KR101922736B1 - 공간적으로 제어되는 에너지 전달 - Google Patents

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Abstract

전자기 에너지의 소스를 이용하여 에너지 인가 구역에 있는 목표물로 전자기 에너지를 인가해주기 위한 장치들 및 방법들이 개시되었다. 적어도 하나의 프로세서가 에너지 인가 구역의 적어도 한 부분과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 이러한 프로세서는 알려진 전자기 필드 강도 분포를 각각 갖는 복수의 전자기 필드 패턴들 각각에 적용될 가중치를 결정하도록, 그리고 소스가 그 결정된 가중치로 에너지 인가 구역으로 복수의 전자기 필드 패턴들 각각을 공급하도록 구성될 수 있다.

Description

공간적으로 제어되는 에너지 전달{SPATIALLY CONTROLLED ENERGY DELIVERY}
관련 출원들
본 출원은 2010년 3월 3일 출원된 미국 가출원 No. 61/282,980; 2010년 3월 3일 출원된 미국 가출원 No. 61/282,981; 2010년 3월 3일 출원된 미국 가출원 No. 61/282,983; 2010년 3월 3일 출원된 미국 가출원 No. 61/282,984; 2010년 3월 3일 출원된 미국 가출원 No. 61/282,985; 및 2010년 3월 3일 출원된 미국 가출원 No. 61/282,986에 대한 우선권의 이익을 주장한다. 이 출원들 각각은 본 원 전체에 걸쳐 완전히 통합된다.
본 출원은 목표물에 전자기 에너지를 부여하기 위한 장치 및 방법에 관한 가출원이다.
전자기파는 목표물에 에너지를 부여하기 위해 통상적으로 사용된다. 일반적으로, 이와 같은 목표물은 전자기 에너지를 수용하도록 구성된 공동(cavity)에 위치하게 된다. 그러나, 전자기장 분포는 에너지를 인가하는 소스의 특징들뿐만 아니라 목표물의 특성들(예를 들어 목표물의 크기), 위치 및 방향에 좌우될 수 있으므로 전자기 에너지를 제어 가능한 방식으로 인가하는 것은 종종 어렵다. 전자기 에너지 응용 장치의 일 예로는 마이크로웨이브 오븐(microwave oven)이 있다. 마이크로웨이브 오븐에서, 마이크로파는 에너지원으로부터 공기를 통해 목표물에 전자기 에너지를 가해주기 위해 사용된다. 전자기 에너지는 목표물에 의해 흡수되고 열 에너지로 전환되어 목표물의 온도를 올려주게 된다. 일반적인 마이크로웨이브 오븐은 종래의 오븐보다 더 빠르게 가열시키지만, 마이크로웨이브 오븐은 종종 “정상파”로 알려진 현상으로 인해 가열된 목적물에 열점(hot spot)과 냉점(cold spot)을 나타나게 한다. 정지파라고도 알려진 정상파는 일정한 위치에서 남아있고, 전기장 강도의 국부적인 최대 및 최소 진폭에 의해 특징 지워진다. 전기장 강도의 진폭은 목표물이 있을 때 마이크로파의 가열 능력에 보통 비례하기 때문에 정상파는 대개 원치 않은 결과인 목표물의 불균일한 가열을 자주 일으키게 된다.
전통적인 마이크로웨이브 오븐은 정상파 효과에 의해 발생되는 불균일한 가열을 줄여주도록 의도된 디자인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 전통적인 마이크로웨이브 오븐은 무작위로 정상파를 방해하기 위해 필드 방해 요소를 활용한다. 또 다른 예에서, 일부 전통적인 마이크로웨이브 오븐은 가열 대상인 목표물을 회전시켜 정상파 효과를 줄이려고 한다.
본 발명의 일부 실시예의 태양은 전자기(EM) 에너지를 에너지 인가 구역에 제어 가능한 방식으로 인가하는 것에 관한 것이다.
일부 실시예에서는 에너지 인가 구역 내의 모든 위치들 또는 에너지 인가 구역에 위치하는 목표물이 실질적으로 동일한 양의 EM 에너지를 받도록 에너지가 균일하게 가해진다. 일부 실시예에서는, 에너지 인가 구역의 일부 선택된 영역들이나 목표물이 다른 곳에 비해 더 많은 에너지를 받도록 에너지가 불균일한 방식으로 가해진다.
EM 에너지는 EM 웨이브에 의해 이러한 구역에 가해진다. 각 웨이브는 에너지 인가 구역에서 다른 필드 패턴과 에너지 인가 구역에서 대응하는 필드 강도 분포를 여기시킬 수 있다.
일부 실시예에서, EM 구역에 각기 다른 필드 강도 분포(에너지 프로파일이라고도 칭할 수 있음)를 갖는 선택된 EM 웨이브들을 인가함으로써 EM 에너지는 EM 구역으로 가해진다. 웨이브들은 비록 공간의 각 포인트에서 각 웨이브의 필드 강도는 웨이브 간에 서로 다르지만 모든 선택된 웨이브들의 강도의 총 합이 에너지 인가 구역 또는 목표물 전체에 걸쳐 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있다. 이러한 종류의 에너지 인가는 에너지 인가 구역 또는 목표물에 대하여 균일한 또는 실질적으로 균일한 공간적 에너지의 인가를 초래할 수 있다.
일부 실시예에서, 웨이브들은 구역의 일부 선택된 영역에서 선택된 웨이브들의 강도의 총합이 다른 영역에서 보다 더 크도록 선택될 수 있다. 이러한 종류의 에너지 인가는 불균일한 에너지 인가를 초래할 수 있어, 더 큰 에너지가 선택된 영역으로 가해질 수 있다.
EM 웨이브의 에너지 프로파일은 시간에 따라 변할 수 있는데, 예를 들어, 필드 강도는 모든 장소에서 시간에 따라 줄어들 수 있다는 점을 주목해야 한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 필드 강도는 시간에 따라 예를 들면 사인파 모양으로 진동할 수 있다. 필드 패턴의 다른 시간적 전개 또한 존재한다고 알려져 있다.
일부 실시예들에 따라, EM 웨이브는 에너지 프로파일의 시간 평균이 요구되는 바와 같이, 예를 들어 균일하게 공간적으로 분포하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 따라, EM 웨이브는 비록 각 웨이브의 에너지 프로파일이 시간에 따라 변하더라도 각 시간 마다 에너지 프로파일의 총합이 동일하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 목표물에 전자기 에너지를 인가하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 전자기 에너지원과 에너지 인가 구역을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서가 목표물과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 이러한 프로세서는 또한 복수의 전자기 필드 패턴 각각에 부여될 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서는 소스가 결정된 가중치로 에너지 인가 구역에 복수의 전자기 에너지 패턴 각각을 인가하도록 구성될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 목표물(예를 들어 프로세서)이, 적어도 일부 실시예들에서, 작동 시 과제(예를 들어, 복수의 전자기 필드 패턴 각각에 인가될 가중치 결정)를 수행한다면, 목표물은 이러한 과제를 수행하도록 구성될 수 있다고 설명된다. 유사하게, 어떤 과제(예를 들어, 전자기 에너지의 분포 조절)가 목표 결과를 수립하기 위함(예를 들어, 목표물에 복수의 전자기 필드 패턴을 가해주기 위함)으로 설명될 때, 이는 적어도 일부 실시예들에서 그 과제는 목표 결과가 성취되도록 수행됨을 의미한다.
본 발명의 일부 실시예의 태양은 소스에서 에너지 인가 구역에 있는 목표물로 적어도 하나의 방사 소자를 통해 전자기 에너지를 인가해주기 위한 장치를 포함한다. 그 장치는 에너지 인가 구역의 적어도 일부와 관계되는 용적 에너지 전송 정보를 얻도록; 복수의 전자기 필드 패턴 각각에 가해지는 가중치를 결정하도록; 그리고 결정된 가중치로 소스가 에너지 인가 구역으로 복수의 전자기 필드 패턴 각각을 여기시키도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 필드 패턴 각각은 알려진 전자기 필드 강도 분포를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예의 태양은 에너지 인가 구역에서 적어도 두 영역들로 전송되는 에너지 양의 지표를 얻도록 구성되는 프로세서를 포함하는 장치를 포함할 수 있다. 그 프로세서는 얻어진 지표에 기초하여 복수의 MSE 각각에 적용될 가중치를 결정하도록 더 구성될 수 있다. MSE 각각은 전자기 필드 패턴 분포와 관련될 수 있고 가중치는 상기 관련 분포의 가중치 총 합이 실질적으로 에너지의 지시량과 같도록 결정될 수 있다. 프로세서는 전자기 에너지의 소스가 결정된 가중치로 에너지 인가 구역으로 복수의 MSE 각각을 제공하게 하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예의 태양은 적어도 하나의 방사 소자를 통해 에너지 인가 구역으로 RF 에너지의 소스로부터 전자기 에너지를 가해주는 방법을 포함한다. 이 방법은 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보를 얻는 단계로서, 각각의 손실은 에너지 인가 구역의 서로 다른 부분과 관련되는, 정보를 얻는 단계; 및 얻어진 정보에 기초하여 복수의 에너지 필드 패턴 각각에 가해질 가중치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 결정된 가중치로 에너지 인가 구역의 복수의 전자기 필드 패턴 각각을 여기시키는 단계를 더 포함한다.
상술한 요약은 단지 독자에게 본 발명의 일부 태양에 대한 매우 간단한 특징을 제공하고자 함이고 청구하는 발명의 어떠한 범위를 어떤 식으로든 제한하고자 하는 의도는 없다. 또한, 상술한 일반적인 설명과 하기의 상세한 설명 모두 예시적이고 설명을 위한 것이고 청구된 본 발명에 대해 제한적인 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.
예시적이라는 용어는 예, 사례 또는 실례의 의미로서 본원에서 사용되었고, 모방할만 하다거나 우수한 것처럼 반드시 사용되지는 않는다는 것에 주목해야 한다.
본 상세한 설명의 일부를 구성하고 통합된 첨부한 도면은 본 발명의 예시적 태양 및 다양한 실시예를 설명하고 서술함과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 예시적 실시예에 따른, 목표물로 전자기 에너지를 가해주는 장치의 도해를 제공한다.
도 2는 카테시안 좌표계에서 직사각형의 공동(cavity), 원통 좌표계에서 원통형 공동, 그리고 구 좌표계에서 구형 공동에 대한 도해를 제공한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 원리와 일치하는 모드(modal) 공동에서 예시적 필드 패턴을 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 일부 예시적 실시예에 따라, 에너지 인가 구역에 제공되는 전자기 웨이브에 대한 주파수 조절을 수행하도록 구성된 장치에 대한 도해를 제공한다.
도 4b는 본 발명의 일부 예시적 실시예에 따라, 에너지 인가 구역에 제공되는 전자기 웨이브에 대한 주파수 조절을 수행하도록 구성된 장치의 또 다른 도해를 제공한다.
도 5는 본 발명의 일부 예시적 실시예에 따라, 에너지 인가 구역에 제공되는 전자기 웨이브에 대한 위상 조절을 수행하도록 구성된 장치의 도해를 제공한다
도 6a는 본 발명의 일부 예시적 실시예에 따라, 에너지 인가 구역에 제공되는 전자기 웨이브에 대한 진폭 조절을 수행하도록 구성된 장치의 도해를 제공한다
도 6b는 본 발명의 일부 실시예에 따라, 에너지 인가 구역에 제공되는 전자기 웨이브에 대한 진폭 조절을 수행하도록 구성된 장치의 또 다른 도해를 제공한다
도 7a내지 7c는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 예시적 에너지 인가 구역 분할 전략을 묘사한다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적 손실 프로파일을 나타낸다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 공간적으로 제어되는 예시적 에너지 전달 방법을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 공간적으로 제어되는 에너지 전달 방법을 시행하는 예시적 단계에 대한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따라, 에너지 인가 구역으로부터의 응답에 기초하여 손실 프로파일을 구성하도록 구성된 프로세서의 단순화된 블록도이다.
도 12a, 12b 및 12C는 본 발명의 일부 실시예에 따른 에너지 인가 구역에서 여기될 수 있는 유형의 필드 강도 분포를 나타낸다.
도 13a 및 13b는 Z 축에 수직한 단면에서 X 축을 따라 공동에서 동일한 주파수로 여기될 수 있는 두 개 유형의 정규화된 전기장 크기의 계산된 값을 나타낸다.
첨부된 도면에 도시되는 본 발명의 예시적 실시예에 대해 자세하게 언급될 것이다. 적절한 경우에는, 동일한 도면부호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에 사용된다.
본 발명의 실시예들은 에너지 인가 구역에서 목표물에 전자기 에너지를 가해주기 위한 장치들 및 방법들을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 장치라는 용어는 본원에서 설명되는 어떠한 구성 요소 또는 구성 요소들의 그룹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 장치는 도 1에서 도시된 프로세서(30)와 같은 프로세서만을 나타낼 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이러한 장치는 프로세서와 하나 이상의 방사 소자의 조합; 프로세서, 공동 및 하나 이상의 방사 소자의 조합; 프로세서와 전자기 에너지의 소스의 조합; 프로세서, 공동, 하나 이상의 방사 소자 및 전자기 에너지의 소스의 조합; 또는 본원에서 설명되는 구성 요소의 다른 어떤 조합을 포함한다.
본원에서 사용되는 전자기 에너지라는 용어는 무선 주파수(RF), 적외선(IR), 근적외선, 가시광선, 자외선 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 전자기 스펙트럼의 임의의 또는 모든 부분을 포함한다. 일부 경우들에, 인가되는 전자기 에너지는 3KHz에서 300GHz의 주파수인 100km내지 1mm의 파장을 갖는 RF 에너지를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 좀 더 좁은 주파수 범위 예를 들어 1MHz에서 100GHz 이내의 RF에너지가 인가될 수 있다. 예를 들어, 마이크로파와 극초단파는 모두 RF 범위 내에 있게 된다. 비록 본 발명의 예시들이 RF 에너지의 인가와 관련하여 본원에서 설명되고 있지만, 이러한 설명들은 본 발명의 몇몇 예시적 원리를 설명하기 위해 제공되는 것이고, 전자기 스펙트럼의 어떠한 특별한 부분으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. RF 범위에서 전자기 에너지는 RF 에너지로서 언급될 수 있다.
유사하게, 예시적 목적을 위해, 본 명세서는 가열을 위해 사용되는 전자기 에너지의 많은 예를 포함한다. 또한, 이러한 설명들은 본 발명의 예시적 원리를 설명하기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은, 설명되고 청구된 바와 같이, 에너지의 인가로 온도가 올라가는지 여부와 관계 없이 에너지의 인가를 포함하는 다양한 제품 및 산업적, 상업적 그리고 소비자 공정에 대한 이익을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전자기 에너지는 가열, 연소, 해빙, 해동, 요리, 건조, 반응 가속화, 팽창, 증발, 융해, 생물학적 공정을 일으키거나 바꿈, 의료적 처치, 얼거나 차가워지는 것을 방지, 원하는 온도 범위 내에 목표물을 유지하기 위해 또는 에너지 인가가 바람직한 기타 응용을 위해 목표물에 인가될 수 있다.
또한, 전자기 에너지가 인가되는 목표물(또는 부하)에 대한 언급은 특정 형태로 제한되지 않는다. 목표물은 본 발명의 하나 이상의 실시예들이 활용되는 특별한 공정에 따라 액체, 고체, 또는 가스를 포함하고, 목표물은 하나 이상의 서로 다른 상의 물질의 혼합물 또는 복합물을 포함한다. 또한, 목표물이라는 용어는 단수형이지만, 여러 아이템 또는 분리된 부분 또는 구성 요소를 나타낼 수 있다. 따라서, 제한되지 않는 예시의 방법으로, 목표물이라는 용어는 해동되거나 조리될 음식물; 건조될 의류 또는 기타 물질; 해동될 냉동 재료(예를 들어 장기); 반응될 화학물질들; 연소될 연료 또는 다른 가연성 재료; 탈수될 수화물; 팽창될 가스; 해동되거나, 가열되거나, 끓여지거나 증발될 액체; 해동되고/되거나 가열될 혈액 또는 혈액 성분(예를 들어 혈장 또는 적혈구); 제조될 재료; 연결될 구성 요소들; 또는 전자기 에너지를 명목상으로라도 인가하기를 원하는 다른 임의의 재료와 같은 물질을 포함할 수 있다.
어떤 개시된 실시예에 따라, 장치 또는 방법은 에너지 인가 구역의 사용을 포함할 수 있다. 에너지 인가 구역은 전자기 에너지가 인가될 수 있는 임의의 보이드(void), 위치, 영역 또는 면적을 포함할 수 있다. 이 구역은 중공(hollow)을 포함할 수 있고/있거나 액체, 고체, 가스 또는 그들의 조합으로 채워지거나 부분적으로 채워질 수 있다. 오직 예로서, 에너지 인가 구역은 전자기파의 존재, 전파 및/또는 공진을 가능하게 하는 울타리 내부, 부분적 울타리 내부(예를 들어 컨베이어 벨트 오븐), 도관 내부, 열린 공간, 고체 또는 부분적 고체를 포함할 수 있다. 이 구역은 에너지 인가의 목적에 따라 영구적으로 또는 일시적으로 구성될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 그와 같은 대안적 에너지 인가 구역 모두는 대안적으로 공동으로 칭할 수 있는데, 공동이라는 용어는 전자기 에너지가 인가될 수 있는 영역 이외의 특별한 물리적 구조를 뜻하지 않는 것으로 이해할 수 있다.
에너지 인가 구역은 오븐, 챔버, 탱크, 건조기, 해동기, 탈수기, 반응기, 로, 캐비닛, 엔진, 화학적 또는 생물학적 공정 장치, 소각로, 재료 성형 또는 형성 장치, 컨베이어, 소각 구역, 또는 에너지를 인가가 바람직한 어떤 영역에든 위치할 수 있다. 따라서, 전자기 에너지 인가 구역은 전자기 공진기(또한 공동 공진기, 공진 공동 또는 공동으로도 알려짐)를 포함할 수 있다. 전자기 에너지는 목표물 또는 그 일부가 에너지 인가 구역에서 위치하게 될 때 목표물로 전달될 수 있다.
에너지 인가 구역은 소정의 형상(예를 들어, 사전에 결정된 형상) 또는 그렇지 않다면 확정할 수 있는 형상을 가질 수 있다. 에너지 인가 구역은 에너지 인가 구역 내에서 전자기파의 전파가 허용되는 임의의 형상을 상정할 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역의 전부 또는 일부는 구형, 반구형, 직사각형, 원형, 삼각형, 계란형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형 또는 다른 어떤 형상 또는 그 조합 형상인 단면을 가질 수 있다. 또한 에너지 인가 구역은 닫혀지거나(예를 들어 전도성 재료로 완전히 둘러싸는), 적어도 일부에서 구속되거나, 개방되거나, (예를 들어 구속되지 않는 개구부), 또는 다른 적절한 구성이 고려될 수 있다. 비록 일부 적용에서 닫힘의 정도가 높은 것이 바람직할 수 있지만 본 발명의 실시예의 일반적 방법론은 어떠한 특정 공동 형상, 구성 또는 에너지 인가 구역의 닫힘 정도에 제한되지 않는다.
예로서, 공동(20)과 같은 에너지 인가 구역은 도 1에서 도해적으로 나타내었는데, 목표물(50)은 공동(20)에 위치되어있다. 목표물(50)은 에너지 인가 구역에 완전히 위치될 필요는 없다는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 목표물(50)은 목표물의 적어도 일부가 에너지 인가 구역에 위치하게 되면 에너지 인가 구역 “내에” 있는 것으로 여겨진다.
본원에서 개시된 일부 실시예들에 따라, 적어도 하나의 파장의 전자기파들은 에너지 인가 구역에서 공진할 수 있다. 다시 말해, 에너지 인가 구역은 적어도 하나의 공진 파장을 지원할 수 있다. 예를 들어, 공동(20)은 소정의 주파수 범위(예를 들면 300MHz 에서 3GHz 사이의, 또는 400MHz 에서 1GHz 사이의 UHF 또는 마이크로파 범위의 주파수)에서 공동이 공진하게 해주는 치수로 설계될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “소정의”은 “사정에 결정된”을 의미할 수 있다. 의도된 적용에 따라, 공동(20)의 치수는 전자기 스펙트럼에서 주파수의 다른 범위에서 공진할 수 있도록 설계될 수 있다. “공진의”또는 “공진”이라는 용어는 (“공진주파수”라고 알려진) 일부 주파수에서 더 큰 진폭으로 에너지 인가 구역에서 진동하는 전자기파의 경향을 나타낸다. 특정 공진 주파수에서 공진하는 전자기파는 λ=c/f 를 통해 결정되는, 공진 주파수에 반비례하여 대응하는 “공진 파장”을 가질 수 있는데, 여기서 λ는 공진 파장을, f는 공진 주파수를, 그리고 c는 에너지 인가 구역에서 전자기파의 전파속도를 나타낸다. 전파속도는 파가 전파되는 매질에 따라 변할 수 있다. 그러므로, 에너지 인가 구역이 둘 이상의 재료(예를 들어, 부하와 보이드)를 포함할 때, c는 고유하게 정의될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 공진(s)은 예를 들어 주요 구성성분의 c에 기초한 추정치, 서로 다른 구성성분들에 의해 가중치가 부여되는 유효 c, 다양한 구성성분들의 c의 평균, 또는 기술분야의 알려진 어떤 다른 기술을 이용하는 것과 같이 다소 상이한 관계를 사용하여 결정될 수 있다.
에너지 인가 구역에서 전자기파는 일정한 필드 패턴을 나타낼 수 있다. “필드 패턴”은 전자기장의 공간적 분포를 나타낼 수 있다. 필드 패턴은 예를 들어 에너지 인가 구역에서 전자기장 강도 분포의 진폭에 의해 특징지어질 수 있다. 일반적으로, 전자기장 강도는 시간에 따라 변하고 공간적인 의존성이 있다. 즉, 서로 다른 공간 위치에서 필드 강도가 다를 수 있을 뿐만 아니라 공간 내의 주어진 위치에 대해 필드 강도는 시간에 따라, 예를 들어 흔히 사인파 형태로 진동하여, 다르게 될 수 있다. 따라서, 서로 다른 공간 위치에서, 필드 강도는 동시에 그 최대치(예를 들어, 그 사이에서 필드 강도가 시간에서 및/또는 공간에서 진동할 수 있는 진폭 값들)에 도달하지 못 할 수 있다. 주어진 위치에서 필드 강도 진폭은 전자기장과 관련된 정보, 예를 들어 전자기 파워 밀도 및 에너지전송 능력을 나타낼 수 있기 때문에, 본원에서 언급되는 필드 패턴은 하나 이상의 공간적 위치들에서 필드 강도의 진폭을 나타내는 프로파일을 포함할 수 있다. 그와 같은 필드 강도 진폭 프로파일은 구역에서 주어진 시간에 일시적 필드 강도 분포에 대한 순간 모양과 같거나 또는 다를 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “진폭”이라는 용어는 “크기”와 호환될 수 있다.
필드 패턴은 에너지 인가 구역에 전자기 에너지를 인가함으로써 여기될 수 있다. 예를 들어, 어떤 주파수와 위상의 전자기파를 조사하여 주어진 에너지 인가 구역에서 일정한 전자기장 패턴을 여기시킬 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “여기되다”라는 용어는 “발생시킴”,”생성됨”, 및 “인가됨”과 호환될 수 있다. 일반적으로, 에너지 인가 구역에서 필드 패턴은 균질하지 않을(예를 들어, 불균일한) 수 있다. 즉, 필드 패턴은 비교적 높은 필드 강도의 진폭을 갖는 영역들과 비교적 낮은 필드 강도의 진폭을 갖는 다른 영역들을 포함할 수 있다. 전자기 소스로부터 에너지 인가 구역에 있는 영역으로의 에너지 전송(인가)의 속도는 그 영역의 소스에 의해 여기되는 필드 강도의 진폭에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 에너지 전송은 낮은 필드 강도의 진폭을 갖는 영역들에서 보다 더 높은 필드 강도의 진폭을 갖는 영역들에서 더 빠르게 일어날 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “에너지 전송”은 “에너지 전달” 및 “에너지 인가”와 호환될 수 있다.
공진파(예를 들어 정상파)가 구역에 존재할 때, 여기된 필든 패턴은 시간에 걸친 공간에서 실질적으로 안정적이 될 수 있다(예를 들면, 여기된 필드 패턴은 구역의 임의의 주어진 위치에서 필드 강도의 정적인 진폭을 나타낼 수 있다). 그 결과, 필드 강도의 비교적 높은 진폭을 갖는 영역들과 필드 강도의 비교적 낮은 진폭을 갖는 영역들은 시간에 걸쳐 실질적으로 변하지 않고 유지될 수 있다. 서로 다른 특징을 갖는 다른 영역들의 그와 같은 상대적 안정성은 영역들의 식별, 국지화 및 활용을 가능하게 한다. 예를 들어, 특정 필드 패턴과 일치하는 비교적 높은 필드 강도의 진폭을 갖는 하나 이상의 영역들의 위치를 식별함으로써, 이러한 필드 패턴을 의도적으로 여기시킬 수 있고, 그와 같은 영역들을 활용하여, 예를 들어, 그와 같은 영역들에 목표물을 위치하게 함에 의해 목표물로 전자기 에너지를 전송하거나, 그와 같은 영역들의 바깥에 목표물을 놓아 에너지 전송을 피하거나, 또는 목표물과 그와 같은 영역들 사이의 중첩을 조절하여 목표물의 일정 영역으로 에너지를 전송할 수 있다. 대안적으로, 목표물 그 자체는 동일하게 유지되고 에너지 전송의 조절은 다른 필드 패턴을 여기시키는 것에 의해 그리고 목표물과 중첩되도록 (알려진 위치들, 방향들, 및/또는 다른 특성들을 갖는)필드 강도의 높은/낮은 진폭의 서로 다른 영역들을 조작하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 필드 패턴을 조절함에 의해(예를 들어, 선택된 필드 패턴을 여기시키는 것에 의해) 목표물에 있는 일정 영역에 인가되는 에너지의 양이 조절될 수 있다. 이러한 방법은 전자기 공간 필터링이라고 칭할 수 있다.
필드 패턴은 “모드”라고 알려진 기초 필드 패턴의 선형적 조합으로 표현될 수 있다. 모드는 서로 선형적으로 독립적인 한 세트의 특수한 필드 패턴이다. 하나의 모드 또는 모드들의 조합(예를 들어, 일반적인 필드 패턴)은 전파, 소멸, 및 공진을 포함하는 임의의 알려진 형태의 것이 될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서 여기된 필드 패턴은 모드의 조합을 포함한다. 에너지 인가는 에너지 인가 구역에서 다양한 서로 다른 모드들을 여기시키는 것에 의해 더 효과적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서는 한 세트의 필드 패턴들, 또는 더 구체적으로 모드들은 실질적으로 구역의 전체 작업량에서 상당한 필드 강도를 총괄적으로 가질 수 있다.
일부 실시예에서는, 장치 또는 방법이 에너지 인가 구역으로 전자기 에너지를 전달하도록 구성된 소스의 사용을 포함할 수 있다. 소스는 전자기 에너지를 발생시키고 공급하기에 적합한 임의의 구성 요소 또는 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자기 에너지는 소정의 파장들 또는 주파수들에서 (전자기 방사로도 알려진) 전자기파의 형태로 에너지 인가 구역으로 공급될 수 있다. 전자기파는 전송파, 공진파, 정상파, 소멸파, 및/또는 기타 다른 방법으로 중간 매질을 통해 이동하는 파장들을 포함할 수 있다. 전자기 방사는 상호작용하는 물질로 전달(또는 소멸)될 수 있는 에너지를 운반한다.
도 1을 참조하여, 소스는 전자기 에너지를 발생시키도록 구성된 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 전력 공급원(12)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급원(12)은 하나 이상의 소정의 파장 또는 주파수에서 마이크로파를 발생시키도록 구성된 마그네트론(magnetron)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마그네트론은 높은 파워의 마이크로파를 발생시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전력 공급원(12)은 일정한 또는 변하는 주파수를 가지는 AC 파형(예를 들어, AC 전압 또는 전류)을 만들어내도록 구성되는 전압 조절 발진기와 같은 반도체 발진기를 포함할 수 있다. AC 파형은 사인파, 구형파, 펄스파, 삼각파, 또는 극성이 바뀌는 기타 다른 형태의 파형을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전자기 에너지의 소스는 전자기장 발생기, 전자기 플럭스 발생기, 또는 전자기 에너지를 발생시키는 임의의 메커니즘과 같은 기타 다른 전력 공급원을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 장치는 전력 공급원(12)에 의해 발생된 전자기 에너지와 관련된 하나 이상의 특징들을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 변조기(14)를 또한 포함할 수 있다. 변조기는 소스의 일부일 수도 있고 아닐 수도 있다. 예를 들어, 변조기(14)는 진폭(예를 들어, 서로 다른 방사 소자들 사이의 진폭 차), 위상, 및/또는 주파수를 포함하는, 파형의 하나 이상의 특성들을 변경하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 변조기(14)는 각각 AC 파형의 위상, 주파수 또는 진폭을 변경하도록 구성된 위상 변조기, 주파수 변조기 또는 진폭 변조기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 조절기들은 도 4a, 4b, 5, 6a, 및 6b와 연계해서 다음에 더 자세히 설명될 것이다. 일부 실시예들에서, 조절기(14)는 전력 공급원(12)에 의해 발생되는 AC 파형이 다양한 주파수, 다양한 위상 및 다양한 진폭 중 적어도 어느 하나를 갖도록 전력 공급원(12)의 일부로 통합될 수 있다.
장치는 예를 들어 변조기(14)에 의해 변경되기 전 또는 후의 AC 파형을 증폭하기 위한 증폭기(16)를 또한 포함할 수 있다. 증폭기는 소스의 일부이거나 또는 일부가 아닐 수도 있다. 증폭기(16)는 예를 들어, 하나 이상의 전력 트랜지스터를 포함하는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 증폭기(16)는 1차 권선에서 보다 2차 권선에서 더 많은 권선수를 갖는 승압 변압기를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 증폭기(16)는 양극성 트랜지스터, MOSFET, 사이리스터(thyristor), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), IGCT(integrated gate-communicated thyristor) 및 RF 신호를 증폭하기에 적합한 임의의 다른 전력 전자 소자와 같은 하나 이상의 전력 전자 소자를 또한 포함할 수 있다. 증폭기는 AC-AC 컨버터, AC-DC-AC 컨버터 또는 임의의 다른 적절한 형태의 컨버터와 같은 하나 이상의 신호 컨버터를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 증폭기(16)는 원하는 레벨까지 입력 신호를 증폭하도록 구성된 임의의 다른 소자(들) 또는 회로(들)을 포함할 수 있다.
장치는 목표물(50)에 전자기 에너지를 전송하거나 또는 가해주도록 구성된 적어도 하나의 방사 소자(18)를 또한 포함할 수 있다. 방사 소자(들)은 소스의 일부이거나 또는 일부가 아닐 수 있다. 방사 소자(18)는 전자기 에너지를 목표물(50)에 공급하기 위한 하나 이상의 도파관 및/또는 하나 이상의 (급전(power feed)으로 알려진)안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방사 소자(18)는 슬롯 안테나, 다이폴 안테나, 와이어 안테나, 혼 안테나, 패치 안테나, 및 다른 형태의 안테나들을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 방사 소자(18)는 다른 종류 또는 형태의 도파관들 또는 안테나들을, 또는 전자기 에너지가 그로부터 발산될 수 있는 다른 적절한 구조를 포함할 수 있다.
전력 공급원(12), 변조기(14), 증폭기(16), 및 방사 소자(18)(또는 그 일부)는 분리된 구성 요소들일 수 있고, 또는 그것들의 어떤 조합이 단일 유닛을 형성하기 위해 함께 일체화될 수 있다. 전력 공급원(12), 변조기(14), 증폭기(16) 및 방사 소자(18) (또는 그 부분들)은 소스의 일부일 수 있다. 예를 들어, 마그네트론은 전자기 에너지를 발생시키기 위한 전력 공급원(12)에 포함될 수 있고, 도파관은 목표물(50)에 에너지를 전송하기 위해 마그네트론에 물리적으로 부착될 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 방사 소자(18)는 마그네트론으로부터 분리될 수 있다. 유사하게, 전자기 발생기의 다른 형태는 방사 소자가, 예를 들어, 발생기 또는 그 일부로부터 물리적으로 분리되거나 또는 그렇지 않으면 발생기에 연결될 수 있는 곳에서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 둘 이상의 방사 소자가 제공될 수 있다. 방사 소자는 에너지 인가 구역을 정의하는 하나 이상의 표면에서, 인접해서 또는 위에서 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 방사 소자(18)는 에너지 인가 구역 내부 및/또는 외부에 위치될 수 있다. 방사 소자(18)가 구역의 바깥에 위치될 때, 방사된 에너지가 에너지 인가 구역에 미치도록 하는 소자들에 연결될 수 있다. 방사된 에너지가 에너지 인가 구역에 도달하도록 하는 소자들은, 예를 들어 도파관 및/또는 안테나를 포함할 수 있다. 각 방사 소자의 방향과 구성은 목표, 예를 들어, 에너지 인가 구역에서 원하는 에너지 분포의 적용을 얻기 위해 요구될 수 있는 바와 같이, 차이가 있거나 또는 동일하게 될 수 있다. 또한, 각 방사 소자의 위치, 방향 및 구성은 목표물(50)에 에너지를 인가하기 전에 미리 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 변수들은 에너지를 가해주는 동안 예를 들어 프로세서를 사용하여 동적으로 조정될 수 있다. 본 발명은 방사 소자가 특정 구조를 갖거나 또는 특정 영역 또는 구역에 필수적으로 위치하게 되는 것에 제한되지 않는다. 그러나, 그 위치, 방향, 및/또는 구성에 따라 서로 다른 방사 소자들로부터 발생되는 웨이브의 진폭을 선택하거나 또는 일정 위치에 방사 소자를 위치하게 함은 본 발명을 실시함에 있어 사용될 수 있다.
하나 이상의 방사 소자(들)(18)은 선택적으로 전자기 에너지를 방사하는 것에 부가하여 전자기 에너지를 입력 받도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 본원에서 사용된 바와 같은, 방사 소자라는 용어는, 그 구조가 에너지를 방사하거나 또는 입력 받는 목적으로 원래 설계되었는지 여부와 관계없이 그리고 그 구조가 어떤 추가적 기능을 갖는 지와 관계없이, 전자기 에너지를 방사하는 구조 및/또는 전자기 에너지를 입력 받을 수 있는 구조를 광범위하게 지칭할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따른 장치 또는 방법은 하나 이상의 방사 소자가 입력 받는 전자기파와 일치하는 신호를 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출기의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 도시된 바와 같이, 검출기(40)는 수신기로서 역할을 하는 경우에는 공동(20)으로부터 전자기파를 받아들이는 방사 소자(18)에 연결될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “검출기”라는 용어는 전자기파와 관련된 적어도 하나의 매개변수를 측정, 감지, 모니터링 등을 하도록 구성된 하나 이상의 전기 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그와 같은 검출기는 (각각 “입사 전력”, “반사 전력” 및 “전송 전력”으로 알려진)입사, 반사 및/또는 전송되는 전자기파와 관련되는 전력 레벨을 검출하도록 구성된 전력계를 포함할 수 있다. 이와 같은 검출기는 웨이브의 진폭을 검출하도록 구성된 진폭 검출기, 웨이브의 위상을 검출하도록 구성된 위상 검출기, 웨이브의 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출기, 및/또는 전자기파의 특징을 검출하기에 적절한 임의의 다른 회로를 또한 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 소스는 방사 소자로 입사 전력을 공급할 수 있다. 이제, 이러한 입사 전력은 방사 소자에 의해 에너지 인가 구역으로 공급될 수 있다. 입사 전력 중, 일부는 구역과 관계되는 다른 구조물들 및 목표물에 의해 소모된다. 목표물에 의해 소모되는 입사 전력의 이러한 부분은 소모 전력이라고 칭할 수 있다. 입사 전력의 다른 일부는 반사될 수 있다. 입사 전력의 이러한 일부는 “반사 전력”이라고 칭할 수 있다. 반사 전력은 예를 들어 목표물 및/또는 에너지 인가 구역을 통해 방사 소자로 반사되어 돌아오는 전력을 포함할 수 있다. 반사 전력은 방사 소자와 구역 사이의 계면에서 반사되는 전력(예를 들어, 방사 소자에서 직접적으로 반사되며 구역으로 흐르지 않는 전력)을 또한 포함할 수 있다. 반사된 전력 및 소모된 전력 이외의 입사 전력의 나머지는, 일부 실시예에서, 방사 소자들로도 기능할 수 있는 하나 이상의 수신기들로 전송될 수 있다. 입사 전력의 이러한 일부는 전송 전력이라 칭할 수 있다. 일부 에너지(전력)는 공동의 벽으로, 문 등을 통해서와 같이 다른 장소들로 또한 새어나갈 수 있는 데, 간단함을 위해, 에너지(전력)의 이러한 일부는 본원에서 논의되지 않았다. 일부 실시예에 있어서, 에너지(전력)의 이러한 일부는 실질적으로 작고, 무시할 수 있는 정도로 추정될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 검출기(40)는, 방사 소자들이 송신기와 같이 기능할 때(예를 들어, 구역으로 에너지를 가하기 위해 방사할 때) 증폭기(16)로부터 방사 소자로 신호가 흐르도록, 그리고 방사 소자가 수신기로서 기능할 때(예를 들어, 방사 소자가 에너지를 수용할 때) 증폭기(16)로부터 검출기로 신호가 흐르도록 구성되는, 일방향 또는 쌍방향 커플러를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이러한 방향 커플러는 흐르는 신호의 전력을 측정하도록 더 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출기는 흐르는 신호의 전류 및/또는 전압을 측정하는 다른 형태의 회로들을 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들의 장치 또는 방법은 프로세서의 사용을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, “프로세서”라는 말은 하나 이상의 명령을 수행하는 전기 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 프로세서는 하나 이상의 집적 회로, 마이크로칩, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서, 중앙연산장치(CPU)의 모두 또는 일부, 그래픽 처리 장치(GPU), 디지털 신호 처리기(DSP), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field-programmable gate array, FPGA) 또는 명령을 수행하거나 또는 논리 연산을 수행하기에 적합한 다른 회로를 포함할 수 있다.
프로세서에 의해 수행되는 명령은 예를 들어 프로세서로 미리 입력되거나 또는 RAM, ROM, 하드 디스크, 광 디스크, 자기 매체, 플래시 메모리, 다른 영구적, 고정된 또는 휘발성 메모리, 또는 프로세서에 명령을 제공할 수 있는 임의의 다른 메커니즘과 같은 별도의 기억 장치에 저장될 수 있다. 프로세서(들)는 특별한 사용을 위해 맞춤 제작될 수 있고 또는 일반적 목적의 사용을 위해 구성될 수 있으며 서로 다른 소프트웨어를 수행함에 의해 서로 다른 기능을 수행할 수 있다.
둘 이상의 프로세서가 채용되면, 모두 유사한 구조이거나 또는 서로 전기적으로 연결되거나 독립적인 서로 다른 구조일 수 있다. 프로세서들은 별도의 회로이거나 단일 회로에서 집적된 회로일 수 있다. 둘 이상의 프로세서가 사용될 때, 독립적으로 또는 협력적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 이들은 전기적으로, 자기적으로, 광학적으로, 기계적으로, 무선으로 또는 그들 사이에 적어도 하나의 신호가 통신되도록 하는 임의의 다른 방법으로 결합될 수 있다.
단일 또는 복수의 프로세서는 소스를 조절하는 단일 목적을 위해 제공될 수 있다. 대안적으로, 단일 또는 복수의 프로세서는 다른 기능을 제공함에 덧붙여 소스를 조절하는 기능이 부여될 수 있다. 예를 들어, 소스를 조절하기 위해 사용되는 동일 프로세서(들)은 소스 이외의 구성 요소에 추가적인 제어 기능을 제공하는 제어 회로로 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 에너지 인가 구역에 있는 원하는 필드 패턴을 발생시키거나 또는 여기시키도록 소스를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 하나 이상의 모듈레이션 스페이스(modulation space) 소자를 결정하고 /하거나 선택하여 에너지 인가 구역에 있는 원하는 필드 패턴을 발생시킬 수 있다.
“모듈레이션 스페이스” 또는 “MS”라는 용어는 에너지 인가 구역에 있는 필드 패턴에 영향을 미칠 수 있는 모든 매개변수들과 그들의 모든 조합을 총체적으로 언급하는 것으로 사용된다. 일부 실시예에서, “MS”는 사용될 수 있는 가능한 모든 구성 요소들과 그들의 잠재적 설정(다른 것들에 대해 절대적이거나 상대적임) 및 그 구성 요소들과 관련되는 조절 가능한 매개변수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, “MS”는 복수의 가변 매개변수, 안테나의 수, 그들의 위치 및/또는 방향(조절 가능한 경우), 사용 가능한 대역폭, 모든 사용 가능한 주파수 세트 및 그것들의 임의의 조합, 전력 설정, 위상 등을 포함할 수 있다. MS는 하나의 변수 사이에서만(예를 들어 주파수만으로 또는 위상 만으로 제한되는 일차원 MS), 둘 이상의 차원들(예를 들어 동일한 MS 내에서 함께 변하는 주파수와 진폭) 또는 그 이상의 차원들 사이의 범위를 가지는, 임의의 개수의 가능한 변동하는 매개변수를 가질 수 있다.
모듈레이션 스페이스에 영향을 미치는 에너지 인가 구역 관련 인자들의 예들은 에너지 인가 구역의 치수 및 형상 그리고 에너지 인가 구역이 만들어진 재료를 포함한다. 모듈레이션 스페이스에 영향을 미칠 수 있는 에너지원 관련 인자들의 예들은 에너지 전달의 위상, 진폭 및 주파수를 포함한다. 모듈레이션 스페이스에 영향을 미칠 수 있는 방사 소자 관련 인자들의 예들은 방사 소자의 유형, 수, 크기, 형상, 구성, 방향 및 위치를 포함한다.
MS와 관련된 각 가변 매개변수는 MS 차원으로 생각될 수 있다. 예를 들어, 3차원 모듈레이션 스페이스는 주파수(F), 위상(φ) 및 진폭(A)으로 나타내지는 3 차원을 포함할 수 있다. 즉, 모든 다른 변수들은 미리 결정되고 에너지 인가 중 고정될 수 있지만, 전자기파의 주파수, 위상 및 진폭은 에너지 인가 중 조절될 수 있다. MS는 또한 오직 하나의 매개변수가 에너지 인가 중 변하게 되는 1차원이거나 또는 변동되는 많은 차원을 포함할 수 있다.
“모듈레이션 스페이스 소자” 또는 “MSE”라는 용어는 MS에서 가변 변수의 값의 일정한 세트를 나타낼 수 있다. 따라서, MS는 모든 가능한 MSE의 집합이 되는 것으로 생각될 수도 있다. 예를 들어, 두 개의 MSE는 복수의 방사 소자에 공급되는 에너지의 비교 진폭에서 서로 다를 수 있다. 연속적으로 지나가는 MSE가 서로 관련될 필요는 없다. 오히려, MSE 변수들은 MSE간에 현저하게 다를 수 있다(또는 논리적으로 관련될 수 있다). 일부 실시예에서, MSE 변수들은 아마도 그들 사이에 논리적 관련이 없거나 매우 작은 논리적 관련을 가지고, MSE간에 현저하게 다를 수 있지만, 집합에서는 작동하는 MSE의 그룹은 희망하는 에너지 인가 목표를 얻을 수 있다.
프로세서는 에너지 인가 구역에 있는 서로 다른 영역들로 서로 다른 소정의 양의 에너지를 전송(인가)하기 위한 소스를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역 내에서, 구역의 하나 이상이 특정 영역에 일정 양의 에너지를 공급하고, 동시에, 구역의 하나 이상의 다른 영역에 다른 양의 에너지를 공급하는 것이 바람직할 수 있다. “영역”이라는 말은, 셀, 부용적(sub-volume), 부분할(sub-division), 단절되는 부공간(sub-space), 또는 공동의 임의의 부분과 같은 에너지 인가 구역의 임의의 일부를 포함할 수 있다. 일 예에서, 에너지 인가 구역은 두 개의 영역을 포함할 수 있다. 다른 예에서는 에너지 인가 구역은 셋 이상의 영역을 포함할 수 있다. 영역은 서로 중첩되거나 또는 중첩되지 않을 수 있고, 각 영역의 크기는 동일할 수 있거나 또는 동일하지 않을 수 있다. “영역” 및 “구역”이라는 용어는 본원에서 호환되어 사용된다.
프로세서는 에너지 인가 구역 내에서의 영역의 위치를 결정 및/또는 조절하며, 얼마나 많은 에너지가 이들 영역들의 각각으로 공급되는지를 또한 조절하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서는 에너지 인가 구역에 있는 목표물의 위치에 따라 영역의 위치를 결정 및/또는 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(30)는 구역에 있는 목표물의 위치에 대한 정보를 얻도록 에너지 인가 구역으로부터 피드백, 예를 들어 반사적 피드백을 모니터링 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(30)는 하나 이상의 영상 장치를 통해 이러한 형태의 정보를 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서는 목표물의 위치나 목표물의 다른 부분들의 위치에 해당하는 영역의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(30)는 목표물의 서로 다른 양의 전자기 에너지가 이러한 다른 부분들로 전송되도록(인가되도록) 구성될 수 있다. 각 영역에서 실질적으로 소모되는 에너지의 양은 그 영역에서의 필드 강도와 그 특정 영역에서 목표물의 대응하는 부분의 흡수 특징에 좌우될 수 있다.
두 영역들은 에너지 인가 구역 내에서 서로 인접하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역은 목표물의 일부 또는 목표물에 의해 점유되는 영역 및 목표물의 영역과 구별되는 영역을 정의하는 다른 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 이러한 두 영역은 서로 인접하면서 그리고 경계에 의해 분리될 수 있다. 예로서, 첫 번째 영역은 컵 안의 스프의 용적에 대응할 수 있고, 두 번째 영역은 스프를 담는 컵과 그 컵을 둘러싸는 공간을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 에너지 인가 구역은 서로 다른 흡수 특징을 나타내는 목표물 내의 영역들에 대응하는 둘 이상의 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 영역은 대부분 물을 포함하는 스프의 상층에 해당하고, 두 번째 영역은 좀 더 농도가 높은 고체들(예를 들면, 감자 및/또는 고기)을 포함하는 스프의 바닥층에 해당한다. 서로 다른 에너지 흡수 특성들 때문에, 이러한 두 영역들 내에서 서로 다른 전기장 강도로 필드 패턴을 여기시키는 것이 유리하다. 두 영역들의 에너지 흡수 특성들 및 지역적 필드 강도들에 있어 차이에 기초하여, 각 영역에서 소모되는 에너지는 결정될 수 있고, 선택적으로는 미리 결정될 수 있다. 따라서, 소모되는 에너지는, 에너지를 인가하는 적절한 에너지 전달 방식을 구성하기 위한 MSE들을 선택하고 제어함으로써 목표물에서의 다른 영역들에 걸쳐, 원하는 바와 같이, 실질적으로 동일하거나 또는 다르게 만들어질 수 있다
에너지 인가 구역에서 다른 영역들로 (예를 들면, 에너지 인가 전에 정의될 수 있는 또는 알려질 수 있는) 서로 다른 목표량의 전자기 에너지를 인가하기 위해, 프로세서(30)는 희망하는 에너지 전달 방식에 해당하는 복수의 MSE를 선택할 수 있다. 예를 들어, 두 번째 영역으로 보다 첫 번째 영역으로 더 많은 에너지를 전달하기 위해, 선택된 MSE는 두 번째에서 보다 첫 번째 영역에서 더 높은 필드 강도를 갖는 필드 패턴을 여기시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 두 번째 영역 보다 첫 번째 영역으로 더 많은 에너지를 전송하기 위해 MSE의 선택된 그룹은 필드 강도의 합이 두 번째 영역에서 보다 첫 번째에서 더 높은 필드 패턴들의 대응하는 그룹을 여기시킨다. MSE는 방사되는 전자기파의 진폭, 위상 및 주파수, 각 방사 소자의 위치, 방향, 및 배치 또는 이러한 변수들의 조합 그리고 전기적 필드 패턴에 영향을 줄 수 있는 장치의 제어 가능하고 선택 가능한 기타 다른 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1에서 도시된 바와 같이, 예시적 프로세서(30)는 장치의 다양한 구성 요소들, 예를 들어, 전력 공급원(12), 변조기(14), 증폭기(16) 및 방사 소자(18)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구성 요소들은 소스의 일부를 형성하거나 또는 형성하지 않을 수 있다. 프로세서(30)는 하나 이상의 특유의 MSE에 대응하는 물리적 상태를 제공하기 위한 명령을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(30)는 이러한 구성 요소들의 하나 이상을 조절하는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(30)는 전력 공급원(12)에 의해 공급되는 전원의 레벨을 조절할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서(30)는 또한, 예를 들어 증폭기에서 트랜지스터를 스위칭함으로써 증폭기(16)의 증폭 비율을 조절할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서(30)는 증폭기가 원하는 파형을 출력하도록 증폭기(16)의 펄스 폭 변조 제어를 수행할 수 있다. 프로세서(30)는 변조기(14)에 의해 수행되는 변조를 조절할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서(30)는, 예들 들어 전자기계적 장치를 통해 각 방사 소자(18)의 구성, 위치 및 방향 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 이와 같은 전기기계적 장치는 하나 이상의 방사 소자들을 회전, 피봇, 이동(shifting), 슬라이딩시키거나 그 외에 하나 이상의 방사 소자들의 위치 또는 방향을 바꾸는 모터 또는 다른 가동 구조를 포함할 수 있다. 프로세서(30)는 에너지 인가 구역에서 필드 패턴을 바꿔주기 위해 구역 내에 위치하는 임의의 필드 조절 소자를 조절하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 필드 조절 소자는 방사 소자로부터 전자기 에너지를 선택적으로 향하게 하거나 또는 다른 방사 소자, 예를 들면 수신기로 작동하는 방사 소자와의 결합을 줄여주도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따라, 프로세서(30)는 소스의 하나 이상의 구성 요소들 및 그 구성 요소들과 관련되는 변수들을 소정의 방식에 따라 제어할 수 있다. 예를 들어, 위상 변조기가 사용될 때, AC 파형에서 시차의 소정의 순서를 수행하도록 제어될 수 있어서, AC 파형의 위상은 일련의 시간 주기 각각에 대해 얼마간의 각도로(예를 들어 10도)증가될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서는 에너지 인가 구역으로부터의 피드백에 기초하여, 예를 들어 변조를 제어하기 위해, 동적으로 및/또는 순응적으로 장치 구성 요소들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(30)는 공동(20)으로부터 수신되는 전자기 에너지의 양을 표시하는 검출기(40)로부터의 아날로그 또는 디지털 피드백 신호를 수신하도록 구성될 수 있고, 프로세서는(30)는 수신된 피드백 신호에 기초하여 다음 주기를 위해 위상 변조기에서 시간 지연을 동적으로 정할 수 있다.
프로세서(30)는 또한, 에너지 인가 구역에 제공되는 적어도 하나의 전자기파의 주파수를 바꿔주기 위해 주파수 변조기를 조절하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 주파수 변조기는 AC 파형의 주파수를 조정하도록 구성될 수 있다. 예로서, 주파수 변조기는 반도체 발진기, 예를 들어 도 4a에서 설명된 발진기(22)를 포함할 수 있고, 소정의 주파수로 진동하는 AC 파형을 발생시키도록 구성될 수 있다. 소정의 주파수는 입력 전압, 전류 또는 다른 아날로그 또는 디지털 신호와 관련될 수 있다. 예를 들어, 전압 제어 발진기는 입력 전압, 전류 또는 다른 적절한 입력 신호들에 비례하는 주파수로 파형을 발생시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 소스는 모드(mode) 상태를 만족시키는 소정의 파장으로 전자기 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 모드 상태는 인가되는 파장 λ1과 에너지 인가 구역에서의 모드를 여기시킬 수 있는 가장 큰 공진 파장 λ0 사이의 관계로 표현될 수 있다.
모드 상태가 만족될 때, 목표물로의 에너지 전달(전송)은 더 잘 제어되고 더 효과적이다. 일부 실시예에서, 모드 상태는 전자기 에너지가 공동(20)의 가장 큰 파장 λ0 의 1/4, 즉 λ1 ≥ λ0 /4 보다 더 큰 파장으로 전달되는 상태와 같게 된다. 다른 실시예에서는, 소스에 의해 공급되는 인가된 전자기 에너지의 파장과 에너지 인가 구역에 의해 지원되는 가장 큰 공진 파장 사이의 서로 다른 관계는 모드 상태를 만족시키기 위해 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 모드 상태는 낮은 레벨의 모드가 여기되었을 때, 예를 들어 m*n이 30, 40, 또는 50(여기서 m과 n은 x 및 y와 같은 서로 다른 축에서의 모드 수를 나타내는 정수)보다 작을 때 만족하게 된다.
프로세서(30)는 가장 큰 공진 파장 λ0을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 가장 큰 공진 파장은 미리 알려질 수 있다(예를 들어, 프로세서로 프로그램화될 수 있다). 가장 큰 공진 파장 λ0은 공동(20)의 기하에 기초하여 고유하게 결정될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 어떤 주어진 에너지 인가 구역의 가장 큰 공진 파장은 실험적으로, 수학적으로 및/또는 시뮬레이션에 의해 결정되거나 또는 추정될 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역이 치수가 a × b × c이고, a>b>c인 직육면체의 공동(200)(도 2)에 해당한다면, 가장 큰 공진 파장 λ0은
Figure 112012098319670-pct00001
로 주어질 수 있다. 다른 예시로서, 만일 에너지 인가 구역이 치수가 a × a × a 인 입방체라면, 가장 큰 공진 파장 λ0은
Figure 112012098319670-pct00002
로 주어질 수 있다. 다른 예시로서, 만일 에너지 인가 구역이 반지름이 r이고 길이가 d 인, (도 2에서 도시된 바와 같은) 원통형 공동(202)에 해당하고, 2r>d 이라면, 가장 큰 공진 파장 λ0은
Figure 112012098319670-pct00003
로 주어질 수 있고, 2r<d 라면, 가장 큰 공진 파장 λ0은
Figure 112012098319670-pct00004
로 주어질 수 있다. 또 다른 예시로, 만일 에너지 인가 구역이 반지름이 r인 구형 공동(204)에 해당한다면, 가장 큰 공진 파장 λ0은
Figure 112012098319670-pct00005
로 주어질 수 있다. 에너지 인가 구역과 관련되는 가장 큰 공진 파장이 일단 결정되면, 적어도 하나의 프로세서가, 모드 상태에 따라 에너지 인가 구역에 전자기 에너지를 전송하기 위해 사용되도록 파장 또는 파장들을 결정하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 모드 상태는 주파수로 표현될 수 있다. 파장 λ0 및 λ1 그리고 그에 해당하는 파장 f1 및 fo 사이의 관계는 f1 = c/ λ1 이고 f0 = c/ λ0이기 때문이다. 모드 상태는 f1≤4fo 로 표현될 수 있다. 즉, 전자기 에너지는 에너지 인가 구역에서 가장 낮은 공진 주파수의 약 네 배보다 더 낮은 소정의 주파수로 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 가장 큰 공진 주파수는 미리 알려질 수 있다(예를 들어, 프로세서에 프로그램화될 수 있다).
또한, 가장 큰 공진 파장 λ0은 에너지 인가 구역의 치수와 고유의 관계를 갖기 때문에, 모드 상태는 에너지 인가 구역의 치수와 인가되는 파장 λ1 사이의 관계로서 또한 표현될 수 있다. 예를 들어, 치수가 a × a × a 인 입방체 공동에 대해서, 모드 상태는 λ1은
Figure 112012098319670-pct00006
로 주어질 수 있다. 다른 예시로서, 반지름이 r을 갖는 (예를 들면 도 2에서 도시된 바와 같이)구형 공동(204)에 대해서는, 모드 상태가 λ1 ≥(πr)/5.488≥(πr)/5.488로 표현될 수 있다. 공동에 제공되는 전자기 에너지의 관점에서 모드 상태를 만족시키는 치수를 갖는 공동은 본원에서 모드 공동으로 언급된다.
일부 경우에, 에너지 인가 구역은 필드 강도의 비교적 높은 진폭(예를 들면, 필드 패턴의 일정 셋트로부터)을 갖는 구역 및 또한 필드 강도의 비교적 낮은 진폭(예를 들면, 필드 패턴의 또 다른 셋트)을 갖는 구역에 의해 덮이는 특정 영역을 가질 수 있다. 필드 패턴은 에너지 인가 구역의 선택된 영역으로 에너지 인가를 목표 하도록 선택적으로 선정될 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역에 있는 어떠한 두 영역들로의 에너지 인가는 각 필드 패턴에서 필드 강도의 최대 및 최소 진폭의 불균일한 분포를 이용하여 서로 구분될 수 있다. 일부 실시예에서, 소스는, 비교적 낮은 진폭 필드 강도가 에너지 인가 구역의 소정의 영역으로 공급되고 더 높은 진폭의 필드 강도가 에너지 인가 구역의 다른 소정의 영역으로 공급되는 방식으로 전자기 에너지를 공급하도록 구성 및/또는 조절될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 비교적 높은 진폭 필드 강도를 갖는 구역은 “열점(hot spot)”이라하고, 비교적 낮은 진폭 필드 강도를 갖는 구역은 “냉점(cold spot)”이라 언급될 수 있다. 비록 “열점”과 “냉점”이 전자기 에너지의 불균일한 흡수로 인한 목표물 내에서 서로 다른 온도를 갖는 공간적 위치들을 나타낼 수 있지만, 동일한 용어가 전자기 필드 강도가 목표물의 존재 여부에 관계 없이 서로 다른 진폭을 갖는 공간적 위치를 나타낼 수도 있다.
도 3a 및 3b에서 도시된 바와 같은 모드 공동(60)에서, 필드 패턴은 여기되어, 각각이 복수의 열점들(62 및 64)(빗금 친 부분) 및 냉점들(빗금 없는 부분)들을 갖게 된다. 에너지 인가 구역 내에서 여기될 수 있는 필드 패턴들의 일부는 “모드”라고 불려진다. 모드는 서로 선형적으로 독립적이고 직교하는 특수한 필드 패턴들의 셋트를 형성한다. 본원에서 언급되는 바와 같이, 만일 에너지 인가 구역에 대해 두 개의 모드와 관계되는 두 필드의 스칼라 곱의 적분이 영이 되면, 두 개의 필드 패턴들은 서로 직교하게 된다. 하나의 모드 또는 모드들의 조합(예를 들어, 일반적 필드 패턴)은, 전파, 소멸 및 공진을 포함하는 어떤 알려진 형태의 것이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 여기된 필드 패턴은 모드들의 조합을 포함한다.
도 3a 내지 3b가 명확하고 정의된 경계를 갖는 열점을 도식적으로 묘사하고 있지만, 실제로는 강도가 열점들과 냉점들 사이에서 다소 서서히 변할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 또한, 서로 다른 열점들은 서로 다른 필드 강도 진폭을 가질 수 있고/있거나 열점들 내의 서로 다른 필드 강도 진폭들을 갖는 구역을 가질 수 있다. 필드 패턴이 영이 아닌 필드 강도를 갖는 필드 패턴의 영역들과 일치하는 목표물의 모든 영역에서 목표물로의 에너지 전송이 일어날 수 있고, 열점들과 일치하는 구역들로 반드시 제한되지 않는다. 가열 정도는 무엇보다도 목표물이 노출되는 필드의 강도 및 노출의 지속 시간에 좌우될 수 있다.
주어진 주파수를 갖는 웨이브로 여기되는 필드 패턴은 모드의 선형적 조합으로서 수학적으로 표현될 수 있다. 모드들은 무한한 수의 소멸 모드와 유한한 수의 전파 모드(그 일부는 공진 모드인)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 더 적은 수의 전파 모드가 비-모드(non-modal) 공동에서 보다 모드 공동에서 여기될 수 있다. 또한, 지지되는 전파모드의 일부는 공진 모드가 될 수 있다. 원래, 소멸 모드는 필드 패턴을 여기시키기 위해 사용되는 총 전력(또는 에너지)의 매우 작은 비율만을 갖고, 총 전력(및 에너지)의 대부분이 전파 모드에 의해 운반된다.
아래에서 좀 더 자세히 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 하나 이상의 방사 소자는 일부 원하지 않는 모드가 거부되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 많은 경우 둘 이상의 전파 모드가 단일 주파수에 의해 에너지 인가 구역에서 효과적으로 여기된다. 만일 이 주파수에서 전자기파를 내는 방사 소자가 모드들 중 하나의 영점에(즉, 모드들 중 하나가 제로 필드를 갖는 위치에서) 위치하게 되면, 이러한 모드는 제거(즉, 거부)될 수 있다.
모드 상태 및 그에 대응하는 모드 공동(즉, 모드 상태를 만족시키는 공동)은, 에너지 인가 구역에서, 필드 패턴 또는 더 특별하게, 모드들을 제어함에 있어 장점을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 모드 공동에서, 전파 모드의 수는 비-모드 공동에서보다 더 작다. 따라서, 이러한 전파 모드의 제어는 비교적 더 쉬울 수 있는데, 예를 들어 만일 모드 상태가 만족되면 원하는 모드에 사용되는 안테나의 수와 밀도가 더 작아질 수 있기 때문이다. 또한, 제어에서의 미세한 부정확성은 비-모드 공동에서 보다 모드 공동에 있는 열점 선택에 있어 덜 중요한 전체적 효과를 가질 수 있는 반면, 비교적 더 많은 수의 모드들은 하나의 전파 모드가 여기되고 다른 것들은 그렇지 않은 상태를 얻기 위해 더 정밀한 제어를 요구할 수 있다.
하나의 관점에서, 본 발명의 일부 태양은 에너지 인가 구역에서 원하는 패턴에 따른 열/냉점들을 얻기 위해 MSE를 선택함을 포함한다. 목표물의 일부에 에너지 인가를 피하는 것이 바람직한 경우에는 냉점이 그 일부와 맞추어 조정되기 때문에 냉점은 에너지의 제어된 인가를 가능하게 한다. 목표물의 일부로 에너지를 인가하고자 하는 경우에는 열점은 그 일부와 맞추어 조정된다.
만일 사용자가 목표물(68)보다 목표물(66)로 두 배의 에너지를 인가하고자 한다면, (열점(62) 내의 전자기장 강도는 열점(64) 내의 것과 같고 목표물(66)의 특성들은 목포 물(68)과 유사하다는 가정 하에) 도 3b의 필드 패턴을 통해서 보다 도 3a의 필드 패턴을 통해 동일 전력 레벨에서 두 배의 시간 동안, 동일 시간 동안 두 배의 전력 레벨에서 또는 두 배의 에너지를 제공함에 해당하는 어떤 다른 시간/전력 쌍으로 목표물(66)로 인가함으로써, 도 3a 및 3b 모두의 필드 패턴이 사용될 수 있다. 이는 도 3a 및 3b의 필드 패턴을 동시에 또는 순차적으로 여기시킴으로써 발생할 수 있다. 만일 필드 강도들이 빗금친 구역들에서 서로 다르다면, 에너지 인가 구역 또는 목표물에서의 원하는 에너지 인가 프로파일, 예를 들면 에너지 인가 구역 또는 목표물의 원하는 에너지 흡수 분포를 얻기 위해 그 차이가 고려될 수 있다.
두 필드 패턴들이 순차적으로 여기될 때, 에너지 인가 구역에서 형성되는 필드 패턴의 시간 평균은 두 개의 여기된 필드 패턴의 총합이 된다. 만일 필드 패턴이 동시에 여기된다면, 간섭이 일어날 수 있어, 시간 평균은 총합과 다르게 될 수 있다. 그러나, 만일 두 필드 패턴이 서로 직교한다면, 모드들로서는, 순차적 그리고 동시적 인가는 동일한 결과를 가질 수 있다.
도 1의 장치는 에너지 인가 구역에 있는 열점과 냉점의 분포를 제어하도록 구성될 수 있어, 에너지 인가 구역에 있는 어느 두 개의(또는 그 이상의) 특정 영역으로, 예를 들어, 공동 또는 모드 공동으로 에너지의 서로 다른 목표량을 가해준다. 그와 같은 제어는 MSE의 선택과 제어를 통해 일어날 수 있다. MSE 선정의 선택은 에너지 인가 구역의 영역에서 에너지가 어떻게 분포되는지에 대해 영향을 줄 수 있다. 모드 상태가 만족되지 않을 때, 전자기장을 설명하기 위해 필요하게 되는 가끔 더 복잡한 수학 및/또는 선택적으로 또는 효과적으로 원하는 필드 패턴(모드)을 여기시키기 위해 요구되는 더 복잡한 제어 방식으로 인해 MSE들의 제어를 통한 원하는 에너지 인가 분포를 얻는 것은 더 어려워질 수 있다. 따라서, 모드 상태는 원하는 에너지 분포를 얻기 위해 MSE 제어와 조합으로 사용될 수 있다. 모드 상태가 MSE 제어와 조합으로 사용된다면, 모드 상태는 MSE 제어와 함께 사용되지 않더라도 이익을 또한 제공할 수 있다. 반대로, MSE 제어는 모드 상태가 만족되지 않더라도 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서(30)는 목표물과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 목표물과 관련된 “손실”은, 목표물이 있는 에너지 인가 구역으로 가해지지만, 전송 방사 소자로 되돌아 반사되지 않고 및/또는 다른 수신 소자로 또는 구역으로부터 에너지 누수를 검출하는 어떤 다른 검출기에 의해 전송되는 어떤 전자기 에너지를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 목표물과 관련되는 “손실”은 목표물에 의해 소모되는 에너지로부터 관련되고 유래하게 된다.
일부 실시예에서, 목표물과 관련된 “손실”은 에너지를 흡수하는 목표물의 능력이고, 그 능력은 종종 “흡수 상수”로 표시된다. 손실은 이온 전도로 인한 전자기 손실(εσ"로 표시되는); 쌍극자 회전에 따른 전자기 손실(εd"로 표시되는); 및/또는 이들 또는 다른 손실부의 조합으로 인한 전자기 손실을 포함하고, 여기서 총 손실은 아래와 같이 ε"로서 표시되고 특정될 수 있다.
ε" = εd" + εσ" = εd" + σ’/(ωε0)
여기서 아래 첨자 d와 σ는 각각 쌍극자 회전 및 이온 전도의 기여를 나타내고, σ’는 전기 전도도, ω는 인가된 EM웨이브의 각주파수, 그리고 ε0는 자유공간 또는 진공의 유전율이다. 이하 아래에서는, 줄여서 총 손실은 “σ”로 표시될 수 있다. 그러나, 본원에서 사용된 바와 같이, “손실”이라는 용어는 흡수 매개변수에 의해 특징 지워질 수 있는 다른 손실들뿐만 아니라, σ’와 εd" 모두의 기여를 포함하게 광범위하게 사용될 수 있다. 예시에 의해, 만일 전자기 에너지를 흡수하는 목표물이 에너지 인가 구역에 위치하게 되면, 손실은 목표물의 전자기 에너지 흡수 능력을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 에너지 인가 구역에 위치하는 어떤 목표물이 있는 지와 관계없이, 손실은 에너지 인가 구역의 경계에서 전자기 에너지 손실을 나타낼 수 있다.
손실들은, 본원에서 그것들의 프로파일 면으로 예를 들어, 손실 프로파일로 일반적으로 언급되는, 공간적 및/또는 시간 분포 면으로 특징 지워진다. 패턴, 이미지, 분포 등으로서 또한 언급될 수 있는“프로파일”이라는 용어는 에너지 인가 구역에서 손실의 어떠한 공간적 및/또는 시간적 분포를 포함할 수 있다. 예를 들어, 손실 프로파일은 공간에서 위치의 함수로서 어떤 흡수 매개변수의 표현이 될 수 있다. 예를 들어, 손실 프로파일은 서로 다른 색으로 서로 다른 흡수 매개변수의 영역을 표시하는 지도가 될 수 있다. 다른 예시에서는, 손실 프로파일은, 각 셀은 에너지 인가 구역에서의 용적 셀을 나타내고, 행렬 셀 내부의 값은 용적 셀에서 매개체를 특징 지우는 흡수 매개변수의 값 되는, 행렬이 될 수 있다.
손실 프로파일은 에너지 인가 구역에서 에너지 손실의 분포에 대한 정보를 전하는 다양한 방법으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 손실 프로파일은, 에너지 인가 구역에서 또는 그 일부에서 에너지 손실의 분포를 반영할 수 있는 영상, 분석적 표현, 일련의 수들, 표, 또는 다른 어떤 방법으로서 표현될 수 있다.
영상으로서 또는 어떤 영상 기술을 사용하여 표현될 때, 손실 프로파일은 흑백 영상, 그레이 스케일 영상, 컬러 영상, 표면 윤곽 영상, 체적 영상, 또는 다른 어떤 그래픽 묘사를 포함할 수 있다. 그래픽적인 관점에서, 손실 프로파일은, 예를 들어 1차, 2차, 3차 및/또는 4차원으로 표현될 수 있는데, 여기서 4차원은 시간에 대한 3D 공간적 손실 프로파일이 될 수 있다.
테블러추어(tablature)로 표현되면, 손실 프로파일은 표 형식으로 상정할 수 있는데, 표의 각 입력은 에너지 인가 구역의 일부와 그 일부에서 흡수되는 에너지 사이의 관계의 지표를 포함할 수 있다.
분석적으로 표현되면, 손실 프로파일은 예를 들어, 하나 이상의 방정식으로 쓰여질 수 있다. 예를 들어, 그와 같은 방정식은 시간, 공간, 전력, 주파수, 또는 에너지 손실들과 관계될 수 있는 다른 어떤 변수들 중 하나 이상의 함수로서 쓰여질 수 있다.
숫자로 표현될 때, 손실 프로파일은 하나의 숫자 또는 일련의 숫자들로 표현될 수 있다.
표현하는 방법과 관계없이, 손실 프로파일은 디지털 및/또는 아날로그 형식으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 손실 프로파일은 메모리에 저장된 그리고 프로세서로 입력될 수 있는 디지털 파일을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 손실 프로파일은 종이 또는 필름에 인쇄될 수 있고, 또는 물질적 재료로 만들어진 모델로 표현될 수 있다.
손실 프로파일 또는 전자기 에너지 손실을 나타내는 다른 정보는 여러 방법으로 프로세서에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 정보를 받도록 구성될 수 있다. 정보는 목표물과 관계되는 기계 판독 소자, 예를 들어 바코드 또는 RFID 태그에 코드화될 수 있고, 그리고 프로세서는 기계 판독 소자로부터 직접적으로 또는 간접적으로 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 다른 예시에서, 정보는 프로세서에 미리 프로그램화될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 다른 목적물들과 관련되는 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보로 미리 프로그램화 될 수 있고, 그리고 프로세서는 목표물의 영상, 예를 들어 에너지 인가 구역과 관련된 CCD에 의해 얻어지는 영상을 받아들이고, 영상 인식 기술을 이용하여 영상화된 목표물을 인식하고, 그리고 인식된 영상에 기초한 관련 정보를 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서는 에너지 인가 구역으로부터 전자기 피드백을 측정함에 의해 (예를 들면, 목표물로부터 예를 들어 검출기로부터 피드백을 나타내는 신호를 받아들여), 그리고 정보를 얻기 위해 피드백(예를 들어 신호)를 분석함에 의해 정보를 얻도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 주어진 MSE에 의해 발생된 필드 패턴이 목표물에 의해 특히 잘 흡수되는 지표를 수용하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 목표물이 특정 MSE에 대응하는 높은 필드 강도 영역들 중 하나에 위치하게 되는 것을 더 결정하도록 구성될 수 있다. 에너지 인가 구역에 인가되는 MSE가 많을수록, 프로세서는 에너지 인가 구역에 있는 목표물의 위치 및 흡수 특성에 대한 정보를 더 많이 얻게 된다. 서로 다른 MSE로 이와 같은 일련의 측정에 대해, 프로세서는 에너지 인가 구역에서 흡수 특성들의 공간적 분포 및/또는 공간에서 목표물의 위치에 다가서게 되어, 에너지 인가 구역의 목표물, 그 목표물의 일부 및/또는 빈 영역과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보를 얻는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 프로세서는, 피드백과 관련된 하나 이상의 신호를 수용하기 위해 그리고 수용된 신호에 기초하여 적어도 하나의 작동을 수행하기 위해 사용될 수 있는 어떤 형태의 장치 또는 장비를 포함할 수 있음을 명심해야 한다. 일부 실시예에서, 프로세서는 메인 프레임 컴퓨터, PC, 디지털 신호 프로세서, 마이크로 프로세서, 또는 어떤 다른 형태의 연산 장치와 같은 컴퓨터 장치를 포함할 수 있다.
오직 예로서, 손실 프로파일은 도 8에서 도시된 바와 같이 2D 영상을 포함할 수 있다. 도 8에서 도시된 2D 영상은 설명의 편의를 위해 단순화된 예임이 이해되어야 한다. 아래에서 설명된 단순화된 2D 영상과 관련된 동일한 일반 원리는 3D 및 4D 표현에 동일하게 적용 가능하다. 2D 공간의 맥락에서, 에너지 인가 구역의 크기는 부피를 대신하여 면적에 의해 특징 지워진다.
도 8은 에너지 인가 구역(810)을 도시한다. 에너지 인가 구역과 동일한 형상 및/또는 크기를 갖거나 또는 가지지 않는 손실 프로파일(820)은, 구역(810)에서 에너지 손실(예를 들어 흡수 및/또는 소모)을 특징짓는다. 손실 프로파일(820)은 에너지 인가 구역(810)에서 손실 (σ)의 공간적 분포를 반영할 수 있다. 예를 들어, 목표물(830)이 에너지 인가 구역(810)에 위치하게 되면, 손실 프로파일(820)은 목표물(830)의 에너지 흡수 특성을 반영할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 손실 프로파일은 목표물(830) 바깥의 에너지 흡수 특성을 반영할 수 있다. 손실 프로파일은 에너지 인가 구역에 무관하게 얻어질 수 있고, 또는 손실 프로파일은 에너지 인가 구역의 특성들을 고려하여 얻어질 수 잇다. 하나의 예에서, 손실 프로파일은 알려진 목표물에 대해 미리 얻어질 수 있다. 다른 예에서, 손실 프로파일은 에너지 인가 구역에 위치하게 되는 어떤 목표물에 대해 동적으로 얻어질 수 있다.
오직 예로서, 손실 프로파일(820) 및 에너지 인가 구역(810)은 중첩, 레지스트레이션(registration), 매핑(mapping), 연관성, 확대 또는 다른 어떤 관련 방법들에 의해 연관될 수 있다.
에너지 인가 구역의 손실 프로파일은 미리 결정(즉, 사전에 결정)될 수 있다. 프로세서(30)는 에너지 인가 구역에 위치하는 어떤 주어진 목표물에 대한 손실 프로파일을 결정하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 결정은, 예를 들어 손실 프로파일을 동적으로 만드는 일련의 단계들을 수행함에 의해 완수될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 분할 전략에 따라 적용되는 하나 이상의 MSE를 처음 결정할 수 있다. 따라서, 프로세서는 선택된 MSE를 인가하기 위해, 그리고 에너지 인가 구역에서 그들에 해당하는 필드 패턴을 발생시키기 위해 소스를 제어할 수 있다. 각 MSE를 적용하고 구역에서 해당하는 필드 패턴을 발생시키는 동안, 프로세서는 구역으로부터 피드백을 검출할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 다양한 양들, 예를 들어 각 인가된 MSE/필드 패턴에 대한 입사 파워, 반사 파워, 그리고 전송된 파워의 측정을 수행할 수 있다. 이러한 피드백에 기초하여, 한 셋트의 방정식이 세워지고, 프로세서는 손실 프로파일(820)을 동적으로 만들어내기 위해 방정식을 풀도록 구성될 수 있다. 손실 프로파일을 동적으로 만들어 내기 위해 부가적으로 또는 대안적으로, 프로세서(30)는 어떤 다른 적절한 형태의 소정의 손실 프로파일과 접속하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(30)는, 제조 공정의 일부로서 시스템에 미리 로딩되는, 보정 과정의 일부로서 시스템에 의해 발생되고 저장되는, 시스템의 어떤 중간적 또는 운용상 과정의 결과로서 발생되고 저장되는, 및/또는 외부 메모리 유닛(예를 들어, 휴대용 하드 드라이브, 광디스크, 인터넷 또는 다른 데이터 접속, 메모리 스틱 등)으로 연결을 통해 시스템으로 제공되는, 손실 프로파일을 접속할 수 있다.
프로세서(30)는 각기 독자적인 전자기장 강도 분포를 갖는 복수의 전자기 필드 패턴들 각각으로 적용되는 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다. 어떤 경우에, 독자적 전자기 필드 강도 분포들은 해당하는 복수의 전자기장 패턴들 중 하나 이상으로 알려질 수 있다. “알려진 전자기장 강도 분포”, “알려진 필드 강도”, 기타 이러한 종류의 용어는, 전자기장 강도 분포 및 필드 패턴이 공통으로 가질 수 있는 어떤 특징들에 기초한 필드 패턴 또는 MSE와, 알려지고, 추정되고, 근접하게 되고 또는 관련 되어지는 분포들, 필드 패턴들 등을 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 프로세서(30)는, MSE들로 에너지 인가 구역에서 여기되는 필드 패턴들의 알려진 전자기장 강도 분포들에 기초하는 복수의 MSE들 각각에 가해질 수 있다.
프로세서는 필드 패턴의 대응하는 MSE로 가중치를 결정하고 그 가중치를 적용할 수 있고, 이에 의해 에너지 인가 구역에서 가중치가 부여된 필드 패턴들을 얻을 수 있다. 가중치의 적용은 예를 들어, 가중치에 비례하게 되는 파워 레벨, 지속 시간, 또는 그들의 조합을 결정하는 방법에 의해 될 수 있다. 예를 들어, 필드 패턴들은 동일한 파워 레벨에서 모두 인가될 수 있고, 그리고 더 큰 가중치를 갖는 패턴들은 더 긴 지속시간 동안 인가될 수 있다. 다른 예시에서, 필드 패턴들은 동일한 지속시간 동안 모두 인가될 수 있고, 그리고 더 큰 가중치를 갖는 패턴들은 더 높은 파워로 인가될 수 있다. 다른 예시에서, 지속시간과 파워는 필드들 간에 변할 수 있고, 더 큰 가중치를 갖는 필드 패턴들은, 지속시간과 파워의 곱이 더 작은 가중치의 필드 패턴이 수행되는 지속시간과 파워의 곱보다 더 크게 되는 파워와 지속시간으로 인가될 수 있다.
필드 패턴은 에너지 인가 구역의 물리적 특징들, 에너지 소스의 제어 가능한 양태들, 방사 소자의 형태, 수, 크기, 형상, 구성, 방향, 위치 및/또는 배치, 필드 조절 소자(FAE) 및/또는 유전 렌즈와 같은 필드 변동 구조들의 존재 및/또는 필드 패턴에 영향을 줄 수 있는 어떤 다른 변수의 함수일 수 있다. 어떤 특별한 에너지 인가 구역에 대해, 알려진 필드 패턴들의 한 셋트가, 예를 들어 서로 다른 MSE에서 에너지 인가 구역으로 에너지를 공급함에 의해 얻어질 수 있는데, 이러한 패턴들은 하나 이상의 에너지 소스의 주파수, 위상 및/또는 진폭에 의해; 하나 이상의 방사 소자의 형태, 수, 크기, 형상, 구성, 방향, 위치 및/또는 배치에 의해; 필드 조절 소자의 작동에 의해, 예를 들면 유전 렌즈 또는 다른 필드 조절 소자의 조절에 의해; 또는 MSE에 영향을 미치는 다른 변동할 수 있는 구성 요소들에 의해 서로 다를 수 있다.
서로 다른 MSE들은 필드 패턴을 다르게 할 수 있어, 에너지 인가 구역을 가로지르는 에너지의 분포에 영향을 미친다. 무한한 수의 MSE들이 사용될 수 있기 때문에, 무한한 수의 서로 다른 필드 패턴과 특정 에너지 인가 구역에서 얻어질 수 있는 결과적인 에너지 분포가 있을 수 있다. 그러나 실제 서로 다른 에너지 분포 선택의 수는 MSE의 수 및/또는 실제로 사용 가능한 MSE의 조합의 수와 관계될 수 있다.
특정 MSE는 특정 필드 패턴에 해당하게 될 수 있다. 많은 MSE에 대해, 그들의 대응하는 필드 패턴들은 미리 알려지거나 또는 결정될 수 있다. 예를 들어, 만일 한 셋트의 MSE가 직육면체의 에너지 인가 구역으로 가해지도록 선택되고, 주파수는 각 MSE의 유일한 제어 가능한 변수라고 한다면, 각 MSE에 해당하는 필드 패턴은 에너지 인가 구역의 치수, MSE의 주파수, 및 다른 필요한 매개변수를 이용하여 방정식을 계산함에 의해 얻어질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이와 같은 필드 패턴들은 컴퓨터 프로그램을 이용하여 시뮬레이션을 수행함에 의해 결정될 수 있다. 측정(예를 들어, 실시간 측정)을 포함하는 다른 방법들은 MSE의 셋트에 해당하는 필드 패턴들을 결정하기 위해 또한 사용될 수 있다. 측정은 “온 더 플라이(on the fly)”, 예를 들어 가열 과정 중에, 예를 들어 에너지 인가 구역에 제공된 하나 이상의 센서들(검출기들)로부터의 하나 이상의 입력들을 검출함에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 입력들(측정들)은 실제 필드 패턴(예를 들어, 여기된 필드 패턴)을 예측하는데 사용될 수 있다.
한편으로는, 특정 필드 패턴은 하나 보다 많은 MSE에 해당할 수 있다. 예를 들어, 특정 필드 패턴은 단일 방사 소자 또는 복수의 방사 소자들을 사용하여 얻어질 수 있다. 또한, 동일한 필드 패턴은 일정 위상 차를 갖는 하나 보다 많은 소스를 사용하여 얻어질 수 있다. 다른 MSE는 동일한 필드 패턴을 얻도록 또한 사용될 수 있다. 그러므로, 원하는 필드 패턴들을 발생시키기 위한 복수의 MSE 선택이 있을 수 있고, MSE(들)의 선택은 수행의 용이함, 제어가능성, 비용 및 다른 설계 고려사항들과 같은 인자들에 좌우될 수 있다.
프로세서(30)는 에너지 전달(인가)에 대한 공간적 제어를 얻기 위한 특정 예시적 방법을 수행하기 위해 도 10에서 도시된 바와 같은 단계들을 수행할 수 있다. 단계(1020)에서, 프로세서는 공정에서 사용되는 한 셋트의 MSE를 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이, MSE는 알려진 필드 패턴과 관련될 수 있다. 그러므로, 한 셋트의 MSE를 결정함에 의해, 프로세서는 에너지 인가 구역으로 전자기 에너지를 인가하고 그 구역에서 알려진 필드 패턴의 한 셋트를 발생시키는 소스를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1020)은 생략될 수 있고, 모든 이용 가능한 MSE는 에너지 인가 구역에서 원하는 필드 패턴을 발생시킬 목적으로 고려될 수 있다. 적어도 일부 경우에 있어서, 하나 이상의 이용 가능한 MSE는 무시할 수 있는 가중치가 부과되어, 단계(1020)가 생략되어도 실제 사용되지 않을 것이라고 기대될 수 있다.
소정의 셋트의 필드 패턴들로부터 에너지 인가 구역 내의 제어된 필드 패턴을 구성하는 방법은 “공간적 필터링”이라고 한다. “필터링”이라는 용어는 한 셋트의 알려진 필드 패턴들에 관해서 공간적 위치들과 그것들에 인가되는 필드 강도들을 구별하는 능력으로 간주된다. 제어 가능한 MSE는 소정의 셋트의 필드 패턴들과 관계되기 때문에, 하나 이상의 MSE의 관점에서 어떤 필드 패턴을 적어도 일정 레벨의 정확도로 표현하는 것이 가능할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 특정 필드 패턴을 얻기 위해 사용 가능한 하나 보다 많은 MSE가 있을 수 있다. 그러므로, 특정 필드 패턴을 얻기 위한 MSE의 선택은 적용에 좌우될 수 있다.
단계(1020)로 되돌아가, 프로세서는 특정 적용의 요구들에 따른 다양한 방법들로 MSE들을 결정하고 수행할 수 있다. 일 예시에서, 프로세서는 복수의 선택된 주파수로 EM 에너지를 공급하기 위해 에너지 소스를 제어할 수 있다. 이 경우, 주파수는 원하는 MSE를 제공하기 위해 사용될 수 있는 제어 가능한 변수로서 작용할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서는 복수의 선택된 진폭들로 EM 에너지를 공급하기 위해 에너지 소스를 제어할 수 있다. 이 경우, 진폭은 제어 가능한 MSE 변수로서 작용할 수 있다.
일부 실시예에서, MSE는 변수들의 조합이고, 단일 변수 또는 복수의 변수를 바꿔줌에 의해 MSE를 변화시키는 것이 가능할 수 있다. 단순화된 예시에 의해, 프로세서는 두 주파수:f1 및 f2;와 두 진폭:A1 및 A2로 EM 에너지를 전달하기 위해 에너지 소스를 제어할 수 있다. 이 경우에, 사용 가능한 MSE는 [(f1, A1), (f1, A2), (f2, A1), (f2, A2)]가 될 수 있다. 즉, 프로세서는 주파수 f1 및 진폭 A1에서 첫 EM 에너지를, 주파수 f1 및 진폭 A2에서 두 번째 EM 에너지를; 주파수 f2 및 진폭 A1에서 세 번째 EM 에너지를; 주파수 f2 및 진폭 A2에서 네 번째 EM 에너지를 공급하도록 에너지 소스를 제어할 수 있다. 사용 가능한 MSE는 행렬 형태로 다음과 같이 표현될 수 있다.
[(f1, A1), (f1, A2)
(f2, A1), (f2, A2)]
이러한 단순한 예에서, 두 개의 주파수와 두 개의 진폭만이 이용 가능하고, 그리고, 그에 따라 MSE 행렬은 2 x 2 행렬이 된다. 만일 더 많은 주파수와 진폭들이 이용 가능하다면, MSE 행렬은 그에 따라 확장될 수 있다. 예를 들어, 만일 10 개의 주파수와 5개의 진폭이 이용 가능하다면, MSE 행렬은 동일한 주파수 값을 가지면서 서로 다른 진폭 값을 갖는 행렬의 각 열 및 동일한 진폭 값을 가지면서 서로 다른 주파수 값을 갖는 각 행의, 10 x 5 행렬이 될 수 있다. 제어 가능한 MSE 변수들의 다소간의 형태들이 사용 가능하다면, MSE 행렬의 치수는 그에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 만일 EM 에너지의 위상(P)이 또한 제어 가능하다면, MSE 행렬은 (fi, Aj, Pk) 형태의 행렬 각 요소를 갖는 3D 행렬이 될 수 있다. 여기서 아래 첨자 i, j, k는 사용 가능한 주파수, 진폭 및 위상 각각의 지표를 나타낸다. 행렬의 크기는 Nf x NA x Np로 표현될 수 있는데, 여기서 Nf, NA, Np는 제어 가능한 주파수, 진폭 및 위상의 사용 가능한 수를 각각 나타낸다. 만일 하나의 제어 가능한 매개변수가 사용 가능하다면, 행렬은 1D 벡터로 줄어든다.
주파수, 진폭 및 위상에 덧붙여, 에너지 인가 구역 내부의 필드 패턴을 효과적으로 변경할 수 있는 어떤 제어 가능한 매개변수는 MS의 일부가 될 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역으로 EM 에너지를 방사(인가)하기 위한 방사 소자의 수는 다른 제어 가능한 매개변수를 구성할 수 있어, 추가적인 MS의 부가적 치수에 해당하게 된다. 다른 예시에서, 방사 소자(들)의 배치/위치/방향은 MS의 부가적 치수를 구성할 수 있다. 이 경우, 방사 소자(들)의 배치/위치/방향은 기계적, 전기적, 또는 다른 적절한 수단들에 의해 공간에서 물리적으로 변하게 될 수 있다. 대안적으로, 방사 소자의 배열이 제공될 수 있고, 원하는 배치/위치/방향은 특정 방사 소자 또는 배열에서 방사소자들의 어떤 부분집합을 선택함에 의해 얻어질 수 있다. 방사 소자(들)의 배치/위치/방향은 앞서 언급한 방법들의 어떤 조합에 의해 또한 조절될 수 있다. 다른 예에서, 에너지 인가 구역 내부에서 전도성 구조와 같은 필드 조절 소자(FAE)가 제공될 수 있다. FAE의 배치/위치/방향은 방사 소자의 경우와 유사한 방법으로 조절될 수 있다. 프로세서(30)는 전체 범위의 사용 가능한 MSE로부터 선택하고, 필드 패턴의 결과적 조합이 특정 적용의 에너지 인가 요구를 만족시키도록 한 셋트의 MSE를 조합하도록 구성될 수 있다.
MSE를 구성하는 MSE 변수들의 어떤 조합에 대해, 그 조합에서의 변수들은 물리적으로 달성 가능한 상태들을 나타내어야 한다. 예를 들어, 주어진 장치에서 단지 하나의 안테나와 하나의 소스만 사용 가능하다면, 유효한 MSE는, 복수의 주파수가 이 경우 공존할 수 없기 때문에, MSE 변수들에서 하나보다 많은 주파수를 포함할 수 없게 된다. 대신에, 주어진 장치에서 MSE는 그 유효한 MSE 변수들로서 서로 다른 위상들 및/또는 진폭들에서의 주어진 주파수의 웨이브를 포함할 수 있다. 다른 예시적 장치에서, 두 개의 안테나와 두 개의(또는 그 이상) 소스가 사용 가능하면, MSE는 다른 안테나들/소스들에 대해 서로 다른 주파수들을 포함할 수 있다. 이 예시에서, 하나보다 많은 주파수는 유효한 MSE 변수들 사이에 포함될 수 있다. 일반적으로, MSE는, 다른 제어 가능한 양들 및/또는 매개 변수들 사이에서, 인가되는 전자기파의 하나 이상의 진폭, 위상, 및 주파수; 각 방사 소자의 위치, 방향 및 구성; 또는 공존할 수 있는 이러한 매개 변수들의 조합을 포함할 수 있다.
MSE 선택은 어떻게 에너지가 에너지 인가 구역의 영역에서 분포되는지에 영향을 줄 수 있다. 프로세서(30)는 에너지 인가 구역에서 특정의 소정의 영역으로 에너지를 향하게 하는 필드 패턴을 얻기 위해 하나 이상의 MSE를 제어할 수 있다. 정상파를 일으키는 MSE의 선택은 정상파가 예측 가능하고 뚜렷하게 정의된 열점들과 냉점들을 나타내기 때문에 제어의 부가된 측정을 제공할 수 있다. 에너지 분포를 제어하기 위한 MSE의 사용은 비-모드 공동에서 이익이 될 수 있지만, 모드 공동은 MSE 제어를 얻기에 특별히 적합한 매개체를 제공할 수 있다. 다른 예시에서, 위상 변조기가 사용될 때, AC파형의 위상이 일련의 시간 간격 각각에 대해 얼마간의 각도(예를 들어, 10도)만큼 증가되도록, AC 파형(방사 소자에 의해 발생된)에서 시간 지연의 소정의 순서를 수행하는 것이 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서(30)는, 에너지 인가 구역으로부터의 피드백에 기초한 변조를 동적으로 및/또는 순응적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(30)는, 공동(20)으로부터 수용되는 전자기 에너지의 양(예를 들어, 전송하는 방사 소자로 반사되는 에너지의 양 및/또는 다른 수용하는 방사 소자로 전송되는 에너지의 양)을 나타내는, 검출기(40)로부터의 아날로그 또는 디지털 피드백 신호를 수용하도록 구성될 수 있고, 프로세서(30)는 수용되는 피드백 신호에 기초한 다음 번 주기에 대한 위상 변조기에서의 시간 지연을 동적으로 결정할 수 있다. 프로세서는 에너지 인가 구역으로 공급된 적어도 하나의 전자기파의 주파수를 바꿔주기 위해 주파수 변조기를 제어하도록 또한 구성될 수 있다. 이와 같은 주파수 변조기는 AC 파형의 주파수를 조절하도록 구성될 수 있다. 예시에 의해, 주파수 변조기는 도 4a에서 도식적으로 묘사된 발진기(22)와 같은, 소정의 주파수에서 진동하는 AC 파형을 발생시키도록 구성된 반도체 발진기를 포함할 수 있다. 소정의 주파수는 입력 전압, 전류 또는 다른 아날로그 또는 디지털 신호와 관련될 수 있다. 예를 들어, 전압 조절 발진기는 입력 전압에 비례하는 주파수로 파형을 발생시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에 따라, 프로세서(30)는 시변(time-varying) 주파수의 AC 파형을 발생시키는 발진기(22)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발진기(22)는 사인파형의 신호 cos[ω(t)·t]를 발생시킬 수 있다. AC 신호는 증폭기(24)에 의해 증폭될 수 있고, 공동(20)에서 주파수 변조된 전자기파를 여기시키기 위해 방사 소자, 예를 들어 안테나(32 및 34)(도 4a에서 예로 설명된)를 작동하게 한다.
프로세서(30)는 소정의 주파수 대역 내의 다양한 주파수에서 진동하는 AC 파형을 순차적으로 발생시키기 위해 발진기(22)를 조절하도록 구성될 수 있다. 이러한 순차적 공정은 “주파수 스위핑”이라 한다. 더 일반적으로, 프로세서(30)는 다양한 MSE에서, 예를 들어 다양한 주파수, 위상, 진폭, 및/또는 방사 소자의 선택에서 순차적으로 파형을 발생시키기 위해 소스를 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 순차적 공정은 “MSE 스위핑”이라 할 수 있다. 순차적으로 훑어진 MSE는 서로 관련될 필요는 없다. 다소, 그들의 MSE 변수들은 MSE와 MSE 사이에 현저하게 다를 수 있다(또는 논리적으로 관련될 수 있다). 일부 실시예에서, MSE 변수들은 MSE와 MSE 사이에 현저하게, 아마도 그들 사이에는 논리적 연관이 없거나 작게 또는 없이 다를 수 있는데, 합계에 있어, 작동하는 MSE의 그룹은 원하는 에너지 인가 목표를 얻을 수 있다.
이와 같은 예시적 실시예에서(예를 들어, 주파수 스위핑에서), 각 주파수는 주입 방식(예를 들어, MSE의 특정 선택)과 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기(40)에 의해 제공되는 피드백 신호에 기초하여, 프로세서(30)는 주파수 대역으로부터 하나 이상의 주파수를 선택하도록 그리고 이러한 선택된 주파수에서 AC 파형을 순차적으로 발생시키는 발진기(22)를 제어하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서(30)는 피드백 신호에 기초하여 안테나(32 및 34)를 통해 전달되는 에너지의 양을 조절하기 위한 증폭기(24)를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 검출기(40)는 특정 주파수에서 에너지 인가 구역으로부터 반사되는 에너지의 양을 검출할 수 있고, 프로세서(30)는 반사되는 에너지가 높을 때 그 주파수에서 전달되는 에너지의 양이 높게 되도록 구성될 수 있다. 즉, 프로세서(30)는 반사되는 에너지가 특정 주파수에서 높을 때 하나 이상의 방사 소자가 더 긴 유지 시간 동안 그 주파수에서 에너지를 전달하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정된 반사된 에너지가 일정 주파수가 목표물에서 비교적 저조하게 흡수됨을 나타낼 때, 저조한 흡수를 보충하기 위해 그 주파수에서 더 많은 에너지를 인가하는 것이 바람직하다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로세서(30)는, 반사된 에너지가 특정 주파수에서 낮을 때, 하나 이상의 방사 소자가 더 긴 지속시간에 걸쳐 특정 주파수에서 에너지를 가하도록 구성될 수 있다. 반사된 그리고 가해진 에너지의 양 사이의 다른 관계는 또한 사용될 수 있다.
도 4b에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들은, 서로 다른 주파수들의 AC 파형을 발생시키기 위한 발진기(22 및 26)와 같은 하나 보다 많은 EM 에너지 발생 구성 요소를 갖는 소스를 포함할 수 있다. 분리되어 발생되는 AC 파형들은 증폭기(27 및 28)들 의해 각각 증폭될 수 있다. 따라서, 어떠한 주어진 시간에, 안테나(32 및 34)는 두 개의 서로 다른 주파수로 공동(20)으로 전자기파를 동시에 가해주도록 작동될 수 있다. 이러한 두 개의 주파수들 하나 또는 모두는 시간에 따라 변할 수 있다. 도 4b는 단지 예시적 목적으로, 두 개의 발진기를 도시하는데, 본 발명의 범위 내에서, 두 개 보다 많은 발진기(및/또는 둘 보다 많은 증폭기 및/또는 둘 보다 많은 안테나)가 사용될 수 있음이 고려된다.
프로세서(30)는 에너지 인가 구역으로 공급되는 두 개의 전자기파들 사이의 위상차를 바꾸기 위해 위상 변조기를 제어하도록 구성될 수 있다. 예로서, 위상 변조기는 도 5에서 묘사된 바와 같은 위상 변환기(phase shifter)(54)와 같은 위상 변환기를 포함할 수 있다. 위상 변환기(54)는, 0 에서 360도 사이의 어떤 곳에서 AC 파형의 위상을 지연시키는, 공동(20) 내에서 제어 가능한 방법으로 AC 파형에 시간 지연을 일으키도록 구성될 수 있다. 위상 변환기(54)는 연속적으로 변화하는 위상 변환 또는 시간 지연을 제공하도록 구성된 아날로그 위상 변환기를 포함하거나, 또는 위상 변환기(54)는 위상 변환 또는 시간 지연의 독립된 셋트를 제공하도록 구성된 디지털 위상 변환기를 포함할 수 있다.
스플리터(52)는 발진기(22)에 의해 발생된 AC 신호를 두 AC 신호들로(예를 들어, 분리 신호) 분리시키도록 제공될 수 있다. 프로세서(30)는, 두 개의 분리 신호들 사이의 위상차가 시간에 대해 변할 수 있도록 여러 시간 지연들을 순차적으로 일으키기 위해 위상 변환기(54)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 순차적 과정을 “위상 스위핑”이라 한다.
일반적으로, 프로세서(30)는, 상술한 주파수 스위핑 및 위상 스위핑에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, MSE 스위핑을 수행하기 위해 다양한 매개변수들을 스위핑할 수 있다. MSE 스위핑은 에너지 인가 구역에서 발생되는 필드 패턴에 영향을 미치는 어떤 매개변수의 순차적 변화를 포함할 수 있다.
프로세서(30)는 에너지 인가 구역으로 공급되는 적어도 하나의 전자기파의 진폭을 바꿔주기 위해 진폭 변조기를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 진폭 변조기는 다른 변조 신호로 캐리어 웨이브의 진폭을 제어하도록 구성된 믹서 회로, 예를 들어 도 6a에서 묘사된 믹서(42)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발진기(22)는 더 높은 주파수 AC 신호를 발생시키도록 구성될 수 있고, 그리고 발진기(26)는 더 낮은 주파수 AC 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 두 AC 신호들은 높은 주파수에서 진동하는 하나의 AC 신호로 믹서(42)에 의해 혼합되고, 그리고 혼합된 AC 신호의 진폭은 더 낮은 주파수 AC 신호에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 만일 더 높은 주파수 신호가 사인파 신호 cos[ω1·t]이고 더 낮은 주파수 신호는 다른 사인파 신호 cos[ω2·t]라면, 혼합된 신호는 cos[ω1·t] cos[ω2·t]가 될 수 있다. 혼합된 신호는 안테나(32,34)가 증폭된 파형으로 전자기파를 방사할 수 있도록 증폭기(44)에 의해 증폭될 수 있다.
일부 실시예에 따라, 진폭 변조기는 도 6b에서 도시된 것처럼 위상 변환기(54,56)와 같은 위상 변환기를 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 진폭 변조는 둘 이상의 위상 변환된 전자기파를 결합시켜 수행될 수 있다. 예를 들어, 스플리터(52)는 발진기(22)에 의해 발생된 AC 신호를 두 개의 AC 신호들로, 예를 들어 사인파 cos[ω·t]들로 분리시킬 수 있다. 단일 신호로부터 분리되기 때문에, 두 개의 분리 AC 신호들은 실질적으로 동일한 주파수를 공유할 수 있다. 하나의 분리 AC 신호는 위상 변환기(54)에 의해 위상 α로 변환될 수 있어, AC 신호는 cos[ωt+α]가 된다. 다른 분리 AC 신호는 위상 변환기(54)에 의해 위상 -α(또는 동등하게 360°-α)만큼 변환되어, AC 신호는 cos[ωt-α]가 된다.
도 6b에서 도시된 바와 같이, 위상 변환된 AC 신호들은 증폭기들(24 및 28)에 의해 각각 증폭될 수 있고, 그리고 이러한 방법으로 안테나들(32 및 34)는 공유되는 AC 파형을 갖는 전자기파를 여기시키기 위해 작동될 수 있다. 안테나(32 및 34)는 서로 간에 소정의 거리에 위치될 수 있는데, 안테나에 의해 여기되는 두 전자기파가 삼각함수 공식인 cos[ωt+α]+cos[ωt-α]= 2cos[α] cos[ωt]에 따라 진폭 변조된 웨이브를 형성할 수 있다. 제공된 다른 예시로서, 도 6b는 예시적으로만, 하나, 둘, 또는 그 이상의 위상 변환기가 특별한 적용의 요구에 따라 채용될 수 있다.
비록, 도 4a와 4b, 5, 및 6a와 6b가 주파수, 위상, 및 진폭 변조를 바꿔주기 위한 회로를 개별적으로 묘사하고 있지만, 이러한 회로들의 구성 요소들은 복수의 MSE의 가변적 조합들이 가능하도록 결합될 수 있다. 또한, 복수의 방사 소자들이 채용될 수 있고, 프로세서는 방사 소자들을 선택적으로 사용하여 MSE의 조합들을 선택할 수 있다. 예시에 의해서만, 세 개의 방사 소자들 A, B, 및 C를 갖는 장치에서, 진폭 변조는 방사 소자 A 및 B로 수행될 수 있고, 위상 변조는 방사 소자 B 및 C로 수행될 수 있고, 그리고 주파수 변조기는 방사 소자 A 및 C로 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 진폭은 일정하게 유지될 수 있고 필드 변화는 방사 소자들 사이의 전환에 의해 일어날 수 있다. 또한, 방사 소자(32 및 34)들은 그들의 위치 또는 방향을 변하게 하는 장치를 포함할 수 있는데, 그에 의해 필드 패턴 변화를 일으킨다. 조합들은 사실상 제한이 없고, 본 발명은 어떤 특정 조합에 제한되지 않지만, 필드 패턴들은 하나 이상의 MSE를 바꿔줌에 의해 바뀔 수 있다는 개념을 다소 반영한다.
MSE 선택에 있어서 변화들은 필드 패턴들에서의 확실한 변화를 일으킬 수 있지만, MSE의 주어진 셋트에 해당하는 필드 패턴들이 예측 가능하게 될 수 있다. MSE의 어느 특정 셋트에 기인하는 필드 패턴들은 예를 들어, 테스트, 시뮬레이션 또는 분석적 연산을 통해 결정될 수 있다. 테스트 접근을 이용하여, 센서들(예를 들어 작은 안테나)은 MSE의 주어진 셋트에 기인하는 전자기장 분포를 측정하기 위해 에너지 인가 구역에 위치하게 될 수 있다. 필드 패턴들은 예를 들어 대조 테이블(look-up table)에 저장될 될 수 있다. 테스트 접근은 공장 또는 현장에서 수행될 수 있다. 시뮬레이션 접근에서, MSE 셋트에 해당하는 필드 패턴이 가상의 방법으로 테스트될 수 있도록 가상 모델이 구축될 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역의 시뮬레이션 모델은 컴퓨터 프로그램에 입력된 한 셋트의 MSE에 기초하여 컴퓨터에서 수행될 수 있다. CST 또는 HFSS와 같은 시뮬레이션 엔진은 예를 들어, 제공된 입력차에 기초하여 어떤 주어진 MSE에 대한 에너지 인가 구역 내부의 필드 분포를 숫자적으로 계산하도록 사용될 수 있다. 결과 필드 패턴은 영상 기술을 이용하여 영상화 되고 디지털 데이터로 컴퓨터에 저장될 수 있다. MSE와 결과 필드 패턴 사이의 상관성은 이러한 방법으로 정립될 수 있다. 이러한 시뮬레이션 접근은 미리 이루어질 수 있고, 알려진 필드 패턴들은 대조 테이블에 저장될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시뮬레이션은 에너지 인가 작동 중 필요에 따라 수행될 수 있다.
테스트 및 시뮬레이션에 대해 대안적으로 또는 부가적으로서, 연산은 선택된 MSE 셋트에 기초하는 필드 패턴을 예측하기 위해 해석적 모델에 기초하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 알려진 치수를 갖는 에너지 인가 구역의 형상이 주어지면, 특정 MSE에 대응하는 기본 필드 패턴은 해석적인 방정식으로부터 연산될 수 있다. 시뮬레이션 접근으로와 같이, 해석적 접근은 미리 일어날 수 있고, 그리고 알려진 필드 패턴이 대조 테이블에서 저장될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 해석적 접근은 에너지 인가 작동 중 필요에 따라 수행될 수 있다.
도 10으로 돌아가, 단계(1030)에서 보여지는 바와 같이, 프로세서(30)는 에너지 인가 구역의 손실 프로파일을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 손실 프로파일은 미리 결정될 수 있다. 손실 프로파일은 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 그리고 그 메모리 유닛으로부터 저장된 프로파일을 읽어 프로세서에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 만일 에너지 인가 구역이 알려진 목표물로 에너지를 가해주도록 사용된다면, 목표물의 손실 프로파일은 미리 측정, 시뮬레이션, 또는 연산에 의해 얻어질 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 손실 프로파일은 앞서 설명된 바와 같이 프로세서에 의해 동적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 초기 손실 프로파일은 미리 측정에 의해 얻어질 수 있고; 그리고 과정 중, 갱신된 손실 프로파일은 동적을 결정될 수 있다. 손실 프로파일을 얻는 것에 부가하여, 단계(1030)는 분할 전략을 결정하는 부-단계(sub-step)를 또한 포함할 수 있다. 만일 손실 프로파일이 에너지 인가 구역의 분할 정보를 포함한다면, 프로세서는 손실 프로파일과 동일한 분할 전략을 사용할 수 있다.
대안적으로, 프로세서는 다른 분할 전략을 결정 할 수 있다. 예를 들어, 단계(1030)에서, 프로세서는 복수의 영역으로 에너지 인가 구역을 나누는 분할 전략을 결정하도록 구성될 수 있다. 분할이라 함은 에너지 인가 구역의 분할, 분리, 및/또는 구역화, 또는 영역들로 그것들의 표시라 할 수 있다. 영역들로 에너지 인가 구역의 분할은 미리 결정될 수 있다. 한 경우에, 프로세서는, 예를 들어 대조 테이블, 메모리에 저장된 정보 또는 프로세서에 코딩된 정보를 통해 소정의 분할 정보를 얻을 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 분할은 동적으로 일어날 수 있다. 예를 들어, 초기 분할은 미리 결정되고, 그리고 예를 들어 한 셋트의 방정식의 해답의 안정성을 향상시키기 위해 동적으로 변화될 수 있다.
일부 실시예에서, 분할은 소정의 방법으로, 예를 들어 목표물이 위치되기 쉬운 에너지 인가 구역에 위치하는 트레이의 중심에서 더 밀집되고 그리고 에너지 인가 구역의 가장자리 부근에서는 더 희박하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 분할은 목표물에 대한 정보에 부합, 예를 들어 다음과 같은 논리에 부합할 수 있다. 첫 번째로, 프로세서는 예를 들어 사용자로부터 에너지 인가 구역 내의 목표물들의 위치와 관련된 정보와, 그리고 예를 들어 주어진 부피에는 물이 있고, 다른 영역에는 빵이 있는, 그것들의 유전적 특성의 공간적 분포를 얻을 수 있다. 기본적으로 균일한 유전특성에 의해 특징 지워지는 각 용적(위 예에서 물 또는 빵)은 분할의 목적으로 하나의 영역으로서 정의될 수 있다. 가끔은, 균일한 유전특성 및 불규칙한 형상의 목표물은 더 규칙적인 형상을 갖는 몇 개의 영역 각각으로 분할될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 분할은 서로 다른 영역들에 인가되는 에너지의 양과 부합되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 만일 주어진 용적을 따라 온도 구배가 필요하게 되면, 이 용적은 요구되는 온도 구배를 얻게 하는 MSE의 조합의 설계를 용이하게 하도록, 많은 영역들로 분할된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 분할 전략은 요구되는 연산 시간 및/또는 사용자에 의해 요구되는 정확도와 신뢰성, 및/또는 아래의 방정식들(4 및/또는 5)의 수학적 해답의 안정성을 고려하여 선택된다. 예를 들어, 너무 많은 수의 독립된 영역은 수학적 해답의 안정성을 감소시킨다. 반면에, 독립 영역의 수가 너무 작으면, 해답을 찾는 것이 전혀 불가능해질 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서는 영역의 수가 최소화된 첫 번째 분할 방식에 따라 시작하고, 만일 해답이 불가능하게 되면, 영역의 수가 증가될 수 있다. 만일 해답이 가능하면, 방정식은 풀리게 된다. 만일 해답이 충분하게 정확하지 않다면(예를 들어, 얻어진 에너지와 목표 에너지 사이의 차가 허용되는 상한선에 가까우면), 더 많은 영역으로 분할이 시도될 것이다. 영역의 수에 대해 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시예에서 프로세서는 영역들 사이의 경계의 형상 및/또는 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 만일 주어진 셋트의 방정식이 풀릴 수 없다고 판단되면, 분할 전략 또는 방식을 변화시키는 것에 대안적으로 또는 부가적으로, 다른 선택들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 불안정성에 대한 주요 기여를 하지만 해답에는 작은 기여를 하는 방정식을 제거함과 선형적 방정식의 셋트를 숫자적으로 풀어내는 해당 기술 분야에서 그 자체로 알려진 다른 방법들이 있다.
분할 원리를 더 설명하기 위해, 도 8에서 에너지 인가 구역(810)은 목표물(830)이 단일 영역을 차지하는 방법으로 분할될 수 있다. 다른 예에서, 에너지 인가 구역(810)은 목표물(830)이 도 8에서 도시된 바와 같이 다수의 영역을 차지하는 방법으로 분할될 수 있다. 분할 전략은 많은 인자들, 원하는 해답에 제한되지 않고 포함하는, 손실 프로파일의 특성들 및/또는 이용 가능한 필드 패턴들에 좌우될 수 있다.
일부 실시예에서, 서로 다른 영역들(예를 들어, 에너지의 서로 다른 양들이 인가되는)의 분해능 및/또는 그 구역의 분할의 분해능(예를 들어, 구역이 복수의 영역들로 분할될 수 있음)이 인가되는 EM 에너지의 예를 들어, λ/10, λ/5, λ/2의 단위로 파장의 부분이 될 수 있다. 예를 들어, 900MHz에 대해, 공기(ε=1) 중에서 해당하는 파장(λ)은 33.3㎝ 이고, 그리고 분해능은 3cm 단위로, 예를 들어 (3cm)3 또는 1 (mm)3 인 분해능이 될 것이다. 물에서는, 예를 들어, 파장은 동일 주파수(900MHz)에서 약 9배 더 짧아서, 분해능은 0.33cm 단위, 예를 들어 (0.33cm)3 인 분해능이 될 것이다. 고기에서는, 예를 들어, 900MHz의 주파수에 해당하는 파장은 공기에서 보다 7배 더 짧아서, 분해능은 0.4cm 단위, 예를 들어 (0.4cm)3 인 분해능이 될 것이다. 더 높은 주파수를 사용하는 것은 더 높은 분해능을 허용하는 것이 된다. 예를 들어, 다른 주파수에서, 분해능은 0.1cm, 0.05cm, 0.01cm, 5mm, 1mm, 0.5mm, 0.1mm, 0.05mm 또는 그 이하의 단위로 될 수 있다.
예를 들어, 목표물(830)의 크기는 SL(a.u)이고 원하는 분해능은 목표물이 적어도 100개 영역을 포함할 것을 요구하면, 각 영역의 평균 크기는, 예를 들면 SL/100이 된다. 서로 다른 영역들의 크기는 동일하거나 또는 동일하지 않을 수 있다. 목표물의 어떤 위치에서, 분할된 영역들의 크기는 다른 위치들에서 보다 더 작을 수 있다. 다시 말해, 영역들의 밀도가 전체 목표물에 걸쳐 변할 수 있다.
예를 들어, 분할 전략은 한 영역이 에너지 인가를 위한 목표가 되는 에너지 인가 구역에 있는 목표물의 일부에 해당하는지에 따라; 그 영역이 목표물의 일부도 위치하지 않는 구역의 영역에 해당하는지, 또는 에너지 인가를 위한 목표가 되지 않는 목표물의 일부를 포함하는 영역(이들 후자 두 영역 각각은 “기공 구역”이라 한다)에 해당하는지에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 하나의 선택적 전략에 있어서, 전체 기공 구역은 단일 영역으로 취급될 수 있다. 다른 예시적 전략에 있어서, 기공 구역은 목표물 내부와 유사한 방법으로 복수의 영역으로 분할 될 수 있다. 이 경우, 분할은 목표물의 공간적 차지에 관계없이 전체 에너지 인가 구역에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 분할은 목표물에 의해 점유되는 구역과 기공 구역에 대해 분리하여 수행될 수 있다. 다른 예시에서, 기공 구역은 목표물에서와는 다른 방법으로 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 기공 구역에서 영역들의 평균 크기는 목표물 내부에서 보다 더 클 수 있다. 다시 말해, 기공 구역에서의 영역들의 밀도는 목표물(예를 들어, 목표물(50)) 내부에서 보다 더 낮을 수 있다. 도 7c에서 묘사된 바와 같이, 분할은 목표물에서 더 밀도가 높고 기공 구역에서는 더 희박하다. 영역들은 규칙적 또는 불규칙적인 형상일 수 있다. 예를 들어, 3D인 경우에, 도 7a에서 도시된 바와 같이, 영역들은 규칙적인 입방정의 또는 직사각형의 형상일 수 있다. 대안적으로, 영역들은 특정 요구에 따라 어떤 불규칙한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 인가 구역은 도 7b에서 도시된 바와 같이 다소 무작위의 영역들로 분할될 수 있다.
위에서의 설명은 채용될 수 있는 분할 전략의 예를 설명하는 것이지만, 어떤 적절한 분할 전략이 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따른 분할 전략은, 예를 들어 프로세서가 복수의 영역들로서 에너지 인가 구역을 나타내도록 하는데, 그러한 영역들은 크기 또는 형상에 있어 균일한지에 관계없고 그리고 분할이 어떤 인식 가능한 패턴을 초래하는지에 관계없다.
손실 프로파일을 구성하는 예시적 과정은 도 8과 관련되어 아래에서 설명되는데, 여기서 에너지 인가 구역(810)은 각 영역이 실질적으로 동일한 규칙적인 정사각형 형상을 갖는 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 그러나, 아래에서 설명되는 방법은 구역(810)이 불규칙한 형상 및/또는 동일하지 않은 크기들의 영역으로 나뉘어지는 분할로 적용될 수 있음이 고려된다. 영역들은 상단 왼쪽 코너에서부터 하단 오른쪽 코너로 1, 2, 3, …,Nd로 표기될 수 있다. 복수의 영역, 예를 들어 영역 Ra 및 Rb 를 포함하는 목표물(830)은 서로 다른 손실 계수 σa 및 σb를 갖는 두 종류의 재료를 포함할 수 있다. 에너지 인가 구역 내이지만 목표물의 바깥에 있는 기공 영역 Ro은 손실 계수 σo 를 갖는다. 이 프로세스의 목적은 σa, σb, 및 σo 로 나타내는 실제 손실 프로파일에 근접하는 에너지 인가 구역(810)의 손실 프로파일을 만들어내는 것이다. 이러한 목적을 얻기 위해, 프로세서는 각 영역(1 에서 Nd)에 알지 못하는 손실 계수 σi (i=1, 2, 3,…, Nd)를 부여한다. 이렇게 분할된 σi 는 Nd에 의해 표시되는 분해능을 갖는 실제 손실 프로파일의 숫자적 표현이 된다. 예를 들어, Nd가 크다면, 에너지 인가 구역 내부에 많은 영역이 있을 수 있고, 그리고 각 영역의 크기는 작게 된다.
도 8에서, 두 개의 방사 소자(840)(예를 들어 안테나)가 에너지 인가 구역(810)으로 EM 에너지를 가해주기 위해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1020)에서 결정되는 MSE는 예를 들어 두 방사 소자(840)들 사이의 위상차이고, 그리고 MSE는 [θ1, θ2,…, θNm]으로 표현된다. 일부 표기는 다른 종류의 MSE에도 사용될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 각 MSE는 에너지 인가 구역(예를 들어 구역(810)) 내부의 알려진 필드 패턴에 해당할 수 있다. 에너지 인가 구역은 Nd 영역들로 분할되기 때문에, 각 MSE θj에 대해, 대응하는 알려진 필드 패턴은 일련의 국지적 전기장 강도[I1j, I2j, I3j, …,INdj]로 표현될 수 있다. 구역의 특정 영역에서 전기장 강도는 그 영역에서 전기장 진폭의 제곱에 비례한다. 모든 MSE에 대해, 필드 패턴들은 행렬에서 다음과 같은 형식으로 총합적으로 쓰여질 수 있다.
[I11, I21, I31, …,INd1
I12, I22, I32, …,INd2
…
I1Nm, I2Nm, I3Nm, …,INdNm]
I 행렬이라고 하는 이 행렬은 MSE와 분할 접근이 결정된 후에 결정될 수 있다. 만일 분할이 변하면, 필드 패턴이 동일하게 유지되더라도 I 행렬의 값이 변할 것이다.
일부 실시예에서, 프로세서는 MSE의 제어를 통해 복수의 전자기장 패턴 각각에 인가되는 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 단계(1040)에서 도시된 바와 같이, 프로세서는 에너지 인가 구역에서의 적어도 한 영역으로 전달되거나 또는 흡수되는 원하는 양의 에너지(본원에서 일반적으로 용적 에너지 전송 정보 W로 언급되는)를 얻을 수 있다. 이와 같은 정보는 미리 결정될 수 있고, 특정 목표를 위한 프로세서에 의해 동적으로 결정될 수 있고, 및/또는 장치의 사용자에 의해 입력될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 “용적”이라는 말은 예를 들어, 하나 보다 많은 공간적 치수에 의존하는 어떤 특징을 말한다. 예를 들어, “용적”은, 물리적으로 구속되거나 또는 되지 않거나 에너지 인가 구역과 관련한 삼차원적 공간에 관계되는 특징으로 나타날 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 용적 에너지 전송 정보 W는 에너지 인가 구역의 용적 영역에 걸쳐 흡수 되거나 또는 전달되는 원하는 양의 에너지에 해당하는 3차원 공간적 에너지 분포 프로파일을 나타낸다.
용적 에너지 전송 정보는 에너지 인가 구역에 있는 적어도 한 영역에서 흡수 되거나 또는 전달되는 원하는 양의 에너지를 포함한다. 예를 들어, 사용자는 샌드위치의 고기 부분으로 100주울(Joule)의 에너지를, 그리고 샌드위치의 빵 부분으로는 20주울(Joule)의 에너지를 전송할 것을 결정할 수 있다. 이러한 요구되는 에너지 인가 패턴을 수행하기 위해, 사용자는 에너지 인가 구역의 영상으로부터, 서로 다른 공간적 위치의 목록으로부터 또는 용적 위치를 특정할 수 있는 어떤 다른 수단들에 의해 공간적 위치를 선택할 수 있다. 사용자는 장치의 어떤 인터페이스를 통해 각 특정 영역으로 전달되는 에너지의 양을 특정할 수 있다. 프로세서가 용적 에너지 전송 정보를 얻은 후, 프로세서는 이와 같은 정보에 기초하여, 도 10의 단계(1050)에서 도시된 바와 같이 행렬을 구성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는, 앞서 설명한 바와 같이 MSE와 관련된 필드 패턴들 및 분할에 기초하여 I 행령을 구성할 수 있다. 프로세서는 I 행렬과 손실 프로파일에 기초하여 다른 행렬을 더 결정할 수 있는데, 이하에서 “P 행렬”이라 한다. P 행렬은 다음과 같이 구성될 수 있다.
P = σI
여기서 σ는 손실 프로파일이다. 영역에서 흡수되는 에너지는 필드 강도와 그 영역에서의 손실에 따르게 되기 때문에, P 행렬은 각 MSE가 가해질 때 각 영역에서 흡수되는 에너지의 양을 나타낼 수 있다. 용적 에너지 전송 정보 W는 에너지 전송(인가)의 결과로서 에너지 인가 구역에 있는 적어도 한 영역에 의해 흡수되는 에너지의 양을 명시하면서, 흡수되는 에너지의 목표 분포를 나타낼 수 있다. W에 의해 표시되는 원하는 결과는 선택된 MSE의 조합에 의해 얻어질 수 있다. 그러므로, 프로세서는 원하는 에너지 전송이 되게 할 수 있는 에너지 전송 방식(예를 들어, 용적 에너지 전송 정보 W)으로 각 MSE의 기여를 나타내는 가중치 벡터 T를 결정할 수 있다. 따라서, 각 필드 패턴 또는 대응하는 MSE의 가중치들(T), 각 필드 패턴 또는 대응하는 MSE와 관련된 에너지 흡수(P) 및 원하는 에너지 전송(W) 사이의 관계는 W=TP로서 표현된다. 가중치는 다음과 같은 방정식으로부터 계산될 수 있다.
T=WP-1
여기서 P- 1는 P 행렬의 역행렬을 나타낸다.
행렬이 구성된 후, 그 방법은 행렬이 풀 수 있는 방정식을 나타내는지 검토하는 단계(단계(1060))를 포함할 수 있다. 만일 그렇다면(1060:예), 그 방법은 방정식을 푸는 단계(단계(1080))과, 그리고 해답과 일치해서 에너지 인가 구역으로 에너지를 인가함, 예를 들어 방정식을 풀어서 알게 된 가중치에 따라 가중된 서로 다른 MSE에 에너지를 인가하는 단계(단계(1090))를 포함할 수 있다. 만일 방정식이 풀릴 수 없다면, 예를 들어, 해답이 존재하지 않거나 또는 충분히 안정하지 않다면(단계(1060): 아니오), 그 방법은 해답에 참여한 MSE 및/또는 적용된 분할을 수정함을 포함할 수 있고, 제어는 새로운 MSE 및/또는 분할로 단계(1040)으로 되돌아 갈 수 있다.
방정식을 풀어서 발견될 수 있는 가중치 T는 예를 들어, 에너지 인가의 지속 시간, 에너지 인가의 파워 또는 원하는 결과에 대한 각 MSE의 기여분에 영향을 미치는 다른 에너지 인가 특징을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 만일 각 MSE로 인가되는 파워가 실질적으로 동일하다면, 에너지 인가 지속은 가중치에 의해 영향을 받게 된다. 예를 들어, 만일 첫 번째 MSE가 두 번째 MSE의 가중치에 비해 두 배로 부여된다면, 첫 번째 MSE는 두 번째 MSE 보다 두 배의 시간 동안 인가될 수 있다.
다른 예시에서, 만일 각 MSE를 인가하는 지속 시간이 실질적으로 동일하다면, 가중치는 각 에너지 인가 기간 동안 파워 레벨에 해당할 수 있다. 예를 들어, 만일 첫 번째 MS에 두 번째 MSE의 가중치에 비해 두 배인 가중치가 부여된다면, 첫 번째 MSE는 두 번째 MSE보다 두 배의 파워로 인가될 수 있다.
또 다른 예시에서, 만일 첫 번째 MSE에 두 번째 MSE의 가중치에 비해 세 배인 가중치가 부여된다면, 첫 번째 MSE는 두 번째 MSE에 인가되는 시간의 두 배 그리고 파워의 150%로 적용될 수 있다. 따라서, 가중치는 파워 레벨에 해당할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가중치는 지속 시간에 해당할 수 있다.
결정된 가중치로 MSE 각각의 인가는 에너지 인가 방식 또는 에너지 전달 방식으로서 본원에서 언급될 수 있다.
프로세서는 에너지 전달 방식을 수행하도록, 즉 결정된 가중치로 에너지 인가 구역으로 복수의 전자기장 패턴 각각을 소스가 공급하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 프로세서는 해당하는 필드 패턴이 에너지 인가 구역에서 발생되도록 하는 MSE의 인가를 제어할 수 있다. 이러한 필드 패턴은 상술한 바와 같은 열점과 냉점을 포함할 수 있다. 특정 MSE와 그에 해당하는 필드 패턴 사이의 상관관계 때문에, 열점과 냉점을 포함하는 필드 패턴의 특성들은 예측 가능하다. 특별한 예에서, 열점과 냉점의 위치 및 필드 강도는 주어진 MSE에 대해 예측 가능하다. 필드 패턴의 이와 같은 지식으로, 프로세서는 제어 가능한 방법으로 목표물에 에너지를 가해준다.
도 9a 및 9b는 공간적으로 제어되는 에너지 전달의 예를 도시한다. 도 9a에서, 에너지 인가 구역(910)은 1부터 36까지 표시된 한 셋트의 영역들로 분할될 수 있다. 세 개의 방사 소자(960,962 및 964)는 에너지 인가 구역(910)의 경계에 위치하게 된다. 목표물(920)은 영역들(8,9,14 및 15)을 점유하는 구역에 위치하게 된다. 세 개의 필드 패턴들은 적절한 MSE를 인가함에 의해 발생될 수 있다. 첫 번째 필드 패턴은 영역들(8,9,10 및 11)(상단 오른쪽부터 하단 왼쪽으로 진행하는 선으로 표시된 빗금친 면적)에 위치하게 되는 열점(930)을 포함할 수 있다. 두 번째 필드 패턴은 영역들(14,20 및 26)(상단 왼쪽부터 하단 오른쪽으로 진행하는 선으로 표시된 빗금친 면적)에 위치하게 되는 열점(940)을 포함할 수 있다. 세 번째 필드 패턴은 영역들(15,16,21 및 22)(엇갈리는 선으로 표시된 빗금친 면적)에 위치하게 되는 열점(950)을 포함할 수 있다. 도 9a의 묘사는 본 발명에 따른 원리의 예시적 적용의 매우 단순화된 표현이다. 실제, 인가 구역의 분할은 적은 또는 너무 많은 영역들을 포함할 수 있고, 그리고 서로 다른 영역들의 크기는 서로 다를 수 있다. 또한, 실제로, 에너지 인가 구역은 삼차원이 될 수 있다. 이차원적 예는 표현의 단순화를 위해 제공되었다. 영역은 불규칙한 형상이 될 수 있고, 상이하게 표시되거나 또는 인식될 수 있다. 목표물은 하나 이상의 영역들에 위치하게 될 수 있고, 그리고 일부 영역들을 단지 부분적으로 점유할 수 있다. 필드 패턴들은 하나 이상의 열점들을 포함할 수 있는데, 열점들 각각은 하나 이상의 영역들에 위치하게 될 수 있고, 또는 열점들은 일부 영역들에서 단지 부분적으로 위치하게 될 수 있다. 서로 다른 필드 패턴들의 열점들은 서로 전체적으로 또는 부분적으로 중첩될 수 있다. 다른 수의 방사 소자가 있을 수 있고, 그리고 그것들은 에너지 인가 구역의 내부, 부분적 내부 또는 외부의 서로 다른 위치에 놓일 수 있다.
단순화를 위해, 도 9a에서는 첫 번째 필드 패턴(열점(930)을 포함하여)이 방사 소자(960)를 통해 전자기 에너지를 인가함에 의해 발생된다. 마찬가지로, 두 번째 및 세 번째 필드 패턴(각각 열점(940 및 950))은 방사 소자들(962 및 964) 각각을 통해 전자기 에너지를 인가함에 의해 발생된다. 그러므로 프로세서는, 소스가 방사 소자(960)를 통해 전자기 에너지를 에너지 인가 구역으로 공급하게 함에 의해 열점(930)을 발생시키도록; 소스가 방사 소자(962)를 통해 전자기 에너지를 에너지 인가 구역으로 공급하게 함에 의해 열점(940)을 발생시키도록; 그리고 소스가 방사 소자(964)를 통해 전자기 에너지를 에너지 인가 구역으로 공급하게 함에 의해 열점(950)을 발생시키도록 선택할 수 있다.
목표물(920)과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보는 앞서 설명한 어떠한 가능한 방법으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 도 9b에서 도시된 바와 같이, 목표물(920)은 세 부분(922, 924 및 926)을 포함한다. 부분(922)는 영역(8 및 9)에 위치하게 될 수 있다; 부분(924)는 영역(14)에 위치하게 될 수 있다; 그리고 부분(926)는 영역(15)에 위치하게 될 수 있다. 세 부분은σ 922, σ924 및 σ926으로 각각 표시될 수 있는 서로 다른 손실 특성을 가질 수 있다. 단순화를 위해, 세 부분들은 동일한 손실 특성, 예를 들어 σ920을 갖는 것으로 상정된다.
열점들(930,940 및 950)은 서로 다른 필드 강도를 가질 수 있다. 실제, 필드 강도는 공간적 위치의 함수이고, 이는 열점/냉점 내부에서 조차 종종 균일하지 않다. 사실, 정상파 현상으로 인해, 에너지 인가 구역에서 필드 강도의 진폭들, 다시 말해 최대 필드 강도의 인벨롭(envelop)은 종종 국지적 최대로부터 국지적 최소로 변한다. 그와 같은 변화는 종종 사인파 평상을 갖는다. 즉, 필드 강도의 진폭들은 한 위치로부터 다른 위치로 연속적으로 변한다. 그러므로, 열점은 영역 내부의 필드 강도의 모든 진폭들이 한계점을 넘어가게 되는 공간 영역으로서 종종 정의될 수 있고, 반면 냉점은 영역 내부의 필드 강도의 모든 진폭들이 한계점을 아래에 있게 되는 공간 영역으로서 정의될 수 있다. 열점/냉점 내부에서, 서로 다른 위치의 필드 강도 진폭은 같을 필요는 없음이 이해되어야 한다. 그러나, 설명의 단순화와 편의를 위해, 도 9a에서, 세 개의 열점들(930,940 및 950) 모두의 내부에서 필드 강도의 진폭들은, 해당하는 여기 방사 소자로 동일한 파워를 제공할 때 동일하게 되고, 그리고 해당하는 여기 방사 소자로 공급되는 파워가 변함에 따라 선형적으로 증가/감소한다.
본 발명은 원하는 양의 에너지를 일부 공간적 또는 에너지 허용 오차 이내로 목표물의 특정 부분으로 인가하는 것이 가능하게 할 수 있다. 얼마나 많은 에너지가 목표물의 어떤 부분으로 인가되는지를 구체화하기 위한 사실상 무한한 수의 에너지 전달 방식이 있다. 단순화를 위해, 에너지 전달 방식은 목표물(920)로 균일한 에너지 전달을 이루는 것이다. 다시 말해, 방식은 목표물의 영역들(8,9,14 및 15) 각각으로 동일한 양의 에너지를 전달함이다. 이러한 목표를 달성하기 위해, 프로세서는 방사 소자들(960,962, 및 964) 각각으로 공급되는 파워를 처음 결정할 수 있다. 목표물(920)의 세 부분들 모두의 손실 특성은 동일하고, 그리고 세 열점들(930,940 및 950) 모두의 내부에서 필드 강도들의 진폭은 그에 해당하는 여기 방사 소자로 동일한 파워를 공급할 때 또한 동일함을 추정하기 때문에, 프로세서는 균일한 에너지 전달을 달성하기 위해, 방사 소자로 공급되는 파워는 또한 동일해야 함을 결정한다. 즉, 필드 패턴으로 적용되는 가중치는 동일해야 한다. 프로세서는 소스가, 전자기 에너지가 열점(930)을 통해 목표물(920)의 부분(922)으로 전달되게 되는 첫 번째 필드 패턴을 발생시키도록 방사 소자(960)로 지속 시간 t960 동안 파워 P960를 공급하게 한다. 그 후에 프로세서는 전자기 에너지가 열점(940)을 통해 목표물(920)의 부분(924)으로 전달되게 되는 첫 번째 필드 패턴을 발생시키도록 방사 소자(962)로 지속 시간 t962 동안 파워 P962를 공급할 수 있다. 마지막으로, 프로세서는 전자기 에너지가 열점(950)을 통해 목표물(920)의 부분(926)으로 전달되게 되는 첫 번째 필드 패턴을 발생시키도록 방사 소자(964)로 지속 시간 t964 동안 파워 P964를 공급할 수 있다. 위에서의 프로세스에서, 파워 레벨들 P960= P962=P964 이고 t960 = t962 = t964 일 때, 목표물의 위치들(8,9,14 및 15)로 전달되는 에너지의 양은 동일하다.
다른 예시에서, 만일 전달 방식이 부분들(924 및 926)으로 동일하게 전달되는 에너지 양의 두 배를 부분(922)(영역(8 및 9)를 차지하는)으로 전달하는 것이라면, 프로세서는 파워 레벨을 두 배로 올리고 (P960= 2 x P962 )그리고 파워 레벨을 P962=P964 로 유지한다. 그러나 지속 시간은 변하지 않는다. 대안적으로, 프로세서는 모든 파워 레벨이 변하지 않게 유지하고 에너지 공급 유지를 t960 = 2 x t962 = 2 x t964 가 되도록 연장한다. 또한 대안적으로, 프로세서는 P960= 1.5P962=1.5P964 이고 t960 = 1.333t962 = 1.333t964 이 되도록 방사 소자를 제어할 수 있다. 부분(922)으로 전달된 에너지의 양이 부분(924 및 926)으로 전달된 에너지 양의 두 배이고 부분들(924 및 926)로 전달된 에너지의 양들은 동일하도록 어떤 다른 방법이 또한 사용될 수 있다
일부 실시예에서, 에너지 인가 구역의 분할은 도 9a 및 9b에서 도시된 것과 다를 수 있다. 예를 들어, 목표물(920)은 복수의 영역들(예를 들어 셋)로 분할될 수 있는데, 도 9b에서 도시된 영역들(8 및 9)은 단일 영역으로 합쳐질 수 있다. 이 경우, 원래 영역들(8 및 9)을 가로질러 동일한 손실 특성들을 갖는 부분(922)은, 단일 영역(8+9)을 점유할 수 있다.
일부 실시예에서, 에너지 인가 구역에서의 열점들은 서로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에서 열점들(930 및 940)은 영역(8)에서 서로 중첩될 수 있다. 이 경우, 에너지 전달 제어 전략은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 열점들의 이러한 분포는, 열점들(930 및 940)이 모두 적용될 때 영역(8)이 에너지 축적을 수용할 수 있기 때문에, 영역(8)으로 더 많은 에너지를 전달하기에 특별히 적합할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이러한 열점들은 각 열점 안에서 필드 강도 불균일성을 보완하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 열점(930)에서의 영역(8)은 영역(9)에서 보다 더 낮은 필드 강도의 진폭을 가질 수 있다. 유사하게, 열점(940)에서의 영역(8)은 영역(14)에서 보다 더 낮은 필드 강도의 진폭을 또한 가질 수 있다. 그러므로, 930 및 940의 적용 중 영역(8)에서의 부가적 에너지를 가해줌에 의해, 필드 강도의 진폭에 있어서 이러한 불균일성은 보완될 수 있다 균일한 에너지 전달은 목표물(920)에서 달성될 수 있다. 유사한 원리에 기초하여, 목표의 불균일 가열 패턴이 얻어질 수 있다.
일부 실시예에서, 얻어진 정보, 예를 들어 손실 프로파일은 목표물의 알려진 특징들에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 동일한 물리적 특징들을 공유하는 제품들(예를 들어, 동일한 햄버거 패티)을 개별적으로 가열하는 전용의 오븐의 경우에, 프로세서는 목표물의 에너지 흡수 매개변수로 미리 프로그램될 수 있다. 다른 예에서, 오븐은 몇 가지 다른, 그러나 소정의, 서로 다른 흡수 특징들(예를 들어, 일정한 공급자에 의해 공급된 다양한 음식 아이템)의 각 목표물들을 가열하도록 구성될 수 있고, 그리고 프로세서는 데이터베이스로부터 목표물의 에너지 흡수 매개변수을 입력시키도록 프로그램될 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터베이스는 장치에 대해, 예를 들어 프로세서에 대해 내부에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터베이스는 외부에, 예를 들어, 인터넷에 있을 수 있고, 그리고 프로세서는 외부의 데이터베이스로부터 정보를 내려 받을 수 있도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 얻어진 정보는 목표물로부터 피드백에 기초된다. 예를 들어, 다양한 측정 방법들은 목표물과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보를 결정하기 위해 채용될 수 있다. 하나의 특별한 예시적 방법은 목표물로 전자기 에너지를 가해줌에 의해, 예를 들어 전송 방사 소자로 반사되는 에너지를 측정함에 의해 및/또는 전송 방사 소자로부터 다른 검출기로, 예를 들어, 다른 수신 방사 소자로 전송되는 에너지를 측정함에 의해 목표물로부터 반사되는 에너지를 측정함을 포함할 수 있다. 반사된 에너지의 피드백 정보에 기초하여, 목표물과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보는 결정될 수 있다.
프로세서는 목표물로부터 피드백에 기초한 손실 프로파일을 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 손실 프로파일이 미리 이용 가능하지 않을 때 또는 먼저 얻어진 손실 파일이 개선되거나 또는 재결정될 필요가 있을 때, 프로세서는 일련의 단계를 통해 손실 프로파일을 발생시키도록 구성될 수 있다. 특별한 예에서, 프로세서는 소스가 전자기 에너지를 목표물에 인가하도록 하고, 목표물로부터 반사된 에너지를 측정하도록 구성될 수 있다. 반사된 에너지의 피드백 정보에 기초하여, 목표물과 관련된 전자기 에너지 손실을 나타내는 정보가 결정될 수 있다. 다른 예에서, 손실 프로파일과 관계된 하나 이상의 소정의 지표들은 미리 저장될 수 있고, 프로세서는 소스가 목표물로 전자기 에너지를 인가하도록 하고 목표물로부터 피드백 전자기 에너지를 검출한다. 이와 같은 피드백 정보에 기초하여, 프로세서는 손실 프로파일과 관련된 하나 이상의 소정의 지표들로부터 손실 프로파일을 발생시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 전자기장 패턴의 각각으로 적용되는 가중치는 얻어진 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 9a와 9b에서 도시된 바와 같이, 부분(922, 924 및 926)의 손실 특성들이 서로 다를 때, 주어진 에너지 전달 방식을 얻기 위해, 적용된 가중치는 그에 따라 조정될 필요가 있다. 예를 들어, 만일 부분(922)이 손실 특성 σ922 = 2xσ924 = 2xσ926을 갖는다면, 부분(922)로 에너지를 전달하기 위해 열점(930)을 사용함은, 모든 열점들의 필드 강도의 진폭들이 동일할 때, 부분(924 및 926)으로 각각 에너지를 전달하기 위해 열점(940 및 950)을 사용하는 것 보다 더 효과적일 수 있다. 그러므로, 열점(930)을 발생시키는 첫 번째 필드 패턴을 적용하기 위한 가중치는, 주어진 에너지 전달 방식에 대해, 목표물(930)의 모든 부분의 손실 특성들이 동일한 경우에 비해 감소될 필요가 있다. 프로세서는 에너지 인가 구역에서의 소정의 에너지 분포에 기초하여 복수의 전자기 에너지 패턴 각각에 적용되는 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에서, 서로 다른 열점들을 갖는 세 개의 필드 패턴을 포함하는, 소정의 에너지 분포는 가중치를 결정하기 위해 사용된다. 만일 서로 다른 열점들에 대한 필드 강도의 진폭들이 서로 다르다면, 가중치는 그에 따라 조정될 필요가 있다. 예를 들어, 만일 열점(930)이 열점(940 및 950) 보다 더 높은 필드 강도 진폭을 갖는다면, 방사 소자(960)로 공급되는 파워 레벨은 감소될 수 있고, 및/또는 파워를 공급하는 지속 시간은 짧아질 수 있다. 이 예에서, 열점(930)은 열점들(940 및 950) 보다 더 높은 파워 밀도를 갖고, 따라서, 다른 모든 조건들이 동일하다면 열점(930)은 부분(922)으로 더 많은 에너지를 가해줄 수 있다. 가중치를 결정할 때, 이러한 차이들은 고려될 수 있다. 일부 적용에 있어서, T에 대해 위에서 제공된 방정식을 푸는 것은 목표 필드 전달 방식을 초래하는 적절한 가중치를 얻는(예를 들어, 용적 에너지 전달 정보를 얻는) 유용한 방법이 될 수 있다.
프로세서는 목표물의 열역학적 특성을 고려하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 에너지 전달 과정 중, 목표물의 다른 부분들의 온도는 서로 다를 수 있다. 이것은 특정 에너지 전달 방식에 따른 의도적 결과일 수 있고, 또는 예를 들어, 에너지가 다른 시간에 목표물의 다른 부분들로 전달될 수 있는 사실에 기인할 수도 있고, 또는 열점/냉점 내의 필드 강도의 불균일한 성질에 기인할 수 있다. 어떤 경우에, 온도 차이가 있을 때, 열 에너지는 더 높은 온도 영역으로부터 더 낮은 온도 영역으로 확산될 수 있다. 결과로, 주어진 영역으로 초기에 전달되는 에너지의 양은 열 확산으로 인해 그 영역에서는 손실되고 다른 영역에서 얻어지게 될 수 있다. 부가적으로, 다른 목표물들의, 또는 주어진 목표물의 다른 부분들 중의 열용량 특성들은 다를 수 있다. 비열로 또한 알려진 열용량은 일 온도 유닛만큼 물질의 단위량의 온도를 올려주기 위해 필요한 열 또는 열적 에너지의 측정치이고, 예를 들어 섭씨(°C)당 그램(gram) 당 칼로리(calorie)로 측정될 수 있다. 그러므로, 두 목표물의, 또는 한 목표물의 두 부분들의 열용량이 서로 다를 때(그것들이 모두 동일한 질량을 가진다고 간주하고), 이러한 두 목표물 또는 부분들의 온도 상승은 동일한 양의 에너지가 그것들에 가해지더라도 서로 다를 수 있다. 그러므로, 열전도, 열용량, 및 목표물의 적어도 일부의 밀도와 같은, 목표물의 열역학적 특징들은 에너지 전달 과정 중 고려될 수 있다.
상술한 바와 같이, 장치는 복수의 방사 소자를 포함할 수 있고 프로세서는 소정의 필드 패턴을 얻기 위해 복수의 방사 소자의 부-셋트(subset)를 채용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에서, 복수의 방사 소자들이 채용되고 그들의 각각이 소정의 필드 패턴에 해당하게 된다. 이러한 예에서, 프로세서는 원하는 필드 패턴을 얻기 위해 세 개의 방사 소자의 부셋트를 선택하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 방사 소자는 에너지 인가 구역에 있는 방사 소자들의 위치와 부합하여 일정 모드를 여기시키기 위해 선택될 수 있다. 방사 소자의 위치는 원하는 모드를 효과적으로 여기시키도록 및/또는 원하지 않는 모드를 거부하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들의 이러한 그리고 다른 선택적 특성들은 도 12a, 12b, 12C, 13a 및 13b를 참조하여 아래에서 설명된다.
거부 모드의 개념은 도 12a 및 12b에 의해 설명될 수 있는데, 여기에서 공동(1800)에서 여기될 수 있는 두 모드(1802 및 1806)의 X-Y단면을 보여준다. 모드(1802)는 TM11 모드이고 모드(1806)은 TM21모드이다. 모드TM11은 하한 차단 주파수 f11 와 같거나 또는 더 큰 모든 주파수에서 여기될 수 있고, TM21은 상한 차단 주파수 f21 와 같거나 또는 더 큰 모든 주파수에서 여기될 수 있다. 따라서, f11 과 f21 사이의 중간 주파수에서 TM11은 여기된 TM21없이 여기될 수 있지만, TM21은 여기될 수 있고 TM11은 그렇지 않은 주파수는 없게 된다. 그러므로, 여기된 TM21 없이 f21보다 더 큰 주파수에서 TM11을 여기시키기를 원한다면, TM21은 거부되어야 할 것이다. 본 설명에서, 모드를 거부함은 모드의 여기를 막거나 또는 실질적으로 감소시킴으로 언급될 수 있다.
일부 실시예에서, 원하는 모드와 원하지 않는 모드는, 원하지 않는 모드의 널(null)에서 또는 부근에서 그리고 원하는 모드의 최대에서 또는 그 부근에서 위치되는 방사 소자를 여기시키기 위한 선택에 의해 동시에 거부될 수 있다. 모드의 널은 모드의 필드 강도가 영구적으로(또는 모든 위상에서) 영이 되는 에너지 인가 구역에서의 위치이고, 모드의 최대는 모드의 필드 강도가 모든 위상(또는 모든 순간)에서 전체에 걸쳐 최대값에 도달하는 위치이다. 모드의 널에 위치되는 방사 소자는 모드를 여기시키지 않고(적용된 주파수와 관계없이), 그리고 널 부근에 위치하게 되는 방사 소자는 작은 각도로만 모드를 여기시킬 수 있다. 예를 들어, 도 12b에서의 선(1803)은 모드 TM21의 널 포인트의 집합이다; 따라서, 이 선을 따르는 포인트에 위치하게 되는 방사 소자는, f21 보다 높은 주파수에서 조차도 모드 TM21을 여기시키지 않는다. 그러나, 포인트(1809)(선(1803)을 따라 있는)는 모드 TM11(1802)의 널에 있지 않기 때문에, 모드(1802)는 포인트(1809)에 위치되는 방사 소자에 의해 여기될 수 있다. 선(1803)은 실제로는 공동을 따라 진행하는 면이다. 유사하게, 포인트(1809)는 공동을 따라 진행하는 선이다. 실제, 방사 소자는 여기 모드(1806)없이 면(1803)에서의 어느 곳에든 위치될 수 있다. 하지만, 일부 실시예에서, 방사 소자는 XY면의 위치에서, 공동의 상단(및/또는 하단) 바닥에 위치될 수 있다.
모드를 거부하는 다른 방법은 둘 이상의 방사 소자들을 포함할 수 있는데, 이 방사 소자들은, 거부된 모드의 전기장의 크기가 반대 부호인 둘 이상의 위치에 있게 된다. 예를 들어, 도 13a는 선(1805)을 따라 모드(1806)의 전기장의 (표준화된)크기를 나타낸다. 도에서 보여지는 바와 같이, x=0.5인 곳에서(선(1803)위의 포인트인) 필드는 영이고, x=0.25인 곳에서 필드는 +1이고 x=0.75인 곳에서 필드는 -1이다. 따라서, 일부 실시예에서, x=0.25에 하나 그리고 x=0.75에 다른 하나가 있는(또는 필드가 같은 크기를 가지면서 반대 부호인 어느 두 포인트) 두 개의 방사 소자는, 서로 상쇄하여 원하지 않는 모드를 거부하도록 동일한 진폭과 위상을 갖는 RF 파를 방사하도록 선택될 수 있다. 만일 두 방사 소자의 위치에 있는 필드들이 서로 다른 절대값과 반대의 부호를 갖는다면, 그들은 여전히 원하지 않는 모드를 거부하도록 사용될 수 있는데, 예를 들면, 그것들의 진폭이 각 방사 소자 위치에서 필드와 진폭의 곱의 합이 영이 되도록 조절된다면 그러하다. 위에서의 설명은 X축을 따라 있는 서로 다른 포인트들에 집중되었는데, 다른 y값 및/또는 z값을 갖는 포인트들에 대해서도 유사한 고려가 될 수 있다.
일부 실시예에서, 원하는 모드는 서로 반대 방향을 향하는, 또는 서로 평행하지만 180°의 위상차로 웨이브를 발사하고 필드 패턴이 반대 부호를 갖는 포인트에 위치하는 두 안테나를 통해 에너지를 발사함에 의해 여기될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 모드는 서로 반대 방향을 향하는 두 안테나들을 통해 또는 서로 평행하지만 180°의 위상차로 웨이브를 발사하며 그리고 필드 패턴이 동일한 부호인 포인트에 위치하는 두 안테나를 통해 에너지를 발사함에 의해 거부될 수 있다.
도 13b는 선(1805)을 따르는 모드(1802)의 전기장의 크기(표준화된)를 모사한다. 도시된 바와 같이, x=0.5에서, 필드는 최대가 되고, x=0.25에서는 x=0.75에서와 같게(크기와 부호 면에서)된다. 따라서, 동일한 진폭과 위상으로 발사하는 x=0.25과 x=0.75에 위치하는 두 안테나들은 모드(1802)를 여기시키다. 그러나, 서로 반대 방향을 향하는, 또는 서로 평행하지만 180°의 위상차를 갖는 두 안테나들은 모드(1802)를 거부할 수 있다. 결과적으로, 안테나와 위상의 후자의 조합이 모드 TM21을 여기시키고 모드TM11을 거부하게 할 것이다.
일부 실시예에서, 원하는 및/또는 원하지 않는 모드는 공진 모드이다. 공진 모드는, 전자기파의 주파수 f가 에너지 인가 구역의 치수에 해당할 때, 그 기술분야에서 알려진 방법으로 여기될 수 있다. 예를 들어, 직사각형 공동인 에너지 인가 구역에서, 공진 모드는 전자기파가 그에 따라 전파하는 치수(본원에서는 hz라 함)가 N*(λ/2)와 동일할 때 여기될 수 있는데, 여기서 N은 정수이고(예를 들어, 0,1,2,3), λ는 λ=c/f(c는 공동에서 빛의 속도)에 의해 주어지는 파장이다. 공진 모드는 세 개의 지수로 표시될 수 있는데, 여기서 세 번째 지수는 N이다.
단일 공진 모드가 주어진 주파수에서 여기될 때, 들떠서 전달되는 파워의 대부분은 공진 모드에 의해 전달될 수 있고, 그리고 전파하거나 또는 소멸할 수 있는 다른 모드들은 무시할 수 있는 파워의 작은 부분을 전달할 수 있다. 따라서, 단일 공진 모드가 여기될 때, 공진이 아닌 모드를 거부할 필요가 거의 없다.
예를 들어, hz=c/f21일 때 (예를 들어, N=2일 때), 안테나와 주파수는 예를 들어 모드 TM11을 거부할 필요가 거의 없는 모드 TM21을 여기시키도록 선택될 수 있는데, 비록 모드 TM11이 적용된 주파수에서 여기될 수 있지만, 공진 모드 TE212에 의해 전달되는 파워의 양에 비해 매우 작은 양의 파워만을 전달하기 때문이다.
따라서, 일부 실시예에서, 공진 모드는 목표 필드 강도 분포를 얻기 위해 사용될 수 있다. 이는 충분한 대역폭과 주파수 제어가 있다면 들뜰게 된 모드에 대한 제어를 용이하게 한다.
일부 실시예에서, 감소 공동을 사용함에 의해 모드 여기는 더 용이하게(예를 들어, 대역폭 및 주파수 제어로부터 요구들을 쉽게 함에 의해) 될 수 있다. 감소 공동은 적어도 하나의 차단 주파수가 동일한 족의 하나 이상의 모드들(예를 들어, 두 개의 TE 모드)의 차단 주파수가 되는 것이다. 유사하게, 각 공진 주파수(가끔 가장 낮은 것을 제외하고)는 동일 족의 둘 이상의 공진 모드를 여기시킬 수 있다. 감소 공동들의 일부 형상은 예를 들어 원통형 및 구형을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나의 원하는 공진 모드 및 하나 이상의 원하지 않는 공진 모드는 동일 주파수에서 여기될 수 있고, 그리고 원하지 않는 모드들은 상술한 바와 같이 거부될 수 있다.
예를 들어, 도 12b의 도면부호 1806으로 도시된 단면을 갖는 모드 TM212를 여기시키는 동일 주파수는 또한 도 12C의 도면부호 1808으로 도시된 단면을 갖는 모드 TM212를 여기시킬 수 있다. 그러나, 만일 여기가 모드(1806)의 널이 아닌 모드(1808)의 널에 위치하는 방사 소자를 통한다면, 모드(1808)만이 여기될 수 있다. 예를 들어, 방사 소자가, 도 12b 및 12C에서 도시된 포인트(1809)에서 f12=f21인 주파수로 방사한다면, 모드(1808)만이 여기될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 복수의 모드(예를 들어, 3,4,5,6,7 또는 더 높은 수)를 여기시키기 위한, 그리고 주어진 순간에 그 모드들 중 어느 것이 효과적으로 여기되는지를 제어하기 위한 장치가 제공된다. 장치는, 복수의 모드 중 어느 것이 일정 순간에 효과적으로 여기되는지를 경정하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있고; 그리고 결정된 모드만을 효과적으로 여기시킬 수 있는 여기 방식을 선택할 수 있다. 여기 방식은 예를 들어 여기에서 참여하는(그리고 선택되지 않은 방사 소자들을 선택적으로 건너뛰는) 방사 소자의 인식, 둘 이상의 선택된 방사 소자 사이의 위상차 구성 및 그들 사이의 진폭 차 구성을 포함하여, 소정의 모드가 효과적으로 여기될 수 있고, 다른 모드들은 거부될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 프로세서는, 에너지 인가 구역 또는 그 일부의 주어진 손실 프로파일을 고려하여 에너지 인가 구역에서 목표 필드 강도 분포를 여기시키기 위해 여기될 모드를 결정하도록 구성된다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따라 전자기 에너지를 인가하도록 구성된 프로세서(630)의 단순화된 블록 선도이다. 프로세서(630)는 프로세서(30)의 일부를 포함하거나 또는 일부일 때나 동일하다. 부가적으로 또는 대안적으로, 프로세서(630)는 프로세서(30)에 부가할 수 있다.
프로세서(630)는, 데이터를 저장하기 위한 저장소(632)(또한 메모리라고 언급될 수 있는)와 프로세스 데이터, 예를 들어 저장소(632)에 저장되는 데이터를 위한 몇몇 프로세스 모듈을 포함하게 도시되었다. 저장소(632)는 연속적이고, 분할될 수 있거나 또는 전기적으로 데이터를 저장하는 그 기술분야의 알려진 다른 어떤 구성을 가질 수 있다. 저장소(632)는 예를 들어 디스크 상에서 프로세서(630)으로부터 분리될 수 있다. 모듈은 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있고, 그리고 예를 들어 소프트웨어 루틴(software routine)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도에서 도시된 둘 이상의 모듈은 단일 모듈로 통합되어 도시된 두 모듈의 임무를 수행할 수 있고, 또는 몇 개의 모듈 사이로 펼쳐질 수 있다.
선택적으로, 프로세서(630)는 계면을 통해 테이터를 수용하기 위해, 계면(610)에서 연결될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 MSE로 얻어진 필드 패턴들은 계면으로부터 수용되어 저장소(632), 예를 들어 전용의 저장 공간(634)에 저장될 수 있다. 저장 장소(634)는 MSE를 저장할 수 있어서, 각 저장된 MSE는 에너지가 그 MSE에서 구역으로 가해질 때 에너지 인가 구역에서 여기되도록 예측되는 저장된 필드 패턴과 관련되게 된다. 선택적으로, MSE와 관련된 필드 패턴들은 빈 에너지 인가 구역으로 얻어질 수 있고, 및/또는 에너지 인가 구역은 그것에서 표준 적재(예를 들어, 구역의 중앙에 고기 한 조각, 구역의 한 측면에 토스트 그리고 다른 측면에는 샐러드, 등)를 가질 수 있다. 선택적으로, 표준 적재는 에너지 인가 구역에서 사용되는 것으로 알려진 전형적인 적재(예를 들어, 오븐에서 보통 조리되는, 또는 그 오븐이 종종 조리할 것으로 기대되는 하나 이상의 음식들)들과 유사할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 목표 필드 강도 분포(예를 들어, 용적 에너지 전송 정보)는 계면을 통해 수용될 수 있다. 이러한 목표 필드 강도 분포는 저장소(632)에, 예를 들어 전용 저장 공간(635)에 저장될 수 있다.
일부 실시예에서, 저장소(632)는, 에너지 인가 구역 또는 목표물의 적어도 일부와 관련된 RF 에너지 손실을 나타내는 다른 정보 또는 손실 프로파일을 저장하기 위한 저장 공간(636)을 가질 수 있다. 예를 들어, 저장 공간(636)은 선행하는 손실 프로파일 재구성 사이클에서 얻어지는 에너지 인가 구역의 손실 프로파일을 저장할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 저장 공간(636)은 예측되는 손실 프로파일을 저장할 수 있다. 예측은 에너지 인가 구역에 있는 목표물의 인식, 조성, 위치, 방향, 온도 및/또는 손실 프로파일에 영향을 줄 수 있는 어떤 다른 변수에 기초하여 얻어질 수 있다. 저장된 손실 프로파일은 예를 들어 계면(610)으로부터, 다른 계면(도시되지 않음)으로부터, 또는 아래에서 설명되는 방정식 해결 모듈(648)로부터 저장 공간(636)으로 보내질 수 있다. 예를 들어, 저장된 손실 프로파일은 연산되거나 또는 그렇지 않으면 다른 장치에 의해 및/또는 초기에 예측될 수 있고, 그리고 계면(610)을 통해 저장 공간(636)으로 보내진다.
선택적으로, 저장소(632)는 에너지 인가 중 에너지 인가 구역에서 얻어지는 필드 강도 분포 및/또는 에너지 분포를 저장하기 위한 저장 공간(638)을 또한 갖는다.
프로세서(630)는 MSE 결정 모듈(642)을 포함하는 것으로 도시된다. 모듈(642)은, 사용 가능한 MSE 중 어느 것이 작동의 어떤 단계, 예를 들어 에너지 인가 과정에서 사용되어야 하는지를 결정하도록 (선택적으로, 적절한 소프트웨어를 가동시켜) 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 사용 가능한 MSE는 기본적으로 사용될 수 있고, MSE 결정 모듈(642)은 빠질 수 있다. 다른 실시예에서, 모듈(642)은 예를 들어, 예측된 손실 프로파일에 기초하여 및/또는 목표 필드 강도 분포에 기초하여 사용되는 MSE를 결정할 수 있다. 이를 위해, 모듈(642)은 예측되는 손실 프로파일 및/또는 저장공간 (636 및/또는 635)에서 저장되는 목표 필드 강도 분포와 관련되는 데이터를 검색하도록 허용될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 모듈(642)은 여기시키기에 및/또는 제어하기에 비교적 쉽게 되는 MSE를 선택할 수 있고, 예를 들어 쉽게 여기되는 MSE가 만족스러운 결과들을 제공하지 않을 때만 다른 MSE를 선택할 수 있다.
선택적으로, 모듈(642)은 선택된 MSE를 여기시키는 전자기 에너지의 소스(650)를 제어할 수 있는 제어 모듈(660)에 연결된다. 제어 모듈은 각 가중치(아래에서 설명되는 바와 같이 방정식 해결 모듈(648)에 의해 결정될 수 있는)에서 선택된 MSE를 여기시키는 소스(650)를 제어할 수 있다. 전력 공급원, 변조기, 증폭기, 및/또는 방사 소자(들)(또는 그것들의 일부), 예를 들어 도 1에서 도시된, 전원 공급원(12), 변조기(14), 증폭기(16) 및 방사 소자(18)들이 소스(650)의 일부가 될 수 있다. 일부 실시예에서, 여기의 결과로서 에너지 인가 구역에서 얻어지는 에너지 분포가 측정될 수 있다. 측정은 도면부호(640)으로 종합적으로 도시된 하나 이상의 검출기에 의해 수행될 수 있다. 하나 이상의 검출기(640)는 소스(650)의 일부가 될 수 있고, 다른 것들은, 있다면, 소스(650)로부터 분리 및/또는 독립적이 될 수 있다. 도 11에서, 소스(650) 및 검출기(640)는 프로세서(630)의 양 측면에서 보여지지만, 실제에서는 그것들이 동일 부분에 통합될 수 있는데, 예를 들어 동일한 안테나들이 에너지 인가 구역으로 에너지 공급을 위해 그리고 여기된 필드 패턴을 측정함을 위해 동시에 필요치 않더라도 사용될 수 있다. 측정의 결과는 저장 공간(638)에 저장될 수 있다.
프로세서(630)는 에너지 인가 구역을, 예를 들어 도 7a, 7b, 또는 7c에서 도시된 영역들로 나누도록 구성된 분할 모듈(644)을 포함하여 또한 도시될 수 있다. 선택적으로, 분할 모듈(644)은 저장 공간(636)에 저장된 손실 프로파일과 일치하여 에너지 인가 구역을 나눌 수 있다. 예를 들어, 모듈(644)은 예측된 손실 프로파일에 있어 더 갑작스러운 손실 변화가 있는 곳에서 더 치밀하게 구역을 나눌 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 분할 모듈(644)은 저장 공간(635)에 저장된 목표 필드 강도 분포와 일치하여 에너지 인가 구역을 나눌 수 있다. 예를 들어, 모듈(644)은 목표 필드 강도 분포에 있어 더 갑작스러운 필드 강도 변화가 있는 곳에서 더 치밀하게 구역을 나눌 수 있다.
일부 실시예에서, 예측된 손실 프로파일 및/또는 목표 필드 강도 분포는 주어진 분할과 일치하여, 예를 들어 에너지 인가 구역의 한 부분과 관련된 각 값들의 행렬로서 제공될 수 있다.
모듈(644)은 예측된 프로파일 및/또는 타겟 분포를 제공하는 분할과 일치하여 에너지 인가 구역으로 분할할 수 있다. 이를 위해, 모듈(644)은 예측되는 프로파일 및 목표 분포를 저장하는 저장 공간(635 및/또는 636)으로부터 데이터를 검색하도록 허용될 수 있다. 예를 들어, 모듈(644)은 유사한 손실들에 의해 특징되는 용적들이 단일 영역에서 포함되도록 에너지 인가 구역을 나눌 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 모듈(644)은 유사한 필드 강도가 요구되는 용적이 단일 영역에서 포함되도록 에너지 인가 구역을 분할할 수 있다. 분할 모듈(644)은 소정의 분할 방식, 예를 들어 기본 분할 방식에 따라 에너지 인가 구역을 또한 나눌 수 있다. 하나의 가능한 기본 분할 방식은 도 7a에서 도시되었다.
프로세서(630)는, 목표 필드 강도 분포를 얻기 위해 예를 들어 상술한 방정식 T=WP-1에 따른 방정식을 구성하도록 구성된, 모듈(646)을 구성하는 방정식을 포함하도록 또한 도시된다. 이를 위해, 모듈(646)은 모듈(642)에 의해 선택될 수 있는 MSE 각각의 필드 강도를, 모듈(644)에 의해 에너지 인가 구역이 분할된 각 영역에서 정의할 수 있고, 그리고 저장 공간(638)에 저장된 측정 결과들, 그 영역과 관련된 손실 값, 및 그 영역들 각각과 관련된 목표 필드 강도를 고려할 수 있다.
방정식이 모듈(646)에 의해 구성되면, 방정식 해결 모듈(648)은, 예를 들어 선형 프로그램 도는 선형 방정식을 풀기 위한 그 기술분야의 알려진 어떤 다른 방법들에 의해 방정식을 풀 수 있다. 방정식 해결 모듈(648)은 필드 패턴 또는 각 MSE의 각각의 가중치를 얻기 위해 방정식을 풀 수 있다. 만일 방정식 해결 모듈(648)이 방정식이 풀리지 않거나 또는 방정식이 만족스럽지 않은, 예를 들어 충분히 안정하지 않다고 결정하면, 모듈(648)은 모듈(642) 및/또는 모듈(644)가 선택된 MSE 및/또는 분할을 수정하도록 유도할 수 있다.
만일 방정식이 풀리면, 얻어진 가중치는, 이후 단계에서 방정식 해결 모듈에 대한 입력으로서 또는 에너지 인가 구역으로 에너지 인가를 유도하기 위해, 예를 들어 저장소(635)에 저장될 수 있다.
필드 패턴 및 인가된 에너지의 양 사이의 상관관계는 목표물의 에너지 흡수 프로파일에 의해 결정될 수 있다. 즉, 그 용적 전체로 에너지를 흡수하는 목표물의 능력이 결정되면, 원하는 목표를 얻기 위해 제어되는 방법으로 목표물에 에너지가 가해질 수 있다. 예를 들어, 만일 목표가 목표물의 용적을 가로질러 에너지를 균일하게 가해주는 것이라면, 프로세서는 균일한 에너지 인가를 일으키는 MSE의 조합을 선택할 수 있다. 만일, 다른 한편으로 불균일한 에너지 인가가 원되면, 프로세서는 원하는 불균일성을 얻기 위해 선택된 필드 패턴을 사용하여 소정 양의 에너지를 인가할 수 있다.
좌표계는 열점/냉점의 공간적 위치를 나타내기 위해 확립될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 각 MSE는 예측 가능한 열점/냉점으로 예측 가능한 필드 패턴을 만들어 낸다. 이러한 원리들에 기초하여, 프로세서가 각 MSE에 대응하는 각 필드 패턴에서 각 열점/냉점의 좌표로 프로그램되도록 함에 의해 에너지 인가 구역 또는 그 부분을 프로세서가 분할할 수 있다.
에너지 인가 구역 내의 열점 및 냉점의 공간적 위치에 관한 정보로, 프로세서는 예를 들어 목표물의 형상 및/또는 위치를 포함하는, 구역 내의 목표물에 대한 정보를 결정할 수 있다. 작동 중, 특정 MSE 상태인 동안 에너지 흡수를 나타내는 피드백을 검출기가 수용하는 지표를 프로세서가 수용할 때, 프로세서는, 목표물이 그 MSE 상태에 대응하는 하나 이상의 열점에 위치하게 됨을 감지하도록 구성될 수 있다. 사용 가능한 피드백 정보에 기초하여, 프로세서는 목표물이 MSE 상태와 관련된 열점과 냉점의 조합에 위치하게 되는지를 결정할 수 있다. 피드백을 위해 테스트된 MSE가 많을수록, 프로세서가 에너지 인가 구역에 있는 목표물의 흡수 특성들 및 위치에 대해 학습하여 사용할 수 있는 정보가 더 많게 된다. MSE를 달리하는 이와 같은 일련의 측정 들에 대해, 프로세서는 구역에서 목표물의 피드백 유도된 위치를 계속적으로 개선할 수 있다. 이러한 피드백을 사용하여, 프로세서는 목표물 내의 분할 영역들의 공간적 위치뿐만 아니라 목표물 내의 분할 영역의 흡수 특성을 결정할 수 있다.
일부 예시적 실시예에서, 프로세서는 에너지 인가 구역으로 반복적으로 에너지를 인가하는 소스를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 MSE를 적용하여, 소정의 시간 구간 동안 그에 해당하는 에너지 인가 구역에서의 필드 패턴을 일으킬 수 있고, 그 다음에는 다른 MSE를 적용하여 다른 소정의 시간 구간 동안 에너지 인가에 있어 다른 필드 패턴을 일으킬 수 있다. 이러한 에너지 인가 지속 및/또는 에너지 인가 속도는 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 에너지는 에너지 인가 구역으로 초당 120번 적용될 수 있다. 불균일한 에너지 인가 속도뿐만 아니라, 더 높거나(예를 들어, 200/초, 300/초) 또는 더 낮은(예를 들어 100/초, 20/초, 2/초, 30/분) 속도가 사용될 수도 있다.
일부 실시예에서, MSE의 한 셋트는 시간의 구간(본원에서 “스위프”라 함)동안 순차적으로 적용될 수 있다. 스위프는 소정의 속도로 또는 소정의 간격 후에 반복될 수도 있다. 가끔, 스위프 시퀀스(예를 들어 하나 이상의 스위프들)는 매 0.5초 간격으로 또는 매 5초 간격으로 또는 더 높거나, 낮거나 또는 중간의 어떤 다른 속도록 수행될 수 있다. 서로 다른 검사에서의 MSE선택은 동일할 수도 동일하지 않을 수도 있음이 이해되어야 한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 손실 프로파일에서 정보를 얻기 위해 하나 이상의 스위프의 수행을 제어할 수 있고, 이 후 얻어진 손실 프로파일에 기초하여 목표물 대한 공정을 진행시키도록(예를 들어 가열) 하나 이상의 스위프를 수행한다. 일부 실시예에서, 손실 프로파일은 가열 중 변할 수 있고, 그리고 손실 프로파일 습득의 시퀀스와 가열 스위프는 반복될 수 있다. 선택적으로, 손실 파일 습득 스위프는 가열 스위프보다 더 낮은 에너지(또는 파워) 레벨을 사용할 수 있다.
주어진 에너지의 양(예를 들어, 10kJ 또는 그 이하, 또는 1kJ 또는 그 이하, 또는 수백 주울, 또는 100J 또는 그 이하가 목표물로 또는 목표물의 주어진 부분(예를 들어, 100g과 같은 중량으로 또는 중량의 50%와 같은 백분율로)으로 가해지거나 또는 소멸된다.) 이후에, 새로운 스캔(scan)이 수행될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 에너지 인가의 속도 또는 스캔의 속도(예를 들어, 스캔 내의 각 MSE에서 에너지 인가의 지속시간, 각 스캔의 총 지속시간, 스캔들 사이의 에너지 인가 개입, 등)는 에너지 인가들 사이 또는 스캔들 사이의 스펙트럼 정보의 변화 속도에 좌우된다. 예를 들어, 소멸 및/또는 주파수들에 있어 변화의 한계값(예를 들어, 총 적분에 있어 10% 변화)이 제공될 수 있고 또는 예를 들어 표를 이용하여 다른 에너지 인가/스캔 속도와 관련된 다른 변화 속도가 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, (만일 에너지 인가/스캔 사이의 평균 변화가 마지막 두 에너지 인가/스캔 사이의 변화 보다 더 작다면) 정해지는 것은 에너지 인가/스캔 사이의 변화 속도이다. 이와 같은 변화들은 에너지 인가 과정 중 한번 또는 그 이상으로 에너지 인가/스캔들 사이의 구간을 조정하도록 사용될 수 있다. 선택적으로 또는 대안적으로, 시스템에서의 변화(예를 들어, 목표물의 움직임 또는 목표물을 잡아주는 구조)들은 에너지 인가/스캔 속도에 영향을 미친다(일반적으로 주요한 변화는 속도를 높이고 미세하거나 변화가 없으면 감소시킨다).
본 발명의 다양한 예시는 공간적으로 제어되는 에너지 전달과 관련하여 본원에서 설명된다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본원에서 설명된 핵심인 에너지 인가의 발명원리가 에너지 인가 구역의 다양한 형태로, 그리고 가열 이외의 또는 포함한 다양한 목적으로 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 많은 관점에서, 첨부된 청구항의 주제가 되는 것은 이러한 광범위한 원리이다.
전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 다양한 특징들이 개시 내용을 간단히 하기 위하여 단일 실시예에서 함께 그룹화되었다. 이러한 개시의 방법은, 청구된 발명이 각 청구항에서 표현적으로 인용되는 것보다 더 많은 특징들을 요구하는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 아래의 청구항이 반영하듯이, 발명적 태양들은 단일의 앞서 개시된 실시예의 모든 특징들 보다 더 적다. 따라서, 청구항들은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로 통합되며, 각 청구항은 본 발명의 개별 실시예로서 그 자체에 기초를 둔다.
또한, 청구된 바와 같이, 본 발명의 범주로부터 벗어남 없이 개시된 시스템 그리고 방법들에 대한 다양한 수정들과 변화가 행해질 수 있다는 것은 본 개시된 명세서와 실례를 고려함으로부터 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 명세서와 실시예들은, 다음의 청구항들 및 그 균등물에 의해 나타내지는 본 발명의 진정한 범주로, 예시적으로만 여겨지는 것으로 의도된다.

Claims (35)

  1. 적어도 하나의 방사 소자를 통해 전자기 에너지의 소스로부터 RF 에너지를 공동에 있는 목표물로 인가하는 장치에 있어서,
    공동의 구역과 관련된 에너지 흡수 특성(σ)을 획득하고;
    상기 구역에서 흡수될 원하는 에너지 양(W)을 획득하고;
    복수의 전자기장 패턴 각각에 대한 가중치(Ti)를 계산하는 것으로, 각 전자기장 패턴은 강도(Ii)를 갖고, 상기 구역에서 W = σΣTiIi이고;
    상기 소스가 계산된 가중치에 따라 공동에서 복수의 전자기장 패턴 각각을 여기시키도록;
    구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    복수의 전자기장 패턴은 가중치, 가중치에 따른 파워 레벨 또는 그 조합에 상응하는 지속 시간에 따라 여기되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 전자기장 패턴 각각을 여기시키는 것은, 공동에서 필터 패턴에 영향을 미치는 가변 매개변수의 값의 특정 세트에 따라 상기 소스를 조절하여 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 특성(σ)을 획득하는 것은, 복수의 구역의 특성(σ)을 획득하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 구역의 특성(σ)은 동적으로 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 목표물로부터의 피드백을 표시하는 신호를 수신하고, 그 신호에 기초하여 특성(σ)을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 목표물의 열역학적 특징들에 기초하여 가중치를 계산하도록 구성되고, 목표물의 상기 열역학적 특징들은 목표물의 적어도 일 부분의 열전도, 열용량 및 밀도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 소스가 계산된 가중치에 좌우되는 파워로 복수의 전자기장 패턴 각각을 여기시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 소스가 계산된 가중치에 좌우되는 지속 시간 동안 복수의 전자기장 패턴 각각을 여기시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 방사 소자를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 복수의 전자기장 패턴들 각각을 여기시키도록 하나 이상의 방사 소자를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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  11. 삭제
  12. 적어도 하나의 방사 소자를 통해 전자기 에너지의 소스로부터 RF 에너지를 공동에 있는 목표물로 인가하는 방법에 있어서,
    공동의 구역과 관련된 에너지 흡수 특성(σ)을 획득하는 단계;
    상기 구역에서 흡수될 에너지 양(Eabs)을 획득하는 단계;
    복수의 전자기장 패턴 각각에 대한 가중치(Ti)를 계산하는 단계로, 각 전자기장 패턴은 강도(Ii)를 갖고, 상기 구역에서 Eabs = σΣTiIi인, 단계; 및
    상기 소스가 계산된 가중치에 따라 공동에서 복수의 전자기장 패턴 각각을 여기시키는 단계를 포함하고,
    복수의 전자기장 패턴은 가중치, 가중치에 따른 파워 레벨 또는 그 조합에 상응하는 지속 시간에 따라 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    복수의 전자기장 패턴 각각은, 공동에서 필터 패턴에 영향을 미치는 가변 매개변수의 값의 특정 세트에 따라 상기 소스를 조절하여 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 특성(σ)을 획득하는 단계는, 상기 목표물로부터의 피드백에 기초하여 손실 프로파일을 발생시키는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는 상기 목표물의 열역학적 특징들에 기초하고, 상기 목표물의 열역학적 특징들은 그 목표물의 적어도 일부분의 열전도, 열용량 및 밀도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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