KR20190082120A

KR20190082120A - Rf 가열 시스템을 위한 평면형 인덕터

Info

Publication number: KR20190082120A
Application number: KR1020180170902A
Authority: KR
Inventors: 퀴 후아; 창양 왕
Original assignee: 엔엑스피 유에스에이 인코포레이티드
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2019-07-09
Also published as: JP2019121592A; EP3506722A1; CN108668395B; CN108668395A; US20190208586A1; US10925125B2; JP6835437B2; EP3506722B1; KR102639006B1

Abstract

고체 상태 가열 장치는 독립형 기기 또는 다른 시스템에 통합될 수 있다. 가열 장치는 전극과 무선 주파수(RF) 소스 사이에 결합된 임피던스 매칭 회로망을 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 회로망은 가열 동작 중에 조정될 수 있는 가변 임피던스 매칭 회로망일 수 있다. 임피던스 매칭 회로망은 기판의 어느 한 면에 배치된 패턴화된 도전성 층으로부터 형성된 평면형 인덕터를 포함할 수 있다.

Description

RF 가열 시스템을 위한 평면형 인덕터{PLANAR INDUCTORS FOR RF HEATING SYSTEMS}

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2017년 12월 29일에 출원된 중국 특허 출원 제201711498710.1호를 35 U.S.C.§119 하에서 우선권으로 주장한다.

본 명세서에서 기술된 청구대상의 실시예는 일반적으로 무선 주파수(radio frequency; RF) 에너지를 이용하여 로드(load)를 해동(defrosting) 및/또는 가열(heating)하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 용량성 식품 가열(또는 해동(defrosting) 또는 해빙(thawing)) 시스템은 가열 격실(heating compartment) 내에 포함된 커다란 평면 전극들을 포함한다. 식품 로드(food load)가 전극들 사이에 위치되고, 전극들이 식품 로드와 접촉하게 되면, 저전력 전자기 에너지가 전극들에 공급되어 식품 로드를 따뜻하게 데운다.

이하의 도면과 함께 상세한 설명 및 청구항을 참조하면 청구대상에 대한 보다 완전한 이해가 도출될 수 있으며, 도면에서 유사한 참조 번호는 도면 전체를 통해 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 가열 기기의 투시도이다.
도 2는 가열 시스템의 다른 예시적인 실시예를 포함하는 냉장고/냉동고 기기의 투시도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 가열 장치의 간략화된 블록도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 가변 인덕턴스 매칭 회로망의 개략도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 가변 인덕턴스 회로망의 개략도이다.
도 6은 가변 임피던스 매칭 회로망의 실시예에서 복수의 인덕턴스가 입력 캐비티 임피던스를 RF 신호 소스에 매칭시키는 방법을 도시하는 스미스 차트의 예이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 가열 시스템의 측단면도이다.
도 8a는 예시적인 실시예에 따른 기판에 배치된 평면형 인덕터 회로의 상면도이다.
도 8b는 예시적인 실시예에 따른 기판에 배치된 평면형 인덕터 회로의 저면도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 다층 평면형 인덕터 회로 트레이스를 포함하는 인쇄 회로 보드의 측단면도이다.

이하의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 청구대상 또는 본 출원의 실시예 및 그러한 실시예들의 이용을 제한하고자 하지 않는다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, "예시적인(exemplary)" 및 "예(example)"라는 단어들은 "예, 사례 또는 예시로서 기능"함을 의미한다. 본 명세서에서 예시로서 또는 예로서 기술된 임의의 구현은 다른 구현들에 비하여 선호되거나 또는 이로운 것으로서 이해될 필요는 없다. 더욱이, 앞에서의 기술 분야, 배경 또는 이하의 상세한 설명에서 제공된 임의의 명시적인 또는 암시적인 이론에 의해 구속하려는 의도는 없다.

본 명세서에 기술된 청구 대상의 실시예는 독립형 기기 또는 다른 시스템 내에 통합될 수 있는 고체 상태 가열 장치에 관한 것이다. 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이, 예시적인 가열 시스템은 캐비티에 배치된 제1 전극,(하나 이상의 트랜지스터를 포함하는) 증폭기 구성부, 및 증폭기 구성부의 출력과 제1 전극 사이에 연결되며 평면형 인덕터를 포함하는 임피던스 매칭 회로망을 사용하여 실현된다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 회로망은 증폭기 구성부와 캐비티 간의 매칭을 향상시키기 위해 가열 동작 동안에 조정될 수 있는 가변 임피던스 매칭 회로망이다.

본 명세서에서 이용된 바와 같이, "가열"이라는 용어는 보다 넓게는, 로드(예를 들면, 식품 로드 또는 다른 타입의 로드)의 열 에너지 또는 온도가 로드에 대한 RF 전력의 제공을 통해 증가되도록 하는 프로세스를 의미한다. 따라서, 다양한 실시예에서, "가열 동작"은 임의의 초기 온도(예를 들면, 섭씨 0도 위 또는 아래인 임의의 초기 온도)를 갖는 식품 로드에 대해 수행될 수 있으며, 가열 동작은 초기 온도보다 높은 임의의 최종 온도(예를 들면, 섭씨 0도 위 또는 아래인 최종 온도를 포함함)에서 중단될 수 있다. 그렇지만, 본 명세서에서 기술된 "가열 동작" 및 "가열 시스템"은 대안적으로, "열 증가 동작" 및 "열 증가 시스템"으로서 지칭될 수 있다. "해동"이라는 용어는 냉동된 로드(예를 들어, 식품 로드 또는 다른 유형의 로드)의 온도를 이 로드가 더 이상 냉동되지 않은 온도(예를 들어, 섭씨 0도 또는 0도 근처 온도)로 상승시키는 것을 의미한다. 따라서, "해동 동작"은 "가열 동작"의 일 유형이고, "해동 시스템"은 "가열 시스템"의 일 유형이다. "해동" 이라는 용어는 본 발명의 응용을, 단지 냉동된 로드의 온도를 섭씨 0도 또는 섭씨 0도 근처의 온도로 상승시킬 수 있는 방법 또는 시스템으로 제한하는 것으로 이해되어서는 않된다. 본 개시에서, 가열 시스템에 의해 가열되는 로드의 일 예로서 "식품 로드"가 언급되며, 식품 로드에 대한 언급은 가열 시스템에 의해 가열될 수 있는 다른 유형의 로드(예를 들어, 액체, 비소비재 물질(non-consumable material))를 또한 지칭할 수 있다.

일부 식품 가열 시스템에서, 전자기 에너지가 임피던스 매칭 회로망을 통해 전극에 공급된다. 일부 식품 가열 시스템은 대형 헬리컬 인덕터가 포함된 임피던스 매칭 회로망을 포함한다. 이러한 헬리컬 인덕터는 값 비싸고 제조하기가 어려울 수 있으며 원하는 인덕턴스로 튜닝하기 어려울 수도 있다. 또한, 일단 시스템에 설치되면, 헬리컬 인덕터는 과도한 진동으로 인한 전기적 특성(예를 들어, 인덕턴스)의 변화를 일으킬 수 있다. 헬리컬 인덕터는 일반적으로 구리로 만들어지기 때문에, 과도한 열은 헬리컬 인덕터를 팽창시켜 헬리컬 인덕터의 전기적 특성을 또한 변화시킬 수 있다. 이러한 전기적 특성의 변화는 잠재적으로(예를 들어, 임피던스 매칭 회로망의 임피던스를 변화시킴으로써) 시스템 효율을 감소시킬 수 있다. 또한, 큰 크기의 헬리컬 인덕터는 임피던스 회로망을 수용하기 위해 비례적으로 많은 양의 공간을 요구할 수 있다. 따라서, 헬리컬 인덕터 대신에 평면형 인덕터를 이용하는 임피던스 회로망을 포함하는 가열 시스템을 사용하는 것이 유리할 수 있고 있고, 그 결과 비용, 제조의 어려움 및 시스템 크기가 비교적 감소될 수 있는 한편 시스템은 과도한 진동 및 온도에 대해 강건함을 가질 수 있다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 가열 시스템(100)의 투시도이다. 가열 시스템(100)은 가열 캐비티(110), 제어 패널(120), 하나 이상의 무선 주파수(RF) 신호 소스(예를 들면, 도 3의 RF 신호 소스(340)), 전력 공급기(예를 들면, 도 3의 전력 공급기(350)), 제1 전극(170), 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3의 전력 검출 회로(380)) 및 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(330))를 포함한다. 가열 캐비티(110)는 최상부, 최하부, 측면 및 후면 캐비티 벽들(111, 112, 113, 114, 115)의 내부 표면 및 도어(116)의 내부 표면에 의해 정의된다. 도어(116)가 닫힌 경우, 가열 캐비티(110)는 밀폐된 에어 캐비티(enclosed air cavity)를 정의한다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, "에어 캐비티" 라는 용어는 에어 또는 다른 가스를 포함하는 밀폐된 영역(예를 들면, 가열 캐비티(110))을 의미할 수 있다.

실시예에 따르면, 제1 전극(170)은 캐비티 벽(예를 들면, 최상부 벽(111))에 인접하게 배열되고, 제1 전극(170)은 나머지 캐비티 벽들(예를 들면, 벽들(112-115) 및 도어(116))로부터 전기적으로 분리되고, 나머지 캐비티 벽들은 접지된다. 이러한 구성에서, 시스템은 캐패시터로서 극단적으로 단순화하여 모델링되며, 여기서 제1 전극(170)은 하나의 도전성 플레이트(conductive plate)로서 기능하고, 접지된 캐비티 벽들(예를 들면, 벽들(112-115))은 제2 도전성 플레이트(또는 전극)으로서 기능하고,(임의의 로드를 내부에 포함하는) 에어 캐비티는 제1 도전성 플레이트와 제2 도전성 플레이트 사이의 유전 매질(dielectric medium)로서 기능한다. 도 1에는 도시되지 않았지만, 비도전성 배리어(예를 들면, 도 3의 배리어(314))가 시스템(100)에 또한 포함될 수 있고, 비도전성 배리어는 로드를 최하부 캐비티 벽(112)으로부터 전기적으로 및 물리적으로 분리시키는 기능을 할 수 있다. 도 1은 제1 전극(170)이 최상부 벽(111)에 인접한 것으로 도시하지만, 대안적으로 제1 전극(170)은, 다른 전극들(172-175)에 의해 나타낸 바와 같이, 다른 벽들(112-115) 중 임의의 것에 인접할 수 있다.

실시예에 따르면, 가열 시스템(100)의 동작 동안, 사용자(도시되지 않음)는 하나 이상의 로드(예를 들면, 식품 및/또는 액체)를 가열 캐비티(110) 내에 위치시킬 수 있고, 선택사양적으로 로드(들)의 특성을 지정하는 입력을 제어 패널(120)을 통해 제공할 수 있다. 예를 들어, 지정된 특성은 로드의 대략적인 무게를 포함할 수 있다. 또한, 지정된 로드 특성은 로드를 형성하는 물질(들)(예를 들면, 고기, 빵, 액체)을 나타낼 수 있다. 대안적인 실시예에서, 로드 특성은 로드 패키징 상의 바코드를 스캐닝하는 것 또는 로드 상의 또는 로드 내에 내장된 RFID(radio frequency identification) 태그로부터 RFID 신호를 수신하는 것과 같은 일부 다른 방식으로 획득될 수 있다. 어떠한 방식이든지, 이후에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 그러한 로드 특성에 관한 정보는 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(330))가 가열 동작의 시작시에 시스템의 임피던스 매칭 회로망에 대한 초기 상태를 설정할 수 있게 하며, 여기서 초기 상태는 로드로의 최대 RF 전력 전달을 가능하게 하는 최적의 상태에 비교적 가까울 수 있다. 대안으로, 로드 특성은 가열 동작의 시작 이전에 입력되거나 또는 수신되지 않을 수 있고, 시스템 제어기는 임피던스 매칭 회로망에 대한 디폴트 초기 상태를 설정할 수 있다.

가열 동작을 시작하기 위해, 사용자는 제어 패널(120)을 통해 입력을 제공할 수 있다. 그에 응답하여, 시스템 제어기는 RF 신호 소스(들)(예를 들면, 도 3의 RF 신호 소스(340))로 하여금 RF 신호를 제1 전극(170)에 공급하도록 하며, 제1 전극(17)은 그에 응답하여 전자기 에너지를 가열 캐비티(110) 내로 방사한다. 전자기 에너지는 로드의 열 에너지를 증가시킨다(즉, 전자기 에너지는 로드가 데워지도록 한다).

가열 동작 동안, 로드의 임피던스(그에 따라, 가열 캐비티(110) 더하기 로드의 전체 입력 임피던스)는 로드의 열 에너지가 증가함에 따라 변화된다. 임피던스 변화는 로드에 대한 RF 에너지의 흡수를 변경시키고, 따라서 반사 전력의 크기를 변경시킨다. 실시예에 따르면, 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3의 전력 검출 회로(380))는 RF 신호 소스(예를 들면, 도 3의 RF 신호 소스(340))와 제1 전극(170) 사이의 전송 경로(예를 들면, 도 3의 전송 경로(348))를 따른 포워드(forward) 전력 및 반사 전력을 계속적으로 또는 주기적으로 측정한다. 이들 측정에 기초하여, 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(330))는 이하에서 자세히 설명되는 바와 같이 가열 동작의 완료를 검출할 수 있다. 추가적인 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 가변적이고, 포워드 전력 및 반사 전력 측정에 기초하여, 시스템 제어기는 로드에 의한 RF 전력의 흡수량을 증가시키기 위해 가열 동작 동안 임피던스 매칭 회로망의 상태를 변경할 수 있다.

가열 시스템의 컴포넌트는 다른 유형의 시스템 또는 기기 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 가열 시스템(210, 220)의 다른 예시적인 실시예를 포함하는 냉장고/냉동고 기기(200)의 투시도이다. 보다 구체적으로, 가열 시스템(210)은 시스템(200)의 냉동고 칸(212) 내에 통합되는 것으로 도시되고, 가열 시스템(220)은 시스템의 냉장고 칸(222) 내에 통합되는 것으로 도시된다. 실제의 냉장고/냉동고 기기는 가열 시스템들(210, 220) 중 하나만을 포함할 수도 있으나, 2개의 실시예를 정확하게 전달하기 위해 도 2에서는 둘 다 도시된다.

가열 시스템(100)과 유사하게, 가열 시스템(210, 220) 각각은 가열 캐비티, 제어 패널(214, 224), 하나 이상의 RF 신호 소스(예를 들면, 도 3의 RF 신호 소스(340)), 전력 공급기(예를 들면, 도 3의 전력 공급기(350)), 제1 전극(예를 들면, 도 3의 전극(370)), 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3의 전력 검출 회로(380)), 및 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(330))를 포함한다. 예를 들어, 가열 캐비티는 서랍의 최하부, 측면, 전면 및 후면 벽들의 내부 표면들, 및 서랍이 그 아래에서 미끄러지는 고정 선반(216, 226)의 내부 최상부 표면에 의해 정의될 수 있다. 서랍이 선반 아래에서 완전히 미끄러져 들어간 경우, 서랍 및 선반은 캐비티를 밀폐된 에어 캐비티로서 정의한다. 다양한 실시예에서, 가열 시스템(210, 220)의 컴포넌트 및 기능은 해동 시스템(100)의 컴포넌트 및 기능과 실질적으로 동일할 수 있다.

또한, 실시예에 따르면, 가열 시스템(210,220) 각각은 이 시스템(210,220)이 배치되는 냉동고 또는 냉장고 칸(212,222) 각각과 충분한 열 전달을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 가열 동작이 완료되면, 로드는 시스템(210,220)으로부터 제거될 때까지 안전한 온도(즉, 식품 부패가 지연되는 온도)로 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 냉동고 기반 가열 시스템(210)에 의한 가열 동작의 완료시에, 가열된 로드를 포함하는 캐비티는 냉동고 칸(212)과 열적으로 통신할 수 있고, 로드가 캐비티로부터 신속하게 제거되지 않으면, 로드는 다시 냉동될 수 있다. 마찬가지로, 냉장고 기반 가열 시스템(220)에 의한 가열 동작의 완료시에, 가열된 로드를 포함하는 캐비티는 냉장고 칸(222)과 열적으로 통신할 수 있고, 로드가 캐비티로부터 신속하게 제거되지 않으면, 로드는 냉장고 칸(222) 내의 온도에서 가열된 상태로 유지될 수 있다.

본 기술 분야의 당업자라면, 본 명세서에서의 설명에 기초하여, 가열 시스템의 실시예는 다른 구성을 갖는 시스템 또는 기기 내에 통합될 수도 있음을 이해할 것이다. 따라서, 독립형 기기, 마이크로파 오븐 기기, 냉동고 및 냉장고에서의 전술한 가열 시스템에 대한 구현은 실시예의 용도를 이러한 유형의 시스템으로만 제한하는 것을 의미하지 않는다.

가열 시스템(100, 200)은 자신들의 컴포넌트들이 서로에 대해 특정한 상대적인 배향을 갖는 것으로 도시되지만, 다양한 컴포넌트는 다르게 배향될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 컴포넌트의 물리적인 구성도 상이할 수 있다. 예를 들어, 제어 패널(120, 214, 224)은 보다 많거나, 보다 적거나, 또는 상이한 사용자 인터페이스 요소를 가질 수 있고 및/또는 사용자 인터페이스 요소는 상이하게 배열될 수 있다. 또한, 실질적으로 입방체의 가열 캐비티(110)가 도 1에 도시되지만, 다른 실시예에서, 가열 캐비티는 다른 형상(예를 들면, 원통형 등)을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 가열 시스템(100, 210, 220)은 도 1, 2에 구체적으로 도시되지 않은 추가적인 컴포넌트(예를 들면, 팬(fan), 정지되거나 또는 회전하는 플레이트, 트레이(tray), 전기줄(electrical cord) 등)를 포함할 수 있다.

도 3은 예시적인 실시예에 따른, 가열 시스템(300)(예를 들어, 도 1, 2의 가열 시스템(100,210,220))의 간략화된 블록도이다. 실시예에서, 가열 시스템(300)은 가열 캐비티(310), 사용자 인터페이스(320), 시스템 제어기(330), RF 신호 소스(340), 전력 공급 및 바이어스 회로(350), 가변 임피던스 매칭 회로망(360), 전극(370) 및 전력 검출 회로(380)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 가열 시스템(300)은 온도 센서(들), 적외선(IR) 센서(들) 및/또는 하중 센서(weight sensor)(들)(390)를 포함할 수 있으며, 이들 센서 구성요소들 중 일부 또는 전부는 배제될 수도 있다. 도 3은 설명 및 기술의 용이성을 위한 가열 시스템(300)의 간략화된 표현이며, 실제의 실시예는 추가적인 기능 및 특징을 제공하기 위한 다른 장치 및 컴포넌트를 포함할 수 있고, 및/또는 가열 시스템(300)은 보다 큰 전기 시스템의 일부일 수 있다.

사용자 인터페이스(320)는 예를 들면, 사용자가 가열 동작에 대한 파라미터(예를 들면, 가열될 로드의 특성 등), 시작 및 취소 버튼, 기계적인 제어(예를 들면, 도어/서랍 개방 래치) 등에 관한 입력을 시스템에 제공할 수 있게 하는 제어 패널(예를 들면, 도 1, 2의 제어 패널(120, 214, 224))에 대응할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스는 가열 동작의 상태를 나타내는 사용자 감지가능 출력(예를 들면, 가열 동작의 진행 또는 완료를 나타내는 카운트다운 타이머의 시각적 표시, 및/또는 가열 동작의 완료를 나타내는 청각적 톤) 및 기타 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.

시스템 제어기(330)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예를 들면, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시, 다양한 레지스터 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(330)는 사용자 인터페이스(320), RF 신호 소스(340), 가변 임피던스 매칭 회로망(360), 전력 검출 회로(380) 및 센서(390)(만약 포함되는 경우)에 연결된다. 시스템 제어기(330)는 사용자 인터페이스(320)를 통해 수신된 사용자 입력을 나타내는 신호를 수신하고, 전력 검출 회로(380)로부터 포워드 및 반사 전력 측정을 수신하도록 구성된다. 수신된 신호 및 측정에 응답하여, 시스템 제어기(330)는 전력 공급 및 바이어스 회로(350) 및 RF 신호 소스(340)의 RF 신호 발생기(342)에게 제어 신호를 제공한다. 또한, 시스템 제어기(330)는 제어 신호를 가변 임피던스 매칭 회로망(360)에 제공하여, 회로망(360)이 그의 상태 또는 구성을 변경하도록 한다.

가열 캐비티(310)는 가열될 로드(316)가 내부에 위치될 수 있는 에어 캐비티에 의해 분리되는 제1 및 제2 평행 플레이트 전극들을 갖는 용량성 가열 구조물을 포함한다. 예를 들어, 제1 전극(370)은 에어 캐비티 위에 위치될 수 있고, 제2 전극은 격납 구조물(containment structure)(312)의 일부에 의해 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 격납 구조물(312)은 최하부, 최상부, 측면 벽들을 포함할 수 있고, 이들의 내부 표면들은 가열 캐비티(310)(예를 들면, 도 1의 가열 캐비티(110))를 정의한다. 제2 전극(예를 들어, 격납 구조물(312))은 접지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 전극은 위상이 대략 180도 벗어난 RF 신호가 전극에 제공되는 균형 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 전극은 가변 임피던스 매칭 회로망 및 밸룬(balun)을 통해 증폭기(346)에 결합된다.

가열 캐비티(310) 및 이 가열 캐비티(310) 내에 위치한 임의의 로드(316)(예를 들어, 식품, 액체 등)는 제1 전극(370)에 의해 캐비티(310) 내로 방사되는 전자기 에너지(또는 RF 전력)에 대한 누적 로드를 제시한다. 보다 구체적으로, 캐비티(310) 및 로드(316)는 본 명세서에서 "캐비티 입력 임피던스"로 지칭되는 임피던스를 시스템에 제시한다. 캐비티 입력 임피던스는 로드(316)의 온도가 증가함에 따라 가열 동작 중에 변화한다. 많은 종류의 식품 로드의 임피던스는 식품 로드가 냉동 상태에서 해동 상태로 천이함에 따라 다소 예측 가능한 방식으로 온도와 관련하여 변화한다. 실시예에 따르면, 전력 검출 회로(380)로부터의 반사 및 포워드 전력 측정치에 기초하여, 시스템 제어기(330)는 해동 동작 동안, 캐비티 입력 임피던스의 변화율이 시스템 제어기(330)가 해동 동작을 종료할 수 있는 섭씨 0도에 로드(316)가 도달하고 있음을 나타내는 시점을 식별하도록 구성된다.

실시예에서, 제1 전극(370)은 가변 임피던스 매칭 회로망(360) 및 전송 경로(348)를 통해 RF 신호 소스(340)에 전기적으로 연결된다. 이하에서 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)은 RF 신호 소스(340)의 임피던스로부터 로드(316)에 의해 변경된 가열 캐비티(310)의 입력 임피던스로 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 실시예에서, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)은 수동 소자들(예를 들면, 인덕터, 캐패시터, 저항기)로 구성된 회로망을 포함한다. 보다 특정한 실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)은, 가열 캐비티(310) 내에 위치되며 제1 전극(370)에 전기적으로 연결되는 복수의 고정값 인덕터(예를 들어, 인덕터(도 4, 7, 8의 412-415,709,812-815))를 포함한다. 이들 고정값 인덕터 중 일부 또는 전부는 기판 상에 형성된 평면의 나선형 인덕터로서 구현될 수 있다. 또한, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)은 가열 캐비티(310)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있는 복수의 가변 인덕턴스 회로망(예를 들어, 도 4, 5의 회로망(410,411,500))을 포함한다. 각각의 가변 인덕턴스 회로망에 의해 제공된 인덕턴스 값은, 설명되는 바와 같이, 시스템 제어기(330)로부터의 제어 신호를 이용하여 설정된다. 어떤 경우든, 지속적으로 변동되는 캐비티 입력 임피던스를 동적으로 매칭시키기 위해 가열 동작 동안에 가변 임피던스 매칭 회로망(360)의 상태를 변경함으로써, 로드(316)에 의해 흡수되는 RF 전력의 양은 가열 동작 동안 로드 임피던스의 변화에도 불구하고 높은 레벨로 유지될 수 있다.

실시예에 따르면, RF 신호 소스(350)는 RF 신호 발생기(342) 및(예를 들면, 하나 이상의 전력 증폭기 단(344,346)을 포함하는) 전력 증폭기를 포함한다. 시스템 제어기(330)에 의해 제공된 제어 신호에 응답하여, RF 신호 발생기(342)는, 비록 시스템이 다른 주파수 대역에서의 동작을 지원하도록 변경될 수도 있지만, ISM(industrial, scientific, and medical) 대역의 주파수를 갖는 진동하는 전기 신호를 생성하도록 구성된다. 다양한 실시예에서, RF 신호 발생기(342)는 상이한 전력 레벨 및/또는 상이한 주파수의 진동하는 신호를 생성하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, RF 신호 발생기(342)는 약 3.0MHz 내지 약 300MHz의 범위에서 진동하는 신호를 생성할 수 있다. 몇몇 바람직한 주파수는, 예를 들면, 13.56MHz(+/- 5 퍼센트), 27.125MHz(+/- 5 퍼센트) 및 40.68MHz(+/- 5 퍼센트)일 수 있다. 하나의 특정한 실시예에서, 예를 들어, RF 신호 발생기(342)는 약 40.66MHz 내지 약 40.70MHz의 범위에서 진동하고 약 10dB(decibel) 내지 약 15dB의 범위에서의 전력 레벨에 있는 신호를 생성할 수 있다. 대안으로, 진동 주파수 및/또는 전력 레벨은 전술한 범위 또는 값보다 낮거나 또는 높을 수 있다.

도 3의 실시예에서, 전력 증폭기는 드라이버 증폭기 단(344) 및 최종 증폭기 단(346)을 포함한다. 전력 증폭기는 RF 신호 발생기(342)로부터 진동하는 신호를 수신하고, 그 신호를 증폭하여 전력 증폭기의 출력에서 현저히 더 높은 전력 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 출력 신호는 약 100 와트 내지 약 400 와트 또는 그 이상의 범위에서의 전력 레벨을 가질 수 있다. 전력 증폭기에 의해 인가된 이득은 전력 공급 및 바이어스 회로(350)에 의해 각각의 증폭기 단(344,346)에 제공된 게이트 바이어스 전압 및/또는 드레인 공급 전압을 이용하여 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 전력 공급 및 바이어스 회로(350)는 시스템 제어기(330)로부터 수신된 제어 신호에 따라 바이어스 및 공급 전압을 각각의 RF 증폭기 단(344,346)에 제공한다.

실시예에서, 각각의 증폭기 단(344,346)은 입력 단자(예를 들면, 게이트 또는 제어 단자) 및 2개의 전류 운반 단자(예를 들면, 소스 및 드레인 단자)를 갖는 FET(field effect transistor)와 같은 전력 트랜지스터로서 구현된다. 다양한 실시예에서, 임피던스 매칭 회로(도시되지 않음)가 드라이버 증폭기 단(344)의 입력(예를 들어, 게이트)에, 드라이버와 최종 증폭기 단(346) 사이에, 및/또는 최종 증폭기 단(346)의 출력(예를 들면, 드레인 단자)에 연결될 수 있다. 실시예에서, 증폭기 단(344,346)의 각각의 트랜지스터는 LDMOSFET(laterally diffused metal oxide semiconductor FET) 트랜지스터를 포함한다. 그러나, 트랜지스터들은 임의의 특정 반도체 기법으로 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 다른 실시예에서, 각각의 트랜지스터는 GaN(gallium nitride) 트랜지스터, 다른 유형의 MOSFET 트랜지스터, BJT(bipolar junction transistor), 또는 다른 반도체 기법을 이용하는 트랜지스터로서 실현될 수 있다.

도 3에서, 전력 증폭기 구성부는 특정한 방식으로 다른 회로 컴포넌트에 연결된 2개의 증폭기 단(344,346)을 포함하는 것으로 도시된다. 다른 실시예에서, 전력 증폭기 구성부는 다른 증폭기 토폴로지를 포함할 수 있고 및/또는 증폭기 구성부는 단지 하나의 증폭기 단, 또는 2개보다 많은 증폭기 단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기 구성부는 싱글 엔드 증폭기(single ended amplifier), 더블 엔드 증폭기(double ended amplifier), 푸시-풀 증폭기(push-pull amplifier), 도허티 증폭기(Doherty amplifier), SMPA(Switch Mode Power Amplifier), 또는 다른 타입의 증폭기의 실시예를 포함할 수 있다.

실시예에서, 전력 검출 회로(380)는 전송 경로(348)를 따라, RF 신호 소스(340)의 출력과 가변 임피던스 매칭 회로망(360)에 대한 입력 사이에 연결된다. 대안적인 실시예에서, 전력 검출 회로(380)는 가변 임피던스 매칭 회로망(360)의 출력과 제1 전극(370) 사이에서 전송 경로(349)에 연결될 수 있다. 어떠한 방식으로든, 전력 검출 회로(380)는 전송 경로(348)를 따라 이동하는 포워드 신호(즉, RF 신호 소스(340)로부터 제1 전극(370)으로의 신호) 및 반사 신호(즉, 제1 전극(370)으로부터 RF 신호 소스(340)로의 신호)의 전력을 모니터링하고, 측정하고, 또는 그렇지 않은 경우 검출하도록 구성된다.

전력 검출 회로(380)는 포워드 및 반사 신호 전력의 크기를 운반하는 신호를 시스템 제어기(330)에 공급한다. 시스템 제어기(330)는 이후 포워드 신호 전력에 대한 반사 신호 전력의 비율, 또는 S11 파라미터를 계산할 수 있다. 이하에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 반사 전력 대 포워드 전력의 비율이 임계값을 초과하면, 이것은 시스템(300)이 적절하게 매칭된 상태가 아니며, 로드(316)에 의한 에너지 흡수는 최적이 아님을 나타낸다. 이러한 상황에서, 시스템 제어기(330)는 반사 전력 대 포워드 전력의 비율이 원하는 레벨로 감소할 때까지 가변 임피던스 매칭 회로망의 상태를 변경하는 프로세스를 조정하며, 따라서 수용가능한 매칭을 재설정하고, 로드(316)에 의한 보다 최적의 에너지 흡수를 가능하게 한다.

전술한 바와 같이, 가열 시스템(300)의 일부 실시예는 온도 센서(들), IR 센서(들), 및/또는 하중 센서(들)(390)를 포함할 수 있다. 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)는 로드(316)의 온도가 가열 동작 동안에 감지되도록 할 수 있는 장소에 위치할 수 있다. 시스템 제어기(330)에 제공되는 경우, 온도 정보는 시스템 제어기(330)가 RF 신호 소스(340)에 의해 공급된 RF 신호의 전력을(예를 들면, 전력 공급 및 바이어스 회로(350)에 의해 제공된 바이어스 및/또는 공급 전압을 제어함으로써) 변경하여, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)의 상태를 조절하고 및/또는 가열 동작이 종료되어야 하는 때를 결정할 수 있게 한다. 하중 센서(들)는 로드(316) 아래에 위치되며, 로드(316)의 무게의 평가를 시스템 제어기(330)에 제공하도록 구성된다. 시스템 제어기(330)는 이러한 정보를 이용하여, 예를 들면, RF 신호 소스(340)에 의해 공급된 RF 신호에 대한 요망되는 전력 레벨을 결정하고, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)에 대한 초기 세팅을 결정하고 및/또는 가열 동작을 위한 대략적인 지속기간을 결정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)은 로드(316)로의 RF 전력 전달을 가능한 정도까지 최대화하기 위해, 가열 캐비티(310) 더하기 로드(316)의 입력 임피던스를 매칭하는데 이용된다. 가열 캐비티(310) 및 로드(316)의 초기 임피던스는 가열 동작의 시작시에 정확하게 알려지지 않을 수 있다. 더욱이, 로드(316)의 임피던스는 가열 동작 동안에 로드(316)가 데워짐에 따라 변경된다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(330)는 제어 신호를 가변 임피던스 매칭 회로망(360)에 제공할 수 있으며, 이 제어 신호는 가변 임피던스 매칭 회로망(360)의 상태에 대한 변경을 초래한다. 이것은 시스템 제어기(330)가 상대적으로 낮은 반사 전력 대 포워드 전력의 비율을 가지며, 따라서 로드(316)에 의한 RF 전력의 상대적으로 높은 흡수를 갖는 가열 동작의 시작시 가변 임피던스 매칭 회로망(360)의 초기 상태를 형성할 수 있게 한다. 또한, 이것은 시스템 제어기(330)가, 로드(316)의 임피던스의 변화에도 불구하고, 적절한 매칭이 가열 동작 내내 유지될 수 있도록 가변 임피던스 매칭 회로망(360)의 상태를 변경할 수 있게 한다.

실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 회로망(360)은 수동 소자들의 회로망을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로는 고정값 인덕터들(예를 들면, 평면의 나선형 유도성 소자) 및 가변 인덕터들(또는 가변 인덕턴스 회로망)의 회로망을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, "인덕터"라는 용어는 개별적인 인덕터, 또는 다른 유형의 중간 컴포넌트(예를 들면, 저항기 또는 캐패시터) 없이도 함께 전기적으로 연결되는 또는 유도성 소자들의 세트를 의미한다.

도 4는 예시적인 실시예에 따른, 가변 임피던스 매칭 회로망(400)(예를 들면, 도 3의 가변 임피던스 매칭 회로망(360))의 개략도이다. 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 회로망(400)은 본질적으로 2개의 부분, 즉, RF 신호 소스(또는 최종 단 전력 증폭기)를 매칭하기 위한 하나의 부분, 및 캐비티 더하기 로드를 매칭하기 위한 다른 부분을 갖는다.

실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 회로망(400)은 입력 노드(402), 출력 노드(404), 제1 및 제2 가변 인덕턴스 회로망(410,411), 및 복수의 고정값 인덕터(412-415)를 포함한다. 일부 실시예에서, 고정값 인덕터(412-415)는 평면형 인덕터(예를 들어, 사실상 평평한 기판 상에 배치된 패터닝된 도전성 층으로부터 형성된 나선형 인덕터)로서 구현될 수 있다. 가열 시스템(예를 들면, 도 3의 시스템(300)) 내에 통합될 때, 입력 노드(402)는 RF 신호 소스(예를 들면, 도 3의 RF 신호 소스(340))의 출력에 전기적으로 연결되고, 출력 노드(404)는 가열 캐비티(예를 들면, 도 3의 가열 캐비티(310)) 내의 전극(예를 들면, 도 3의 제1 전극(370))에 전기적으로 연결된다.

실시예에서, 입력 및 출력 노드들(402,404) 사이에서, 가변 임피던스 매칭 회로망(400)은 제1 및 제2의 직렬 연결된 인덕터(412,414)를 포함한다. 실시예에서, 제1 및 제2 인덕터(412,414)는 그 크기 및 인덕턴스 값이 비교적 큰데, 그 이유는 그들이 비교적 낮은 주파수(예를 들면, 약 4.66MHz 내지 약 4.68MHz) 및 높은 전력(예를 들면, 약 50W 내지 약 500W) 동작을 위해 설계될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 인덕터(412,414)는 약 200nH(nanohenry) 내지 약 600nH의 범위에 있는 값을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서, 그 값들은 더 낮고 및/또는 높을 수 있다.

제1 가변 인덕턴스 회로망(410)은 입력 노드(402)와 접지 기준 단자(예를 들면, 도 3의 접지된 격납 구조물(312)) 사이에 연결되는 제1 션트 유도성 회로망이다. 실시예에 따르면, 제1 가변 인덕턴스 회로망(410)은 RF 신호 소스(예를 들면, 도 3의 RF 신호 소스(340))의 임피던스를 매칭하고, 또는 특히 최종 단 전력 증폭기(예를 들면, 도 3의 증폭기(346))를 매칭하도록 구성가능하다. 따라서, 제1 가변 인덕턴스 회로망(410)은 가변 임피던스 매칭 회로망(400)의 "전력 증폭기 매칭 부분"으로 지칭될 수 있다. 실시예에 따르면, 그리고 도 7과 연계하여 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 제1 가변 인덕턴스 회로망(410)은, 비록 해당 범위가 보다 낮거나 또는 보다 높은 인덕턴스 값들로 확장될 수 있지만, 약 20nH 내지 약 400nH의 범위에 있는 인덕턴스를 제공하기 위해 선택적으로 함께 연결될 수 있는 유도성 소자들의 회로망을 포함할 수도 있다.

대조적으로, 가변 임피던스 매칭 회로망(400)의 "캐비티 매칭 부분"은 제1 및 제2 인덕터들(412,414) 사이의 노드(420)와 접지 기준 단자 사이에 연결되는 제2 션트 유도성 회로망(416)에 의해 제공된다. 실시예에 따르면, 제2 션트 유도성 회로망(416)은 직렬로 연결된 제3 인덕터(413) 및 제2 가변 인덕턴스 회로망(411)을 포함하되, 제3 인덕터(413)와 제2 가변 인덕턴스 회로망(411) 사이에 중간 노드(422)를 갖는다. 한다. 제2 가변 인덕턴스 회로망(411)의 상태는 다수의 인덕턴스 값을 제공하도록 변경될 수 있기 때문에, 제2 션트 유도성 회로망(416)은 캐비티 더하기 로드(예를 들면, 도 3의 캐비티(310) 더하기 로드(316))의 임피던스를 최적으로 매칭하도록 구성가능하다. 예를 들어, 인덕터(413)는 약 400nH 내지 약 800nH의 범위에 있는 값을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서, 그 값은 더 낮고 및/또는 높을 수도 있다. 실시예에 따르면, 그리고 도 7과 연계하여 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 제2 가변 인덕턴스 회로망(411)은, 비록 해당 범위가 더 낮거나 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수 있지만, 약 50nH 내지 약 800nH의 범위에 있는 인덕턴스를 제공하도록 선택적으로 함께 연결될 수 있는 유도성 소자들의 회로망을 또한 포함한다.

마지막으로, 가변 임피던스 매칭 회로망(400)은 출력 노드(404)와 접지 기준 단자 사이에 연결된 제4 인덕터(415)를 포함한다. 예를 들어, 인덕터(415)는, 다른 실시예에서 비록 그 값은 더 낮고 및/또는 높을 수 있지만, 약 400nH 내지 약 800nH의 범위에 있는 값을 가질 수 있다.

도 7 및 8과 연계하여 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 인덕터들(412-415)을 포함하는 고정 임피던스 매칭 회로망(430)이 캐비티(예를 들면, 도 3의 캐비티(310)) 내에, 또는 적어도 격납 구조물(예를 들면, 도 3의 격납 구조물(312))의 한정 부분 내에 물리적으로 위치될 수 있다. 이것은 인덕터(412-415)에 의해 생성된 방사선이, 주변 환경으로 방사되기 보다, 시스템 내에 안전하게 포함되도록 한다. 대조적으로, 다양한 실시예에서, 가변 인덕턴스 회로망(410,411)은 캐비티 또는 격납 구조물 내에 포함되거나 또는 포함되지 않을 수 있다.

실시예에 따르면, 도 4의 가변 임피던스 매칭 회로망(400) 실시예는 가열 캐비티(310) 더하기 로드(316)의 입력 임피던스에 대한 매칭을 제공하기 위해 "오직 인덕터(only inductor)"만을 포함한다. 따라서, 회로망(400)은 "인덕터만의(inductor-only)" 매칭 회로망으로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 회로망의 컴포넌트를 기술할 때의 문구들 "오직 인덕터" 또는 "인덕터만의"는, 회로망이 큰 저항 값을 갖는 개별적인 저항 또는 큰 캐패시턴스 값을 갖는 개별적인 캐패시터를 포함하지 않음을 의미한다. 몇몇 경우에 있어서, 매칭 회로망의 컴포넌트들 사이의 도전성 전송 라인은 최소의 저항을 가질 수 있고, 및/또는 최소의 기생 캐패시턴스가 회로망 내에 제공될 수 있다. 이러한 최소의 저항 및/또는 최소의 기생 캐패시턴스는 "인덕터만의" 회로망의 실시예를 저항기 및/또는 캐패시터를 또한 포함하는 매칭 회로망으로 전환하는 것으로서 이해되지 않는다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자라면, 가변 임피던스 매칭 회로망의 다른 실시예는 상이하게 구성된 인덕터만의 매칭 회로망, 및 개별적인 인덕터, 개별적인 캐패시터 및/또는 개별적인 저항기의 조합을 포함하는 매칭 회로망을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. "인덕터만의" 매칭 회로망은 대안적으로, 단독으로 또는 기본적으로 유도성 소자를 이용하여 용량성 로드의 임피던스 매칭을 가능하게 하는 매칭 회로망으로서 정의될 수 있다.

도 5는 예시적인 실시예에 따른, 가변 임피던스 매칭 회로망 내에(예를 들면, 도 4의 가변 인덕턴스 회로망(410 및/또는 411)으로서) 통합될 수 있는 가변 인덕턴스 회로망(500)의 개략도이다. 회로망(500)은 입력 노드(530), 출력 노드(532), 및 입력 및 출력 노드들(530, 532) 사이에서 서로 직렬로 연결된 복수의 N개의 개별적인 인덕터(501-504)를 포함하고, 여기서 N은 2와 10 사이, 또는 그보다 큰 정수일 수 있다. 또한, 회로망(500)은 복수의 N개의 스위치(511-514)를 포함하고, 각각의 스위치(511-514)는 인덕터들(501-504) 중 하나의 단자들 양단에 병렬로 연결된다. 스위치(511-514)는 예를 들면, 트랜지스터, 기계적인 릴레이 또는 기계적인 스위치로서 구현될 수 있다. 각 스위치(511-514)의 전기 도전 상태(즉, 개방 또는 폐쇄)는 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(330))로부터의 제어 신호(521-524)를 이용하여 제어된다.

각각의 병렬 인덕터/스위치 조합에 대해, 실질적으로 모든 전류는 그것의 대응하는 스위치가 개방 또는 비도통 상태에 있을 때에 인덕터를 통해 흐르고, 실질적으로 모든 전류는 스위치가 폐쇄 또는 도통 상태에 있을 때에 스위치를 통해 흐른다. 예를 들어, 모든 스위치(511-514)가 개방일 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 입력 및 출력 노드들(530,532) 사이에서 흐르는 실질적으로 모든 전류는 일련의 인덕터(501-504)를 통해 흐른다. 이러한 구성은 회로망(500)의 최대 인덕턴스 상태(즉, 최대 인덕턴스 값이 입력 및 출력 노드들(530,532) 사이에 제공되는 회로망(500)의 상태)를 나타낸다. 반대로, 모든 스위치(511-514)가 폐쇄될 때, 입력 및 출력 노드들(530,532) 사이에서 흐르는 실질적으로 모든 전류는 인덕터(501-504)를 우회하여, 그 대신에 스위치(511-514)를 통해, 및 노드들(530, 532)과 스위치(511-514) 사이의 도전성 상호접속을 통해 흐른다. 이러한 구성은 회로망(500)의 최소 인덕턴스 상태(즉, 최소 인덕턴스 값이 입력 및 출력 노드들(530,532) 사이에 제공되는 회로망(500)의 상태)를 나타낸다. 이상적으로, 최소 인덕턴스 값은 0 인덕턴스에 가까울 것이다. 그러나, 스위치(511-514) 및 노드들(530, 532)과 스위치(511-514) 사이의 도전성 상호접속의 누적 인덕턴스로 인해, 실제로는 "트레이스(trace)" 인덕턴스가 최소 인덕턴스 상태로 제공된다. 예를 들어, 최소 인덕턴스 상태에서, 가변 인덕턴스 회로망(500)에 대한 트레이스 인덕턴스는 약 20nH 내지 약 50nH의 범위에 있을 수 있지만, 트레이스 인덕턴스는 더 작거나 또는 클 수도 있다. 더 크고, 더 작고, 또는 실질적으로 유사한 트레이스 인덕턴스는 또한 다른 회로망 상태들 각각에서 고유한 것일 수 있으며, 여기서 임의의 주어진 회로망 상태에 대한 트레이스 인덕턴스는 전류가 회로망(500)을 통해 주로 운반되는 도체 및 스위치의 시퀀스의 인덕턴스들의 합산이다.

모든 스위치(511-514)가 개방되는 최대 인덕턴스 상태로부터 시작하여, 시스템 제어기는 인덕터(501-504)의 대응하는 조합들을 우회함으로써 회로망(500)의 인덕턴스를 감소시키기 위해 스위치(511-514)의 임의의 조합의 폐쇄를 초래하는 제어 신호(521-524)를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 인덕터(501-504)는, 본 명세서에서 I의 정규화된 값으로서 지칭되는 실질적으로 동일한 인덕턴스 값을 갖는다. 예를 들어, 각각의 인덕터(501-504)는 약 100nH 내지 약 200nH의 범위에 있는 값, 또는 일부 다른 값을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 회로망(500)에 대한 최대 인덕턴스 값(즉, 모든 스위치(511-514)가 개방 상태에 있을 때임)은 약 NxI와 그것이 최대 인덕턴스 상태에 있을 때 회로망(500)에서 제공될 수 있는 임의의 트레이스 인덕턴스를 더한 것일 수 있다. 임의의 n개의 스위치가 폐쇄 상태에 있을 때, 회로망(500)에 대한 인덕턴스 값은 약(N-n)xI(더하기 트레이스 인덕턴스)일 수 있다. 그러한 실시예에서, 회로망(500)의 상태는 인덕턴스의 N+1 값들 중 임의의 것을 갖도록 구성될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 인덕터(501-504)는 상이한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 입력 노드(530)로부터 출력 노드(532) 쪽으로 이동하면서, 제1 인덕터(501)는 I의 정규화된 인덕턴스 값을 가질 수 있고, 직렬로 연결된 각각의 후속하는 인덕터(502-504)는 보다 크거나 또는 작은 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 후속하는 인덕터(502-504)는 가장 근접한 다운스트림 인덕터(501-503)의 인덕턴스 값의 배수(예를 들면, 약 2배)인 인덕턴스 값을 가질 수 있지만, 그 차이는 반드시 정수 배수일 필요는 없다. 이러한 실시예에서, 회로망(500)의 상태는 인덕턴스의 2^N 값들 중 임의의 것을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, N=4이고 각각의 인덕터(501-504)는 상이한 값을 가질 때, 회로망(500)은 인덕턴스의 16개의 값들 중 임의의 것을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제한적인 것은 아니지만, 인덕터(501)가 I의 값을 갖는다면, 인덕터(502)는 2xI의 값을 갖고, 인덕터(503)는 4xI의 값을 갖고, 인덕터(504)는 8xI의 값을 갖는 것으로 가정하면, 아래의 표 1은 회로망(500)의 모든 16개의 가능한 상태에 대한 전체 인덕턴스 값을 나타낸다(트레이스 인덕턴스는 고려하지 않음).

도 4를 다시 참조하면, 가변 인덕턴스 회로망(410)의 실시예는 전술한 예시적인 특성(즉, N = 4이고 각각의 연속적인 인덕터는 이전 인덕터의 인덕턴스의 약 2배임)을 갖는 가변 인덕턴스 회로망(500)의 형태로 구현될 수 있다. 최소 인덕턴스 상태에서의 트레이스 인덕턴스가 약 20nH이고, 회로망(410)에 의해 달성가능한 인덕턴스 값들의 범위가 약 20nH(트레이스 인덕턴스) 내지 약 400nH 라고 가정하면, 인덕터(501-504)의 값은 각각, 예를 들면, 약 30nH, 약 50nH, 약 100nH 및 약 200nH일 수 있다. 마찬가지로, 가변 인덕턴스 회로망(411)의 실시예가 동일한 방식으로 구현된다면, 그리고 트레이스 인덕턴스가 약 50nH이고, 회로망(411)에 의해 달성가능한 인덕턴스 값들의 범위가 약 50nH(트레이스 인덕턴스) 내지 약 800nH 라고 가정하면, 인덕터(501-504)의 값은 각각, 예를 들면, 약 50nH, 약 100nH, 약 200nH 및 약 400nH일 수 있다. 물론, 4개의 인덕터(501-504)보다 더 많거나 또는 더 적은 인덕터가 가변 인덕턴스 회로망(410, 411)에 포함될 수 있고, 각각의 회로망(410,411) 내의 인덕터가 상이한 값을 가질 수 있다.

위에서의 예시적인 실시예는 회로망(500) 내의 스위칭된 인덕턴스의 수가 4와 동일하고, 각각의 인덕터(501-504)는 I의 값의 몇몇 배수인 값을 갖지만, 가변 인덕턴스 회로망의 대안적인 실시예는 4보다 더 많거나 또는 더 적은 인덕터, 인덕터에 대한 상이한 상대적인 값, 상이한 수의 가능한 회로망 상태, 및/또는 인덕터의 상이한 구성(예를 들면, 병렬 및/또는 직렬 연결된 인덕터들의 상이하게 연결된 세트)를 가질 수 있다. 어떠한 방식으로든, 가열 시스템의 임피던스 매칭 회로망에 가변 인덕턴스 회로망을 제공함으로써, 시스템은 가열 동작 동안에 제공되는 계속 변하는 캐비티 입력 임피던스를 더욱 잘 매칭할 수 있다.

도 6은 가변 임피던스 매칭 회로망(예를 들면, 도 3, 4의 회로망(360, 400))의 실시예에서 복수의 인덕턴스가 입력 캐비티 임피던스를 RF 신호 소스에 매칭하는 방법을 도시하는 스미스 차트(600)의 예이다. 예시적인 스미스 차트(600)는 시스템이 50옴(Ohm) 시스템이고, RF 신호 소스의 출력이 50옴인 것으로 가정한다. 본 기술 분야의 당업자라면, 본 명세서에서의 설명에 기초하여, 스미스 차트가 상이한 특성 임피던스를 갖는 시스템 및/또는 RF 신호 소스에 대해 어떻게 변경될 수 있는 지를 이해할 것이다.

스미스 차트(600)에서, 포인트(601)는 가변 임피던스 매칭 회로망(예를 들면, 도 3, 4의 회로망(360,400))에 의해 제공된 매칭이 없을 때에, 로드(예를 들면, 도 3의 캐비티(310) 더하기 로드(316))가(예를 들면, 가열 동작의 시작시에) 위치할 수 있는 포인트에 대응한다. 스미스 차트(600)의 하부 우측 사분면에서의 로드 포인트(601)의 위치로 나타낸 바와 같이, 로드는 용량성 로드이다. 실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 회로망의 션트 및 직렬 인덕턴스들은 실질적으로 용량성의 로드 임피던스를, 로드에 대한 RF 에너지 전송이 최소한의 손실로 이루어질 수 있는 최적의 매칭 포인트(606)(예를 들면, 50옴) 쪽으로 순차적으로 이동시킨다. 보다 구체적으로, 그리고 도 4를 또한 참조하면, 션트 인덕턴스(415)는 임피던스를 포인트(602)로 이동시키고, 직렬 인덕턴스(414)는 임피던스를 포인트(603)로 이동시키고, 션트 인덕턴스(416)는 임피던스를 포인트(604)로 이동시키고, 직렬 인덕턴스(412)는 임피던스를 포인트(605)로 이동시키고, 션트 인덕턴스(410)는 임피던스를 최적의 매칭 포인트(606)로 이동시킨다.

가변 임피던스 매칭 회로망의 실시예에 의해 제공된 임피던스 변환의 조합은 스미스 차트(600)의 하부 우측 사분면 내에 있거나 또는 그것에 매우 근접한 임의의 포인트에서 임피던스를 유지함을 주지해야 한다. 스미스 차트(600)의 이러한 사분면은 상대적으로 높은 임피던스 및 상대적으로 낮은 전류에 의해 특성화됨에 따라, 회로의 컴포넌트를 상대적으로 높고 잠재적으로 손상을 주는 전류에 노출시키지 않고 임피던스 변환이 달성된다. 따라서, 본 명세서에서 이용된 바와 같이, "인덕터만의" 매칭 회로망의 대안적인 정의는 단독으로 또는 기본적으로 유도성 소자를 이용하여 용량성 로드의 임피던스 매칭을 가능하게 하는 매칭 회로망일 수 있으며, 여기서 임피던스 매칭 회로망은 스미스 차트의 하부 우측 사분면 내에서 실질적으로 변환을 수행한다.

전술한 바와 같이, 로드의 임피던스는 가열 동작 동안에 변경된다. 따라서, 가열 동작 동안에 포인트(601)는 그에 대응하여 이동한다. 로드 포인트(601)의 이동은, 전술한 실시예에 따라, 가변 임피던스 매칭 회로망에 의해 제공된 최종 매칭이 여전히 최적의 매칭 포인트(606)에 또는 그것에 가깝게 도달할 수 있도록 제1 및 제2 션트 인덕턴스(410, 411)의 임피던스를 변화시킴으로써 보상된다. 본 명세서에서는 특정한 가변 임피던스 매칭 회로망이 예시되고 기술되었지만, 본 기술 분야의 당업자라면, 본 명세서에서의 설명에 기초하여, 상이하게 구성된 가변 임피던스 매칭 회로망이 스미스 차트(600)에 의해 전달되는 것과 동일하거나 또는 유사한 결과를 달성할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 가변 임피던스 매칭 회로망의 대안적인 실시예는 보다 많거나 또는 적은 션트 및/또는 직렬 인덕턴스를 가질 수 있고, 및/또는 인덕턴스들 중 상이한 것들이(예를 들면, 직렬 인덕턴스들 중 하나 이상을 포함하는) 가변 인덕턴스 회로망으로서 구성될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 특정한 가변 인덕턴스 매칭 회로망이 예시되고 기술되었지만, 본 발명의 청구 대상은 예시되고 기술된 실시예로 한정되지 않는다.

이제, 가열 시스템의 특정한 물리적인 구성이 도 7과 연계하여 기술될 것이다. 특히, 도 7은 예시적인 실시예에 따른, 가열 시스템(700)의 측단면도이다. 실시예에서, 가열 시스템(700)은 일반적으로 가열 캐비티(774), 사용자 인터페이스(도시되지 않음), 시스템 제어기(730), RF 신호 소스(740), 전력 공급 및 바이어스 회로(도시되지 않음), 전력 검출 회로(780), 가변 임피던스 매칭 회로망(760), 제1 전극(770), 및(예를 들어, 격납 구조물(750)의 일부일 수 있거나, 또는 다른 실시예에서는 제거가능 서랍 또는 플랫폼 내에 내장될 수 있는) 제2 전극(772)을 포함한다. 또한, 몇몇 실시예에서, 가열 시스템(700)은 하중 센서(들)(790), 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)(792)를 포함할 수 있다.

실시예에서, 가열 시스템(700)은 격납 구조물(750) 내에 포함된다. 실시예에 따르면, 격납 구조물(750)은 3개의 내부 영역, 즉, 가열 캐비티(774), 고정 인덕터 영역(776) 및 회로 하우징 영역(778)을 정의할 수 있다. 격납 구조물(750)은 최하부, 최상부 및 측면 벽들을 포함한다. 격납 구조물(750)의 벽들 중 일부의 내부 표면의 부분들은 가열 캐비티(774)를 정의할 수 있다. 가열 캐비티(774)는 가열될 로드(716)가 놓여질 수 있는 에어 캐비티에 의해 분리되는 제1 및 제2 병렬 플레이트 전극(770, 772)을 갖는 용량성 가열 구조물을 포함한다. 예를 들어, 제1 전극(770)은 에어 캐비티 위에 배치될 수 있고, 제2 전극(772)은 격납 구조물(750)의 도전성 부분(예를 들면, 격납 구조물(750)의 최하부 벽의 일부분)에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 제2 전극(772)은 격납 구조물(750)과는 별개인 도전성 플레이트로(예를 들어, 제거가능 서랍 또는 플랫폼의 일부로서) 형성될 수 있다. 실시예에 따르면, 비-도전성 지지 구조물(들)(754)을 이용하여 제1 전극(770)을 에어 캐비티 위에 서스펜딩하고, 제1 전극(770)을 격납 구조물(750)로부터 전기적으로 분리시키며, 제1 전극(770)을 에어 캐비티에 대하여 고정된 물리적인 방향으로 유지할 수 있다.

실시예에 따르면, 격납 구조물(750)은 적어도 부분적으로 도전성 재료로 형성되고, 격납 구조물의 도전성 부분(들)은 시스템의 다양한 전기적 컴포넌트에 대한 접지 기준을 제공하도록 접지될 수 있다. 격납 구조물(750)은 시스템의 다양한 전기적 컴포넌트에 대한 RF 차폐를 제공할 수 있고 이들 전기적 컴포넌트(예를 들어, 제1 전극(770), 인덕터(709))에 의해 생성된 RF 신호가 격납 구조물(750)을 빠져나가지 못하게 하며, 또는 이러한 RF 신호를 억압할 수 있다. 대안적으로, 제2 전극(772)에 대응하는 격납 구조물(750)의 적어도 일부분은 도전성 재료로 형성되고 접지될 수 있다. 로드(716)와 제2 전극(772) 사이의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 비도전성 배리어(756)가 제2 전극(772) 위에 배치될 수 있다.

시스템(700)에 포함될 때, 하중 센서(들)(790)는 로드(716) 아래에 배치된다. 하중 센서(들)(790)는 로드(716)의 무게에 대한 평가를 시스템 제어기(730)에게 제공하도록 구성된다. 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)(792)는, 가열 동작 이전, 가열 동작 동안, 및 가열 동작 이후에 로드(716)의 온도가 감지될 수 있게 하는 장소에 배치될 수 있다. 실시예에 따르면, 온도 센서(들) 및 IR 센서(들)(792)는 로드 온도 평가를 시스템 제어기(730)에게 제공하도록 구성된다.

실시예에서, 가변 임피던스 매칭 회로망(760)의 시스템 제어기(730), RF 신호 소스(740), 전력 공급 및 바이어스 회로(도시되지 않음), 전력 검출 회로(780) 및 부분들(710,711)의 다양한 컴포넌트들 중 일부 또는 전부는 격납 구조물(750)의 회로 하우징 영역(778) 내의 공통 기판(752)에 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(730)는 공통 기판(752) 상의 또는 그 내부의 다양한 도전성 상호연결부를 통해 사용자 인터페이스, RF 신호 소스(740), 가변 임피던스 매칭 회로망(760) 및 전력 검출 회로(780)에 연결된다. 또한, 실시예에서, 전력 검출 회로(780)는 RF 신호 소스(740)의 출력과 입력(702) 사이의 전송 경로(748)를 따라 가변 임피던스 매칭 회로망(760)에 연결된다. 예를 들어, 기판(752)은 마이크로파 또는 RF 라미네이트, PTFE(polytetrafluorethylene) 기판, PCB(printed circuit board) 재료 기판(예를 들면, FR-4), 알루미나(alumina) 기판, 세라믹 타일(ceramic tile) 또는 다른 유형의 기판을 포함할 수 있다. 다양한 대안적인 실시예에서, 컴포넌트들 중 다양한 것들이 기판과 컴포넌트 사이의 전기적 상호연결부를 이용하여 다른 기판에 연결될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 컴포넌트 중 일부 또는 전부는 별개의 기판에 연결되기보다, 캐비티 벽에 연결될 수 있다.

실시예에서, 제1 전극(770)은 가변 임피던스 매칭 회로망(760) 및 전송 경로(748)를 통해 RF 신호 소스(740)에 전기적으로 연결된다. 전술한 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 회로망(760)은 가변 인덕턴스 회로망(710, 711)(예를 들면, 도 4의 회로망(410, 411)) 및 복수의 고정값 평면형 인덕터(709)(예를 들면, 도 4, 8의인덕터(412-415, 812-815))를 포함한다. 인덕터(709)는 본 명세서에서 기판(724)의 단일 측면상에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 인덕터(709)는 또한 기판(724)의 반대 측면 상에 형성될 수 있고 및/또는 기판(724)이 다층 기판인 실시예의 경우 기판(724) 내부의 금속화된 층 내에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 기판(724)은 마이크로파 또는 RF 라미네이트, PTFE(polytetrafluorethylene) 기판, PCB(printed circuit board) 재료 기판(예를 들면, FR-4), 알루미나(alumina) 기판, 세라믹 타일(ceramic tile) 또는 다른 유형의 기판을 포함할 수 있다. 실시예에서, 가변 인덕턴스 회로망(710,711)은 공통 기판(752)에 연결되고, 회로 하우징 영역(778) 내에 위치한다. 대조적으로, 고정값 인덕터(709)는 격납 구조물(750)의 고정 인덕터 영역(776) 내에(예를 들면, 공통 기판(752)과 제1 전극(770) 사이에) 위치한다. 도전성 구조물(예를 들면, 도전성 비아 또는 다른 구조물)은 회로 하우징 영역(778) 내의 회로와 고정 인덕터 영역(776) 내의 평면형 인덕터(709) 사이에 전기적인 통신을 제공할 수 있다.

시스템(700)에 대한 증대된 이해를 위해, 이제, 도 7에 도시된 가변 임피던스 매칭 회로망(760)의 노드 및 컴포넌트는 도 4 및 8에 도시된 임피던스 매칭 회로망(400) 및 고정 임피던스 매칭 회로망(800)의 노드 및 구성요소와 상관될 것이다. 보다 구체적으로, 실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 회로망(760)은 입력 노드(702)(예를 들면, 도 4, 8의 입력 노드(402,802)), 출력 노드(704,706)(예를 들면, 도 4, 8의 출력 노드(404,804,806)), 제1 및 제2 가변 인덕턴스 회로망(710, 711)(예를 들면, 도 4의 가변 인덕턴스 회로망(410,411)) 및 복수의 고정값 인덕터(709)(예를 들면, 인덕터(412-415,812-815))를 포함한다. 입력 노드(702)는 다양한 도전성 구조물(예를 들면, 도전성 비아 및 트레이스)을 통해 RF 신호 소스(740)의 출력에 전기적으로 연결되고, 출력 노드(704,706)는 제1 전극(770)에 전기적으로 연결된다. 실시예에 따르면,(예를 들어, 격납 구조물(750)를 통해 접지되는) 접지 기준 노드(708)는(예를 들어, 기판(724) 상의 도전성 트레이스를 통해) 인덕터(709) 중 하나 이상의 인덕터(예를 들어, 도 8의 인덕터(812))에 전기적으로 연결된다.

입력 노드(702)와 출력 노드(704,706)(예를 들면, 도 4, 8의 입력 및 출력 노드(402,404,802,804,806)) 사이에서, 가변 임피던스 회로망(706)은, 실시예에서, 고정 인덕터 영역(776) 내에 위치하는 4개의 인덕터(709)(예를 들면, 도 4, 8의 인덕터(412-415,812-815))를 포함한다.

제1 가변 인덕턴스 회로망(710)(예를 들어, 도 4의 회로망(410))은 입력 노드(702)와 접지 기준 단자(예컨대, 접지된 격납 구조물(750)) 사이에 전기적으로 결합된다. 마지막으로, 제2 션트 가변 인덕턴스 회로망(711)(예를 들어, 도 4의 회로망(411))은 제2 중간 노드(722)와 접지 기준 단자 사이에 전기적으로 결합된다. 제2 중간 노드(722)는 공통 기판(752)의 하나 이상의 비아를 통해 노드(707)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 인덕터(709)의 하나 이상의 인덕터(예를 들어, 도 8의 인덕터(813))에 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 도 7의 가열 시스템(700)에서 사용될 수 있는 고정 임피던스 회로망(예컨대, 도 7의 기판(724), 인덕터(709), 출력 노드(704,706), 노드(707), 접지 기준 노드(708) 및 입력 노드(702))의 특정 물리적 구성이 이제 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명된다. 특히, 실시예에 따라, 도 8a는 고정 임피던스 회로망(800)의 평면도이고, 도 8b는 고정 임피던스 회로망(800)의 저면도이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "상면도" 및 "상단면"은 주로 고정 임피던스 회로망(800)의 도전성 요소가 형성되는 기판(824)의 제1 면을 참조하여 사용되며, "저면도" 및 "바닥면"은 주로 기판(824)의 제1 면에 대향하고 고정 임피던스 회로망(800)의 부가적인 도전성 요소가 형성되는 기판(824)의 제2 면을 참조하여 사용된다. 한정자 "상부" 및 "하부"는 가열 시스템에서 구현될 때 고정 임피던스 회로망(800)의 특정 배열을 필요로하지 않는다.

고정 임피던스 회로망(800)(예를 들어, 도 4의 고정 임피던스 매칭 회로망)은 일반적으로 평면형 인덕터(812-815), 비아( 829,830,832,834,836,838,840) , 입력 노드 802), 노드(807), 출력 노드(804,806), 접지 기준 노드(808), 및 노드(820)를 포함한다. 기판(824)(예를 들어, 도 7의 기판(724))은 가열 시스템(예를 들어, 가열 시스템(700))의 격납 구조물(예를 들어, 도 7의 격납 구조물(750))의 인덕터 캐비티(예를 들어, 도 7의 캐비티(776)) 내에 배치된다. 인덕터(815)(예컨대, 도 4의 인덕터(414))는 접지 기준 노드(808)(예를 들어, 도 7의 접지 기준 노드(708))와 출력 노드(806)(예컨대, 도 7의 출력 노드(706)) 사이에 전기적으로 연결된다. 접지 기준 노드(808)는 예를 들어 고정 임피던스 회로망(800)이 구현되는 가열 시스템의 격납 구조물의 접지된 도전성 부분에 전기적으로 결합 될 수 있다. 인덕터(815)는 기판(824)의 상단측 및/또는 하단측 상에 배치될 수 있는 하나 이상의 본드 와이어(826)를 통해 출력 노드(806)에 결합될 수 있다. 출력 노드(806)는 예를 들어, 전극 (예컨대, 도 7의 전극(770))에 전기적으로 연결될 수 있다. 인덕터(814)(예를 들어, 도 4의 인덕터(414))는 출력 노드(804)(예를 들어, 도 4, 7의 출력 노드(404,704))와 노드(820)(도 4의 노드(420)) 사이에 전기적으로 연결된다. 인덕터(814)는 예를 들어 기판(824)의 상단측 및/또는 하단측 상에 배치될 수 있는 하나 이상의 본드 와이어(828)를 통해 출력 노드(804)에 전기적으로 연결될 수 있다. 출력 노드(804)는 예를 들어, (각각의 물리적 연결이 전극상의 상이한 위치에서 발생할 수 있을지라도) 출력 노드(806)가 결합되는 동일한 전극(예를 들어, 도 7의 전극(770))에 전기적으로 결합될 수 있다. 인덕터(812)(예를 들어, 도 4의 인덕터(412))는 입력 노드(802)와 노드(820) 사이에 전기적으로 결합된다. 입력 노드(802)는 예를 들어, 전송 경로(예컨대, 도 7의 전송 경로(748))를 통해 RF 신호 소스(예를 들어, 도 7의 RF 신호 소스(730))에 전기적으로 연결될 수 있다. 인덕터(812)는 기판(824)의 하단측상의 인덕터 경로가 기판(824)의 상단상의 2개의 인덕터 경로를 가로지르는 교차 영역(822)을 포함할 수 있다. 기판(824)이 인덕터(812)의 일부를 형성하는 내부 도전성 층을 포함하는 다층 기판인 실시예의 경우, 이 내부 도전성 층은 교차 영역(822)으로부터 배제될 수 있다. 인덕터(813)(예를 들어, 도 4의 인덕터(413))는 노드(807)(예를 들어, 도 7의 노드(707))와 노드(820) 사이에 전기적으로 결합된다. 노드(807)는 예를 들어 중간 노드(예컨대, 도 4, 7의 중간 노드(422,722))를 통해 가변 인덕터 회로망(예를 들어, 도 4, 7의 가변 인덕터 회로망(411,711))에 전기적으로 연결된다. 인덕터(813)는 기판(824)의 하단측상의 인덕터 경로가 기판(824)의 상단측상의 2개의 인덕터 경로를 가로지르는 교차 영역(823)을 포함한다. 기판(824)이 인덕터(813)의 일부를 형성하는 내부 도전성 층을 포함하는 다층 기판인 실시예의 경우, 이 내부 도전성 층은 교차 영역(822)으로부터 배제될 수 있다.

인덕터(812-815), 입력 노드(802), 노드(807), 출력 노드(804,806), 접지 기준 노드(808) 및 노드(820)를 구성하고 연결하는 도전성 층은 다수의 작은 비아(829)를 포함할 수 있다. 구리, 은 코팅된 구리 또는 임의의 다른 도포가능한 도전성 물질일 수 있다. 큰 비아(830,832,834,836,838)(예를 들어, 비아(829)보다 큼)가 노드(806,804,808,802,807) 각각에 포함될 수 있으며, (예를 들어, 전술한 바와 같이) 이들 노드를 가열 시스템의 외부 회로에 전기적으로 연결하고 또한 (예를 들어, 나사, 볼트, 또는 큰 비아(830,832,834,836,838)를 통과하는 다른 적절한 부착 하드웨어를 사용하여 가열 시스템에 기판(824)을 부착함으로써) 가열 시스템에 기판(824)을 장착하는데 사용될 수 있다. 비아(840)는 또한 인덕터들(814,815)의 각각의 중심에서 기판(804)에 포함될 수 있고, (예를 들어, 나사, 볼트, 또는 비아(840)를 통과하는 다른 적절한 부착 하드웨어를 사용하여) 가열 시스템에 기판(824)을 장착하는데 사용될 수도 있다. 비아(829,830,832,834,836,838)는 상측 기판(824)의 상단면과 후면 사이에서 연장할 수 있고 기판(824)의 상이한 도전성 층들을 함께 전기적으로 연결하는 도전성 측면 벽을 포함할 수 있다. 또한, 비아(829,830,832,834,836,838,840)는 고정 임피던스 매칭 회로망(800)을 위한 열 소산을 제공할 수 있는 공기로 채워질 수 있다.

인덕터(812-815)의 레이아웃은 인덕터(812-815) 간의 결합을 최소화하면서 사전결정된 임피던스 특성을 만족시키도록 최적화될 수 있다. 이들 사전결정된 임피던스 특성은 고정 임피던스 매칭 회로망(800)이 사용될 특정 가열 시스템에 따라 변동될 수 있다.

인덕터(812-815), 입력 노드(802), 노드(807), 출력 노드(804,806), 접지 기준 노드(808) 및 노드(820)는 기판(824) 내에 및/또는 그 상에 배치된 하나 이상의 도전성 층으로부터 형성될 수 있다. 기판(824)이 다층 기판인 실시예에서 이들 요소 중 일부 또는 전부를 형성하는데 사용될 수 있는 도전성 층을 보여주는 단면도가 도 9와 연계하여 이제 설명된다.

보다 구체적으로, 도 9는 기판(924)(예를 들어, 도 8의 고정 임피던스 회로망(800)의 기판(824))의 섹션(900)의 측단면도이다. 기판(924)은 예를 들어, 마이크로파 또는 RF 라미네이트, 폴리테트라 플루오르 에틸렌(PTFE) 기판, 인쇄 회로 기판(PCB) 재료 기판(예를 들어, FR-4), 알루미나 기판, 세라믹 타일 또는 다른 유형의 기판을 포함할 수 있다. 도전성 층(904)은 기판(924)의 상단면 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도전성 층(904)은 기판(924)의 상단면에 부분적으로 또는 전체적으로 내장될 수 있다. 도전성 층(910)은 기판(924)의 바닥면에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도전성 층(910)은 기판(924)의 바닥면에 부분적으로 또는 전체적으로 내장될 수 있다. 도전성 층(906,908)은 기판(924)의 내부 층 내에 또는 그 내부 층상에 형성되는 내부 도전성 층일 수 있다. 도전성 층(904,906,908,910)(예를 들어, 전기 도전성 층)은 구리, 은 코팅된 구리 또는 임의의 다른 도포가능한 전기 도전성 물질로부터 형성될 수 있다. 도전성 층(904,906,908,910)은 각각 전기 신호(예를 들어, 도 7의 RF 신호 소스(740)에 의해 생성된 RF 신호)를 전달하는데 사용될 수 있는 도전성 트레이스를 형성할 수 있다. 전기 도전성 비아(929)(예를 들면, 도 8의 비아(829))는 도전성 층(904,906,908,910) 각각을 전기적으로 함께 연결할 수 있고, 기판(924)에 대한 열 소산을 제공할 수 있다. 비아(929)를 통해 함께 연결된 4개의 도전성 층(904,906,908,910)은, (예를 들어, 유사한 치수를 갖는) 단일 도전성 층이 처리할 수 있는 신호와 비교하여 더 높은 전류(따라서 더 높은 전력)로 신호를 전달할 수 있다.

본 명세서에 포함된 다양한 도면에서 도시된 연결선들은 다양한 요소들 사이의 예시적인 기능적 관계 및/또는 물리적인 연결을 나타내는 것으로 의도된다. 많은 대안적인 또는 추가적인 기능적 관계 또는 물리적인 연결이 청구 대상의 실시예에서 제공될 수 있음을 주지해야 한다. 또한, 단지 참조를 위한 목적으로 특정 용어가 본 명세서에서 이용될 수도 있고, 따라서 제한적인 것을 의도하지 않으며, 구조를 지칭하는 "제1", "제2" 및 다른 그러한 수치적인 용어는 문맥에 의해 명백하게 지시되지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다.

본 명세서에서 이용된 바와 같이, "노드"는 주어진 신호, 논리 레벨, 전압, 데이터 패턴, 전류 또는 양(quantity)이 제공되는 임의의 내부적인 또는 외부적인 참조 포인트, 연결 포인트, 합류점, 신호선, 도전성 요소 등을 의미한다. 더욱이, 둘 이상의 노드가 하나의 물리적인 요소에 의해 실현될 수 있다(그리고, 공통 노드에서 수신되거나 또는 출력되는 경우에도 둘 이상의 신호가 멀티플렉싱되고, 변조되고, 또는 그렇지 않은 경우 구별될 수 있다).

전술한 설명은 함께 "연결되는" 또는 "결합되는" 요소들 또는 노드들 또는 특징부들을 설명한다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "연결되는"이라는 용어는 하나의 요소가 다른 요소와 직접적으로 결합되는(또는 직접적으로 통신하는) 것이며, 기계적일 필요는 없음을 의미한다. 마찬가지로, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "결합되는"이라는 용어는 하나의 요소가 다른 요소와 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는(또는 직접적으로 또는 간접적으로 통신하는) 것이며, 기계적일 필요는 없음을 의미한다. 따라서, 도면에 도시된 개략도는 요소들의 하나의 예시적인 배열을 도시하지만, 추가적인 중간 요소들, 장치들, 특징부들 또는 컴포넌트들이 도시된 청구 대상의 실시예에서 제공될 수 있다.

실시예에 따르면, 시스템은 무선 주파수(RF) 신호를 생성할 수 있는 RF 신호 소스, 제1 평면형 인덕터를 포함하는 임피던스 매칭 회로망, 임피던스 매칭 회로망의 제1 평면형 인덕터를 통해 RF 신호 소스에 전기적으로 결합된 제1 전극, 및 제2 전극을 포함할 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제2 평면형 인덕터를 포함할 수 있다. 시스템은 접지 기준 단자를 더 포함할 수 있다. 제1 전극은 임피던스 매칭 회로망의 제2 평면형 인덕터를 통해 접지 기준 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제3 평면형 인덕터를 더 포함할 수 있다. 제1 전극은 제1 평면형 인덕터 및 제3 평면형 인덕터를 통해 RF 신호 소스에 전기적으로 결합될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제4 평면형 인덕터를 더 포함할 수 있다. 시스템은 가변 인덕터 회로망을 더 포함할 수 있다. 제1 전극은 제3 평면형 인덕터, 제4 평면형 인덕터 및 가변 인덕터 회로망을 통해 접지 기준 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 접지 기준 단자는 제2 전극에 연결될 수 있다. 제2 전극은 제1 전극, 제1 평면형 인덕터 및 제2 평면형 인덕터에 의해 생성된 RF 신호를 억제하도록 구성될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제1 표면과 이 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 갖는 기판을 더 포함할 수 있다. 제1 평면형 인덕터는 기판의 제1 표면 상에 형성된 제1 도전성 층, 기판의 제2 표면 상에 형성된 제2 도전성 층, 및 기판 내에서 제1 도전성 층과 제2 도전성 층 사이에 배치된 복수의 내부 도전성 층을 포함할 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 제1 평면형 인덕터는 기판을 통과하며 연장하고 제1 도전성 층, 제2 도전성 층 및 복수의 내부 도전성 층에 전기적으로 결합되는 도전성 측벽을 포함하는 비아를 더 포함할 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 제1 평면형 인덕터는 제1 도전성 층 및 제2 도전성 층을 포함하고 복수의 내부 도전성 층을 배제하는 교차 영역을 더 포함할 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 기판은 RF 신호 소스와 제1 전극 사이의 에어 캐비티 내에 배치될 수 있다.

실시예에 따르면, RF 가열 시스템은 RF 신호를 생성하도록 구성된 RF 신호 소스, RF 신호 소스로부터 RF 신호를 수신하도록 구성된 전극, 및 임피던스 매칭 회로망을 포함한다. 임피던스 매칭 회로망은 RF 신호 소스와 전극 사이에 배치된 기판, 및 기판 상에 배치된 제1 평면형 인덕터를 포함할 수 있다. RF 신호 소스는 제1 평면형 인덕터를 통해 전극에 전기적으로 결합될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제2 평면형 인덕터를 더 포함한다. 시스템은 접지 기준 단자를 더 포함할 수 있다. 전극은 임피던스 매칭 회로망의 제2 평면형 인덕터를 통해 접지 기준 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제3 평면형 인덕터를 더 포함할 수 있다. 전극은 제1 평면형 인덕터 및 제3 평면형 인덕터를 통해 RF 신호 소스에 전기적으로 결합될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제4 평면형 인덕터를 더 포함할 수 있다. 시스템은 가변 인덕터 회로망을 더 포함할 수 있다. 전극은 제3 평면형 인덕터, 제4 평면형 인덕터 및 제1 가변 인덕터 회로망을 통해 접지 기준 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 기판은 제1 표면을 가질 수 있고 이 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 가질 수 있다. 평면형 인덕터는 기판의 제1 표면 상에 배치된 제1 도전성 층, 기판의 제2 표면 상에 배치된 제2 도전성 층, 및 기판 내부에서 제1 도전성 층과 제2 도전성 층 사이에 배치된 복수의 내부 도전성 층을 포함할 수 있다.

실시예의 다른 양상에 따르면, 제1 평면형 인덕터는 복수의 내부 도전성 층을 통해 제1 도전성 층을 제2 도전성 층에 전기적으로 연결하는 도전성 비아를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 제1 표면을 가지며 이 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 가지는 기판, 기판 상에 배치된 제1 노드, 기판 상에 배치된 제2 노드, 기판 상에 배치된 제3 노드, 기판 상에 배치되어 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제1 평면형 인덕터와, 기판 상에 배치되어 제2 노드에 전기적으로 연결되는 제2 평면형 인덕터, 및 기판 상에 배치되어 제3 노드에 전기적으로 결합된 제3 평면형 인덕터를 포함할 수 있다. 제1 노드는 제1 평면형 인덕터 및 제3 평면형 인덕터를 통해 제3 노드에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 노드는 제2 평면형 인덕터 및 제3 평면형 인덕터를 통해 제3 노드에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 노드는 제1 평면형 인덕터 및 제2 평면형 인덕터를 통해 제2 노드에 전기적으로 연결될 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 제1 노드는 외부 RF 신호 소스에 전기적으로 결합하도록 구성된 입력 노드일 수 있다. 제2 노드는 외부 가변 임피던스 회로망을 통해 외부 접지 기준 단자에 전기적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 제3 노드는 외부 전극에 전기적으로 결합하도록 구성된 출력 노드일 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 임피던스 매칭 회로망은 기판 상에 배치된 제4 노드, 기판 상에 배치된 제5 노드, 및 기판 상에 배치되고 제4 노드와 제5 노드 사이에 전기적으로 결합된 제4 평면형 인덕터를 더 포함할 수 있다.

실시예의 또 다른 양상에 따르면, 제4 노드는 외부 접지 기준 단자에 전기적으로 결합하도록 구성된 접지 기준 노드일 수 있다. 제5 노드는 외부 전극에 전기적으로 연결되도록 구성된 추가 출력 노드일 수 있다.

전술한 상세한 설명에서는 적어도 하나의 예시적인 실시예가 제공되었지만, 매우 많은 수의 변형들이 존재함을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 기술된 예시적인 실시예 또는 실시예들은 청구된 청구 대상의 범주, 적용가능성 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하도록 의도되지 않음을 이해해야 한다. 그보다는, 전술한 상세한 설명은 본 기술 분야의 당업자에게, 기술된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 로드맵을 제공할 것이다. 본 특허 출원의 출원시에 알려진 등가물 및 예측가능한 등가물을 포함하는 청구항들에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고서, 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경이 행해질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims

무선 주파수(RF) 신호를 생성할 수 있는 RF 신호 소스와,
제1 평면형 인덕터를 포함하는 임피던스 매칭 회로망과,
상기 임피던스 매칭 회로망의 상기 평면형 인덕터를 통해 상기 RF 신호 소스에 전기적으로 결합된 제1 전극과,
제2 전극을 포함하는
시스템.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제2 평면형 인덕터를 포함하고,
상기 시스템은 접지 기준 단자를 더 포함하되, 상기 제1 전극은 상기 임피던스 매칭 회로망의 상기 제2 평면형 인덕터를 통해 상기 접지 기준 단자에 전기적으로 연결되는
시스템.
제2항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제3 평면형 인덕터를 더 포함하되, 상기 제1 전극은 상기 제1 평면형 인덕터 및 상기 제3 평면형 인덕터를 통해 상기 RF 신호 소스에 전기적으로 결합되는
시스템.
제3항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제4 평면형 인덕터를 더 포함하고,
상기 시스템은 가변 인덕터 회로망을 더 포함하되, 상기 제1 전극은 상기 제3 평면형 인덕터, 상기 제4 평면형 인덕터 및 상기 가변 인덕터 회로망을 통해 상기 접지 기준 단자에 전기적으로 연결되는
시스템.
제2항에 있어서,
상기 접지 기준 단자는 상기 제2 전극에 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극, 상기 제1 평면형 인덕터 및 상기 제2 평면형 인덕터에 의해 생성된 RF 신호를 억제하도록 구성되는
시스템.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제1 표면과 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 갖는 기판을 더 포함하되,
상기 제1 평면형 인덕터는
상기 기판의 제1 표면 상에 형성된 제1 도전성 층과,
상기 기판의 제2 표면 상에 형성된 제2 도전성 층과,
상기 기판 내에서 상기 제1 도전성 층과 상기 제2 도전성 층 사이에 배치된 복수의 내부 도전성 층을 포함하는
시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 평면형 인덕터는 상기 기판을 통과하며 연장하고 상기 제1 도전성 층, 상기 제2 도전성 층 및 상기 복수의 내부 도전성 층에 전기적으로 결합되는 도전성 측벽을 포함하는 비아를 더 포함하는
시스템.
제7항에 있어서,
상기 제1 평면형 인덕터는 상기 제1 도전성 층 및 상기 제2 도전성 층을 포함하고 상기 복수의 내부 도전성 층을 배제하는 교차 영역을 더 포함하는
시스템.
제6항에 있어서,
상기 기판은 상기 RF 신호 소스와 상기 제1 전극 사이의 에어 캐비티 내에 배치되는
시스템.
RF 신호를 생성하도록 구성된 RF 신호 소스와,
상기 RF 신호 소스로부터 상기 RF 신호를 수신하도록 구성된 전극과,
임피던스 매칭 회로망을 포함하되,
상기 임피던스 매칭 회로망은
상기 RF 신호 소스와 상기 전극 사이에 배치된 기판과,
상기 기판 상에 배치된 제1 평면형 인덕터를 포함하고,
상기 RF 신호 소스는 상기 제1 평면형 인덕터를 통해 상기 전극에 전기적으로 결합되는
RF 가열 시스템.
제10항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제2 평면형 인덕터를 더 포함하고,
상기 시스템은 접지 기준 단자를 더 포함하되, 상기 전극은 상기 임피던스 매칭 회로망의 상기 제2 평면형 인덕터를 통해 상기 접지 기준 단자에 전기적으로 연결되는
RF 가열 시스템.
제11항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제3 평면형 인덕터를 더 포함하되, 상기 전극은 상기 제1 평면형 인덕터 및 상기 제3 평면형 인덕터를 통해 상기 RF 신호 소스에 전기적으로 결합되는
RF 가열 시스템.
제12항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은 제4 평면형 인덕터를 더 포함하고,
상기 시스템은 가변 인덕터 회로망을 더 포함하되, 상기 전극은 상기 제3 평면형 인덕터, 상기 제4 평면형 인덕터 및 상기 제1 가변 인덕터 회로망을 통해 상기 접지 기준 단자에 전기적으로 연결되는
RF 가열 시스템.
제10항에 있어서,
상기 기판은 제1 표면을 가지고 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 가지며, 상기 제1 평면형 인덕터는
상기 기판의 제1 표면 상에 배치된 제1 도전성 층과,
상기 기판의 제2 표면 상에 배치된 제2 도전성 층과,
상기 기판 내부에서 상기 제1 도전성 층과 상기 제2 도전성 층 사이에 배치된 복수의 내부 도전성 층을 포함하는
RF 가열 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제1 평면형 인덕터는 상기 복수의 내부 도전성 층을 통해 상기 제1 도전성 층을 상기 제2 도전성 층에 전기적으로 연결하는 도전성 비아를 더 포함하는
RF 가열 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1 평면형 인덕터는 상기 제1 도전성 층 및 상기 제2 도전성 층을 포함하고 상기 복수의 내부 도전성 층을 배제하는 교차 영역을 더 포함하는
RF 가열 시스템.
제1 표면을 가지며 상기 제1 표면의 반대편에 제2 표면을 가지는 기판과,
상기 기판 상에 배치된 제1 노드와,
상기 기판 상에 배치된 제2 노드와,
상기 기판 상에 배치된 제3 노드와,
상기 기판 상에 배치되어 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되는 제1 평면형 인덕터와,
상기 기판 상에 배치되어 상기 제2 노드에 전기적으로 연결되는 제2 평면형 인덕터와,
상기 기판 상에 배치되어 상기 제3 노드에 전기적으로 결합된 제3 평면형 인덕터를 포함하되,
상기 제1 노드는 상기 제1 평면형 인덕터 및 상기 제3 평면형 인덕터를 통해 상기 제3 노드에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 노드는 상기 제2 평면형 인덕터 및 상기 제3 평면형 인덕터를 통해 상기 제3 노드에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 노드는 상기 제1 평면형 인덕터 및 상기 제2 평면형 인덕터를 통해 상기 제2 노드에 전기적으로 연결되는
임피던스 매칭 회로망.
제17항에 있어서,
상기 제1 노드는 외부 무선 주파수(RF) 신호 소스에 전기적으로 결합하도록 구성된 입력 노드이고, 상기 제2 노드는 외부 가변 임피던스 회로망을 통해 외부 접지 기준 단자에 전기적으로 결합되도록 구성되며, 상기 제3 노드는 외부 전극에 전기적으로 결합하도록 구성된 출력 노드인
임피던스 매칭 회로망.
제18항에 있어서,
상기 임피던스 매칭 회로망은
상기 기판 상에 배치된 제4 노드와,
상기 기판 상에 배치된 제5 노드와,
상기 기판 상에 배치되고 상기 제4 노드와 상기 제5 노드 사이에 전기적으로 결합된 제4 평면형 인덕터를 더 포함하는
임피던스 매칭 회로망.
제19항에 있어서,
상기 제4 노드는 상기 외부 접지 기준 단자에 전기적으로 결합하도록 구성된 접지 기준 노드이고, 상기 제5 노드는 상기 외부 전극에 전기적으로 연결되도록 구성된 추가 출력 노드인
임피던스 매칭 회로망.