KR19990086353A - 전자레인지의 도파관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자레인지의 도파관에 관한 것으로, 특히 캐비티 내로 입사되는 전자파의 방향을 변화시켜 캐비티 내의 전자계 분포를 바꾸어 줌으로 균일 가열성능을 크게 향상시키고, 종래와 달리 회전판을 이용하여 음식물을 회전시키지 않아도 되므로 캐비티의 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 전자레인지를 제공하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 전자파를 발생시키는 마그네트론과, 상기 마그네트론에서 발생된 전자파를 캐비티내로 안내하는 도파관이 구비된 전자레인지에 있어서, 상기 도파관(8)의 개구면에는 복수개의 슬롯(10)을 형성하고, 상기 슬롯(10)사이의 위상을 가변하기위한 유전체(11)를 도파관 내에 구비하였다.

Description

전자레인지의 도파관

본 발명은 전자레인지에 관한 것으로서, 특히 마그네트론으로 부터 발생된 전자파를 캐비티 내로 안내하는 도파관 구조에 관한 것이다.

일반적인 전자레인지의 개략적인 구성을 살펴보면 도 1 에 도시된 바와같이 전자파를 발생하는 마그네트론(1)과, 상기 마그네트론(1)으로부터 발생된 전자파를 캐비티(3) 내로 안내하는 도파관(2)과, 상기 캐비티(3) 하면에 위치하여 음식물(5)이 놓여지는 회전판(4)으로 구성된다.

그리고 상기 도파관(2)에는 도 2 에 도시된 바와같이 마그네트론(1)에서 발생되는 전자파를 캐비티(3)에 전달하기 위해 고정된 개구부(7)가 형성된다.

이와 같은 구조를 갖는 종래 전자레인지의 음식물 가열을 위한 동작을 살펴보면 먼저, 마그네트론(1)에서 발생된 전자파는 도파관(2)을 통해서 캐비티(3)내로 들어가 음식물(5)에 흡수되어 음식물을 익히게 된다. 이때 캐비티 내부에 들어간 전자파는 캐비티의 벽면과 음식물 등에 반사되어, 보강간섭과 상쇄간섭 등을 일으켜 캐비티 내에 정재파(Standing Wave)를 형성하게 되고, 이 때문에 캐비티 내의 전자계는 균일하게 분포하지 않고 강한 곳과 약한곳이 생기게 된다. 따라서 가열하려고 하는 음식물이 균일하게 가열되지 않는 현상이 발생한다. 따라서 이것을 방지하기 위하여 음식물을 회전판(4)위에 올려놓고 이 회전판을 회전시키거나 바람개비와 같은 형상의 스터러(6)를 이용하여 음식물에 전파가 골고루 닿도록하여 음식물이 균일하게 가열되도록 하고 있다.

종래의 전자레인지에서 부하(음식물)가 정해지면 캐비티 내의 전자계 분포는 시간에 관계없이 일정하게 되며 또 균일하지 않다. 그래서 상기한 바와같이 회전판을 사용하여 가열하려고 하는 부하를 회전시키는 방법 등을 이용해서 비교적 균일한 가열성능을 얻는 방법이 주로 사용되고 있으나 그 효과에 한계가 있다. 또, 일반적인 캐비티의 형상이 직육면체로 되어 있으나, 회전판을 사용할 경우 가열할 수 있는 부하의 크기가 이로 인해 한정되어 캐비티의 공간 전체를 활용할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 도파관의 개구면을 복수개의 슬롯으로 형성하고, 상기 슬롯영역을 통과하며 도파관의 횡방향으로 이동되는 유전체를 도파관 내부에 구비하여 전자파의 방향을 변화시키도록 구성함으로서, 균일가열 성능이 향상된 전자레인지를 제공하는데 목적이 있다.

도 1 은 종래기술에 의한 전자레인지 구조도.

도 2 는 종래 도파관구조를 나타낸 것으로서,

(가)는 정단면도.

(나)는 측단면도.

도 3 은 본 발명 도파관의 구조도.

도 4 의 (가)(나)는 두 개의 등방성 방사체와 방사패턴도.

도 5 는 복수개의 등방성 방사체의 배열도.

도 6 은 방사패턴의 일 실시예도.

도 7 은 방사패턴의 다른 실시예도.

도 8 은 본 발명 도파관의 횡단면도.

도 9 은 본 발명 도파관의 종단면도.

도 10 은 유전체의 위치에 대한 전자파 방사패턴의 일 실시예도.

도 11 은 유전체의 위치에 대한 전자파 방사패펀의 다른 실시예도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 마그네트론 2 : 도파관(종래)

3 : 캐비티 4 : 회전판(종래)

6 : 스터러 8 : 도파관(본발명)

9 : 마그네트론 안테나 10 : 슬롯

11 : 유전체 12 : 이송나사

13 : 모터

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명의 도파관구성은 도 3 에 도시된 바와같이 복수개의 슬롯(10)을 배열한 개구면과 도파관 영역 내에 횡방향으로 위치의 변경이 가능하도록 설치된 유전체(11)등으로 구성된다. 상기 각각의 슬롯(10)은 하나의 안테나로서 동작하고, 도파관과 복수개의 슬롯(10)은 다시 일종의 배열 안테나를 구성한다. 도파관 내의 유전체(11)는 슬롯 안테나들 사이의 전기적 길이, 즉 위상차를 결정하는 역할을 하는데, 도파관 내에서 이 유전체의 위치를 바꿈에 따라 슬롯들 사이의 위상이 바뀌게 되어 결국 전체 배열 안테나의 방사 패턴을 변화시키게 되는 것이다.

기본적인 배열 안테나의 원리는 다음과 같다.

먼저, 도 4 의 (가)에 도시된 거리 L 만큼 떨어져 있는 두 개의 등방성 방사체가 이루는 방사 패턴은 다음과 같이 구할 수 있다. 가역 정리에 의하여 이 두 개의 방사체의 방사 패턴은 또한 수신 패턴과 같다. 두 점의 중심점을 위상의 기준으로 잡으면, 각 Ø방향에 대한 전계는

E=E₁e^-jψ/2+E₂e^jψ/2

로 주어진다. 만일 E₁=E₂=E₀이면,

이다. L=λ/2 인 경우, E=2E₀cos(π/2 sinØ) 가 되고, 도 4 의 (나)에 방사패턴이 도시되었다.

도 4 에 나타난 것과 같이 진폭이 같은 복수개의 등방성 방사체의 1차원 배열의 경우 위의 방법을 확장하면,

ψ=βdsin∅+δ

E=E(e^jψ+E₂e^j2ψ+⃛+e^jnψ)

여기서 δ는 각 방사체 사이에 동일하게 주어진 위상차이다. 즉, 각 방사체 사이에 90도의 위상차를 주면 1번과 2번 사이의 위상차는 90도, 1번과 3번 사이는 180도, 1번과 4번 사이는 270도 등이 된다.

배열의 중심을 위상의 기준면으로 놓으면

가 된다. 그러므로 δ 즉 각 방사체 사이의 위상차를 바꾸면 전체 배열의 방사패턴이 바뀌며, 이것은 전자파의 주 방사 방향이 바뀜을 의미한다. 도 6 에 n=10, d=λ/4, δ=45도인 경우의 방사 패턴인데, 주 방사방향이 중심에서 약 30도 기울어져 있는 것을 알 수 있다.

만일, 각각의 방사체가 등방성이 아니고 슬롯 안테나처럼 일정한 방사 패턴을 가지는 경우는 위의 식에서 E₀대신 그 방사 패턴의 식을 대입하면 된다.

본 발명에서는 도파관의 표면에 복수개의 슬롯(10)을 1차원 배열로 구성하였다. 각 슬롯 사이의 간격은 고정되어 있으며, 도파관 내의 관내 파장이 일정하면 각 슬롯 사이의 위상차 또한 고정된다. 그러므로 이 경우의 전체 슬롯 배열 안테나의 방사패턴 또한 고정되게 된다.

그러나 본 발명의 도파관 내의 유전체(11)는 바로 각 슬롯 사이의 위상차를 가변하기 위해 삽입된 것이다. 유전체의 삽입은 곧 관내 파장의 변화를 의미하며, 이는 다시 슬롯 사이의 전기적 길이 즉, 위상의 변화를 말하는 것이다.

본 발명의 도파관 몸체(8)의 폭은 종래의 도파관 또는 다른 대부분의 경우처럼 TE₁₀모드(mode)로 설계되었다. 따라서 유전체(11)가 없는 경우 도파관의 중심 부근의 전계는 가장 강하고 측면 벽 쪽으로 갈수록 전계가 약해진다. 이때 유전체가 도파관 내에 삽입되면, 유전체 내에서의 전자파 에너지의 전달속도가 공기중일 때보다 느려지게 되며, 이것은 즉 유전체 내의 전자파의 파장이 공기중일 때보다 짧아지게 됨을 의미한다. 즉 공기로 채워진 경우 보다 짧아지게 되며, 그 정도는 도파관 내부로 전송되는 전자파의 전체 에너지에 대한 유전체 내부를 따라 전송되는 전자파의 비율과 관계가 있다. 다시 말해서 유전체가 위치한 곳의 전계의 세기와 큰 관계가 있으며, 도파관 내에서 전계가 가장 강한 중심 부근에 유전체가 위치할 경우 이 현상이 가장 뚜렷하게 나타난다. 또, 유전체의 폭 또는 부피와도 관계가 있으며, 유전체의 유전율이 클수록 현저하다.

위의 세가지 변수, 즉 유전체의 위치, 부피, 유전율 중에서 도파관의 동작도중에 변경할 수 있는 것은 바로 위치이다. 도 8 의 도파관 횡단면 구조에서 보듯이 모터(13)를 사용하여 이송나사(12)를 회전시키는 구조로 되어 있다. 이송나사가 회전하면 유전체는 도파관의 횡방향으로 움직이게 된다. 따라서 슬롯 사이의 위상 또한 바뀌게 된다.

도 10과 도 11에 유전체의 위치에 대한 도파관의 방사 패턴의 예를 도시하였다. 이와 같이 도파관의 전자파 주방사 방향이 바뀜에 따라 전자레인지 내부의 전자파 분포가 바뀌게 되므로 종래의 경우처럼 입사되는 전자파의 방향이 고정되는 경우보다 균일 가열의 시점에서 볼 때 월등하게 유리해진다.

전술한 바와같이, 본 발명을 이용하여 전자레인지의 균일 가열성능을 향상시키는 방법은 도파관 내의 유전체 위치를 계속 움직여 캐비티 내의 전자계 분포를 바뀌게 해주는 방법 뿐만 아니라, 각각의 원하는 요리에 대하여 시간에 따른 유전체의 위치를 적절하게 조절함으로써 최적의 조리를 할 수 있수 있는 것이다. 이러한 조리 알고리즘을 메뉴로 만들어 전자레인지에 입력시켜 놓으면, 다양한 요리에 대해 최적의 조리를 구현할 수 있게된다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 도파관장치는 캐비티 내로 입사되는 전자파의 방향을 변화시켜 캐비티 내의 전자계 분포를 바꾸어 주므로 종래에 비해 균일 가열성능을 크게 향상시키고, 음식물을 회전시키지 않아도 되므로 캐비티의 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 전자파를 발생시키는 마그네트론과, 상기 마그네트론에서 발생된 전자파를 캐비티내로 안내하는 도파관이 구비된 전자레인지에 있어서,

   상기 도파관(8)은 복수개의 슬롯(10)으로 구성된 개구면을 포함하며,

   상기 슬롯(10)사이의 위상을 가변하기 위한 유전체(11)가 도파관 내에 구비됨을 특징으로 하는 전자레인지의 도파관.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체(11)는 도파관의 길이방향으로 설치되며, 슬롯(10) 영역을 통과하고 도파관의 횡방향으로 이동됨을 특징으로 하는 전자레인지의 도파관.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체는 이송나사(12)에 의해 지지되고, 이송나사(12)의 회전에 의해 이동되며,

   상기 이송나사(12)는 모터(13)에 의해 회전됨을 특징으로 하는 전자레인지의 도파관.