KR101455701B1 - System for remote heating using electromagnetic wave transmitter array - Google Patents

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KR101455701B1
KR101455701B1 KR1020130125769A KR20130125769A KR101455701B1 KR 101455701 B1 KR101455701 B1 KR 101455701B1 KR 1020130125769 A KR1020130125769 A KR 1020130125769A KR 20130125769 A KR20130125769 A KR 20130125769A KR 101455701 B1 KR101455701 B1 KR 101455701B1
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antenna
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transmitter
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양종렬
김대호
설승권
장원석
정순신
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a remote heating system and, more specifically, to a remote heating system using a high frequency transmitter array. The remote heating system, of the present invention, comprises: a plurality of transmitters; a plurality of antennas for radiating the high-frequency generated by each transmitter; and a control unit for controlling the transmitters. The antennas are regularly arranged on a plane to form quasi-plane waves in a far field. The control unit controls each transmitter to output a high frequency signal synchronized with the transmitters. According to the present invention, a heating target with a large area can be uniformly heated and no additional system is required for heating and cooling. Further, the remote heating system can compensate the non-uniformity of the heating target by localized heating as needed.

Description

고주파 송신기 배열을 이용한 원격 가열 시스템 {System for remote heating using electromagnetic wave transmitter array}[0001] The present invention relates to a remote heating system using a high frequency transmitter array,

본 발명은 원격 가열 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 고주파 송신기 배열을 이용한 원격 가열 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a remote heating system, and more particularly to a remote heating system using a high frequency transmitter arrangement.

특정한 물체에 열을 가하여 그 물성을 변화시키거나, 원하는 특성을 가지는 재료로 변환시키는 방법은 매우 다양한 분야에서 적용되어 오고 있다. 예를 들어, 반도체의 제작 과정에서 열처리 공정을 행한다거나, 식료품의 생산에 있어 식재료에 열을 가하여 살균을 하는 경우를 들 수 있고, 근래에 와서 많은 관심을 받고 있는 그래핀이나 탄소 나노튜브 등의 차세대 소자를 제조하거나 그 특성을 변화시키기 위하여 열에너지를 가하는 경우도 이에 대한 한가지 예가 될 수 있다.Methods for changing the properties of a specific object by applying heat thereto or converting it into a material having desired properties have been applied in a wide variety of fields. For example, there is a case in which a heat treatment process is performed in the process of manufacturing a semiconductor or sterilization is performed by applying heat to a food material in the production of a foodstuff. In recent years, graphene and carbon nanotubes One example of this is the application of thermal energy to fabricate next-generation devices or to change their properties.

상기와 같은 가열을 위한 방법으로서는 높은 온도를 가지는 열원을 특정 대상 물체에 근접시켜 직접 열을 가하는 방법, 고온의 기체나 액체를 대상 물체에 흘려 주는 방법 등을 들 수 있으나, 이러한 고전적인 가열 방법은 열에너지의 손실이 커서 효율이 낮고, 가열 대상 물체의 접점 또는 고정 시스템에 의한 변형이 나타날 수 있으며, 공급되는 열 에너지의 편차가 발생할 수 있다는 점 등 여러가지 문제점을 가진다. Examples of such a heating method include a method of bringing a heat source having a high temperature close to a specific object and applying direct heat, a method of flowing a high temperature gas or liquid to a target object, and the like, There is a problem in that the loss of heat energy is large, the efficiency is low, deformation due to the contact point of the object to be heated or the fixing system may occur, and deviation of the supplied thermal energy may occur.

또한, 물체에 열 에너지를 가하여 상변화를 이끌어내기 위해서는 가열과 더불어 냉각도 함께 고려하여야 하는데, 상기와 같은 고전적인 가열 방법을 사용할 경우 냉각을 위한 별도의 시스템이 부가되어야 하고, 이에 따른 추가적인 공정 및 시간이 필요하게 되어 공정 시간이 길어지게 되고, 또한 가열 및 냉각 공정의 한계로 인하여 균일한 물성을 얻기 어려워진다.In addition, in order to induce a phase change by applying heat energy to an object, it is necessary to consider the cooling along with the heating. If the classical heating method as described above is used, a separate system for cooling must be added. It takes a long time, and the process time becomes long. Further, due to the limitations of the heating and cooling process, it becomes difficult to obtain uniform physical properties.

특히, 대면적 물체를 가열하는 경우, 재료의 크기에 따라 가열 시스템도 그 크기가 커지게 되고, 더 나아가 대면적 물체에 대한 균일한 가열을 위해서는 열의 공급 및 냉각에 따라 발생할 수 있는 가열의 편차를 최소화할 수 있는 제어 기술이 필요하게 되어, 가열 시스템의 크기 및 복잡도가 크게 증가할 수 있다.In particular, when a large-sized object is heated, the size of the heating system is increased according to the size of the material. Further, in order to uniformly heat the large-sized object, the heating deviation A control technique that can be minimized is required, and the size and complexity of the heating system can be greatly increased.

상기와 같은 고전적인 가열 방법의 문제점을 풀어나가기 위하여, 전자기파를 사용하는 가열 방법을 고려해 볼 수 있다. 대한민국 공개특허 제10-2012-0050641호에서는 마이크로웨이브를 인가하는 금속 도파관 내부에 피가열체를 위치시켜, 도파관 내부의 전자기파 에너지가 피가열체에 조사될 수 있도록 하는 방법을 기술하고 있다. 그러나 이러한 방법의 경우, 사용하는 전자기파 주파수에 따라 도파관의 크기가 정해지므로 이로 인하여 한번에 가열할 수 있는 피가열체의 크기가 한정되게 되고, 대면적 가열을 위해서는 피가열체 혹은 에너지 공급 시스템을 이동하거나 교체하여야 한다는 불편함이 따르게 된다. 또한, 피가열체의 크기나 물성이 도파관 내부의 전자기파 생성 특성에 큰 영향을 미치게 되는 경우, 도파관 내부의 전자기파 특성이 변형될 수 있으므로 이를 보상하기 위한 매칭 블록이 사용되어야 하는 등 시스템의 복잡성이 증가할 수 있다는 문제점을 가진다. 더 나아가, 피가열체가 상기한 원인 등으로 비균일하게 가열되는 경우, 국부 가열을 통하여 이를 보상하는 것이 바람직하겠으나, 상기 가열 방법으로는 이를 효과적으로 수행하기에 어려움이 따른다.In order to solve the problem of the conventional heating method as described above, a heating method using an electromagnetic wave can be considered. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0050641 describes a method for placing an object to be heated in a metal waveguide to which a microwave is applied so that the electromagnetic wave energy inside the waveguide can be irradiated to the object to be heated. However, in this method, since the size of the waveguide is determined according to the electromagnetic wave frequency to be used, the size of the heating object that can be heated at one time is limited, and in order to heat the large area, The inconvenience of having to be replaced. In addition, when the size and physical properties of the object to be heated have a great influence on the electromagnetic wave generating characteristics inside the waveguide, the electromagnetic wave characteristics inside the waveguide may be deformed. Therefore, a matching block for compensating the electromagnetic wave characteristics must be used. . Furthermore, in the case where the heating target is heated nonuniformly due to the above-mentioned reasons, it is preferable to compensate the local heating by the local heating, but the heating method is difficult to effectively perform it.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 대면적의 피가열체에 대해서도 균일한 가열이 가능하고 가열 및 냉각에 따른 추가적인 시스템이 필요하지 않으며, 필요에 따라 국부적인 가열을 통하여 피가열체를 불균일성을 보상할 수 있는 원격 가열 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for heating a target to be heated uniformly, And to provide a remote heating system capable of compensating for the non-uniformity of the object to be heated.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 고주파 원격 가열 시스템은 복수의 송신부; 상기 각 송신부에서 생성된 고주파를 방사하는 복수의 안테나; 및 상기 복수의 송신부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 안테나는 평면상에 규칙적으로 배열되어 원거리장(far field)에서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하고, 상기 제어부는 상기 복수의 송신부가 동기화된 고주파 신호를 출력하도록 각 송신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high frequency remote heating system comprising: a plurality of transmitters; A plurality of antennas radiating high frequencies generated by the respective transmission units; And a controller for controlling the plurality of transmitters. The antennas are regularly arranged on a plane to form a quasi-plane wave in a far field, And the transmitting unit controls each transmitting unit to output a synchronized high-frequency signal.

여기서, 상기 각 송신부는, 고주파 신호를 생성하는 신호 생성기; 및 상기 고주파 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하여 구성될 수 있다.Each of the transmission units includes: a signal generator for generating a high-frequency signal; And a power amplifier for amplifying the high-frequency signal.

또한, 상기 송신부는, 외부로부터 유입되는 신호를 소모시키는 종단 부하; 및 상기 전력 증폭기의 출력 신호를 상기 안테나에 전달하면서, 안테나로부터 유입되는 외부 신호는 상기 종단 부하로 전달하는 써큘레이터를 더 포함하여 구성될 수 있다.Also, the transmission unit may include: a terminal load for consuming a signal input from the outside; And a circulator for transmitting the output signal of the power amplifier to the antenna while transmitting an external signal from the antenna to the terminal load.

또한, 상기 안테나는 지향성 안테나일 수 있다.Further, the antenna may be a directional antenna.

또한, 상기 제어부는 피가열체의 특정 위치에 에너지를 집중적으로 전달하기 위하여 상기 각 송신부의 동작 시간 및 동작 여부를 제어할 수 있다.In addition, the control unit may control the operation time and operation of each of the transmission units to intensively transmit energy to a specific position of the heating target.

또한, 상기 신호 생성기는 생성되는 고주파 신호의 주파수를 변경할 수 있다.Also, the signal generator may change the frequency of the generated high-frequency signal.

또한, 상기 송신부와 안테나는 일체형으로 제작될 수 있다.In addition, the transmitter and the antenna may be fabricated as an integral unit.

또한, 피가열체가 근거리장(Near field)에 위치하는 경우, 상기 방사된 고주파의 반사파를 수신하는 수신부; 및 반사파를 줄여 주는 매칭 블록을 더 포함하며, 이때 상기 제어부는 상기 수신된 반사파를 고려하여 반사파를 최소화할 수 있도록 상기 매칭 블록을 제어할 수 있다.In addition, when the object to be heated is located in a near field, a receiving unit receives the reflected high frequency wave; And a matching block for reducing a reflected wave, wherein the controller can control the matching block to minimize a reflected wave in consideration of the received reflected wave.

본 발명에 따르면, 복수의 송신부, 상기 각 송신부에서 생성된 고주파를 방사하는 복수의 안테나 및 상기 복수의 송신부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 안테나는 평면상에 규칙적으로 배열되어 원거리장(far field)에서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하고, 상기 제어부는 상기 송신부를 제어하여 동기화된 고주파를 생성하여 방사하게 하는 고주파 원격 가열 시스템을 구성함으로써, 대면적의 피가열체에 대해서도 균일한 가열이 가능하고 가열 및 냉각에 따른 추가적인 시스템이 필요하지 않으며, 필요에 따라 국부적인 가열을 통하여 피가열체의 불균일성을 보상할 수 있는 고주파 원격 가열 시스템을 개시하는 효과를 갖는다.According to the present invention, there is provided a radio communication system including a plurality of transmission units, a plurality of antennas radiating high frequencies generated by the respective transmission units, and a control unit controlling the plurality of transmission units, wherein the antennas are regularly arranged on a plane, and the control unit controls the transmission unit to generate synchronized high-frequency waves and emits the synchronized high-frequency waves. Thus, the high-frequency remote heating system for the large- There is an effect to disclose a high-frequency remote heating system capable of heating at one time and not requiring an additional system for heating and cooling, and compensating for unevenness of the heating target through local heating as required.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 가열 시스템이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 가열 시스템과 종래 위상 변환기를 이용한 배열 송신기의 비교도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 위치에 대한 국부 가열 동작의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피가열체에 대한 국부 가열 시뮬레이션 결과 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a remote heating system according to an embodiment of the present invention.
2 is a comparative diagram of an array transmitter using a conventional phase converter and a remote heating system according to an embodiment of the present invention.
3 is an illustration of an example of a local heating operation for a particular location in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph of a local heating simulation result for a heating target according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

본 발명은 종래기술에서 피가열체에 열을 가하기 위하여 높은 온도를 가지는 열원을 피가열체에 근접시켜 직접 열을 가하는 등 고전적인 가열 방법은 열에너지의 손실이 커서 효율이 낮고, 가열 대상 물체의 접점 또는 고정 시스템에 의한 변형이 나타날 수 있으며, 공급되는 열 에너지의 편차가 발생할 수 있고, 냉각을 위한 별도의 냉각 시스템이 부가되어야 하므로 추가적인 공정 및 시간이 필요하게 되어 공정 시간이 길어지며 또한 균일한 물성을 얻기 어렵다는 문제점을 가지게 된다. 나아가, 대면적 물체에 대하여 열 에너지를 가하는 경우, 재료의 크기에 따라 가열 시스템도 크기가 커지게 되어, 균일한 가열을 위해서 가열 시스템의 크기 및 복잡도가 크게 증가할 수 있다. 상기와 같은 고전적인 가열 방법에 대하여 전자기파를 사용하는 가열 방법을 고려해 볼 수 있는데, 이에 대한 선행 기술로서 도파관 내부의 전자기파 에너지가 피가열체에 조사될 수 있도록 하는 방법을 들 수 있으나, 이 경우에는 사용하는 고주파의 주파수 및 피가열체의 크기에 따라, 피가열체 혹은 에너지 공급 시스템을 이동하거나 교체하여야 한다는 불편함이 따를 수 있고, 또한 피가열체의 크기나 물성이 도파관 내부의 전자기파 생성 특성에 큰 영향을 미치게 되는 경우, 도파관 내부의 전자기파 특성이 변형될 수 있으므로 이를 보상하기 위한 매칭 블록이 사용되어야 하는 등 시스템의 복잡성이 증가할 수 있다는 문제점을 가질 수 있다.The present invention relates to a conventional heating method in which a heat source having a high temperature is brought close to a heating target in order to apply heat to the heating target in the prior art, Or a deformation by a fixing system may occur, a deviation of supplied thermal energy may occur, and a separate cooling system for cooling may be added, so that an additional process and time are required, thus prolonging the process time, It is difficult to obtain the above. Further, when heat energy is applied to a large-sized object, the size of the heating system increases according to the size of the material, and the size and complexity of the heating system can be greatly increased for uniform heating. A conventional heating method using electromagnetic waves can be considered for the classical heating method as described above. As a prior art, there is a method for allowing the electromagnetic wave energy in the waveguide to be irradiated to the heating target. In this case, It may be inconvenient that the object to be heated or the energy supply system must be moved or replaced depending on the frequency of the high frequency to be used and the size of the object to be heated and the size and physical properties of the object to be heated The electromagnetic wave characteristics inside the waveguide may be deformed. Therefore, the complexity of the system may increase, for example, a matching block must be used to compensate for the electromagnetic wave characteristics.

따라서, 본 발명에서는 상기한 문제점에 착안하여, 복수의 송신부, 상기 각 송신부에서 생성된 고주파를 방사하는 복수의 안테나 및 상기 복수의 송신부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 안테나는 평면상에 규칙적으로 배열되어 원거리장(far field)에서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하고, 상기 제어부는 상기 송신부를 제어하여 동기화된 고주파를 생성하여 방사하게 하는 원격 가열 시스템을 구성함으로써, 대면적의 피가열체에 대해서도 균일한 가열이 가능하고 가열 및 냉각에 따른 추가적인 시스템이 필요하지 않으며, 필요에 따라 국부적인 가열을 통하여 피가열체를 불균일성을 보상할 수 있는 원격 가열 시스템을 개시한다.Accordingly, in the present invention, there is provided a radio communication system including a plurality of transmission units, a plurality of antennas radiating high frequencies generated by the respective transmission units, and a control unit controlling the plurality of transmission units, A remote heating system for generating a quasi-plane wave in a far field by regularly arranging and generating a quasi-plane wave by controlling the transmission unit to generate and radiate synchronized high-frequency waves, A remote heating system capable of uniform heating of a heating target and not requiring an additional system for heating and cooling, and capable of compensating for unevenness of the heating target through local heating as required.

도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송신기 배열을 이용한 원격 가열 시스템(100)의 구조도를 도시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 가열 시스템(100)은 복수의 송신부(110), 상기 각 송신부(110)에서 생성된 고주파를 방사하는 복수의 안테나(120), 상기 복수의 송신부(110)를 제어하는 제어부(130), 상기 방사된 고주파의 반사파를 수신하는 수신부(140), 및 반사파를 줄여 주는 매칭 블록(150)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 안테나(120)는 평면 상에 규칙적으로 배열되어 원거리장(far field)에서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하고, 상기 제어부(130)는 상기 송신부(110)를 제어하여 동기화된 고주파를 생성하여 방사하도록 하며, 또한 상기 수신부(140)를 통하여 수신된 반사파를 고려하여, 반사파를 최소화할 수 있도록 상기 매칭 블록(150)을 제어하게 된다.1 is a structural diagram of a remote heating system 100 using a high frequency transmitter arrangement according to an embodiment of the present invention. 1, a remote heating system 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of transmitters 110, a plurality of antennas 120 radiating high frequencies generated by the transmitters 110, A control unit 130 for controlling the plurality of transmitting units 110, a receiving unit 140 for receiving reflected radiated high frequency waves, and a matching block 150 for reducing reflected waves. The control unit 120 forms a quasi-plane wave in a far field, and the control unit 130 controls the transmission unit 110 to generate synchronized high-frequency waves And controls the matching block 150 to minimize the reflected wave in consideration of the reflected wave received through the receiving unit 140. FIG.

아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 가열 시스템(100)를 각 부분별로 나누어서 자세하게 살핀다. 먼저 송신부(110)에 대하여 살핀다. 송신부(110)는 높은 전력을 가지는 고주파 신호를 생성하여 안테나(120)로 전달하게 된다. 이를 위하여, 상기 송신부(110)는 고주파 신호를 생성하는 신호 생성기(112), 상기 고주파 신호를 증폭하는 전력 증폭기(114)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 전력 증폭기(114)는 상기 신호 생성기(112)에서 생성된 고주파 신호를 피가열체의 가열에 필요한 수준의 전력을 가지도록 대신호로 증폭하게 된다. 더 나아가, 외부로부터 유입되는 신호를 소모시키는 종단 부하(termination load)(118) 및 상기 전력 증폭기(114)의 출력 신호를 안테나(120)에 전달하면서도, 안테나(120)로부터 유입되는 외부 신호는 상기 종단 부하(118)로 전달하는 써큘레이터(116)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 신호 생성기(112)는 피가열체의 특성 등을 고려하여 요구되는 주파수의 신호를 생성해 내게 된다. 상기와 같은 송신부(110)는 종래 기술에 따라 구성하는 것이 가능하므로 여기서 자세하게 기술하지는 아니한다.Hereinafter, the remote heating system 100 according to an embodiment of the present invention is divided into parts and examined in detail. First, the transmission unit 110 is searched. The transmitting unit 110 generates a high-frequency signal having a high power and transmits the generated high-frequency signal to the antenna 120. To this end, the transmitter 110 may include a signal generator 112 for generating a high-frequency signal and a power amplifier 114 for amplifying the high-frequency signal. The power amplifier 114 amplifies the high-frequency signal generated by the signal generator 112 in place of the high-frequency signal so that the high-frequency signal has a level of power required for heating the heating target. Furthermore, an external signal input from the antenna 120 is transmitted to the antenna 120 while transmitting an output signal of the power amplifier 114 to the antenna 120, and a termination load 118 that consumes a signal input from the outside, And a circulator 116 for transmitting the signal to the terminating load 118. [ The signal generator 112 generates a signal of a desired frequency in consideration of characteristics of the heating target. Since the transmitter 110 can be configured according to the prior art, it will not be described in detail here.

이어서, 안테나(120)에 대하여 살핀다. 상기 복수의 송신부(110)에서 전달된 고주파는 평면에 규칙적으로 배열된 복수의 안테나(120)를 통하여 방사된다. 상기 복수의 안테나(120)로부터 방사된 고주파들은 근거리장(near field)에서는 복잡한 분포를 이룰 수 있으나, 원거리장(far field)으로 진행함에 따라 평면파(plane wave)에 근사한 파형을 이루면서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하게 된다. 이에 따라, 상기 유사 평면파는 피가열체에 균일하게 에너지를 전달할 수 있게 되어, 피가열체의 전면이 균일하게 가열되도록 작용하게 된다. 따라서, 피가열체의 균일한 가열을 위해서는 상기 안테나 배열로부터 상당한 거리를 이격하여 원거리장(far field)에 위치시키는 것이 바람직하다.Then, the antenna 120 is searched. The high frequency waves transmitted from the plurality of transmitting units 110 are radiated through a plurality of antennas 120 regularly arranged in a plane. The high frequencies radiated from the plurality of antennas 120 can be complexly distributed in a near field, but they can be distributed in a far field to form a quasi-plane wave (quasi) -plane wave). Accordingly, the pseudo plane wave can transmit energy uniformly to the heating target, so that the entire surface of the heating target is heated uniformly. Therefore, in order to uniformly heat the object to be heated, it is preferable to place the antenna in a far field at a considerable distance from the antenna array.

반면, 제한된 거리 내에서 피가열체를 가열하게 되는 경우, 또는 사용하여야할 주파수가 낮아서 파장이 길어지는 경우 등 근거리장(near field)에 피가열체를 위치시키게 되는 경우에는, 반사파에 의한 영향을 고려하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 상기한 바와 같이 수신부(140)를 사용하여 반사파를 수신한 후, 수신된 반사파를 고려하여 매칭 블록(150)을 이동시키는 등의 방법으로 전자기파의 반사 특성을 최소하할 수 있게 된다.On the other hand, when the object to be heated is heated within a limited distance, or when the object to be heated is placed in a near field such as a case where the frequency to be used is low and the wavelength becomes long, . In this case, after receiving the reflected wave using the receiving unit 140 as described above, the reflection characteristic of the electromagnetic wave can be minimized by moving the matching block 150 in consideration of the received reflected wave.

또한, 상기와 같은 반사파가 상기 전력 증폭기(114)의 특성에 영향을 주는 것을 최소화하기 위하여 송수신 신호의 방향에 따른 분리 특성을 가지는 써큘레이터(116) 및 상기 외부로부터 유입되는 반사파를 소모시키기 위한 종단 부하(118)를 상기 송신부(110)에 포함시키는 것이 더욱 바람직하다.In order to minimize the influence of the reflected waves on the characteristics of the power amplifier 114, a circulator 116 having a separation characteristic according to the direction of the transmission and reception signals, and a terminator 116 for consuming reflected waves introduced from the outside, It is more preferable to include the load 118 in the transmission unit 110.

나아가, 상기 안테나(120)와 송신부(110)은 일체형으로 제작됨으로써 그 부피를 줄일 수 있고, 또한 이격된 모듈 간의 연결을 위한 별도의 케이블을 생략할 수 있어, 그 제작 공정 및 단가를 줄일 수 있게 된다.Further, since the antenna 120 and the transmission unit 110 are integrally manufactured, the volume thereof can be reduced, and a separate cable for connection between the spaced modules can be omitted, so that the manufacturing process and the unit cost can be reduced do.

상기 안테나(120)로서는 피가열체로의 효율적인 에너지 전달 등을 고려할 때, 지향성을 가지는 안테나를 사용하는 것이 바람직하며, 복수의 안테나의 출력 신호가 보강 간섭을 이룰 수 있도록 배열 형태로 구성하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 상기 안테나를 배열 형태로 구성함에 있어, 고주파의 주파수, 피가열체까지의 거리 등을 고려하여 그 개수와 배열 방법 등을 결정하는 것이 바람직하다.As the antenna 120, it is preferable to use an antenna having directivity in consideration of efficient energy transfer to the heating target, and it is preferable that the output signals of the plurality of antennas are arranged in an array form so as to achieve constructive interference . Furthermore, when configuring the antennas in the form of an array, it is desirable to determine the number and arrangement method of the antennas in consideration of the frequency of the high frequency, the distance to the object to be heated, and the like.

다음으로, 제어부(130)에 대하여 살핀다. 제어부(130)는 상기 송신부(110)를 제어하여 동기화된 고주파를 생성하고 방사하도록 하여, 상기 복수의 안테나 배열로부터 방사된 고주파가 원거리장(far field)으로 전파되면서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하게 한다. 더 나아가, 피가열체가 근거리장(near field)에 위치하는 경우, 상기 제어부(130)는 상기 수신부(140)로부터 수신된 반사파를 고려하여 반사 특성을 개선할 수 있도록 상기 매칭 블록(150)을 제어하여 그 위치를 조정함으로써 반사 특성을 최소화하게 된다. 이때, 상기 제어부(130)는 상기 매칭 블록(150)을 이동시키는 등의 방법으로 근거리장(near field)의 전기장 분포를 변형함으로써 반사 특성을 개선할 수 있게 된다.Next, the control unit 130 is searched. The control unit 130 controls the transmission unit 110 to generate and radiate synchronized high frequency waves so that the high frequency radiated from the plurality of antenna arrays propagates in a far field to generate a quasi-plane wave, . The control unit 130 controls the matching block 150 to improve the reflection characteristic in consideration of the reflected wave received from the receiving unit 140. In addition, So that the reflection characteristic can be minimized. At this time, the control unit 130 can improve the reflection characteristic by modifying the electric field distribution of the near field by moving the matching block 150. [

또한, 피가열체의 모서리 부분 등 피가열체의 특정 부분에 대한 국부 가열이 필요한 경우에는, 각 송신부(110)의 작동 시간을 제어하거나 복수의 송신부(110) 중 일부 송신부(110)만을 동작시키면서 제어함으로써 원하는 지점에 보다 높은 에너지를 전달하도록 하여 비균일 가열을 보상할 수 있게 된다.When local heating is required for a specific portion of the heating target such as a corner of the heating target, it is necessary to control the operation time of each transmitting unit 110 or to operate only a part of the transmitting units 110 among the plurality of transmitting units 110 So that higher energy is delivered to a desired point, thereby compensating for non-uniform heating.

이어서, 수신부(140)와 매칭 블록(150)에 대하여 살핀다. 앞서 살핀 바와 같이, 피가열체가 근거리장(near field)에 위치하는 경우, 피가열체에 의한 반사파가 송신부(110)의 전력 증폭기(114) 특성 등에 영향을 미칠 수 있으므로, 이를 최소화할 필요가 생긴다. 이를 위하여 상기 수신부(140)를 이용하여 반사파를 측정하고, 이를 고려하여 상기 매칭 블록(150)을 이동시키는 등의 방법으로 근거리장(near field)의 전기장 분포를 바꿀 수 있고, 이를 통하여 반사 특성을 개선함으로써 상기 반사파에 의한 영향을 최소화할 수 있게 된다.Then, the receiver 140 and the matching block 150 are examined. As described above, when the object to be heated is located in the near field, it is necessary to minimize the reflected wave due to the object to be heated because it affects the characteristics of the power amplifier 114 of the transmitter 110 . For this, the electric field distribution of the near field can be changed by measuring the reflected wave using the receiving unit 140, moving the matching block 150 in consideration of the reflected electric field, The effect of the reflected wave can be minimized.

도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 가열 시스템과 종래 위상 변환기를 이용한 배열 송신기를 비교하여 보여주고 있다. 도2(b)에서는 종래 기술에 따른 위상 변환기(phase shifter)를 이용한 배열 송신기를 도시하고 있는데, 각 위상 변환기의 출력 신호의 위상을 독립적으로 조정함으로써 각 안테나에서 방사되는 전파가 상호 간섭을 일으키면서 특정 방향으로 높은 이득을 가지는 방사 패턴을 형성하게 되어, 특정 방향으로 강한 전파를 방사할 수 있게 된다. 반면, 도 2(a)에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송신기 배열을 이용한 원격 가열 시스템(100)을 도시하고 있는데, 각 송신부에 동기화된 제어 신호를 송출함으로써 앞서 살핀 바와 같이 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성할 수 있게 되고, 더 나아가 각 송신부(110)에 대하여 작동 시간을 독립적으로 제어하거나 복수의 송신부(110) 중 일부 송신부(110)만을 동작시키면서 제어함으로써, 국부 가열을 구현하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송신기 배열을 이용한 원격 가열 시스템(100)의 경우 제어 신호의 주기, 기간, 상승 및 하강 시간(rising & falling time) 등을 고려하여 복잡한 제어 신호 회로를 구성하여야 하나, 높은 전송 효율을 가질 수 있고, 정확한 빔 콘트롤이 가능하며, 시스템 온 칩(SOC)으로 제작하는 등 소형화가 가능하다는 장점을 가질 수 있다.2, a remote heating system according to an embodiment of the present invention is compared with an array transmitter using a conventional phase converter. 2 (b) shows an array transmitter using a phase shifter according to the related art. By independently adjusting the phase of the output signal of each phase converter, radio waves radiated from each antenna cause mutual interference A radiation pattern having a high gain in a specific direction is formed, and it becomes possible to radiate a strong radio wave in a specific direction. 2 (a) shows a remote heating system 100 using a high-frequency transmitter array according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2 (a), synchronized control signals are transmitted to each transmitter, the control unit 110 can control the operation time independently of each transmission unit 110 or control only some of the transmission units 110 among the plurality of transmission units 110 so as to realize local heating do. In the case of the remote heating system 100 using the high frequency transmitter arrangement according to the embodiment of the present invention, a complicated control signal circuit should be constructed considering the period, duration, rising and falling time of the control signal, , High transmission efficiency, accurate beam control is possible, and a system-on-a-chip (SOC) can be used for miniaturization.

도 3은 송신부(110)를 제어하여 피가열체의 특정 위치에 대하여 국부 가열하는 경우를 예시하고 있다. 도 3(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 두 송신부(110)의 고주파가 동시에 송출되는 경우에는 양 송신부의 중간 지점, 즉 동일 거리에 최대 전력 전달 영역이 형성되게 되고, 도 3(b)와 도 3(c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 두 송신부(110)의 고주파 발생 시간을 달리하는 경우에는, 최대 전력 전달 영역이 그에 따라 달라지게 된다. 이러한 방법을 이용하여, 피가열체의 특정 위치를 집중적으로 가열하는 것도 가능하게 된다. 이를 통하여 피가열체의 모서리 등 국부적인 가열이 필요한 영역을 집중적으로 가열할 수 있으므로, 비균일 가열로 인한 특성을 보상할 수 있게 된다. 더 나아가, 복수의 송신부(110) 중 일부의 송신부(110) 만을 동작시키면서 상기와 같이 제어하는 방법으로 국부 가열을 구현할 수도 있다.Fig. 3 illustrates a case where the local heating is performed for a specific position of the heating target by controlling the transmitting unit 110. Fig. 3 (a), when the high frequencies of the two transmitting units 110 are simultaneously transmitted, the maximum power transmitting region is formed at an intermediate point of the two transmitting units, that is, at the same distance. As can be seen from FIG. 3 (c), when the high frequency generation time of the two transmitting units 110 is different, the maximum power transfer area is changed accordingly. With this method, it is also possible to intensively heat a specific position of the heating target. Accordingly, it is possible to intensively heat a region requiring local heating, such as the edge of the heating target, so that it is possible to compensate the characteristic due to the nonuniform heating. Furthermore, the local heating may be implemented by controlling only the transmission units 110 of a plurality of the transmission units 110 as described above.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피가열체에 대한 국부 가열 시뮬레이션의 결과 그래프를 도시하고 있다. 도 4(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 점선 내부 영역을 피가열체의 국부 가열 영역으로 잡고, 5GHz의 고주파를 사용하는 것을 가정하여 시뮬레이션을 시행하였다. 도 4(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 배열된 복수의 안테나에서 방사된 고주파가 진행되어 나가면서 피가열체의 국부 가열 영역에 고주파 에너지가 집중되어 공급되는 것을 확인할 수 있다.4 is a graph showing a result of simulation of local heating for a heated body according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 4 (a), simulation was performed assuming that the area inside the dotted line was held in the local heating region of the heating target and high frequency of 5 GHz was used. As can be seen from FIG. 4 (b), it is confirmed that the high-frequency energy is concentrated and supplied to the local heating region of the heating target as the high frequency radiated from the plurality of arranged antennas progresses.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 원격 가열 시스템
110 : 송신부
112 : 신호 생성기
114 : 전력 증폭기
116 : 써큘레이터
118 : 종단 부하
120 : 안테나
130 : 제어부
140 : 수신부
150 : 매칭 블록100: Remote heating system
110:
112: Signal generator
114: Power amplifier
116: Circulator
118: termination load
120: antenna
130:
140: Receiver
150: matching block

Claims (8)

복수의 송신부;
각 송신부에서 생성된 고주파를 방사하는 복수의 안테나; 및
상기 복수의 송신부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되며,
상기 안테나는 평면상에 규칙적으로 배열되어 원거리장(far field)에서 유사 평면파(quasi-plane wave)를 형성하고,
상기 제어부는 상기 복수의 송신부가 동기화된 고주파 신호를 출력하도록 각 송신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.A plurality of transmission units;
A plurality of antennas radiating high frequencies generated by the respective transmitters; And
And a control unit for controlling the plurality of transmission units,
The antennas are regularly arranged on a plane to form a quasi-plane wave in a far field,
Wherein the control unit controls each transmission unit so that the plurality of transmission units output synchronized high frequency signals. 제1항에 있어서,
상기 각 송신부는,
고주파 신호를 생성하는 신호 생성기; 및
상기 고주파 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.The method according to claim 1,
Each of the transmission units includes:
A signal generator for generating a high frequency signal; And
And a power amplifier for amplifying the high-frequency signal. 제2항에 있어서,
상기 송신부는,
외부로부터 유입되는 신호를 소모시키는 종단 부하; 및
상기 전력 증폭기의 출력 신호를 상기 안테나에 전달하면서, 안테나로부터 유입되는 외부 신호는 상기 종단 부하로 전달하는 써큘레이터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.3. The method of claim 2,
The transmitter may further comprise:
A terminal load that consumes a signal input from the outside; And
Further comprising a circulator for transmitting an output signal of the power amplifier to the antenna and transmitting an external signal inputted from the antenna to the terminal load. 제1항에 있어서,
상기 안테나는 지향성 안테나인 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the antenna is a directional antenna. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 피가열체의 특정 위치에 에너지를 집중적으로 전달하기 위하여 상기 각 송신부의 동작 시간 및 동작 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the controller controls operation time and operation of each of the transmitters to intensively transmit energy to a specific position of the heating target. 제2항에 있어서,
상기 신호 생성기는 생성되는 고주파 신호의 주파수를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the signal generator is capable of changing the frequency of the generated high frequency signal. 제1항에 있어서,
상기 송신부와 안테나는 일체형으로 제작된 것임을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the transmitter and the antenna are integrally formed. 제1항에 있어서,
피가열체가 근거리장(Near field)에 위치하는 경우,
상기 방사된 고주파의 반사파를 수신하는 수신부; 및
반사파를 줄여 주는 매칭 블록을 더 포함하며,
이때 상기 제어부는 상기 수신된 반사파를 고려하여 반사파를 최소화할 수 있도록 상기 매칭 블록을 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 원격 가열 시스템.The method according to claim 1,
When the object to be heated is located in a near field,
A receiver for receiving the radiated high frequency reflected wave; And
Further comprising a matching block for reducing reflected waves,
Wherein the controller controls the matching block to minimize the reflected wave in consideration of the received reflected wave.
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