signal is generated by means of the signal generator 3 that has the specified nominal desired frequency and that is subsequently filtered in the bandpass filter 5 .
  • the filtered microwave signal is chopped up in the chopper 6 and amplified by the intermediate amplifier 7 for the first time.
  • the microwave signal is then phase-shifted by the predetermined target phase shift by means of the phase shifter 8, for example within a range [0°; 360 degrees].
  • the microwave signal is then either passed through the attenuator 9 without being attenuated or is attenuated by the attenuator 9 to a desired amplitude level.
  • the attenuated microwave signal is subsequently amplified first by the preamplifier 10 and then by the main amplifier 11 to the desired target power or target amplitude that is to be present at the microwave output 18 .
  • the microwave signal output by the main amplifier 11 is routed through the directional coupling device 12 in a sub-step S3a.
  • a very small portion of the microwave signal is coupled out as a measurement signal to the measurement output 13a by means of the directional coupling device 12 and is measured in a step S4 by means of the detector 14a.
  • the measurement signal can be in the form of a voltage signal, for example, and is representative of the amplitude of the microwave signal output by the main amplifier 11 and thus also of its power. Any conversion of voltage to amplitude or power that may be carried out can be done, for example, using a data set provided by the manufacturer of the directional coupling device 12 . It should be noted here that these conversion data can also be subject to tolerances or errors.
  • the microwave signal runs from the microwave output 18 through the directional coupling device 52 of the measuring system 51 to the microwave output 52 of the measuring system 53 and is then at least largely absorbed in the equivalent load 57.
  • the microwave signal routed to the dummy load 53 is coupled out to the measuring connection 54a and in step S5 at the detector 55a-1 with regard to its amplitude/power and optionally at the detector 55a-2 with regard to its frequency, bandwidth, etc. measured.
  • a portion of the microwave signal reflected back by the microwave output 52 is measured in step S4 or step S5 in a basically analogous manner with regard to its amplitude/power at the detector 13b and at the detector 55b.
  • step S6 the measured values (e.g. voltage values, amplitude, frequency, phase shift) and/or values derived from them (e.g. a power) are stored together with the specified target values as data entries of a calibration data set.
  • the measured values e.g. voltage values, amplitude, frequency, phase shift
  • values derived from them e.g. a power
  • steps S3 to S6 is then repeated with variation, in particular step-by-step incrementing, of the target values until there are corresponding data entries in the calibration data record for all desired permutations of the target values.
  • this can be implemented, for example, by first querying in step S7 whether the highest value of the microwave frequency is set.
  • step S8 If this is not the case ("N"), the current value is changed in step S8 to the next higher value, e.g. increased by one increment, and a branch is made back to step S3.
  • the variation in frequency can also be referred to as "frequency sweep”.
  • the quality of the microwave signal can optionally be evaluated in step S9 from the measurement signals measured by detector 55a-2.
  • the amplitude still corresponds to the initial, lowest amplitude, but is generally at least rather small.
  • step S10 the frequency value is first set back to its lowest value and then a query is made as to whether the highest value of the amplitude/power is set. If this is not the case ("N"), the current value of the amplitude/power is changed in step S11 to the next higher value, eg increased by one increment, and a branch is made back to step S3.
  • the variation of the amplitude can also be referred to as "amplitude sweep”.
  • step S10 is answered in the affirmative (“Y")
  • step S12 the amplitude value is first reset to its lowest value and then a query is made as to whether the highest value of the phase shift has been set.
  • step S13 the current value of the phase shift is changed in step S13 to the next higher value, eg increased by one increment, and a branch is made back to step S3.
  • the variation of the phase shift can also be referred to as "phase sweep”.
  • step S12 If the answer to step S12 is positive, a calibration data set is available which has the measured amplitudes/powers as a function of the varied or "swept" desired values as data sets.
  • the temperature T measured by the temperature sensor 15 can also be stored.
  • one or more target values can also be decremented starting from a highest value or can be set in any other order.
  • a calibration data record present after step S12 for a microwave output 53 equipped with the dummy load 57 could therefore look like this, for example, if the target frequency f S0 n is incremented from 2400 MHz to 2500 MHz in steps of 50 MHz, the target phase shift cp S oii from 0° to 240° is incremented in steps of 120° and the target amplitude / power P so n is decremented from 300 W to 120 W in steps of 60 W:
  • This data record enables the transmitted amplitude of the microwave module 17 to be detected exactly by means of the integrated detector 14a.
  • a second part is performed, which is described in more detail below.
  • FIG. 8 shows a second part of the calibration method according to a first variant, which, as shown, can follow the first part shown in FIG. 7, but can in principle also be carried out before the first part.
  • the calibration attachment is now changed in a step S14, namely from the dummy load 57 to a calibration attachment, which acts like a reflecting end seal and therefore ideally totally reflects incident waves.
  • step S15 initial values for the setpoint frequency and the setpoint amplitude are again set by the data processing device 56, in particular analogously to step S2.
  • the limits of the adjustable value ranges and/or the increments can differ from the case with the equivalent load 57 .
  • the higher amplitudes set when using the dummy load 57 are so high that they could damage the main amplifier in the event of back reflection in the case of the open or short-circuited end. Therefore, in the second part of the calibration process, lower target powers are set, which are at most as high as the main amplifier 11 can withstand in terms of reflected amplitude.
  • the target power can only be in a range [120; 180] W can be varied, for example in steps of 30 W or 60 W. Consequently, form the corresponding desired or from this range set target powers or, analogously, target amplitudes, a second amplitude group that differs from the first amplitude group.
  • the second frequency group can also differ from the first frequency group or the second phase group, but it does not have to.
  • the initial target frequency corresponds to the lowest frequency value from the second frequency group and the initial target power corresponds to the highest amplitude value from the second amplitude group.
  • step S15 the phase shift is set to a fixed value, in particular 0°, for example, and is not varied any further in the second part.
  • Steps S16 to S23 are carried out analogously to steps S3 to S8 and S10 to S11 (i.e. step S9 of checking the quality of the microwave signal is not carried out again), with the measured values or values derived therefrom being stored as data entries in a further calibration data record.
  • a further calibration data set for a microwave output 53 equipped with the calibration attachment 58 that is available after a positive answer to step S22 could then, for example, show values for the powers Pi 4a , Pi4t>, Pssa-i and Pssb and the temperature T for the target frequency f S0 n of 2400 MHz 2500 MHz incremented in steps of 50 MHz and the target amplitude / power P so n decremented from 180 W to 120 W in steps of 30 W.
  • the amplitude or power values Pi4b and Pssb measured at the detectors 14b and 55b for the reflected microwave signal are now significantly higher due to the total reflection.
  • a step S24 the microwave module 17 is switched off.
  • step S25 There are two options for the following step S25:
  • correction coefficients are calculated from the calibration data sets by means of the data processing device 56 and are provided for the operation of the microwave module 17, in particular based on the detectors 14a and 14b, in order to output microwave signals at the microwave output 18, the amplitude, frequency and/or phase of which corresponds as precisely as possible to the set reference values.
  • correction coefficients can be calculated from the entries in the calibration data sets, for example by a function fit with the entries as support points, for example by calculating polynomial functions of basically any order greater than one, ie for example using linear, quadratic, etc. polynomials. This means that correction coefficients can also be assigned to sets of setpoint values that have not been set directly, e.g. by interpolation. In addition, there is the possibility of extrapolating the entries in the calibration data sets to sets of correction coefficients which lie outside the range of one or more setpoint values that have been set.
  • the case can arise that some measuring points for the target amplitude are missing in the calibration data set for the calibration attachment 58 serving as a reflective end seal, which are higher than the maximum target amplitude permitted by the main amplifier 11, but less than or equal to the maximum target amplitude that can be set.
  • the missing measurement points can be extrapolated from the existing measurement points, or the correction coefficients for the missing target amplitude values can be extrapolated from the existing target amplitude values.
  • correction coefficients are then transferred from the data processing device 56 to a non-volatile data memory of the microcontroller 4 or to a non-volatile data memory of the microwave module 17 that is connected to the microcontroller 4 .
  • the correction coefficients are transferred as such to the non-volatile data memory using the data processing device 56 .
  • the microcontroller 4 is set up to calculate correction coefficients from the calibration data sets.
  • the measuring system 51 can then be separated from the microwave module 17, whereupon the microcontroller 4 works independently again.
  • the microwave module 17 can then be built into a household microwave oven, or the phase shift can be calibrated in a further calibration setup, as will be explained in more detail below in FIGS.
  • FIG. 9 shows a second part of the calibration method according to a second variant, which, as shown, can follow the first part shown in FIG. 7 or can be carried out before the first part.
  • step S12 after step S12 has been answered positively after the desired values for power, frequency and phase shift have been varied or "swept" completely, the directional coupling device 52 is separated from the microwave module 17 in a step S26, so that the microwave output 18 itself is open-ended serves, which causes a total reflection of the microwave signals running in the transmission direction to the microwave output 18 (transmitted). Consequently, the detectors 55a-1, 55a-2 and 55b are not used.
  • Steps S27 to S35 are then carried out analogously to steps S15 to S23, and a further calibration data record is created with the entries of the measured values of the powers Pi4a and Pi4b and, if applicable, the temperature T for the setpoint values f S0 n and P so n.
  • the calibration data set from the first part can be applied directly to the measured values of the transmitted power Pi4a.
  • Steps S24 and S25 can be carried out analogously to the first variant following the positive answer in step S34 after a complete sweep of the setpoint frequency and the setpoint amplitude.
  • An advantage of using the attenuators 62 is that many combiners 63 can only withstand low power, so the attenuators 62 serve to protect the combiner 63.
  • a further advantage is that the two microwave modules 17 and 17kai can then be operated with a high power output. Then again, the power level can be set about the same, and the absolute deviations are no longer critical relative to the high level. At low levels (e.g. due to an internal pre-attenuation by the attenuator 9), a relative amplitude error would be very noticeable.
  • the data processing device 56 controls the microcontroller 4 of the microwave modules 17 and 17kai in such a way that the data processing device 56 controls the individual components of the microwave modules 17 and 17kai directly.
  • the control function of the microcontroller 4 is therefore deactivated.
  • the detector 64 measures a maximum sum signal. If the phases of the microwave signals emitted at the microwave outputs 18 are in phase opposition (that is, they have a phase shift of 180° between them), the detector 64 measures the smallest total signal. This is used to determine whether the phase shifter 8 of the microwave module 17 to be calibrated is working correctly or whether the phase shift at this phase shifter 8 should also be corrected or calibrated using the measured actual phase shift relative to the target phase shift.
  • FIG. 11 shows a calibration sequence that can be carried out using the calibration structure shown in FIG.
  • the same target amplitude/target power is set for the calibration setup shown in FIG.
  • the target amplitude can be set to an average value such as 100 W, for example.
  • the setpoint phase shift of the microwave module 17kai is set to a specific value from a third phase group of different values of the phase shift, advantageously to 0°. Since the microwave module 17kai has already been calibrated, it can be assumed that its setpoint phase shift corresponds with a high degree of accuracy to its actually set actual phase shift.
  • the target phase shift of the microwave module 17 is also set to a specific initial value from the third phase group, advantageously to the same value as the set target phase shift of the calibrated microwave module 17kai, in particular to 0°.
  • step S42 it is queried whether all values of the target phase shift to be set have already been set once.
  • step S43 the sum signal of the two microwave signals of the two operated microwave modules 17 and 17kai present at the output of the combiner 63 by means of the detector 64 is transmitted to the data processing device 56 and transmitted together there with the values of at least the setpoint frequency set and the setpoint phase shift set on the microwave module 17 as a data entry in a further calibration database.
  • step S44 the value of the setpoint phase shift set on the microwave module 17 is changed by an increment, e.g. 30°, 60°, 90° or 180°, e.g. incremented or decremented and a branch is made back to step S42.
  • an increment e.g. 30°, 60°, 90° or 180°, e.g. incremented or decremented and a branch is made back to step S42.
  • step S43 if the query in step S43 is answered in the affirmative ("Y"), the desired ones are
  • step S45 the target phase shift of the microwave module 17 is reset to the determined initial value.
  • step S46 a query is made as to whether all of the setpoint frequency values to be set from the third frequency group have already been set once.
  • step S47 the target frequency on both microwave modules 17 and 17kai is set to the same new value from the third frequency group, in particular incremented or decremented. It then branches back to step S42.
  • step S48 in which - analogously to steps S24 and S25 - in a variant, correction coefficients are calculated from the calibration data set by means of the data processing device 56, which are intended to calibrate the operation of the microwave module 17 in order to output microwave signals whose phase or phase shift corresponds as closely as possible to the set setpoints.
  • the correction coefficients can be transmitted from the data processing device 56 to a non-volatile data memory of the microcontroller 4 or to a non-volatile data memory of the microwave module 17 connected to the microcontroller 4, with the microcontroller 4 being set up to calculate correction coefficients for the phase shift from the calibration data set to calculate.
  • the measuring system 61 can then be separated from the microwave module 17, whereupon the microcontroller 4 works independently again.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)
  • Electric Ovens (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (S1-S35) zum Kalibrieren eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät (24) vorgesehenen Mikrowellenmoduls (17) mittels eines an einen Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls anschließbaren Messsystems (51), das eine Richtkopplungseinrichtung (52) mit einem antennenlosen Mikrowellenausgang (53) aufweist, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: a) Anschließen des Mikrowellenausgangs des Mikrowellenmoduls an die Richtkopplungseinrichtung (12) des Messsystems, wobei an den Mikrowellenausgang (18) des Messsystems eine Ersatzlast (57) angeschlossen ist (S1); b) Erzeugen, mittels des Mikrowellenmoduls, eines Mikrowellensignals mit einer vorgegebenen Sollfrequenz und einer vorgegebenen Sollamplitude (S3); c) Durchleiten des Mikrowellensignals durch die Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls zu dem Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls (S3a); d) Leiten des Mikrowellensignals von dem Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls durch die Richtkopplungseinrichtung des Messsystems zu dem Mikrowellenausgang des Messsystems (S3b); e) Messen, an der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls, zumindest der Amplitude des zu dem Messsystem ausgesandten Mikrowellensignals und der Amplitude des von dem Messsystem reflektierten Mikrowellensignals (S4).

Description

Kalibrieren von Mikrowellenmodulen für Haushalts- Mikrowellengargeräte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines zum Einbau in ein Haushalts- Gargerät vorgesehenen Mikrowellenmoduls mittels eines an einen Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls anschließbaren Messsystems. Die Erfindung betrifft auch einen Kalibrieraufbau zum Durchführen dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Kalibrieren eines Phasenschiebers eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät vorgesehenen Mikrowellenmoduls. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Kalibrieraufbau zum Durchführen dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch ein Haushalts- Mikrowellengargerät, in dem mindestens ein gemäß der vorliegenden Verfahren kalibriertes Mikrowellenmodul eingebaut ist.
DE 102019 128204 B4 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren eines Mikrowellenmoduls für ein Gargerät, wobei das Mikrowellenmodul einen Mikrowellenausgang sowie einen Regelkreis aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung durch das Mikrowellenmodul, wobei die erzeugte elektromagnetische Strahlung durch eine elektromagnetische Welle definiert ist, die eine Amplitude und eine Phase umfasst, Aussenden der erzeugten elektromagnetischen Strahlung über den Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls, Messen einer vorwärtslaufenden Welle der ausgesandten elektromagnetischen Strahlung mittels einer zum Mikrowellenmodul externen Messvorrichtung, und Regeln der Amplitude und/oder der Phase der erzeugten elektromagnetischen Strahlung mittels einer zum Mikrowellenmodul externen Steuer- und/oder Auswerteeinheit, die mit dem Regelkreis signalübertragend verbunden ist, sodass die vom Mikrowellenmodul erzeugte elektromagnetische Strahlung hinsichtlich Amplitude und Phase stabil ist.
EP 3 000 283 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Objekts in einem Hohlraum durch Hochfrequenzstrahlung, die von einem oder mehreren strahlenden Elementen emittiert wird, die ausgelegt sind, um die HF-Strahlung in Reaktion auf daran angelegte HF-Energie zu emittieren, wobei die Vorrichtung umfasst: eine HF-Energiezufuhr- komponente, die ausgelegt ist, um HF-Energie zum Anwenden auf ein oder mehrere strahlende Elemente zuzuführen; einen Speicher, der einen Satz von Koeffizienten spei- chert; und einen Prozessor, der ausgelegt ist, um Rückmeldung in Reaktion auf die Emission von HF-Strahlung durch ein oder mehrere der strahlenden Elemente zu empfangen und das Anwenden von HF-Energie auf ein oder mehrere der strahlenden Elemente basierend auf der Rückmeldung und dem Satz von Koeffizienten zu steuern, wobei der Satz der Koeffizienten mit der HF-Energiezufuhrkomponente in Zusammenhang steht und Fehlerkorrekturkoeffizienten einschließt, die ausgelegt sind, um systematische Fehler in der Funktionsweise der HF-Energiezufuhrkomponente zu korrigieren.
WO 2015/099651 A1 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung, die konfiguriert ist, um mindestens eine Hochfrequenz (HF)-Einspeisung in einem umschlossenen Hohlraum zu erzeugen. Das Verfahren umfasst: Auswahlen mindestens einer Teilmenge von Frequenzen in einer Bandbreite der mindestens einen HF-Einspeisung; Einstellen einer Eingangsleistung für die mindestens eine HF-Einspeisung für jede der mindestens einen Teilmenge von Frequenzen; Betätigen der mindestens einen HF-Einspeisung mit der Eingangsleistung bei jeder der Teilmengenfrequenzen; Abtasten von Ausgangsleistungsdaten an der mindestens einen HF-Einspeisung; Interpolieren der abgetasteten Ausgangsleistungsdaten über die Bandbreite der mindestens einen HF-Einspeisung; und Speichern der Ausgangsleistungsdaten und der interpolierten Ausgangsleistung über die Bandbreite der mindestens einen HF-Einspeisung in einer Nachschlagetabelle.
WO 2016/144872 A1 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren eines Satzes von Geräten, wobei jedes Gerät eine verstärkende Komponente und eine Messkomponente umfasst, die ein digitales Signal ausgibt, das die an der verstärkenden Komponente erfasste Hochfrequenzleistung anzeigt, umfassend: das Auswählen einer Frequenz aus einem Satz von Frequenzen; Auswählen eines Phasenwertes aus einem Satz von Phasenwerten; Auswählen eines Leistungspegels aus einem Satz von Leistungspegeln; Einstellen einer Teilmenge des Satzes von Geräten, um ein Signal der ausgewählten Frequenz, des ausgewählten Phasenwerts und des ausgewählten Leistungspegels auszugeben; Messen eines Vorwärtsleistungspegels und eines Rückwärtsleistungspegels; Verarbeiten der Messungen der Vorwärts- und Rückwärtsleistungspegel, um die digitale Signalausgabe von der Messkomponente jedes Gerätesatzes zu kalibrieren; und Speichern der kalibrierten digitalen Signalausgabe in einen nichtflüchtigen Speicher. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine besonders genaue Möglichkeit bereitzustellen, ein Mikrowellenmodul eines Haushalts-Mikrowellengargeräts zu kalibrieren.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät vorgesehenen Mikrowellenmoduls mittels eines an einen Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls anschließbaren Messsystems, das eine Richtkopplungseinrichtung mit einem antennenlosen Mikrowellenausgang aufweist, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
(a) Anschließen des Mikrowellenausgangs des Mikrowellenmoduls an die Richtkopplungseinrichtung des Messsystems, wobei an den Mikrowellenausgang des Messsystems eine Ersatzlast angeschlossen ist;
(b) Erzeugen, mittels des Mikrowellenmoduls, eines Mikrowellensignals mit einer vorgegebenen Sollfrequenz und einer vorgegebenen Sollamplitude;
(c) Durchleiten des Mikrowellensignals durch die Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls zu dem Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls;
(d) Leiten des Mikrowellensignals von dem Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls durch die Richtkopplungseinrichtung des Messsystems zu dem Mikrowellenausgang des Messsystems;
(e) Messen, an der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls, zumindest der Amplitude des zu dem Messsystem ausgesandten Mikrowellensignals und der Amplitude des von dem Messsystem reflektierten Mikrowellensignals (S3);
(f) Messen, an der Richtkopplungseinrichtung des Messsystems, zumindest der Amplitude des zu dem Ausgang des Messsystems ausgesandten Mikrowellensignals und der Amplitude des von dem Ausgang des Messystems reflektierten Mikrowellensignals (S4);
(g) Speichern der Sollfrequenz und der Sollamplitude sowie dafür gemessenen Werte und/oder daraus abgeleiteter Werte als Dateneinträge eines Kalibrierdatensatzes; (h) Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb einer ersten Frequenzgruppe unterschiedlicher Sollfrequenzen und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (b) bis (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe;
(i) Einrichten des Mikrowellenausgangs des Mikrowellenmoduls oder des Messsystems auf einen reflektierenden Endabschluss;
(j) folgend Durchführen zumindest der Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (g) und
(k) Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb einer zweiten Frequenzgruppe unterschiedlicher Sollfrequenzen und jeweils erneutes Durchführen zumindest der Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe.
Dieses Kalibrierverfahren gibt den Vorteil, dass die Ausgangsleistung an dem Mikrowellenausgang eines kalibrierten Mikrowellenmoduls bei Betrieb in einem Haushalts- Mikrowellengargerät besonders genau auf eine gewünschte bzw. angeforderte Sollleistung einstellbar ist, und zwar auch bei frequenz- und ggf. phasenvariabler Einstellung des Mikrowellensignals. Außer zum Erreichen eines guten Gelingens eines Garvorgangs ist es auch im Hinblick auf eine lebensmitteltechnische Sicherheit vorteilhaft, dass die in den Garraum abgegebene Leistung der eingestellten Leistung entspricht, um z.B. eine ausreichende Erwärmung zur Keimabtötung sicherstellen zu können.
Das Haushalts-Mikrowellengargerät kann ein eigenständiges Mikrowellengerät oder ein Mikrowellenkombinationsgerät sein. z.B. ein Backofen mit Mikrowellenfunktion und ggf. Dampfbehandlungsfunktion. Das Haushalts-Mikrowellengargerät weist mindestens ein Mikrowellenmodul auf. Die von dem mindestens einen Mikrowellenmodul erzeugten Mikrowellensignale werden über ein oder mehrere Antennen oder "Ports" als Mikrowellenstrahlung in einen mittels einer mikrowellendichten Tür verschließbaren Garraum eingestrahlt. Typischerweise wird im Mikrowellenbetrieb des Haushalts-Mikrowellengargeräts ein Teil der eingestrahlten Mikrowellenstrahlung in die mindestens eine Antenne rückeingekoppelt.
Das Mikrowellenmodul ist insbesondere eine vor Einbau in das Haushalts-
Mikrowellengargerät separat hergestellte und eigenständig handhabbare Einheit. Mindestens eine Antenne kann direkt oder über eine Signalleitung für Mikrowellen an den Mikro- wellenausgang des eingebauten Mikrowellenmoduls angeschlossen sein. Bei dem vorliegenden Verfahren ist der Mikrowellenausgang jedoch antennenlos an das Messsystem angeschlossen, und auch der Mikrowellenausgang des Messsystems ist antennenlos. Bei dem Kalibrierverfahren wird folglich keine Mikrowellenstrahlung in den Raum abgegeben, sondern es werden nur leitungsgebundene Mikrowellensignale erzeugt. Dies ist vorteilhafterweise besonders einfach umsetzbar, fehlerunanfällig und strahlungssicher.
Unter einer Richtkopplungseinrichtung wird eine Messvorrichtung verstanden, welche ein durchlaufendes Mikrowellensignal anzapft und einen sehr geringen Anteil des durchlaufenden Mikrowellensignals als Messignal zur Verfügung stellt. Insbesondere werden von der Laufrichtung des Mikrowellensignals abhängige Messsignale bereitgestellt, d.h., ein Messsignal, dass ein Maß für eine Leistung / Amplitude eines in Vorwärts- bzw. Senderichtung zum Mikrowellenausgang laufenden Mikrowellensignals darstellt, und ein Messsignal das ein Maß für eine Leistung / Amplitude eines in Rückwärts- bzw. Reflexionsrichtung von dem Mikrowellenausgang kommenden Mikrowellensignals darstellt.
Die Richtkopplungseinrichtung kann beispielsweise ein bidirektionaler, zirkulatorloser Richtkoppler oder ein Richtkopplungssystem mit Zirkulator sein.
Die in Schritt (a) angeschlossene Ersatzlast, z.B. von 50 Ohm, dient dazu, ein in Vorwärtsrichtung laufendes Mikrowellensignal nach Durchlaufen der beiden Richtkopplungseinrichtungen möglichst vollständig zu absorbieren bzw. aufzubrauchen. Idealerweise würde kein Anteil des Mikrowellensignals reflektiert bzw. in Rückwärtsrichtung wieder zurücklaufen.
Dass in Schritt (b) mittels des Mikrowellenmoduls ein Mikrowellensignal mit einer vorgegebenen Sollfrequenz und einer vorgegebenen Sollamplitude erzeugt wird, umfasst, dass das Mikrowellensignal frequenz- und amplitudenvariabel einstellbar ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Frequenz des Mikrowellensignals mittels eines Signalerzeugers (z.B. eines Oszillators, VCOs, PLL, Synthesizers, Schwingkreises, usw.) einstellbar ist. Der Signalerzeuger kann mittels eines Taktgebers mit einer Taktbasis versorgt werden. Der Taktgeber und/oder der Signalerzeuger kann bzw. können Teil des Mikrowellenmoduls sein, brauchen es aber nicht zu sein. So können der Taktgeber und/oder der Signalerzeuger Komponenten eines separaten Signalerzeugungsmoduls sein.
Zur Unterdrückung z.B. von unerwünschten Frequenzen außerhalb eines bestimmten Frequenzbands kann dem Signalerzeuger ein Bandpassfilter nachgeschaltet sein. Das Bandpassfilter kann eine Komponente des Mikrowellenmoduls oder eines Signalerzeugungsmoduls sein.
Zur Erhöhung eines Wirkungsgrads kann dem Signalerzeuger ein gesteuerter Zerhacker nachgeschaltet sein, insbesondere auch dem Bandpassfilter nachgeschaltet sein, falls vorhanden. Der Zerhacker kann eine Komponente des Mikrowellenmoduls oder eines Signalerzeugungsmoduls sein.
Dem Signalerzeuger kann ein erster Verstärker ("Zwischenverstärker") nachgeschaltet sein. Der Zwischenverstärker kann insbesondere auch dem Bandpassfilter und/oder dem Zerhacker nachgeschaltet sein, falls vorhanden. Der Zwischenverstärker kann eine Komponente des Mikrowellenmoduls oder eines Signalerzeugungsmoduls sein. Der Zwischenverstärker kann ein leistungsgesteuerter Verstärker sein. Der leistungsgesteuerte Zwischenverstärker kann insbesondere die Amplitude bzw. Leistung des eingehenden Mikrowellensignals um einen vorgegebenen Faktor verstärken.
Dem Signalerzeuger kann ein gesteuerter Phasenschieber des Mikrowellenmoduls nachgeschaltet sein. Der Phasenschieber kann insbesondere auch dem Bandpassfilter, dem Zerhacker und/oder dem Zwischenverstärker nachgeschaltet sein, falls vorhanden. Der Phasenschieber ist insbesondere für solche Mikrowellenmodule vorteilhaft, die in Gruppen von mindestens zwei Mikrowellenmodulen in einem Haushalts-Mikrowellengargerät eingebaut werden sollen und mittels derer bei Betrieb des Mikrowellengargeräts in dem Garraum gezielt ein Interferenzmuster erzeugt werden soll.
Dem Signalerzeuger kann ein gesteuertes Dämpfungsglied des Mikrowellenmoduls nachgeschaltet sein. Das Dämpfungsglied kann insbesondere auch dem Bandpassfilter, dem Zerhacker, dem Zwischenverstärker und/oder dem Phasenschieber nachgeschaltet sein, falls vorhanden. Das Dämpfungsglied kann insbesondere die Amplitude bzw. Leistung des eingehenden Mikrowellensignal um einen vorgegebenen Faktor verringern. Dem Signalerzeuger kann mindestens ein zweiter Verstärker ("Endverstärker") nachgeschaltet sein, dessen Ausgang insbesondere unmittelbar mit der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls verbunden ist. Der Endverstärker kann ein- oder mehrstufig sein. Insbesondere kann der Endverstärker einen ein- oder mehrstufigen Vorverstärker und eine dem Vorverstärker nachgeschalteten Hauptverstärker aufweisen.
Die gesteuerten Komponenten des Mikrowellenmoduls wie der Signalerzeuger, der Zerhacker (falls nicht Teil eines Signalerzeugungsmoduls), der Zwischenverstärker, der Phasenschieber, das Dämpfungsglied usw. können mittels einer gemeinsamen Steuereinrichtung des Mikrowellenmoduls angesteuert werden, z.B. mittels eines Mikrocontrollers, ASICs, FPGAs, usw.
Das am Ausgang des Endverstärkers bereitgestellte Mikrowellensignal läuft dann gemäß Schritt (c) in Vorwärtsrichtung durch die Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls zum Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls. Dabei wird die Amplitude bzw. Leistung des Mikrowellensignals an einem ersten Messausgang gemessen und die Messwerte an die Steuereinrichtung übertragen. Die Steuereinrichtung kann anhand der Sollleistung und der gemessenen Ist-Leistung die Leistung des Mikrowellensignals am Mikrowellenausgang auf den Sollwert einregeln. Jedoch kann es sein, dass aufgrund von Herstellungstoleranzen und/oder systematischen Fehlern die gemessene Ist-Leistung nicht der am Mikrowellenausgang tatsächlich vorliegenden Mikrowellenleistung entspricht. Dies kann durch das vorliegende Kalibrierverfahren aufgedeckt und mittels der Steuereinrichtung korrigiert werden.
In Schritt (d) wird das Mikrowellensignal in Vorwärtsrichtung weiter durch die Richtkopplungseinrichtung des Messsystems geleitet. Das Messsystem ist selbst kalibriert und/oder weist höhere Messgenauigkeiten und/oder geringere Messtoleranzen auf, misst also genauer als die Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls. Da die beiden Richtkopplungseinrichtungen insbesondere einander unmittelbar (d.h., ohne zwischengeschaltete Funktionskomponente) nachgeschaltet sind, sind die durch beide Richtkopplungseinrichtungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung laufenden Mikrowellensignale mit hoher Genauigkeit gleich. Es werden in Schritt (e) und in Schritt (f) die Amplituden bzw. Leistungen des Mikrowellensignals in Vorwärtsrichtung und die Amplituden bzw. Leistungen des Mikrowellensignals in Rückwärtsrichtung gemessen.
In Schritt (g) werden die gemessenen Werte der Mikrowellenleistungen und/oder daraus abgeleitete Werte (z.B. Quotienten) verknüpft zumindest mit der vorgegebenen Sollfrequenz und der vorgegebenen Sollleistung als Dateneinträge eines Kalibrierdatensatzes gespeichert.
Dieser Messvorgang wird, wie durch Schritt (h) angedeutet, für verschiedene Sollfrequenzen wiederholt. Die Sollfrequenzen, für welche die Messungen durchgeführt werden, entsprechen Werten einer ersten Frequenzgruppe von unterschiedlichen Sollfrequenzen. Insbesondere können die Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe schrittweise voneinander beabstandet sein, z.B. Sollfrequenzen zwischen 2400 MHz und 2500 MHz in Schritten von 10 MHz umfassen. Insbesondere können die Messungen für alle Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe durchgeführt werden.
Nach Beendigung von Schritt (h) liegt ein Kalibrierdatensatz vor, der als Einträge Verknüpfungen zumindest zwischen den vorgegebenen bzw. eingestellten Sollfrequenzen, der dabei eingestellten Sollleistung und den dabei jeweils gemessenen Werten der Mikrowellenleistungen und/oder daraus abgeleiteten Werten umfasst.
Zudem ist es möglich, an dem Messausgang der Richtkopplungseinrichtung des Messsystems zum Messen der Amplitude in Vorwärtsrichtung einen Frequenzmesser bzw. ein Spektroskop anzuschließen, um die Qualität des Mikrowellensignals, z.B. dessen Bandbreite, zu beurteilen. Dabei kann auch eine Abweichung zwischen Sollfrequenz und Ist- frequenz gemessen werden und durch Kalibrierung korrigiert werden.
Die Schritte (i) bis (k) können vor oder nach den Schritten (a) bis (h) durchgeführt werden.
Schritt (i) umfasst das Einrichten des Mikrowellenausgangs des Mikrowellenmoduls oder des Messsystems auf einen reflektierenden Endabschluss. Dadurch werden die in Vorwärtsrichtung erzeugten Mikrowellensignale an dem offenen Ende durch Totalreflexion zurückreflektiert. Dabei wird in Schritt (j) ihre Amplitude bzw. Leistung zumindest an der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls gemessen, optional auch an der Richtkopplungseinrichtung des Messsystems.
Der "reflektierende Endabschluss" kann in einer Weiterbildung ein offenes Ende ("open") umfassen oder sein und in einer anderen Weiterbildung einen definierten Kurzschluss ("short") umfassen oder sein. Beide Abschlussarten erzeugen Totalreflexion und unterscheiden sich nur in der Phasenlage des reflektierten Signals. Die Ersatzlast kann auch als "angepasster Endabschluss" bezeichnet werden.
Analog zum dem in den Schritten (a) bis (h) vorliegenden Fall der Ersatzlast werden in Schritt (k) auch bei Vorhandensein des reflektierenden Endabschlusses die Sollamplituden variiert und die entsprechenden Dateneinträge angelegt.
Die Sollfrequenzen in den Schritten (a) bis (h) entsprechen Werten von Sollfrequenzen einer zweiten Frequenzgruppe. Die Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe können identisch zu den Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe sein, können eine Teilmenge der Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe sein, oder umgekehrt, können eine echte Schnittmenge von Sollfrequenzen mit der ersten Frequenzgruppe aufweisen oder können disjunkte Wertemengen bilden.
Es liegt nun ein weiterer Kalibrierdatensatz vor, der analog zu dem Kalibrierdatensatz für die Ersatzlast angelegt worden ist bzw. aufgebaut ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass
- in Schritt (i) der Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls an die Richtkopplungseinrichtung des Messsystems angeschlossen ist und der Mikrowellenausgang des Messsystems als ein reflektierender Endabschluss eingerichtet wird;
- Schritt (j) das Durchführen der Schritte (b) bis (g) umfasst; und
- Schritt (k) das Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb der zweiten Frequenzgruppe und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (b) bis (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe umfasst.
Bei dieser Ausgestaltung bleibt das Messsystem an dem Mikrowellenmodul angeschlossen, und es werden die Amplituden an den gleichen Messausgängen gemessen wie in mit Ersatzlast. Dies ergibt den Vorteil, dass besonders viele Messwerte vorliegen und zudem die Messwerte zwischen Ersatzlast und reflektierendem Endabschluss besonders gut vergleichbar sind.
Es ist eine Ausgestaltung, dass
- in Schritt (i) die Richtkopplungseinrichtung des Messsystems von dem Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls abgekoppelt wird und dadurch der Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls als offenes Ende ausgeführt ist;
- Schritt (j) das Durchführen der Schritte (b), (c), (e) und (g) umfasst; und
- Schritt (k) das Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb der zweiten Frequenzgruppe und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (b), (c), (e) und (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe umfasst.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass weniger Messwerte anfallen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich eine geringere Signalbeeinflussung (z.B. umfassend Durchleitungsverluste) durch Verzicht auf das zusätzliche Messsystem ergibt. Bei dieser Ausgestaltung wird also das totalreflektierende Ende der Mikrowellensignalstrecke durch den Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls selbst gebildet. Die Richtkopplungseinrichtung des Messystems wird nicht benötigt. Somit entfallen die Schritte (d) und (f).
Es ist eine für den Fall, dass das Mikrowellenmodul einen Phasenschieber aufweist, vorteilhafte Ausgestaltung, dass
- in Schritt (b) zusätzlich eine Soll-Phasenverschiebung des Mikrowellensignals vorgegeben wird und
- in Schritt (h) zusätzlich die Soll-Phasenverschiebung innerhalb einer ersten Phasengruppe unterschiedlicher Soll-Phasenverschiebungen variiert wird und zumindest die Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe und den Soll-Phasenverschiebungen der ersten Phasengruppe durchgeführt werden; und
- in Schritt (k) zusätzlich die Soll-Phasenverschiebung innerhalb einer zweiten Phasengruppe unterschiedlicher Soll-Phasenverschiebungen variiert wird und zumindest die Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe und den Soll-Phasenverschiebungen der zweiten Phasengruppe durchgeführt werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch die Abhängigkeit der Amplitude / Leistung des Mikrowellensignals von einer Phasenverschiebung messbar und damit kalibrierbar bzw. korrigierbar ist. In Schritt (g) werden zusätzlich die jeweils eingestellten Werte der Soll-Phasenverschiebung gespeichert. Nach Schritt (h) liegt dann ein Kalibrierdatensatz vor, der als Einträge Verknüpfungen zumindest zwischen den vorgegebenen bzw. eingestellten Paarungen von Sollfrequenz und Phasenverschiebung, die bei einer Messung gleichzeitig eingestellt waren, der dabei eingestellten Sollleistung und den dabei jeweils gemessenen Werten der Mikrowellenleistungen und/oder daraus abgeleiteten Werten umfasst.
Auch hier können die erste Phasengruppe und die zweite Phasengruppe gleich oder unterschiedlich sein.
Es ist grundsätzlich unerheblich, ob im Ablauf des Kalibrierverfahrens die Soll- Phasenverschiebungen aus einer Phasengruppe für eine bestimmte Sollfrequenz durchlaufen werden und dieser Vorgang für mindestens eine weitere Sollfrequenz wiederholt wird oder ob die Sollfrequenzen aus einer Frequenzgruppe für einen bestimmten Wert der Soll-Phasenverschiebung durchlaufen werden und dieser Vorgang für mindestens eine weitere Soll-Phasenverschiebung wiederholt wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass
- in Schritt (h) zusätzlich die Sollamplitude innerhalb einer ersten Amplitudengruppe unterschiedlicher Werte von Sollamplituden variiert wird und zumindest die Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe und den Sollamplituden der ersten Amplitudengruppe, die bei einer Messung gleichzeitig eingestellt waren, durchgeführt werden; und
- in Schritt (k) zusätzlich die Sollamplitude innerhalb einer zweiten Amplitudengruppe unterschiedlicher Werte von Sollamplituden variiert wird und zumindest die Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe und den Sollamplituden der zweiten Amplitudengruppe durchgeführt werden.
Dadurch lässt sich vorteilhafterweise zumindest die Frequenzabhängigkeit der Amplitude / Leistung zu Kalibrierzwecken bestimmen. Speziell bei der Variation der Sollamplitude ist es vorteilhaft, wenn die Sollamplituden der ersten Amplitudengruppe zumindest einige höhere Werte als die Sollamplituden der zweiten Amplitudengruppe aufweisen, da bei reflektierendem Endabschluss für höhere Werte der Sollamplitude die Leistung der Mikrowelle in Rückwärtsrichtung ggf. den Endverstärker schädigen könnte, was bei Vorhandensein einer Ersatzlast am Ende der Mikrowellenstrecke für solche höheren Werte der Sollamplitude typischerweise nicht der Fall ist.
Grundsätzlich können auch die Sollfrequenz, die Soll-Phasenverschiebung und die Sollamplitude innerhalb ihrer Gruppen variiert bzw. permutiert werden, und dann die Messwerte für entsprechende Tripel oder "Tripel-Paarungen" von drei gleichzeitig eingestellten Sollwerten in einem Kalibrierdatensatz abgespeichert werden. Allgemein ist die Reihenfolge der variierten Sollparameter beliebig: so können beispielsweise für den Fall, dass sowohl die Werte der Sollfrequenz, der Soll-Phasenverschiebung und der Sollamplitude variiert werden, zunächst ein jeweiliger Wert der Sollfrequenz und der Soll- Phasenverschiebung festgehalten werden und dafür die Werte der Sollamplitude variiert werden, dann ein Wert der Soll-Phasenverschiebung geändert werden und für das neue Paar von Werten der Sollfrequenz und Soll-Phasenverschiebung die Werte der Sollamplitude erneut durchfahren werden, bis alle Werte der Soll-Phasenverschiebung eingestellt worden sind, und dann ein neuer Wert der Sollfrequenz eingestellt wird usw. Es können aber auch analog alle Werte der Soll-Phasenverschiebung für einen festgelegten Wert der Sollamplitude durchlaufen werden, bevor die Sollamplitude variiert wird, usw.
Es ist eine Ausgestaltung, dass verknüpft mit den Sollwerten zusätzlich eine Temperatur, insbesondere Temperatur eines Endverstärkers, insbesondere Hauptverstärkers, gemessen und in dem Kalibrierdatensatz abgespeichert wird. Dies ergibt den Vorteil, dass bereits beim Setzen einer Sollleistung der durch Erwärmung abnehmende Verstärkungsfaktor des Hauptverstärkers berücksichtigt werden kann sowie auch eine Temperaturabhängigkeit der Leistungsmessung der Detektoren korrigiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperaturmessung dazu verwendet werden, eine mögliche kommende Überhitzung des Endverstärkers, insbesondere Hauptverstärkers, zu erkennen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass aus den Dateneinträgen der Kalibrierdatensätze Korrekturfaktoren für den Betrieb des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls berechnet werden, anhand derer mindestens ein Mikrowellenparameter, einschließlich der an dem Mikrowel- lenausgang vorliegenden Amplitude des Mikrowellensignals in Senderichtung, an einen zugehörigen Sollwert angepasst wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass zumindest die an dem Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls anliegende Leistung bzw. Amplitude des Mikrowellensignals auf einen tatsächlichen Wert eingestellt werden kann, welcher der Sollleistung in sehr guter Näherung entspricht. Insbesondere können die Kor- rekturfaktoren abhängig von der eingestellten Sollfrequenz sein, optional auch von der eingestellten Soll-Phasenverschiebung und/oder der eingestellten Sollamplitude. Optional können Korrekturfaktoren auch für die Frequenz des Mikrowellensignals berechnet werden. Optional können auch Korrekturfaktoren für die Temperaturabhängigkeit des Endverstärkers berechnet werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Phasenschiebers eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät vorgesehenen Mikrowellenmoduls, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
(i) Bereitstellen eines bezüglich seiner Phasenverschiebung zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls und eines bezüglich seiner Phasenverschiebung bereits kalibrierten Mikrowellenmoduls, deren Mikrowellenausgänge an jeweilige Eingänge eines Kombiniere rs angeschlossen werden bzw. sind;
(ii) Vorgeben einer gemeinsamen Sollamplitude und einer gemeinsamen Sollfrequenz für beide Mikrowellenmodule sowie einer Soll-Phasenverschiebung an dem kalibrierten Mikrowellenmodul und einer Soll-Phasenverschiebung an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul;
(iii) Erzeugen, mittels beider Mikrowellenmodule, eines jeweiligen Mikrowellensignals mit den vorgegebenen Sollwerten;
(iv) Messen eines an dem Ausgang des Kombinierers anliegenden Signals;
(v) Speichern der Werte zumindest der an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul vorgegebenen Soll-Phasenverschiebung und der Sollfrequenz und/oder daraus abgeleiteter Werte sowie den zugehörigen Messwert als Dateneinträge eines Phasenkalibrierdatensatzes;
(vi) Variieren der Soll-Phasenverschiebung an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul innerhalb einer dritten Phasengruppe unterschiedlicher Soll-Phasenverschiebungen und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (iii) bis (v) für mehrere, insbesondere alle, Soll-Phasenverschiebungen der dritten Phasengruppe. Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass die Phasenverschiebung des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls bei einfachem Messaufbau anhand eines bereits phasenkalibrierten Mikrowellenmoduls kalibriert werden kann. Die Kalibrierung der Phasenverschiebung ist besonders vorteilhaft bei vorgesehener Verwendung des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls in einem Mikrowellengargerät mit mehreren Mikrowellenmodulen, bei denen durch Einstellen einer Phasenverschiebung zwischen den in den Garraum eingestrahlten Mikrowellen ein gezieltes Interferenzmuster in dem Garraum erzeugt werden soll.
Es ist eine Ausgestaltung, dass in einem Schritt (vi) zusätzlich die Sollfrequenz innerhalb einer dritten Frequenzgruppe unterschiedlicher Sollfrequenzen variiert wird und die Schritte (iii) bis (v) zusätzlich für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der dritten Frequenzgruppe durchgeführt werden. Dadurch können aus der Kalibrierung auch frequenzabhängige Korrekturkoeffizienten gewonnen werden, was die Korrekturgenauigkeit erhöht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die in Schritt (ii) an dem kalibrierten Mikrowellenmodul vorgegebene Soll-Phasenverschiebung 0° beträgt und die Soll-Phasenverschiebung innerhalb der dritten Phasengruppe zumindest die Sollwerte 0° und 180° umfasst. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Summensignal bei 0° eine maximale Amplitude aufweisen sollte und bei 180° eine minimale Amplitude aufweisen sollte. Ist-Abweichungen an diesen Stellen lassen sich besonders einfach in Korrekturfaktoren umrechnen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass aus den gespeicherten Dateneinträgen des Phasenkalibrierdatensatzes Korrekturfaktoren für den Betrieb des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls berechnet werden, anhand derer die Phasenverschiebungen an die jeweils zugehörigen Soll-Phasenverschiebungen angepasst wird.
Die Korrekturfaktoren können allgemein beispielsweise durch Interpolation und ggf. auch Extrapolation der Kalibrierdatensätze gewonnen werden. Dabei können die Einträge der Kalibrierdatensätze als Stützstellen dienen. Die Inter- und Extrapolation kann anhand jeder geeigneten Berechnungsmethode durchgeführt werden, z.B. durch Anpassen an eine Polynomfunktion. Im einfachsten Fall wird beispielsweise an dem Detektor 14a ein Messwert x gemessen, z.B. x = 140 W. Tatsächlich wurde aber eine Leistung f(x) = 130 W gesendet, gemessen mit dem weit genaueren Detektor 55a-1. Wird eine lineare Polynomial- funktion angesetzt, wird als funktionaler Zusammenhang zwischen x und f(x) die Gleichung f(x) = m x + xo mit m und xO den Korrekturfaktoren angesetzt. Mit weiteren Messungen bei anderen Solleistungen können die Korrekturfaktoren m und xO bestimmt werden. Typischerweise wird tatsächliche Wert jedoch aus einer mehrdimensional polynomia- len Funktion höherer (z.B. zumindest quadratischer) Ordnung berechnet werden, z.B. gemäß f(x, y, z) = a + bx + cx2 +dy + ey2 + fz + gz2 + ...) mit f(x, y, z) der am Detektor 55a- 1 gemessenen Leistung, x der am Detektor 14a gemessenen Leistung, y dem eingestellten Wert der Sollfrequenz, z dem eingestellten Wert der Soll-Phasenverschiebung sowie a, b, c, d, e, f und g Korrekturfaktoren.,
Zudem kann aus vorlaufenden Alterungsversuchen der Zusammenhang zwischen Bauteilverschlechterung über die Zeit und Stressfaktoren wie Leistung, Spannungs-Peaks und Temperatur bekannt sein. Diese Alterung kann auch in den Korrekturfaktoren aufgenommen / berücksichtigt werden.
Insbesondere können Korrekturfaktoren für folgende Messwerte berechnet werden:
- An der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls gemessene Amplitude bzw. Leistung des Mikrowellensignals in Vorwärtsrichtung zu der an der Richtkopplungseinrichtung des Messystems gemessenen tatsächlichen Amplitude bzw. Leistung des Mikrowellensignals in Vorwärtsrichtung, insbesondere falls eine Ersatzlast angeschlossen ist;
- An der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls gemessene Amplitude bzw. Leistung des (reflektierten) Mikrowellensignals in Rückwärtsrichtung zu der an der Richtkopplungseinrichtung des Messystems gemessenen tatsächlichen Amplitude bzw. Leistung des Mikrowellensignals in Rückwärtsrichtung bei Messung mit dem reflektierenden Endabschluss des Messystems oder an der Richtkopplungseinrichtung des Mikrowellenmoduls gemessene Amplitude bzw. Leistung des Mikrowellensignals in Rückwärtsrichtung zu der mit den Korrekturfaktoren für die Ersatzlast korrigierten Werten der Amplitude bzw. Leistung des Mikrowellensignals in Vorwärtsrichtung bei Messung ohne das (dann abgekoppelte) Messystem.
Diese Korrekturfaktoren können eine Abhängigkeit von der Frequenz, Amplitude, Temperatur, Phase(nverschiebung) und/oder Alterung besitzen. Bei einigen Bauarten von Phasenschiebern kann als weiterer Korrekturfaktor berechnet werden:
- Vorgegebene bzw. eingestellte Soll-Phase bzw. -Phasenverschiebung (z.B. als Stellwert des Phasenschiebers) zur der tatsächlich vorliegenden, z.B. mittels des obigen Phasenkalibrierungsverfahrens bestimmten, Phasenverschiebung.
Dieser Korrekturfaktor kann eine Abhängigkeit von der Amplitude, Frequenz, Temperatur und/oder Alterung aufweisen.
Bei einigen Bauarten von Signalerzeugern, z.B. VCO und Schwingkreis:
- Vorgegebene bzw. eingestellte Frequenz (z.B. als Stellwert des Signalerzeugers) zu der mittels des Messystems gemessenen tatsächlichen Frequenz des Mikrowellensignals in Vorwärtsrichtung.
Dieser Korrekturfaktor kann eine Abhängigkeit von der Amplitude, Frequenz, Temperatur und/oder Alterung besitzen.
Ein weiterer möglicher Korrekturfaktor kann beispielsweise umfassen:
- die eingestellte Sollamplitude (z.B. als Stellwert des Dämpfungsgliedes) zu der an dem Messsystem gemessenen tatsächlichen Amplitude in Senderichtung.
Dieser Korrekturfaktor kann eine Abhängigkeit von der Temperatur, Frequenz, Phase und/oder Alterung aufweisen.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Haushalts-Mikrowellengargerät, aufweisend
- einen mittels einer Tür mikrowellendicht verschließbaren, mit Mikrowellen beaufschlagbaren Garraum,
- mindestens ein Mikrowellenmodul, das dazu eingerichtet ist, zumindest eine Amplitude und eine Frequenz eines an einem Mikrowellenausgang ausgesandten Mikrowellensignals auf variable Sollwerte einzustellen, und das eine Richtkopplungseinrichtung zumindest zum Messen der Amplitude eines ausgesandten Mikrowellensignals und eines reflektierten Mikrowellensignals aufweist;
- eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, anhand von Korrekturfaktoren, die gemäß mindestens einem der obigen Verfahren berechnet worden sind, mindestens einen Mikrowellenparameter, einschließlich der Amplitude des an die mindestens eine Antenne ausgesandten Mikrowellensignals, an einen zugehörigen Sollwert anzupassen.
Das Haushalts-Mikrowellengargerät kann analog zu den obigen Kalibrierverfahren ausgebildet sein, und umgekehrt, und ergibt die gleichen Vorteile. Die Korrekturfaktoren können vorberechnet und dann in einem nichtflüchtigen Speicher des Haushalts- Mikrowellengargeräts abgespeichert worden sein, z.B. in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuereinrichtung, beispielsweise in Form einer Nachschlagetabelle oder eines Kennlinienfelds. Die Steuereinrichtung kann z.B. ein Mikroprozessor, ein Mikrokontroller, ein ASIC, ein FPGA, usw. sein. Alternativ können die Kalibrierdatensätze in einem nichtflüchtigen Speicher des Haushalts-Mikrowellengargeräts abgespeichert sein, und die Korrekturfaktoren werden mittels des Mikrowellenmoduls, insbesondere mittels dessen Steuereinrichtung, selbst berechnet.
Allgemein kann das Mikrowellenmodul alle zur Erzeugung eines leitungsgebundenen Mikrowellensignals notwendigen Komponenten aufweisen, angefangen von dem Taktgeber bis zu dem Endverstärker. Jedoch kann es für einen kompakten und preisgünstigen Aufbau vorteilhaft sein, wenn zumindest einige Komponenten zur Signalerzeugung nicht in einem Mikrowellenmodul verbaut sind, sondern z.B. eigenständig verbaut sind oder in einem dedizierten Signalerzeugungsmodul verbaut sind, das den Taktgeber, den Signalerzeuger, das Bandpassfilter und/oder den Zerhacker aufweisen kann. Die Verwendung eines eigenständigen Signalerzeugungsmoduls kann besonders vorteilhaft sein, wenn dadurch ein Mikrowellensignal erzeugt wird, das - beispielsweise über einen Splitter
- an mehrere Mikrowellenmodule angelegt werden kann.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kalibrieraufbau zum Durchführen des ersten obigen Verfahrens, aufweisend ein Mikrowellenmodul und ein Messsystem, wobei das Messsystem mindestens
- eine an einen Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls trennbar anschließbare Richtkopplungseinrichtung;
- einen austauschbaren Aufsatz für einen Mikrowellenausgang der Richtkopplungseinrichtung, der als eine Ersatzlast ausgebildet ist;
- einen weiteren austauschbaren Aufsatz für den Mikrowellenausgang der Richtkopplungseinrichtung, der als ein offenes Ende ausgebildet ist; - einen Detektor zum Messen einer Amplitude eines an einem ersten Messausgang der Richtkopplungseinrichtung ausgegebenen Messignals;
- einen Detektor zum Messen einer Amplitude eines an einem zweiten Messausgang der Richtkopplungseinrichtung ausgegebenen Messignals; und
- eine mit den Detektoren verbundene Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, die mit einer Steuereinheit des Mikrowellenmoduls zu dessen Steuerung koppelbar ist; aufweist und wobei an dem Mikrowellenmodul zumindest eine Frequenz und eine Amplitude, ggf. auch eine Phasenverschiebung, des davon erzeugten Mikrowellensignals variierbar sind. Dieser Kalibrieraufbau kann analog zu dem daran durchführbaren Verfahren ausgebildet sein, und umgekehrt, und ergibt die gleichen Vorteile.
Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch einen Kalibrieraufbau zum Durchführen eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Phasenverschiebung, aufweisend ein kalibriertes Mikrowellenmodul, mindestens ein zu kalibrierendes Mikrowellenmodul und ein Messsystem, wobei
- das Messsystem einen Kombinierer aufweist, dessen Eingänge an die Mikrowellenausgänge der Mikrowellenmodule angeschlossen sind und dessen Ausgang an einen Detektor des Messystems angeschlossen ist, und wobei
- der Detektor mit einer Datenverarbeitungseinrichtung des Messystems verbunden ist, die mit Steuereinheiten der Mikrowellenmodule zu deren Steuerung koppelbar ist; und wobei an den Mikrowellenmodulen zumindest eine Frequenz und eine Phasenverschiebung, ggf. auch eine Amplitude, des davon erzeugten Mikrowellensignals variierbar sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig.1 zeigt einen Aufbau einer Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke mit einem Mikrowellenmodul;
Fig.2 zeigt eine Variante eines Richtkopplers des Mikrowellenmoduls aus Fig.1 ;
Fig.3A zeigt noch eine Variante eines Richtkopplers des Mikrowellenmoduls aus
Fig.1 ; Fig.3B zeigt noch eine Variante eines Richtkopplers des Mikrowellenmoduls aus Fig.1 ;
Fig.4 zeigt einen Aufbau einer Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke mit zwei Mikrowellenmodulen;
Fig.5 zeigt einen weiteren Aufbau einer Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke mit zwei Mikrowellenmodulen;
Fig.6 zeigt einen Kalibrierungsaufbau zum Kalibrieren des Mikrowellenmoduls aus Fig.1 ;
Fig.7 zeigt einen anhand des in Fig.6 dargestellten Kalibrierungsaufbaus durchführbaren ersten Teil eines Kalibrierungsablaufs;
Fig.8 zeigt einen zweiten Teil des Kalibrierablaufs gemäß einer ersten Variante, der sich an den in Fig.7 dargestellten ersten Teil anschließen kann,
Fig.9 zeigt einen zweiten Teil des Kalibrierablaufs gemäß einer zweiten Variante, der sich an den in Fig.7 dargestellten ersten Teil anschließen kann;
Fig.10 zeigt einen weiteren Kalibrierungsaufbau zum Kalibrieren des Mikrowellenmoduls aus Fig.1 ; und
Fig.11 zeigt einen anhand des in Fig.8 gezeigten Kalibrierungsaufbaus durchführbaren Kalibrierungsablauf.
Fig.1 zeigt einen Aufbau einer Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung.
Am Anfang der Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 ist ein Taktgeber 2 wie ein Quarzschwinger oder eine andere Frequenzquelle vorhanden, dessen Taktsignal in einen steuerbaren Signalerzeuger 3 eingespeist wird. Das Taktsignal ist sehr frequenzstabil und kann z.B. eine Taktfrequenz in einem Bereich zwischen einigen hundert KHz bis zu einigen zehn MHz aufweisen. Eine Bandbreite beträgt typischerweise einige Hertz bis einige zehn Hertz.
Der Signalerzeuger 3 erzeugt mit Hilfe des Taktsignals ein Arbeits- bzw. Mikrowellensignal einer gewünschten Mikrowellenfrequenz mit noch vergleichsweise geringer Leistung. Die von dem Signalerzeuger 3 erzeugte Mikrowellenfrequenz kann mittels einer Steuereinrichtung, z.B. eines Mikrokontrollers 4, eingestellt werden (frequenzvariabler Signalerzeuger 3). Insbesondere können Mikrowellensignale mit einer Frequenz in einem Fre- quenzbereich zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz erzeugt werden, sind aber grundsätzlich nicht darauf beschränkt. Der Signalerzeuger 3 kann beispielsweise ein Oszillator, VCO, PLL, Synthesizer, Schwingkreis, usw. sein.
Dem Signalerzeuger 3 ist hier ein - grundsätzlich optional vorhandener - Bandpassfilter 5 nachgeschaltet. Dieser weist den Vorteil auf, dass unabsichtlich erzeugte unerwünschte Frequenzen, z.B. außerhalb eines ISM-Bands oder außerhalb des einstellbaren Frequenzbereichs, z.B. außerhalb des Bands von 2,4 GHz bis 2,5 GHz, unterdrückt werden.
Dem optionalen Bandpassfilter 5 ist hier ein - grundsätzlich optional vorhandener - steuerbarer Zerhacker 6 nachgeschaltet. Das Vorhandensein des Zerhackers 6 ergibt den Vorteil, dass Teilleistungen mit sehr hohem Wirkungsgrad erzeugt werden können. Die Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 kann dazu auf einen Leistungspegel eingestellt werden, in dem sie mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeitet. Teilleistungen werden mit dem Zerhacker 6 realisiert, indem er das Mikrowellensignal zeitlich ein- und ausschaltet, z.B. ähnlich einer PWM-Ansteuerung. Gewünschte Teilleistungen oder Vollleistung können mittels des Mikrokontrollers 4 vorgegeben werden.
Dem optionalen Zerhacker ist ein ebenfalls optionaler Verstärker ("Zwischenverstärker") 7 nachgeschaltet. Es kommt auf die konkrete Umsetzung der Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 an, ob und an welcher Stelle ein Zwischenverstärker 7 benötigt wird. Beispielsweise kann ein Zwischenverstärker 7 eingesetzt werden, wenn eine Amplitude des Mikrowellensignals an dieser Stelle der Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 als zu gering angesehen wird. Es können auch mehrere Zwischenverstärker 7 über die Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 verteilt vorhanden sein.
Dem optionalen Zwischenverstärker 7 folgt ein ebenfalls optionaler Phasenschieber 8. Der Phasenschieber 8 kann jedoch erforderlich sein, wenn mittels mindestens zwei Mikrowellenerzeugungsstrecken 1 ein gewünschtes Interferenzmuster in einem Garraum 23 des Haushalts-Mikrowellengargeräts 24 erzeugt werden soll. Gesteuert wird die Größe der Phasenverschiebung des eingehenden Mikrowellensignals über den Mikrokontroller 4, z.B. in Schritten von 1°, 2°, 5° oder 10° innerhalb eines Bereichs zwischen 0° und 180° oder 0° und 360°. Dem optionalen Phasenschieber 8 ist hier ein Amplitudensteller in Form eines Dämpfungsglieds 9 nachgeschaltet. Das Dämpfungsglied 9 steuert die Amplitude des in den Vorverstärker 10 eingehenden Mikrowellensignals und reduziert diese Amplitude insbesondere um einen durch den Mikrokontroller 4 einstellbaren Betrag oder Faktor. Statt des Dämpfungsglieds 9 kann als Amplitudensteller auch ein steuerbarer Verstärker eingesetzt werden, z.B. ein VGA. Ferner kann die Amplitude über einen geeigneten Zwischenverstärker ?, an dem dazu z.B. dessen Gate-Spannung gesteuert wird, eingestellt werden.
Dem Dämpfungsglied 9 ist ein Endverstärker 10, 11 in Form einer hier beispielhaft verwendeten Reihenschaltung aus einem weiteren Verstärker ("Vorverstärker") 10 und noch einem weiteren Verstärker ("Hauptverstärker") 11 nachgeschaltet. Der Vorverstärker 10 kann mehrstufig aufgebaut sein. Ist mindestens ein Zwischenverstärker 7 vorhanden, ist er in der Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 zwischen dem Signalerzeuger 3 und dem Endverstärker 10, 11 vorhanden.
Dem Hauptverstärker 11 ist eine Richtkopplungseinrichtung 12 nachgeschaltet, an dessen Messausgängen 13a und 13b jeweilige Detektoren 14a bzw. 14b, z.B. Spannungsmesser, angeschlossen sind. Die Messsignale der Detektoren 14a, 14b und eines, z.B. an dem Hauptverstärker 11 angeordneten, optionalen Temperatursensors 15 werden dem Mikrokontroller 4 direkt oder über einen Analog-Digital-Wandler (o. Abb.) zugeführt.
An den Ausgang der Richtkopplungseinrichtung 12 ist eine Antenne 16 angeschlossen, welche das Mikrowellensignal in Mikrowellenstrahlung umsetzt und abstrahlt, z.B. direkt in einen Garraum oder in eine Mikrowellenführung.
Insbesondere wird an dem Messausgang 13a ein Messignal, insbesondere Spannungssignal, ausgegeben, das ein Maß für die Amplitude und damit die Leistung des zu der Antenne 16 in Vorwärts- oder Senderichtung laufenden Mikrowellensignals ist. An dem Messausgang 13b wird ein Messignal, insbesondere Spannungssignal, ausgegeben, das ein Maß für die Leistung des über die Antenne 16 reingekoppelten rückwärtslaufenden Mikrowellensignals ist. Diese Leistungen können beispielsweise zur Steuerung, insbesondere Regelung, der Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 verwendet werden. Allgemein können die oben beschriebenen Komponenten 2 bis 15 beliebig in dem Haushalts-Mikrowellengargerät angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest einige dieser Komponenten 2 bis 15 Teile eines vor Einbau in das Haushalts- Mikrowellengargerät vorgefertigten Mikrowellenmoduls 17 sind. Beispielsweise können die Komponenten 3 bis 15 Teile des Mikrowellenmoduls 17 sein, wie gestrichelt angedeutet, oder es können die Komponenten 2 bis 15 Teile des Mikrowellenmoduls 17 sein, wie gepunktet angedeutet. Es sind jedoch auch andere Zuordnungen zu ein oder mehreren Modulen möglich, wie weiter unten noch genauer beschrieben wird. Typischerweise ist im eingebauten Zustand die Antenne 16 an einen (Mikrowellen-) Ausgang 18 des Mikrowellenmoduls 17 angeschlossen
Ferner können zwei oder mehr der Komponenten 2 bis 15 funktional durch eine einzige Komponente ersetzt werden. Wird als Signalerzeuger 3 beispielsweise ein Synthesizer verwendet, können ein oder mehrere der Komponenten 6, 8 und/oder 9 eingespart werden, da ein Synthesizer deren Funktionen bereits beinhaltet. Sehr viele am Markt erhältliche Synthesizer können nämlich zerhacken (zeitlich Ein- und Ausschalten) und die Phase verschieben. Einige können auch eine feinstufige Amplitudensteuerung realisieren.
Fig.2 zeigt eine Variante eines Richtkopplers 12 in Form eines bidirektionalen Richtkopplers 12-1 ohne Zirkulator. Die Messausgänge 13a, 13b geben nur einen Bruchteil der Amplitude des durch den Richtkoppler 12-1 durchgeleiteten Arbeits- bzw. Mikrowellensignals wieder. Übliche Kopplungswerte liegen im Bereich von -30 dB. Der bei weitem größte Anteil des von dem Hauptverstärker 11 eingehenden Mikrowellensignals verlässt den Richtkoppler 12-1 in Richtung Ausgang 18 bzw. Antenne 16.
Fig.3A zeigt eine Variante des Richtkopplers 12. Dabei wird ein Richtkopplers 12-2 verwendet, weicher einen Zirkulator 19 aufweist, der dem Hauptverstärker 11 folgt. Der Zirkulator 19 schützt den Hauptverstärker 11 vor zu hohen Reflexionssignalen aus dem Garraum. Der Zirkulator 19 sendet das vom Hauptverstärker 11 empfangene Mikrowellensignal durch einen Einweg-Richtkoppler 20 in Richtung des Ausgangs 18 bzw. der Antenne 16. Aus dem Garraum reflektierte Signale, die von der Antenne 16 Richtung Zirkulator 19 fliesen, werden von dem Zirkulator 19 durch einen weiteren Einweg-Richtkoppler 21 zu einem Abschlusswiderstand 22 umgeleitet. Fig.3B zeigt eine Variante des Richtkopplers 12 in Form eines Richtkopplers 12-3 mit Zirkulator 19, bei dem im Vergleich zu dem Richtkoppler 12-2 der Zirkulator 19 und der Einweg-Richtkoppler 20 (mit den zugehörigen Komponenten) im Signalgang umgekehrt angeordnet sind.
Fig.4 zeigt einen Aufbau einer Mikrowellenerzeugungsstrecke 31 eines Haushalts- Mikrowellengargeräts 32 mit zwei Mikrowellenmodulen 17. Deren Signalerzeuger 3 wird aus dem gleichen Taktgeber 2 gespeist, welcher ein zu beiden Mikrowellenmodulen 17 separates Bauteil sein kann oder in eines der Mikrowellenmodule 17 integriert sein kann. Die Mikrokontroller 4 werden beide durch eine gemeinsame Steuereinheit 33 angesteuert, beispielsweise zum Einstellen von Phasenverschiebungen an einem oder an beiden der Mikrowellenmodule 17. Durch eine Phasenverschiebung der Mikrowellensignale der beiden Mikrowellenmodule 17 lassen sich in dem Garraum 23 gezielt Interferenzmuster erzeugen.
Die Mikrowellenerzeugungsstrecke 31 kann für mehr als zwei Mikrowellenmodule 17 analog weitergeführt werden.
Fig.5 zeigt einen weiteren Aufbau einer Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke 41 eines Haushalts-Mikrowellengargeräts 42 mit zwei Mikrowellenmodulen 17 mit zwei Mikrowellenmodulen 43, die mit Mikrowellensignalen aus einem gemeinsamen Signalerzeugungsmodul 44 gespeist werden. Die Mikrowellenmodule 43 umfassen nun nur noch jeweils die Komponenten 7 bis 15, während die Komponenten 2, 3, 5 ,6 dem Signalerzeugungsmodul 44 zugeordnet sind. Die Mikrowellenmodule 43 umfassen ferner einen Mikrokontroller 45 zur Steuerung der zugehörigen Komponenten 7 bis 9 und zur Auswertung der Messsignale von der Richtkopplungseinrichtung 12, während der Signalerzeuger 3 und der Zerhacker 6 mittels eines Mikrokontrollers 46 angesteuert werden. Die Mikrokontroller 45 und 46 sind wiederum unter Kontrolle der gemeinsamen Steuereinheit 33.
Die Ausgangssignale des Signalerzeugungsmoduls 44 werden mit Hilfe eines Splitters 47 aufgeteilt und an die Eingänge der Mikrowellenmodule 43 weitergeleitet. Auch die Mikrowellenerzeugungsstrecke 41 kann für mehr als zwei Mikrowellenmodule 43 analog weitergeführt werden, wie durch die von dem Splitter 47 abgehende gestrichelte Linie angedeutet.
Aufgrund von Bauteil- und Einbautoleranzen der Komponenten 2 bis 15 und 17 bis 22 kann es vorkommen, dass die von den Detektoren 14a, 14b an die Mikrokontroller 4 bzw. 45 ausgegebenen Messwerte fehlerbehaftet sind, so dass beispielsweise anstelle einer eingestellten Soll-Leistung, Soll-Frequenz und/oder Soll-Phasenverschiebung ein davon abweichendes Mikrowellensignal an den Ausgang 18 bzw. die Antenne 16 ausgegeben wird. Um diesen Fehler zu korrigieren, können eine oder mehrere Komponenten der Halbleiter-Mikrowellenerzeugungsstrecke 1 , insbesondere das Mikrowellenmodul 17, kalibriert werden, was im Folgenden genauer erläutert wird.
Fig.6 zeigt einen Kalibrierungsaufbau zum Kalibrieren eines hier beispielhaft ausgewählten Mikrowellenmoduls 17 mit seinen Komponenten 2 bis 15 mittels eines Messsystems 51. Das Mikrowellenmodul 17 ist eingangsseitig an einen Taktgeber 2 angeschlossen.
An seinen Mikrowellenausgang 18 ist nun nicht die Antenne 16 angeschlossen, sondern eine Richtkopplungseinrichtung 52 des Messsystems 51. Die Richtkopplungseinrichtung
52 kann analog zu der Richtkopplungseinrichtung 12-1 als bidirektionaler Richtkoppler ohne Zirkulator oder analog zu der Richtkopplungseinrichtung 12-2 mit Zirkulator ausgerüstet sein. Die Richtkopplungseinrichtung 52 weist eine höhere Messgenauigkeit / geringere Fehlertoleranz auf als die Richtkopplungseinrichtung 12. Analog zu der Richtkopplungseinrichtung 12 weist die Richtkopplungseinrichtung 52 einen Mikrowellenausgang 53, einen Messausgang 54a zur Messung von in Senderichtung zum Mikrowellenausgang
53 laufenden Mikrowellen und einen Messausgang 54b zur Messung von von dem Mikrowellenausgang 53 zurücklaufende, reflektierte Mikrowellen auf. Dem Messausgang 54a sind ein Detektor 55a-1 zum Messen einer Amplitude des an dem Messausgang 54a anliegenden Messignals und optional ein Detektor 55a-2 zum Messen einer Frequenz des an dem Messausgang 54a anliegenden Messignals (z.B. ein Spektroskop) angeschlossen. An dem Messausgang 54b ist ein Detektor 55b zum Messen einer Amplitude des an dem Messausgang 54b anliegenden Messignals angeschlossen. Die Detektoren 55a-1 , 55a-2 und 55b sind an eine Datenverarbeitungseinrichtung 56 wie z.B. einen Rechner des Messsystems 51 angeschlossen, welches deren Messwerte und/oder daraus abgeleitete Werte speichert. Grundsätzlich kann auf den Detektor 55a-2 auch verzichtet werden und die Frequenz, bei ausreichend hoher Abtastrate, auch aus den Amplitudenmesswerten des Detektors 55a-1 bestimmt werden.
In einer Weiterbildung berechnet die Datenverarbeitungseinrichtung 56 aus gespeicherten Werten Korrekturfaktoren, die ausgelegt sind, systematische Fehler in der Funktionsweise des Mikrowellenmoduls 17 zu korrigieren, insbesondere, wenn das Mikrowellenmodul 17 in ein Haushalts-Mikrowellengargerät eingebaut ist. Die Korrekturfaktoren können auch als Kalibrierfaktoren, Kalibrierkoeffizienten, Fehlerkorrekturkoeffizienten usw. bezeichnet werden. Dazu können die Korrekturfaktoren z.B.in einen nicht-flüchtigen Speicher des Mikrowellenmoduls 17 (z.B. ein EEPROM), auf das der Mikrokontroller 4, 45 zugreifen kann oder das in den Mikrokontroller 4, 45 integriert ist, übertragen werden. Alternativ werden die Messdaten in einen nicht-flüchtigen Speicher des Mikrowellenmoduls 17, auf das der Mikrokontroller 4, 45 zugreifen kann oder das in den Mikrokontroller 4, 45 integriert ist, übertragen und die Korrekturfaktoren aus dieser Basis durch den Mikrokontroller 4, 45 selbst berechnet.
Der Mikrowellenausgang 53 kann mit verschiedenen Wechselaufsätzen versehen werden, z.B. einer Ersatzlast 57, z.B. von 50 Ohm, oder einem Aufsatz ("Kalibrieraufsatz") 58, der einen reflektierenden Endabschluss an dem Mikrowellenausgang 53 bereitstellt, an dem durch die Richtkopplungseinrichtung 52 zu dem Mikrowellenausgang 53 in Senderichtung gesandte Mikrowellensignale praktisch vollständig zurückreflektiert werden.
Die Messstrecke des Messystems 51 und etwaige Verbindungskabel zu den Detektoren 55a-1 , 55a-2 und 55b sind vorteilhafterweise mittels eines präzisen Netzwerkanalysators o.ä. vermessen worden, um die realen, im Allgemeinen frequenzabhängigen Korrekturwerte des Kalibrieraufbaus selbst zu erhalten. Dies kann auch so ausgedrückt werden, dass das Messsystem selbst bereits kalibriert (vorkalibriert) ist.
Fig.7 zeigt einen anhand des in Fig.6 dargestellten Kalibrierungsaufbaus durchführbaren ersten Teil eines Kalibrierungsablaufs zum Kalibrieren zumindest der Leistungsabgabe von dem Mikrowellenmodul 17. Dazu wird in Schritt S1 der Mikrowellenausgang 18 des Mikrowellenmoduls 17 an den Eingang der Richtkopplungseinrichtung 52 des Messsystems 51 angeschlossen, wobei an den Mikrowellenausgang 53 des Messsystems 51 hier beispielhaft zunächst der eine Ersatzlast 57 darstellende Aufsatz angeschlossen ist. Dabei steuert die Datenverarbeitungseinrichtung 56 über den Mikrokontroller 4 direkt die einzelnen steuerbaren Komponenten 3 und 6-9 des Mikrowellenmoduls 17. Die Regelung des Mikrokontrollers 4 wird also deaktiviert. Ferner ist ein Eingang des Signalerzeugers 3 an einen Ausgang eines Taktgebers 2 angeschlossen.
In einem Schritt S2 werden durch die Datenverarbeitungseinrichtung 56 initiale Werte für eine Sollfrequenz, Sollamplitude und Soll-Phasenverschiebung eingestellt. Beispielsweise kann:
- die Sollfrequenz in einem Bereich [2,4; 2,5] GHz variiert werden, z.B. in Schritten von 0,01 GHZ bzw. 10 MHz; z.B. mittels des Signalgebers 3. Die entsprechenden gewünschten bzw. aus diesem Bereich eingestellten Sollfrequenzen bilden eine erste Frequenzgruppe;
- die Sollleistung in einem Bereich [120; 300] W variiert werden, z.B. in Schritten von 60 W, beispielsweise mittels des Dämpfungsglieds 9. Die entsprechenden gewünschten bzw. aus diesem Bereich eingestellten Sollleistungen bzw. analog dazu Sollamplituden bilden eine erste Amplitudengruppe;
- die Soll-Phasenverschiebung in einem Bereich [0; 360] ° variiert werden, z.B. in Schritten von 10°, nämlich durch den Phasenschieber 8. Die entsprechenden gewünschten bzw. aus diesem Bereich eingestellten Soll-Phasenverschiebungen bilden eine erste Phasenverschiebungsgruppe.
Es sei im Folgenden beispielhaft angenommen, dass die initiale Sollfrequenz dem geringsten Frequenzwert aus der ersten Amplitudengruppe, die initiale Sollleistung dem geringsten Amplitudenwert aus der ersten Amplitudengruppe und die initiale Soll- Phasenverschiebung dem Wert 0° entspricht.
In einem Schritt S3 wird nun das Mikrowellenmodul 17 mit den vorgegebenen Werten für Sollfrequenz, Sollamplitude und Soll-Phasenverschiebung aktiviert. Dabei wird mittels des Signalerzeugers 3 ein Arbeits- bzw. Mikrowellensignal erzeugt, dass die vorgegebene nominale Sollfrequenz aufweist und das folgend in dem Bandpassfilter 5 gefiltert wird. Das gefilterte Mikrowellensignal wird in dem Zerhacker 6 zerhackt und von dem Zwischenverstärker 7 das erste Mal verstärkt. Folgend wird das Mikrowellensignal mittels des Phasenschiebers 8 um die vorgegebene Soll-Phasenverschiebung phasenverschoben, z.B. innerhalb eines Bereichs [0°; 360°]. Das Mikrowellensignal wird folgend wahlweise ungedämpft durch das Dämpfungsglied 9 durchgeleitet oder durch das Dämpfungsglied 9 auf eine gewünschte Amplitudenhöhe gedämpft. Das gedämpfte Mikrowellensignal wird folgend erst durch den Vorverstärker 10 und dann durch den Hauptverstärker 11 auf die gewünschte Sollleistung bzw. Sollamplitude verstärkt, die am Mikrowellenausgang 18 anliegen soll.
In einem Teilschritt S3a wird das von dem Hauptverstärker 11 ausgegebene Mikrowellensignal durch die Richtkopplungseinrichtung 12 geleitet. Dabei wird ein sehr geringer Anteil des Mikrowellensignals mittels der Richtkopplungseinrichtung 12 als Messsignal zu dem Messausgang 13a ausgekoppelt und in einem Schritt S4 mittels des Detektors 14a gemessen. Das Messsignal kann z.B. als ein Spannungssignal vorliegen und ist repräsentativ für die Amplitude des von dem Hauptverstärker 11 ausgegebenen Mikrowellensignals und damit auch für dessen Leistung. Die ggf. vorgenommene Umrechnung von Spannung auf Amplitude oder Leistung kann z.B. mittels eines von dem Hersteller der Richtkopplungseinrichtung 12 bereitgestellten Datensatzes geschehen. Hierbei ist zu beachten, dass auch diese Umrechnungsdaten toleranz- bzw. fehlerbehaftet sein können.
Von dem Mikrowellenausgang 18 aus läuft das Mikrowellensignal in einem Teilschritt S3b durch die Richtkopplungseinrichtung 52 des Messsystems 51 zu dem Mikrowellenausgang 52 des Messsystems 53 und wird dann zumindest weitgehend in der Ersatzlast 57 absorbiert. Aus der Richtkopplungseinrichtung 52 wird von dem zu der Ersatzlast 53 geleiteten Mikrowellensignal ein kleiner Anteil zu dem Messanschluss 54a ausgekoppelt und in Schritt S5 an dem Detektor 55a-1 bezüglich seiner Amplitude / Leistung und optional an dem Detektor 55a-2 bezüglich seiner Frequenz, Brandbreite, usw. gemessen.
Ein von dem Mikrowellenausgang 52 zurückreflektierter Anteil des Mikrowellensignals wird im Rahmen von Schritt S4 bzw. Schritt S5 grundsätzlich auf analoge Weise bezüglich seiner Amplitude / Leistung an dem Detektor 13b sowie an dem Detektor 55b gemessen. Es liegen also mindestens Werte für: Soll-Frequenz, Soll-Amplitude/Leistung, Soll- Phasenverschiebung, am Detektor 13a gemessene Amplitude des Mikrowellensignals in Senderichtung, am Detektor 13b gemessene Amplitude des reflektierten Mikrowellensignals, am Detektor 55a-1 gemessene Amplitude des Mikrowellensignals in Senderichtung und am Detektor 55b gemessene Amplitude des reflektierten Mikrowellensignals vor.
In Schritt S6 werden die gemessenen Werte (z.B. Spannungswerte, Amplitude, Frequenz, Phasenverschiebung) und/oder daraus abgeleitete Werte (z.B. eine Leistung) zusammen mit den vorgegebenen Sollwerten als Dateneinträge eines Kalibrierdatensatzes gespeichert.
Der Ablauf der Schritte S3 bis S6 wird dann unter Variation, insbesondere schrittweiser Inkrementierung, der Sollwerte wiederholt, bis für alle gewünschten Permutationen der Sollwerte entsprechende Dateneinträge in dem Kalibrierdatensatz vorhanden sind.
Dies kann, wie gezeigt, z.B. so umgesetzt sein, dass zunächst in Schritt S7 abgefragt wird, ob der höchste Wert der Mikrowellenfrequenz eingestellt ist.
Ist dies nicht der Fall ("N"), wird der aktuelle Wert in Schritt S8 auf den nächsthöheren Wert geändert, z.B. um eine Schrittweite erhöht, und zu Schritt S3 zurückverzweigt. Die Variation der Frequenz kann auch als "Frequenz-Sweep" bezeichnet werden.
Ist dies jedoch der Fall ("J"), kann in Schritt S9 optional die Qualität des Mikrowellensignals (Ist-Frequenz, gemessene Frequenz, Bandbreite, Oberwellen, ...) aus den mittels des Detektors 55a-2 gemessenen Messignalen bewertet werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Amplitude noch der initialen, geringsten Amplitude entspricht, allgemein aber zumindest eher gering ist.
Folgend auf Schritt S8 oder S9 wird in Schritt S10 zunächst der Frequenzwert wieder auf seinen niedrigsten Wert eingestellt und dann abgefragt, ob der höchste Wert der Amplitude / Leistung eingestellt ist. Ist dies nicht der Fall ("N"), wird der aktuelle Wert der Amplitude / Leistung in Schritt S11 auf den nächsthöheren Wert geändert, z.B. um eine Schrittweite erhöht, und zu Schritt S3 zurückverzweigt. Die Variation der Amplitude kann auch als "Amplituden-Sweep" bezeichnet werden. Wird Schritt S10 jedoch positiv beantwortet ("J"), wird in Schritt S12 zunächst der Amplitudenwert wieder auf seinen niedrigsten Wert eingestellt und dann abgefragt, ob der höchste Wert der Phasenverschiebung eingestellt ist. Ist dies nicht der Fall ("N"), wird der aktuelle Wert der Phasenverschiebung in Schritt S13 auf den nächsthöheren Wert geändert, z.B. um eine Schrittweite erhöht, und zu Schritt S3 zurückverzweigt. Die Variation der Phasenverschiebung kann auch als "Phasen-Sweep" bezeichnet werden.
Bei positiver Beantwortung von Schritt S12 liegt ein Kalibrierdatensatz vor, der die gemessenen Amplituden / Leistungen in Abhängigkeit von den variierten bzw. "gesweepten" Sollwerten als Datensätze aufweist. Optional kann auch die jeweils durch den Temperatursensor 15 gemessene Temperatur T mitgespeichert sein.
Selbstverständlich können ein oder mehrere Sollwerte auch ausgehend von einem höchsten Wert dekrementiert werden oder in beliebiger anderer Reihenfolge eingestellt werden.
Ein nach Schritt S12 vorliegender Kalibrierdatensatz für einen mit der Ersatzlast 57 ausgerüsteten Mikrowellenausgang 53 könnte daher beispielsweise wie folgt aussehen, falls die Sollfrequenz fS0n von 2400 MHz auf 2500 MHz in Schritten von 50 MHz inkrementiert wird, die Soll-Phasenverschiebung cpSoii von 0° auf 240° in Schritten von 120° inkrementiert wird und die Soll-Amplitude / Leistung Pson von 300 W auf 120 W in Schritten von 60 W dekrementiert wird:
Dieser Datensatz ermöglicht eine exakte Detektion der gesendeten Amplitude des Mikrowellenmoduls 17 mittels des integrierten Detektors 14a.
Zusätzlich zu dem ersten Teil des Kalibrierverfahrens wird ein zweiter Teil ausgeführt, welcher im Folgenden genauer beschrieben wird.
Fig.8 zeigt einen zweiten Teil des Kalibrierverfahrens gemäß einer ersten Variante, das sich wie gezeigt an den in Fig.7 dargestellten ersten Teil anschließen kann, aber grundsätzlich auch vor dem ersten Teil durchgeführt werden kann.
Anschließend an den ersten Teil wird nun in einem Schritt S14 der Kalibrieraufsatz gewechselt, nämlich von der Ersatzlast 57 zu einem Kalibrieraufsatz, der wie ein reflektierender Endabschluss wirkt und daher einfallende Wellen idealerweise totalreflektiert.
In einem Schritt S15 werden durch die Datenverarbeitungseinrichtung 56 erneut initiale Werte für die Sollfrequenz und die Sollamplitude eingestellt, insbesondere analog zu Schritt S2. Jedoch können sich die Grenzen der einstellbaren Wertebereiche und/oder die Schrittweiten zu dem Fall mit der Ersatzlast 57 unterscheiden. Beispielsweise mag der Fall vorliegen, dass die bei Einsatz der Ersatzlast 57 eingestellten höheren Amplituden so hoch sind, dass sie bei Rückreflexion im Fall des offenen oder kurzgeschlossenen Endes zu einer Schädigung des Hauptverstärkers führen könnten. Daher werden im zweiten Teil des Kalibrierverfahrens geringere Solleistungen eingestellt, die maximal so hoch sind, wie es der Hauptverstärker 11 an reflektierter Amplitude aushält. Beispielsweise kann die Sollleistung nur in einem Bereich [120; 180] W variiert werden, z.B. in Schritten von 30 W oder 60 W. Folglich bilden die entsprechenden gewünschten bzw. aus diesem Bereich eingestellten Sollleistungen bzw. analog dazu Sollamplituden eine sich von der ersten Amplitudengruppe unterscheidende zweite Amplitudengruppe. Auch die zweite Frequenzgruppe kann sich von der ersten Frequenzgruppe bzw. der zweiten Phasengruppe unterscheiden, braucht es aber nicht.
Es sei im Folgenden für den zweiten Teil beispielhaft angenommen, dass die initiale Sollfrequenz dem geringsten Frequenzwert aus der zweiten Frequenzgruppe und die initiale Sollleistung dem höchsten Amplitudenwert aus der zweiten Amplitudengruppe entspricht.
Ferner wird in Schritt S15 die Phasenverschiebung beispielhaft auf einen festen Wert, insbesondere 0°, festgelegt und im zweiten Teil nicht weiter variiert.
Die Schritte S16 bis S23 werden analog zu den Schritten S3 bis S8 und S10 bis S11 ausgeführt (also der Schritt S9 der Qualitätsüberprüfung des Mikrowellensignals nicht nochmals durchgeführt), wobei die gemessenen Werte oder daraus abgeleitete Werte als Dateneinträge eines weiteren Kalibrierdatensatzes gespeichert werden.
Ein nach positiver Beantwortung von Schritt S22 vorliegender weiterer Kalibrierdatensatz für einen mit dem Kalibrieraufsatz 58 ausgerüsteten Mikrowellenausgang 53 könnte dann beispielsweise Werte der Leistungen Pi4a, Pi4t>, Pssa-i und Pssb sowie der Temperatur T für die Sollfrequenz fS0n von 2400 MHz auf 2500 MHz in Schritten von 50 MHz inkrementiert und die Soll-Amplitude / Leistung Pson von 180 W auf 120 W in Schritten von 30 W dekre- mentiert umfassen. Im Gegensatz zu dem mit Ersatzlast 57 erstellten Kalibrierdatensatz sind nun die an den Detektoren 14b und 55b gemessenen Amplituden- bzw. Leistungswerte Pi4b und Pssb für die reflektierte Mikrowellensignal aufgrund der Totalreflexion deutlich höher.
Folgend wird in einem Schritt S24 das Mikrowellenmodul 17 ausgeschaltet.
Für den dann folgenden Schritt S25 bestehen unter anderem zwei Möglichkeiten:
In einer ersten Variante werden mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 56 aus den Kalibrierdatensätzen Korrekturkoeffizienten berechnet, die dazu vorgesehen sind, den Betrieb des Mikrowellenmoduls 17, insbesondere basierend auf den von den Detektoren 14a und 14b ausgegebenen Messwerten, zu kalibrieren, um an dem Mikrowellenausgang 18 Mikrowellensignale auszugeben, deren Amplitude, Frequenz und/oder Phase möglichst genau mit den eingestellten Sollwerten übereinstimmt. Speziell wird es ermöglicht, die von den Detektoren 14a und 14b ausgegebenen Messwerte mit hoher Genauigkeit mit tatsächlich an dem Mikrowellenausgang 18 vorliegenden Werten der in Senderichtung ausgesandten und der reflektierten Amplitude / Leistung zu korrelieren bzw. zuzuordnen.
Die Korrekturkoeffizienten können aus den Einträgen der Kalibrierdatensätze beispielsweise durch einen Funktionsfit mit den Einträgen als Stützpunkten berechnet werden, beispielsweise durch Berechnung von Polynomialfunktionen grundsätzlich beliebiger Ordnung größer eins, also beispielsweise anhand linearer, quadratischer, usw. Polynome angenähert werden. Dadurch können z.B. durch Interpolation auch Sätzen von Sollwerten, die nicht direkt eingestellt worden sind, Korrekturkoeffizienten zugeordnet werden. Zudem besteht die Möglichkeit, die Einträge der Kalibrierdatensätze auf Sätze von Korrekturkoeffizienten hin zu extrapolieren, welche außerhalb des Bereichs eines oder mehrerer eingestellter Sollwerte liegen. Beispielsweise kann der Fall eintreten, dass im Kalibrierdatensatz für den als reflektierenden Endabschluss dienenden Kalibrieraufsatz 58 einige Messpunkte für die Sollamplitude fehlen, die höher als die maximal durch den Hauptverstärker 11 erlaubte Sollamplitude, aber kleiner oder gleich der maximal einstellbaren Sollamplitude sind. Die fehlenden Messpunkte können aus den bestehenden Messpunkten extrapoliert werden, oder es können die Korrekturkoeffizienten für die fehlenden Sollamplitudenwerte aus den bestehenden Sollamplitudenwerten extrapoliert werden.
Diese Korrekturkoeffizienten werden dann von der Datenverarbeitungseinrichtung 56 in einen nichtflüchtigen Datenspeicher des Mikrokontrollers 4 oder in einen mit dem Mikrokontroller 4 verbundenen nichtflüchtigen Datenspeicher des Mikrowellenmoduls 17 übertragen.
In einer zweiten Variante werden die Korrekturkoeffizienten als solche mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 56 in den nichtflüchtigen Datenspeicher übertragen. Der Mikrokontroller 4 ist dazu eingerichtet, aus den Kalibrierdatensätzen Korrekturkoeffizienten zu berechnen. Folgend kann das Messsystem 51 von dem Mikrowellenmodul 17 getrennt werden, worauf der Mikrokontroller 4 wieder eigenständig arbeitet.
Daraufhin kann das Mikrowellenmodul 17 in ein Haushalts-Mikrowellengargerät eingebaut werden, oder es kann in einem weiteren Kalibrieraufbau die Phasenverschiebung kalibriert werden, wie in den Figuren 10 und 11 weiter unten näher erläutert wird.
Zunächst zeigt Fig.9 jedoch einen zweiten Teil des Kalibrierverfahrens gemäß einer zweiten Variante, das sich wie gezeigt an den in Fig.7 dargestellten ersten Teil anschließen kann oder vor dem ersten Teil durchgeführt werden kann.
In dieser Variante wird anschließend an die positive Beantwortung von Schritt S12 nach vollständig durchgeführtem Variieren oder "Sweepen" der Sollwerte der Leistung, Frequenz und Phasenverschiebung in einem Schritt S26 die Richtkopplungseinrichtung 52 von dem Mikrowellenmodul 17 getrennt, so dass der Mikrowellenausgang 18 selbst als offenes Ende dient, das eine Totalreflektion der in Senderichtung zu dem Mikrowellenausgang 18 laufenden (gesendeten) Mikrowellensignale bewirkt. Die Detektoren 55a-1 , 55a-2 und 55b werden folglich nicht verwendet.
Folgend werden analog zu den Schritten S15 bis S23 Schritte S27 bis S35 ausgeführt, und es wird so ein weiterer Kalibrierdatensatz mit den Einträgen der Messwerte der Leistungen Pi4a und Pi4b und ggf. der Temperatur T für die Sollwerte fS0n und Pson angelegt. In einer Weiterbildung kann auf die Messwerte der gesendeten Leistung Pi4a direkt der Kalibrierdatensatz aus dem ersten Teil angewendet werden.
Folgend auf die positive Beantwortung in Schritt S34 nach vollständigem Sweep der Sollfrequenz und der Sollamplitude können analog zu der ersten Variante die Schritte S24 und S25 durchgeführt werden.
Fig.10 zeigt einen weiteren Kalibrierungsaufbau zum Kalibrieren der Phasenverschiebung des Mikrowellenmoduls 17 mittels eines Messystems 61 unter Nutzung eines bereits kalibrierten Mikrowellenmoduls 17kai. Die Signalgeneratoren 3 der beiden Mikrowellenmodule
17 und 17kai sind an dem gleichen Taktgeber 2 angeschlossen. Die Mikrowellenausgänge
18 sind über ein optionales jeweiliges Dämpfungsglied 62 des Messystems 61 an jeweili- ge Eingänge eines Kombinierers ("Combiners") 63 des Messystems 61 angeschlossen, dessen Ausgang an einen Detektor 64, z.B. Spannungsmesser, des Messystems 61 angeschlossen ist, welcher wiederum mit der Datenverarbeitungseinrichtung 56 des Messystems 61 verbunden ist. Dabei sollten Kabellängen im Aufbau berücksichtigt werden, um durch unterschiedliche Kabellängen bewirkte Phasendrehungen erkennen und ggf. kompensieren zu können.
Ein Vorteil der Verwendung der Dämpfungsglieder 62, ist, dass viele Kombinierer 63 nur geringe Leistungen aushalten, so dass die Dämpfungsglieder 62 dem Schutz des Kombinierers 63 dienen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die beiden Mikrowellenmodule 17 und 17kai dann mit hoher Abgabeleistung betrieben werden können. Dann wiederum kann der Leistungspegel etwa gleich eingestellt werden, und die absoluten Abweichungen sind relativ zu dem hohen Pegel nicht mehr entscheidend. Bei geringen Pegeln (z.B. aufgrund einer internen Vordämpfung durch das Dämpfungsglied 9) würde sich ein relativer Amplitudenfehler absolut stark bemerkbar machen.
Auch hier steuert die Datenverarbeitungseinrichtung 56 die Mikrokontroller 4 der Mikrowellenmodule 17 und 17kai dergestalt, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 56 die einzelnen Komponenten der Mikrowellenmodule 17 und 17kai direkt ansteuert. Die Regelungsfunktion der Mikrokontroller 4 ist also deaktiviert.
Sind die Phasen der an den Mikrowellenausgängen 18 ausgesandten Mikrowellensignale in Phase (weisen also eine Phasenverschiebung von 0° zwischen sich auf), misst der Detektor 64 ein höchstes Summensignal. Sind die Phasen der an den Mikrowellenausgängen 18 ausgesandten Mikrowellensignale gegenphasig (weisen also eine Phasenverschiebung von 180° zwischen sich auf), misst der Detektor 64 ein geringstes Summensignal. Dies wird dazu verwendet, um zu bestimmen, ob der Phasenschieber 8 des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls 17 korrekt arbeitet oder auch die Phasenverschiebung an diesem Phasenschieber 8 anhand der gemessenen Ist-Phasenverschiebung zu der Soll- Phasenverschiebung korrigiert bzw. kalibriert werden sollte.
Fig.11 zeigt einen anhand des in Fig.10 gezeigten Kalibrierungsaufbaus durchführbaren Kalibrierungsablauf. In einem Schritt S41 wird für den in Fig.10 gezeigten Kalibrieraufbau anhand der Datenverarbeitungseinrichtung 56 an beiden Mikrowellenmodulen 17 und 17kai die gleiche Sollamplitude / Sollleistung eingestellt. Insbesondere kann die Sollamplitude auf einen mittleren Wert wie z.B. 100 W eingestellt werden.
Ferner wird die Soll-Phasenverschiebung des Mikrowellenmoduls 17kai auf einen bestimmten Wert aus einer dritten Phasengruppe von unterschiedlichen Werten der Phasenverschiebung eingestellt, vorteilhafterweise auf 0°. Da das Mikrowellenmodul 17kai bereits kalibriert ist, kann davon ausgegangen werden, dass dessen Soll- Phasenverschiebung mit seiner tatsächlich eingestellten Ist-Phasenverschiebung mit hoher Genauigkeit übereinstimmt.
In Schritt S41 wird außerdem die Soll-Phasenverschiebung des Mikrowellenmoduls 17 auf einen bestimmten Anfangswert aus der dritten Phasengruppe eingestellt, vorteilhafterweise auf den gleichen Wert wie die eingestellte Soll-Phasenverschiebung des kalibrierten Mikrowellenmoduls 17kai, insbesondere auf 0°.
In Schritt S42 wird abgefragt, ob alle einzustellenden Werte der Soll-Phasenverschiebung, bereits einmal eingestellt worden sind.
Ist dies nicht der Fall ("N"), wird in Schritt S43 das mittels des Detektors 64 an dem Ausgang des Kombinierers 63 anliegende Summensignal der beiden Mikrowellensignale der beiden betriebenen Mikrowellenmodule 17 und 17kai, insbesondere gemessen, auf die Datenverarbeitungseinrichtung 56 übertragen und dort zusammen mit den Werten zumindest der eingestellten Sollfrequenz und der an dem Mikrowellenmodul 17 eingestellten Soll-Phasenverschiebung als Dateneintrag in einer weiterer Kalibrierdatenbank abgespeichert.
Zudem wird in Schritt S44 der Wert der an dem Mikrowellenmodul 17 eingestellten Soll- Phasenverschiebung um eine Schrittweite, z.B. 30 °, 60°, 90° oder 180° geändert, z.B. inkrementiert oder dekrementiert und zu Schritt S42 zurückverzweigt.
Wird die Abfrage in Schritt S43 jedoch positiv beantwortet ("J"), sind die gewünschten
Werte der dritten Phasengruppe einmal durchlaufen bzw. gesweept worden und es wird zu Schritt S45 verzweigt. Arbeitet der Phasenschieber 8 des Mikrowellenmoduls 17 korrekt, ist das Summensignal bei 0° maximal und bei 180° minimal (nahe Null).
In Schritt S45 wird die Soll-Phasenverschiebung des Mikrowellenmoduls 17 auf den bestimmten Anfangswert zurückgestellt.
In Schritt S46 wird abgefragt, ob alle einzustellenden Werte der Sollfrequenz aus der dritten Frequenzgruppe bereits einmal eingestellt worden sind.
Ist dies nicht der Fall ("N"), wird zu Schritt S47 verzweigt, in dem die Sollfrequenz an beiden Mikrowellenmodulen 17 und 17kai auf einen gleichen neuen Wert aus der dritten Frequenzgruppe eingestellt, insbesondere inkrementiert oder dekrementiert wird. Es wird dann zu Schritt S42 zurückverzweigt.
Ist dies jedoch der Fall ("J"), ist der Kalibrierdatensatz vollständig, anhand dessen die Phasenverschiebung des Phasenschiebers 8 des Mikrowellenmoduls 17 korrigiert werden kann. Es wird dann zu Schritt S48 verzweigt werden, in dem - analog zu den Schritten S24 und S25 - in einer Variante mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 56 aus dem Kalibrierdatensatz Korrekturkoeffizienten berechnet werden, die dazu vorgesehen sind, den Betrieb des Mikrowellenmoduls 17 zu kalibrieren, um Mikrowellensignale auszugeben, deren Phase bzw. Phasenverschiebung möglichst genau mit den eingestellten Sollwerten übereinstimmt. Auch hier können in einer zweiten Variante die Korrekturkoeffizienten von der Datenverarbeitungseinrichtung 56 in einen nichtflüchtigen Datenspeicher des Mikrokontrollers 4 oder in einen mit dem Mikrokontroller 4 verbundenen nichtflüchtigen Datenspeicher des Mikrowellenmoduls 17 übertragen werden, wobei der Mikrokontroller 4 dazu eingerichtet, aus dem Kalibrierdatensatz Korrekturkoeffizienten für die Phasenverschiebung zu berechnen.
Folgend kann das Messsystem 61 von dem Mikrowellenmodul 17 getrennt werden, worauf der Mikrokontroller 4 wieder eigenständig arbeitet.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Mikrowellenerzeugungsstrecke
2 Taktgeber
3 Signalerzeuger
4 Mikrokontroller
5 Bandpassfilter
6 Zerhacker
7 Zwischenverstärker
8 Phasenschieber
9 Dämpfungsglied
10 Vorverstärker
11 Hauptverstärker
12 Richtkopplungseinrichtung
12-1 Bidirektionaler Richtkoppler ohne Zirkulator
12-2 Richtkoppler mit Zirkulator
12-3 Richtkoppler mit Zirkulator
13a Messausgang für Leistung in Vorwärtsrichtung
13b Messausgang für Leistung in Rückwärtsrichtung
14a Detektor für Leistung in Vorwärtsrichtung
14b Detektor für Leistung in Rückwärtsrichtung
15 Temperatursensor
16 Antenne
17 Mikrowellenmodul
17kai Vorkalibriertes Mikrowellenmodul
18 Mikrowellenausgang des Mikrowellenmoduls
19 Zirkulator
20 Einweg-Richtkoppler
21 Einweg-Richtkoppler
22 Abschlusswiderstand
23 Garraum
24 Haushalts-Mikrowellengargerät
31 Mikrowellenerzeugungsstrecke 32 Haushalts-Mikrowellengargerät
33 Steuereinheit
41 Mikrowellenerzeugungsstrecke
42 Haushalts-Mikrowellengargerät
43 Mikrowellenmodul
44 Signalerzeugungsmodul
45 Mikrokontroller
46 Mikrokontroller
47 Splitter
51 Messsystem
52 Richtkopplungseinrichtung
53 Mikrowellenausgang des Messsystems
54a Messausgang für Leistung in Vorwärtsrichtung
54b Messausgang für Leistung in Rückwärtsrichtung
55a-1 Detektor für Amplitudenmessung
55a-2 Detektor für Frequenzmessung
55b Detektor für Amplitudenmessung
56 Datenverarbeitungseinrichtung
57 Ersatzlast
58 Reflektierender Endabschluss
61 Messsystem
62 Dämpfungsglied
63 Kombinierer
64 Detektor
S1-S35 Verfahrensschritte
S41-S47 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche Verfahren (S1-S35) zum Kalibrieren eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät (24; 32; 42) vorgesehenen Mikrowellenmoduls (17; 43) mittels eines an einen Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17; 43) anschließbaren Messsystems (51), das eine Richtkopplungseinrichtung (52) mit einem antennenlosen Mikrowellenausgang (53) aufweist, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
(a) Anschließen des Mikrowellenausgangs (18) des Mikrowellenmoduls (17) an die Richtkopplungseinrichtung (12) des Messsystems (51), wobei an den Mikrowellenausgang (53) des Messsystems (51) eine Ersatzlast (57) angeschlossen ist (S1);
(b) Erzeugen, mittels des Mikrowellenmoduls (17), eines Mikrowellensignals mit einer vorgegebenen Sollfrequenz und einer vorgegebenen Sollamplitude (S3);
(c) Durchleiten des Mikrowellensignals durch die Richtkopplungseinrichtung (12) des Mikrowellenmoduls (17) zu dem Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) (S3a);
(d) Leiten des Mikrowellensignals von dem Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) durch die Richtkopplungseinrichtung (52) des Messsystems (51) zu dem Mikrowellenausgang (53) des Messsystems (51) (S3b);
(e) Messen, an der Richtkopplungseinrichtung (12) des Mikrowellenmoduls (17), zumindest der Amplitude des zu dem Messsystem (51) ausgesandten Mikrowellensignals und der Amplitude des von dem Messsystem (51) reflektierten Mikrowellensignals (S4);
(f) Messen, an der Richtkopplungseinrichtung (52) des Messsystems (51), zumindest der Amplitude des zu dem Mikrowellenausgang (53) des Messsystems (51) ausgesandten Mikrowellensignals und der Amplitude des von dem Mikrowellenausgang (53) des Messsystems (51) reflektierten Mikrowellensignals (S5);
(g) Speichern zumindest der Sollfrequenz und der Sollamplitude sowie dafür gemessener Werte und/oder daraus abgeleiteter Werte als Dateneinträge eines Kalibrierdatensatzes (S6); (h) Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb einer ersten Frequenzgruppe unterschiedlicher Sollfrequenzen (S8) und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (b) bis (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe;
(i) Einrichten des Mikrowellenausgangs (18) des Mikrowellenmoduls (17) oder des Messsystems (51) auf einen reflektierenden Endabschluss (58; 18);
(j) folgend Durchführen zumindest der Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (g) und
(k) Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb einer zweiten Frequenzgruppe unterschiedlicher Sollfrequenzen (S21 ; S33) und jeweils erneutes Durchführen zumindest der Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe.
2. Verfahren (S1-S25) nach Anspruch 1 , bei dem
- in Schritt (i) der Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) an die Richtkopplungseinrichtung (52) des Messsystems (51) angeschlossen ist und der Mikrowellenausgang (53) des Messsystems (51) als reflektierender Endabschluss (58) eingerichtet wird (S14);
- Schritt (j) das Durchführen der Schritte (b) bis (g) umfasst; und
- Schritt (k) das Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb der zweiten Frequenzgruppe (S21) und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (b) bis (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe umfasst.
3. Verfahren (S1-S13, S24-S35) nach Anspruch 1 , bei dem
- in Schritt (i) die Richtkopplungseinrichtung (52) des Messsystems (51) von dem Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) abgekoppelt wird (S26) und dadurch der Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) als offenes Ende ausgeführt ist;
- Schritt (j) das Durchführen der Schritte (b), (c), (e) und (g) umfasst; und
- Schritt (k) das Variieren zumindest der Sollfrequenz innerhalb der zweiten Frequenzgruppe (S33) und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (b), (c), (e) und (g) für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe umfasst. Verfahren (S1-S35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- in Schritt (b) zusätzlich eine Soll-Phasenverschiebung des Mikrowellensignals vorgegeben wird;
- in Schritt (h) zusätzlich die Soll-Phasenverschiebung innerhalb einer ersten Phasengruppe unterschiedlicher Soll-Phasenverschiebungen variiert wird (S13) und zumindest die Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe und den Soll- Phasenverschiebungen der ersten Phasengruppe durchgeführt werden; und
- in Schritt (k) zusätzlich die Soll-Phasenverschiebung innerhalb einer zweiten Phasengruppe unterschiedlicher Soll-Phasenverschiebungen variiert wird und zumindest die Schritte (b), (c), (e) und (g) unter zusätzlicher Speicherung der Werte der Soll-Phasenverschiebung in Schritt (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe und den Soll-Phasenverschiebungen der zweiten Phasengruppe durchgeführt werden. Verfahren (S1-S35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- in Schritt (h) zusätzlich die Sollamplitude innerhalb einer ersten Amplitudengruppe unterschiedlicher Sollamplituden variiert wird (S11) und zumindest die Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der ersten Frequenzgruppe und den Sollamplituden der ersten Amplitudengruppe durchgeführt werden; und
- in Schritt (k) zusätzlich die Sollamplitude innerhalb einer zweiten Amplitudengruppe unterschiedlicher Sollamplituden variiert wird (S23; S35) und zumindest die Schritte (b), (c), (e) und (g) innerhalb der Gruppe der Schritte (b) bis (h) jeweils für mehrere, insbesondere alle, Paarungen aus zumindest den Sollfrequenzen der zweiten Frequenzgruppe und den Sollamplituden der zweiten Amplitudengruppe durchgeführt werden. Verfahren (S1-S35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem verknüpft mit den Sollwerten zusätzlich eine Temperatur, insbesondere Temperatur eines Hauptverstärkers (11), gemessen und in dem Kalibrierdatensatz abgespeichert wird (S6). Verfahren (S1-S35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Dateneinträgen der Kalibrierdatensätze Korrekturfaktoren für den Betrieb des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls berechnet werden (S25), anhand derer mindestens ein Mikrowellenparameter, einschließlich der an dem Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) vorliegenden Amplitude des Mikrowellensignals in Senderichtung, an einen zugehörigen Sollwert angepasst wird. Verfahren (S41-S48) zum Kalibrieren eines Phasenschiebers (8) eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät (42) vorgesehenen Mikrowellenmoduls (17), wobei das Verfahren (S41-S48) mindestens die folgenden Schritte aufweist:
(i) Bereitstellen eines bezüglich seiner Phasenverschiebung zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls (17) und eines bezüglich seiner Phasenverschiebung bereits kalibrierten Mikrowellenmoduls (17kai), deren Mikrowellenausgänge 18 an jeweilige Eingänge eines Kombinierers (63) angeschlossen werden;
(ii) Vorgeben einer gemeinsamen Sollamplitude und einer gemeinsamen Sollfrequenz für beide Mikrowellenmodule (17, 17kai) sowie einer Soll- Phasenverschiebung an dem kalibrierten Mikrowellenmodul (17kai) und einer Soll-Phasenverschiebung an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul (17) (S41);
(iii) Erzeugen, mittels beider Mikrowellenmodule (17, 17kai), eines jeweiligen Mikrowellensignals mit den jeweils vorgegebenen Sollwerten (S43);
(iv) Messen eines an dem Ausgang des Kombinierers (63) anliegenden Signals (S43);
(v) Speichern der Werte zumindest der an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul vorgegebenen Soll-Phasenverschiebung und der Sollfrequenz und/oder daraus abgeleiteter Werte sowie den zugehörigen Messwert als Dateneinträge eines Phasenkalibrierdatensatzes (S43);
(vi) Variieren der Soll-Phasenverschiebung an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul (17) innerhalb einer dritten Phasengruppe unterschiedlicher Soll- Phasenverschiebungen (S44) und jeweils erneutes Durchführen der Schritte (iii) bis (v) für mehrere, insbesondere alle, Soll-Phasenverschiebungen der dritten Phasengruppe. Verfahren (S41-S48) nach Anspruch 8, bei dem in einem Schritt (vi) zusätzlich die Sollfrequenz innerhalb einer dritten Frequenzgruppe unterschiedlicher Sollfrequenzen variiert wird (S47) und die Schritte (iii) bis (v) zusätzlich für mehrere, insbesondere alle, Sollfrequenzen der dritten Phasengruppe durchgeführt werden. Verfahren (S41-S48) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem die in Schritt (ii) an dem kalibrierten Mikrowellenmodul (17kai) vorgegebene Soll-Phasenverschiebung 0° beträgt und die Soll-Phasenverschiebung innerhalb der dritten Phasengruppe zumindest die Sollwerte 0° und 180° umfasst. Verfahren (S41-S48) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem aus den gespeicherten Dateneinträgen des Phasenkalibrierdatensatzes Korrekturfaktoren für den Betrieb des zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls berechnet werden (S48), anhand derer die Phasenverschiebungen an die jeweils zugehörigen Soll- Phasenverschiebungen angepasst werden. Haushalts-Mikrowellengargerät (24; 32; 42), aufweisend
- einen mittels einer Tür mikrowellendicht verschließbaren, mit Mikrowellen beaufschlagbaren Garraum (23),
- mindestens ein Mikrowellenmodul (17), das dazu eingerichtet ist, zumindest eine Amplitude und eine Frequenz eines an einem Mikrowellenausgang (18) ausgesandten Mikrowellensignals auf variable Sollwerte einzustellen, und das eine Richtkopplungseinrichtung (12) zumindest zum Messen der Amplitude eines ausgesandten Mikrowellensignals und eines reflektierten Mikrowellensignals aufweist;
- eine Steuereinrichtung (4), die dazu eingerichtet ist, anhand von Korrekturfaktoren, die gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche aus den gespeicherten Werten berechnet worden sind, mindestens einen Mikrowellenparameter, einschließlich der Amplitude des an mindestens eine Antenne (16) ausgesandten Mikrowellensignals, an einen zugehörigen Sollwert anzupassen. Kalibrieraufbau zum Durchführen eines Verfahrens (S1-S35) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend ein Mikrowellenmodul (17) und ein Messsystem (51), wobei das Messsystem (51) mindestens
- eine an einen Mikrowellenausgang (18) des Mikrowellenmoduls (17) trennbar anschließbaren Richtkopplungseinrichtung (52);
- einen austauschbaren Aufsatz (57) für einen Mikrowellenausgang (53) der Richtkopplungseinrichtung (52), der als eine Ersatzlast ausgebildet ist;
- einen weiteren austauschbaren Aufsatz (58) für den Mikrowellenausgang (53) der Richtkopplungseinrichtung (52), der als ein End ausgebildet ist;
- einen Detektor (55a-1) zum Messen einer Amplitude eines an einem ersten Messausgang (54a) der Richtkopplungseinrichtung (52) ausgegebenen Messig- nals;
- einen Detektor (55b) zum Messen einer Amplitude eines an einem zweiten Messausgang (54b) der Richtkopplungseinrichtung (52) ausgegebenen Messig- nals; und
- eine mit den Detektoren (55a-1 , 55b) verbundene Datenverarbeitungseinrichtung (56), die mit einer Steuereinheit (4) des Mikrowellenmoduls (17) zu dessen Steuerung koppelbar ist, aufweist und wobei an dem Mikrowellenmodul (17) zumindest eine Frequenz und eine Amplitude des davon erzeugten Mikrowellensignals variierbar sind. Kalibrieraufbau zum Durchführen eines Verfahrens (S41-S48) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , aufweisend ein kalibriertes Mikrowellenmodul (17kai), mindestens ein zu kalibrierendes Mikrowellenmodul (17) und ein Messsystem (61), wobei
- das Messsystem (61) einen Kombinierer (63) aufweist, dessen Eingänge an die Mikrowellenausgänge (18) der Mikrowellenmodule (17, 17kai) angeschlossen sind und dessen Ausgang an einen Detektor (64) des Messystems (61) angeschlossen ist,
- der Detektor (64) mit einer Datenverarbeitungseinrichtung (56) des Messystems (61) verbunden ist, die mit Steuereinheiten (4) der Mikrowellenmodule (17, 17kai) zu deren Steuerung koppelbar ist; und wobei an den Mikrowellenmodulen (17, 17kai) zumindest eine Frequenz und eine Phasenverschiebung des davon erzeugten Mikrowellensignals variierbar sind.
EP23701923.7A 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte Pending EP4477036A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP25164174.2A EP4565006A3 (de) 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022201338.7A DE102022201338A1 (de) 2022-02-09 2022-02-09 Kalibrieren von Mikrowellenmodulen für Haushalts-Mikrowellengargeräte
PCT/EP2023/051563 WO2023151932A1 (de) 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP25164174.2A Division EP4565006A3 (de) 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4477036A1 true EP4477036A1 (de) 2024-12-18

Family

ID=85076482

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23701923.7A Pending EP4477036A1 (de) 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte
EP25164174.2A Pending EP4565006A3 (de) 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP25164174.2A Pending EP4565006A3 (de) 2022-02-09 2023-01-23 Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte

Country Status (3)

Country Link
EP (2) EP4477036A1 (de)
DE (1) DE102022201338A1 (de)
WO (1) WO2023151932A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025121037A1 (ja) * 2023-12-05 2025-06-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電波放射システム、電波放射装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10433376B2 (en) 2013-05-21 2019-10-01 Goji Limited Calibration of an RF processing system
US20160323940A1 (en) 2013-12-23 2016-11-03 Whirlpool Corporation Method of calibrating a multifeed radio frequency device
WO2016144872A1 (en) 2015-03-06 2016-09-15 Whirlpool Corporation Method of calibrating a high power amplifier for a radio frequency power measurement system
US10750581B2 (en) * 2016-11-30 2020-08-18 Illinois Tool Works, Inc. Apparatus and system for fault protection of power amplifier in solid state RF oven electronics
US11013357B2 (en) * 2017-03-06 2021-05-25 Illinois Tool Works Inc. Modified S-parameter measurement and usage in solid state RF oven electronics
WO2019055476A2 (en) 2017-09-14 2019-03-21 Cellencor, Inc. HIGH POWER SEMICONDUCTOR MICROWAVE GENERATOR FOR RADIO FREQUENCY ENERGY APPLICATIONS
DE102019128204B4 (de) 2019-10-18 2021-05-06 Topinox Sarl Verfahren zum Kalibrieren eines Mikrowellenmoduls, Kalibriersystem, Mikrowellenmodul sowie Gargerät

Also Published As

Publication number Publication date
EP4565006A3 (de) 2025-08-13
DE102022201338A1 (de) 2023-08-10
EP4565006A2 (de) 2025-06-04
WO2023151932A1 (de) 2023-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4037698C2 (de) Steuerschaltung für einen Plasmagenerator
DE69030308T2 (de) Linearer Verstärker mit automatischer Einstellung von Verstärkung und Phase der Vorwärtsgekoppelten Schleife
DE60124728T2 (de) Sender mit einem zusammensetzungsverstärker
DE102013206570B3 (de) Verfahren zum Betrieb einer zur unabhängigen Ansteuerung mehrerer Spulenelemente ausgebildeten Sendeeinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung und Sendeeinrichtung
EP1837893A1 (de) Messeeinrichtung eines HF-Plasmasystems
DE102018220101A1 (de) Vorverzerrungstechnik für eine Schaltungsanordnung mit einem Verstärker
DE602005000685T2 (de) Einrichtung und Verfahren zur Sendeleistungsregelung, Computerprogramm für Sendeleistungsregelungseinrichtung und Funksender
DE102007047263B4 (de) System zum Erzeugen einer programmierbaren Abstimmspannung
EP4477036A1 (de) Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte
EP3309561B1 (de) Elektrisches messsystem und betriebsverfahren hierfür
DE3936618C2 (de) Verfahren zum Linearisieren von Signalen und Anordnung zum Durchführen des Verfahrens
EP0847134A1 (de) Schaltung zur Linearisierung eines Verstärkers
DE3783490T2 (de) Anordnungen hoher leistung.
DE3644477C2 (de) Verfahren zur Impedanztransformation
DE102019128204B4 (de) Verfahren zum Kalibrieren eines Mikrowellenmoduls, Kalibriersystem, Mikrowellenmodul sowie Gargerät
EP4187780B1 (de) Frequenzgeneratoranordnung mit leistungsregelkeis, verwendung und verfahren
EP4170848A1 (de) Verfahren zum dämpfen niederfrequenter schwingungen in einem elektrischen versorgungsnetz
EP2893654B1 (de) Kalibriervorrichtung, signalverarbeitungsvorrichtung und benutzerschnittstelle für dieselbe
DE102006037196B3 (de) Passiv gedämpfte Magnetresonanz (=MR)-Detektionsanordnung und Verfahren zur Dämpfung eines HF-Schwingkreises einer solchen MR-Detektionsanordnung
DE2852120B2 (de) Korrekturschaltung für Laufzeitröhren
DE1591279A1 (de) Zwischenstufe fuer Funkgeraete zur Verbindung von zwei Antennen mit unterschiedlicher polarer Richtcharakteristik
DE102017114415A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung einer Mikrowellenheizvorrichtung eines Gargeräts sowie Gargerät
DE102004042371A1 (de) Frequenzselektive Phasen-/Verzögerungs-Regelung für einen Verstärker
DE3030528A1 (de) Schaltungsanordnung zum einstellen der mikrowellenleistung von mikrowellengeraeten
EP1846774A1 (de) Verfahren und anordnung zur korrektur der r]ckwirkung elektrischer messwandler auf das messobjekt

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240909

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)