JP6740237B2 - 高周波電力測定システム用の高出力増幅器の較正方法 - Google Patents

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関連出願の参照

本出願は、２０１５年３月６日に出願された米国仮特許出願第６２/１２９,１７１号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して、高周波電力測定システム用の高電力増幅器の較正方法に係り、特に、電子レンジの高周波電力測定システム用の複数の高電力増幅器の較正方法に関する。

従来の電子レンジは、高周波交流電磁界が閉じられたキャビティ全体に分布する誘電加熱プロセスによって食品を調理する。２．４５ＧＨｚまたはその付近のマイクロ波周波数である高周波スペクトルのサブバンドは、主に水のエネルギー吸収によって誘電加熱を引き起こす。

従来のマイクロ波でマイクロ波高周波を生成するために、高電圧トランスに印加される電圧は、マイクロ波高周波を生成するマグネトロンに印加される高電圧電力をもたらす。マイクロ波は、導波管を通って食品を収容する閉じられたキャビティに伝達される。閉じられたキャビティ内の食品をマグネトロンのような単一の非コヒーレント源で調理すると、食品の加熱が不均一になる可能性がある。食品をより均一に加熱するために、電子レンジには、とりわけ、電子レンジスターラおよび食品を回転させるためのターンテーブルのような機械的解決手段が含まれる。一般的なマグネトロンベースのマイクロ波源は、狭帯域ではなく、同調できない（すなわち、時間とともに変化する周波数でマイクロ波を放射し、選択できない）。このような一般的なマグネトロンベースのマイクロ波源の代替として、固体の波源を、調整可能でコヒーレントな電子レンジに含めることができる。

一態様において、入力高周波信号に対して電力増幅した信号を出力する増幅器と、前記増幅器で検出された高周波電力を示すデジタル信号を出力する測定器とを備える装置を複数有する装置セットを較正する方法が提供される。前記方法は、高周波電磁波の帯域幅内の周波数セットから周波数を選択し、高周波電磁波の位相値セットから位相値を選択し、電力レベルセットから電力レベルを選択し、選択された周波数、選択された位相値および選択された電力レベルの高周波信号を出力するように前記装置セットのサブセットを設定し、前記高周波信号を出力している装置セットの前記サブセットの順方向電力レベルを測定し、前記高周波信号を出力していない装置セットのサブセットの逆方向電力レベルを測定し、装置セットのそれぞれの測定器からのデジタル信号出力を較正するために、順方向および逆方向電力レベルの測定値を処理し、較正されたデジタル信号出力を不揮発性メモリに符号化する、ことを含む。

もう一つの態様において、電磁調理装置であって、閉じられたキャビティと、前記閉じられたキャビティ内に電磁放射線を導入することによって食品を加熱して加工する、前記閉じられたキャビティ内の高周波（ＲＦ）供給部セットと、前記ＲＦ供給部セットに結合された高電力ＲＦ増幅器セットと、前記電磁調理装置を較正する制御部と、を備える。各高電力増幅器は、入力高周波信号に関して電力において増幅された信号を出力する増幅器と、前記増幅器で検出された高周波電力を示すデジタル信号を出力する測定器と、を備える。前記制御部は、高周波電磁波の帯域幅内の周波数セットから周波数を選択し、高周波電磁波の位相値セットから位相値を選択し、電力レベルセットから電力レベルを選択し、選択された周波数、選択された位相値および選択された電力レベルの高周波信号を出力するように、高電力増幅器セットのサブセットを設定することにより、前記電磁調理装置を較正する。前記制御部は、高周波数信号を出力している高出力ＲＦ増幅器セットのサブセットに対する順方向電力レベルの測定値と、高周波信号を出力していない高出力ＲＦ増幅器セットのサブセットに対する逆方向電力レベルの測定値と、を電力計から受信するようにさらに構成されている。前記制御部は、前記高出力ＲＦ増幅器セットのそれぞれの前記測定器からの前記デジタル信号出力を較正し、前記較正されたデジタル信号出力を不揮発性メモリに符号化するために、前記順方向および逆方向電力レベルの測定値を処理するようにさらに構成されている。

もう一つの態様において、電磁調理装置であって、閉じられたキャビティと、前記閉じられたキャビティ内に電磁放射線を導入することによって食品を加熱して加工する、前記閉じられたキャビティ内の高周波供給部セットと、前記ＲＦ供給部セットに結合された高電力ＲＦ増幅器セットと、選択された周波数、選択された位相値および選択された電力レベルの高周波信号を出力するように、高電力増幅器セットの１つを選択させることにより、前記電磁調理装置を較正する制御部と、を備え、前記選択された周波数は、高周波電磁波の帯域幅内の周波数セットから選択され、前記選択された位相値は、高周波電磁波の位相値セットから選択され、前記選択された電力レベルは、電力レベルセットから選択される。前記制御部は、前記高出力ＲＦ増幅器セットのそれぞれについて特有の較正係数セットが符号化されるように、前記高出力ＲＦ増幅器セットのそれぞれの前記測定器からの前記デジタル信号出力を較正し、前記較正されたデジタル信号出力を不揮発性メモリに符号化するために、前記順方向および逆方向電力レベルの測定値を処理することにより、前記電磁調理装置を較正する。

本明細書に記載の様々な態様による複数のコヒーレント高周波供給部を備えた電磁調理装置のブロック図である。 図１の高周波信号発生部のブロック図である。 本明細書に記載の様々な態様による高出力増幅器を較正するために用いられる構成要素を示すブロック図である。 本明細書に記載の様々な態様による２つの高出力高周波増幅器を較正するシステムを示す概略図である。 本明細書に記載の様々な態様による高出力高周波増幅器セットを較正する方法を示すフローチャートである。

添付の図面に示され、以下の明細書に記載された特定のデバイスおよびプロセスは、添付の特許請求の範囲に定義された発明概念の単なる例示的な実施形態であることを理解されたい。したがって、本明細書に開示された実施形態に関連する他の物理的特性は、特許請求の範囲に明らかに別段の記載がない限り、限定的に見なされるべきではない。

固体の高周波（ＲＦ）調理器は、閉じられたキャビティに電磁放射線を導入することによって食品を加熱し、調理する。閉じられたキャビティ内の異なる位置での複数のＲＦ供給部は、放射すると動的電磁波パターンを生成する。閉じられたキャビティ内の波パターンを制御および成形するために、複数のＲＦ供給部は、個別に制御された電磁的特性を有する波を放射して、閉じられたキャビティ内でコヒーレンス（すなわち、固定された干渉パターン）を維持することができる。例えば、各ＲＦ供給部は、他の供給部とは異なる位相および/または振幅を送信することができる。他の電磁的特性は、ＲＦ供給部間で共通してもよい。例えば、各ＲＦ供給部は、共通であるが可変の周波数で送信することができる。以下の実施形態は、ＲＦ供給部が電磁放射を閉じられたキャビティ内の物体を加熱するためのものに向けられた調理器具を対象としているが、本明細書に記載の方法およびここから導き出される発明の概念はそれだけに限定されないことが理解される。対象に含まれる概念および方法は、電磁放射線が閉じられたキャビティに向けられてキャビティ内の物体に作用するＲＦ装置に適用可能である。装置の例として、オーブン、乾燥機、加湿器などが含まれる。

図１は、１実施形態による複数のコヒーレントＲＦ供給部２６Ａ−Ｄを備えた電磁調理装置１０のブロック図を示す。図１に示されるように、電磁調理装置１０は、電力供給部１２、制御部１４、ＲＦ信号発生部１６、ヒューマンマシンインターフェース２８、および複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄに結合された複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄを含む。複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄはそれぞれ、ＲＦ電力を、複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄのうちの１つから閉じられたキャビティに結合する。

電力供給部１２は、主電源から得られた電力を、制御部１４、ＲＦ信号発生部１６、人と機器とのインターフェース２８および複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ−１８Ｄに供給する。電力供給部１２は、主電源を、電力を供給する各機器が必要とする電力レベルに変換する。電力供給部１２は、出力電圧レベルを可変に供給することができる。例えば、電力供給部１２は、０．５ボルトステップで選択的に制御される電圧レベルを出力することができる。このようにして、電力供給部１２は、通常は２８ボルトの直流電流を高出力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれに供給するように構成されているが、例えば、１５ボルトの直流電流のようにより低い電圧を供給して、ＲＦ出力電力レベルを所望のレベルだけ低下させることができる。

電磁調理装置１０には、制御部１４が含まれていてもよい。制御部１４は、調理サイクルを実行するために電磁調理装置１０の様々な構成要素と動作可能に結合される。制御部１４はまた、ユーザが選択した入力を受け取り、ユーザに情報を伝達するために、操作パネルまたはヒューマンマシンインターフェース２８と動作可能に結合されてもよい。ヒューマンマシンインターフェース２８は、ユーザが調理サイクルなどの指示を制御部１４に入力可能な操作コントロール部と、ユーザが情報を受け取り可能なディスプレイを含むことができる。操作コントロール部は、例えば、ダイヤル、ライト、スイッチ、タッチスクリーン部材などである。ユーザインターフェース２８は、互いに集中させることも分散させることもできる１つ以上の機器とすることができる。制御部１４はまた、電力供給部１２によって供給される電圧レベルを選択してもよい。

制御部１４は、メモリおよび中央処理装置（ＣＰＵ）を備えてもよく、好ましくはマイクロコントローラとして構成されていてもよい。メモリは、調理サイクルを達成する際にＣＰＵによって実行可能な制御ソフトウェアを格納するために用いられる。例えば、メモリは、ユーザによって選択され、電磁調理装置１０によって達成される１つ以上の予めプログラムされた調理サイクルを記憶することができる。制御部１４はまた、１つまたは複数のセンサからの入力を受信することもできる。制御部１４と通信可能に結合されるセンサの限定されない例には、ＲＦエンジニアリングの技術分野で知られている、ＲＦ電力レベルを測定するためのピークレベル検出器と、閉じられたキャビティ、または、１つまたは複数の高出力増幅器１８Ａ−１８Ｄの温度を測定するための温度センサとを含む。

ヒューマンマシンインターフェース２８によって提供されるユーザ入力と、（図１に示される、各高出力増幅器１８Ａ−ＤからＲＦ信号発生部１６を通って制御部１４への経路による）複数の高出力増幅器１８Ａ−Ｄから来る順方向および逆方向の（または反射された）電力の大きさを含むデータとに基づいて、制御部１４は調理方法を決定し、ＲＦ信号発生部１６の設定を計算することができる。このように、制御部１４の主な機能の１つは、電磁調理装置１０を作動させて、ユーザによって開始された調理サイクルを実現化することである。次に、以下に説明するＲＦ信号発生部１６は、複数のＲＦ波形、すなわち、制御部１４によって指示された設定に基づいて各高出力増幅器１８Ａ−ＤのためのＲＦ波形を生成することができる。

ＲＦ供給部２６Ａ−Ｄの１つにそれぞれ結合された高出力増幅器１８Ａ−Ｄは、ＲＦ信号発生部１６によって供給される低電力ＲＦ信号に基づいて、高電力ＲＦ信号をそれぞれ出力する。高出力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれに入力される低電力ＲＦ信号は、電力供給部１２によって供給される直流電力を高電力高周波信号に変換することによって増幅される。１つの非限定的な例において、各高出力増幅器１８Ａ−Ｄは、５０から２５０ワットの範囲のＲＦ信号を出力するように構成されている。各高出力増幅器の最大出力ワット数は、実施に応じて２５０ワットより大きくても小さくてもよい。

さらに、高出力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれは、増幅器出力における順方向および逆方向の電力レベルの大きさを測定する検出能力を備える。各高出力増幅器１８Ａ−Ｄの出力での測定された逆方向電力は、高出力増幅器１８Ａ−Ｄと閉じられたキャビティ２０との間のインピーダンス不整合の結果として高出力増幅器１８Ａ−Ｄに戻される電力レベルを示す。制御部１４およびＲＦ信号発生部１６にフィードバックを提供して調理方法を部分的に実施することに加えて、逆方向電力レベルは、高出力増幅器１８Ａ−Ｄに損傷を与え得る過剰な反射電力を示すことができる。

その結果、各高出力増幅器１８Ａ−Ｄは、過剰なＲＦ反射を吸収する疑似負荷を備えてもよい。高出力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれにおける逆方向電力レベルの決定と共に、擬似負荷を備える高出力増幅器１８Ａ−Ｄにおける温度検出は、逆方向電力レベルが所定の閾値を超えたかどうかを判別するのに必要なデータを提供することができる。閾値を超えた場合、電力供給部１２、制御部１４、ＲＦ信号発生部１６、または高出力増幅器１８Ａ−Ｄを含むＲＦ送信連鎖内の制御部材のいずれかが、高出力増幅器１８Ａ−Ｄをより低い電力レベルに切り替えるか、または、完全にオフにするかを決定する。例えば、逆方向電力レベルまたは検出温度が数ミリ秒間高すぎる場合、各高出力増幅器１８Ａ−Ｄは、それ自体を自動的にスイッチオフすることができる。あるいは、電力供給部１２は、高出力増幅器１８Ａ−Ｄに供給される直流電力を遮断することができる。

複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄは、複数の高出力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄから閉じられたキャビティ２０に電力を結合する。複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄは、空間的に離れているが物理的に固定された位置で閉じられたキャビティ２０に結合することができる。複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄは、ＲＦ信号の低電力損失伝播として設計された導波管構造によって実現することができる。１つの非限定的な例において、マイクロ波エンジニアリングで知られている金属性の矩形導波管は、高出力増幅器１８Ａ−ＤからのＲＦ電力を、１メートル当たり約０．０３デシベルの電力減衰で閉じられたキャビティ２０に導くことができる。

閉じられたキャビティ２０は、その中に任意の仕切り２４を挿入することによって、副キャビティ２２Ａ−Ｂを選択的に備えることができる。閉じられたキャビティ２０は、少なくとも１つの側面に、食物または任意の仕切り２４の配置および回収のために閉じられたキャビティ２０の内部へのユーザのアクセスを可能にする遮蔽されたドアを備えてもよい。

ＲＦ供給部２６Ａ−Ｄの各々の送信帯域幅は、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの範囲の周波数を含めてもよい。ＲＦ供給部２６Ａ−Ｄは、他のＲＦ帯域を送信するように構成してもよい。例えば、２．４ＧＨｚと２．５ＧＨｚとの間の周波数の帯域幅は、工業、科学、医療（ＩＳＭ）無線帯域を構成するいくつかの帯域の１つである。他のＲＦ帯域の伝送が考慮され、周波数によって決められたＩＳＭ帯域に含まれる非限定的な例を含むことができる。周波数は、１３．５５３ＭＨｚ〜１３．５６７ＭＨｚ、２６．９５７ＭＨｚ〜２７．２８３ＭＨｚ、９０２ＭＨｚ〜９２８ＭＨｚ、５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ、２４ＧＨｚ〜２４．２５０ＧＨｚである。

ここで図２を参照すると、ＲＦ信号発生部１６のブロック図が示されている。ＲＦ信号発生部１６は、順次結合された、周波数発生部３０、位相発生部３４および振幅発生器３８を備え、これら全てはＲＦ制御部３２に指示される。このようにして、ＲＦ信号発生部１６から高電力増幅器に出力される実際の周波数、位相および振幅は、好ましくはデジタル制御インターフェースとして実施される、ＲＦ制御部３２によりプログラム可能である。ＲＦ信号発生部１６は、調理制御部１４から物理的に分離されていてもよいし、制御部１４に物理的に装着されていてもよいし、制御部１４に統合されていてもよい。ＲＦ信号発生部１６は、好ましくは、専用の集積回路として実現される。

図２に示すように、ＲＦ信号発生部１６は、４つのＲＦチャンネル４０Ａ−Ｄを出力する。４つのＲＦチャンネル４０Ａ−Ｄは、共通であるが可変の周波数（例えば、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの範囲）を共有し、各ＲＦチャンネル４０Ａ−Ｄの位相および振幅において設定可能である。本明細書で説明される構成は例示的なものであり、限定的なものとみなされるべきではない。例えば、ＲＦ信号発生器１６は、数の違いはあってもチャンネルを出力するように構成され、実装に応じてチャンネルのそれぞれに固有の可変周波数を出力する機能を備えてもよい。

前述のように、ＲＦ信号発生部１６は、電力供給部１２から電力を得て、制御部１４から１つ以上の制御信号を入力する。高出力増幅器１８Ａ−Ｄによって定められた順方向および逆方向の電力レベルを追加の入力に含めてもよい。これらの入力に基づいて、ＲＦ制御部３２は、周波数を選択し、周波数発生部３０に選択された周波数を示す信号を出力するように信号を送ってもよい。図２の周波数発生部３０を示すブロックに示されるように、選択された周波数は、周波数が一組の離散周波数にわたって変動する正弦波信号を決定する。１つの非限定的な例では、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの範囲の選択可能な帯域幅は、１ＭＨｚの分解能で離散化され、１０１個の固有周波数選択を可能にする。

周波数発生部３０から先において、信号は出力チャンネルごとに分割され、位相発生部３４に導かれる。各チャンネルには、明確な位相、すなわち、正弦関数の初期角度を割り当てることができる。図２において、チャンネルごとの位相発生部３６Ａ−Ｄを表すブロックで図示されるように、チャネルに対してＲＦ信号の選択された位相は、１組の離散的な角度全体にわたる。非限定的な１例では、（振動の１／２周期または１８０度にわたってラップ（wrapped）された）選択可能な位相は、１０度の分解能で離散化され、チャネル当たり１９個の固有の位相選択を可能にする。

位相発生部３４に続いて、チャンネルごとのＲＦ信号が振幅発生部３８に送られる。ＲＦ制御部３２は、各チャンネル（図２には共通の周波数で異なる位相で示される）を割り当てて、チャンネル４０Ａ−Ｄに異なる振幅を出力する。図２において、チャンネルごとの振幅発生部を表すブロックに図示されているように、ＲＦ信号の選択された振幅は、１組の離散振幅（または電力レベル）の全体にわたることができる。非限定的な１例において、選択可能な振幅は、０〜２３デシベルの範囲にわたって０．５デシベルの分解能で離散化することができ、チャンネル当たり４７個の固有の振幅選択を可能にする。

各チャンネル４０Ａ−Ｄの振幅は、実施形態に応じていくつかの方法により制御される。例えば、各チャンネルに対する振幅発生部３８の供給電圧の制御は、それぞれの高出力増幅器１８Ａ−Ｄに対して所望のＲＦ信号出力に正比例するＲＦ信号発生部１６から各チャンネル４０Ａ−Ｄに対する出力振幅を得ることができる。あるいは、チャンネルごとの出力は、振幅レベルがパルス幅変調信号のデューティサイクルによって符号化されるパルス幅変調信号として符号化することができる。さらに別の代替案は、閉じられたキャビティ２０に送信されるＲＦ信号の最終振幅を制御するために、高出力増幅器１８Ａ−Ｄの各々に供給される供給電圧を変化させて、電力供給部１２のチャンネルごとの出力を調整することである。

上述したように、電磁調理装置１０は、制御された量の電力を、閉じられたキャビティ２０に複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄから供給することができる。さらに、各ＲＦ供給部２６Ａ−Ｄから送信される電力の振幅、周波数および位相の制御を維持することによって、電磁調理装置１０は閉じられたキャビティ２０に供給される電力をコヒーレントに制御することができる。コヒーレントＲＦ源は、電磁波の干渉特性を利用するために、制御された方法で電力を供給する。すなわち、空間の決められた領域および時間にわたって、コヒーレントＲＦ源は、電界が加算的に分布するように定常的な干渉パターンを生成することができる。その結果、干渉パターンは、いずれかのＲＦ源よりも振幅が大きい（すなわち強め合う干渉）か、またはいずれかのＲＦ源よりも小さい（すなわち、弱め合う干渉）電磁界分布を生成することができる。

ＲＦ源の調整および動作環境（すなわち、閉じられたキャビティおよび内部の内容物）の特性評価は、電磁調理のコヒーレントな制御を可能にし、閉じられたキャビティ２０内の物体とのＲＦ電力の結合を最大にする。動作環境への効率的な送信は、ＲＦ生成手順の較正を必要とする。上述したように、電磁加熱システムにおいて、電力レベルは、電力供給部１２から出力される電圧、高出力増幅器１８Ａ−Ｄおよび振幅発生部３８の両方を含む可変利得増幅器の段階での利得、周波数発生部３０の同調周波数等を含む、多くの構成要素によって制御される。出力電力レベルに影響を与える他の要因としては、構成要素の経年変化、構成要素間相互作用、構成要素の温度などがある。したがって、特に多重給電ＲＦシステムでは、ＲＦ連鎖全体の出力電力を表す関数は複雑であり、測定不可能な変数を含む可能性のある多くの変数に依存する。複数のＲＦ供給部２６Ａ−Ｄからの電力出力を制御するＲＦシステムは、較正手順によってこの関数を推定し、次いで、較正推定値を使用して、所望の出力電力レベルの動作設定を決定することができる。

出力電力関数を表す較正情報は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に格納することができる。ＬＵＴは、実行時の計算を簡単な配列の索引付け操作で置き換えるデータ配列である。ＬＵＴは、多重給電ＲＦシステムのＲＦ供給部２６Ａ−Ｄごとに、構成要素のいずれかの利得、補間関数、製造または組立時に決定される基準（または工場設定）較正、および、補間関数によってさらに精緻化されて更新された較正、または、これらの特性の任意の組み合わせの特性を示すデータを含んでもよい。このようにして、ＬＵＴの情報は、制御変数とシステムの出力電力との関係を識別することができる。言いかえれば、ＬＵＴは、電力供給部１２からの周波数、位相、電圧、および/または、パルス幅変調などの制御変数が、ＲＦ供給部２６Ａ−Ｄにおける出力電力にどのように影響するかを表している。次に、作動中に、制御部１４は、最適な出力電力を決定し、ＬＵＴによって表された関係を反転させて、所望の出力電力を達成するための制御変数の設定を決定することができる。

所望の設定値レベルに達する増幅段の最終的な出力電力レベルに対して、ＲＦ信号発生部１６は、高出力増幅器１８Ａ−Ｄによって決定された順方向および逆方向の電力レベルを示す信号のフィードバックに依存する。したがって、入力された高周波信号に対して電力増幅した高周波信号を出力する増幅器に加えて、高出力増幅器１８Ａ−Ｄは、増幅器によって送受信される高周波電力を示す信号を出力する測定器を含む。高出力増幅器の測定器は、一般的には、出力信号がデジタルで、ＲＦ信号発生部１６などの装置に容易に入力されるような、アナログ-デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。高出力増幅器１８Ａ−Ｄの測定器は、これに限定されるものではないが、高周波電力対数検出器を含む、高周波信号の測定に有用な任意の構成要素とすることができ、高周波電力対数検出器は、検出された高周波電力レベルに対して対数線形である直流出力電圧を供給する。

高出力増幅器に使用される半導体トランジスタは非線形デバイスである。能動高周波要素であるので、高出力増幅器の利得は、振動周波数、温度、経年変化などの測定可能および測定不可能な多数の要因の関数である。高出力増幅器１８Ａ−Ｄは、測定器からの出力信号を電力測定値に変換できるように、何らかの形での工場較正を必要とする。例えば、高周波電力対数検出器では、出力電圧がデジタル化され、その結果の値が較正係数を用いることによって電力レベルに変換される。較正係数は、工場での較正プロセス中に決定され、電気的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に記憶される。

次に図３を参照すると、本明細書に記載される様々な態様による、高出力増幅器を較正するために用いられる構成要素を示すブロック図が示されている。高出力増幅器に関連する構成要素は、ＲＦコネクタ５２に結合されるサーキュレータ５０を含み、サーキュレータ５０は可変位相接続器５４のような外部構成要素への接続を可能にし、可変位相接続器５４は疑似負荷５８に結合され、疑似負荷５８は次に、電力計５６に結合される。

サーキュレータ５０は、高周波信号を一方のポートから次のポートに送信する受動マルチポート機器である。ポートは、ある機器から別の機器へ高周波信号を結合するサーキュレータ５０上のポイントである。ＲＦコネクタ５２は、サーキュレータ５０のポートの１つに結合され、ＲＦコネクタ５２は、導波管、マイクロストリップライン、同軸ケーブル、Ｎ型コネクタ等に限定されないがこれらを含む任意のタイプのＲＦコネクタとすることができる。

可変位相接続器５４は、位相誤差較正を決定するのに有用な可変位相負荷を提供する。可変位相接続器５４は、既知の位相オフセットを高周波信号に導入するのに有用な任意の構成要素でもよく、これに限定されるものではないが、様々な電気的長さのケーブルのセットを含み、それぞれの電気的長さはベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）により測定される。

疑似負荷５８は、較正プロセスを補助するために、導波管またはアンテナの代わりに用いられる抵抗素子である。較正プロセスは、外部ＲＦ電力計５６を疑似負荷５８に接続することを含む。高出力増幅器の統合電力測定部を外部ＲＦ電力計５６の精度に較正するために、１つまたは複数の電力レベルが増幅器に設定され、ＲＦ電力計５６からの測定値、および、測定部のＲＦ検出器からの電圧が収集される。較正プロセスは、較正誤差を低減するために、可変位相接続器５４を介して可変位相負荷をかけて繰り返される。

次に、図４を参照すると、本明細書に記載の様々な態様による２つの高出力高周波増幅器１８Ａ、Ｂを較正するためのシステム１００を示す概略図が示されている。高出力増幅器１８Ａ、Ｂは、ＲＦ電力の出力が互いに向かい合うように対向して配置される。各高出力増幅器１８Ａ、Ｂは、ＲＦコネクタおよび可変位相接続器を介して、減衰器１１０Ａ、Ｂにそれぞれ結合される。各減衰器１１０Ａ、Ｂは双方向カプラ１１２に結合され、双方向カプラ１１２は２チャンネルのＲＦ電力計１１４にも結合される。ＲＦ電力計１１４は、外部プロセッサ１２０に結合されてもよく、外部プロセッサ１２０は、制御部１４に結合されてもよい。あるいは、ＲＦ電力計１１４は、制御部１４に直接結合されてもよい。

減衰器１１０Ａ、Ｂは、高周波信号の電力を低減する抵抗器の構成を含む受動的な電気構成要素である。減衰器１１０Ａ、Ｂは、高出力増幅器１８Ａ、Ｂから出力された高周波信号の電力レベルを２チャンネルＲＦ電力計１１４での測定に適したレベルに減らす。

双方向カプラ１１２は、決められた量の高周波電力をポートに結合して、高周波信号を２チャネルＲＦ電力計１１４などの別の回路で使用できるようにする受動部品である。図４に示すように、各減衰器１１０Ａ、１１０Ｂからの減衰されたＲＦ電力は、双方向カプラ１１２に入力され、２チャンネルＲＦ電力計１１４に導かれる。２チャネルＲＦ電力計１１４は、高出力増幅器１８Ａ、Ｂの両方からのＲＦ電力レベルを同時に測定することができる。

次に図５を参照して、図４に基づいて構成され、本明細書に記載された様々な態様による１組の高出力高周波増幅器を較正する方法を図示したフローチャートが示されている。ステップ２１０における較正の開始は、電磁調理装置の製造中に行うことができる。まず、図４に示すように、高出力増幅器１８Ａ、Ｂのセットは、高周波出力がシステム１００および制御部１４などの他の内部機器を用いて互いに向き合うように、対向して配置される。ステップ２１２において、周波数は、高周波電磁波の帯域幅内の周波数セットから選択される。周波数セットは、高出力増幅器の動作可能な帯域幅内の任意の数の周波数とすることができる。１つの非限定的な例では、周波数セットは、ＩＳＭ周波数２４０１ＭＨｚ、２４４０ＭＨｚおよび２４８２ＭＨｚを含む。

ステップ２１４において、高周波電磁波の位相値セットから位相値が選択される。位相値セットは、−１８０度から１８０度のラップされた位相範囲にわたる任意の数の位相であってもよい。１つの非限定的な例では、位相セットは、図３の可変位相接続器５４によって示される異なる電気長のケーブルにそれぞれ対応する２つの位相値を含む。

ステップ２１６において、電力レベルが電力レベルセットから選択される。電力レベルセットは、高電力増幅器１８Ａ、Ｂの動作可能な電力範囲にわたる任意の数の電力レベルとすることができる。１つの非限定的な例では、電力レベルセットは、５４ｄＢｍ、５１ｄＢｍ、および４５ｄＢｍの３つの電力レベルを含む。

ステップ２１８において、高出力増幅器の１つが、選択された周波数、選択された位相値、および選択された電力レベルの高周波信号を出力するように設定される。次に、高出力増幅器は、高周波信号を出力する。高出力増幅器１８Ａ、Ｂのそれぞれの内部の測定器は、検出された高周波電力を示すデジタル信号を生成する。ステップ２１２−２１８は、入力された較正指示に直接応答するか、または、外部プロセッサ１２０からの指示に応答して、制御部１４によって実行されてもよい。

ステップ２２０において、外部２チャンネルＲＦ電力計１１４は、高周波信号を出力している送信中の高出力増幅器の順方向電力レベルを測定する。同時に、ステップ２２２において、外部ＲＦ電力計１１４は、高周波信号を出力していない高出力増幅器の逆方向電力を測定する。測定された値は、外部プロセッサ１２０および/または制御部１４に保管されてもよい。

すでに送信している高出力増幅器が送信を停止し、まだ送信していない高出力増幅器が送信するように設定されている場合には、ステップ２２４において、ステップ２１８、２２０、および２２２が繰り返される。

ステップ２２６において、ステップ２１６、２１８、２２０、２２２及び２２４は、電力レベルのセットにおける全ての電力レベルに対して繰り返される。電力レベルセットが３つの電力レベル５４ｄＢｍ、５１ｄＢｍおよび４５ｄＢｍを含む上記の例を用いると、２チャネル電力計１１４は、各高出力増幅器１８Ａ、Ｂの３つの順方向測定と、各高出力増幅器１８Ａ、Ｂの３つの逆方向測定とに対応する１２の値を測定する。

ステップ２２８では、ステップ２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４および２２６が、位相値セットのすべての位相値に対して繰り返される。ステップ２３０では、ステップ２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４、２２６、２２８が、周波数セットのすべての周波数に対して繰り返される。

ステップ２３２では、高出力増幅器１８Ａ、Ｂが暖まった後に、全ての測定が繰り返される。高出力増幅器内の測定器のＡＤＣは、温度に対して非線形である。したがって、高出力増幅器が熱くなると、較正測定プロセス全体が繰り返される。

ステップ２３４において、順方向および逆方向電力レベルの測定値は、各高出力増幅器の測定器からのデジタル信号出力を較正するために、外部プロセッサ１２０または制御部１４によって処理される。処理は、平均化および最小二乗フィッティングに限定されないがこれらを含む、データをモデル化およびフィットさせる演算が含まれる。処理の結果は、各高出力増幅器の測定器のＡＤＣが、正確な電力測定値に変換可能な値を出力するように、較正係数セットを生成することを含む。係数の数は、ＡＤＣのデジタル出力を所望のレベルの忠実度を有する電力レベルに変換するために必要な任意の数としてもよい。１つの非限定的な例では、較正係数の数は２つであり、係数の１つは勾配であり、もう１つは切片である。

ステップ２３６において、較正されたデジタル信号出力は、高出力増幅器のそれぞれに配置された不揮発性メモリに符号化される。すなわち、較正係数は高出力増幅器によってアクセス可能な読み出し専用メモリにアップロードされる。したがって、各高出力増幅器は、独自の固有の較正係数を有することができる。

複数の高出力増幅器の較正は、固体の高周波（ＲＦ）調理器具における電磁界の全体的な有効性、同調性およびコヒーレンスを決定する。上述した較正方法およびシステムの利点は、高出力増幅器の較正精度およびＲＦ鎖の全体効率が向上するように、較正誤差の原因である電磁不連続がキャンセルまたは最小化されるような構成および動作される測定システムを含む。

外部構成機器は較正システム１００の一部として説明されているが、そのような外部構成機器は電磁調理装置に組み込まれてもよく、したがって、内部構成部品であってもよいことは理解される。

本開示の目的のために、用語「結合された」（そのすべての形態、結合、結合する、結合された等）は、一般に、（電気的または機械的な）２つの構成要素の直接的または間接的な相互の接続を意味する。そのような接続は、本質的に静止しているか、または本質的に移動可能である。そのような接続は、（電気的または機械的な）２つの構成要素と、任意の追加の中間部材とが、互いにまたは２つの構成要素を有する一つの単一体として一体的に形成されることによって達成される。そのような接続は、本質的に恒久的であるか、または、特段の記載がない限り、本質的に取り外し可能または解放可能であってもよい。

例示的な実施形態に示されるような装置の要素の構成および配置は、例示的なものに過ぎないことに留意することも重要である。本発明のいくつかの実施形態のみが本開示で詳細に説明されているが、本開示を検討する当業者は、列挙された主題の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更（例えば、サイズ、寸法、構造、様々な要素の形状および比率、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、方向などの違い）が可能であることを容易に理解するであろう。例えば、一体的に形成されたものとして示された要素は複数の部品から構成されてもよく、または、複数の部品として示された要素が一体的に形成されていてもよく、また、インターフェースの処理を逆にしてもよいし、または、別の方法に変更してもよいし、システムの構造および/または部材またはコネクタまたは他の要素の、長さまたは幅を変更してもよいし、要素間に設けられた調節位置の性質または数を変更してもよい。システムの要素および/またはアセンブリは、多種多様な色、テクスチャ、および組み合わせのいずれかにおいて、十分な強度または耐久性を提供する多種多様な材料のいずれかから構築されることに留意されたい。したがって、そのようなすべての変更は、本発明の範囲内に含まれる。本発明の精神から逸脱することなく、所望の他の例示的な実施形態の設計、動作条件、および配置において、他の置換、修正、変更、および省略を行うことができる。

記載されたプロセス内の任意の記載されたプロセスまたはステップは、本装置の範囲内の構造を形成するために、他の開示されたプロセスまたはステップと組み合わせられることが理解される。本明細書に開示される例示的な構造およびプロセスは、説明のためのものであり、限定するものとして解釈されるべきではない。

本装置の概念から逸脱することなく、上述の構造および方法に対して変化させたり変更を行うことができ、さらに、これらの概念は、これらの請求項がそれらの言葉によって他に明白に述べていない限り、以下の請求項によって包含されることが意図されていることを理解されたい。

上記の説明は、図示された実施形態のみのものと考えられる。装置の改良は、当業者および装置を製造または使用する者に起こるであろう。したがって、図面に示され、上述された実施形態は、単に説明のためのものであり、特許法の原則に従って解釈される以下の特許請求の範囲によって定義される装置の範囲を限定するものではなく、均等論を含むことを理解されたい。

Claims (19)

1. 入力高周波信号に対して電力増幅した信号を出力する増幅器と、前記増幅器で検出された高周波電力を示すデジタル信号を出力する測定器とを備える装置を複数有する装置セットを較正する方法であって、
   高周波電磁波の帯域幅内の周波数セットから周波数を選択し、
   高周波電磁波の位相値セットから位相値を選択し、
   電力レベルセットから電力レベルを選択し、
   選択された周波数、選択された位相値および選択された電力レベルの高周波信号を出力するように前記装置セットのうちの１つの装置を設定し、
   前記高周波信号を出力している前記１つの装置の順方向電力レベルを測定し、
   前記高周波信号を出力していない前記１つの装置とは異なる他の装置の逆方向電力レベルを測定し、
   装置セットのそれぞれの装置の測定器からのデジタル信号出力を較正するために、順方向および逆方向電力レベルの測定値を処理し、
   較正されたデジタル信号出力を不揮発性メモリに符号化する、
   装置セットのそれぞれの装置の測定器からのデジタル信号出力を較正する方法。
2. 装置セットのうちの少なくとも１つの装置から出力される出力高周波信号が装置セットの他の全ての装置に向けられるように、装置セットを構成する初期ステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 装置セットは、２つの高出力増幅器を含む、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記電力レベルセットの各電力レベルについて設定ステップおよび測定ステップを繰り返すステップをさらに含む、
   請求項１または２に記載の方法。
5. 前記位相値セットの各位相値に対して前記設定および測定ステップを繰り返すステップをさらに含む、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記周波数セットの各周波数について前記設定及び測定ステップを繰り返すステップをさらに含む、
   請求項５に記載の方法。
7. 位相値を選択するステップは、可変位相負荷を提供するために、ベクトルネットワークアナライザにより測定された電気的長さのケーブルを構成することを含む、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記電力レベルセットが、５４ｄＢｍ、５１ｄＢｍ、および４５ｄＢｍである、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
9. 周波数セットが２４０１ＭＨｚ、２４４０ＭＨｚおよび２４８２ＭＨｚである、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
10. 測定値の処理は、装置セットのそれぞれの測定器のデジタル信号が電力測定値に変換された値を出力するように、較正係数セットを生成する、
    請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
11. 電磁調理装置であって、
    閉じられたキャビティと、
    前記閉じられたキャビティ内に電磁放射線を導入することによって食品を加熱して加工する、前記閉じられたキャビティ内の高周波供給部セットと、
    前記高周波供給部セットに結合された複数の高出力ＲＦ増幅器セットと、
    前記電磁調理装置を較正する制御部と、を備え、
    前記複数の高出力ＲＦ増幅器セットの各高出力増幅器は、入力高周波信号に関して電力において増幅された信号を出力する増幅器と、前記増幅器で検出された高周波電力を示すデジタル信号を出力する測定器と、を備え、
    前記制御部は、
    高周波電磁波の帯域幅内の周波数セットから周波数を選択し、
    高周波電磁波の位相値セットから位相値を選択し、
    電力レベルセットから電力レベルを選択し、
    選択された周波数、選択された位相値および選択された電力レベルの高周波信号を出力するように、高出力ＲＦ増幅器セットのうちの１つの増幅器を設定することにより、前記電磁調理装置を較正し、
    前記制御部は、
    高周波数信号を出力している高出力ＲＦ増幅器セットのうちの１つの増幅器に対する順方向電力レベルの測定値と、
    高周波信号を出力していない高出力ＲＦ増幅器セットのうちの１つの増幅器とは異なる他の増幅器に対する逆方向電力レベルの測定値と、
    を電力計から受信するようにさらに構成され、
    前記制御部は、前記高出力ＲＦ増幅器セットのそれぞれの前記測定器からの前記デジタル信号出力を較正し、前記較正されたデジタル信号出力を不揮発性メモリに符号化するために、前記順方向および逆方向電力レベルの測定値を処理するようにさらに構成されている、
    電磁調理装置。
12. 前記高出力ＲＦ増幅器セットは、前記高出力ＲＦ増幅器の各機器からの出力高周波信号が高出力ＲＦ増幅器セットの他の全ての機器に向けられるように構成される、
    請求項１１に記載の電磁調理装置。
13. 前記高出力増幅器セットは２つの高出力増幅器を含む、
    請求項１１または１２に記載の電磁調理装置。
14. プロセッサが、前記電力レベルセットにおける各電力レベルについて設定および測定を繰り返し行うように、さらに構成されている、
    請求項１１または１２に記載の電磁調理装置。
15. 前記プロセッサは、前記位相値セットの各位相値について設定および測定を繰り返し行うように、さらに構成されている、
    請求項１４に記載の電磁調理装置。
16. 前記プロセッサはさらに、前記周波数セットの各周波数について設定および測定を繰り返し行うように、さらに構成されている。
    請求項１５に記載の電磁調理装置。
17. 前記プロセッサは、５４ｄＢｍ、５１ｄＢｍ及び４５ｄＢｍを含む電力レベルセットから電力レベルを選択する、
    請求項１４に記載の電磁調理装置。
18. 前記プロセッサは、２４０１ＭＨｚ、２４４０ＭＨｚ及び２４８２ＭＨｚを含む周波数セットから周波数を選択する、
    請求項１４に記載の電磁調理装置。
19. プロセッサは、各高出力増幅器の測定器のデジタル信号が電力測定値に変換可能な値を出力するような較正係数セットを生成するために測定値を処理する、
    請求項１１から１４のいずれか１つに記載の電磁調理装置。

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