KR20000009226A

KR20000009226A - 전자렌지

Info

Publication number: KR20000009226A
Application number: KR1019980029500A
Authority: KR
Inventors: 손종철; 이응섭
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-02-15
Also published as: JP3031898B2; JP2000048946A; CN1242491A; KR100368943B1; US5948310A; CN1116788C

Abstract

본 발명은 전자렌지에 관한 것으로, 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 캐비티 내부로 방사하여 캐비티 내부에 위치된 조리물을 가열 조리하는 전자렌지에 있어서, 상기 마이크로파를 원편파로 변환하여 캐비티 내부로 방사하는 안테나가 상기 도파관과 캐비티 사이에 설치되어, 캐비티 내부에 위치된 조리물에 원편파를 방사하여 조리물을 가열 조리함으로써, 조리물을 균일하게 가열할 수 뿐만 아니라 마이크로파 에너지의 흡수 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전자렌지

본 발명은 전자렌지(micro wave oven)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 마그네트론(magnetron)에서 생성된 마이크로파(micro wave)를 캐비티(cavity) 내부로 방사하여 캐비티 내부에 위치된 조리물을 가열 조리하는 전자렌지에 관한 것이다.

도 1은 종래의 1실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 단면도로서, 종래의 1실시예에 의한 전자렌지는, 마이크로파를 생성하는 마그네트론(1)과, 상기 마그네트론(1)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(5) 내부로 방사하는 안테나(2)를 포함하여 이루어지는 한편, 상기 안테나(2)는 상기 마그네트론(1)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(5)로 안내하는 도파관(3)과, 상기 도파관(3)을 통해 안내된 마이크로파를 캐비티(5) 내부로 방사하도록 캐비티(5) 벽면에 형성된 급전구(4)로 이루어져 있다.

따라서, 상기 마그네트론(1)에서 생성된 마이크로파는 안테나(2), 즉 도파관(3)과 급전구(4)를 통해 캐비티(5) 내부로 방사되고, 이와 같이 캐비티(5) 내부로 방사되는 마이크로파가 캐비티(5) 내부에 위치된 조리물(6)에 가해져 조리물(6)을 가열 조리하는 것이다.

이때, 상기 안테나(2)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 다양한 종류의 안테나가 존재하는데, 도 2a에 도시된 안테나는 슬롯 안테나(slot antenna, 7)이다. 상기 슬롯 안테나(7)는, 도파관(8)의 선단면을 도체판(9)으로 막고 그 도체판(9)에 상기 도파관(8)을 통해 진행하는 마이크로파의 전계와 직각방향으로 슬롯 급전구(10)를 형성한 것으로, 마그네트론에서 생성된 마이크로파가 상기 도파관(8)과 슬롯 급전구(10)를 통해 캐비티 내부로 방사된다.

그러나, 상기와 같은 슬롯 안테나(7)는, 슬롯 급전구(10)에서 임피던스(impedance)가 급변하고, 슬롯 급전구(10)의 면적이 작아 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파의 지향성이 나쁜 문제점이 있었다.

따라서, 현재 전자렌지에서는 상기와 같은 슬롯 안테나(7)를 개선한 어퍼춰 안테나(aperture antenna, 11)를 채용하고 있는데, 상기 어퍼처 안테나(11)는 도파관(12)과 자유공간의 임피던스 정합이 좋을 뿐만 아니라 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파의 지향성이 좋고, 그 구조가 간단하여 제조하기 용이함에 따라 현재 폭넓게 사용되고 있다.

상기 어퍼춰 안테나(11)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 도파관(12)의 단면적 보다 큰 면적을 가지는 급전구(13)를 형성하되, 상기 급전구(13)를 상기 도파관(12)을 통해 진행하는 마이크로파의 전계와 직각방향으로 형성한 것으로, 마그네트론에서 생성된 마이크로파가 상기 도파관(12)과 급전구(13)를 통해 캐비티 내부로 방사된다.

상기와 같은 전자렌지의 안테나들은 도 3에 도시된 바와 같이, 보통 한방향으로 에너지를 집중시켜 마이크로파를 방사함에 따라 캐비티 내부에서의 마이크로파 방사 전력밀도는 방향에 따라 다르게 된다.

이때, 안테나의 급전구 정면 중앙으로 방사되는 마이크로파를 주방사파라 하고, 주방사파 보다 큰 각도로 방사되는 마이크로파를 부방사파라 하며, 상기 안테나에서 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파의 방사폭은 마이크로파의 최대 방사 전력밀도에서 3dB 정도 낮은 마이크로파의 방사 전력밀도를 가지는 방향의 각도로 정의된다.

그리고, 지향성이 좋은 안테나의 경우에는 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파의 방사폭이 1°정도이며, 부방사파의 방사 전력밀도가 최대 방사 전력밀도에서 30dB 내지 50dB 정도 낮다.

따라서, 지향성이 좋은 안테나를 얻기 위해서는 마이크로파의 파장에 비하여 급전구의 면적(급전구의 각변 a, b)을 크게 할 필요가 있으며, 반대로 급전구의 면적이 작으면 지향성이 낮아지고 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파가 구면파(spherical wave)형태로 되어서 모든 방향으로 방사 전력밀도가 균일하게 방사된다.

그러나, 전자렌지에 있어서는 안테나에서 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파의 지향성이 좋은 쪽 보다 오히려 나쁜 쪽이 캐비티 내부에서 전자계 분포가 균일하여 균일한 가열 성능을 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 전자렌지의 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이, 직선편파 형태의 마이크로파를 캐비티 내부로 방사하는데, 상기 직선편파는 선형분극을 형성하면서 진행한다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 선형분극을 형성하면서 진행하는 직선편파가 조리물을 투과할 때 조리물의 분자도 선형분극운동을 하고, 이와 같이 조리물의 분자가 선형분극운동을 하여 자체 발열되면서 가열되는 것이다.

그러나, 전자렌지에서 마이크로파를 효율적으로 사용하기 위해서는 조리물에서의 흡수되는 마이크로파의 흡수 효율을 높이는 것이 중요한데, 상기와 같은 종래의 전자렌지에서는 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파가 선형분극을 형성하면서 진행하는 직선편파이므로, 상기 직선편파에 의해 가열 조리되는 조리물의 분자도 선형분극운동을 하게 되어 조리물에서의 흡수되는 에너지의 흡수 효율이 원편파에 비하여 낮은 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 종래의 전자렌지에서는 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파가 선형분극을 형성하면서 진행하는 직선편파인데, 상기 직선편파는 원편파에 비해 지향성이 좋아 원편파 보다 균일한 가열 성능을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 캐비티 내부에 위치된 조리물에 원편파를 방사하여 조리물을 가열 조리함으로써, 조리물을 균일하게 가열할 수 뿐만 아니라 마이크로파 에너지의 흡수 효율을 향상시킬 수 있는 전자렌지를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자렌지는, 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 캐비티 내부로 방사하여 캐비티 내부에 위치된 조리물을 가열 조리하는 전자렌지에 있어서, 상기 마이크로파를 원편파로 변환하여 캐비티 내부로 방사하는 안테나가 상기 도파관과 캐비티 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 1실시예에 의한 전자렌지의 개략적인 단면도,

도 2a는 종래의 슬롯 안테나의 개략적인 사시도,

도 2b는 종래의 어퍼춰 안테나의 개략적인 사시도,

도 3은 전자렌지의 안테나에서 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면,

도 4는 직선편파의 진행 형태를 설명하기 위한 도면,

도 5는 직선편파의 조리물 투과 진행경로를 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 1실시예에 의한 전자렌지의 구조도,

도 7은 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지의 구조도,

도 8은 본 발명의 3실시예에 의한 전자렌지의 구조도,

도 9는 본 발명의 4실시예에 의한 전자렌지의 구조도,

도 10은 원편파의 진행 형태를 설명하기 위한 도면,

도 11은 원편파의 조리물 투과 진행경로를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 마그네트론 30 : 안테나

40 : 도파관 50 : 급전구

60 : 캐비티

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 1실시예에 의한 전자렌지의 구조도로서, 본 발명의 1실시예에 의한 전자렌지는, 마이크로파를 생성하는 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(60) 내부로 방사하는 안테나(30)를 포함하여 이루어지는 한편, 상기 안테나(30)는 상기 마그네트론(20)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(60)로 안내하는 도파관(40)과, 상기 도파관(40)을 통해 안내된 마이크로파를 캐비티(60) 내부로 방사하도록 캐비티(60) 벽면에 스파이럴(spiral) 형태로 형성된 급전구(50)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 스파이럴 형태의 급전구(50)는 그 폭이 균일한 복수개의 급전구들(50-a, 50-b, 50-c, 50-d)로 이루어져 있다.

도 7은 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지의 구조도로서, 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지는, 마이크로파를 생성하는 마그네트론(21)과, 상기 마그네트론(21)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(61) 내부로 방사하는 안테나(31)를 포함하여 이루어지는 한편, 상기 안테나(31)는 상기 마그네트론(21)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(61)로 안내하는 도파관(41)과, 상기 도파관(41)을 통해 안내된 마이크로파를 캐비티(61) 내부로 방사하도록 캐비티(61) 벽면에 스파이럴(spiral) 형태로 형성된 급전구(51)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 스파이럴 형태의 급전구(51)는 그 폭이 선단으로 갈수록 중심에 비해 커지는 복수개의 급전구들(51-a, 51-b, 51-c, 51-d)로 이루어져 있다.

도 8은 본 발명의 3실시예에 의한 전자렌지의 구조도로서, 본 발명의 3실시예에 의한 전자렌지는, 마이크로파를 생성하는 마그네트론(22)과, 상기 마그네트론(22)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(62) 내부로 방사하는 안테나(32)를 포함하여 이루어지는 한편, 상기 안테나(32)는 상기 마그네트론(22)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(62)로 안내하는 도파관(42)과, 상기 도파관(42)을 통해 안내된 마이크로파를 캐비티(62) 내부로 방사하도록 캐비티(62) 벽면에 스파이럴(spiral) 형태로 형성된 급전구(52)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 스파이럴 형태의 급전구(52)는 그 폭이 선단으로 갈수록 중심에 비해 커지는 형태를 가질 뿐만 아니라 그 곡선율이 상기 도 7에 도시된 급전구들(51-a, 51-b, 51-c, 51-d) 보다 큰 복수개의 급전구들(52-a, 52-b, 52-c, 52-d)로 이루어져 있다.

그리고, 도 9는 본 발명의 4실시예에 의한 전자렌지의 구조도로서, 본 발명의 4실시예에 의한 전자렌지는, 마이크로파를 생성하는 마그네트론(80)과, 상기 마그네트론(80)에서 생성된 마이크로파를 캐비티(94) 내부로 방사하는 안테나(82)를 포함하여 이루어지는 한편, 상기 안테나(82)는 상기 마이크로파를 캐비티(94)로 안내하는 도파관(84)과, 캐비티(94) 벽면에 형성된 제 1 급전구(86)와, 상기 제 1 급전구(86)에 삽입된 프로브(88, probe)와, 스파이럴 형태의 제 2 급전구(92)가 형성된 디스크(90)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 디스크(90)에 형성된 스파이럴 형태의 제 2 급전구(92)는 그 폭이 선단으로 갈수록 중심에 비해 커지는 복수개의 급전구(92-a, 92-b, 92-c, 92-d)로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전자렌지의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 1실시예에 의한 전자렌지는 도 6에 도시된 바와 같이, 마그네트론(20)에서 생성된 마이크로파가 안테나(30)의 도파관(40)내에서 정재파를 형성하면서 진행하여 안테나(30)의 급전구(50-a, 50-b, 50-c, 50-d)로 전달된다.

이때, 상기 급전구(50-a, 50-b, 50-c, 50-d)는 캐비티(60)의 벽면에 스파이럴 형태로 배열되어 있으므로, 도파관(40)의 마이크로파는 첫 번째 급전구(50-a)에 도달하여 캐비티(60) 내로 방사되고, 이후 임의시간 후 두 번째 급전구(50-b)에 도달하여 상기 첫 번째 급전구(50-a)와 같이 캐비티(60) 내로 마이크로파가 방사된다.

따라서, 이와 같이 캐비티(60) 내에 순차적으로 마이크로파가 방사됨에 따라 캐비티(60)에서 보면 마이크로파가 회전하는 형태 즉, 원편파를 이루게 되는 것이다.

즉, 급전구(50-a, 50-b, 50-c, 50-d)는 상기 도파관(40)을 통해 전달된 마이크로파를 캐비티(60) 내로 방사하는 역할을 하고, 급전구(50-a, 50-b, 50-c, 50-d)의 형상이 마이크로파를 원편파를 형성하는 것이다.

그리고, 본 발명의 2실시예에 의한 전자렌지 및 본 발명의 3실시예에 의한 전자렌지의 동작은 상기한 본 발명의 1실시예의 전자렌지와 동일하므로 생략한다.

한편, 본 발명의 4실시예에 의한 전자렌지는 도 9에 도시된 바와 같이, 마그네트론(80)에서 생성된 마이크로파가 안테나(82)의 도파관(84)내에서 정재파를 형성하면서 진행하여 제 1 급전구(86)로 전달되고, 상기 제1 급전구(86)에 전달된 마이크로파가 프로브(88)를 통해 디스크(90)로 전달된다.

이때, 상기 디스크(90)에 형성된 급전구(92-a, 92-b, 92-c, 92-d)는 캐비티(94)의 벽면에 스파이럴 형태로 배열되어 있으므로, 프로브(88)를 통해 전달된 첫 번째 급전구(92-a)에 도달하여 캐비티(94) 내로 방사되고, 이후 임의시간 후 두 번째 급전구(92-b)에 도달하여 상기 첫 번째 급전구(92-a)와 같이 캐비티(94) 내로 마이크로파가 방사된다.

따라서, 이와 같이 캐비티(94) 내에 순차적으로 마이크로파가 방사됨에 따라 캐비티(94)에서 보면 마이크로파가 회전하는 형태 즉, 원편파를 이루게 되는 것이다.

상기와 같이 캐비티 내부로 방사되는 원편파는 도 10에 도시된 바와 같이, 마이크로파의 진행방향에 직각방향인 평면내에서 전계 벡터가 원을 그리며 변화하는데, 상기 원편파내에는 전기적 횡파인 원형 전기파와, 자기적 횡파인 원형 자기파가 있다.

따라서, 상기 원편파는 원형 전기파와 원형 자기파를 가지고 회전분극을 형성하면서 진행하는데, 캐비티로 방사되는 원편파는, 조리물로 진행하는 원편파와, 캐비티의 벽면등에 의해 반사되는 원편파, 그리고 조리물을 투과하는 원편파로 나누어지며, 상기 조리물을 투과하는 원편파가 조리물을 가열하는데 영향을 준다.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 조리물을 투과하는 원편파의 조리물 투과 진행경로는 기존의 전자렌지에서 사용하는 직선편파에 비해 그 진행 경로의 길이가 길기 때문에 조리물에 흡수되는 에너지가 직선편파를 이용하는 기존의 전자렌지에 비해 더욱 증가하게 된다.

이때, 조리물을 가열하는 마이크로파는 전기파와 자기파로 이루어지는데, 상기 전기파가 조리물을 가열하는데 큰 영향(98% 이상)을 미치고, 상기 자기파는 조리물을 가열하는데 미약한 영향(2% 이하)을 미친다.

따라서, 전계가 강할수록 더욱 높은 열에너지를 얻을 수 있고, 이와 같이 얻어지는 열에너지(

P_(r)

)를 전계의 함수로 표현하면 수학식 1과 같다.

상기에서,

r

: 떨어진 거리,

ε_r

: 비유전율,

f

: 주파수,

tanδ

: 유전손각,

E_(r)

: 전계 이다.

그리고, 직선편파의 전계(

E

)는 수학식 2로부터 얻어진다.

상기에서,

E_o

는 전계 최대값이다.

따라서, 직선편파의 입사에 대한 열에너지(

P_(r)

)는 수학식 3과 같이 에 비례하게 된다.

반면에, 원편파의 전계(

E

)는 수학식 4로부터 얻어진다.

상기에서,

E_o

는 전계 최대값이다.

따라서, 원편파의 입사에 대한 열에너지(

P_(r)

)는 수학식 5과 같이 에 비례하게 된다.

따라서, 조리물에서 발열되는 에너지량은 원편파가 직선편파에 비해 2배 정도 증가되는 것이다.

또한, 방사패턴에서도 원편파의 경우 전방향성의 지향성을 가지므로 캐비티 전체에 균일한 분포 특성을 가지게 되어, 직선편파에 비하여 균일한 가열성능을 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 설명드린 바와 같이 본 발명에 따르면, 캐비티 내부에 위치된 조리물에 원편파를 방사하여 조리물을 가열 조리함으로써, 조리물을 균일하게 가열할 수 뿐만 아니라 마이크로파 에너지의 흡수 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

마그네트론에서 생성된 마이크로파를 캐비티 내부로 방사하여 캐비티 내부에 위치된 조리물을 가열 조리하는 전자렌지에 있어서,

상기 마이크로파를 원편파로 변환하여 캐비티 내부로 방사하는 안테나가 상기 도파관과 캐비티 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제 1 항에 있어서,

상기 안테나는, 상기 마이크로파를 캐비티로 안내하는 도파관과,

상기 도파관을 통해 안내된 마이크로파를 원편파로 변환하여 캐비티 내부로 방사하도록 상기 캐비티 벽면에 스파이럴 형태로 형성된 급전구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제 1 항에 있어서,

상기 안테나는, 상기 마이크로파를 캐비티로 안내하는 도파관과,

상기 캐비티 벽면에 형성된 제 1 급전구와,

상기 도파관을 통해 안내된 마이크로파를 전달하도록 상기 제 1 급전구에 삽입된 프로브와,

상기 프로브를 통해 전달된 마이크로파를 원편파로 변환하여 캐비티 내부로 방사하도록 스파이럴 형태의 제 2 급전구가 형성된 디스크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.