KR20000008419A - Impedance matching apparatus of waveguide system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음식물을 전체적으로 균일하게 가열시키기 위한 전자레인지의 도파관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전력 전자파 에너지를 안내하는 도파관과 마그네트론의 안테나와의 접촉면 사이로 누설되는 전자파를 효율적으로 차페하여 음식물의 균일가열과 도파관의 사이즈 축소화를 양립하도록 하는 원편파 발생을 위한 도파관의 임피던스 정합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a waveguide of a microwave oven for heating the food evenly as a whole, and more particularly, uniformity of food by effectively shielding electromagnetic waves leaking between the contact surface between the waveguide and the antenna of the magnetron for guiding the large-power electromagnetic energy It relates to a waveguide impedance matching device for generating circularly polarized waves to make both heat and waveguide size reductions compatible.
일반적으로, 방송용 기기 또는 드라이어 또는 전자레인지 등과 같이 대전력 전자파 에너지를 이용하는 기기에 요구되는 초단파는 통상적으로 마그네트론의 안테나로부터 얻고 있다.In general, the ultra-short wave required for a broadcast device or a device using high-power electromagnetic energy such as a dryer or a microwave oven is usually obtained from an antenna of a magnetron.
이러한 마그네트론 장치에는 가속용 전압 예컨대 4.2KV 등이 인가되어 매우 높은 주파수, 예컨대 2.45GHz의 에너지를 안테나를 통해 발생시킨다.An accelerating voltage such as 4.2 KV is applied to the magnetron device to generate energy of a very high frequency, for example, 2.45 GHz, through the antenna.
이와 같은 마그네트론을 특정의 기기에 적용, 예컨대 전자레인지 등과 같은 조리기기에 적용하여 음식물을 효율적으로 조리하기 위해서는 캐비티 내의 조리실로 대전력 전자파 에너지를 안내하는 도파관과 같은 안내장치가 필요하다.In order to efficiently cook food by applying such a magnetron to a specific device, for example, a cooking device such as a microwave oven, a guide device such as a waveguide for guiding large-power electromagnetic energy to a cooking chamber in a cavity is required.
그런데, 상기 마그네트론의 안테나는 통상적으로 선편파(Liner Polarzation)로 하여 에너지를 발생하고 그 선편파의 에너지는 안내장치인 도파관을 통해 캐비티의 조리실로 방사되어 음식물을 가열하게 된다.By the way, the antenna of the magnetron generates energy by the linear polarization (Liner Polarzation) and the energy of the linear polarization is radiated to the cooking chamber of the cavity through the waveguide as a guide device to heat the food.
이와 같이 마그네트론의 안테나에서 발생된 대전력의 전자파 에너지를 캐비티의 조리실로 안내하여 음식물을 가열하는 장치로서는 도 1과 같은 장치가 있다.As such, there is a device as shown in FIG. 1 as a device for heating food by guiding high-frequency electromagnetic energy generated from an antenna of a magnetron to a cooking chamber of a cavity.
도 1에 제시된 장치를 종래 기술에 따른 전자레인지의 전자파 안내장치의 예로서, 설명한다.The apparatus shown in FIG. 1 is described as an example of an electromagnetic wave guide device of a microwave oven according to the prior art.
상기 전자파 안내장치는, 캐비티(120)의 측벽에 결합되며 도면에 도시되지 않은 고압트랜스에서 입력되는 가속용 고전압에 의해 대전력의 전자파 에너지를 안테나(100a)를 통해 발생하는 마그네트론(100)과, 캐비티(120)의 측벽에 설치되어 마그네트론(100)에서 발생된 전자파 에너지를 개구부(110b)를 통해 안내·방사하는 도파관(110)과, 도파관(110)의 외측면에 형성되며 마그네트론(100)의 안테나(100a)의 길이와 동일 길이로 단락면(short circuit)을 갖는 돌출부(110a)와, 캐비티(120)의 측벽에 형성되어 도파관(110)의 개구부(110a)를 통해 방사된 전자파 에너지를 캐비티(120)내로 유입시키는 전자파 유입구(120a)와, 유입된 전자파 에너지를 가지고 음식물(150)을 가열·조리하는 조리실(130)과, 캐비티(120)의 하부에 설치되어 음식물(150)을 회전시키는 턴테이블(140)로 구성된다.The electromagnetic wave guide device is a magnetron 100 coupled to the side wall of the cavity 120 and generating electromagnetic energy of a large power through the antenna 100a by an acceleration high voltage input from a high voltage transformer not shown in the drawing. The waveguide 110 is installed on the sidewall of the cavity 120 to guide and radiate the electromagnetic energy generated by the magnetron 100 through the opening 110b, and is formed on the outer surface of the waveguide 110 and is formed of the magnetron 100. The cavity 110a having a short circuit and the same length as that of the antenna 100a, and formed on the sidewall of the cavity 120 to radiate electromagnetic energy emitted through the opening 110a of the waveguide 110. An electromagnetic wave inlet (120a) to be introduced into the 120, the cooking chamber 130 for heating and cooking the food 150 with the introduced electromagnetic energy, and installed in the lower portion of the cavity 120 to rotate the food 150 Consists of turntable 140 .
이와 같이 구성된 종래 기술의 한 예로써 전자레인지의 전자파 안내장치를 더욱 구체화하기로 한다.As an example of the prior art configured as described above will be further embodied in the electromagnetic wave guide device of the microwave oven.
고압트랜스에서 발생된 가속 고전압이 마그네트론(100)에 인가되어 기동하면 전자파 에너지의 소스원인 마그네트론(100)은 2.45GHz의 전자파 에너지를 발생한다. 이와 아울러 음식물(150)이 올려진 턴테이블(140)이 회전을 하게 된다.When the acceleration high voltage generated in the high-voltage transformer is applied to the magnetron 100 and started, the magnetron 100, which is a source of electromagnetic energy, generates electromagnetic energy of 2.45 GHz. In addition, the turntable 140 on which the food 150 is placed is rotated.
마그네트론(100)에서 발생된 전자파 에너지는 안테나(100a)를 통해 도파관(110)에 방사되고, 도파관(110)에 방사된 전자파 에너지는 안테나(100a)와 단락면을 형성하는 도파관(110)의 돌출부(110a)에서 정재파(standing wave)로 형성된 후 개구부(110b) 및 캐비티(120)의 전자파 유입구(120a)를 통해 경사지게 조리실(130)로 방사되어 음식물(150)을 가열하게 된다.Electromagnetic energy generated from the magnetron 100 is radiated to the waveguide 110 through the antenna 100a, and the electromagnetic wave energy radiated to the waveguide 110 forms a short circuit with the antenna 100a. After being formed as a standing wave at 110a, the food 150 is heated to be inclined through the opening 110b and the electromagnetic inlet 120a of the cavity 120 to be inclined to heat the food 150.
여기서, 전자파 에너지는 파동의 성질을 가지고 안테나(100a)로부터 방사된다.Here, electromagnetic energy is radiated from the antenna 100a having a wave property.
따라서, 안테나(100a)와 단락면(short circuit)을 형성하는 도파관(110)의 돌출부(110a)를 통해 반사되는 전자파와 안테나(100a)에서 진행되는 전자파가 도파관(110)의 개방면(open)에서 합성되어 결과적으로 정재파가 형성된다.Accordingly, the electromagnetic waves reflected through the protrusion 110a of the waveguide 110 forming the short circuit with the antenna 100a and the electromagnetic waves propagated from the antenna 100a open the open side of the waveguide 110. Are synthesized at, resulting in standing waves.
그리고 상기 전자파 에너지는 전계가 강한 부분과 약한 부분으로 결합되어 전자레인지의 캐비티(120) 내의 음식물(150)을 가열하여 주게 되어 있다.The electromagnetic energy is coupled to the strong and weak parts of the electric field to heat the food 150 in the cavity 120 of the microwave oven.
그러나, 이와 같은 종래의 전자파 안내장치는 정재파를 용이하게 형성시키기 위해서 안테나와 단락면을 형성하는 돌출부를 도파관에 별도로 돌출시켜야 하므로 도파관의 구조가 복잡하고 또한, 도파관의 단락면과 안테나와의 접촉면적이 좁아 이 사이로 전자파 에너지가 누설될 뿐 아니라 접촉면이 좁은 결과로 인해 안테나로부터 전자파 에너지가 제대로 방사되지 않고, 이로인하여 음식물의 조리 성능이 저하되는 문제점을 내제하고 있다.However, in the conventional electromagnetic wave guide device, the waveguide structure is complicated because the protrusions forming the antenna and the short-circuit surface must be separately projected to the waveguide in order to easily form the standing wave, and the short-circuit surface of the waveguide and the contact area between the antenna Due to this narrowness, electromagnetic wave energy is leaked between them, and as a result, the electromagnetic wave energy is not properly radiated from the antenna due to the narrow contact surface, thereby lowering food cooking performance.
한편, 상기와 같이 전자파의 간섭에 의해 발생되는 음식물 가열의 불균형을 방지하기 위해서 마그네트론의 안테나로부터 발생되는 전자파 에너지를 전자파 안내장치인 도파관에서 원편파로 형성하여 캐비티 내의 음식물을 균일 가열하는 장치가 다수 안출되고 제품화되어 생산되고 있는 실정이다.On the other hand, in order to prevent the imbalance of the food heating caused by the interference of the electromagnetic waves as described above, a number of devices for uniformly heating the food in the cavity by forming the electromagnetic energy generated from the antenna of the magnetron in the waveguide of the electromagnetic wave guide device The situation is produced and commercialized.
상기와 같이 원편파를 발생하여 음식물을 균일 가열하는 장치를 하나의 예로서 설명한다.An apparatus for uniformly heating food by generating circular polarization as described above will be described as an example.
도 2는 종래 기술에 따른 전자레인지의 원편파 발생장치를 보인 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a circular polarization generator of a microwave oven according to the prior art.
상기 원편파 발생장치는, 기본 개념으로 4개의 포트 혼성 접합을 갖는다.The circular polarization generator has a four-port hybrid junction as a basic concept.
마그네트론과 같은 선형으로 편파된 전자파의 소스는 직사각형의 도파관(10)의 단면 일단에 결합되고 도파관(10)의 단면 타단은 단락면(11)에 연결된다.A source of linearly polarized electromagnetic waves, such as a magnetron, is coupled to one end of the cross section of the rectangular waveguide 10 and the other end of the cross section of the waveguide 10 is connected to the short circuit surface 11.
개구 또는 한 쌍의 개구부인 편파 라디에이터(Radiator)(12)는 도파관(10)의 바닥 보드 벽에 위치하여 전자파를 방사한다.An opening or pair of openings, a polarization radiator 12 is located on the bottom board wall of the waveguide 10 to radiate electromagnetic waves.
또한 직사각형의 웨이브 가이드(13)의 또다른 단면으로 방사된 전자파 에너지는 좌원편파(LHC : Left-Hand Circular Polarization) 또는 우원편파(RHC : Right-Hand Circular Polarization)를 가진다.In addition, the electromagnetic energy radiated to another cross section of the rectangular wave guide 13 has left-hand circular polarization (LHC) or right-hand circular polarization (RHC).
라디에이터(12)는 상기 좌원편파(LHC) 및 우원편파(RHC)가 서로로부터 절연되기 때문에 2개의 포트를 가진다.The radiator 12 has two ports because the left circular polarization LHC and the right circular polarization RHC are insulated from each other.
도파관(10)의 단락면(11) 부위에는 가변 위상쉬프터(14)가 설치되어 라디에이터(12)를 통한 전자파의 위상을 변화시킨다.A variable phase shifter 14 is installed at the short-circuit 11 portion of the waveguide 10 to change the phase of the electromagnetic wave through the radiator 12.
여기서 가변 위상쉬프터(14)가 존재하지 않는 것으로 가정하여 설명하면, 다음과 같다.Herein, it is assumed that the variable phase shifter 14 does not exist.
먼저 도면에 도시하지 않은 마그네트론의 안테나에서 발생된 전자파 에너지의 소스(포트 1)는 포트(4와 2)에서 분할된다.First, a source of electromagnetic energy (port 1) generated from an antenna of a magnetron (not shown) is divided at ports 4 and 2.
상기 분할된 전자파 에너지(a1)의 일부(t1)는 우원편파(RHC)를 가지고 라디에이터(12)를 통해 조리실로 전송된다.A part t1 of the divided electromagnetic wave energy a1 is transmitted to the cooking chamber through the radiator 12 with the right circular polarization RHC.
그리고 상기 분할된 전자파 에너지(a1)의 일부(b1)는 라디에이터(12)를 통과하여 반사된다.A portion b1 of the divided electromagnetic wave energy a1 is reflected through the radiator 12.
포트(2)로부터 반사된 전자파 에너지는 포트(3)과 포트(1) 사이에서 분할되며 상기 반사된 전자파 에너지(a2)의 일부(t2)는 라디에이터(12)에 의해 좌원편파(LHC)를 가지고 조리실로 전송된다.The electromagnetic energy reflected from the port 2 is split between the port 3 and the port 1 and a part t2 of the reflected electromagnetic energy a2 has a left circular polarization LHC by the radiator 12. Sent to the cooking chamber.
그리고 상기 반사된 전자파 에너지(a2)의 일부(b2)는 라디에이터(12)를 통과한다.A portion b2 of the reflected electromagnetic wave energy a2 passes through the radiator 12.
상기 2개의 좌원편파(LHC)와 우원편파(RHC)는 극성이 동일하지 않기 때문에 웨이브 가이드(13)에는 정상의 우원편파(RHC) 또는 좌원편파(LHC)가 항상 있게 된다.Since the two left circular polarization (LHC) and right circular polarization (RHC) are not the same polarity, the wave guide 13 always has a normal right circular polarization (RHC) or left circular polarization (LHC).
그러므로, 양쪽의 우원편파(RHC)와 좌원편파(LHC)들은 대립하여 정재파를 형성한다.Therefore, both right circular polarization (RHC) and left circular polarization (LHC) oppose each other to form a standing wave.
여기서, 전자파 가이드(13)가 오븐 캐비티라고 가정하면, 음식물(15)에 의하여 반사된 우원편파(LHC)는 좌원편파(LHC)로 전환하게 된다.Here, assuming that the electromagnetic wave guide 13 is an oven cavity, the right circular polarization LHC reflected by the food 15 is converted to the left circular polarization LHC.
라디에이터(12)를 통과한 반사 에너지의 일부는 포트(2)에 강하게 결합되고 단지 포트(1)에는 약하게 결합된다.Some of the reflected energy passing through the radiator 12 is strongly coupled to the port 2 and only weakly coupled to the port 1.
포트(2)로 공급된 전자파 에너지는 다시 반사되므로 좌원편파(LHC)로서 방사된다.Electromagnetic energy supplied to the port 2 is reflected back and radiated as left circular polarization (LHC).
이러한 상황은 방사된 전자파 에너지가 순수 우원편파(RHC) 또는 좌원편파(LHC)를 가지고 전자파 가이드(13)에서 정재파로 형성된다는 사실을 변화시키지 못할 것이다.This situation will not change the fact that the radiated electromagnetic energy is formed as standing waves in the electromagnetic wave guide 13 with pure right circular polarization (RHC) or left circular polarization (LHC).
정재파를 회전시키기 위하여 2개의 편파중 하나의 위상을 변화시키는 것이 필요하다. 가변 위상쉬프터(14)가 직사각형의 도파관(10)의 단락면(11)의 전방에 배치되어 반사된 전자파 에너지, 즉 방사된 좌원편파(LHC) 에너지의 위상을 변화시킨다. 이러한 것은 회전하는 정재파를 실현하고, 그 결과는 기계적인 회전 개구부와 같다.In order to rotate the standing wave, it is necessary to change the phase of one of the two polarizations. A variable phase shifter 14 is disposed in front of the short-circuit 11 of the rectangular waveguide 10 to change the phase of reflected electromagnetic wave energy, that is, radiated left circular polarization (LHC) energy. This realizes a rotating standing wave, and the result is like a mechanical rotating opening.
회전파로 방사된 에너지는 캐비티에서 개선된 가열 균일성을 가져온다.The energy radiated by the rotating wave results in improved heating uniformity in the cavity.
전술한 종래의 기술에 따른 원편파 발생장치에 있어서는 마그네트론에서 발생되는 전자파 에너지를 라디에이터로 분할한 후 기계적인 가변 위상쉬프터를 통해 전자파의 에너지를 위상 변화시켜 원편파를 형성하고 그 원편파를 이용하여 캐비티내의 음식물을 균일 가열하게 됨을 알 수 있다.In the aforementioned circular polarization generator according to the related art, after dividing the electromagnetic energy generated by the magnetron into a radiator, the circularly polarized wave is formed by phase shifting the energy of the electromagnetic wave through a mechanical variable phase shifter and using the circular polarization. It can be seen that the food in the cavity is heated uniformly.
그러나, 이와 같은 종래의 원편파 발생장치는 도파관 내에 기계적인 가변 위상쉬프터와 라디에이터를 갖추기 위해서는 도파관의 길이가 길어야 하고 또한 구조 자체가 복잡하여 재료비 및 가공비가 상승되는 문제점이 있으며, 또한 도파관의 길이와 폭이 비대하여 전장실의 전장물 배치가 어렵고 전장실이 커지는 문제점을 내재하고 있다.However, such a conventional circular polarization generator has a problem in that the length of the waveguide must be long in order to have a mechanical variable phase shifter and a radiator in the waveguide, and the structure itself is complicated to increase the material cost and the processing cost. Due to the large width, it is difficult to arrange the electrical equipment in the battlefield and the problem of the battlefield becoming large.
따라서, 상기 도파관의 구조에 대한 복잡성 및 전장물 배치의 어려움과 전자파 에너지의 누설을 방지하고, 또한 도파관의 길이와 폭을 최소화하면서도 종래의 것과 동등 이상의 효과를 얻을 수 있는 도파관의 임피던스 정합장치가 바람직하다.Therefore, the impedance matching device of the waveguide, which prevents the complexity of the structure of the waveguide and the arrangement of the electric field and the leakage of electromagnetic energy, and also minimizes the length and width of the waveguide, and has an effect equivalent to that of the conventional one, is preferable. Do.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 기술에서, 도파관의 구조에 대한 복잡성과 전장물 배치의 어려움 및 도파관의 단락면과 안태나의 접촉면에 따른 전자파 에너지의 누설을 배제한 것으로서, 본 발명의 한 견지로서, 도파관의 단락면과 안테나와의 접촉면적을 최적화여 전자파 에너지의 누설을 방지하도록 하는 도파관 시스템의 임피던스 정합 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention excludes the complexity of the structure of the waveguide, the difficulty of the arrangement of the electric field, and the leakage of electromagnetic energy according to the contact surface between the shorting surface and the antenna of the waveguide, in one aspect of the present invention. It is an object of the present invention to provide an impedance matching device of a waveguide system for optimizing a contact area between a waveguide surface and an antenna to prevent leakage of electromagnetic energy.
본 발명의 다른 견지로서, 도파관에 서로 다른 개구부를 구비하여, 전자파가 캐비티 내로 방사될 때 상기 개구부를 통해 원편파를 형성하여 균일가열 성능을 향상시키도록 하는데 그 목적이 있다.In another aspect of the present invention, a waveguide has different openings, and when the electromagnetic wave is radiated into a cavity, the circular polarization is formed through the opening to improve uniform heating performance.
본 발명의 또다른 견지로서, 도파관의 길이와 폭을 최소화하여 전장품의 배치를 용이하도록 하는데 그 목적이 있다.As another aspect of the present invention, the object is to facilitate the placement of the electrical equipment by minimizing the length and width of the waveguide.
본 발명의 또다른 견지로서, 안테나와 도파관의 단락면의 접촉면적을 충분히 확보하면서 전자파 에너지의 방사량을 증대하도록 하는데 그 목적이 있다.As another aspect of the present invention, an object thereof is to increase the radiation amount of electromagnetic wave energy while sufficiently securing the contact area between the antenna and the waveguide short circuit surface.
도 1은 종래의 기술에 따른 전자레인지의 전자파 안내장치를 개략적으로 도시한 구성도로서,1 is a configuration diagram schematically showing an electromagnetic wave guide device of a microwave oven according to the prior art,
도 1a는 전자파 안내장치의 사시도이고,1A is a perspective view of an electromagnetic wave guide device,
도 1b는 전자파 안내장치의 단면도이고,1B is a cross-sectional view of the electromagnetic wave guide device,
도 2는 종래의 기술에 따른 전자레인지의 원편파 발생장치를 보인 개략적인 단면도이고,Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing a circular polarization generator of a microwave oven according to the prior art,
도 3은 본 발명에 따른 도파관 시스템의 임피던스 정합 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 구성도로서,3 is a configuration diagram showing an embodiment provided in the description of the impedance matching device of the waveguide system according to the present invention;
도 3a는 도파관의 사시도이고,3A is a perspective view of a waveguide,
도 3b는 도파관의 측 단면도이고,3B is a side cross-sectional view of the waveguide,
도 3c는 도파관 시스템의 임피던스 정합을 설명하기 위한 개념도이고,3c is a conceptual diagram for explaining impedance matching of a waveguide system;
도 4는 도 3의 설명을 위한 직선편파와 원편파의 관계를 보인 도이고,FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a linearly polarized wave and a circularly polarized wave for explanation of FIG.
도 5는 도 3의 안테나 개구부의 특성을 보인 도로서,FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of the antenna opening of FIG. 3.
도 5a는 한쌍의 개구부의 길이 변화에 따른 정재파비를 나타낸 그래프도이고,Figure 5a is a graph showing the standing wave ratio according to the change in the length of the pair of openings,
도 5b는 수직개구부의 길이 변화에 따른 위상 특성을 보인 그래프도이고,Figure 5b is a graph showing the phase characteristics according to the change in the length of the vertical opening,
도 5c는 수평개구부의 길이 변화에 따른 위상 특성을 보인 그래프도이다.5C is a graph illustrating phase characteristics according to a change in length of a horizontal opening.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
120 : 캐비티 130 : 조리실120: cavity 130: cooking chamber
140 : 턴테이블 200 : 도파관140: turntable 200: waveguide
201 : 수직개구부 202 : 수평개구부201: vertical opening 202: horizontal opening
203 : 단락면 204 : 보조단락면203: short side 204: auxiliary short side
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 도파관 시스템의 임피던스 정합 장치는,The impedance matching device of the waveguide system according to an aspect of the present invention for achieving the above object,
가속 고전압에 의해 발진하여 전자파를 발생하는 안테나를 갖는 마그네트론과, 상기 마그네트론에서 발생되는 전자파를 캐비티의 조리실로 안내·방사하는 도파관를 구비한 전자레인지에 있어서:In a microwave oven having a magnetron having an antenna oscillating by an accelerated high voltage and generating electromagnetic waves, and a waveguide for guiding and emitting electromagnetic waves generated from the magnetron to a cavity of a cavity:
상기 도파관은,The waveguide is,
(1) 상기 캐비티와 접촉되는 면에 소정길이를 갖고 길이방향으로 형성되며 양단부가 원호상으로 형성되어 상기 안테나에서 방사된 전자파 에너지를 상기 캐비티 내로 균일하게 분산 방사하는 제1 개구부;(1) a first opening having a predetermined length on a surface in contact with the cavity and formed in a longitudinal direction, and having both ends formed in an arc shape to uniformly distribute and radiate electromagnetic energy radiated from the antenna into the cavity;
(2) 상기 제1 개구부와 소정거리만큼 이격되며 상기 제1 개구부에 대해 소정의 각을 갖고 형성되어 상기 안테나에서 방사된 전자파 에너지를 상기 캐비티 내로 균일하게 분산 방사하는 제2 개구부; 및(2) a second opening spaced apart from the first opening by a predetermined distance and having a predetermined angle with respect to the first opening to uniformly distribute and radiate electromagnetic energy radiated from the antenna into the cavity; And
(3) 상기 안테나와 단락면을 형성하도록 그 단락면의 길이방향으로 돌출되어 상기 안테나와 λg/4 거리 두고 단락 접촉되는 보조단락면을 포한한다.(3) It includes an auxiliary short surface which protrudes in the longitudinal direction of the short surface so as to form a short surface with the antenna and is in short contact with the antenna at a distance of? G / 4.
바람직하기로는, 상기 보조단락면은 상기 도파관의 단락면 중앙에 외향으로 라운딩하여 형성함을 특징으로 한다.Preferably, the auxiliary short surface is formed by rounding outwards in the center of the short circuit surface of the waveguide.
바람직하게, 상기 제1, 제2 개구부와 대향방향인 도파관의 하부를 상부측으로 절곡하여 경사지게 형성함을 특징으로 한다.Preferably, the lower portion of the waveguide in a direction opposite to the first and second openings is bent upward to form an inclination.
선택적으로, 상기 도파관의 내부에 임피던스 정합을 위한 스터브(Stub)를 설치함을 특징으로 한다.Optionally, a stub for impedance matching is installed inside the waveguide.
이와 같이하면, 상기 제1 개구부를 통해 균일하게 분산된 수직방향의 전자파 에너지와 제2 개구부를 통해 균일하게 분산된 수평방향의 전자파 에너지가 합성되어 원편파로 형성되고 또한 도파관의 단락면에 안테나와 λg/4 거리가 되도록 보조단락면을 형성하여 누설되는 전자파 에너지를 차폐하여 주게 됨을 알 수 있다.In this way, the electromagnetic energy in the vertical direction uniformly distributed through the first opening and the electromagnetic energy in the horizontal direction uniformly distributed through the second opening are synthesized to form a circular polarization. It can be seen that the auxiliary short surface is formed to be λg / 4 distance to shield the electromagnetic energy leakage.
그 결과, 도파관의 길이 및 폭이 현저하게 줄어들어 전장실에 전장물을 용이하게 배치할 수 있고 또한 누설되는 전자파 에너지의 차폐로 인해 음식물의 균일 가열이 이루어지는 이점이 있다.As a result, the length and width of the waveguide are significantly reduced, so that the electrical equipment can be easily arranged in the electrical equipment room, and the uniform heating of food is achieved due to the shielding of electromagnetic energy leaking.
그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.And, there may be a plurality of embodiments of the present invention, the following will be described in detail for the most preferred embodiment.
이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.Through this preferred embodiment, it is possible to better understand the objects, features and advantages of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 도파관 시스템의 임피던스 정합 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of an impedance matching device of a waveguide system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.In addition, in drawing used for description, about the same component, the same code | symbol is attached | subjected, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
도 3은 본 발명에 따른 도파관 시스템의 임피던스 정합 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타태는 구성도이다.3 is a block diagram showing an embodiment provided in the description of the impedance matching device of the waveguide system according to the present invention.
본 실시 예에 따르면, 가속 고전압에 의해 발진하여 전자파를 발생하는 안테나(208a)를 갖는 마그네트론(208)과, 안테나(208a)에서 발생된 전자파 에너지를 도 1의 캐비티(120) 내의 조리실(130)로 안내하는 도파관(200)으로 구성하며,According to the present exemplary embodiment, the magnetron 208 having the antenna 208a which oscillates by the high acceleration voltage and generates the electromagnetic wave, and the electromagnetic energy generated by the antenna 208a are cooked in the cavity 120 of FIG. 1. Consists of a waveguide 200 to guide to,
상기 도파관(200)은, 캐비티(120)와 접촉되는 면에 일정한 길이를 갖고 그 도파관(200)의 길이방향으로 형성되어 안테나(208a)에서 발생된 전자파 에너지를 상기 캐비티(120) 내로 균일하게 분산 방사하는 수직개구부(201)와, 수직개구부(201)와 소정거리만큼 이격되며 수직개구부(201)에 대해 직각으로 형성되어 안테나(208a)에서 발생된 전자파 에너지를 캐비티(120) 내로 방사하는 균일하게 분산 방사하는 수평개구부(202)와, 안테나(208a)와 단락면(203)을 형성하도록 그 단락면(203)의 길이방향으로 돌출되어 안테나(208a)와 λg/4 거리 두고 단락 접촉되는 보조단락면(204)과, 수평개구부(202) 및 수직개구부(201)와 대향방향인 도파관(200)의 하부를 상부측으로 2단 직각 절곡하여 단차부(205) 및 경사면(206)을 형성하여 구성한다.The waveguide 200 has a predetermined length on the surface in contact with the cavity 120 and is formed in the longitudinal direction of the waveguide 200 to uniformly distribute the electromagnetic wave energy generated by the antenna 208a into the cavity 120. The radiating vertical opening 201 and the vertical opening 201 are spaced apart from the vertical opening 201 by a predetermined distance and are formed at right angles to the vertical opening 201 to uniformly radiate the electromagnetic energy generated by the antenna 208a into the cavity 120. Auxiliary short circuit protruding in the longitudinal direction of the short-circuit surface 203 to form a horizontal opening 202 distributed and radiating the antenna 208a and the short-circuit surface 203 and short-contacting the antenna 208a at a distance of? The step 205 and the inclined surface 206 are formed by bending the surface 204 and the lower portion of the waveguide 200 in the opposite direction to the horizontal opening 202 and the vertical opening 201 to the upper side at two angles. .
상기에서 보조단락면(204)은 도파관(200)의 단락면(203) 중앙에 외향으로 라운딩하여 형성하는 것이 바람직하다.In the above, the auxiliary short surface 204 is preferably formed by rounding outwards in the center of the short circuit surface 203 of the waveguide 200.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 도파관 시스템의 임피던스 정합 장치를 이하를 통해 더욱 구체적으로 설명한다.The impedance matching device of the waveguide system according to the present invention made as described above will be described in more detail below.
도면에 도시하지 않은 고압트랜스에서 발생된 가속 고전압이 마그네트론(208)에 인가되어 기동하면 전자파 에너지의 소스원인 마그네트론(208)은 2.45GHz의 전자파 에너지를 발생하여 안테나(208a)를 통해 방사하게 된다.When the acceleration high voltage generated in the high voltage transformer (not shown) is applied to the magnetron 208 and started, the magnetron 208, which is a source of electromagnetic energy, generates electromagnetic energy of 2.45 GHz to radiate through the antenna 208a.
마그네트론(208)에서 발생된 전자파 에너지는 안테나(208a)를 통해 도파관(200)에 방사되고, 도파관(200)에 방사된 전자파 에너지는 도 3에서와 같이 안테나(208a)와 단락면(203)을 형성하는 도파관(200)의 보조단락면(204)을 통해 단차부(205) 및 경사면(206)으로 진행한다.Electromagnetic energy generated by the magnetron 208 is radiated to the waveguide 200 through the antenna 208a, and the electromagnetic energy radiated to the waveguide 200 is formed by the antenna 208a and the short-circuit surface 203 as shown in FIG. It progresses to the step part 205 and the inclined surface 206 through the auxiliary short surface 204 of the waveguide 200 to form.
상기 도파관(200)에 방사된 전자파 에너지는 다시 경사면(206)에서 반사되어 수직개구(201)와 이에 직각으로 형성된 수평개구부(202)를 통해 균일하게 분산된 후에 합성되어 원편파로 형성되고 상기 원편파는 캐비티 내로 방사되어 음식물을 균일 가열하게 된다.Electromagnetic energy radiated on the waveguide 200 is reflected on the inclined surface 206 again and uniformly dispersed through the vertical opening 201 and the horizontal opening 202 formed at right angles thereof, and then synthesized to form a circular polarization. The polarization is radiated into the cavity to uniformly heat the food.
여기서, 상기 보조단락면(206)은 단락면(203)의 중앙에 길이방향으로 돌출되어 안테나(208a)와 λg/4 거리 두고 접촉되므로, 도 3c에서와 같이 기존의 단락면(203)과 안테나(208a)의 접촉 거리(b1)때 보다도 보조단락면(206)의 거리(b2)만큼 접촉면적이 더 넓어지게 된다.Here, since the auxiliary short surface 206 protrudes in the longitudinal direction at the center of the short circuit surface 203 and contacts the antenna 208a at a distance of? G / 4, the existing short circuit surface 203 and the antenna as shown in FIG. 3C. The contact area becomes wider by the distance b2 of the auxiliary short surface 206 than in the contact distance b1 of 208a.
즉, 도 3c에서 안테나(208a)의 중심축에서부터 단락면(203)까지의 거리를 b1이라 하고, 단락면(203)에서부터 보조단락면(204)까지의 거리를 b2라 하면 안테나(208a)의 접촉면적은 b1 + b2가 되고 또한 안테나(208a)와 90도의 거리 두고 접촉된다.That is, in FIG. 3C, when the distance from the center axis of the antenna 208a to the shorting surface 203 is b1 and the distance from the shorting surface 203 to the auxiliary shorting surface 204 is b2, The contact area becomes b1 + b2 and is in contact with the antenna 208a at a distance of 90 degrees.
그리고, 캐비티의 종류에 따라 안테나(208a)의 중심축으로부터 도파관(200)의 선단부까지의 길이(L)를 조절하여 도파관(200)의 크기를 최적화 할 수 있다.The length L of the antenna 208a from the central axis of the antenna 208a to the tip of the waveguide 200 may be adjusted to optimize the size of the waveguide 200.
이와 같이 단락면(203)에 라운딩한 보조단락면(204)을 통해 접촉면적을 확보하여 줌으로써 안테나(208a)에서 발생된 전자파 에너지가 상기 접촉부위로 누설되지 못하고 많은 량의 전자파 에너지가 수평개구부(202)와 수직개구부(201)를 통해 원편파로 형성되어 캐비티 음식물을 균일가열 하게 된다.Thus, by securing the contact area through the auxiliary short surface 204 rounded to the short circuit surface 203, electromagnetic energy generated from the antenna 208a is not leaked to the contact portion, and a large amount of electromagnetic energy is emitted from the horizontal opening 202. ) And the vertical opening 201 is formed as a circular polarization to uniformly heat the cavity food.
그리고, 통상적인 전자레인지에 있어서, 마그네트론의 안테나에서 발생되어 캐비티 내로 방사되는 전자파 에너지의 성질은 도 4의 (b)에서와 같이 직선편파의 특성을 띄게 되므로 캐비티 내의 음식물의 가열 및 조리에 한계가 발생됨은 주지된 사실이다.In a typical microwave oven, since electromagnetic wave energy generated by an antenna of the magnetron is emitted into the cavity has a characteristic of linear polarization as shown in FIG. 4 (b), there is a limit to heating and cooking of food in the cavity. It is a well known fact.
이에 대해 원편파는 도 4의 (a)에서와 같이 시간에 따라 전계의 방향 벡터가 회전하는 특성을 갖는다.On the other hand, the circularly polarized wave has the characteristic that the direction vector of the electric field rotates with time as shown in FIG.
따라서, 본 발명에서는 평면파간의 합성으로 상기와 같은 특성을 갖는 원편파를 형성하기 위해 전자파 에너지의 안내장치인 도파관(200)에 2개의 독립적인 개구부를 직각으로 배열해 놓은 형상의 수평개구부(202)와 수직개구부(201)를 형성한 것이다.Therefore, in the present invention, in order to form a circularly polarized wave having the above characteristics by synthesizing plane waves, the horizontal opening 202 having two independent openings arranged at right angles in the waveguide 200 which is a guide device of electromagnetic energy. And the vertical opening 201 is formed.
수평개구부(202)와 수직개구부(201)는 각각 안테나(208a)에서 발생된 전자파 에너지, 즉 다시 말해서 수평편파와 수직편파를 독립적으로 발생시키고 이들을 합성하여 원편파를 형성하고자 한다.The horizontal opening 202 and the vertical opening 201 independently generate electromagnetic energy generated from the antenna 208a, that is, horizontal polarization and vertical polarization, and synthesize these to form circular polarization.
그리고 수평개구부(202)와 수직개구부(201)의 양단부는 두 개구부의 폭보다 넓게 하여 원호상으로 형성하는 것이 바람직하다.Both ends of the horizontal opening 202 and the vertical opening 201 are preferably wider than the width of the two openings to form an arc.
이는 상기 수평개구부(202)와 수직개구부(201)이 직사각형으로 형성되어 모서리에 각이 질 경우, 그 모서리에 전자파가 강하게 결합되어 가열되는 경우가 발생하고, 또한 도파관(200)의 길이가 커지는 원인을 제공하게 된다.This is because when the horizontal opening 202 and the vertical opening 201 are formed in a rectangular shape and the corners are angled, electromagnetic waves are strongly coupled to the corners and are heated, and the length of the waveguide 200 is increased. Will be provided.
이러한 이유로 인해 본 발명은 상기 수평개구부(202)와 수직개구부(201)의 양단부를 원호상으로 형성하여 전자파를 분산하는 효과를 얻을 수 있고, 또한 도파관(200)의 길이를 짧게할 수 있는, 즉 다시 말해 효과적인 길이를 얻을 수가 있다는 것이다.For this reason, the present invention can obtain the effect of dispersing electromagnetic waves by forming both ends of the horizontal opening 202 and the vertical opening 201 in an arc shape, and also shortening the length of the waveguide 200, that is, In other words, an effective length can be obtained.
여기서 수평개구부(202)와 수직개구부(201)에 의해 원편파가 형성되는 원리를 간략하게 설명한다.Here, the principle in which circular polarization is formed by the horizontal opening 202 and the vertical opening 201 will be briefly described.
도 3에서와 같이, 수직개구부(201)가 y-방향의 편파를 발생시킨다고 가정하면,As shown in FIG. 3, assuming that the vertical opening 201 generates polarization in the y-direction,
벡터 Ｅ = yＥ₁∠Φ₁로 주어진다.It is given by the vector E = yE₁∠Φ₁.
상기 조건에서, y는 у방향에 대한 단위 벡터이고, Ｅ₁은 벡터의 크기를 나타내며, Φ₁은 위상이다.In the above condition, y is a unit vector for the direction U, EV represents the magnitude of the vector, and φ is the phase.
그리고, 수평개구부(202)가 x-방향의 편파, 즉 수평편파를 발생시킨다고 가정하면,And, suppose that the horizontal opening 202 generates a polarization in the x-direction, that is, a horizontal polarization,
벡터 Ｅ = xＥ₂∠Φ₂의 필드(field)가 발생한다.A field of vector E = xE₂∠Φ₂ occurs.
상기 조건에서, x는 x방향에 대한 단위 벡터이고, Ｅ₂는 벡터의 크기를 나타내며, Φ₂는 위상이다.In this condition, x is a unit vector for the x direction, E2 represents the magnitude of the vector, and Φ₂ is a phase.
따라서, 상기 원편파를 발생하기 위해서는 다음 조건을 만족해야 한다.Therefore, in order to generate the circular polarization, the following conditions must be satisfied.
｜Φ₁- Φ₂｜= π／2, ｜Ｅ₁／Ｅ₂｜ = 1의 조건을 만족해야 한다.The conditions of | Φ₁- Φ₂ | = π / 2 and | E₁ / E₂ | = 1 should be satisfied.
이러한 특성을 갖는 원편파를 형성하기 위해 안테나(208a)에서부터 수직개구부(201)까지 방사되는 전자파 에너지의 경로(path)를 L1이라 하고 안테나(208a)에서부터 수평개구부(202)까지 방사되는 전자파 에너지의 경로를 L2라 하면,In order to form a circular polarization having such characteristics, a path of electromagnetic energy radiated from the antenna 208a to the vertical opening 201 is referred to as L1, and the electromagnetic energy radiated from the antenna 208a to the horizontal opening 202. If the path is L2,
｜L1 - L2｜= λ0/4가 되도록, 즉 K0｜L1 - L2｜= π／2가 되도록 두 개구부(201),(202)의 위치를 조절해 주어야 한다. 상기 조건에서 K0는 파수로서, 2π／λ0이다.| L1 - L2 | such that = λ 0/4, that is K 0 | - | should adjust the position of the two openings 201, 202 such that = π / 2 L1 L2. In the above conditions, K 0 is a wave number, which is 2π / λ 0 .
본 발명의 상기 도파관 구조에 의해서 얻어진 원편파의 축비, 즉 y/x축 비는 대략 4이하 이다.The axis ratio of the circularly polarized wave obtained by the waveguide structure of the present invention, that is, the y / x axis ratio, is approximately 4 or less.
상기 수직개구부(201)에 대해 수평개구부(202)의 경사각의 정도 및 위치에 따라 발생하는 전자파의 편파 특성이 변하게 되고, 원하는 최적의 특성을 얻는 것이 가능하다.The polarization characteristics of the electromagnetic waves generated according to the degree and position of the inclination angle of the horizontal opening portion 202 with respect to the vertical opening portion 201 are changed, and it is possible to obtain the desired optimum characteristics.
그리고, 도 5a는 두 개구부(201),(202)의 길이 변화에 따른 정재파비(SWR)를 나타낸 것이고, 도 5b 및 도 5c는 수직개구부(201)와 수평개구부(202)의 길이변화에 따른 각각의 위상특성을 보인 것이다.5A shows the standing wave ratio SWR according to the change in length of the two openings 201 and 202, and FIGS. 5B and 5C show the change in length of the vertical opening 201 and the horizontal opening 202. Each phase characteristic is shown.
도 5a에서와 같이 수직개구부(201)와 수평개구부(202)가 공진길이(Lres) 시에 정재파비(SWR)는 최소가 되고 또한 도 5b 및 도 5c에서와 같이 위상의 민감도가 크다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5A, when the vertical opening 201 and the horizontal opening 202 have a resonance length Lres, the standing wave ratio SWR is minimum and the sensitivity of the phase is large as shown in FIGS. 5B and 5C. have.
그리고, 도파관(200)에서 발생되는 전자파의 편파특성에 영향을 주는 인자들, 예컨대 수평개구부(202)와 수직개구부(201)의 길이, 폭, 두 개구부 사이의 간격 등의 조합에 따라 직선편파, 타원편파 또는 원편파 특성을 얻어낼 수 있으며, 또한 마그네트론(208), 도파관(200), 캐비티 사이의 정합도 조절이 가능하다.Further, linearly polarized waves according to a combination of factors affecting the polarization characteristics of the electromagnetic wave generated in the waveguide 200, for example, the length, width, spacing between two openings, etc. of the horizontal opening 202 and the vertical opening 201. Elliptical polarization or circular polarization characteristics can be obtained, and the matching between the magnetron 208, the waveguide 200, and the cavity can be adjusted.
또한 임피던스 정합을 보다 원할하게 하기 위해서 도파관(200)의 수직개구부(201) 또는 수평개구부(202)에 스터브(stub)를 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to form a stub in the vertical opening 201 or the horizontal opening 202 of the waveguide 200 to make the impedance matching more smooth.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.In addition, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, it is obvious that the present invention may be variously modified and implemented by those skilled in the art.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.Such modified embodiments should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention, and such modified embodiments should fall within the appended claims of the present invention.
상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명에 따른 원편파 발생을 위한 도파관의 임피던스 정합장치에 의하면, 별도의 부품 추가없이 원편파를 형성하여 전계의 방향이 시간에 따라 계속해서 바뀌게 함으로써 전자파의 반사각 역시 계속해서 바뀌게 되어 보다 넓은 범위에 걸쳐 전자파 에너지가 방사되므로 음식물이 보다 균일하게 가열되고, 또한 도파관의 간소화 및 사이즈의 축소화에 따른 전장품의 배치가 용이하며 전자파 에너지의 누설을 차폐하는 효과가 있다는 것이다.It is clear from the above description that according to the impedance matching device of the waveguide for generating the circular polarization according to the present invention, the reflection angle of the electromagnetic wave is also continued by forming the circular polarization without additional components so that the direction of the electric field is continuously changed with time. Since the electromagnetic energy is radiated over a wider range, the food is heated more uniformly, and the arrangement of the electrical equipment is easy due to the simplification of the waveguide and the reduction in size, and the electromagnetic wave energy is shielded.
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130823 Year of fee payment: 13 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |