EP4565006A2 - Kalibrieren von mikrowellenmodulen für haushalts-mikrowellengargeräte - Google Patents

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EP4565006A2
EP4565006A2 EP25164174.2A EP25164174A EP4565006A2 EP 4565006 A2 EP4565006 A2 EP 4565006A2 EP 25164174 A EP25164174 A EP 25164174A EP 4565006 A2 EP4565006 A2 EP 4565006A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microwave
target
module
phase shift
calibrated
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
EP25164174.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4565006A3 (de
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
Publication of EP4565006A2 publication Critical patent/EP4565006A2/de
Publication of EP4565006A3 publication Critical patent/EP4565006A3/de
Pending legal-status Critical Current

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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 phase shifter of a microwave module intended for installation in a household cooking appliance.
  • the invention further relates to a calibration setup for implementing 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 10 2019 128 204 B4 discloses a method for calibrating a microwave module for a cooking appliance, wherein the microwave module has a microwave output and a control loop, the method comprising the following steps: generating electromagnetic radiation by the microwave module, wherein the generated electromagnetic radiation is defined by an electromagnetic wave comprising an amplitude and a phase, emitting the generated electromagnetic radiation via the microwave output of the microwave module, measuring a forward wave of the emitted electromagnetic radiation by means of a measuring device external to the microwave module, and regulating the amplitude and/or the phase of the generated electromagnetic radiation by means of a control and/or evaluation unit external to the microwave module, which is connected to the control loop in a signal-transmitting manner, such that the electromagnetic radiation generated by the microwave module is stable with regard to 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 comprising: an RF energy supply component configured to supply RF energy for application to one or more radiating elements; a memory storing a set of coefficients; and a processor configured to receive feedback in response to the emission of RF radiation by one or more of the radiating elements and to control the application of RF energy to one or more of the radiating elements based on the feedback and the set of coefficients, wherein the set of coefficients is associated with the RF energy supply component and includes error correction coefficients configured to correct systematic errors in the functioning of the RF energy 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 comprises: selecting at least one subset of frequencies within a bandwidth of the at least one RF feed; setting an input power for the at least one RF feed for each of the at least one subset of frequencies; operating 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 lookup 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 measuring component that outputs a digital signal indicative of the radio frequency power sensed 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; setting a subset of the set of devices to output a signal of the selected frequency, the selected phase value, and the selected power level; measuring a forward power level and a reverse power level; processing the measurements of the forward and reverse power levels to calibrate the digital signal output from the measuring component of each set of devices; and storing the calibrated digital signal output in non-volatile memory.
  • DE 10 2019 128204 B4 discloses a method for calibrating a microwave module for a cooking appliance, wherein the microwave module has a microwave output and a control circuit, comprising the following steps: - generating electromagnetic radiation by the microwave module, wherein the generated electromagnetic radiation is defined by an electromagnetic wave comprising an amplitude and a phase, - emitting the generated electromagnetic radiation via the microwave output of the microwave module, - measuring a forward wave of the emitted electromagnetic radiation using a measuring device external to the microwave module, and - regulating the amplitude and/or phase of the generated electromagnetic radiation using a control and/or evaluation unit external to the microwave module, which is connected to the control circuit for signal transmission, so that the electromagnetic radiation generated by the microwave module is stable in terms of amplitude and phase. Furthermore, a calibration system, a microwave module, and a cooking appliance are described.
  • a furnace according to EP 3 549 396 B1 includes a cooking chamber configured to receive a food product and an RF heating system configured to inject RF energy into the cooking chamber using solid-state electronic components.
  • the solid-state electronic components include power amplifier electronics configured to inject a signal into the cooking chamber via a launch assembly operatively connected to the cooking chamber via a waveguide assembly.
  • An isolation assembly is provided between the launch assembly and the power amplifier electronics.
  • the power amplifier electronics are controlled based at least in part on an efficiency parameter determined from a forward power value and a reverse power value, each measured after the isolation assembly.
  • a furnace according to EP 3 593 592 B1 comprises a cooking chamber configured to support a load and an RF heating system configured to inject RF energy into the cooking chamber using solid-state electronic components.
  • the solid-state electronic components include power amplifier electronics configured to inject a signal into the cooking chamber via an antenna assembly.
  • the power amplifier electronics include at least a first power amplifier and a second power amplifier operatively connected to the cooking chamber via a first antenna and a second antenna of the antenna assembly, respectively.
  • the first and second antennas are operatively connected to the respective first and second power amplifiers via a first coupling structure and a second coupling structure, respectively.
  • a directional coupler is provided at a terminal portion defined for at least one of the first and second coupling structures. The directional coupler is configured to input a forward wave parameter and a reflected wave parameter to a measurement assembly configured to calculate modified S-parameters at the terminal section.
  • a microwave generation system according to US 2019/080886 A1 It features a modular architecture that can be configured to deliver output power from under 1 kilowatt to over 100 kilowatts.
  • the various power levels are achieved by combining the RF outputs of multiple RF power amplifiers in a single structure.
  • the system can be used on any ISM band.
  • Each system component contains a dedicated embedded microcontroller for powerful, real-time control response.
  • the components are connected to a high-speed digital data bus and are controlled and monitored by a control program running on a host computer.
  • This method offers the advantage that the phase shift of the microwave module to be calibrated can be calibrated using a simple measurement setup based on an already phase-calibrated microwave module. Calibrating the phase shift is particularly advantageous if the microwave module to be calibrated is intended for use in a microwave cooking appliance with multiple microwave modules, where a targeted interference pattern is to be generated in the cooking chamber by setting a phase shift between the microwaves radiated into the cooking chamber.
  • the household microwave cooking appliance can be a standalone microwave appliance or a combination microwave appliance, e.g., an oven with a microwave function and, if appropriate, a steam treatment function.
  • the household microwave cooking appliance has at least one microwave module.
  • the microwave signals generated by the at least one microwave module are radiated as microwave radiation via one or more antennas or "ports" into a cooking chamber that can be closed by a microwave-tight door.
  • a portion of the radiated microwave radiation is fed back into the at least one antenna.
  • the microwave module is, in particular, a separately manufactured and independently manageable unit prior to installation in the household microwave oven. At least one antenna can be connected directly or via a microwave signal line to the The microwave output of the built-in microwave module must be connected. However, in the present method, the microwave output is connected to the measuring system without an antenna, and the measuring system's microwave output is also antennaless. Consequently, no microwave radiation is emitted into the room during the calibration procedure; instead, only conducted microwave signals are generated. This is advantageously particularly simple to implement, error-resistant, and radiation-safe.
  • the frequency of the microwave signal can be adjusted using a signal generator (e.g., an oscillator, VCO, PLL, synthesizer, resonant circuit, etc.).
  • the signal generator can be supplied with a clock base by means of a clock generator.
  • the clock generator and/or the signal generator can be part of the microwave module, but do not have to be.
  • the clock generator 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.
  • 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, especially 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 intermediate amplifier can be a component of the microwave module or a signal generation module.
  • the intermediate amplifier can be a power-controlled amplifier. The power-controlled In particular, an 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 repeater, if present.
  • the phase shifter is particularly advantageous for microwave modules that are to be installed in groups of at least two microwave modules in a household microwave oven and are intended to generate a targeted interference pattern in the cooking chamber during operation of the microwave oven.
  • 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 repeater, and/or the phase shifter, if present.
  • the attenuator can, in particular, reduce the amplitude or power of the incoming microwave signal by a predetermined factor.
  • At least one second 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 final amplifier can be single- or multi-stage.
  • the final amplifier can have a single- or multi-stage preamplifier and a main amplifier connected downstream of the preamplifier.
  • the controlled components of the microwave module can be controlled by a common control device of the microwave module, e.g., by means of a microcontroller, ASICs, FPGAs, etc.
  • a frequency meter or a spectroscope to a measuring output of the directional coupling device of the measuring system for measuring the amplitude in the forward direction in order to determine the quality of the microwave signal, e.g. its bandwidth.
  • a deviation between the target frequency and the actual frequency can also be measured and corrected by calibration.
  • 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 saved in a calibration data set.
  • the order of the varied target parameters is arbitrary: for example, if both the target frequency, the target phase shift, and the target amplitude values are varied, first a respective value of the target frequency and the target phase shift can be fixed and the target amplitude values can be varied.
  • a value of the target phase shift can be changed, and for the new pair of values of the target frequency and phase shift, the target amplitude values can be cycled through again until all values of the target phase shift have been set, and then a new value of the target frequency is set, and so on.
  • all values of the target phase shift for a fixed value of the target amplitude can also be cycled through in a similar way.
  • a temperature in particular the temperature of a power amplifier, in particular the main amplifier, is also measured and stored in the calibration data set.
  • One embodiment includes, in step (vi), additionally varying the target frequency within a third frequency group of different target frequencies, and performing steps (iii) to (v) additionally for several, in particular all, target frequencies of the third frequency group. This also allows frequency-dependent correction coefficients to be obtained from the calibration, which increases the correction accuracy.
  • the target phase shift specified in step (ii) on the calibrated microwave module is 0°
  • the target phase shift within the third phase group includes at least the target values 0° and 180°. This is particularly advantageous because the sum signal should have a maximum amplitude at 0° and a minimum amplitude at 180°. Actual deviations at these points can be particularly 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, on the basis of which the phase shifts are adapted to the respective associated target phase shifts.
  • the correction factors can generally be obtained, for example, by interpolation and, if necessary, extrapolation of the calibration data sets.
  • the entries in the calibration data sets can serve as support points.
  • the interpolation and extrapolation can be carried out using any suitable calculation method, e.g., by fitting to a polynomial function.
  • a power f(x) 130 W was transmitted, measured with the much more accurate detector 55a-1.
  • the correction factors m and x0 can be determined using further measurements at other target powers.
  • a multidimensional polynomial function of higher e.g., at least quadratic order
  • correction factors may depend on frequency, amplitude, temperature, phase shift and/or aging.
  • a directional coupling device is a measuring device that taps into a passing microwave signal and provides a very small portion of the passing microwave signal as a measurement signal.
  • measurement signals dependent on the direction of travel of the microwave signal are provided, i.e., a measurement signal that represents a measure of the power/amplitude of a microwave signal traveling in the forward or transmission direction to the microwave output, and a measurement signal that represents a measure of the power/amplitude of a microwave signal traveling in the reverse or reflection direction from the microwave output.
  • the directional coupling device can be, for example, a bidirectional, circulatorless directional coupler or a directional coupling system with a circulator.
  • the dummy load e.g., of 50 ohms, serves to absorb or dissipate a forward-flowing microwave signal as completely as possible after passing through the two directional coupling devices. Ideally, no portion of the microwave signal would be reflected or recirculated in the reverse direction.
  • the "reflective termination” can be an open end ("open") in one form, or a defined short circuit ("short”) in another. 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 a "matched termination.”
  • the household microwave cooking appliance can be designed analogously to the above calibration procedures, and vice versa, and provides the same advantages.
  • the microwave module can comprise all the components necessary to generate a line-based microwave signal, from the clock generator to the power amplifier.
  • the microwave module can comprise all the components necessary to generate a line-based microwave signal, from the clock generator to the power amplifier.
  • the use of a standalone signal generation module can be particularly advantageous if it generates a microwave signal that can be applied to multiple microwave modules—for example, via a splitter.
  • Fig.1 shows a structure of a semiconductor microwave generating section 1 for generating microwave radiation.
  • a clock generator 2 such as a quartz oscillator or other frequency source, is present, whose clock signal is fed into a controllable signal generator 3.
  • the clock signal is highly frequency-stable 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 uses the clock signal to generate a working or microwave signal of a desired microwave frequency with comparatively low power.
  • the microwave frequency generated by the signal generator 3 can be adjusted by means of a control device, e.g., a microcontroller 4 (frequency-variable signal generator 3).
  • a control device e.g., a microcontroller 4 (frequency-variable signal generator 3).
  • microwave signals with a frequency in a frequency range between 2.4 GHz and 2.5 GHz can be generated, but are not fundamentally limited thereto.
  • the signal generator 3 can be, for example, an oscillator, VCO, PLL, synthesizer, resonant circuit, etc.
  • a bandpass filter 5 which is optional—is connected downstream of the signal generator 3. This has the advantage of suppressing unintentionally generated unwanted frequencies, e.g., outside an ISM band or outside the adjustable frequency range, e.g., outside the 2.4 GHz to 2.5 GHz band.
  • the optional bandpass filter 5 is followed by a controllable chopper 6, which is optional.
  • the presence of the chopper 6 results in The advantage is that partial powers can be generated with very high efficiency.
  • the microwave generation system 1 can be set to a power level at which it operates with the highest possible efficiency. Partial powers are realized with the chopper 6 by switching the microwave signal on and off at specific times, e.g., similar to a PWM control. Desired partial powers or full power can be specified using the microcontroller 4.
  • intermediate amplifier 7 The optional chopper is followed by an optional amplifier (“intermediate amplifier") 7. Whether and at which point an intermediate amplifier 7 is required depends on the specific implementation of the microwave generation path 1. For example, an intermediate amplifier 7 can be used if the amplitude of the microwave signal is considered too low at this point in the microwave generation path 1. Multiple intermediate amplifiers 7 can also be distributed along 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 generation paths 1.
  • the magnitude of the phase shift of the incoming microwave signal is controlled via the microcontroller 4, e.g., in steps of 1°, 2°, 5°, or 10° within a range between 0° and 180° or 0° and 360°.
  • the optional phase shifter 8 is followed by an amplitude controller in the form of an attenuator 9.
  • the attenuator 9 controls the amplitude of the microwave signal entering the preamplifier 10 and reduces this amplitude, in particular, by an amount or factor adjustable by the microcontroller 4.
  • a controllable amplifier e.g., a VCA
  • the amplitude can be adjusted via a suitable intermediate amplifier 7, where, for example, its gate voltage is controlled.
  • the attenuator 9 is followed by a power amplifier 10, 11 in the form of a series circuit used here as an example, consisting of another amplifier (“preamplifier”) 10 and yet another amplifier (“main amplifier”) 11.
  • the preamplifier 10 can be constructed in multiple stages. If at least one intermediate amplifier 7 is present, it is located in the microwave generation path 1 between the signal generator 3 and the final amplifier 10, 11.
  • a directional coupling device 12 is connected downstream of the main amplifier 11, to whose measuring 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-to-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 radiates it, e.g. directly into a cooking chamber or into a microwave guide.
  • 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 traveling to the antenna 16 in the forward or transmission direction.
  • a measurement signal in particular a voltage signal, is output at the measurement output 13b, which is a measure of the power of the reverse microwave signal coupled in via the antenna 16.
  • the components 2 to 15 described above can be arranged arbitrarily in the household microwave cooking appliance. It is particularly advantageous if at least some of these components 2 to 15 are parts of a microwave module 17 prefabricated before installation in the household 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 dotted lines.
  • other assignments to one or more modules are also possible, as will be described in more detail below.
  • the antenna 16 is connected to a (microwave) output 18 of the microwave module 17.
  • two or more of components 2 to 15 can be functionally replaced by a single component.
  • synthesizer For example, if a synthesizer is used as signal generator 3, one or more of components 6, 8, and/or 9 can be omitted, since a synthesizer already incorporates their functions. Many synthesizers available on the market can chop (switch on and off in time) and phase shift. 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 represent only a fraction of the amplitude of the working or microwave signal passed through the directional coupler 12-1. Typical coupling values are in the range of -30 dB. By far the largest portion of the microwave signal arriving from the main amplifier 11 exits the directional coupler 12-1 toward output 18 or antenna 16.
  • Fig.3A shows a variant of the directional coupler 12.
  • a directional coupler 12-2 is used, which has a circulator 19 following the main amplifier 11.
  • the circulator 19 protects the main amplifier 11 from excessively high reflected signals from the cooking chamber.
  • the circulator 19 transmits the microwave signal received by the main amplifier 11 through a one-way directional coupler 20 toward the output 18 or the antenna 16. Signals reflected from the cooking chamber, which flow from the antenna 16 toward the circulator 19, are redirected by the circulator 19 through another one-way directional coupler 21 to a terminating resistor 22.
  • Fig.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 arranged in reverse in the signal path.
  • Fig.4 shows a structure of a microwave generation line 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 from both 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, to set phase shifts on a or on both of the microwave modules 17. By phase shifting the microwave signals of the two microwave modules 17, targeted interference patterns can be generated in the cooking chamber 23.
  • the microwave generation path 31 can be continued analogously for more than two microwave modules 17.
  • Fig.5 shows a further configuration of a semiconductor microwave generation system 41 of a household microwave cooking appliance 42 with two microwave modules 17 with two microwave modules 43, which are fed with microwave signals from a common signal generation module 44.
  • the microwave modules 43 now only comprise components 7 to 15 each, while components 2, 3, 5, 6 are assigned to the signal generation module 44.
  • the microwave modules 43 further comprise 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 by means of 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.
  • microwave generation system 1 Due to component and installation tolerances of components 2 to 15 and 17 to 22, it may happen that the measured values output by detectors 14a, 14b to microcontrollers 4 and 45, respectively, contain errors, so that, for example, instead of a set target power, target frequency, and/or target phase shift, a deviating microwave signal is output to output 18 or antenna 16.
  • one or more components of semiconductor microwave generation system 1, in particular microwave module 17, can be calibrated, which will be explained in more detail below.
  • Fig.6 shows a calibration setup for calibrating a microwave module 17, selected here as an example, with its components 2 to 15 by means of a measuring system 51.
  • the microwave module 17 is connected on the input side to a clock generator 2.
  • 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 has a microwave output 53, a measurement output 54a for measuring microwaves traveling in the transmission direction to the microwave output 53, and a measurement output 54b for measuring microwaves reflected back from the microwave output 53.
  • a detector 55a-1 for measuring an amplitude of the measurement signal present at the measurement output 54a and, optionally, a detector 55a-2 for measuring a frequency of the measurement signal present at the measurement output 54a (e.g., a spectroscope) are connected to the 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 measurement system 51, which stores their measured values and/or values derived therefrom.
  • the detector 55a-2 can be omitted, and the frequency can also be determined from the amplitude measured values of the detector 55a-1, given a sufficiently high sampling rate.
  • the data processing device 56 calculates correction factors from stored values, 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 household microwave cooking appliance.
  • the correction factors can also be referred to as calibration factors, calibration coefficients, error correction coefficients, etc.
  • the correction factors can be stored, for example, in 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 are transferred to a non-volatile memory of the microwave module 17, which can be accessed by the microcontroller 4, 45 or which is integrated into the microcontroller 4, 45, and the correction factors are calculated from 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 microwave signals sent in the transmission direction by the directional coupling device 52 to the microwave output 53 are practically 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 microwave signals sent in the transmission direction by the directional coupling device 52 to the microwave output 53 are practically completely reflected back.
  • the measurement 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 similar device to obtain the actual, generally frequency-dependent correction values of the calibration setup itself. This can also be expressed as the fact that the measuring system itself is already calibrated (pre-calibrated).
  • Fig.7 shows one based on the Fig.6 illustrated calibration setup, the first part of a calibration procedure for calibrating at least the power output of the microwave module 17.
  • step S1 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 substitute load 57 is initially connected to the microwave output 53 of the measuring system 51.
  • the data processing device 56 directly controls the individual controllable components 3 and 6-9 of the microwave module 17 via the microcontroller 4. The control of the microcontroller 4 is thus deactivated.
  • an input of the signal generator 3 is connected to an output of a clock generator 2.
  • the initial target frequency corresponds to the lowest frequency value from the first amplitude group
  • the initial target power corresponds to the lowest amplitude value from the first amplitude group
  • the initial target phase shift corresponds to the value 0°.
  • the microwave module 17 is activated with the specified values for the nominal frequency, nominal amplitude, and nominal phase shift.
  • a working or microwave signal is generated by the signal generator 3, which has the specified nominal nominal frequency and is subsequently filtered in the bandpass filter 5.
  • the filtered microwave signal is chopped in the chopper 6 and amplified for the first time by the intermediate amplifier 7.
  • the microwave signal is then phase-shifted by the phase shifter 8 by the specified nominal phase shift, e.g., within a range [0°; 360°].
  • the microwave signal is then either passed through the attenuator 9 unattenuated or attenuated by the attenuator 9 to a desired amplitude level.
  • the attenuated microwave signal is then amplified first by the preamplifier 10 and then by the main amplifier 11 to the desired target power or target amplitude, which is to be present at the microwave output 18.
  • a sub-step S3a the microwave signal output by the main amplifier 11 is passed through the directional coupling device 12.
  • a very small portion of the microwave signal is used by the directional coupling device 12 as a measurement signal coupled to the measurement output 13a and measured in a step S4 by means of the detector 14a.
  • the measurement signal can be present, for example, as a voltage signal and is representative of the amplitude of the microwave signal output by the main amplifier 11 and thus also of its power. Any conversion from voltage to amplitude or power can be performed, for example, using a data set provided by the manufacturer of the directional coupling device 12. It should be noted that these conversion data may also be subject to tolerances or errors.
  • the microwave signal travels in a sub-step S3b 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.
  • a small portion of the microwave signal conducted to the equivalent load 53 is coupled out of the directional coupling device 52 to the measuring connection 54a and measured in step S5 at the detector 55a-1 with respect to its amplitude/power and optionally at the detector 55a-2 with respect to its frequency, bandwidth, etc.
  • a portion of the microwave signal reflected back from the microwave output 52 is measured in step S4 or step S5 in a fundamentally analogous manner with regard to its amplitude/power at the detector 13b and at the detector 55b.
  • At least values are available for: target frequency, target amplitude/power, target phase shift, amplitude of the microwave signal in the transmission direction measured at detector 13a, amplitude of the reflected microwave signal measured at detector 13b, amplitude of the microwave signal in the transmission direction measured at detector 55a-1 and amplitude of the reflected microwave signal measured at detector 55b.
  • step S6 the measured values (e.g. voltage values, amplitude, frequency, phase shift) and/or values derived therefrom (e.g. power) are stored together with the specified target values as data entries of a calibration data set.
  • measured values e.g. voltage values, amplitude, frequency, phase shift
  • values derived therefrom e.g. power
  • steps S3 to S6 is then repeated with variation, in particular stepwise incrementation, of the target values until corresponding data entries are available in the calibration data set for all desired permutations of the target values.
  • step S7 This can, for example, be implemented, as shown, by first checking 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 to the next higher value in step S8, e.g., increased by one step, and the process branches back to step S3.
  • the variation of the frequency can also be referred to as a "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 low.
  • step S10 the frequency value is first reset to its lowest value and then checked to determine whether the highest amplitude/power value has been set. If this is not the case ("N"), the current amplitude/power value is changed to the next higher value in step S11, e.g., increased by one step size, and the program returns to step S3.
  • the variation of the amplitude can also be referred to as an "amplitude sweep.”
  • step S10 is answered affirmatively ("Yes")
  • the amplitude value is first reset to its lowest value in step S12 and then a query is made as to whether the highest phase shift value has been set. If this is not the case ("No"), the current phase shift value is changed to the next higher value in step S13, e.g., increased by one step size, and the system branches back to step S3.
  • the variation of the phase shift can also be referred to as a "phase sweep.”
  • step S12 is answered positively, a calibration data set is available containing the measured amplitudes/powers as a function of the varied or "swept" setpoints.
  • the temperature T measured by the temperature sensor 15 can also be stored.
  • one or more setpoints can also be decremented starting from a highest value or set in any other order.
  • a calibration data set available after step S12 for a microwave output 53 equipped with the dummy load 57 could therefore, for example, look as follows if the target frequency f soll is incremented from 2400 MHz to 2500 MHz in steps of 50 MHz, the target phase shift ⁇ soll is incremented from 0° to 240° in steps of 120°, and the target amplitude / power P soll is decremented from 300 W to 120 W in steps of 60 W: f [MHz] ⁇ soll [°] P should [W] T [°C] P14a [dBm] P 14b [dBm] P 55a-1 [dBm] P 55b [dBm] 2400 0 300 45 54.5 34.5 54.2 24.2 2450 0 300 48 55.0 35.0 54.7 24.7 2500 0 300 50 54.3 34.3 54.0 24.0 2400 120 300 51 54.0 34.0 53.7 23.7 2450 120 300 52 54.5 34.5 54.2 24.2 2500 120 300 53 53.8 33.8 53.5 23.5 2400 240 300
  • This data set enables exact detection of the transmitted amplitude of the microwave module 17 by means of the integrated detector 14a.
  • Fig.8 shows a second part of the calibration procedure according to a first variant, which, as shown, is based on the Fig.7 can follow the first part shown, 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 equivalent load 57 to a calibration attachment which acts like a reflective end closure and therefore ideally totally reflects incident waves.
  • a step S15 the data processing device 56 again sets initial values for the target frequency and the target amplitude, in particular analogously to step S2.
  • the limits of the adjustable value ranges and/or the step sizes may differ from the case with the substitute load 57.
  • the case may arise that the higher amplitudes set when using the substitute load 57 are so high that they could lead to damage to the main amplifier in the event of backreflection in the event of an open or short-circuited end. Therefore, in the second part of the calibration process, lower target powers are set that are at most as high as the reflected amplitude that the main amplifier 11 can withstand.
  • the target power can only be varied within a range of [120; 180] W, e.g., in steps of 30 W or 60 W. Consequently, the corresponding desired target powers or target amplitudes set from this range, or analogously, the target amplitudes, form 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, for example, to a fixed value, in particular 0°, and is not further varied 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 the quality check of the microwave signal is not carried out again), whereby the measured values or values derived therefrom are stored as data entries of a further calibration data set.
  • a further calibration data set available after a positive answer to step S22 for a microwave output 53 equipped with the calibration attachment 58 could then, for example, include values of the powers P 14a , P 14b , P 55a-1 and P 55b as well as the temperature T for the target frequency f soll incremented from 2400 MHz to 2500 MHz in steps of 50 MHz and the target amplitude / power P soll decremented from 180 W to 120 W in steps of 30 W.
  • the amplitude and power values P 14b and P 55b measured at the detectors 14b and 55b for the reflected microwave signal are now significantly higher due to the total internal reflection.
  • a step S24 the microwave module 17 is switched off.
  • correction coefficients are calculated from the calibration data sets by means of the data processing device 56. These correction coefficients are intended to calibrate the operation of the microwave module 17, in particular based on the measured values output by the detectors 14a and 14b, in order to output microwave signals at the microwave output 18 whose amplitude, frequency, and/or phase correspond as closely as possible to the set target values. Specifically, this enables the measured values output by the detectors 14a and 14b to be correlated or assigned with high accuracy with the values of the amplitude/power emitted in the transmission direction and the reflected amplitude/power actually present at the microwave output 18.
  • the 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 any order greater than one, i.e., they can be approximated using linear, quadratic, etc. polynomials. This allows correction coefficients to be assigned, for example, by interpolation, even to sets of target values that have not been directly set. Furthermore, it is possible to extrapolate the entries in the calibration data sets to sets of correction coefficients that lie outside the range of one or more set target values.
  • the calibration data set for the calibration attachment 58 serving as the reflective end termination lacks some measurement points for the target amplitude that are higher than the maximum target amplitude permitted by the main amplifier 11, but less than or equal to the maximum adjustable target amplitude.
  • 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 into a non-volatile data memory of the microcontroller 4 or into a non-volatile data memory of the microwave module 17 connected to the microcontroller 4.
  • the correction coefficients are transferred as such into the non-volatile data memory by means of the data processing device 56.
  • the microcontroller 4 is configured to calculate correction coefficients from the calibration data sets.
  • the measuring system 51 can be separated from the microwave module 17, whereupon the microcontroller 4 operates independently again.
  • the microwave module 17 can then be installed in a household microwave oven, or the phase shift can be calibrated in a further calibration setup, as shown in the Figures 10 and 11 explained in more detail below.
  • a second part of the calibration procedure according to a second variant which, as shown, is based on the Fig.7 can follow the first part shown or can be carried out before the first part.
  • the directional coupling device 52 is disconnected from the microwave module 17 in a step S26, so that the microwave output 18 itself serves as an open end, causing a total reflection of the (transmitted) microwave signals traveling in the transmission direction to the microwave output 18.
  • the detectors 55a-1, 55a-2, and 55b are therefore not used.
  • steps S27 to S35 are executed analogously to steps S15 to S23, thus creating another calibration data set with the entries of the measured values of the powers P 14a and P 14b and, if applicable, the temperature T for the setpoints f soll and P soll .
  • the calibration data set from the first part can be applied directly to the measured values of the transmitted power P 14a .
  • steps S24 and S25 can be carried out analogously to the first variant.
  • Fig.10 shows a further calibration setup for calibrating the phase shift of the microwave module 17 by means of a measuring system 61 using an already calibrated microwave module 17 kal .
  • the signal generators 3 of the two microwave modules 17 and 17 kal are connected to the same clock generator 2.
  • the microwave outputs 18 are connected via an optional respective attenuator 62 of the measuring system 61 to respective inputs of a combiner 63 of the measuring system 61, the output of which is connected to a detector 64, e.g., a voltmeter, of the measuring system 61, which in turn is connected to the data processing device 56 of the measuring system 61. Cable lengths should be taken into account in the setup in order to be able to detect and, if necessary, compensate for phase shifts caused by different cable lengths.
  • Attenuators 62 One advantage of using attenuators 62 is that many combiners 63 can only withstand low power levels, so attenuators 62 serve to protect combiner 63. A further advantage is that the two microwave modules 17 and 17 kal can then be operated at high output power. The power level can then be set approximately the same, and the absolute deviations are no longer significant relative to the high level. At low levels (e.g., due to internal pre-attenuation by attenuator 9), a relative amplitude error would be extremely noticeable.
  • the data processing device 56 controls the microcontrollers 4 of the microwave modules 17 and 17kal in such a way that the data processing device 56 directly controls the individual components of the microwave modules 17 and 17kal .
  • the control function of the microcontrollers 4 is thus 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 (i.e., they have a phase shift of 180° between them), the detector 64 measures a minimum sum signal. This is used to determine whether the phase shifter 8 of the microwave module 17 to be calibrated is operating correctly or whether the phase shift at this phase shifter 8 should be corrected or calibrated based on the measured actual phase shift to the target phase shift.
  • Fig.11 shows one based on the Fig.10 Calibration procedure that can be carried out using the calibration setup shown.
  • the same target amplitude/target power is set on both microwave modules 17 and 17 kal using the data processing device 56.
  • the target amplitude can be set to a medium value, such as 100 W.
  • the desired phase shift of the microwave module 17 kal is set to a specific value from a third phase group of different values of the phase shift set, preferably to 0°. Since the 17 cal microwave module is already calibrated, it can be assumed that its target phase shift matches its actual phase shift with high accuracy.
  • 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 17 kal , 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 17 kal , in particular measured, present at the output of the combiner 63 by means of the detector 64 is transmitted to the data processing device 56 and stored there together with the values of at least the set nominal frequency and the nominal phase shift set on the microwave module 17 as a data entry in a further calibration database.
  • step S44 the value of the desired phase shift set on the microwave module 17 is changed by a step size, e.g., 30°, 60°, 90° or 180°, e.g., incremented or decremented, and branched back to step S42.
  • a step size e.g., 30°, 60°, 90° or 180°, e.g., incremented or decremented, and branched back to step S42.
  • step S43 if the query in step S43 is answered positively ("Y"), the desired values of the third phase group have been passed through or swept once, and the process branches to step S45. If the phase shifter 8 of the microwave module 17 is operating correctly, the sum signal is maximum at 0° and minimum (close to zero) at 180°.
  • 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 values of the target frequency to be set from the third frequency group have already been set once.
  • step S47 the target frequency on both microwave modules 17 and 17kal is set, in particular incremented or decremented, to an identical new value from the third frequency group.
  • the program then branches back to step S42.
  • step S48 in which—analogous to steps S24 and S25—in one variant, correction coefficients are calculated from the calibration data set using the data processing device 56. These correction coefficients 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 target values.
  • the correction coefficients can be 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 connected to the microcontroller 4, wherein the microcontroller 4 is configured to calculate correction coefficients for the phase shift from the calibration data set.
  • the measuring system 61 can be separated from the microwave module 17, whereupon the microcontroller 4 operates independently again.
  • a numerical value may also include the exact number stated as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (S41 - S48) 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 Kombinierers angeschlossen werden; (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 jeweils 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 ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein 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 10 2019 128 204 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-Energiezufuhrkomponente, die ausgelegt ist, um HF-Energie zum Anwenden auf ein oder mehrere strahlende Elemente zuzuführen; einen Speicher, der einen Satz von Koeffizienten speichert; 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: Auswählen 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.
  • DE 10 2019 128204 B4 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren eines Mikrowellenmoduls für ein Gargerät, wobei das Mikrowellenmodul einen Mikrowellenausgang sowie einen Regelkreis aufweist, umfasst die folgenden Schritte: - 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. Ferner sind ein Kalibriersystem, ein Mikrowellenmodul sowie ein Gargerät beschrieben.
  • Ein Ofen gemäß EP 3 549 396 B1 umfasst eine Garkammer, die so konfiguriert ist, dass sie ein Lebensmittelprodukt aufnehmen kann, und ein HF-Heizsystem, das so konfiguriert ist, dass es unter Verwendung von Festkörperelektronikkomponenten HF-Energie in die Garkammer einspeist. Die Festkörperelektronikkomponenten umfassen Leistungsverstärkerelektronik, die so konfiguriert ist, dass sie über eine Einkoppelbaugruppe, die über eine Wellenleiterbaugruppe betriebsmäßig mit der Garkammer verbunden ist, ein Signal in die Garkammer einspeist. Zwischen der Einkoppelbaugruppe und der Leistungsverstärkerelektronik ist eine Isolationsbaugruppe vorgesehen. Die Leistungsverstärkerelektronik wird zumindest teilweise basierend auf einem Effizienzparameter gesteuert, der aus einem Vorwärtsleistungswert und einem Rückwärtsleistungswert bestimmt wird, die jeweils nach der Isolationsbaugruppe gemessen werden.
  • Ein Ofen gemäß EP 3 593 592 B1 umfasst eine Garkammer, die so konfiguriert ist, dass sie eine Last aufnimmt, und ein HF-Heizsystem, das so konfiguriert ist, dass es HF-Energie unter Verwendung von Festkörperelektronikkomponenten in die Garkammer einspeist. Die Festkörperelektronikkomponenten umfassen Leistungsverstärkerelektronik, die so konfiguriert ist, dass sie über eine Antennenbaugruppe ein Signal in die Garkammer einspeist. Die Leistungsverstärkerelektronik umfasst mindestens einen ersten Leistungsverstärker und einen zweiten Leistungsverstärker, die über eine erste Antenne bzw. eine zweite Antenne der Antennenbaugruppe betriebsmäßig mit der Garkammer verbunden sind. Die erste und die zweite Antenne sind über eine erste Kopplungsstruktur bzw. eine zweite Kopplungsstruktur betriebsmäßig mit den jeweiligen ersten und zweiten Leistungsverstärkern verbunden. Ein Richtkoppler ist an einem Anschlussabschnitt vorgesehen, der für mindestens eine der ersten und zweiten Kopplungsstrukturen definiert ist. Der Richtkoppler ist so konfiguriert, dass er einen Vorwärtswellenparameter und einen reflektierten Wellenparameter an eine Messbaugruppe liefert, die so konfiguriert ist, dass sie modifizierte S-Parameter an dem Anschlussabschnitt berechnet.
  • Ein Mikrowellenerzeugungssystem gemäß US 2019/080886 A1 umfasst eine modulare Architektur, die so konfiguriert werden kann, dass sie eine Ausgangsleistung von unter 1 Kilowatt bis über 100 Kilowatt liefert. Die verschiedenen Leistungsstufen werden durch die Kombination der HF-Ausgänge mehrerer HF-Leistungsverstärker in einer Unternehmensstruktur erreicht. Das System kann auf jedem ISM-Band verwendet werden. Jede Systemkomponente enthält einen dedizierten eingebetteten Mikrocontroller für eine leistungsstarke Echtzeit-Steuerungsreaktion. Die Komponenten sind an einen digitalen Hochgeschwindigkeitsdatenbus angeschlossen und werden von einem Steuerprogramm gesteuert und überwacht, das auf einem Hostcomputer ausgeführt wird.
  • 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 Phasenschiebers eines zum Einbau in ein Haushalts-Gargerät vorgesehenen Mikrowellenmoduls, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
    1. (i) Bereitstellen eines bezüglich seiner Phasenverschiebung zu kalibrierenden Mikrowellenmoduls und eines bezüglich seiner Phasenverschiebung bereits kalibrierten Mikrowellenmoduls, deren Mikrowellenausgänge an jeweilige Eingänge eines Kombinierers angeschlossen werden bzw. sind;
    2. (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;
    3. (iii) Erzeugen, mittels beider Mikrowellenmodule, eines jeweiligen Mikrowellensignals mit den vorgegebenen Sollwerten;
    4. (iv) Messen eines an dem Ausgang des Kombinierers anliegenden Signals;
    5. (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;
    6. (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.
  • 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 Mikrowellenausgang 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.
  • Dass für beide Mikrowellenmodule eine gemeinsame Sollamplitude und eine gemeinsamen Sollfrequenz vorgegeben werden, 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.
  • Zudem ist es möglich, an einem 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 Istfrequenz gemessen werden und durch Kalibrierung korrigiert werden.
  • 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 Weiterbildung, 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 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 Polynomialfunktion angesetzt, wird als funktionaler Zusammenhang zwischen x und f(x) die Gleichung f(x) = m·x + x0 mit m und x0 den Korrekturfaktoren angesetzt. Mit weiteren Messungen bei anderen Solleistungen können die Korrekturfaktoren m und x0 bestimmt werden. Typischerweise wird tatsächliche Wert jedoch aus einer mehrdimensional polynomialen 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 einer 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 einem 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.
  • 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 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.
  • Der "reflektierende Endabschluss" kann in einer Weiterbildung ein offenes Ende ("o-pen") 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.
  • 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,
    • wobei die Kalibrierdatensätze in einem nichtflüchtigen Speicher des Haushalts-Mikrowellengargeräts abgespeichert sind und die Korrekturfaktoren mittels des Mikrowellenmoduls, insbesondere mittels dessen Steuereinrichtung, selbst berechenbar sind.
  • Das Haushalts-Mikrowellengargerät kann analog zu den obigen Kalibrierverfahren ausgebildet sein, und umgekehrt, und ergibt die gleichen Vorteile.
  • 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 darüber hinaus gelöst durch einen Kalibrieraufbau zum Durchführen des Verfahrens zum Kalibrieren der 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 nicht zur Erfindung gehörigen Kalibrierungsaufbau zum Kalibrieren des Mikrowellenmoduls aus Fig.1;
    Fig.7
    zeigt einen anhand des in Fig.6 dargestellten Kalibrierungsaufbaus durchführbaren ersten Teil eines nicht zur Erfindung gehörigen Kalibrierungsablaufs;
    Fig.8
    zeigt einen zweiten Teil des nicht zur Erfindung gehörigen Kalibrierablaufs gemäß einer ersten Variante, der sich an den in Fig.7 dargestellten ersten Teil anschließen kann,
    Fig.9
    zeigt einen zweiten Teil des nicht zur Erfindung gehörigen Kalibrierablaufs gemäß einer zweiten Variante, der sich an den in Fig.7 dargestellten ersten Teil anschließen kann;
    Fig.10
    zeigt einen erfinderischen Kalibrierungsaufbau zum Kalibrieren des Mikrowellenmoduls aus Fig.1; und
    Fig.11
    zeigt einen anhand des in Fig.10 gezeigten Kalibrierungsaufbaus durchführbaren erfinderischen 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 Frequenzbereich 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 VCA. Ferner kann die Amplitude über einen geeigneten Zwischenverstärker 7, 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, welcher 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 fsoll von 2400 MHz auf 2500 MHz in Schritten von 50 MHz inkrementiert wird, die Soll-Phasenverschiebung φsoll von 0° auf 240° in Schritten von 120° inkrementiert wird und die Soll-Amplitude / Leistung Psoll von 300 W auf 120 W in Schritten von 60 W dekrementiert wird:
    f [MHz] φsoll [°] Psoll [W] T [°C] P14a [dBm] P14b [dBm] P55a-1 [dBm] P55b [dBm]
    2400 0 300 45 54,5 34,5 54,2 24,2
    2450 0 300 48 55,0 35,0 54,7 24,7
    2500 0 300 50 54,3 34,3 54,0 24,0
    2400 120 300 51 54,0 34,0 53,7 23,7
    2450 120 300 52 54,5 34,5 54,2 24,2
    2500 120 300 53 53,8 33,8 53,5 23,5
    2400 240 300 53 54,2 34,2 53,9 23,9
    2450 240 300 54 54,7 34,7 54,4 24,4
    2500 240 300 54 54,0 34,0 53,7 23,7
    2400 0 240 54 53,8 33,8 53,4 23,4
    2450 0 240 55 54,2 34,2 53,8 23,8
    2500 0 240 55 53,6 33,6 53,2 23,2
    2400 120 240 55 53,4 33,4 53,0 23,0
    2450 120 240 55 53,8 33,8 53,4 23,4
    2500 120 240 56 53,3 33,3 52,9 22,9
    ⋮
    2500 240 120 ... ... ... ... ...
  • 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 P14a, P14b, P55a-1 und P55b sowie der Temperatur T für die Sollfrequenz fsoll von 2400 MHz auf 2500 MHz in Schritten von 50 MHz inkrementiert und die Soll-Amplitude / Leistung Psoll von 180 W auf 120 W in Schritten von 30 W dekrementiert umfassen. Im Gegensatz zu dem mit Ersatzlast 57 erstellten Kalibrierdatensatz sind nun die an den Detektoren 14b und 55b gemessenen Amplituden- bzw. Leistungswerte P14b und P55b 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 P14a und P14b und ggf. der Temperatur T für die Sollwerte fsoll und Psoll angelegt. In einer Weiterbildung kann auf die Messwerte der gesendeten Leistung P14a 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 17kal. Die Signalgeneratoren 3 der beiden Mikrowellenmodule 17 und 17kal sind an dem gleichen Taktgeber 2 angeschlossen. Die Mikrowellenausgänge 18 sind über ein optionales jeweiliges Dämpfungsglied 62 des Messystems 61 an jeweilige 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 17kal 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 17kal dergestalt, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 56 die einzelnen Komponenten der Mikrowellenmodule 17 und 17kal 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 17kal 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 17kal auf einen bestimmten Wert aus einer dritten Phasengruppe von unterschiedlichen Werten der Phasenverschiebung eingestellt, vorteilhafterweise auf 0°. Da das Mikrowellenmodul 17kal 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 17kal, 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 17kal, 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 17kal 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 nicht-flüchtigen 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
    17kal
    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 (6)

  1. 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 (17kal), deren Mikrowellenausgänge (18) an jeweilige Eingänge eines Kombinierers (63) angeschlossen werden;
    (ii) Vorgeben einer gemeinsamen Sollamplitude und einer gemeinsamen Sollfrequenz für beide Mikrowellenmodule (17, 17kal) sowie einer Soll-Phasenverschiebung an dem kalibrierten Mikrowellenmodul (17kal) und einer Soll-Phasenverschiebung an dem zu kalibrierenden Mikrowellenmodul (17) (S41);
    (iii) Erzeugen, mittels beider Mikrowellenmodule (17, 17kal), 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.
  2. Verfahren (S41-S48) nach Anspruch 1, 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.
  3. Verfahren (S41-S48) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die in Schritt (ii) an dem kalibrierten Mikrowellenmodul (17kal) vorgegebene Soll-Phasenverschiebung 0° beträgt und die Soll-Phasenverschiebung innerhalb der dritten Phasengruppe zumindest die Sollwerte 0° und 180° umfasst.
  4. Verfahren (S41-S48) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
  5. Haushalts-Mikrowellengargerät (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, und
    - eine Steuereinrichtung (4), die dazu eingerichtet ist, anhand von Korrekturfaktoren, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 4 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,
    - wobei die Kalibrierdatensätze in einem nichtflüchtigen Speicher des Haushalts-Mikrowellengargeräts (42) abgespeichert sind und die Korrekturfaktoren mittels des Mikrowellenmoduls (17), insbesondere mittels dessen Steuereinrichtung (4), selbst berechenbar sind.
  6. Kalibrieraufbau zum Durchführen eines Verfahrens (S41-S48) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend ein kalibriertes Mikrowellenmodul (17kal), 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, 17kal) 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, 17kal) zu deren Steuerung koppelbar ist;
    und wobei an den Mikrowellenmodulen (17, 17kal) zumindest eine Frequenz und eine Phasenverschiebung des davon erzeugten Mikrowellensignals variierbar sind.
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