KR20200031526A - 아크 검출을 이용한 제상 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

제상 시스템은 RF 신호원, 제상될 부하가 위치 설정되는 캐비티에 근접한 하나 이상의 전극, RF 신호원과 전극(들) 사이의 송신 경로, 및 RF 신호원의 출력과 전극(들) 사이의 송신 경로를 따라 전기적으로 결합된 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다. 또한, 시스템은 송신 경로에 결합되고, 송신 경로를 따라 전압, 전류, 순방향 신호 전력, 반사 신호 전력, 및 S11을 포함하는 하나 이상의 파라미터를 측정하도록 구성된 측정 회로를 포함한다. 시스템 제어기는 측정치를 모니터링하고, 모니터링된 파라미터(들) 중 임의의 것의 변화율이 사전 결정된 임계값을 초과할 때에 시스템의 동작을 수정하도록 구성된다. 임피던스 매칭 네트워크는 단일 종단형 네트워크 또는 이중 종단형 네트워크일 수 있다.

Description

아크 검출을 이용한 제상 장치 및 그 구동 방법{DEFROSTING APPARATUS WITH ARC DETECTION AND METHODS OF OPERATION THEREOF}

본 명세서에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 일반적으로 무선 주파수(RF) 에너지를 이용하여 부하를 제상하는(defrosting) 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 용량성 식품 제상(capacitive food defrosting)(또는 해동(thawing)) 시스템은 가열 격실 내에 수용된 대형 평면 전극을 포함한다. 식품 부하가 전극들 사이에 배치되고 그 전극들이 식품 부하와 접촉하게 된 후에, 낮은 파워의 전자기 에너지가 전극들에 공급되어 식품 부하의 완만한 예열(gentle warming)을 제공한다. 식품 부하가 제상 동작시에 해동됨에 따라, 식품 부하의 임피던스가 변한다. 따라서, 식품 부하로의 파워 전송 또한 제상 동작시에 변한다. 제상 동작의 지속 기간은 예를 들어 식품 부하의 중량에 기초하여 결정될 수 있고, 동작의 중지를 제어하는 데 타이머가 사용될 수 있다.

이러한 종래의 시스템에서, 디바이스 회로 내의 고전압 노드 또는 지점에서 아킹(arcing)이 발생할 수 있으며, 이는 회로 구성요소들을 가로질러서 또는 접지된 구조물들에 대해 잠재적으로 바람직하지 못한 단락을 초래할 수 있다. 이러한 아킹은 연장된 시간 구간에 걸쳐서 지속될 수 있으며, 이는 전극과 전자기 에너지 공급 사이의 불량한 임피던스 매칭을 초래할 수 있다. 또한, 지속되는 전기적 아킹은 회로 구성요소를 손상시키고 추가적인 문제점을 제공할 수 있다. 장치에서 발생하는 전기적 아킹이 검출 및 처리될 수 있는 식품 부하(또는 다른 유형의 부하)를 제상하기 위한 장치 및 방법이 필요로 된다.

본 발명의 청구대상의 보다 완전한 이해는 이하의 도면들과 함께 고려될 때에 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 도출될 수 있으며, 여기서 동일한 참조번호는 도면들 전체에 걸쳐서 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 실시예에 따른 제상 기기의 사시도이다.
도 2는 제상 시스템의 다른 실시예를 포함하는 냉장고/냉동고 기기의 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 불균형(unbalanced) 제상 장치의 단순화된 블록도이다.
도 4(a)는 실시예에 따른 단일 종단형(single-ended) 가변 인덕턴스 매칭 네트워크의 개략도이다.
도 4(b)는 실시예에 따른 단일 종단형 가변 용량성 매칭 네트워크의 개략도이다.
도 5(a)는 실시예에 따른 단일 종단형 가변 인덕턴스 네트워크의 개략도이다.
도 5(b)는 실시예에 따른 단일 종단형 가변 용량성 네트워크의 개략도이다.
도 6은 가변 임피던스 매칭 네트워크의 실시예에서 복수의 가변 수동형 디바이스가 캐비티 플러스 부하 임피던스를 RF 신호원에 어떻게 매칭시킬 수 있는지를 묘사하는 스미스 차트의 예이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 균형(balanced) 제상 장치의 단순화된 블록도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 가변 인덕턴스를 갖는 이중 종단형(double-ended) 가변 임피던스 매칭 네트워크의 개략도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 가변 인덕턴스를 갖는 이중 종단형 가변 임피던스 네트워크의 개략도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 가변 캐패시턴스를 갖는 이중 종단형 가변 임피던스 네트워크의 개략도이다.
도 11은 실시예에 따른 제상 시스템의 횡단면의 측면도이다.
도 12(a)는 실시예에 따른 가변 인덕턴스를 갖는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크 모듈의 사시도이다.
도 12(b)는 다른 실시예에 따른 가변 캐패시턴스를 갖는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크 모듈의 사시도이다.
도 13은 실시예에 따른 RF 모듈의 사시도이다.
도 14는 실시예에 따라 동적 부하 매칭을 이용하여 제상 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도이다.
도 15는 캐비티와 RF 신호원이 임피던스 매칭되고 제상 시스템에서 아킹이 발생하지 않을 때에 제상 동작 동안 캐비티와 RF 신호원 사이에서 반사 신호 대 순방향 신호 전력비(reflected-to-forward signal power ratio)(S11)를 플롯팅한 스미스 차트이다.
도 16은 시뮬레이션된 아킹이 가변 인덕터 네트워크와 이중 종단형 가변 임피던스 네트워크의 출력 사이에서 발생하는 이중 종단형 가변 임피던스 네트워크의 개략도이다.
도 17은 도 16에 도시된 아킹 조건에 대한 제상 동작시에 캐비티와 RF 신호원 사이에서 반사 신호 대 순방향 신호 전력비(S11)를 플롯팅한 스미스 차트이다.
도 18은 시물레이션된 아킹이 이중 종단형 가변 임피던스 네트워크의 출력과 전기적으로 접지된 구조와의 사이에서 발생하는 이중 종단형 가변 임피던스 네트워크의 개략도이다.
도 19는 도 18에 도시된 아킹 조건에 대한 제상 동작시에 캐비티와 RF 신호원 사이의 반사 신호 대 순방향 신호 전력비(S11)를 플롯팅한 스미스 차트이다.
도 20은 실시예에 따라 전기적 아킹이 제상 시스템에서 발생하는 것을 검출하고, 이에 응답하여 제상 시스템의 동작을 수정하는 방법의 흐름도이다.

이하의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 실시예 또는 이러한 실시예의 응용 및 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "예시적인" 및 "예"라는 단어는 "예, 실례, 또는 예시로서 제공하는 것"을 의미한다. 예시 또는 예로서 본 명세서에서 설명되는 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, 선행 기술 분야, 배경, 또는 이하의 상세한 설명에 제시된 임의의 명시적 또는 묵시적 이론에 얽매이고자 하는 의도는 없다.

본 명세서에서 설명된 청구대상의 실시예는 독립형 기기 또는 다른 시스템에 통합될 수 있는 고체 상태의 제상 장치에 관한 것이다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 고체 상태의 제상 장치의 실시예는 "불균형" 제상 장치 및 "균형" 장치 모두를 포함한다. 예컨대, 예시적인 "불균형" 제상 시스템은 캐비티에 배치된 제 1 전극, 단일 종단형 증폭기 배열(하나 이상의 트랜지스터를 포함함), 증폭기 배열의 출력과 제 1 전극 사이에 결합된 단일 종단형 임피던스 매칭 네트워크, 및 제상 동작이 언제 완료되었는지를 검출할 수 있는 측정 및 제어 시스템을 사용하여 실현될 수 있다. 대조적으로, 예시적인 "균형" 제상 시스템은 캐비티에 배치된 제 1 및 제 2 전극, 단일 종단형 또는 이중 종단형 증폭기 배열(하나 이상의 트랜지스터를 포함함), 증폭기 배열의 출력과 제 1 및 제 2 전극과의 사이에 결합된 이중 종단형 임피던스 매칭 네트워크, 및 제상 동작이 언제 완료되었는지를 검출할 수 있는 측정 및 제어 시스템을 사용하여 실현된다. 다양한 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크는 증폭기 배열과 캐비티 사이의 매칭을 개선하기 위해 제상 동작 동안에 조정될 수 있는 가변 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다.

일반적으로, "제상"이란 용어는 냉동 부하(예를 들면, 식품 부하 또는 다른 유형의 부하)의 온도를 부하가 더 이상 동결되지 않는 온도(예를 들면, 섭씨 0도 또는 그 근방의 온도)로 상승시키는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "제상"이란 용어는, 부하(예를 들면, 식품 부하 또는 다른 유형의 부하)의 열 에너지 또는 온도가 부하로의 무선 주파수(RF) 전력의 제공을 통해 상승되는 프로세스를 보다 넓게 의미한다. 따라서, 다양한 실시예에서, "제상 동작"은 임의의 초기 온도(예를 들면, 섭씨 0도보다 높거나 그 아래의 임의의 초기 온도)를 갖는 부하에 대해 수행될 수 있으며, 그 제상 동작은 초기 온도보다 높은 임의의 최종 온도(예를 들면, 섭씨 0도보다 높거나 그 아래의 최종 온도를 포함함)에서 중단될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 설명된 "제상 동작" 및 "제상 시스템"은 대안적으로 "열 상승 동작" 및 "열 상승 시스템"으로 지칭될 수 있다. "제상"이란 용어는 냉동 부하의 온도를 섭씨 0도 또는 그 부근의 온도로 단지 상승시킬 수 있는 방법 또는 시스템으로 본 발명의 적용을 제한하도록 해석되어서는 안된다. 일실시예에서, 제상 동작은 식품의 온도를 섭씨 -1도 또는 그 근처의 온도에서의 완화된 상태로 올릴 수 있다.

소정의 조건(예를 들면, 매우 건조한 조건 및/또는 크게 상이한 전위를 갖는 제상 시스템의 구성요소들이 모두 근접하게 위치 설정되는 조건) 하에서, 전기적 아킹은 본 명세서에서 설명되는 유형의 제상 시스템에서 발생할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "아킹"은 지속적인 전기 방전을 생성하는 가스(예를 들면, 공기)의 절연 파괴(electrical breakdwon)를 지칭한다. 본 문맥에서, 아킹은 예를 들어 RF 전력이 인가되는 인덕터의 인접한 코일들 사이, 이러한 인덕터와 전극 사이, 이러한 인덕터와 접지된 케이싱 또는 다른 격납 구조물 사이, 또는 다른 적용 가능한 회로 구성요소들 사이에서 발생할 수 있다. 제상 시스템 내에서 발생하는 아킹으로 인해 제상 시스템의 구성요소들이 손상될 수 있으며, 또한 연장되는 시간 구간에 걸쳐서 아킹이 발생할 때에 제상 시스템에 대한 손상의 리스크는(예를 들면, 전기 도체의 용융 및 절연 파괴의 형태로) 증가된다.

연장되는 아킹이 제상 시스템에서 발생하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 실시예는 아킹의 검출 및 제상 시스템의 동작의 후속되는 수정에 관한 것으로, 이는 아킹이 계속해서 발생하는 것을 멈추기 위한 것이다. 일부 실시예에서, 제상 시스템의 동작시에, 아킹이 발생하였고 진행중일 수 있음을 나타내는 대응하는 임계값을, 제상 시스템에서의 전류, 전압 및/또는 반사 계수의 변화율(예를 들면, 제상 시스템의 RF 신호원과 제상 시스템의 하나 이상의 전극 사이의 경로를 따라 하나 이상의 위치에서 측정됨)이 초과한다고 판정함으로써 아킹을 검출할 수 있다. 아킹이 발생하였다고 판정하는 것에 응답하여, 제상 시스템(예를 들면, 제상 시스템의 시스템 제어기 또는 마이크로제어기 유닛(MCU))은 RF 신호원의 동작을 수정할 수 있다. 예컨대, 이 수정은 RF 신호원에 의해 생성된 RF 신호의 전력을(예를 들면, 원래 전력값의 20% 또는 10% 미만으로) 감소시킬 수 있고, 또는(예를 들면, 적어도 부분적으로 RF 신호원에게 RF 신호의 생성을 중지하도록 지시함으로써) 시스템을 차단할 수 있다.

도　1은　예시적인　실시예에　따른　제상　시스템(100)의　사시도이다.　 제상　시스템(100)은　제상　캐비티(110)(예를 들면, 도 3, 7, 11의 캐비티(360, 760, 1174)),　제어　패널(120),　하나　이상의　RF　신호원(예를 들면,　도　3, 7, 11의　RF　신호원(340, 720, 1120)),　전력　공급부(예를 들면,　도　3, 7의 전력　공급부(326, 726)),　제　1　전극(170)(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전극(340, 740, 1170)),　제 2 전극(172)(예를 들면, 도 7, 11의 전극(750, 1172)), 임피던스 매칭 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 회로(334, 370, 734, 772, 1160)), 전력　검출　회로(예를 들면,　도　3, 7, 11의 전력　검출　회로(330, 730, 1180)),　및　시스템　제어기(예를 들면,　도　3, 7, 11의　시스템　제어기(312, 712, 1130))를　포함한다. 　제상　캐비티(110)는 상부,　하부,　측부,　및　후부　캐비티　벽(111,　112,　113,　114,　115)의　내부　표면 및 도어(116)의　내부　표면에　의해　형성된다.　 도어(116)가　닫히면,　제상 캐비티(110)는　밀폐된 에어 캐비티를　형성한다.　 본 명세서에서　사용되는　바와 같이, "에어　캐비티"라는 용어는　공기　또는　다른　기체를 포함하는　밀폐　영역(예를 들면,　제상　캐비티(110))을　의미할　수　있다.

"불균형" 실시예에 따르면, 제 1 전극(170)은 캐비티 벽(예를 들면, 상부 벽(111))에 근접하게 배열되고, 제 1 전극(170)은 나머지 캐비티 벽들(예를 들면, 벽(112-115) 및 도어(116))로부터 전기적으로 격리되며, 나머지 캐비티 벽들은 접지된다. 이러한 구성에서, 시스템은 캐패시터로서 간략하게 모델링될 수 있고, 여기서 제 1 전극(170)은 하나의 전도성 플레이트(또는 전극)로서 기능하고, 접지된 캐비티 벽들(예를 들면, 벽(112-115))은 제 2 전도성 플레이트(또는 전극)으로서 기능하며, 에어 캐비티(그 안에 포함된 임의의 부하를 포함함)는 제 1 전도성 플레이트와 제 2 전도성 플레이트 간의 유전 매체로서 기능한다. 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 비전도성 배리어(예를 들면, 도 3의 배리어(362))가 시스템(100)에 포함될 수도 있고, 비전도성 배리어는 하부 캐비티 벽(112)으로부터 부하를 전기적 및 물리적으로 격리시키도록 기능할 수 있다. 도 1은 상부 벽(111)에 근접하게 있는 제 1 전극(170)을 도시하고 있지만, 이와 달리 제 1 전극(170)은, 전극(172-175)으로 표시된 바와 같이, 다른 벽(112-115) 중 임의의 것에 근접해 있을 수 있다.

"균형" 실시예에 따르면, 제 1 전극(170)은 제 1 캐비티 벽(예를 들어, 상부 벽(111))에 근접하게 배열되고, 제 2 전극(172)은 반대편의 제 2 캐비티 벽(예를 들면, 하부 벽(112))에 근접하게 배열되고, 제 1 및 제 2 전극(170, 172)은 나머지 캐비티 벽(예를 들면, 벽(113-115) 및 도어(116))으로부터 전기적으로 격리된다. 이러한 구성에서, 시스템은 또한 캐패시터로서 간략하게 모델링될 수 있고, 여기서 제 1 전극(170)은 하나의 전도성 플레이트(또는 전극)로서 기능하고, 제 2 전극(172)은 제 2 전도성 플레이트(또는 전극)로서 기능하며, 에어 캐비티(그 안에 포함된 임의의 부하를 포함함)는 제 1 전도성 플레이트와 제 2 전도성 플레이트 간의 유전 매체로서 기능한다. 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 비전도성 배리어(예를 들면, 배리어(도 7, 11의 배리어(762, 1156))가 시스템(100)에 포함될 수도 있고, 비전도성 배리어는 제 2 전극(172) 및 하부 캐비티 벽(112)으로부터 부하를 전기적 및 물리적으로 격리시키도록 기능할 수 있다. 도 1은 상부 벽(111)에 근접하게 있는 제 1 전극(170)과, 하부 벽(112)에 근접하게 있는 제 2 전극(172)을 도시하고 있지만, 이와 달리 제 1 및 제 2 전극(170, 172)은 다른 반대쪽 벽에 근접하게 있을 수 있다(예를 들면, 제 1 전극은 벽(113)에 근접한 전극(173)일 수 있고, 제 2 전극은 벽(114)에 근접한 전극(174)일 수 있음).

실시예에 따르면, 제상 시스템(100)의 동작시에, 사용자(도시되지 않음)는 하나 이상의 부하(예를 들면, 식품 및/또는 액체)를 제상 캐비티(110)에 배치할 수 있고, 또한 부하의 특성을 특정하는 제어 패널(120)을 통해 선택적으로 입력을 제공할 수 있다. 예컨대, 특정된 특성은 부하의 대략적인 중량을 포함할 수 있다. 또한, 특정된 부하 특성은 부하를 형성하는 재료(들)(예를 들면, 고기, 빵, 액체)를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, 부하 특성은 일부 다른 방식으로, 예를 들어 부하 패키징 상의 바코드를 스캐닝함으로써 혹은 부하 내에 내장되거나 부하 상의 RFID 태그로부터 무선 주파수 식별(RFID) 신호를 수신함으로써 획득될 수 있다. 어떤 방식이든, 나중에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 부하 특성에 관한 정보는 시스템 제어기(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130))가 제상 동작 시작시에 시스템의 임피던스 매칭 네트워크에 대한 초기 상태를 설정할 수 있게 하며, 여기서 초기 상태는 부하로의 최대 RF 전력 전달을 가능하게 하는 최적의 상태에 비교적 가까울 수 있다. 이와 달리, 제상 동작을 시작하기 전에 부하 특성이 입력되거나 수신되지 않을 수 있으며, 시스템 제어기는 임피던스 매칭 네트워크에 대한 디폴트 초기 상태를 설정할 수 있다.

제상 동작을 시작하기 위해, 사용자는 제어 패널(120)을 통해 입력을 제공할 수 있다. 이에 응답하여, 시스템 제어기는, RF 신호원(들)(예를 들면, 도 3, 7, 11의 RF 신호원(320, 720, 1120))으로 하여금, 불균형 실시예에서는 제 1 전극(170)에 RF 신호를 공급하고, 또는 균형 실시예에서는 제 1 및 제 2 전극(170, 172) 양쪽에 RF 신호를 공급하게 하며, 이에 응답하여 전극(들)은 전자기 에너지를 제상 캐비티(110)로 방사한다. 전자기 에너지는 부하의 열 에너지를 증가시킨다(즉, 전자기 에너지는 부하를 예열시킴).

제상 동작시에, 부하의 임피던스(또한 그에 따라 캐비티(110)+부하의 총 입력 임피던스)는 부하의 열 에너지가 증가함에 따라 변한다. 임피던스 변화는 부하로의 RF 에너지 흡수를 변경시키고, 그에 따라 반사 전력의 크기를 변경시킨다. 실시예에 따르면, 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 1180))는 RF 신호원(예를 들면, 도 3, 7, 11의 RF 신호원(320, 720, 1120))과 전극(들)(170, 172) 사이의 송신 경로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 송신 경로(328, 728, 1148)를 따라 반사 전력을 연속적 또는 주기적으로 측정한다. 이들 측정에 기초하여, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130)는, 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 제상 동작의 완료를 검출할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 네트워크는 가변적이며, 반사 전력 측정(또는 순방향 전력 측정 및 반사 전력 측정 모두)에 기초하여, 시스템 제어기는 제상 동작시에 임피던스 매칭 네트워크의 상태를 변경하여 부하에 의한 RF 전력의 흡수를 증가시킬 수 있다.

도 1의 제상 시스템(100)은 카운터 탑(counter-top) 유형의 기기로서 구현된다. 다른 실시예에서, 제상 시스템(100)은 전자레인지 조리 동작을 수행하기 위한 구성요소 및 기능을 포함할 수도 있다. 이와 달리, 제상 시스템의 구성요소는 다른 유형의 시스템 또는 기기에 통합될 수 있다. 예컨대, 도 2는 제상 시스템(210, 220)의 다른 예시적인 실시예를 포함하는 냉장고/냉동고 기기(200)의 사시도이다. 보다 구체적으로, 제상 시스템(210)은 시스템(200)의 냉동실(212) 내에 통합되는 것으로 도시되어 있으며, 제상 시스템(220)은 시스템의 냉장실(222) 내에 통합되는 것으로 도시되어 있다. 실제 냉장고/냉동고 기기는 제상 시스템(210, 220) 중 하나만을 포함할 것이지만, 간결하게 양쪽의 실시예를 전달하기 위해 양쪽 모두가 도 2에 도시되어 있다.

제상 시스템(100)과 유사하게, 각각의 제상 시스템(210, 220)은 제상 캐비티, 제어 패널(214, 224), 하나 이상의 RF 신호원(예를 들면, 도 3, 7, 11의 RF 신호원(320, 720, 1120)), 전원 공급 장치(예를 들면, 도 3, 7의 전원 공급 장치(326, 726)), 제 1 전극(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전극(340, 740, 1170)), 제 2 전극(172)(예를 들면, 도 3, 7, 11의 격납 구조물(366) 또는 전극(750, 1172)), 임피던스 매칭 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 회로(334, 370, 734, 772, 1160)), 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 1180)), 및 시스템 제어기(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130))를 포함한다. 예컨대, 제상 캐비티는 서랍의 하부, 측부, 전방 및 후방 벽의 내부 표면, 및 서랍이 슬라이딩되는 고정형 선반(216, 226)의 내부 상부 표면에 의해 형성될 수 있다. 서랍이 선반 아래에서 완전히 슬라이딩되면, 서랍과 선반은 밀폐된 에어 캐비티를로서 상기 캐비티를 형성한다. 제상 시스템(210, 220)의 구성요소 및 기능은 다양한 실시예에서 제상 시스템(100)의 구성요소 및 기능과 실질적으로 동일할 수 있다.

또한, 실시예에 따르면, 각각의 제상 시스템(210, 220)은 시스템(210, 220)이 배치되어 있는 냉동실 또는 냉장실(212, 222)과 각각 충분한 열적 통신(thermal communication)을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 제상 동작의 완료 후, 부하가 시스템(210, 220)으로부터 제거될 때까지 부하는 안전한 온도(즉, 식품 부패가 지연되는 온도)로 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 냉동고 기반의 제상 시스템(210)에 의한 제상 동작의 완료시에, 제상된 부하가 포함되어 있는 캐비티는 냉동실(212)과 열적으로 통신할 수 있고, 부하가 캐비티로부터 즉시 제거되지 않으면, 부하는 다시 냉동될 수 있다. 마찬가지로, 냉장고 기반의 제상 시스템(220)에 의한 제상 동작의 완료시에, 제상된 부하가 포함되어 있는 캐비티는 냉장실(222)과 열적으로 통신할 수 있고, 부하가 캐비티로부터 즉시 제거되지 않으면, 부하는 냉장실(222) 내의 온도로 제상 상태에서 유지될 수 있다.

당업자는, 본 명세서의 설명에 기초하여, 제상 시스템의 실시예가 다른 구성을 갖는 시스템 또는 기기에 또한 포함될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 독립형 기기, 전자파 오븐 기기, 냉동고, 및 냉장고에서의 상기한 제상 시스템의 구현은 이러한 유형의 시스템으로만 실시예의 사용을 제한하도록 의도한 것은 아니다.

제상 시스템(100, 200)이 서로에 대해 특히 상대적인 배향으로 그 구성요소들과 함께 도시되어 있지만, 다양한 구성요소가 상이하게 배향될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 구성요소의 물리적 구성이 상이할 수 있다. 예컨대, 제어 패널(120, 214, 224)은 더 많거나, 더 적거나, 상이한 사용자 인터페이스 요소를 가질 수 있고, 및/또는 사용자 인터페이스 요소는 상이하게 배열될 수 있다. 또한, 실질적으로 입방형의 제상 캐비티(110)가 도 1에 도시되어 있지만, 다른 실시예에서 제상 캐비티가 상이한 형상(예를 들면, 원통형, 등)을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 제상 시스템(100, 210, 220)은 도 1, 2에 구체적으로 도시되지 않은 추가적인 구성요소(예를 들면, 팬, 고정형 또는 회전형 판, 트레이, 전기 코드, 등)를 포함할 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 불균형 제상 시스템(300)(예를 들면, 도 1, 2의 제상 시스템(100, 210, 220))의 단순화된 블록도이다. 제상 시스템(300)은 실시예에서 RF 서브시스템(310), 제상 캐비티(360), 사용자 인터페이스(380), 시스템 제어기(312), RF 신호원(320), 전원 공급 및 바이어스 회로(326), 가변 임피던스 매칭 네트워크(370), 전극(340), 격납 구조물(366), 및 전력 검출 회로(330)를 포함한다. 또한, 다른 실시예에서, 제상 시스템(300)은 온도 센서(들), 적외선(IR) 센서(들) 및/또는 중량 센서(들)(390)를 포함할 수 있지만, 이들 센서 구성요소들 중 일부 또는 전부가 제외될 수 있다. 도 3이 설명 및 기재의 편의를 위한 제상 시스템(300)의 단순화된 표현이고, 추가적인 기능 및 특징을 제공하기 위해 다른 디바이스 및 구성요소를 실제 실시예가 포함할 수 있으며, 및/또는 제상 시스템(300)이 보다 큰 전기 시스템의 일부일 수 있다는 것을 이해해야 한다.

사용자 인터페이스(380)는, 예를 들어 사용자가 제상 동작을 위한 파라미터(예를 들면, 제상되어야 하는 부하의 특성, 등)에 관한 입력을 시스템에게 제공할 수 있게 하는 제어 패널(예를 들면, 도 1, 2의 제어 패널(120, 214, 224)), 시작 및 취소 버튼, 기계식 제어 장치(예들 들면, 도어/서랍 오픈 래치), 등에 대응할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스는 제상 동작의 상태를 나타내는 사용자 인지 가능한 출력(예를 들면, 카운트다운 타이머, 제상 동작의 진행 또는 완료를 나타내는 가시적 표시, 및/또는 제상 동작의 완료를 나타내는 가청음) 및 기타 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.

제상 시스템(300)의 일부 실시예는 온도 센서(들), IR 센서(들), 및/또는 중량 센서(들)(390)를 포함할 수 있다. 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)는 제상 동작시에 부하(364)의 온도가 감지될 수 있게 하는 위치에 위치 설정될 수 있다. 시스템 제어기(312)에 제공되는 경우, 온도 정보는, 시스템 제어기(312)로 하여금, RF 신호원(320)에 의해 공급된 RF 신호의 전력을(예를 들면, 전원 공급 및 바이어스 회로(326)에 의해 제공되는 바이어스 및/또는 공급 전압을 제어함으로써) 변경하고, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)의 상태를 조정하고, 및/또는 제상 동작이 언제 종결되어야 하는지를 결정할 수 있게 한다. 중량 센서(들)는 부하(364) 아래에 위치 설정되고, 부하(364)의 중량의 추정치를 시스템 제어기(312)에 제공하도록 구성된다. 시스템 제어기(312)는 예를 들어 RF 신호원(320)에 의해 공급된 RF 신호에 대한 원하는 전력 레벨을 결정하고, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)에 대한 초기 설정을 결정하고, 및/또는 제상 동작을 위한 대략적인 지속 기간을 결정하는 데 이 정보를 사용할 수 있다.

RF 서브시스템(310)은 실시예에서 시스템 제어기(312), RF 신호원(320), 제 1 임피던스 매칭 회로(334)(본 명세서에서는 "제 1 매칭 회로"), 전원 공급 및 바이어스 회로(326), 및 전력 검출 회로(330)를 포함한다. 시스템 제어기(312)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예를 들면, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC, 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들면, RAM, ROM, 플래시, 다수의 레지스터, 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 기타 구성요소를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(312)는 사용자 인터페이스(380), RF 신호원(320), 가변 임피던스 매칭 네트워크(370), 전력 검출 회로(330), 및 센서(390)(포함된 경우)에 연결된다. 시스템 제어기(312)는 사용자 인터페이스(380)를 통해 수신된 사용자 입력을 나타내는 신호를 수신하고, 전력 검출 회로(330)로부터 RF 신호 반사 전력(및 가능하게는 RF 신호 순방향 전력)을 나타내는 신호를 수신하도록 구성된다. 수신된 신호 및 측정에 응답하여, 시스템 제어기(312)는 제어 신호를 전원 공급 및 바이어스 회로(326)에 또한 RF 신호원(320)의 RF 신호 생성기(322)에 제공한다. 또한, 시스템 제어기(312)는 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)에 제어 신호를 제공하여, 네트워크(370)가 그 상태 또는 구성을 변경하게 한다.

제상 캐비티(360)는 제상될 부하(364)가 배치될 수 있는 에어 캐비티에 의해 분리된 제 1 및 제 2 평행 플레이트 전극을 갖는 용량성 제상 구성을 포함한다. 예컨대, 제 1 전극(340)은 에어 캐비티 위에 위치 설정될 수 있고, 제 2 전극은 격납 구조물(366)의 일부에 의해 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 격납 구조물(366)은 하부 벽, 상부 벽, 및 측부 벽을 포함할 수 있고, 이들 내부 표면은 캐비티(360)(예를 들면, 도 1의 캐비티(110))를 형성한다. 실시예에 따르면, 캐비티(360)는 제상 동작시에 캐비티(360)로 유입되는 전자기 에너지를 수용하기 위해(예를 들면, 도 1의 도어(116)를 갖고서 또는 도 2의 선반(216, 226) 아래에서 닫혀진 선반을 슬라이딩함으로써) 밀봉될 수 있다. 시스템(300)은 제상 동작시에 밀봉 부분이 손상되지 않음을 확실히 하는 하나 이상의 인터로크 메카니즘을 포함할 수 있다. 밀봉 부분이 파기된 것을 하나 이상의 인터로크 메카니즘이 표시하면, 시스템 제어기(312)는 제상 동작을 중단할 수 있다. 실시예에 따르면, 격납 구조물(366)은 적어도 부분적으로 전도성 재료로 형성되고, 격납 구조물의 전도성 부분(들)은 접지될 수 있다. 이와 달리, 캐비티(360)의 하부 표면에 대응하는 격납 구조물(366)의 적어도 일부는 전도성 재료로 형성되고 접지될 수 있다. 어느 방식이든, 격납 구조물(366)(또는 제 1 전극(340)과 평행한 격납 구조물(366)의 적어도 일부)은 용량성 제상 구성의 제 2 전극으로서 기능한다. 부하(364)와 캐비티(360)의 접지된 하부 표면 간의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 비전도성 배리어(362)가 캐비티(360)의 하부 표면 위에 위치 설정될 수 있다.

본질적으로, 제상 캐비티(360)는 제상될 부하(364)가 배치될 수 있는 에어 캐비티에 의해 분리된 제 1 및 제 2 평행 플레이트 전극(340, 366)을 갖는 용량성 제상 구성을 포함한다. 전극(340)과 격납 구조물(366)의 반대쪽 표면(예를 들면, 제 2 전극으로서 기능하는 하부 표면)과의 사이의 거리(352)를 정의하도록 격납 구조물(366) 내에 제 1 전극(340)이 위치 설정되고, 여기서 거리(352)는 실시예에서 캐비티(360)를 서브 공진 캐비티(a sub-resonant cavity)로 되게 한다.

다수의 실시예에서, 거리가 더 작거나 클 수도 있지만, 거리(352)는 약 0.10미터 내지 약 1.0미터의 범위에 있다. 실시예에 따르면, 거리(352)는 RF 서브시스템(310)에 의해 생산된 RF 신호의 하나의 파장보다 작다. 즉, 상기한 바와 같이, 캐비티(360)는 서브 공진 캐비티이다. 일부 실시예에서, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 대략 절반보다 작다. 다른 실시예에서, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 대략 1/4보다 작다. 또 다른 실시예에서, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 대략 1/8보다 작다. 또 다른 실시예에서, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 대략 1/50보다 작다. 또 다른 실시예에서, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 대략 1/100보다 작다.

일반적으로, 보다 낮은 동작 주파수(예를 들면, 10MHz와 100MHz 사이의 주파수)를 위해 설계된 시스템(300)은 하나의 파장의 보다 작은 부분인 거리(352)를 갖도록 설계될 수 있다. 예컨대, 시스템(300)이 약 10MHz의 동작 주파수(약 30미터의 파장에 대응함)로 RF 신호를 생성하도록 설계되고, 거리(352)가 약 0.5미터로 되도록 선택되는 경우에, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/60이다. 반대로, 시스템(300)이 약 300MHz의 동작 주파수(약 1미터의 파장에 대응함)로 설계되고, 거리(352)가 약 0.5미터로 되도록 선택되는 경우에, 거리(352)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/2이다.

전극(340)과 격납 구조물(366) 간의 동작 주파수 및 거리(352)가 서브 공진 내부 캐비티(360)를 형성하도록 선택됨에 따라, 제 1 전극(340) 및 격납 구조물(366)은 용량적으로 결합된다. 보다 구체적으로, 제 1 전극(340)은 캐패시터의 제 1 플레이트와 유사함을 보일 수 있고, 격납 구조물(366)은 캐패시터의 제 2 플레이트와 유사함을 보일 수 있으며, 부하(364), 배리어(362), 및 캐비티(360) 내의 에어는 캐패시터 유전체와 유사함을 보일 수 있다. 따라서, 제 1 전극(340)은 이와 달리 본 명세서에서 "애노드"로 지칭될 수 있고, 격납 구조물(366)은 이와 달리 본 명세서에서 "캐소드"로 지칭될 수 있다.

본질적으로, 제 1 전극(340) 및 격납 구조물(366)을 가로지르는 전압은 캐비티(360) 내의 부하(364)를 가열한다. 다수의 실시예에 따르면, 시스템이 전극(340)과 격납 구조물(366) 간의 전압을 보다 낮게 또는 보다 높게 생성하도록 구성될 수도 있지만, RF 서브시스템(310)은 전극(340)과 겹납 구조물(366) 간의 전압을, 일 실시예에서는 약 90볼트 내지 약 3,000볼트의 범위로, 또는 다른 실시예에서는 약 3,000볼트 내지 10,000볼트로 생성하기 위해 RF 신호를 생성하도록 구성된다.

실시예에서, 제 1 전극(340)은 제 1 매칭 회로(334), 가변 임피던스 매칭 네트워크(370), 및 전도성 송신 경로를 통해 RF 신호원(320)에 전기적으로 결합된다. 제 1 매칭 회로(334)는 RF 신호원(320)의 임피던스(예를 들면, 약 10옴 미만)로부터 중간 임피던스(예를 들면, 50옴, 75옴, 또는 몇몇의 다른 값)로 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 실시예에 따르면, 전도성 송신 경로는 직렬로 연결되어 있으며 집합적으로 송신 경로로서 지칭되는 복수의 도체(328-1, 328-2 및 328-3)를 포함한다. 실시예에 따르면, 전도성 송신 경로(328)는 불균형 RF 신호(즉, 접지에 대해 기준으로 되는 단일 RF 신호)를 운반하도록 구성되는 "불균형" 경로이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 커넥터(도시되지 않았지만, 각각이 메일(male) 및 피메일(female) 커넥터 부분을 갖음)는 송신 경로(328)를 따라 전기적으로 결합될 수 있고, 커넥터들 간의 송신 경로(328)의 부분은 동축 케이블 또는 다른 적절한 커넥터를 포함할 수 있다. 이러한 연결은 도 7에 도시되어 있으며 나중에 설명된다(예를 들면, 커넥터(736, 738), 및 그 커넥터(736, 738) 간의 동축 케이블과 같은 도체(728-3)를 포함함).

나중에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 회로(370)는(예를 들면, 약 1,000옴 내지 약 4,000옴 또는 그보다 큰 옴과 같은 수백 또는 수천 옴의 순으로) 부하(364)에 의해 변경되는 바와 같이 상기한 중간 임피던스로부터 제상 캐비티(320)의 입력 임피던스로의 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 실시예에서, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 수동형 구성요소(예를 들면, 인덕터, 캐패시터, 레지스터)의 네트워크를 포함한다.

하나의 보다 구체적인 실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 캐비티(360) 내에 위치 설정되고 제 1 전극(340)에 전기적으로 결합되는 복수의 고정값 집중형 인덕터(fixed-value lumped inductors)(예를 들면, 도 4(a)의 인덕터(412-414))를 포함한다. 또한, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 캐비티(360)의 내부 또는 외부에 위치될 수 있는 복수의 가변 인덕턴스 네트워크(예를 들면, 도 4(a), 5(a)의 네트워크(410, 411, 500))를 포함한다. 다른 보다 구체적인 실시예에서, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 캐비티(360)의 내부 또는 외부에 위치될 수 있는 복수의 가변 캐패시턴스 네트워크(예를 들면, 도 4(a), 5(a)의 네트워크(442, 446, 540))를 포함한다. 각각의 가변 인덕턴스 또는 캐패시턴스 네트워크 각각에 의해 제공되는 인덕턴스 또는 캐패시턴스 값은, 나중에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 시스템 제어기(312)로부터의 제어 신호를 사용하여 설정된다. 어느 경우에도, 계속 변하는 캐비티와 부하 임피던스를 동적으로 매칭시키기 위해 제상 동작의 과정 상에서 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)의 상태를 변경함으로써, 부하(364)에 의해 흡수되는 RF 전력의 양은 제상 동작시에 부하 임피던스의 변화에도 불구하고 높은 레벨로 유지될 수 있다.

실시예에 따르면, RF 신호원(326)은 RF 신호 생성기(322) 및 전력 증폭기(예를 들면, 하나 이상의 전력 증폭기 스테이지(324, 325)를 포함함)를 포함한다. 연결부(314) 상에서 시스템 제어기(312)에 의해 제공되는 제어 신호에 응답하여, RF 신호 생성기(322)는 ISM(산업, 과학, 및 의료) 대역에서 주파수를 갖는 발진 전기 신호를 생성하도록 구성되지만, 시스템은 다른 주파수 대역에서의 동작을 지원하도록 변경될 수 있다. RF 신호 생성기(322)는 다수의 실시예에서 상이한 전력 레벨 및/또는 상이한 주파수의 발진 신호를 생성하도록 제어될 수 있다. 예컨대, RF 신호 생성기(322)는 약 10.0MHz 내지 약 100MHz 및/또는 약 100MHz 내지 약 3.0GHz 범위에서 발진하는 신호를 생성할 수 있다. 일부 바람직한 주파수는 예를 들어 13.56MHz(+/-5%), 27.125MHz(+/-5%), 40.68MHz(+/-5%), 및 2.45GHz(+/-5%)일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 예를 들어 RF 신호 생성기(322)는 약 40.66MHz 내지 약 40.70MHz 범위에서 또한 약 10데시벨-밀리와트(dBm) 내지 약 15dBm 범위의 전력 레벨에서 발진하는 신호를 생성할 수 있다. 이와 달리, 발진 주파수 및/또는 전력 레벨은 보다 낮거나 높을 수 있다.

도 3의 실시예에서, 전력 증폭기는 드라이버 증폭기 스테이지(324) 및 최종 증폭기 스테이지(325)를 포함한다. 전력 증폭기는 RF 신호 생성기(322)로부터 발진 신호를 수신하고, 신호를 증폭시켜 전력 증폭기의 출력에서 상당히 높은 전력 신호를 생성하도록 구성된다. 예컨대, 출력 신호는 약 100와트 내지 약 400와트 또는 그보다 큰 범위의 전력 레벨을 가질 수 있다. 전력 증폭기에 의해 인가되는 이득은 전원 공급 및 바이어스 회로(326)에 의해 각각의 증폭기 스테이지(324, 325)에 제공되는 게이트 바이어스 전압 및/또는 드레인 공급 전압을 사용하여 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 전원 공급 및 바이어스 회로(326)는, 시스템 제어기(312)로부터 수신된 제어 신호에 따라, 바이어스 및 공급 전압을 각각의 RF 증폭기 스테이지(324, 325)에 제공한다.

실시예에서, 각각의 증폭기 스테이지(324, 325)는 입력 단자(예를 들면, 게이트 또는 제어 단자) 및 2개의 전류 운반 단자(예를 들면, 소스 및 드레인 단자)를 갖는 전계 효과 트랜지스터(FET)와 같은 파워 트랜지스터로서 구현된다. 임피던스 매칭 회로(미도시)는, 다수의 실시예에서, 드라이버와 최종 증폭기 스테이지(325) 간에 드라이버 증폭기 스테이지(324)의 입력(예를 들면, 게이트), 및/또는 최종 증폭기 스테이지(325)의 출력(예를 들면, 드레인 단자)에 결합될 수 있다. 실시예에서, 증폭기 스테이지(324, 325)의 각각의 트랜지스터는 LDMOSFET(laterally diffused metal oxide semiconductor FET) 트랜지스터를 포함한다. 그러나, 트랜지스터가 임의의 특정 반도체 기술로 제한되도록 의도되지 않으며, 다른 실시예에서, 각각의 트랜지스터가 갈륨 질화물(GaN) 트랜지스터, 다른 유형의 MOSFET 트랜지스터, 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 또는 다른 반도체 기술을 이용하는 트랜지스터로서 실현될 수 있음을 유의해야 한다.

도 3에서, 전력 증폭기 구성은 다른 회로 구성요소에 다른 방식으로 결합된 2개의 증폭기 스테이지(324, 325)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 전력 증폭기 구성은 다른 증폭기 토폴로지를 포함할 수 있고, 및/또는 증폭기 구성은(예를 들면, 도 7의 증폭기(724)의 실시예에서 도시된 바와 같이) 단 하나의 증폭기 스테이지, 또는 2개보다 많은 증폭기 스테이지를 포함할 수 있다. 예컨대, 전력 증폭기 구성은 단일 종단형 증폭기, 도허티 증폭기, SMPA(Switch Mode Power Amplifier), 또는 다른 유형의 증폭기의 다양한 실시예를 포함할 수 있다.

제상 캐비티(360) 및 그 제상 캐비티(360) 내에 위치 설정된 임의의 부하(364)(예를 들면, 음식, 액체, 등)는 제 1 전극(340)에 의해 캐비티(360)로 방사되는 전자기 에너지(또는 RF 전력)에 대한 누적 부하를 제공한다. 보다 구체적으로, 캐비티(360) 및 부하(364)는 본 명세서에서 "캐비티 플러스 부하 임피던스"로 지칭되는 임피던스를 시스템에 제공한다. 캐비티 플러스 부하 임피던스는 부하(364)의 온도가 증가함에 따라 제상 동작시에 변한다. 캐비티 플러스 부하 임피던스는 RF 신호원(320)과 전극(340) 사이에서 전도성 송신 경로(328)를 따라 반사된 신호 전력의 크기에 직접적인 영향을 미친다. 대부분의 경우에, 캐비티(360)로 전달된 신호 전력의 크기를 최대화하는 것, 및/또는 전도성 송신 경로(328)를 따라 반사 신호 대 순방향 신호 전력비를 최소화하는 것이 바람직하다.

RF 신호 생성기(320)의 출력 임피던스를 캐비티 플러스 부하 임피던스에 적어도 부분적으로 매칭시키기 위해, 실시예에서, 제 1 매칭 회로(334)는 송신 경로(328)를 따라 전기적으로 결합된다. 제 1 매칭 회로(334)는 다양한 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 실시예에 따르면, 제 1 매칭 회로(334)는 고정된 구성요소들(즉, 비가변(non-variable) 구성요소 값을 갖는 구성요소)를 포함하지만, 다른 실시예에서, 제 1 매칭 회로(334)는 하나 이상의 가변 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 매칭 회로(334)는, 다수의 실시예에서, 인덕턴스/캐패시턴스(LC) 네트워크, 직렬 인덕턴스 네트워크, 션트(shunt) 인덕턴스 네트워크, 또는 대역 통과, 고역 통과 및 저역 통과 회로의 조합으로부터 선택된 임의의 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 본질적으로, 고정형 매칭 회로(334)는 RF 신호 생성기(320)의 출력 임피던스와 캐비티 플러스 부하 임피던스와의 사이의 중간 레벨로 임피던스를 상승시키도록 구성된다.

실시예에 따르면, 전력 검출 회로(330)는 RF 신호원(320)의 출력과 전극(340) 사이의 송신 경로(328)를 따라 결합된다. 특정 실시예에서, 전력 검출 회로(330)는 RF 서브시스템의 일부를 형성하고, 실시예에서, 제 1 매칭 회로(334)의 출력과 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)에 대한 입력 사이의 도체(328-2)에 결합된다. 다른 실시예에서, 전력 검출 회로(330)는 RF 신호원(320)의 출력과 제 1 매칭 회로(334)의 입력 사이의 송신 경로(328)의 부분(328-1), 또는 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)의 출력과 제 1 전극(340) 사이의 송신 경로(328)의 부분(328-3)에 결합될 수 있다.

어디에 결합되던 간에, 전력 검출 회로(330)는 RF 신호원(320)과 전극(340) 사이의 송신 경로(328)를 따라 이동하는 반사 신호(즉, 전극(340)으로부터 RF 신호원(320)을 향하는 방향으로 이동하는 반사된 RF 신호)의 전력을 모니터링하거나, 측정하거나, 다른 경우에는 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전력 검출 회로(330)는 또한 RF 신호원(320)과 전극(340) 사이의 송신 경로(328)를 따라 이동하는 순방향 신호(즉, RF 신호원(320)으로부터 전극(340)을 향하는 방향으로 이동하는 순방향 RF 신호)의 전력을 검출하도록 구성된다. 연결부(332) 상에서, 전력 검출 회로(330)는 반사된 신호 전력(및 일부 실시예에서는 순방향 신호 전력)의 크기를 전달하는 시스템 제어기(312)에 신호를 공급한다. 순방향 및 반사 신호 전력의 크기의 양쪽이 전달되는 실시예에서, 시스템 제어기(312)는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비, 또는 S11 파라미터를 계산할 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 반사 신호 전력 크기가 반사 신호 전력 임계값을 초과하거나, 반사 신호 대 순방향 신호 전력비가 S11 파라미터 임계값을 초과하는 경우, 이는 시스템(300)이 캐비티 플러스 부하 임피던스에 적절하게 매칭되지 않으며, 캐비티(360) 내의 부하(364)에 의한 에너지 흡수가 차선적일 수 있음을 나타낸다. 이러한 상황에서, 시스템 제어기(312)는 반사된 신호 전력 또는 S11 파라미터를 원하는 레벨로 또는 그 아래로(예를 들면, 반사된 신호 전력 임계값 및/또는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비 임계값 아래로) 유도하도록 가변 매칭 네트워크(370)의 상태를 변경하고, 그에 따라 허용 가능한 매칭을 재확립하고 부하(362)에 의한 보다 최적의 에너지 흡수를 가능하게 하는 프로세스를 편성한다. 일부 사례에서, 이 임피던스 미스매칭은 시스템(300) 내에서 발생하는 전기적 아킹을 나타낼 수 있고, 이는 일부 실시예에서, 주어진 시간 구간 동안 S11 파라미터의 변화율을 결정하고 그 변화율을 사전 결정된 임계값과 비교함으로써 검증될 수 있다. S11 파라미터의 변화율이 사전 결정된 임계값을 초과하면, 실시예에서 시스템(300)은 아킹 조건을 정정하도록 시도하기 위해 가변 매칭 회로(370)의 구성요소 값을 수정할 수 있거나, 이와 달리 전기적 아킹을 정지시키기 위해 RF 신호 생성기(322)에 의한 RF 신호의 공급을 해제할 수 있다.

보다 구체적으로, 시스템 제어기(312)는 제어 경로(316) 상에서 제어 신호를 가변 매칭 회로(370)에 제공할 수 있으며, 이로 인해 가변 매칭 회로(370)가 그 회로 내의 하나 이상의 구성요소의 유도성, 용량성 및/또는 저항성 값을 변화시킴으로써, 회로(370)에 의해 제공된 임피던스 변형을 조정한다. 가변 매칭 회로(370)의 구성의 조정은 바람직하게는 반사된 신호 전력의 크기를 감소시키고, 이는 S11 파라미터의 크기를 감소시키는 것과 부하(364)에 의해 흡수되는 전력을 증가시키는 것에 대응한다.

상기한 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 가능한 최대로 부하(364)로의 RF 전력 전송을 최대화하기 위해 제상 캐비티(360) 플러스 부하(364)의 캐비티 플러스 부하 임피던스를 매칭하는 데 사용된다. 제상 캐비티(360) 및 부하(364)의 제상에 대한 초기 임피던스는 제상 동작의 시작시에는 정확하게 알려져 있지 않을 수 있다. 또한, 부하(364)의 임피던스는 부하(364)가 예열됨에 따라 제상 동작시에 변한다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(312)는 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)에 제어 신호를 제공할 수 있으며, 이로 인해 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)의 상태를 수정하게 한다. 이는, 시스템 제어기(312)로 하여금, 비교적 낮은 반사 전력-순방향 전력의 비율을 갖음으로써 부하(364)에 의한 RF 전력의 비교적 높은 흡수를 갖는 제상 동작의 시작시에, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)의 초기 상태를 설정하게 한다. 또한, 이는 시스템 제어기(312)로 하여금 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)의 상태를 수정하게 하므로, 부하(364)의 임피던스의 변화에도 불구하고 제상 동작 전반에 걸쳐서 적절한 매칭이 유지될 수 있다.

가변 매칭 네트워크(370)에 대한 구성의 비제한적인 예를 도 4(a), 4(b), 5(a) 및 5(b)에 도시한다. 예컨대, 네트워크(370)는 다수의 실시예에서 인덕턴스/캐패시턴스(LC) 네트워크, 인덕턴스 전용 네트워크, 캐패시턴스 전용 네트워크, 또는 대역 통과 회로, 고역 통과 회로 및 저역 통과 회로의 조합으로부터 선택된 임의의 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 실시예에서, 가변 매칭 네트워크(370)는 단일 종단형 네트워크(예를 들면, 도 4(a), 4(b)의 네트워크(400, 440))를 포함한다. 네트워크(370)에 의해 제공되는 임피던스 변형에 결과적으로 영향을 미치는 것인 가변 매칭 네트워크(370)에 의해 제공되는 인덕턴스, 캐패시턴스, 및/또는 저항 값은, 나중에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 시스템 제어기(312)로부터의 제어 신호를 사용하여 설정된다. 어떤 경우에도, 캐비티(360) 내의 부하(364) 플러스 캐비티(360)의 끊임없이 변하는 임피던스를 동적으로 매칭시키기 위해 제상 동작의 과정 상에서 가변 매칭 네트워크(370)의 상태를 변경함으로써, 시스템 효율은 제상 동작 전체에 걸쳐서 높은 레벨로 유지될 수 있다.

가변 매칭 네트워크(370)는 매우 다양한 회로 구성 중 임의의 것을 가질 수 있으며, 이러한 구성의 비제한적인 예가 도 4(a), 4(b), 5(a), 및 5(b)에 도시되어있다. 실시예에 따르면, 도 4(a) 및 도 5(a)에 예시된 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 수동형 구성요소의 단일 종단형 네트워크를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로는 고정값 인덕터들(예를 들면, 집중형 유도성 구성요소들) 및 가변 인덕터들(또는 가변 인덕턴스 네트워크)의 네트워크를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 4(b) 및 5(b)에 예시된 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 수동형 구성요소의 단일 종단형 네트워크, 보다 구체적으로는 가변 캐패시터들(또는 가변 캐패시턴스 네트워크들)의 네트워크를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "인덕터"라는 용어는 다른 유형의 구성요소(예를 들면, 레지스터 또는 캐패시터)를 개재하지 않고서 함께 전기적으로 결합되는 유도성 구성요소의 세트 또는 개별 인덕터를 의미한다. 마찬가지로, "캐패시터"라는 용어는 다른 유형의 구성요소(예를 들면, 레지스터 또는 인덕터)를 개재하지 않고서 함께 전기적으로 결합되는 용량성 구성요소의 세트 또는 개별 캐패시터를 의미한다.

먼저 가변 인덕턴스 임피던스 매칭 네트워크 실시예를 참조하면, 도 4(a)는 실시예에 따른 단일 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크(400)(예를 들면, 도 3의 가변 임피던스 매칭 네트워크(370))의 개략도이다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크(370)는 본질적으로 2개의 부분: RF 신호원(또는 최종 스테이지 전력 증폭기)과 매칭하기 위한 하나의 부분, 및 캐비티 플러스 부하와 매칭하기 위한 다른 부분을 갖는다.

가변 임피던스 매칭 네트워크(400)는 실시예에 따라 입력 노드(402), 출력 노드(404), 제 1 및 제 2 가변 인덕턴스 네트워크(410, 411), 및 복수의 고정값 인덕터(412-415)를 포함한다. 제상 시스템(예를 들면, 도 3의 시스템(300))에 통합되는 경우, 입력 노드(402)는 RF 신호원(예를 들면, 도 3의 RF 신호원(320))의 출력에 전기적으로 결합되고, 출력 노드(404)는 제상 캐비티(예를 들면, 도 3의 제상 캐비티(360)) 내의 전극(예를 들면, 도 3의 제 1 전극(340))에 전기적으로 결합된다.

입력 및 출력 노드(402, 404) 사이에서, 가변 임피던스 매칭 네트워크(400)는 실시예에서 제 1 및 제 2 직렬 결합된 집중형 인덕터(412, 414)를 포함한다. 제 1 및 제 2 집중형 인덕터(412, 414)는, 이들이 비교적 낮은 주파수(예를 들면, 약 40.66MHz 내지 약 40.70MHz) 및 높은 전력(예를 들면, 약 50와트(W) 내지 약 500W) 동작을 위해 설계될 수 있음에 따라, 실시예에서 크기 및 인덕턴스 값의 양쪽에서 비교적 크다. 예컨대, 인덕터(412, 414)는 약 200나노헨리(nH) 내지 약 600nH 범위의 값을 가질 수 있지만, 그 값들은 다른 실시예에서 더 낮고 및/또는 더 높을 수 있다.

제 1 가변 인덕턴스 네트워크(410)는 입력 노드(402)와 접지 기준 단자(예를 들면, 도 3의 접지된 격납 구조물(366)) 사이에 결합된 제 1 션트 유도성 네트워크이다. 실시예에 따르면, 제 1 가변 인덕턴스 네트워크(410)는 제 1 매칭 회로(예를 들면, 도 3의 회로(334))의해 수정되는 바와 같이 RF 신호원(예를 들면, 도 3의 RF 신호원(320))의 임피던스를 매칭시키거나, 또는 보다 구체적으로는 제 1 매칭 회로(예를 들면, 도 3의 회로(334))에 의해 수정되는 바와 같이 최종 스테이지 전력 증폭기(예를 들면, 도 3의 증폭기(325))의 임피던스를 매칭시키도록 구성 가능하다. 따라서, 제 1 가변 인덕턴스 네트워크(410)는 가변 임피던스 매칭 네트워크(400)의 "RF 신호원 매칭부"로 지칭될 수 있다. 실시예에 따르면, 도 5(a)와 관련하여 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제 1 가변 인덕턴스 네트워크(410)는 약 10nH 내지 약 400nH의 범위에서 인덕턴스를 제공하기 위해 선택적으로 함께 결합될 수 있는 유도성 구성요소들의 네트워크를 포함하지만, 그 범위는 또한 더 낮거나 더 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수 있다.

대조적으로, 가변 임피던스 매칭 네트워크(400)의 "캐비티 매칭부"는 제 1 및 제 2 집중형 인덕터(412, 414) 간의 노드(422)와 접지 기준 단자 사이에 결합된 제 2 션트 유도성 네트워크(416)에 의해 제공된다. 실시예에 따르면, 제 2 션트 유도성 네트워크(416)는 제 3 집중형 인덕터(413)와 제 2 가변 인덕턴스 네트워크(411) 간의 중간 노드(422)와 직렬로 결합된 제 3 집중형 인덕터(413) 및 제 2 가변 인덕턴스 네트워크(411)를 포함한다. 제 2 가변 인덕턴스 네트워크(411)의 상태가 다수의 인덕턴스 값을 제공하도록 변경될 수 있기 때문에, 제 2 션트 유도성 네트워크(416)는 캐비티 플러스 부하(예를 들면, 도 3의 캐비티(360) 플러스 부하(364))의 임피던스와 최적으로 매칭시키도록 구성 가능하다. 예컨대, 인덕터(413)는 약 400nH 내지 약 800nH의 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서 그 값이 더 낮고 및/또는 더 높을 수 있다. 실시예에 따르면, 도 5(a)와 관련해서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제 2 가변 인덕턴스 네트워크(411)는 약 50nH 내지 약 800nH 범위의 인덕턴스를 제공하기 위해 선택적으로 함께 결합될 수 있는 유도성 구성요소들의 네트워크를 포함하지만, 그 범위는 또한 더 낮거나 더 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수 있다.

마지막으로, 가변 임피던스 매칭 네트워크(400)는 출력 노드(404)와 접지 기준 단자 간에 결합된 제 4 집중형 인덕터(415)를 포함한다. 예컨대, 인덕터(415)는 약 400nH 내지 약 800nH의 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서 그 값이 더 낮고 및/또는 더 높을 수 있다.

도 12(a)와 관련해서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 집중형 인덕터(412-415)의 세트(430)는 캐비티(예를 들면, 도 3의 캐비티(360)) 내에 또는 적어도 격납 구조물(예를 들면, 도 3의 격납 구조물(366))의 경계 내에 물리적으로 위치한 모듈의 일부를 형성할 수 있다. 이는 집중형 인덕터(412-415)에 의해 생성된 방사선이 주변 환경으로 방출되기보다는 시스템 내에 안전하게 수용될 수 있게 한다. 대조적으로, 가변 인덕턴스 네트워크(410, 411)는 다수의 실시예에서 캐비티 또는 격납 구조물 내에 수용되거나 수용되지 않을 수 있다.

실시예에 따르면, 도 4(a)의 가변 임피던스 매칭 네트워크(400)의 실시예는 제상 캐비티(360) 플러스 부하(364)의 입력 임피던스에 대한 매칭을 제공하기 위해 "인덕터만"을 포함한다. 따라서, 네트워크(400)는 "인덕터-전용" 매칭 네트워크로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크의 구성요소를 설명할 때에 "인덕터만" 또는 "인덕터-전용"이라는 문구는 네트워크가 상당한 저항 값을 갖는 개별 레지스터 또는 상당한 캐패시턴스 값을 갖는 개별 캐패시터를 포함하지 않음을 의미한다. 일부 경우에, 매칭 네트워크의 구성요소들 간의 전도성 송신 라인은 최소 저항을 가질 수 있고 및/또는 최소 기생 캐패시턴스는 네트워크 내에 존재할 수 있다. 이러한 최소 저항 및/또는 최소 기생 캐패시턴스는 "인덕터-전용" 네트워크의 실시예를 레지스터 및/또는 캐패시터를 또한 포함하는 매칭 네트워크로 변환하는 것으로 해석되어서는 안된다. 그러나, 당업자는 가변 임피던스 매칭 네트워크의 다른 실시예가 상이하게 구성된 인덕터-전용 매칭 네트워크와, 개별 인덕터, 개별 캐패시터, 및/또는 개별 레지스터의 조합을 포함하는 매칭 네트워크를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 도 6과 관련해서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, "인덕터-전용" 매칭 네트워크가 이와는 달리 유도성 구성요소를 단독으로 또는 주로 사용하여 용량성 부하의 임피던스 매칭을 가능하게 하는 매칭 네트워크로서 정의될 수 있다.

도 5(a)는 실시예에 따라 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 4(a)의 가변 인덕턴스 네트워크(410 및/또는 411))에 통합될 수 있는 가변 인덕턴스 네트워크(500)의 개략도이다. 네트워크(500)는 입력 노드(530), 출력 노드(532), 및 입력 노드와 출력 노드(530, 532) 사이에 서로 직렬 결합된 복수개인 N개의 개별 인덕터(501-504)를 포함하고, 여기서 N은 2와 10 사이의 정수 또는 그 이상일 수 있다. 또한, 네트워크(500)는 복수개인 N개의 바이패스 스위치(511-514)를 포함하고, 여기서 각 스위치(511-514)는 인덕터(501-504) 중 하나의 단자를 가로 질러 병렬로 결합된다. 스위치(511-514)는 예를 들어 트랜지스터, 기계식 릴레이(mechanical relays) 또는 기계식 스위치로서 구현될 수 있다. 각 스위치(511-514)의 전기 전도성 상태(즉, 열림 또는 닫힘)는 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(312))로부터의 제어 신호(521-524)를 통해 제어된다.

각각의 병렬 인덕터/스위치 조합에 있어서, 그 대응하는 스위치가 열림 상태 또는 비전도성 상태에 있을 때에 인덕터를 통해 실질적으로 모든 전류가 흐르며, 스위치가 닫힘 상태 또는 전도성 상태에 있을 때에 스위치를 통해 실질적으로 모든 전류가 흐른다. 예컨대, 모든 스위치(511-514)가 도 5(a)에 도시된 바와 같이 열려 있으면, 입력 및 출력 노드(530, 532) 사이에 흐르는 실질적으로 모든 전류는 직렬의 인덕터(501-504)를 통해 흐른다. 이 구성은 네트워크(500)의 최대 인덕턴스 상태(즉, 입력 노드와 출력 노드(530, 532) 사이에 최대 인덕턴스 값이 존재하는 네트워크(500)의 상태)를 나타낸다. 반대로, 모든 스위치(511-514)가 닫히면, 입력 및 출력 노드(530, 532) 사이에 흐르는 실질적으로 모든 전류는 인덕터(501-504)를 바이패스하고, 대신에 노드(530, 532)와 스위치(511-514) 간의 전도성 상호 접속 및 스위치(511-514)를 통해 흐른다. 이 구성은 네트워크(500)의 최소 인덕턴스 상태(즉, 입력 및 출력 노드(530, 532) 사이에 최소 인덕턴스 값이 존재하는 네트워크(500)의 상태)를 나타낸다. 이상적으로, 최소 인덕턴스 값은 제로 인덕턴스에 가까울 것이다. 그러나, 실제로는 노드(530, 532)와 스위치(511-514) 사이의 전도성 상호 접속 및 스위치(511-514)의 누적 인덕턴스로 인해 최소 인덕턴스 상태로 "트레이스(trace)" 인덕턴스가 존재한다. 예컨대, 최소 인덕턴스 상태에서, 가변 인덕턴스 네트워크(500)에 대한 트레이스 인덕턴스는 약 10nH 내지 약 50nH의 범위일 수 있지만, 트레이스 인덕턴스는 또한 더 작거나 더 클 수 있다. 또한, 더 크거나, 더 작거나, 실질적으로 유사한 트레이스 인덕턴스는 다른 네트워크 상태 각각에도 내재되어 있을 수 있고, 여기서 임의의 주어진 네트워크 상태에 대한 트레이스 인덕턴스는 전류가 네트워크(500)를 통해 주로 운반되는 연속적인 도체 및 스위치의 인덕턴스의 합이다.

모든 스위치들(511-514)이 열린 최대 인덕턴스 상태로부터 시작하면, 시스템 제어기는 인덕터들(501-504)의 대응하는 조합을 바이패스함으로써 네트워크(500)의 인덕턴스를 감소시키기 위해 스위치들(511-514)의 임의의 조합의 닫힘을 발생시키는 제어 신호(521-524)를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 각 인덕터(501-504)는 본 명세서에서 정규화된 값 I로 지칭되는 실질적으로 동일한 인덕턴스 값을 갖는다. 예컨대, 각 인덕터(501-504)는 약 10nH 내지 약 200nH 범위의 값, 또는 일부 다른 값을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 네트워크(500)에 대한 최대 인덕턴스 값(즉, 모든 스위치들(511-514)이 열린 상태에 있는 경우)은 최대 인덕턴스 상태에 있을 때에 네트워크(500)에 존재할 수 있는 임의의 트레이스 인덕턴스 플러스 약 NxI일 것이다. 임의의 n개의 스위치가 닫힘 상태에 있을 때, 네트워크(500)에 대한 인덕턴스 값은 약 (N-n)xI(플러스 트레이스 인덕턴스)일 것이다. 이러한 실시예에서, 네트워크(500)의 상태는 N+1개의 인덕턴스 값들 중 임의의 값을 갖도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 인덕터들(501-504)은 서로 상이한 값을 가질 수 있다. 예컨대, 입력 노드(530)로부터 출력 노드(532)를 향해 이동하면, 제 1 인덕터(501)는 정규화된 인덕턴스 값 I을 가질 수 있고, 직렬의 각 후속 인덕터들(502-504)은 더 크거나 더 작은 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 예컨대, 각각의 후속 인덕터(502-504)는 가장 가까운 다운스트림 인덕터(502-503)의 인덕턴스 값의 배수(예를 들면, 약 2배)인 인덕턴스 값을 가질 수 있지만, 그 차가 반드시 정수의 배수이지 않을 수 있다. 이러한 실시예에서, 네트워크(500)의 상태는 2^N개의 인덕턴스 값들 중 임의의 값을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, N=4이고 각 인덕터(501-504)가 상이한 값을 갖는 경우, 네트워크(500)는 16개의 인덕턴스 값들 중 임의의 값을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제한하는 것이 아니라, 인덕터(501)의 값이 I이고, 인덕터(502)의 값이 2xI이고, 인덕터(503)의 값이 4xI이며, 인덕터(504)의 값이 8xI이라고 가정하면, 아래의 표 1은 네트워크(500)의 16개의 가능한 모든 상태에 대한 총 인덕턴스 값을 표시한다(트레이스 인덕턴스를 고려하지 않음):

표 1-모든 가능한 가변 인덕턴스 네트워크 상태에 대한 총 인덕턴스 값다시 도 4(a)를 참조하면, 가변 인덕턴스 네트워크(410)의 실시예는 상기한 예시적인 특성들(즉, N=4이고 각각의 연속적인 인덕터는 앞선 인덕터의 인덕턴스의 약 2배임)을 갖는 가변 인덕턴스 네트워크(500)의 형태로 구현될 수 있다. 최소 인덕턴스 상태에서의 트레이스 인덕턴스가 약 10nH이고, 네트워크(410)에 의해 달성 가능한 인덕턴스 값의 범위가 약 10nH(트레이스 인덕턴스) 내지 약 400nH라고 가정하면, 인덕터들(501-504)의 값은 각각 예를 들어 약 30nH, 약 50nH, 약 100nH, 및 약 200nH일 수 있다. 마찬가지로, 가변 인덕턴스 네트워크(411)의 실시예가 동일한 방식으로 구현될 때, 트레이스 인덕턴스가 약 50nH이고 네트워크(411)에 의해 달성 가능한 인덕턴스 값의 범위가 약 50nH(트레이스 인덕턴스) 내지 약 800nH라고 가정하면, 인덕터들(501-504)의 값은 각각 예를 들어 약 50nH, 약 100nH, 약 200nH, 및 약 400nH일 수 있다. 물론, 4개의 인덕터(501-504)보다 많거나 적은 인덕터가 가변 인덕턴스 네트워크(410, 411)에 포함될 수 있고, 각 네트워크(410, 411) 내의 인덕터들은 상이한 값을 가질 수 있다.

네트워크(500)에서의 스위칭된 인덕턴스의 수가 4와 같고, 각각의 인덕터(501-504)가 I 값의 일부 배수인 값을 갖는다고 상기 실시예가 특정하지만, 가변 인덕턴스 네트워크의 다른 실시예는 4개보다 많거나 적은 인덕터, 그 인덕터에 대한 상이한 상대 값, 상이한 개수의 가능한 네트워크 상태, 및/또는 인덕터들의 상이한 구성(예를 들면, 병렬 및/또는 직렬 결합된 인덕터들의 상이하게 연결된 세트)을 가질 수 있다. 어느 방식이든, 제상 시스템의 임피던스 매칭 네트워크에서 가변 인덕턴스 네트워크를 제공함으로써, 시스템은 제상 동작시에 존재하는 끊임없이 변하는 캐비티 플러스 부하 임피던스를 보다 잘 매칭할 수 있다.

도 4(b)는 실시예에 따라 가변-인덕턴스 임피던스 매칭 네트워크(400)(도 4(a)) 대신에 구현될 수 있는 단일 종단형 가변 용량성 매칭 네트워크(440)(예를 들면, 도 3의 가변 임피던스 매칭 네트워크(370))의 개략도이다. 가변 임피던스 매칭 네트워크(440)는 실시예에 따라 입력 노드(402), 출력 노드(404), 제 1 및 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(442, 446), 및 적어도 하나의 인덕터(454)를 포함한다. 제상 시스템(예를 들면, 도 3의 시스템(300))에 통합되는 경우, 입력 노드(402)는 RF 신호원(예를 들면, 도 3의 RF 신호원(320))의 출력에 전기적으로 결합되고, 출력 노드(404)는 제상 캐비티(예를 들면, 도 3의 제상 캐비티(360)) 내의 전극(예를 들면, 도 3의 제 1 전극(340))에 전기적으로 결합된다.

입력 및 출력 노드(402, 404) 사이에서, 가변 임피던스 매칭 네트워크(440)는 실시예에서 인덕터(454)와 직렬로 결합된 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442), 및 중간 노드(451)와 접지 기준 단자(예를 들면, 도 2의 접지된 격납 구조물(366)) 사이에 결합된 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(446)를 포함한다. 인덕터(454)는 실시예에서 비교적 낮은 주파수(예를 들어, 약 40.66MHz 내지 약 40.70MHz) 및 높은 전력(예를 들면, 약 50W 내지 약 500W) 동작을 위해 설계될 수 있다. 예컨대, 인덕터(454)는 약 200nH 내지 약 600nH의 범위의 값을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서 그 값이 더 낮고 및/또는 더 높을 수 있다. 실시예에 따르면, 인덕터(454)는 고정값의 집중형 인덕터(예를 들면, 코일)이다. 다른 실시예에서, 인덕터(454)의 인덕턴스 값은 가변적일 수 있다.

제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442)는 입력 노드(402)와 중간 노드(451) 사이에 결합되고, 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442)는 가변 임피던스 매칭 네트워크(440)의 "직렬 매칭부"라고 지칭될 수 있다. 실시예에 따르면, 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442)는 제 1 가변 캐패시터(444)와 병렬로 결합된 제 1 고정값 캐패시터(443)를 포함한다. 제 1 고정값 캐패시터(443)는 약 1 피코패럿(pF) 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 도 5(b)와 관련해서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제 1 가변 캐패시터(444)는 0pF 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스를 제공하기 위해 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 구성요소들의 네트워크를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442)에 의해 제공되는 총 캐패시턴스 값은 약 1pF 내지 약 200pF의 범위일 수 있지만, 그 범위는 더 작거나 더 높은 캐패시턴스 값으로 확장될 수 있다.

가변 임피던스 매칭 네트워크(440)의 "션트 매칭부"는, 노드(451)(제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442)와 집중형 인덕터(454) 사이에 위치됨)와 접지 기준 단자 사이에서 결합된 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(446)에 의해 제공된다. 실시예에 따르면, 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(446)는 제 2 가변 캐패시터(448)와 병렬로 결합된 제 2 고정값 캐패시터(447)를 포함한다. 제 2 고정값 캐패시터(447)는 실시예에서 약 1pF 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 도 5(b)와 관련해서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제 2 가변 캐패시터(448)는 0pF 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스를 제공하기 위해 선택적으로 함께 결합될 수 있는 용량성 구성요소들의 네트워크를 포함할 수 있다. 따라서, 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(446)에 의해 제공되는 총 캐패시턴스 값은 약 1pF 내지 약 200pF의 범위일 수 있지만, 이 범위는 또한 더 작거나 더 높은 캐패시턴스 값으로 확장될 수 있다. 제 1 및 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(442, 446)의 상태는 다수의 캐패시턴스 값을 제공하도록 변경될 수 있고, 그에 따라 캐비티 플러스 부하(예를 들면, 도 3의 캐비티(360) 플러스 부하(364))의 임피던스를 RF 신호원(예를 들면, 도 3의 RF 신호원(320))에 최적으로 매칭시키도록 구성될 수 있다.

도 5(b)는 실시예에 따라(예를 들면, 도 4(b)의 가변 캐패시터(444, 448)의 각 인스턴스에 대해) 가변 임피던스 매칭 네트워크에 통합될 수 있는 단일 종단형 가변 용량성 네트워크(540)의 개략도이다. 네트워크(540)는 입력 노드(531), 출력 노드(533), 및 입력 및 출력 노드(531, 533) 사이에서 서로 병렬 결합된 복수 개인 N개의 개별 캐패시터(541-544)를 포함하되, 여기서 N은 2와 10 사이의 정수, 또는 그 이상의 정수일 수 있다. 또한, 네트워크(540)는 복수 개인 N개의 바이패스 스위치(551-554)를 포함하되, 여기서 각 스위치(551-554)는 캐패시터들(541-544) 중 하나의 단자들 중 하나와 직렬로 결합된다. 스위치(551-554)는 예를 들어 트랜지스터, 기계식 릴레이 또는 기계식 스위치로서 구현될 수 있다. 각각의 스위치(551-554)의 전기 전도성 상태(즉, 열림 또는 닫힘)는 시스템 제어기(예를 들면, 도 3의 시스템 제어기(312))로부터 제어 신호(561-564)를 통해 제어된다. 도 5(b)에 도시된 실시예에 있어서, 각각의 병렬-결합 브랜치에서, 단일 스위치는 각 캐패시터의 단자들 중 하나에 연결되고, 스위치가 결합된 단자는 일련의 병렬-결합 캐패시터(541-544)를 가로질러서 하부 단자(예를 들면, 캐패시터(541 및 543)의 경우)와 상부 단자(예를 들면, 캐패시터(542 및 544)의 경우) 사이에서 교번된다. 다른 실시예에서, 스위치가 결합된 단자는 네트워크를 가로질러서 동일할 수 있고(예를 들면, 각 스위치는 각각의 병렬-결합 브랜치에서 양쪽이 아니라 상부 단자 또는 하부 단자에 결합됨), 또는 2개의 스위치는 각각의 병렬-결합 브랜치에서 각 캐패시터의 상부 및 하부 단자 양쪽에 결합될 수 있다. 후자의 실시예에서, 각 캐패시터에 결합된 2개의 스위치는 동기화된 방식으로 개폐되도록 제어될 수 있다.

도시된 실시예에서, 각각의 병렬-결합 브랜치에서의 각 직렬 캐패시터/스위치 조합의 경우, 그 대응하는 스위치가 닫힘 상태 또는 전도성 상태일 때에 실질적으로 모든 전류가 캐패시터를 통해 흐르고, 스위치가 열림 상태 또는 비전도성 상태일 때에는 실질적으로 제로 전류가 캐패시터를 통해 흐른다. 예컨대, 모든 스위치(551-554)가 닫힌 경우, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 입력 및 출력 노드(531, 533) 사이에 흐르는 실질적으로 모든 전류는 캐패시터(541-544)의 병렬 조합을 통해 흐른다. 이 구성은 네트워크(540)의 최대 캐패시턴스 상태(즉, 입력 및 출력 노드(531, 533) 사이에 최대 캐패시턴스 값이 존재하는 네트워크(540)의 상태)를 나타낸다. 반대로, 모든 스위치들(551-554)이 열린 경우, 입력 및 출력 노드(531, 533) 사이에 실질적으로 제로 전류가 흐른다. 이 구성은 네트워크(540)의 최소 캐패시턴스 상태(즉, 입력 및 출력 노드(531, 533) 사이에 최소 캐패시턴스 값이 존재하는 네트워크(540)의 상태)를 나타낸다.

모든 스위치(551-554)가 닫힌 최대 캐패시턴스 상태로부터 시작하면, 시스템 제어기는 캐패시터(541-544)의 대응하는 조합을 스위칭 아웃함으로써 네트워크(540)의 캐패시턴스를 감소시키기 위해 스위치(551-554)의 임의의 조합의 개방을 초래하는 제어 신호(561-564)를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 각 캐패시터(541-544)는 본 명세서에서 정규화된 값 J로 지칭되는 실질적으로 동일한 캐패시턴스 값을 갖는다. 예컨대, 각 캐패시터(541-544)는 약 1pF 내지 약 25pF 범위의 값, 또는 일부 다른 값을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 네트워크(540)에 대한 최대 캐패시턴스 값(즉, 모든 스위치(551-554)가 닫힘 상태에 있는 경우)은 약 NxJ일 것이다. 임의의 n개의 스위치가 열림 상태에 있는 경우, 네트워크(540)에 대한 캐패시턴스 값은 약 (N-n)xJ일 것이다. 이러한 실시예에서, 네트워크(540)의 상태는 캐패시턴스의 N+1 값들 중 임의의 값을 갖도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 캐패시터(541-544)는 서로 상이한 값을 가질 수 있다. 예컨대, 입력 노드(531)로부터 출력 노드(533)를 향해 이동하면, 제 1 캐패시터(541)는 정규화된 캐패시턴스 값 J를 가질 수 있고, 직렬의 각 후속 캐패시터(542-544)는 더 크거나 더 작은 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 예컨대, 각 후속 캐패시터(542-544)는 가장 가까운 다운스트림 캐패시터(541-543)의 캐패시턴스 값의 배수(예를 들면, 약 2배)인 캐패시턴스 값을 가질 수 있지만, 그 차이는 반드시 정수배가 아닐 수도 있다. 이러한 실시예에서, 네트워크(540)의 상태는 2^N 캐패시턴스 값들 중 임의의 값을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, N=4이고 각 캐패시터(541-544)가 상이한 값을 갖는 경우, 네트워크(540)는 16개의 캐패시턴스 값들 중 임의의 값을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제한적이지는 않지만, 캐패시터(541)가 J 값을 갖고, 캐패시터(542)가 2xJ 값을 갖고, 캐패시터(543)가 4xJ 값을 갖고, 캐패시터(544)가 8xJ 값을 갖는다고 가정하면, 네트워크(540)의 16개의 모든 가능한 상태에 대한 총 캐패시턴스 값은 상기 표 1과 유사한 표로 표시될 수 있다(J에 대해 I 값을 전환하는 것, 및 "열림" 및 "닫힘" 지정을 반대로 하는 것을 제외).

도 6은 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 3, 4(a)의 네트워크(370, 400))의 실시예에서의 복수의 인덕턴스가 캐비티 플러스 부하 임피던스를 RF 신호원에 어떻게 매칭시킬 수 있는지를 도시하는 스미스 차트(600)의 예이다. 도시되지는 않았지만, 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 3, 4(b)의 네트워크(370, 440))의 실시예에서의 복수의 캐패시턴스는 캐비티 플러스 부하 임피던스를 RF 신호원에 유사하게 매칭시킬 수 있다. 예시적인 스미스 차트(600)는 시스템이 50옴 시스템이고 RF 신호원의 출력이 50옴이라고 가정한다. 당업자는, 본 명세서에서의 설명에 기초하여, 스미스 차트가 상이한 특성 임피던스를 갖고서 시스템 및/또는 RF 신호원에 대해 어떻게 수정될 수 있는지를 이해할 것이다.

스미스 차트(600)에서, 포인트(601)는 부하(예를 들면, 도 3의 캐비티(360) 플러스 부하(364))가 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 3, 4(a)의 네트워크(370, 400))에 의해 제공되는 매칭이 없는 곳에(예를 들면, 제상 동작의 시작시에) 위치할 포인트에 대응한다. 스미스 차트(600)의 오른쪽 아래 사분면에서 부하 포인트(601)의 위치에 의해 표시된 바와 같이, 부하는 용량성 부하이다. 실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 네트워크의 션트 및 직렬 인덕턴스는, 부하로의 RF 에너지 전달이 최소 손실을 갖고서 일어날 수 있는 최적 매칭 포인트(606)(예를 들면, 50옴)를 향해 실질적-용량성 부하 임피던스를 순차적으로 이동시킨다. 보다 구체적으로, 도 4(a)를 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 최적 매칭 포인트(606)로 이동시킨다.

가변 임피던스 매칭 네트워크의 실시예에 의해 제공되는 임피던스 변환의 조합이 스미스 차트(600)의 오른쪽 아래 사분면 내에서 또는 그와 매우 가까운 임의의 포인트에서 임피던스를 유지한다는 것을 유의해야 한다. 스미스 차트(600)의 이 사분면이 비교적 높은 임피던스 및 비교적 낮은 전류를 특징으로 함에 따라, 임피던스 변환은 회로의 구성요소를 비교적 높고 잠재적으로 위험한 전류에 노출시키지 않고서 달성된다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "인덕터 전용" 매칭 네트워크의 다른 정의는, 단독으로 또는 주로 유도성 구성요소를 사용하여 용량성 부하의 임피던스 매칭을 가능하게 하는 매칭 네트워크일 수 있으며, 여기서 임피던스 매칭 네트워크는 스미스 차트의 오른쪽 아래 사분면 내에서 실질적으로 변환을 수행한다.

전술한 바와 같이, 제상 동작시에 부하의 임피던스가 변한다. 따라서, 포인트(601)는 제상 동작시에 그에 대응하여 이동한다. 포인트(601)의 이동은, 전술한 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 션트 인덕턴스(410, 411)의 임피던스를 변화시킴으로써 보상되므로, 가변 임피던스 매칭 네트워크에 의해 제공되는 최종 매칭은 여전히 최적 매칭 포인트(606) 또는 그 근방에 도달할 수 있다. 특정 가변 임피던스 매칭 네트워크가 본 명세서에서 예시 및 설명되었지만, 당업자는, 본 명세서의 설명에 기초하여, 상이하게 구성된 가변 임피던스 매칭 네트워크가 스미스 차트(600)에 의해 전달되는 것과 동일하거나 유사한 결과를 달성할 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 가변 임피던스 매칭 네트워크의 다른 실시예는 더 많거나 더 적은 션트 및/또는 직렬 인덕턴스를 가질 수 있고, 및/또는 인덕턴스들 중 상이한 것들은 가변 인덕턴스 네트워크(예를 들면, 직렬 인덕턴스들 중 하나 이상을 포함함)로서 구성될 수 있다. 따라서, 특정 가변 인덕턴스 매칭 네트워크가 본 명세서에서 예시 및 설명되었지만, 본 발명의 청구대상은 예시 및 설명된 실시예로 제한되지 않는다.

도 3-6과 관련된 설명은, RF 신호가 하나의 전극(예를 들면, 도 3의 전극(340))에 인가되고, 다른 "전극"(예를 들면, 도 3의 격납 구조물(366))이 접지되어 있는 "불균형" 제상 장치를 상세하게 논의한다. 상기한 바와 같이, 제상 장치의 다른 실시예는 "균형" 제상 장치를 포함한다. 이러한 장치에서, 균형 RF 신호는 양쪽 전극에 제공된다.

예컨대, 도 7은 실시예에 따른 균형 제상 시스템(700)(예를 들면, 도 1, 2의 제상 시스템(100, 210, 220))의 단순화된 블록도이다. 제상 시스템(700)은 실시예에서 RF 서브시스템(710), 제상 캐비티(760), 사용자 인터페이스(780), 시스템 제어기(712), RF 신호원(720), 전원 공급 및 바이어스 회로(726), 가변 임피던스 매칭 네트워크(770), 2개의 전극(740, 750), 및 전력 검출 회로(730)를 포함한다. 또한, 다른 실시예에서, 제상 시스템(700)은 온도 센서(들), 적외선(IR) 센서(들), 및/또는 중량 센서(들)(790)를 포함할 수 있지만, 이들 센서 구성요소들 중 일부 또는 전부가 제외될 수 있다. 도 7은 설명 및 기재의 편의를 위해 제상 시스템(700)의 단순화된 표현이고, 실제 실시예는 추가적인 기능 및 특징을 제공하기 위해 다른 디바이스 및 구성요소를 포함할 수 있으며, 및/또는 제상 시스템(700)은 보다 큰 전기 시스템의 부분일 수 있다는 것을 이해해야 한다.

사용자 인터페이스(780)는, 예를 들어 사용자가 제상 동작을 위한 파라미터(예를 들면, 제상될 부하의 특성, 등)와 관련해서 시스템으로의 입력을 제공할 수 있게 하는 제어 패널(예를 들면, 도 1, 2의 제어 패널(120, 214, 224)), 시작 및 취소 버튼, 기계식 제어(예를 들면, 도어/서랍 오픈 래치), 등에 대응할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스는 제상 동작의 상태(예를 들면, 카운트다운 타이머, 제상 동작의 진행 또는 완료를 표시하는 가시적 표시, 및/또는 제상 동작의 완료를 표시하는 가청음) 및 기타 정보를 나타내는 사용자 인식 가능한 출력을 제공하도록 구성될 수 있다.

RF 서브시스템(710)은, 실시예에서, 시스템 제어기(712), RF 신호원(720), 제 1 임피던스 매칭 회로(734)(본 명세서에서는 "제 1 매칭 회로"), 전원 공급 및 바이어스 회로(726), 및 전력 검출 회로(730)를 포함한다. 시스템 제어기(712)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서(예를 들면, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, ASIC, 등), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들면, RAM, ROM, 플래시, 다수의 레지스터, 등), 하나 이상의 통신 버스, 및 기타 구성요소를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(712)는 사용자 인터페이스(780), RF 신호원(720), 전원 공급 및 바이어스 회로(726), 전력 검출 회로(730)(또는 730' 또는 730''), 가변 매칭 서브시스템(770), 센서(들)(790)(포함된 경우), 및 펌프(792)(포함된 경우)에 동작 가능하고 통신 가능하게 결합된다. 시스템 제어기(712)는 사용자 인터페이스(780)를 통해 수신된 사용자 입력을 나타내는 신호를 수신하고, 전력 검출 회로(730)(또는 730' 또는 730'')로부터 RF 신호 반사 전력(및 가능하게는 RF 신호 순방향 전력)을 나타내는 신호를 수신하며, 센서(들)(790)로부터 센서 신호를 수신하도록 구성된다. 수신된 신호 및 측정에 응답하여, 나중에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 시스템 제어기(712)는 전원 공급 및 바이어스 회로(726) 및/또는 RF 신호원(720)의 RF 신호 생성기(722)에 제어 신호를 제공한다. 또한, 시스템 제어기(712)는(경로(716) 상에서) 가변 매칭 서브시스템(770)에 제어 신호를 제공하여, 서브시스템(770)이 서브시스템(770)의 가변 임피던스 매칭 회로(772)(본 명세서에서는 "가변 매칭 회로")의 상태 또는 구성을 변경할 수 있게 한다.

제상 캐비티(760)는 제상될 부하(764)가 배치될 수 있는 에어 캐비티에 의해 분리된 제 1 및 제 2 병렬 플레이트 전극(740, 750)을 갖는 용량성 제상 구성을 포함한다. 격납 구조물(766) 내에서, 제 1 및 제 2 전극(740, 750)(예를 들면, 도 1의 전극(140, 150))은 내부 제상 캐비티(760)(예를 들면, 도 2의 내부 캐비티(260))의 양측에서 서로에 대해 고정된 물리적 관계로 위치 설정된다. 실시예에 따르면, 전극(740, 750) 간의 거리(752)는 실시예에서 캐비티(760)를 서브-공진 캐비티로 되게 한다.

제 1 및 제 2 전극(740, 750)은 캐비티(760)를 가로질러서 거리(752)만큼 떨어져 있다. 다수의 실시예에서, 거리(752)는 약 0.10미터 내지 약 1.0미터의 범위에 있지만, 그 거리는 또한 더 작거나 더 클 수 있다. 실시예에 따르면, 거리(752)는 RF 서브시스템(710)에 의해 생성된 RF 신호의 하나의 파장보다 작다. 즉, 상기한 바와 같이, 캐비티(760)는 서브-공진 캐비티이다. 일부 실시예에서, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/2 미만이다. 다른 실시예에서, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/4 미만이다. 또 다른 실시예에서, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/8 미만이다. 또 다른 실시예에서, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/50 미만이다. 또 다른 실시예에서, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/100 미만이다.

일반적으로, 더 낮은 동작 주파수(예를 들면, 10MHz 내지 100MHz의 주파수)를 위해 설계된 시스템(700)은 하나의 파장의 더 작은 부분인 거리(752)를 갖도록 설계될 수 있다. 예컨대, 시스템(700)이 약 10MHz의 동작 주파수(약 30미터의 파장에 대응함)를 갖는 RF 신호를 생성하도록 설계되고 거리(752)가 약 0.5미터로 선택되는 경우, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/60이다. 반대로, 시스템(700)이 약 300MHz의 동작 주파수(약 1미터의 파장에 대응함)를 위해 설계되고 거리(752)가 약 0.5미터로 되도록 선택되는 경우, 거리(752)는 RF 신호의 하나의 파장의 약 1/2이다.

동작 주파수 및 전극(740, 750) 사이의 거리(752)가 서브-공진 내부 캐비티(760)를 정의하도록 선택되면, 제 1 및 제 2 전극(740, 750)은 용량적으로 결합된다. 보다 구체적으로, 제 1 전극(740)은 캐패시터의 제 1 플레이트와 유사할 수 있고, 제 2 전극(750)은 캐패시터의 제 2 플레이트와 유사할 수 있으며, 캐비티(760) 내의 부하(764), 배리어(762), 및 에어는 캐패시터 유전체와 유사할 수 있다. 따라서, 제 1 전극(740)은 이와 달리 본 명세서에서 "애노드"로 지칭될 수 있고, 제 2 전극(750)은 이와 달리 본 명세서에서 "캐소드"로 지칭될 수 있다.

본질적으로, 제 1 및 제 2 전극(740, 750)을 가로지르는 전압은 캐비티(760) 내의 부하(764)를 가열한다. 다수의 실시예에 따르면, RF 서브시스템(710)은 전극(740, 750)을 가로지르는 전압을, 일 실시예에서는 약 70볼트 내지 약 3000볼트의 범위로, 또는 다른 실시예에서는 약 3000볼트 내지 약 10,000볼트의 범위로 생성하는 RF 신호를 생성하도록 구성되지만, 시스템은 또한 전극(740, 750)을 가로지르는 더 낮거나 더 높은 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.

RF 서브시스템(710)의 출력, 보다 구체적으로 RF 신호원(720)의 출력은, 직렬로 연결된 복수의 도체(728-1, 728-2, 728-3, 728-4, 및 728-5)를 포함하고 집합적으로 송신 경로(728)로서 지칭되는 전도성 송신 경로를 통해 가변 매칭 서브시스템(770)에 전기적으로 결합된다. 실시예에 따르면, 전도성 송신 경로(728)는 "불균형" 부분 및 "균형" 부분을 포함하고, 여기서 "불균형" 부분은 불균형 RF 신호(즉, 접지에 대해 기준으로 되는 단일 RF 신호)를 운반하도록 구성되고, "균형" 부분은 균형 RF 신호(즉, 서로에 대해 기준으로 되는 2개의 신호)를 운반하도록 구성된다. 송신 경로(728)의 "불균형" 부분은 RF 서브시스템(710) 내의 불균형 제 1 및 제 2 도체(728-1, 728-2), 하나 이상의 커넥터(736, 738)(각각은 메일 및 피메일 커넥터 부분을 가짐), 및 커넥터(736, 738) 간에 전기적으로 결합된 불균형 제 3 도체(728-3)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 제 3 도체(728-3)는 동축 케이블을 포함하지만, 전기 길이는 또한 더 짧거나 더 길 수 있다. 다른 실시예에서, 가변 매칭 서브시스템(770)은 RF 서브시스템(710)과 함께 하우징될 수 있고, 이러한 실시예에서, 전도성 송신 경로(728)는 커넥터(736, 738) 및 제 3 도체(728-3)를 제외할 수 있다. 어느 방식이든, 전도성 송신 경로(728)의 "균형" 부분은, 실시예에서, 가변 매칭 서브시스템(770) 내의 균형 제 4 도체(728-4), 및 가변 매칭 서브시스템(770)과 전극(740, 750) 사이에 전기적으로 결합된 균형 제 5 도체(728-5)를 포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가변 매칭 서브시스템(770)은 장치의 입력에서 송신 경로의 불균형 부분(즉, 불균형 도체(728-1, 728-2, 및 728-3)를 포함하는 부분)을 통해 RF 신호원(720)으로부터 불균형 RF 신호를 수신하고, 불균형 RF 신호를 2개의 균형 RF 신호(예를 들면, 약 180도와 같이 120도 내지 240도의 위상차를 갖는 2개의 RF 신호)로 변환하며, 장치의 2개의 출력에서 2개의 균형 RF 신호를 생성하도록 구성된 장치를 하우징한다. 예컨대, 변환 장치는 일 실시예에서 밸룬(a balun)(744)일 수 있다. 균형 RF 신호는 균형 도체(728-4)를 통해 가변 매칭 회로(772)로, 궁극적으로는 균형 도체(728-5)를 통해 전극(740, 750)으로 전달된다.

다른 실시예에서, 도 7의 중앙에 점선 박스로 표시된 바와 같이, 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 다른 RF 신호 생성기(720')는 가변 매칭 회로(772)에 직접 결합될 수 있는(또는 다수의 중간 도체 및 커넥터를 통해 결합될 수 있는) 균형 도체(728-1') 상에서 균형 RF 신호를 생성할 수 있다. 이러한 실시예에서, 밸룬(774)은 시스템(700)으로부터 제외될 수 있다. 어느 방식이든, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 이중 종단형 가변 매칭 회로(772)(예를 들면, 도 8-10의 가변 매칭 회로(800, 900, 1000))는 균형 RF 신호를(예를 들면, 연결부(728-4 또는 728-1')를 통해) 수신하고, 이중 종단형 가변 매칭 회로(772)의 당시 구성에 대응하는 임피던스 변환을 수행하며, 연결부(728-5)를 통해 균형 RF 신호를 제 1 및 제 2 전극(740, 750)에 제공하도록 구성된다.

실시예에 따르면, RF 신호원(720)은 RF 신호 생성기(722) 및 전력 증폭기(724)(예를 들면, 하나 이상의 전력 증폭기 스테이지를 포함함)를 포함한다. 연결부(714)를 통해 시스템 제어기(712)에 의해 제공되는 제어 신호에 응답하여, RF 신호 생성기(722)는 ISM(산업, 과학, 및 의료) 대역에서 주파수를 갖는 발진 전기 신호를 생성하도록 구성되지만, 시스템은 또한 다른 주파수 대역에서의 동작을 지원하도록 수정될 수 있다. RF 신호 생성기(722)는 다수의 실시예에서 상이한 전력 레벨 및/또는 상이한 주파수의 발진 신호를 생성하도록 제어될 수 있다. 예컨대, RF 신호 생성기(722)는 약 10.0MHz 내지 약 100MHz 및/또는 약 100MHz 내지 약 3.0GHz의 범위에서 발진하는 신호를 생성할 수 있다. 일부 바람직한 주파수는 예를 들어 13.56MHz(+/-5%), 27.125MHz(+/-5%), 40.68MHz(+/-5%), 및 2.45GHz(+/-5 %)일 수 있다. 이와 달리, 발진 주파수는 상기 제공된 범위 또는 값보다 낮거나 높을 수 있다.

전력 증폭기(724)는 RF 신호 생성기(722)로부터 발진 신호를 수신하고, 전력 증폭기(724)의 출력에서 상당히 높은 전력 신호를 생성하기 위해 신호를 증폭하도록 구성된다. 예컨대, 출력 신호는 전력 레벨이 약 100와트 내지 약 400와트의 범위 또는 그보다 큰 전력 레벨을 갖지만, 전력 레벨은 또한 더 낮거나 더 높을 수 있다. 전력 증폭기(724)에 의해 인가되는 이득은 전원 공급 및 바이어스 회로(726)에 의해 증폭기(724)의 하나 이상의 스테이지에 제공되는 게이트 바이어스 전압 및/또는 드레인 바이어스 전압을 사용하여 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 전원 공급 및 바이어스 회로(726)는 시스템 제어기(712)로부터 수신된 제어 신호에 따라 각각의 RF 증폭기 스테이지의 입력 및/또는 출력(예를 들면, 게이트 및/또는 드레인)에 바이어스 및 공급 전압을 제공한다.

전력 증폭기는 하나 이상의 증폭 스테이지를 포함할 수 있다. 실시예에서, 증폭기(724)의 각 스테이지는 입력 단자(예를 들면, 게이트 또는 제어 단자) 및 2개의 전류 운반 단자(예를 들면, 소스 및 드레인 단자)를 갖는 FET와 같은 파워 트랜지스터로서 구현된다. 임피던스 매칭 회로(도시되지 않음)는, 다수의 실시예에서, 증폭기 스테이지들 중 일부 또는 전부의 입력(예를 들면, 게이트) 및/또는 출력(예를 들면, 드레인 단자)에 결합될 수 있다. 실시예에서, 증폭기 스테이지의 각 트랜지스터는 LDMOS FET를 포함한다. 그러나, 트랜지스터가 임의의 특정 반도체 기술로 제한되도록 의도되지 않으며, 다른 실시예에서, 각 트랜지스터가 GaN 트랜지스터, 다른 유형의 MOS FET 트랜지스터, BJT, 또는 다른 반도체 기술을 이용하는 트랜지스터로서 실현될 수 있음을 유의해야 한다.

도 7에서, 전력 증폭기 구성(724)은 특정한 방식으로 다른 회로 구성요소에 결합된 하나의 증폭기 스테이지를 포함하도록 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 전력 증폭기 구성(724)은(예를 들면, 도 3의 증폭기(324/325)의 실시예에서 도시된 바와 같이) 다른 증폭기 토폴로지를 포함할 수 있고 및/또는 증폭기 구성은 2개 이상의 증폭기 스테이지를 포함할 수 있다. 예컨대, 전력 증폭기 구성은 단일 종단형 증폭기, 이중 종단형(균형) 증폭기, 푸시풀 증폭기, 도허티 증폭기, 스위치 모드 전력 증폭기(SMPA), 또는 다른 유형의 증폭기의 다양한 실시예를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 7의 중앙의 점선 박스에 표시된 바와 같이, 다른 RF 신호 생성기(720')는 입력에서 RF 신호 생성기(722)로부터의 불균형 RF 신호를 수신하고, 상기 불균형 RF 신호를 증폭하며, 2개의 균형 RF 신호를 증폭기(724')의 2개의 출력에서 생성하도록 구성된 푸시풀 또는 균형 증폭기(724')를 포함할 수 있고, 여기서 상기 2개의 균형 RF 신호는 이후에 도체(728-1')를 통해 전극(740, 750)으로 전달된다. 이러한 실시예에서, 밸룬(774)은 시스템(700)으로부터 제외될 수 있고, 도체(728-1')는 가변 매칭 회로(772)에 직접 연결될 수 있다(또는 다수의 동축 케이블 및 커넥터 또는 다른 다중 도체 구조를 통해 연결될 수 있음).

제상 캐비티(760) 및 그 제상 캐비티(760)에 위치 설정된 임의의 부하(764)(예를 들면, 음식, 액체, 등)는 전극(740, 750)에 의해 내부 챔버(762)로 방출되는 전자기 에너지(또는 RF 전력)에 대한 누적 부하를 제공한다. 보다 구체적으로, 전술한 바와 같이, 제상 캐비티(760) 및 부하(764)는 본 명세서에서 "캐비티 플러스 부하 임피던스"로 지칭되는 임피던스를 시스템에 제공한다. 부하(764)의 온도가 증가함에 따라 캐비티 플러스 부하 임피던스는 제상 동작시에 변한다. 캐비티 플러스 부하 임피던스는 RF 신호원(720)과 전극(740, 750) 사이의 전도성 송신 경로(728)를 따라 반사된 신호 전력의 크기에 직접적인 영향을 미친다. 대부분의 경우에, 캐비티(760)로 전송된 신호 전력의 크기를 최대화하고, 및/또는 전도성 송신 경로(728)를 따라 반사 신호 대 순방향 신호 전력비를 최소화하는 것이 바람직하다.

RF 신호 생성기(720)의 출력 임피던스를 캐비티 플러스 부하 임피던스에 적어도 부분적으로 매칭시키기 위해, 제 1 매칭 회로(734)는 실시예에서 송신 경로(728)를 따라 전기적으로 결합된다. 제 1 매칭 회로(734)는 RF 신호원(720)의 임피던스(예를 들면, 약 10옴 미만)로부터 중간 임피던스(예를 들면, 50옴, 75옴, 또는 일부 다른 값)로 임피던스 변환을 수행하도록 구성된다. 제 1 매칭 회로(734)는 다양한 구성 중 임의의 구성을 가질 수 있다. 실시예에 따르면, 제 1 매칭 회로(734)는 고정된 구성요소(즉, 불변 구성요소 값을 갖는 구성요소)를 포함하지만, 제 1 매칭 회로(734)는 다른 실시예에서 하나 이상의 가변 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 매칭 회로(734)는 다수의 실시예에서 인덕턴스/캐패시턴스(LC) 네트워크, 직렬 인덕턴스 네트워크, 션트 인덕턴스 네트워크, 또는 대역 통과, 고역 통과 및 저역 통과 회로의 조합으로부터 선택된 임의의 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 본질적으로, 제 1 매칭 회로(734)는 RF 신호 생성기(720)의 출력 임피던스와 캐비티 플러스 부하 임피던스 사이의 중간 레벨로 임피던스를 상승시키도록 구성된다.

실시예에 따르면, 상기한 바와 같이, 전력 검출 회로(730)는 RF 신호원(720)의 출력과 전극(740, 750) 사이의 송신 경로(728)를 따라 결합된다. 특정 실시예에서, 전력 검출 회로(730)는 RF 서브시스템(710)의 일부를 형성하고, RF 신호원(720)과 커넥터(736) 사이의 도체(728-2)에 결합된다. 다른 실시예에서, 전력 검출 회로(730)는 송신 경로(728)의 임의의 다른 부분에, 예를 들어 도체(728-1)에, 도체(728-3)에, RF 신호원(720)(또는 밸룬(774))과 가변 매칭 회로(772) 사이의 도체(728-4)에, 또는 가변 매칭 회로(772)와 전극(들)(740, 750)(즉, 전력 검출 회로(730'')로 표시되는 바와 같이) 사이의 도체(728-5)에 결합될 수 있다. 간략화를 위해, 전력 검출 회로는 본 명세서에서 참조 번호 730으로 지칭되지만, 그 회로는 참조 번호 730 '및 730''로 표시된 바와 같이 다른 위치에서 위치 설정될 수 있다.

그것이 어디에 결합되든, 전력 검출 회로(730)는 RF 신호원(720)과 전극(들)(740, 750) 중 하나 또는 양쪽과의 사이에서 송신 경로(728)를 따라 이동하는 반사 신호(즉, 전극(들)(740, 750)으로부터 RF 신호원(720)을 향하는 방향으로 이동하는 반사 RF 신호)의 전력을 모니터링하고, 측정하고, 또는 다른 경우에는 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전력 검출 회로(730)는 또한 RF 신호원(720)과 전극(들)(740, 750) 사이에서 송신 경로(728)를 따라 이동하는 순방향 신호(즉, RF 신호원(720)으로부터 전극(들)(740, 750)을 향하는 방향으로 이동하는 순방향 RF 신호)의 전력을 검출하도록 구성된다.

연결부(732)를 통해, 전력 검출 회로(730)는 반사 신호 전력의 측정된 크기, 및 일부 실시예에서는 순방향 신호 전력의 측정된 크기를 또한 운반하는 시스템 제어기(712)에 신호를 공급한다. 순방향 및 반사 신호 전력 크기 모두가 운반되는 실시예에서, 시스템 제어기(712)는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비, 또는 S11 파라미터를 계산할 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 반사 신호 전력 크기가 반사 신호 전력 임계값을 초과하거나, 반사 신호 대 순방향 신호 전력비가 S11 파라미터 임계값을 초과하는 경우, 이는 시스템(700)이 캐비티 플러스 부하 임피던스에 적절하게 매칭되지 않는다는 것과, 캐비티(760) 내의 부하(764)에 의한 에너지 흡수가 차선적일 수 있다는 것을 나타낸다. 이러한 상황에서, 시스템 제어기(712)는 반사 신호 전력 또는 S11 파라미터를 원하는 레벨을 향해 또는 원하는 레벨 아래로(예를 들면, 반사 신호 전력 임계값 및/또는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비 임계값 아래로) 유도하도록 가변 매칭 회로(772)의 상태를 변경함으로써, 허용 가능한 매칭을 재설정하고 부하(764)에 의한 보다 최적의 에너지 흡수를 가능하게 하는 프로세스를 조직한다. 일부 사례에서, 이러한 임피던스 미스 매칭은 시스템(700) 내에서 발생하는 전기적 아킹을 나타낼 수 있고, 일부 실시예들에서 주어진 시간 구간 동안 S11 파라미터의 변화율을 결정하고 그 변화율을 사전 결정된 임계값과 비교함으로써 검증될 수 있다. S11 파라미터의 변화율이 사전 결정된 임계값을 초과하면, 시스템(700)은 실시예에서 아킹 조건을 정정하고자 시도하기 위해 가변 매칭 회로(772)의 구성요소 값을 수정할 수 있고, 또는 이와는 달리 전기적 아킹을 중지시키기 위해 RF 신호원(720)에 의한 RF 신호의 공급을(예를 들면, RF 신호의 공급의 전력을 감소시킴으로써) 차단하거나 수정할 수 있다.

보다 구체적으로, 시스템 제어기(712)는 제어 경로(716)를 통해 제어 신호를 가변 매칭 회로(772)에 제공할 수 있어, 가변 매칭 회로(772)가 회로 내의 하나 이상의 구성요소의 유도성, 용량성, 및/또는 저항성 값을 변화시킬 수 있다. 가변 매칭 회로(772)의 구성에 대한 조정은 바람직하게는 반사 신호 전력의 크기를 감소 시키고, 이는 S11 파라미터의 크기를 감소시키는 것과 부하(764)에 의해 흡수되는 전력을 증가시키는 것에 대응한다.

상기한 바와 같이, 가변 매칭 회로(772)는 부하(764)로의 RF 전력 전송을 가능한 최대로 최대화하도록 제상 캐비티(760) 플러스 부하(764)의 입력 임피던스를 매칭하는 데 사용된다. 제상 캐비티(760) 및 부하(764)의 초기 임피던스는 제상 동작의 시작시에 정확하게 공지되지 않을 수 있다. 또한, 부하(764)가 예열됨에 따라 제상 동작시에 부하(764)의 임피던스가 변한다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(712)는 가변 매칭 회로(772)에 제어 신호를 제공할 수 있어, 가변 매칭 회로(772)의 상태를 수정할 수 있게 한다. 이는, 비교적 낮은 반사-순방향 전력비를 갖고 그에 따라 부하(764)에 의한 RF 전력의 비교적 높은 흡수를 갖는 제상 동작의 시작시에, 시스템 제어기(712)가 가변 매칭 회로(772)의 초기 상태를 설정할 수 있게 한다. 또한, 이는 시스템 제어기(712)가 가변 매칭 회로(772)의 상태를 수정할 수 있게 하므로, 부하(764)의 임피던스의 변화에도 불구하고 제상 동작 전반에 걸쳐 적절한 매칭이 유지될 수 있다.

가변 매칭 회로(772)는 임의의 다양한 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 회로(772)는 다수의 실시예에서 인덕턴스/캐패시턴스(LC) 네트워크, 인덕턴스 전용 네트워크, 캐패시턴스 전용 네트워크, 또는 대역 통과, 고역 통과 및 저역 통과 회로의 조합으로부터 선택된 임의의 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 가변 매칭 회로(772)가 송신 경로(728)의 균형 부분에서 구현되는 실시예에서, 가변 매칭 회로(772)는 2개의 입력 및 2개의 출력을 갖는 이중 종단형 회로이다. 가변 매칭 회로가 송신 경로(728)의 불균형 부분에서 구현되는 다른 실시예에서, 가변 매칭 회로는 단일 입력 및 단일 출력을 갖는 단일 종단형 회로(예를 들면, 도 4(a), 4(b)의 매칭 회로(400 또는 440)와 유사함)일 수 있다. 보다 구체적인 실시예에 따르면, 가변 매칭 회로(772)는 가변 인덕턴스 네트워크(예를 들면, 도 8, 9의 이중 종단형 네트워크(800, 900))를 포함한다. 다른 보다 구체적인 실시예에 따르면, 가변 매칭 회로(772)는 가변 캐패시턴스 네트워크(예를 들면, 도 10의 이중 종단형 네트워크(1000))를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 가변 매칭 회로(772)는 가변 인덕턴스 및 가변 캐패시턴스 요소 모두를 포함할 수 있다. 가변 매칭 회로(772)에 의해 제공되는 인덕턴스, 캐패시턴스 및/또는 저항 값은 차례로 회로(772)에 의해 제공되는 임피던스 변환에 영향을 미치며, 나중에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 시스템 제어기(712)로부터의 제어 신호를 통해 설정된다. 어느 경우든, 캐비티(760) 내의 부하(764) 플러스 캐비티(760)의 계속 변화하는 임피던스를 동적으로 매칭시키기 위한 처리 동작의 과정을 통해 가변 매칭 회로(772)의 상태를 변경함으로써, 시스템 효율은 제상 동작 전반에 걸쳐서 높은 수준으로 유지될 수 있다.

가변 매칭 회로(772)는 임의의 매우 다양한 회로 구성을 가질 수 있고, 이러한 구성의 비제한적인 예가 도 8-10에 도시되어 있다. 예컨대, 도 8은 실시예에 따른 제상 시스템(예를 들면, 도 1, 2, 7의 시스템(100, 200, 700))에 통합될 수 있는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 회로(800)의 개략도이다. 실시예에 따르면, 가변 매칭 회로(800)는 고정값 및 가변 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함한다.

회로(800)는 이중 종단형 입력(801-1, 801-2)(입력(801)으로 지칭됨), 이중 종단형 출력(802-1, 802-2)(출력(802)으로 지칭됨), 및 입력(801)과 출력(802) 간의 사다리 구성에 연결된 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함한다. 예컨대, 시스템(700)에 연결될 때, 제 1 입력(801-1)은 균형 도체(728-4)의 제 1 도체에 연결될 수 있고, 제 2 입력(801-2)은 균형 도체(728-4)의 제 2 도체에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 출력(802-1)은 균형 도체(728-5)의 제 1 도체에 연결될 수 있고, 제 2 출력(802-2)은 균형 도체(728-5)의 제 2 도체에 연결될 수 있다.

도 8에 도시된 특정 실시예에서, 회로(800)는 입력(801-1)과 출력(802-1) 사이에 직렬로 연결된 제 1 가변 인덕터(811) 및 제 1 고정 인덕터(815), 입력(801-2)과 출력(802-2) 사이에 직렬로 연결된 제 2 가변 인덕터(816) 및 제 2 고정 인덕터(820), 입력들(801-1 및 801-2) 사이에 연결된 제 3 가변 인덕터(821), 및 노드들(825 및 826) 사이에 연결된 제 3 고정 인덕터(824)를 포함한다.

실시예에 따르면, 제 3 가변 인덕터(821)는 제 1 매칭 회로(예를 들면, 도 7의 회로(734))에 의해 수정된 바와 같이 RF 신호원(예를 들면, 도 7의 RF 신호원(720))의 임피던스를 매칭시키도록, 또는 보다 구체적으로 제 1 매칭 회로(예를 들면, 도 7의 회로(734))에 의해 수정된 바와 같이 최종 스테이지 전력 증폭기의 임피던스를 매칭키시도록 구성 가능한 "RF 신호원 매칭부"에 대응한다. 실시예에 따르면, 제 3 가변 인덕터(821)는 약 5nH 내지 약 200nH의 범위의 인덕턴스를 제공하기 위해 선택적으로 함께 결합될 수 있는 유도성 구성요소들의 네트워크를 포함하지만, 그 범위는 또한 더 낮거나 더 높은 인덕턴스 값으로 확장될 수 있다.

대조적으로, 가변 임피던스 매칭 네트워크(800)의 "캐비티 매칭부"는 제 1 및 제 2 가변 인덕터(811, 816) 및 고정 인덕터(815, 820 및 824)에 의해 제공된다. 제 1 및 제 2 가변 인덕터(811, 816)의 상태가 다수의 인덕턴스 값을 제공하도록 변경될 수 있기 때문에, 제 1 및 제 2 가변 인덕터(811, 816)는 캐비티 플러스 부하(예를 들면, 도 7의 캐비티(760) 플러스 부하(764))의 임피던스를 최적으로 매칭시키도록 구성 가능하다. 예컨대, 인덕터(811, 816)는 각각 약 10nH 내지 약 200nH의 범위의 값을 가질 수 있지만, 그 값들은 다른 실시예에서 더 낮고 및/또는 더 높을 수 있다.

또한, 고정 인덕터(815, 820, 824)는 약 50nH 내지 약 800nH의 범위의 인덕턴스 값을 가질 수 있지만, 그 인덕턴스 값은 또한 더 낮거나 더 높을 수 있다. 인덕터(811, 815, 816, 820, 821, 824)는 다수의 실시예에서 개별 인덕터, 분산형 인덕터(예를 들면, 인쇄 코일), 와이어본드, 송신 라인, 및/또는 다른 유도성 구성요소를 포함할 수 있다. 실시예에서, 쌍을 이루는 방식으로 가변 인덕터(811 및 816)가 동작되고, 이는 출력(802-1 및 802-2)으로 전달된 RF 신호가 균형을 이루는 것을 보장하기 위해 동작시에 그 인덕턴스 값이 임의의 주어진 시간에 서로 동일하도록 제어됨을 의미한다.

상기한 바와 같이, 가변 매칭 회로(800)는 송신 경로(728)의 균형 부분(예를 들어, 커넥터(728-4 및 728-5) 사이)을 따라 연결되도록 구성된 이중 종단형 회로이고, 다른 실시예는 송신 경로(728)의 불균형 부분을 따라 연결되도록 구성된 단일 종단형(즉, 하나의 입력 및 하나의 출력) 가변 매칭 회로를 포함할 수 있다.

회로(800)에서 인덕터(811, 816, 821)의 인덕턴스 값을 변화시킴으로써, 시스템 제어기(712)는 회로(800)에 의해 제공되는 임피던스 변환을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 인덕턴스 값 변화는 RF 신호원(720)과 캐비티 플러스 부하 임피던스 간의 전체적인 임피던스 매칭을 개선하고, 이로 인해 반사 신호 전력 및/또는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비가 감소해야 한다. 대부분의 경우에, 시스템 제어기(712)는 최대 전자기장 세기가 캐비티(760)에서 달성되고, 및/또는 최대량의 전력이 부하(764)에 의해 흡수되며, 및/또는 최소량의 전력이 부하(764)에 의해 반사되는 상태에서 회로(800)를 구성하려고 노력할 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크(900)의 개략도이다. 네트워크(900)는 이중 종단형 입력(901-1, 901-2)(입력(901)으로 지칭됨), 이중 종단형 출력(902-1, 902-2)(출력(902)으로 지칭됨), 및 입력(901)과 출력(902) 간의 사다리 구성에 연결된 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함한다. 사다리 구성은 입력(901-1)과 출력(902-1) 사이에 서로 직렬로 결합된 제 1 복수의 N개의 개별 인덕터(911-914)를 포함하고, 여기서 N은 2와 10 사이의 정수, 또는 그 보다 큰 정수일 수 있다. 사다리 구성은 또한 입력(901-2)과 출력(902-2) 사이에 서로 직렬로 결합된 제 2 복수의 N개의 개별 인덕터(916-919)를 포함한다. 추가적인 개별 인덕터(915, 920)는 중간 노드(925, 926)와 출력 노드(902-1, 902-2) 사이에서 결합될 수 있다. 또한, 사다리 구성은 입력(901-1 및 901-2) 사이에 서로 직렬로 결합된 제 3 복수의 개별 인덕터(921-923), 및 노드(925 및 926) 사이에 결합된 추가적인 개별 인덕터(924)를 포함한다. 예컨대, 인덕터(915, 920, 924) 각각은 약 50nH 내지 약 800nH 범위의 인덕턴스 값을 가질 수 있지만, 그 인덕턴스 값은 또한 더 낮거나 더 높을 수 있다.

인덕터(911-914)의 직렬 구성은 제 1 가변 인덕터(예를 들면, 도 8의 인덕터(811))로 간주될 수 있고, 인덕터(916-919)의 직렬 구성은 제 2 가변 인덕터(예를 들면, 도 8의 인덕터(816))로 간주될 수 있으며, 인덕터(921-923)의 직렬 구성은 제 3 가변 인덕터(예를 들면, 도 8의 인덕터(821))로 간주될 수 있다. "가변 인덕터"의 가변성을 제어하기 위해, 네트워크(900)는 복수의 바이패스 스위치(931-934, 936-939, 941, 및 943)를 포함하고, 여기서 각 스위치(931-934, 936-939, 941, 및 943)는 인덕터(911-914, 916-919, 921, 및 923) 중 하나의 단자들을 가로질러서 병렬로 결합되어 있다. 스위치(931-934, 936-939, 941, 및 943)는 예를 들어 트랜지스터, 기계식 릴레이 또는 기계식 스위치로서 구현될 수 있다. 각 스위치(931-934, 936-939, 941, 및 943)의 전기 전도성 상태(즉, 열림 또는 닫힘)는 시스템 제어기로부터의 제어 신호(예를 들면, 도 7의 연결부(716)를 통해 제공된 시스템 제어기(712)로부터의 제어 신호)를 사용하여 제어된다.

실시예에서, 입력(901)과 출력(902) 사이의 2개의 경로에서의 대응하는 인덕터 세트는 실질적으로 동일한 값을 갖고, 대응하는 인덕터 세트 각각에 대한 스위치의 전도성 상태는 쌍을 이루는 방식으로 동작되며, 이는 출력(902-1 및 902-2)으로 전달된 RF 신호가 균형을 이루고 있음을 보장하기 위해, 동작시에 스위치 상태가 임의의 주어진 시간에 서로 동일하도록 제어됨을 의미한다. 예컨대, 인덕터(911 및 916)는 실질적으로 동일한 값을 갖는 제 1의 "대응 인덕터 세트" 또는 "페어링된 인덕터"를 구성할 수 있고, 동작시에, 스위치(931 및 936)의 상태는 임의의 주어진 시간에 동일하도록 제어된다(예를 들면, 양쪽이 열림 또는 양쪽이 닫힘). 마찬가지로, 인덕터(912 및 917)는 쌍을 이루는 방식으로 동작되는 동일한 인덕턴스 값을 갖는 대응하는 제 2 인덕터 세트를 구성할 수 있고, 인덕터(913 및 918)는 쌍을 이루는 방식으로 동작되는 동일한 인덕턴스 값을 갖는 대응하는 제 3 인덕터 세트를 구성할 수 있으며, 인덕터(914 및 919)는 쌍을 이루는 방식으로 동작되는 동일한 인덕턴스 값을 갖는 대응하는 제 4 인덕터 세트를 구성할 수 있다.

각각의 병렬 인덕터/스위치 조합에 대하여, 그 대응하는 스위치가 열림 또는 비전도성 상태에 있을 때에 실질적으로 모든 전류는 인덕터를 통해 흐르고, 스위치가 닫힘 또는 전도성 상태에 있을 때에는 실질적으로 모든 전류가 스위치를 통해 흐른다. 예컨대, 모든 스위치(931-934, 936-939, 941 및 943)가 도 9에 도시된 바와 같이 열려 있으면, 입력 및 출력 노드(901-1, 902-1) 사이에 실질적으로 흐르는 모든 전류는 직렬의 인덕터(911-915)를 통해 흐르고, 입력 및 출력 노드(901-2, 902-2) 사이에 실질적으로 흐르는 모든 전류는(인덕터(921-923 또는 924)를 통해 흐르는 임의의 전류에 의해 수정되는 바와 같이) 직렬의 인덕터(916-920)를 통해 흐른다. 이 구성은 네트워크(900)의 최대 인덕턴스 상태(즉, 입력 및 출력 노드(901, 902) 사이에 최대 인덕턴스 값이 존재하는 네트워크(900)의 상태)를 나타낸다. 반대로, 모든 스위치(931-934, 936-939, 941, 및 943)가 닫히면, 입력 및 출력 노드(901, 902) 사이에 흐르는 실질적으로 모든 전류는 인덕터(911-914 및 916-919)를 바이패스하고, 대신에 스위치(931-934), 인덕터(915 또는 920), 및 입력 및 출력 노드(901, 902)와 스위치(931-934, 936-939) 사이의 전도성 상호 연결부를 통해 흐른다. 이 구성은 네트워크(900)의 최소 인덕턴스 상태(즉, 입력 및 출력 노드(901, 902) 사이에 최소 인덕턴스 값이 존재하는 네트워크(900)의 상태)를 나타낸다. 이상적으로 최소 인덕턴스 값은 거의 0 인덕턴스일 것이다. 그러나, 실제로는 스위치(931-934 또는 936-939), 인덕터(915 또는 920), 및 노드(901, 902)와 스위치(931-934 또는 936-939) 사이의 전도성 상호 연결부의 누적 인덕턴스로 인해 비교적 작은 인덕턴스가 최소 인덕턴스 상태로 존재한다. 예컨대, 최소 인덕턴스 상태에서, 스위치(931-934 또는 936-939)의 직렬 조합에 대한 트레이스 인덕턴스는 약 10nH 내지 약 400nH의 범위일 수 있지만, 트레이스 인덕턴스는 또한 더 작거나 더 클 수 있다. 또한, 더 크거나, 더 작거나, 실질적으로 유사한 트레이스 인덕턴스는 다른 네트워크 상태들 각각에도 내재되어 있을 수 있으며, 여기서 임의의 주어진 네트워크 상태에 대한 트레이스 인덕턴스는 전류가 주로 네트워크(900)를 통해 운반되는 일련의 도체 및 스위치의 인덕턴스의 합계이다.

모든 스위치(931-934, 936-939)가 열린 최대 인덕턴스 상태로부터 시작하면, 시스템 제어기는, 인덕터(911-914, 916-919)의 대응하는 조합을 바이패스함으로써 네트워크(900)의 인덕턴스를 감소시키기 위해, 스위치(931-934, 936-939)의 임의의 조합의 닫힘을 초래하는 제어 신호(951-954, 956-959)를 제공할 수 있다.

도 8의 실시예와 유사하게, 회로(900)에서, 제 1 및 제 2 복수의 개별 인덕터(911-914, 916-919) 및 고정 인덕터(924)는 회로의 "캐비티 매칭부"에 대응한다. 도 5(a)와 관련해서 상기한 실시예와 유사하게, 일 실시예에서, 각 인덕터(911-914, 916-919)는 본 명세서에서 정규화된 값 I로 지칭되는 실질적으로 동일한 인덕턴스 값을 갖는다. 예컨대, 각 인덕터(911-914, 916-919)는 약 1nH 내지 약 400nH의 범위의 값, 또는 일부 다른 값을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 입력 노드(901-1 및 902-2) 사이의 최대 인덕턴스 값, 및 입력 노드(901-2 및 902-2) 사이의 최대 인덕턴스 값(즉, 모든 스위치(931-934, 936-939)가 열림 상태에 있는 경우)은, 최대 인덕턴스 상태에 있을 때에 네트워크(900)에 존재할 수 있는 약 NxI, 플러스 임의의 트레이스 인덕턴스일 것이다. n개의 스위치가 닫힘 상태에 있는 경우, 대응하는 입력 노드와 출력 노드 사이의 인덕턴스 값은 약 (N-n)xI(플러스 트레이스 인덕턴스)일 것이다.

또한, 도 5(a)와 관련해서 설명한 바와 같이, 다른 실시예에서, 인덕터(911-914, 916-919)는 서로 상이한 값을 가질 수 있다. 예컨대, 입력 노드(901-1)로부터 출력 노드(902-1)를 향해 이동하면, 제 1 인덕터(911)는 정규화된 인덕턴스 값 I을 가질 수 있고, 직렬의 각 후속 인덕터(912-914)는 더 크거나 더 작은 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 마찬가지로, 입력 노드(901-2)로부터 출력 노드(902-2)를 향해 이동하면, 제 1 인덕터(916)는 정규화된 인덕턴스 값 I을 가질 수 있고, 직렬의 각 후속 인덕터(917-919)는 더 크거나 더 작은 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 예컨대, 각각의 후속 인덕터(912-914 또는 917-919)는 가장 가까운 다운스트림 인덕터(911-914 또는 916-918)의 인덕턴스 값의 배수(예를 들면, 약 2배 또는 절반)인 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 상기 표 1의 예는 입력 및 출력 노드(901-1 및 902-1) 사이의 제 1 직렬 인덕턴스 경로와, 입력 및 출력 노드(901-2 및 902-1) 사이의 제 2 직렬 인덕턴스 경로에도 적용된다. 보다 구체적으로, 인덕터/스위치 조합(911/931 및 916/956)은 각각 인덕터/스위치 조합(501/511)과 유사하고, 인덕터/스위치 조합(912/932 및 917/957)은 각각 인덕터/스위치 조합(502/512)과 유사하고, 인덕터/스위치 조합(913/933 및 918/958)은 각각 인덕터/스위치 조합(503/513)과 유사하며, 인덕터/스위치 조합(914/934 및 919/959)은 각각 인덕터/스위치 조합(504/514)과 유사하다.

최소 인덕턴스 상태에서 직렬 인덕터(911-914)를 통한 트레이스 인덕턴스가 약 10nH이고, 직렬 인덕터(911-914)에 의해 달성 가능한 인덕턴스 값의 범위가 약 10nH(트레이스 인덕턴스) 내지 약 400nH라고 가정하면, 인덕터(911-914)의 값은 예를 들어 각각 약 10nH, 약 20nH, 약 40nH, 약 80nH, 및 약 160nH일 수 있다. 직렬 인덕터(916-919)의 조합은 유사하게 또는 동일하게 구성될 수 있다. 물론, 4개의 인덕터(911-914 또는 916-919)보다 많거나 적은 인덕터가 입력 및 출력 노드(901-1/902-1 또는 901-2/902-2) 사이의 직렬 조합에 포함될 수 있고, 각 직렬 조합 내의 인덕터는 상기 주어진 예시적인 값과 상이한 값을 가질 수 있다.

대응하는 입력 및 출력 노드 사이의 각각의 직렬 조합에서 전환되는 인덕턴스의 수가 4와 같고, 각각의 인덕터(911-914, 916-919)가 I 값의 일부 배수인 값을 갖는다고 상기 실시예가 특정하고 있지만, 가변 직렬 인덕턴스 네트워크의 다른 실시예는 4개보다 많거나 적은 인덕터, 인덕터에 대한 상이한 상대적인 값, 및/또는 인덕터의 상이한 구성(예를 들면, 병렬 및/또는 직렬 결합된 인덕터들의 상이하게 연결된 세트)을 가질 수 있다. 어느 방식이든, 제상 시스템의 임피던스 매칭 네트워크에서 가변 인덕턴스 네트워크를 제공함으로써, 시스템은 제상 동작시에 존재하는 계속 변화하는 캐비티 플러스 부하 임피던스를 보다 잘 매칭할 수 있다.

도 8의 실시예와 같이, 제 3 복수의 개별 인덕터(921-923)는 회로의 "RF 신호원 매칭부"에 대응한다. 제 3 가변 인덕터는 인덕터(921-923)의 직렬 구성을 포함하고, 여기서 바이패스 스위치(941 및 943)는 인덕터(921 및 923)가 선택적으로 상기 직렬 구성에 연결되거나 제어 신호(961 및 963)에 기초하여 바이패스될 수 있게 한다. 실시예에서, 각 인덕터(921-923)는 동등한 값(예를 들면, 약 1nH 내지 약 100nH의 범위의 값)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 인덕터(921-923)는 서로 상이한 값을 가질 수 있다. 인덕터(922)는 바이패스 스위치(941 및 943)의 상태와 관계없이 입력 단자(901-1 및 901-2) 사이에 전기적으로 연결된다. 따라서, 인덕터(922)의 인덕턴스 값은 입력 단자(901-1 및 901-2) 사이의 베이스라인(즉, 최소) 인덕턴스로서 기능한다. 실시예에 따르면, 제 1 및 제 3 인덕터(921, 923)는 서로의 비율인 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 예컨대, 제 1 인덕터(921)가 정규화된 인덕턴스 값 J를 갖는 경우, 인덕터(923)는 다수의 실시예에서 2*J, 3*J, 4*J, 또는 일부 다른 비율의 값을 가질 수 있다.

도 10은 다른 실시예에 따라 제상 시스템(예를 들면, 도 1, 2, 7의 시스템(100, 200, 700))에 통합될 수 있는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 회로(1000)의 개략도이다. 일 실시예에 따른 매칭 회로(800, 900)(도 8 및 9)와 같이, 가변 매칭 회로(1000)는 고정값 및 가변 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함한다.

회로(1000)는 이중 종단형 입력(1001-1, 1001-2)(입력(1001)으로 지칭됨), 이중 종단형 출력(1002-1, 1002-2)(출력(1002)으로 지칭됨), 및 입력(1001)과 출력(1002) 사이에 연결된 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함한다. 예컨대, 시스템(700)에 연결될 때, 제 1 입력(1001-1)은 균형 도체(728-4)의 제 1 도체에 연결될 수 있고, 제 2 입력(1001-2)은 균형 도체(728-4)의 제 2 도체에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 출력(1002-1)은 균형 도체(728-5)의 제 1 도체에 연결될 수 있고, 제 2 출력(1002-2)은 균형 도체(728-5)의 제 2 도체에 연결될 수 있다.

도 10에 도시된 특정 실시예에서, 회로(1000)는 입력(1001-1)과 출력(1002-1) 사이에 직렬로 연결된 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(1011) 및 제 1 인덕터(1015), 입력(1001-2)과 출력(1002-2) 사이에 직렬로 연결된 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(1016) 및 제 2 인덕터(1020), 및 노드(1025 및 1026) 사이에 연결된 제 3 가변 캐패시턴스 네트워크(1021)를 포함한다. 인덕터(1015, 102)는, 비교적 낮은 주파수(예를 들면, 약 40.66MHz 내지 약 40.70MHz) 및 고전력(예를 들면, 약 50W 내지 약 500W) 동작을 위해 설계될 수 있음에 따라, 실시예에서 사이즈 및 인덕턴스 값 모두에서 비교적 크다. 예컨대, 인덕터(1015, 1020) 각각은 약 100nH 내지 약 1000nH의 범위(예를 들면, 약 200nH 내지 약 600nH의 범위)의 값을 가질 수 있지만, 그 값은 다른 실시예에서 더 낮고 및/또는 더 높을 수 있다. 실시예에 따르면, 인덕터(1015, 1020)는 고정값, 집중형 인덕터(예를 들면, 다른 실시예에서, 코일, 개별 인덕터, 분산형 인덕터(예를 들면, 인쇄 코일), 와이어본드, 송신 라인, 및/또는 다른 유도성 구성요소)이다. 다른 실시예에서, 인덕터(1015, 1020)의 인덕턴스 값은 가변적일 수 있다. 어느 경우든, 인덕터(1015, 1020)의 인덕턴스 값은 실시예에서 영구적으로(인덕터(1015, 1020)가 고정값일 때)) 또는 임의의 주어진 시간에(인덕터(1015, 1020)가 가변적일 때에 쌍을 이루는 방식으로 동작됨)실질적으로 동일하다.

제 1 및 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(1011, 1016)는 회로(1000)의 "직렬 매칭부"에 대응한다. 실시예에 따르면, 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(1011)는 제 1 가변 캐패시터(1013)와 병렬로 결합된 제 1 고정값 캐패시터(1012)를 포함한다. 제 1 고정값 캐패시터(1012)는 실시예에서 약 1pF 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 도 5(b)와 관련해서 전술한 바와 같이, 제 1 가변 캐패시터(1013)는 0pF 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스를 제공하기 위해 함께 선택적으로 결합될 수 있는 용량성 구성요소들의 네트워크를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(1011)에 의해 제공되는 총 캐패시턴스 값은 약 1pF 내지 약 200pF의 범위일 수 있지만, 그 범위는 또한 더 작거나 더 높은 캐패시턴스 값으로 확장될 수 있다.

마찬가지로, 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(1016)는 제 2 가변 캐패시터(1018)와 병렬로 결합된 제 2 고정값 캐패시터(1017)를 포함한다. 제 2 고정값 캐패시터(1017)는 실시예에서 약 1pF 내지 약 100pF의 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 도 5(b)와 관련해서 전술한 바와 같이, 제 2 가변 캐패시터(1018)는 0pF 내지 약 100pF 범위의 캐패시턴스를 제공하기 위해 함께 선택적으로 결합될 수 있는 용량성 구성요소들의 네트워크를 포함할 수 있다. 따라서, 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(1016)에 의해 제공되는 총 캐패시턴스 값은 약 1pF 내지 약 200pF의 범위일 수 있지만, 그 범위는 또한 더 작거나 더 높은 캐패시턴스 값으로 확장될 수 있다.

어떤 경우에도, 출력(1002-1 및 1002-2)에 제공된 신호의 균형을 보장하기 위해, 제 1 및 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(1011, 1016)의 캐패시턴스 값은 실시예에서 임의의 주어진 시간에 실질적으로 동일하도록 제어된다. 예컨대, 제 1 및 제 2 가변 캐패시터(1013, 1018)의 캐패시턴스 값이 제어될 수 있어, 제 1 및 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(1011, 1016)의 캐패시턴스 값은 임의의 주어진 시간에 실질적으로 동일하도록 제어될 수 있다. 제 1 및 제 2 가변 캐패시터(1013, 1018)는 쌍을 이루는 방식으로 동작하며, 이는 출력(1002-1 및 1002-2)으로 전달되는 RF 신호가 균형을 이루는 것을 보장하기 위해, 동작시에 그 캐패시턴스 값이 임의의 주어진 시간에 제어됨을 의미한다. 제 1 및 제 2 고정값 캐패시터(1012, 1017)의 캐패시턴스 값은 일부 실시예에서 실질적으로 동일할 수 있지만, 다른 경우에는 상이할 수 있다.

가변 임피던스 매칭 네트워크(1000)의 "션트 매칭부"는 제 3 가변 캐패시턴스 네트워크(1021) 및 고정형 인덕터(1015, 1020)에 의해 제공된다. 실시예에 따르면, 제 3 가변 캐패시턴스 네트워크(1021)는 제 3 가변 캐패시터(1024)와 병렬로 결합된 제 3 고정값 캐패시터(1023)를 포함한다. 제 3 고정값 캐패시터(1023)는 실시예에서 약 1pF 내지 약 500pF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 도 5(b)와 관련하여 전술한 바와 같이, 제 3 가변 캐패시터(1024)는 0pF 내지 약 200pF 범위의 캐패시턴스를 제공하기 위해 함께 선택적으로 결합될 수 있는 용량성 구성요소들의 네트워크를 포함할 수 있다. 따라서, 제 3 가변 캐패시턴스 네트워크(1021)에 의해 제공되는 총 캐패시턴스 값은 약 1pF 내지 약 700pF의 범위일 수 있지만, 그 범위는 또한 더 작거나 더 높은 캐패시턴스 값으로 확장될 수 있다.

가변 캐패시턴스 네트워크(1011, 1016, 1021)의 상태가 다수의 캐패시턴스 값을 제공하도록 변경될 수 있기 때문에, 가변 캐패시턴스 네트워크(1011, 1016, 1021)는 캐비티 플러스 부하(예를 들면, 도 7의 캐비티(760) 플러스 부하(764))의 임피던스를 RF 신호원(예를 들면, 도 7의 RF 신호원(720, 720'))에 최적으로 매칭시키도록 구성 가능하다. 회로(1000)에서 캐패시터(1013, 1018, 1024)의 캐패시턴스 값을 변화시킴으로써, 시스템 제어기(예를 들면, 도 7의 시스템 제어기(712))는 회로(1000)에 의해 제공되는 임피던스 변환을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 캐패시턴스 값 변화는 RF 신호원(720)과 캐비티 플러스 부하의 임피던스 사이의 전체적인 임피던스 매칭을 개선하고, 이에 의해 반사 신호 전력 및/또는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비를 감소시켜야 한다. 대부분의 경우에, 시스템 제어기(712)는 캐비티(760)에서 최대 전자기장 세기가 달성되고, 및/또는 최대량의 전력이 부하(764)에 의해 흡수되며, 및/또는 최소량의 전력이 부하(764)에 의해 반사되는 상태에서 회로(1000)를 구성하고자 노력할 수 있다.

도 8-10에 도시된 가변 임피던스 매칭 회로(800, 900, 100)는 원하는 이중 종단형 가변 임피던스 변환을 수행할 수 있는 3가지 가능한 회로 구성일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 회로의 다른 실시예는 상이하게 배열된 유도성 또는 용량성 네트워크를 포함할 수 있거나, 인덕터, 캐패시터, 및/또는 레지스터의 다양한 조합을 포함하는 수동형 네트워크를 포함할 수 있으며, 여기서 수동형 구성요소들 중 일부는 고정값 구성요소일 수 있고, 수동형 구성요소들 중 일부는 가변 값 구성요소(예를 들면, 가변 인덕터, 가변 캐패시터, 및/또는 가변 레지스터)일 수 있다. 또한, 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 회로는 수동형 구성요소를 네트워크 내외부로 스위칭하여 회로에 의해 제공되는 전체적인 임피던스 변환을 변경하는 능동형 디바이스(예를 들면, 트랜지스터)를 포함할 수 있다.

제상 시스템의 특정한 물리적 구성을 도 11과 관련해서 이제 설명할 것이다. 보다 구체적으로, 도 11은 실시예에 따른 제상 시스템(1100)의 측단면도이다. 제상 시스템(1100)은 일반적으로 실시예에서 제상 캐비티(1174), 사용자 인터페이스(도시되지 않음), 시스템 제어기(1130), RF 신호원(1120), 전원 공급 및 바이어스 회로(도시되지 않음), 전력 검출 회로(1180), 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160), 제 1 전극(1170), 및 제 2 전극(1722)을 포함한다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(1130), RF 신호원(1120), 전원 공급 및 바이어스 회로, 및 전력 검출 회로(1180)는 제 1 모듈(예를 들면, 도 13의 RF 모듈(1300))의 부분들을 형성할 수 있고, 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160)는 제 2 모듈(예를 들면, 도 12(a), 12(b)의 모듈(1200 또는 1240))의 부분들을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제상 시스템(1100)은 중량 센서(들)(1190), 온도 센서(들), 및/또는 IR 센서(들)(1921)를 포함할 수 있다.

제상 시스템(1100)은 실시예에서 격납 구조물(1150) 내에 포함된다. 실시예에 따르면, 격납 구조물(1150)은 제상 캐비티(1174) 및 회로 하우징 영역(1178)과 같은 2개 이상의 내부 영역을 형성할 수 있다. 격납 구조물(1150)은 하부, 상부, 및 측부 벽을 포함한다. 격납 구조물(1150)의 일부 벽들의 내부 표면들 중 일부는 제상 캐비티(1174)를 형성할 수 있다. 제상 캐비티(1174)는 제상될 부하(1164)가 배치될 수 있는 에어 캐비티에 의해 분리되어 있는 제 1 및 제 2 병렬 플레이트 전극(1170, 1172)을 갖는 용량성 제상 구성을 포함한다. 예컨대, 제 1 전극(1170)은 에어 캐비티 위에 위치 설정될 수 있고, 제 2 전극(1172)은 단일 종단형 시스템의 실시예에서 격납 구조물(1150)의 전도성 부분(예를 들면, 격납 구조물(1150)의 하부 벽의 부분)에 의해 제공될 수 있다. 이와 달리, 단일 또는 이중 종단형 시스템의 실시예에서, 제 2 전극(1172)은 도시된 바와 같이 격납 구조물(1150)과는 별개인 전도성 플레이트로부터 형성될 수 있다. 실시예에 따르면, 비전기 전도성 지지 구조물(들)(1154)은 에어 캐비티 위에 제 1 전극(1170)을 매달고, 격납 구조물(1150)로부터 제 1 전극(1170)을 전기적으로 격리시키며, 에어 캐비티에 대해 고정된 물리적 배향으로 제 1 전극(1170)을 유지하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 부하(1164)와 제 2 전극(1172) 사이의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 비전도성 지지 및 배리어 구조물(1156)은 격납 구조물(1150)의 하부 표면 상에서 위치 설정될 수 있다.

실시예에 따르면, 격납 구조물(1150)은 적어도 부분적으로 전도성 재료로 형성되고, 격납 구조물의 전도성 부분(들)은 시스템의 다양한 전기 구성요소에 대한 접지 기준을 제공하도록 접지될 수 있다. 이와 달리, 제 2 전극(1172)에 대응하는 격납 구조물(1150)의 적어도 일부는 전도성 재료로 형성되고 접지될 수 있다.

시스템(1100)에 포함될 때, 중량 센서(들)(1190)는 부하(1162) 아래에 위치 설정된다. 중량 센서(들)(1190)는 부하(1164)의 중량 추정치를 시스템 제어기(1130)에 제공하도록 구성된다. 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)(1921)는 제상 동작 전에, 제상 동작시에, 및 제상 동작 후에 모두에서 부하(1164)의 온도가 감지되게 할 수 있는 위치에 위치 설정될 수 있다. 실시예에 따르면, 온도 센서(들) 및/또는 IR 센서(들)(1922)는 부하 온도 추정치를 시스템 제어기(1130)에 제공하도록 구성된다.

시스템 제어기(1130), RF 신호원(1120), 전원 공급 및 바이어스 회로(도시되지 않음), 전력 검출 회로(1180), 및 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160)의 다양한 구성요소 중 일부 또는 전부는, 실시예에서, 격납 구조물(1150)의 회로 하우징 영역(1178) 내의 하나 이상의 공통 기판(예를 들면, 기판(1152))에 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 나열된 모든 구성요소 중 일부는 RF 모듈(예를 들면, 도 13의 RF 모듈(1300)) 및 가변 임피던스 매칭 회로 모듈(예를 들면, 도 12(a), 12(b)의 모듈(1200 또는 1240)의 변형물)에 포함될 수 있어, 격납 구조물(1150)의 회로 하우징 영역(1178) 내에 하우징된다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기(1130)는 공통 기판(1152) 상의 또는 내부의 다수의 전도성 상호 연결부를 통해, 및/또는 도시되지 않은 다수의 케이블(예를 들면, 동축 케이블)을 통해, 사용자 인터페이스, RF 신호원(1120), 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160), 및 전력 검출 회로(1180)에 결합된다. 또한, 전력 검출 회로(1180)는 실시예에서 RF 신호원(1120)의 출력과 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160)의 입력 사이의 송신 경로(1148)를 따라 결합된다. 예컨대, 기판(1152)(또는 RF 모듈(1300) 또는 가변 임피던스 매칭 네트워크 모듈(1200, 1240)을 형성하는 기판)은 마이크로파 또는 RF 라미네이트, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 기판, 인쇄 회로 기판(PCB) 재료 기판(예를 들면, FR-4), 알루미나 기판, 세라믹 타일, 또는 다른 유형의 기판을 포함할 수 있다. 다수의 대안적인 실시예에서, 구성요소들 중 다양한 구성요소는 기판과 구성요소 사이의 전기적 상호 연결부를 통해 상이한 기판에 결합될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 구성요소들 중 일부 또는 전부는 별개의 기판에 결합되는 것이 아니라 캐비티 벽에 결합될 수 있다.

단일 종단형 또는 이중 종단형 실시예에서, 제 1 전극(1170)은 실시예에서 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160) 및 송신 경로(1148)를 통해 RF 신호원(1120)에 전기적으로 결합된다. 이중 종단형 실시예에서, 제 2 전극(1172)은 또한 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160) 및 송신 경로(1148)를 통해 RF 신호원(1120)에 전기적으로 결합된다. 상기한 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160)의 단일 종단형 실시예는 단일 종단형 가변 인덕턴스 네트워크(예를 들면, 도 4(a)의 네트워크(400)) 또는 단일 종단형 가변 캐패시턴스 네트워크(예를 들면, 도 4(b)의 네트워크(440))를 포함할 수 있다. 이와 달리, 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160)의 이중 종단형 실시예는 이중 종단형 가변 인덕턴스 네트워크(예를 들면, 도 8, 9의 네트워크(800, 900)) 또는 이중 종단형 가변 캐패시턴스 네트워크(예를 들면, 도 10의 네트워크(1000))를 포함할 수 있다. 실시예에서, 가변 임피던스 매칭 네트워크(1160)는 모듈(예를 들면, 도 12(a), 12(b)의 모듈(1200, 1240) 중 하나)로서 구현되거나, 혹은 공통 기판(1152)에 결합되고 회로 하우징 영역(1178) 내에 위치된다. 전도성 구조물(예를 들면, 전도성 비아, 트레이스, 케이블, 와이어, 및 기타 구조물)은 회로 하우징 영역(1178) 내의 회로와 전극(1170, 1172) 사이의 전기 통신을 제공할 수 있다.

다수의 실시예에 따르면, 본 명세서에서 논의된 단일 종단형 또는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크와 관련된 회로는 하나 이상의 모듈의 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 "모듈"은 공통 기판에 결합된 전기적 구성요소들의 어셈블리로서 본 명세서에서 정의된다. 예컨대, 도 12(a) 및 12(b)는 2개의 실시예에 따라 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 8-10의 네트워크(800, 900, 1000))를 포함하는 모듈(1200, 1240)의 예시에 대한 사시도이다. 보다 구체적으로, 도 12(a)는 가변 인덕턴스 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 8, 9의 네트워크(800, 900))를 하우징하는 모듈(1200)을 도시하고, 도 12(b)는 가변 캐패시턴스 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 10의 네트워크(1000))를 하우징하는 모듈(1240)을 도시한다.

각각의 모듈(1200, 1240)은 전면부측(1206, 1246) 및 반대 후면부측(1208, 1248)을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)(1204, 1244)을 포함한다. PCB(1204, 1244)는 하나 이상의 유전체층, 및 2개 이상의 인쇄 전도성층으로부터 형성된다. 전도성 비아(도 12(a), 12(b)에서는 보이지 않음)는 다수의 전도성층 간의 전기적 연결부를 제공할 수 있다. 전면부측(1206, 1246)에서, 제 1 인쇄 전도성층으로부터 형성된 복수의 인쇄 전도성 트레이스는 PCB(1204, 1244)의 전면부측(1206, 1246)에 결합된 다수의 구성요소 간의 전기적 연결부를 제공한다. 마찬가지로, 후면부측(1208, 1248)에서, 제 2 인쇄 전도성층으로부터 형성된 복수의 인쇄 전도성 트레이스는 PCB(1204, 1244)의 후면부측(1208, 1248)에 결합된 다수의 구성요소 간의 전기적 연결부를 제공한다.

실시예에 따르면, 각각의 PCB(1204, 1244)는 RF 입력 커넥터(1238, 1278)(예를 들면, 후면부측(1208, 1248)에 결합됨에 따라 도 12(a), 12(b)의 도면에서는 보이지 않지만, 도 7의 커넥터(738)에 대응함) 및 밸룬(1274, 1284)(예를 들면, 후면부측(1208, 1248)에 결합됨에 따라 도 12(a), 12(b)의 도면에서는 보이지 않지만, 도 7의 밸룬(774)에 대응함)을 하우징한다. 입력 커넥터(1238, 1278)는 동축 케이블 또는 다른 유형의 도체와 같은 연결부(예를 들면, 도 7의 연결부(728-3))를 갖는 RF 서브시스템(예를 들면, 도 3, 7의 서브시스템(310, 710))에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이러한 실시예에서, RF 입력 커넥터(1238, 1278)로부터 밸룬(1274, 1284)에 의해 수신된 불균형 RF 신호는 균형 신호로 변환되고, 상기 균형 신호는 한 쌍의 균형 도체(예를 들면, 도 7의 연결부(728-4))를 통해 제 1 및 제 2 입력(1201-1, 1201-2 또는 1241-1, 1242-2)을 포함하는 이중 종단형 입력에 제공된다. 입력 커넥터(1238, 1278)와 밸룬(1274, 1284) 사이의 연결부, 및 밸룬(1274, 1284)와 입력(1201-1, 1201-2, 1241-1, 1241-2) 사이의 연결부는 각각 PCB(1204, 1244) 상에 또한 그 안에 형성된 전도성 트레이스 및 비아를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기한 바와 같이, 다른 실시예는 입력(1201-1, 1201-2, 1241-1, 1241-2)에 직접 결합될 수 있는 연결부(예를 들면, 도 7의 도체(728-1') 상에서 균형 신호를 생성하는 균형 증폭기(예를 들면, 도 7의 균형 증폭기(724')를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 밸룬(1274, 1284)은 모듈(1200, 1240)로부터 제외될 수 있다.

또한, 각각의 PCB(1204, 1244)는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 7-10의 네트워크(772, 800, 900, 1000))와 관련된 회로를 하우징한다. 가변 인덕턴스 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 8, 9의 네트워크(800, 900))를 하우징하는 모듈(1200)에 대응하는 도 12(a)를 먼저 참조하면, PCB(1204)에 의해 하우징된 회로는 이중 종단형 입력(1201-1, 1201-2)(예를 들면, 도 9의 입력(901-1, 901-2)), 이중 종단형 출력(1202-1, 1202-2)(예를 들면, 도 9의 출력(902-1, 902-2)), 이중 종단형 입력의 제 1 입력(1201-1)과 이중 종단형 출력의 제 1 출력(1202-1) 사이에 직렬로 결합된 제 1 복수의 인덕터(1211, 1212, 1213, 1214, 1215)(예를 들면, 도 9의 인덕터(911-915)), 이중 종단형 입력의 제 2 입력(1201-2)과 이중 종단형 출력의 제 2 출력(1202-2) 사이에 직렬로 결합된 제 2 복수의 인덕터(1216, 1217, 1218, 1219, 1220)(예를 들면, 도 9의 인덕터(916-920)), 제 1 및 제 2 입력(1201-1, 1201-2) 사이에 직렬로 결합된 제 3 복수의 인덕터(예를 들면, 도 12의 도면에서는 보이지 않지만, 도 9의 인덕터(921-923)에 대응함), 및 노드(1225 및 1226)(예를 들면, 노드(925, 926)) 사이에 결합된 하나 이상의 추가적인 인덕터(1224)(예를 들면, 도 9의 인덕터(924))를 포함한다.

복수의 스위치 또는 릴레이(예를 들면, 도 12의 도면에서는 보이지 않지만, 도 9의 스위치(931-934, 936-939, 941, 943)에 대응함)는 또한 PCB(1204)에 결합된다. 예컨대, 복수의 스위치 또는 릴레이는 PCB(1204)의 전면부측(1206) 또는 후면부측(1208)에 결합될 수 있다. 각각의 스위치 또는 릴레이는 실시예에서 인덕터(1211-1214, 1216-1219) 중 하나, 또는 입력(1202-1 또는 1202-2) 간의 인덕터(예를 들면, 도 9의 인덕터(921, 923)) 중 하나를 가로질러 병렬로 전기적으로 연결된다. 제어 커넥터(1230)는 PCB(1204)에 결합되고, 제어 커넥터(1230)의 도체는 제어 신호(예를 들면, 도 9의 제어 신호(951-954, 956-959, 961, 963))를 스위치에 제공하고 그에 따라 전술한 바와 같이 인덕터를 회로의 내부 또는 외부로 스위칭하기 위해 전도성 트레이스(1232)에 전기적으로 결합된다. 도 12(a)에 도시된 바와 같이, 고정값 인덕터(1215, 1220)(예를 들면, 도 9의 인덕터(915, 920))는 비교적 큰 코일로 형성될 수 있지만, 다른 구조물을 사용하여 구현될 수도 있다. 또한, 도 12(a)의 실시예에서 도시된 바와 같이, 출력(1202-1, 1202-2)에 대응하는 전도성 특징부는 비교적 클 수 있으며, 시스템의 전극(예를 들면, 도 7의 전극(740, 750))으로의 직접적인 부착을 위해 연장될 수 있다.

이제, 가변 캐패시턴스 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 10의 네트워크(1000))를 하우징하는 모듈(1240)에 대응하는 도 12(b)를 참조하면, PCB(1244)에 의해 하우징된 회로는 이중 종단형 입력(1241-1, 1241-2)(예를 들면, 도 10의 입력(1001-1, 1001-2)), 이중 종단형 출력(1222-1, 1242-2)(예를 들면, 도 10의 출력(1002-1, 1002-2)), 이중 종단형 입력의 제 1 입력(1241-1)과 제 1 중간 노드(1265)(예를 들면, 도 10의 노드(1025)) 사이에 결합된 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(예를 들면, 도 10의 네트워크(1011))를 포함하는 제 1 복수의 캐패시터(1251, 1252)(예를 들면, 도 10의 캐패시터(1012, 1013)), 이중 종단형 입력의 제 2 입력(1241-2)과 제 2 중간 노드(1266)(예를 들면, 도 10의 노드(1026)) 사이에 결합된 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(예를 들면, 도 10의 네트워크(1016))를 포함하는 제 2 복수의 캐패시터(1256, 1257)(예를 들면, 도 10의 캐패시터(1017, 1018)), 노드(1265, 1266)(예를 들면, 노드(1025, 1026)) 간에 결합된 제 3 복수의 캐패시터(1258, 1259)(예를 들면, 도 10의 캐패시터(1023, 1024)), 및 노드(1265 및 1266)와 출력(1242-1, 1242-2) 사이에 결합된 하나 이상의 추가적인 인덕터(1255, 1260)(예를 들면, 도 10의 인덕터(1015, 1020))를 포함한다.

제 1, 제 2 및 제 3 복수의 캐패시터 각각은 고정 캐패시터(1251, 1256, 1258)(예를 들면, 도 10의 캐패시터(1012, 1017, 1023)), 및 가변 캐패시터(예를 들면, 가변 캐패시터(1013, 1018, 1024))를 구성하는 하나 이상의 캐패시터(1252, 1257, 1259)의 세트를 포함한다. 가변 캐패시터(1252, 1257, 1259)의 각각의 세트는 도 5의 네트워크(500)와 같은 용량성 네트워크를 사용하여 구현될 수 있다. 복수의 스위치 또는 릴레이(예를 들면, 도 12(b)의 도면에서는 보이지 않지만, 예를 들어 도 5의 스위치(551-554)에 대응함))는 또한 PCB(1244)에 결합된다. 예컨대, 복수의 스위치 또는 릴레이는 PCB(1244)의 전방측(1246) 또는 후방측(1248)에 결합될 수 있다. 각각의 스위치 또는 릴레이는 가변 캐패시터(1252)와 연관된 캐패시터들 중 상이한 것의 단자와 직렬로 연결된다. 제어 커넥터(1290)는 PCB(1244)에 결합되고, 제어 커넥터의 도체(도 12(b)에 도시되지 않음)는 제어 신호(예를 들면, 도 5의 제어 신호(561-564))를 스위치에 제공하고 그에 따라 전술한 바와 같이 회로의 내부로 또는 외부로 캐패시터를 스위칭하기 위해 PCB(1244) 내의 전도성 트레이스에 전기적으로 결합된다.

도 12(b)에 도시된 바와 같이, 고정값 인덕터(1255, 1260)(예를 들면, 도 10의 인덕터(1015, 1020))는 중간 노드(1265 및 1266)와 출력(1242-1, 1242-2) 사이에 전기적으로 결합된다. 인덕터(1255, 1260)는 비교적 큰 코일로 형성될 수 있지만, 다른 구조물을 사용해서도 구현될 수 있다. 또한, 도 12(b)의 실시예에 도시된 바와 같이, 출력(1242-1, 1242-2)에 대응하는 전도성 특징부는 비교적 클 수 있으며, 시스템의 전극(예를 들면, 도 7의 전극(740, 750))으로의 직접적인 부착을 위해 연장될 수 있다. 실시예에 따르면, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 인덕터(1255, 1260)는 그것들의 주요 축들이 서로 직교하도록 배열된다(즉, 인덕터(1255, 1260)의 중심을 통해 연장되는 축들이 약 90도 각도로 됨). 이는 인덕터들(1255, 1260) 사이에서 상당히 감소된 전자기 결합을 야기할 수 있다. 다른 실시예에서, 인덕터(1255, 1260)은 그것들의 주요 축들이 평행하도록 배열될 수 있거나, 다른 각도 오프셋으로 배열될 수 있다.

다수의 실시예에서, RF 서브시스템(예를 들면, 도 3, 7의 RF 서브시스템(310, 710))과 관련된 회로는 또한 하나 이상의 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 13은 실시예에 따른 RF 서브시스템(예를 들면, 도 3, 7의 RF 서브시스템(310, 710))을 포함하는 RF 모듈(1300)의 사시도이다. RF 모듈(1300)은 접지 기판(1304)에 결합된 PCB(1302)를 포함한다. 접지 기판(1304)은 PCB(1302)에 대한 구조적 지지를 제공하고, PCB(1302)에 결합된 다수의 전기 구성요소에 대한 전기 접지 기준 및 히트 싱크 기능을 또한 제공한다.

실시예에 따르면, PCB(1302)는 RF 서브시스템(예를 들면, 도 3, 7의 서브시스템(310 또는 710))과 관련된 회로를 하우징한다. 따라서, PCB(1302)에 의해 하우징된 회로는 시스템 제어기 회로(1312)(예를 들면, 도 3, 7의 시스템 제어기(312, 712)에 대응함)), RF 신호 생성기(322, 722) 및 전력 증폭기(324, 325, 724)를 포함하는 RF 신호원 회로(1320)(예를 들면, 도 3, 7의 RF 신호원(320, 720)에 대응함), 전력 검출 회로(1330)(예를 들면, 도 3, 7의 전력 검출 회로(330, 730)에 대응함)), 및 임피던스 매칭 회로(1334)(예를 들면, 도 3, 7의 제 1 매칭 회로(334, 734)에 대응함)를 포함한다.

도 13의 실시예에서, 시스템 제어기 회로(1312)는 프로세서 IC 및 메모리 IC를 포함하고, RF 신호원 회로(1320)는 신호 생성기 IC 및 하나 이상의 전력 증폭기 디바이스를 포함하고, 전력 검출 회로(1330)는 전력 결합기 디바이스를 포함하고, 임피던스 매칭 회로(1334)는 임피던스 매칭 네트워크를 형성하기 위해 함께 연결된 복수의 수동형 구성요소(예를 들면, 인덕터(1335, 1336) 및 캐패시터(1337))를 포함한다. 회로(1312, 1320, 1330, 1334) 및 다수의 서브-구성요소는, 도 3, 7과 관련해서 논의된 다수의 도체 및 연결부를 참조하여 전술한 바와 같이, PCB(1302) 상의 전도성 트레이스를 통해 함께 전기적으로 결합될 수 있다.

또한, RF 모듈(1300)은 실시예에서 복수의 커넥터(1316, 1326, 1338, 1380)를 포함한다. 예컨대, 커넥터(1380)는 사용자 인터페이스(예를 들면, 도 3, 7의 사용자 인터페이스(380, 780)) 및 다른 기능을 포함하는 호스트 시스템과 연결되도록 구성될 수 있다. 커넥터(1316)는 전술한 바와 같이 가변 매칭 회로(예를 들면, 도 3, 7의 회로(372, 772))와 연결되어 제어 신호를 회로에 제공하도록 구성될 수 있다. 커넥터(1326)는 시스템 전력을 수신하기 위해 전원 공급 장치에 연결되도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 커넥터(1338)(예를 들면, 도 3, 7의 커넥터(336, 736))는 동축 케이블 또는 다른 송신 라인에 연결되도록 구성될 수 있어, RF 모듈(1300)이 가변 매칭 서브시스템(예를 들면, 도 3, 7의 서브시스템(370, 770))에(예를 들면, 도 3, 7의 도체(328-2, 728-3)의 동축 케이블 구현을 통해) 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 가변 매칭 서브시스템의 구성요소(예를 들면, 도 3, 7의 가변 매칭 네트워크(370), 밸룬(774) 및/또는 가변 매칭 회로(772))는 또한 PCB(1302) 상에 집적될 수 있으며, 어떤 경우에는 커넥터(1336)가 모듈(1300)로부터 제외될 수 있다. 또한, RF 모듈(1300)의 레이아웃, 서브시스템, 및 구성요소에서의 다른 변형이 이루어질 수 있다.

RF 모듈(예를 들면, 도 13의 모듈(1300)) 및 가변 임피던스 매칭 네트워크 모듈(예를 들면, 도 12(a), 12(b)의 모듈(1200, 1240))의 실시예는, 제상 장치 또는 시스템(예를 들면, 도 1-3, 7, 11의 장치(100, 200, 300, 700, 1100))을 형성하기 위해, 함께 전기적으로 연결되고, 또한 다른 구성요소와 연결될 수 있다. 예컨대, RF 신호 연결부는 RF 커넥터(1338)(도 13)와 RF 커넥터(1238)(도 12(a)) 또는 RF 커넥터(1278)(도 12(b))와의 사이에서 동축 케이블과 같은 연결부(예를 들면, 도 7의 도체(728-3))를 통해 이루어질 수 있고, 제어 연결부는 커넥터(1316)(도 13)와 커넥터(1230)(도 12(a)) 또는 커넥터(1290)(도 12(b))와의 사이에서 다중 도체 케이블과 같은 연결부(예를 들면, 도 7의 도체(716))를 통해 이루어질 수 있다. 시스템을 더 조립하기 위해, 호스트 시스템 또는 사용자 인터페이스는 커넥터(1380)를 통해 RF 모듈(1300)에 연결될 수 있고, 전원 공급 장치는 커넥터(1326)를 통해 RF 모듈(1300)에 연결될 수 있으며, 전극(예를 들면, 도 7의 전극(740, 750))은 출력(1202-1, 1202-2(도 12(a)) 또는 1242-1, 1242-2(도 12(b)))에 연결될 수 있다. 물론, 상기한 어셈블리는 또한 다양한 지지 구조물 및 기타 시스템 구성요소에 물리적으로 연결될 것이므로, 제상 캐비티(예를 들면, 도 1, 3, 7의 캐비티(110, 360, 760))를 가로질러 서로 고정된 관계로 전극이 유지될 수 있으며, 제상 장치는 보다 큰 시스템(예를 들면, 도 1, 2의 시스템(100, 200)) 내에 통합될 수 있다.

제상 시스템의 전기적 및 물리적 측면의 실시예가 설명되었으므로, 이러한 제상 시스템을 동작시키는 방법의 다수의 실시예를 도 14 및 15와 관련하여 이제 설명할 것이다. 보다 구체적으로, 도 14는 실시예에 따라 동적 부하 매칭을 이용한 제상 시스템(예를 들면, 도 1-3, 7, 11의 시스템(100, 210, 220, 300, 700, 1100))을 동작시키는 방법의 흐름도이다.

상기 방법은, 블록 1402에서, 제상 동작이 시작되어야 한다는 표시를 시스템 제어기(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130))가 수신할 때에 시작될 수 있다. 이러한 표시는, 예를 들어 사용자가 시스템의 제상 캐비티(예를 들면, 도 3, 7, 11의 캐비티(360, 760, 1174))에 부하(예를 들면, 도 3, 7, 11의 부하(364, 764, 1164))를 배치하고, 캐비티를(예를 들면, 도어 또는 서랍을 닫음으로써) 밀봉하고,(예를 들어, 도 3, 7의 사용자 인터페이스(380, 780)의) 시작 버튼을 누른 후에 수신될 수 있다. 실시예에서, 캐비티의 밀봉은 하나 이상의 안전 인터로크 메카니즘과 관계될 수 있으며, 이는 관계될 때에 캐비티에 공급된 RF 전력이 캐비티의 외부 환경으로 실질적으로 누출되지 않을 것임을 표시한다. 나중에 설명되는 바와 같이, 안전 인터로크 메카니즘의 해제는 시스템 제어기가 즉시 제상 동작을 일시 중지 또는 종료하게 할 수 있다.

다수의 실시예에 따르면, 시스템 제어기는 선택적으로 부하 유형(예를 들면, 육류, 액체, 또는 기타 재료), 초기 부하 온도, 및/또는 부하 중량을 표시하는 추가적인 입력을 수신할 수 있다. 예컨대, 부하 유형에 관한 정보는 사용자 인터페이스와의 상호 작용을 통해(예를 들면, 인지된 부하 유형들의 목록에서 사용자가 선택함으로써) 사용자로부터 수신될 수 있다. 이와 달리, 시스템은 부하의 외부에서 보이는 바코드를 스캔하거나, 부하 상의 RFID 디바이스 또는 부하 내에 내장된 RFID 디바이스로부터 전자 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 초기 부하 온도에 관한 정보는 예를 들어 시스템의 하나 이상의 온도 센서 및/또는 IR 센서(예를 들면, 도 3, 7, 11의 센서(390, 792, 790, 1192))로부터 수신될 수 있다. 부하 중량에 관한 정보는 사용자 인터페이스와의 상호 작용을 통해 사용자로부터, 또는 시스템의 중량 센서(예를 들면, 도 3, 7, 11의 센서(390, 790, 790, 1190))로부터 수신될 수 있다. 상기한 바와 같이, 부하 유형, 초기 부하 온도, 및/또는 부하 중량을 표시하는 입력의 수신은 선택적이며, 시스템은 이와 달리 이들 입력 중 일부 또는 전부를 수신하지 못할 수 있다.

블록 1404에서, 시스템 제어기는 가변 매칭 네트워크(예를 들면, 도 3, 4(a), 4(b), 7-11의 네트워크(370, 400, 440, 772, 800, 900, 1000, 1160))에 제어 신호를 제공하여 가변 매칭 네트워크에 대한 초기 구성 또는 상태를 설정한다. 도 4(a), 4(b), 5(a), 5(b), 및 8-10과 관련하여 상세하게 설명된 바와 같이, 제어 신호는 가변 매칭 네트워크 내에서의 다수의 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스(예를 들면, 도 4(a), 8의 인덕턴스(410, 411, 414, 811, 816, 821), 및 도 4(b), 10의 캐패시턴스(444, 448, 1013, 1018, 1024))의 값에 영향을 미친다. 예컨대, 시스템 제어기로부터의 제어 신호(예를 들면, 도 5(a), 5(b), 9의 제어 신호(521-524, 561-564, 951-954, 956-959, 961, 963))에 대응하는 것인 바이패스 스위치(예를 들면, 도 5(a), 5(b), 9의 스위치(511-514, 551-554, 931-934, 936-939, 941, 943))의 상태에 제어 신호가 영향을 미칠 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 가변 매칭 네트워크의 제 1 부분은 RF 신호원(예를 들면, 도 3, 7, 11의 RF 신호원(320, 720, 1120)) 또는 최종 스테이지 전력 증폭기(예를 들면, 도 3, 7의 전력 증폭기(325, 724))에 대한 매칭을 제공하도록 구성될 수 있고, 가변 매칭 네트워크의 제 2 부분은 캐비티(예를 들면, 도 3, 7, 11의 캐비티(360, 760, 1160)) 플러스 부하(예를 들면, 도 3, 7, 11의 부하(364, 764, 1164))에 대한 매칭을 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 4(a)를 참조하면, 제 1 션트 가변 인덕턴스 네트워크(410)는 RF 신호원 매칭을 제공하도록 구성될 수 있고, 제 2 션트 가변 인덕턴스 네트워크(416)는 캐비티 플러스 부하 매칭을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 4(b)를 참조하면, 제 1 가변 캐패시턴스 네트워크(442)는, 제 2 가변 캐패시턴스 네트워크(446)와 함께, RF 신호원과 캐비티 플러스 부하 사이에 최적의 매칭을 제공하도록 양쪽이 구성될 수 있다.

초기 가변 매칭 네트워크 구성이 확립되면, 시스템 제어기는 필요한 경우 매칭의 품질을 나타내는 실제 측정에 기초하여 허용 가능한 또는 최상의 매칭을 찾기 위해 가변 임피던스 매칭 네트워크의 구성을 조정하는 프로세스(1410)를 수행할 수 있다. 실시예에 따르면, 이 프로세스는, 블록 1412에서, RF 신호원(예를 들면, 도 3, 7, 11의 RF 신호원(320, 720, 1120))이 가변 임피던스 매칭 네트워크를 통해 비교적 저전력의 RF 신호를 전극(들)(예를 들면, 도 3, 7, 11의 제 1 전극(340) 또는 양쪽의 전극(740, 750, 1170, 1172, 1173))에 공급하게 하는 단계를 포함한다. 시스템 제어기는 전원 공급 및 바이어스 회로(예를 들면, 도 3, 7의 회로(326, 726))로의 제어 신호를 통해 RF 신호 전력 레벨을 제어할 수 있고, 여기서 제어 신호는 전력 공급 및 바이어스 회로로 하여금 원하는 신호 전력 레벨과 일치하는 증폭기(예를 들면, 도 3, 7의 증폭기 스테이지(324, 325, 724))에 공급 전압 및 바이어스 전압을 제공하게 한다. 예컨대, 비교적 낮은 전력의 RF 신호는 약 10W 내지 약 20W 범위의 전력 레벨을 갖는 신호일 수 있지만, 상이한 전력 레벨이 이와 달리 사용될 수 있다. 매칭 조정 프로세스(1410) 동안의 비교적 낮은 전력의 레벨 신호는 캐비티 또는 부하의 손상 위험을 감소시키고(예를 들면, 초기 매칭이 높은 반사 전력을 야기하는 경우),(예를 들면, 스위치 접점을 가로지르는 아킹으로 인해) 가변 인덕턴스 네트워크의 스위칭 구성요소를 손상시키는 위험을 감소시키는 것이 바람직하다.

블록 1414에서, 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 730', 730'', 1180))는 그 후에 RF 신호원과 전극(들) 사이의 송신 경로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 경로(328, 728, 1148))를 따라 반사 전력 및 (일부 실시예에서는) 순방향 전력을 측정하고, 그 측정치를 시스템 제어기에 제공한다. 그 후에 시스템 제어기는 반사 및 순방향 신호 전력 사이의 비율을 결정할 수 있고, 그 비율에 기초하여 시스템에 대한 S11 파라미터를 결정할 수 있다. 시스템 제어기는, 실시예에서, 수신된 전력 측정치(예를 들면, 수신된 반사 전력 측정치, 수신된 순방향 전력 측정치, 또는 양쪽), 및/또는 계산된 비율, 및/또는 추후의 평가 또는 비교를 위한 S11 파라미터를 저장할 수 있다.

블록 1416에서, 시스템 제어기는 반사 전력 측정치, 및/또는 반사 신호-순방향 신호의 전력 비율, 및/또는 S11 파라미터에 기초하여, 가변 임피던스 매칭 네트워크에 의해 제공되는 매칭이 허용 가능한지 여부를 결정할 수 있다(예를 들면, 반사 전력이 임계값 미만이거나, 비율이 10% 이하이거나, 측정치 또는 값이 다른 기준과 유리하게 비교됨). 이와 달리, 시스템 제어기는 매칭이 "최상의" 매칭인지를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 모든 가능한 임피던스 매칭 네트워크 구성(또는 적어도 임피던스 매칭 네트워크 구성의 정의된 서브세트)에 대한 반사 RF 전력(또한 일부 실시예에서는 순방향의 반사 RF 전력)을 반복적으로 측정하고, 어떤 구성이 최저 반사 RF 전력 및/또는 최저 반사-순방향 전력비를 발생시키는지를 결정함으로써, "최상의" 매칭이 결정될 수 있다.

매칭이 허용 가능하지 않거나 최상의 매칭이 아니라고 시스템 제어기가 판정하면, 시스템 제어기는 가변 임피던스 매칭 네트워크를 재구성함으로써 블록 1418에서 매칭을 조정할 수 있다. 예컨대, 이는 제어 신호를 가변 임피던스 매칭 네트워크에 전송함으로써 달성될 수 있어,(예를 들면, 가변 인덕턴스 네트워크(410, 411, 811, 816, 821)(도 4(a), 8) 또는 가변 캐패시턴스 네트워크(442, 446, 1011, 1016, 1021(도 4(b), 10)로 하여금 상이한 인덕턴스 또는 캐패시턴스 상태를 갖게 함으로써, 또는 인덕터(501-504, 911-914, 916-919, 921, 923(도 5(a), 9) 또는 캐패시터(541-544)(도 5(b))를 회로의 내부 또는 외부로 스위칭함으로써) 네트워크가 그 네트워크 내의 가변 인덕턴스를 증가 및/또는 감소시키게 한다. 가변 인덕턴스 네트워크를 재구성한 후, 블록 1414, 1416, 및 1418은 블록 1416에서 허용 가능하거나 또는 최상의 매칭이 결정될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.

허용 가능하거나 최상의 매칭이 결정되면, 제상 동작이 개시될 수 있다. 제상 동작의 개시는 블록 1420에서 RF 신호원(예를 들면, 도 3, 7, 11의 RF 신호원(320, 720, 1120))에 의해 공급되는 RF 신호의 전력을 비교적 높은 전력의 RF 신호로 증가시키는 것을 포함한다. 다시 한번, 시스템 제어기는 전원 공급 및 바이어스 회로(예를 들면, 도 3, 7의 회로(326, 726)) 로의 제어 신호를 통해 RF 신호 전력 레벨을 제어할 수 있으며, 여기서 제어 신호는 전원 공급 및 바이어스 회로로 하여금 원하는 신호 전력 레벨과 일치하는 증폭기(예를 들면, 도 3, 7의 증폭기 스테이지(324, 325, 724))에 공급 및 바이어스 전압을 제공하게 한다. 예컨대, 비교적 높은 전력의 RF 신호는 약 50W 내지 약 500W 범위의 전력 레벨을 갖는 신호일 수 있지만, 상이한 전력 레벨이 이와 달리 사용될 수 있다.

블록 1422에서, 측정 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 730', 730'', 1180))는 그 후에 RF 신호원과 전극(들) 사이에서 송신 경로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 경로(328, 728, 1148))를 따라 하나 이상의 전류, 하나 이상의 전압, 반사 전력 및/또는 순방향 전력과 같은 시스템 파라미터를 주기적으로 측정하고, 그 측정치를 시스템 제어기에 제공한다. 시스템 제어기는 다시 반사 신호 전력과 순방향 신호 전력 사이의 비율을 결정하고, 그 비율에 기초하여 시스템에 대한 S11 파라미터를 결정할 수 있다. 시스템 제어기는, 실시예에서, 추후의 평가 또는 비교를 위해 수신된 전력 측정치, 및/또는 계산된 비율, 및/또는 S11 파라미터를 저장할 수 있다. 실시예에 따르면, 순방향 및 반사 전력의 주기적인 측정은 상당히 높은 주파수(예를 들면, 밀리초 단위로) 또는 상당히 낮은 주파수(예를 들면, 초 단위로)에서 행해질 수 있다. 예컨대, 주기적인 측정을 행하기 위한 상당히 낮은 주파수는 10초 내지 20초마다 1회 측정의 레이트일 수 있다. 실시예에 따르면, 시스템 제어기는 또한(예를 들면, 주어진 시간 구간에 걸친 이러한 파라미터의 측정 또는 계산의 비교를 통해) 측정된 전압, 측정된 전류, 및 S11 파라미터와 같은 하나 이상의 파라미터의 변화율을 결정할 수 있다. 이러한 결정된 변화율에 기초하여(예를 들면, 변화율이 사전 정의된 임계값을 초과하는 경우), 시스템 제어기는 시스템 어딘가에서 전기적 아킹이 발생하고 있다고 결정할 수 있다.

블록 1424에서, 시스템 제어기는 하나 이상의 반사 신호 전력 측정치, 하나 이상의 계산된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비, 및/또는 하나 이상의 계산된 S11 파라미터에 기초하여, 가변 임피던스 매칭 네트워크에 의해 제공되는 매칭이 허용 가능한지를 결정할 수 있다. 예컨대, 시스템 제어기는 이러한 결정을 행함에 있어서 단일의 반사 신호 전력 측정치, 단일의 계산된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비, 또는 단일의 계산된 S11 파라미터를 사용할 수 있거나, 이러한 결정을 행함에 있어서 이전에 수신된 다수의 반사 신호 전력 측정치, 이전에 계산된 반사 신호- 순방향 신호의 전력비들, 또는 이전에 계산된 S11 파라미터들의 평균(또는 다른 계산)을 취할 수 있다. 매칭이 허용 가능한지 여부를 결정하기 위해, 시스템 제어기는 예를 들어 수신된 반사 신호 전력, 계산된 비율, 및/또는 S11 파라미터를 하나 이상의 대응하는 임계치와 비교할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 시스템 제어기는 수신된 반사 신호 전력을, 예를 들어 순방향 신호 전력의 5%(또는 일부 다른 값)의 임계치와 비교할 수 있다. 순방향 신호 전력의 5% 미만의 반사 신호 전력은 그 매칭이 하용 가능함을 유지한다는 것을 나타낼 수 있고, 5%를 넘는 비율은 그 매칭이 더 이상 허용 가능하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템 제어기는 계산된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비를 10%의 임계치(또는 일부 다른 값)와 비교할 수 있다. 10% 미만의 비율은 매칭이 허용 가능함을 유지한다는 것을 나타낼 수 있고, 10%를 넘는 비율은 매칭이 더 이상 허용 가능하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 측정된 반사 전력, 또는 계산된 비율 또는 S11 파라미터가 허용 불가한 매칭을 표시하는 대응 임계치보다 큰 경우(즉, 비교가 적합하지 않음), 시스템 제어기는 프로세스(1410)를 다시 수행함으로써 가변 임피던스 매칭 네트워크의 재구성을 개시할 수 있다.

전술한 바와 같이, 가변 임피던스 매칭 네트워크에 의해 제공되는 매칭은 부하가 예열됨에 따라 부하(예를 들면, 도 3, 7, 11의 부하(364, 764, 1164))의 임피던스 변화로 인해 제상 동작 과정에 걸쳐 저하될 수 있다. 제상 동작의 과정에 걸쳐서, 캐비티 매칭 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 조정함으로써 또한 RF 신호원 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 조정함으로써도 최적의 캐비티 매칭이 유지될 수 있음이 관찰되었다.

실시예에 따르면, 가변 임피던스 매칭 네트워크를 재구성하는 반복 프로세스(1410)에서, 시스템 제어기는 이러한 경향을 고려할 수 있다. 보다 구체적으로, 블록 1418에서 가변 임피던스 매칭 네트워크를 재구성함으로써 매칭을 조정하는 경우, 시스템 제어기는 보다 낮은 인덕턴스(캐비티 매칭 또는 도 4(a)의 네트워크(411)의 경우) 및 보다 높은 인덕턴스(RF 신호원 매칭 또는 도 4(b)의 네트워크(410)의 경우)에 대응하는 캐비티 및 RF 신호원 매칭에 대한 가변 인덕턴스 네트워크의 상태를 초기에 선택할 수 있다. 캐비티 및 RF 신호원에 대한 가변 캐패시턴스 네트워크를 이용하는 실시예에서 유사한 프로세스가 수행될 수 있다. 예상되는 최적의 매칭 궤적을 따르는 경향이 있는 임피던스를 선택함으로써, 가변 임피던스 매칭 네트워크 재구성 프로세스(1410)를 수행하는 시간은, 이러한 경향을 고려하지 않는 재구성 프로세스와 비교할 때에 감소될 수 있다.

다른 실시예에서, 대신에 시스템 제어기는 허용 가능한 구성의 결정을 시도하기 위해 각각의 인접한 구성을 반복적으로 테스트할 수 있다. 예컨대, 상기 표 1을 다시 참조하면, 현재 구성이 캐비티 매칭 네트워크에 대한 상태 12 및 RF 신호원 매칭 네트워크에 대한 상태 3에 대응하면, 시스템 제어기는 캐비티 매칭 네트워크에 대한 상태 11 및/또는 13을 테스트할 수 있고, RF 신호원 매칭 네트워크에 대한 상태 2 및/또는 4를 테스트할 수 있다. 그 테스트가 유리한 결과(즉, 허용 가능한 매칭)를 산출하지 못하면, 시스템 제어기는 캐비티 매칭 네트워크에 대한 상태 10 및/또는 14를 테스트할 수 있고, RF 신호원 매칭 네트워크에 대한 상태 1 및/또는 5를 테스트할 수 있다.

실제로, 모든 가능한 가변 임피던스 매칭 네트워크 구성을 테스트하는 것을 포함해서, 허용 가능한 임피던스 매칭을 갖도록 시스템을 재구성하기 위해 시스템 제어기가 사용할 수 있는 다양한 상이한 검색 방법이 존재한다. 허용 가능한 구성을 검색하는 임의의 합리적인 방법은 본 발명의 범위 내에 들어가는 것으로 간주된다. 임의의 경우에, 블록 1416에서 허용 가능한 매칭이 결정되면, 블록 1414에서 제상 동작이 재개되고, 프로세스는 계속 반복된다.

블록 1424를 다시 참조하면, 하나 이상의 반사 전력 측정치, 하나 이상의 계산된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비, 및/또는 하나 이상의 계산된 S11 파라미터에 기초하여, 시스템 제어기가 가변 임피던스 매칭 네트워크에 의해 제공되는 매칭이 여전히 허용 가능하다고 판정하는 경우(예를 들면, 반사 전력 측정치, 계산된 비율, 또는 S11 파라미터가 대응하는 임계치보다 작거나, 비교가 유리함), 시스템은 블록 1426에서 출구 조건이 발생했는지 여부를 평가할 수 있다. 실제로, 출구 조건이 발생했는지의 판정은 제상 프로세스 동안에 임의의 지점에서 발생할 수 있는 인터럽트 구동 프로세스일 수 있다. 그러나, 이를 도 14의 흐름도에 포함시키기 위해, 프로세스는 블록 1424 후에 발생하는 것으로 도시되어 있다.

임의의 경우에, 여러 조건은 제상 동작의 중단을 보증할 수 있다. 예컨대, 시스템은 안전 인터로크가 위반될 때에 출구 조건이 발생했다고 판정할 수 있다. 이와 달리, 시스템은 사용자에 의해 (예를 들면, 도 3, 7의 사용자 인터페이스(380, 780)를 통해) 설정된 타이머의 만료시에, 또는 제상 동작이 얼마나 오래 수행되어야 하는지에 대한 시스템 제어기의 추정치에 기초하여 시스템 제어기에 의해 수립된 타이머의 만료시에, 출구 조건이 발생했다고 판정할 수 있다. 다른 예로서, 시스템은 전기적 아킹(예를 들면, 지속되는 전기적 아킹)이 시스템(예를 들면, 도 3, 4(a), 4(b), 7-11의 네트워크(370, 400, 440, 772, 800, 900, 1000, 1160)에서 발생하고 있다고 판정할 수 있고, 이는 출구 조건을 트리거링할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 판정은 블록 1422에서 이루어질 수 있고, 방법이 블록 1424 및 1426을 건너뛰어서 RF 신호의 공급을 중단시키는 블록 1428로 직접 점프하게 할 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 시스템은 그렇지 않으면 제상 동작의 완료를 검출할 수 있다.

출구 조건이 발생하지 않았으면, 블록 1422 및 1424(또한 필요에 따라 매칭 네트워크 재구성 프로세스(1410))를 반복적으로 수행함으로써 제상 동작이 계속될 수 있다. 출구 조건이 발생했으면, 블록 1428에서, 시스템 제어기는 RF 신호원에 의한 RF 신호의 공급이 중단되게 한다. 예컨대, 시스템 제어기는 RF 신호 생성기(예를 들면, 도 3, 7의 RF 신호 생성기(322, 722))를 디스에이블할 수 있고 및/또는 전원 공급 및 바이어스 회로(예를 들면, 도 3, 7의 회로(326, 726))가 공급 전류의 제공을 중단하게 할 수 있다. 또한, 시스템 제어기는 사용자 인터페이스가 (예를 들면, 디스플레이 디바이스 상에 "도어 열림" 또는 "완료"를 디스플레이하거나, 가청음을 제공함으로써) 출구 조건의 사용자 인식 가능한 표시를 생성하게 하는 신호를 사용자 인터페이스(예를 들면, 도 3, 7의 사용자 인터페이스(380, 780))에 전송할 수 있다. 그 후에 방법이 종료될 수 있다.

도 14에 도시된 블록들과 관련된 동작들의 순서가 실시예에 대응하고, 동작들의 차례를 도시된 순서로만 제한하도록 해석되지 말아야 함을 이해해야 한다. 대신에, 일부 동작들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 및/또는 일부 동작들은 병렬로 수행될 수 있다.

도 15는 제상 시스템(예를 들면, 도 1, 3, 7, 11의 제상 시스템(100, 300, 700, 1100)의 RF 신호원(예를 들면, 도 3, 7, 11의 320, 720, 1120)과 하나 이상의 전극(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전극(340, 740, 750, 1170, 1172) 사이에서 결합될 수 있는 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 3, 4(a), 4(b), 5(a), 5(b), 7, 8, 9, 10, 11의 가변 임피던스 매칭 네트워크(370, 400, 440, 500, 540, 772, 800, 900, 1000, 1160))에 대해 측정된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비(디바이스의 전력 증폭기에서 측정될 수 있는 S11 파라미터)를 나타내는 측정치 m1을 나타내는 스미스 차트(1500)를 도시한다. 본 예에서, 측정치 m1은 40.68MHz의 RF 신호 주파수, -26.343데시벨(dB)의 S11 파라미터 값, 및 51.504-j4.653옴의 임피던스에 대응한다. 측정치 m1은 제상 시스템에서 아킹이 발생하고 있지 않을 때에 가변 임피던스 매칭 네트워크에 대한 임피던스 매칭 조건을 나타낸다. 예컨대, 측정치 m1은 제상 시스템의 시스템 제어기 및 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130); 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 730', 730'', 1180)를 사용하여 측정될 수 있으며, 시스템 제어기의 메모리에 저장될 수 있다.

제상 시스템에서 아킹이 발생하면, 그 제상 시스템의 가변 임피던스 매칭 네트워크에 대한 S11 파라미터 및 임피던스는, 시스템에서 아킹이 발생한 위치에 따라, 현저하게 변할 수 있다. 예로서, 도 16은 제상 시스템(예를 들면, 도 1, 3, 7, 11의 제상 시스템(100, 300, 700, 1100))에 통합될 수 있는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 회로(1600)의 개략도를 도시하며, 여기서 실시예에 따라 아킹이 시뮬레이션된다. 가변 임피던스 매칭 회로(1600)는, 노드(825)와 출력(802-1) 사이에서 아킹이 발생하고 있는 도 8의 가변 임피던스 매칭 회로(800)의 인스턴스에 대응할 수 있다. 가변 임피던스 매칭 회로(1600) 및 도 8의 가변 임피던스 매칭 회로(800)에 공통적인 요소들이 공통 참조 번호를 할당받았음을 유의해야 한다. 가변 임피던스 매칭 회로(1600)에서 발생하는 아킹은 노드(825)를 출력(802-1)으로 단락시키는 아크(1630)로 표현된다. 예컨대, 이러한 아킹은 가변 인덕터(811)와 출력(802-1)에 결합된 전극(예를 들면, 도 1, 7, 11의 전극(340, 740, 1170)) 사이에서 발생할 수 있다.

아크(1630)에 의해 생성된 경로를 따른 아킹이 가변 임피던스 매칭 회로(1600)에 의해 제공된 임피던스 매칭의 품질에 대해 가질 수 있는 효과의 예가 도 17에 도시되어 있다. 스미스 차트(1700)에 도시된 바와 같이, 측정치 m2는 아크(1630)에 의해 생성된 경로를 따라 아킹이 발생하고 있는 동안에 가변 임피던스 매칭 네트워크(1600)에 대해 측정된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비(디바이스의 전력 증폭기에서 측정될 수 있는 S11 파라미터)를 나타낸다. 본 예에서, 측정치 m2는 40.68MHz의 RF 신호 주파수, -0.047dB의 S11 파라미터 값, 및 0.897-j118.047옴의 임피던스에 대응한다. 예컨대, 측정치 m2는 제상 시스템의 시스템 제어기 및 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130); 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 730', 730'', 1180)를 사용하여 측정될 수 있고, 시스템 제어기의 메모리에 저장될 수 있다. 아킹 조건이 없이 임피던스 매칭 조건에 대응하는 도 15에 도시된 측정치 m1과 비교하여, S11 파라미터 값 및 측정치 m2에 의해 표현되는 대응하는 임피던스는 노드(825)와 출력(802-1) 사이에서 아킹의 발생에 따라 현저하게 변화한다. 아킹 동안에, 시스템에 의해 생성된 에너지는 아크 생성에 의해 소비될 수 있고, 그 결과 부하로 전달되는 에너지가 거의 없게 되어, 전체적인 시스템 효율이 저하된다.

다른 예로서, 도 18은 제상 시스템(예를 들면, 도 1, 3, 7, 11의 제상 시스템(100, 300, 700, 1100))에 통합될 수 있는 이중 종단형 가변 임피던스 매칭 회로(1800)의 개략도를 도시하고, 여기서 실시예에 따라 아킹이 시뮬레이션된다. 가변 임피던스 매칭 회로(1800)는 인덕터(815)와 접지 또는 공통 전압 단자(132) 사이에서 아킹이 발생하는 도 8의 가변 임피던스 매칭 회로(800)의 인스턴스에 대응할 수 있다. 가변 임피던스 매칭 회로(1800) 및 도 8의 가변 임피던스 매칭 회로(800)에 공통인 요소들이 공통적인 참조 번호를 할당받았음을 유의해야 한다. 가변 임피던스 매칭 회로(1800)에서 발생하는 아킹은 인덕터(815)의 출력을 단자(1832)로 단락시키는 아크(1830)에 의해 생성된 경로에 의해 표현된다. 예컨대, 이러한 아킹은 인덕터(815)와 전도성 케이싱 또는 인덕터(815)에 근접하게 위치된 다른 도전성 구성요소와의 사이에서 발생할 수 있다. 이 전도성 케이싱 또는 구성요소는 공통 또는 접지 전압 전위에 결합될 수 있다.

아크(1830)에 의해 생성된 경로를 따른 아킹이 가변 임피던스 매칭 회로(1800)에 의해 제공되는 임피던스 매칭의 품질에 미칠 수 있는 효과의 예가 도 19에 도시되어 있다. 스미스 차트(1900)에 도시된 바와 같이, 측정치 m3은 아크(1830)에 의해 생성된 경로를 가로질러서 아킹이 발생하는 동안에 가변 임피던스 매칭 네트워크(1800)에 대해 측정된 반사 신호 대 순방향 신호 전력비(디바이스의 전력 증폭기에서 측정될 수 있는 S11 파라미터)를 나타낸다. 본 예에서, 측정치 m3은 40.68MHz의 RF 신호 주파수, -0.024dB의 S11 파라미터 값, 및 0.533-j130.194옴의 임피던스에 대응한다. 예컨대, 측정치 m3은 제상 시스템의 시스템 제어기 및 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130); 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 730', 730'', 1180)를 사용하여 측정될 수 있고, 시스템 제어기의 메모리에 저장될 수 있다. 아킹이 없는 임피던스 매칭 조건에 대응하는 도 15에 도시된 측정치 m1과 비교하여, 측정치 m3으로 표현되는 대응하는 임피던스 및 S11 파라미터 값은 인덕터(815)의 출력과 단자(1822) 사이에서의 아킹 발생에 따라 현저하게 변한다. 아킹시에, 시스템에 의해 생성되는 에너지는 아크 발생에 의해 소비될 수 있고, 그에 따라 에너지가 부하로 거의 전달되지 않아서, 전체적인 시스템 효율이 저하될 수 있다.

도 16-19의 앞선 예들은 회로의 특정 위치에서 아크 조건을 경험하고 있는 인덕터 기반의 가변 임피던스 매칭 네트워크와 관련하여 설명되지만, 이들 회로의 어디에서나 아킹이 발생할 수 있고, 및/또는 가변 수동형 구성요소(예를 들면, 가변 캐패시터, 가변 레지스터, 가변 인덕터 및/또는 이들의 조합)의 다른 배열을 포함하는 가변 임피던스 매칭 네트워크의 다른 실시예가, 이러한 아킹으로 인해 일반적으로 초래되는 S11 파라미터에 대한 유사하게 해로운 변경과 함께 아킹 조건이 발생하는 위치에 따라, 동작시에 전기적 아킹에 취약할 수도 있다는 점을 유의해야 한다. 따라서, 본 명세서에서 (예를 들면, 아래에서 도 20과 관련하여) 설명된 아크 검출 방법이 다른 가변 임피던스 매칭 네트워크 구성요소 배열(예를 들면, 도 10의 가변 임피던스 매칭 네트워크(1000))을 포함하는 제상 시스템의 실시예에도 적용 가능함을 이해해야 한다.

다시 도 14를 참조하면, 제상 시스템(예를 들면, 도 1, 3, 7, 11의 제상 시스템(100, 300, 700, 1100))의 정상 작동(예를 들면, 적어도 도 14의 블록 1420-1426에 대응함) 동안, 가변 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 4(a), 4(b), 8, 10의 가변 임피던스 매칭 네트워크(400, 440, 800, 1000))에 대한 S11 파라미터 및 임피던스는, 부하의 임피던스에 대한 대응하는 변경으로 인해, RF 에너지가 부하에 인가됨에 따라 점진적으로(예를 들면, 몇 초 동안) 변경될 수 있다. 대조적으로, 임피던스 매칭 조건(예를 들면, 도 15의 측정치 m1에 대응함)으로부터 아킹 조건(예를 들면, 도 17 및 19의 측정치 m2 또는 측정치 m3에 대응함)으로의 S11 파라미터 및 임피던스의 상기한 변경은, 아킹의 시작으로부터 빠르게(예를 들면, 1초 이내에) 발생할 수 있다. 따라서, S11 파라미터의 변화율은, 실시예에서, 제상 시스템에서 아킹이 발생하고 있는지를 결정하기 위한 기반으로서 사용될 수 있다. 이와 달리, 가변 임피던스 네트워크의 임피던스가 아킹에 따라 변할 수도 있음에 따라, 하나 이상의 전압 측정치 및/또는 전류 측정치는 가변 임피던스 매칭 네트워크 내의 다양한 위치에서 얻어질 수 있으며, 이들 전압 및/또는 전류 측정치에 대응하는 전압 및/또는 전류의 변화율은, 다른 실시예에서, 제상 시스템에서 아킹이 발생하고 있는지를 결정하기 위한 기반으로서 S11 파라미터의 변화율 대신에 또는 S11 파라미터의 변화율과 조합해서 사용될 수 있다.

가변 임피던스 매칭 네트워크(또는 RF 신호 경로의 다른 곳)에서의 아킹 발생을 검출 및 응답하기 위해 제상 시스템의 가변 임피던스 매칭 네트워크에 대한 전압, 전류 및 S11 파라미터의 각각의 변화율을 제상 시스템의 시스템 제어기(예를 들면, 도 3, 7, 11의 시스템 제어기(312, 712, 1130))가 모니터링할 수 있는 방법의 예가 도 20에 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 도 20의 방법은 도 14의 방법과 관련하여 수행될 수 있다. 예컨대, 블록 2002, 2004, 2006, 및 2008은 도 14의 블록 1422에서 수행될 수 있고, 블록 2010은 도 14의 블록 1426에서 수행될 수 있다. 일부 실시예에서 전기적 아크 조건의 검출이 행해질 수 있음을 유의해야 한다.

블록 2002에서, 하나 이상의 유형의 측정 회로(예를 들면, 전압계, 전류계, 전력 검출 회로)가 복수의 전압 측정치, 전류 측정치, 및 S11 파라미터 측정치(예를 들면, 종합적으로 제상 시스템의 "파라미터"의 측정치로 간주될 수 있음)를 RF 신호 경로(가변 임피던스 매칭 네트워크 내의 지점(들)을 포함함)를 따라 하나 이상의 지점에서 주기적으로 생성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 측정 지점은 시스템 제어기(예를 들면, 도 3, 7의 시스템 제어기(312, 712))의 하나 이상의 출력, RF 신호 생성기(예를 들면, 도 3, 7의 RF 신호 생성기(322, 722))의 출력, RF 신호 경로를 따라 위치된 임피던스 매칭 네트워크(예를 들면, 도 3, 7의 제 1 매칭 회로(334, 734); 가변 매칭 회로(722); 가변 임피던스 매칭 네트워크(370))의 입력 또는 출력을, 이러한 임피던스 매칭 네트워크 내에서, RF 신호 경로를 따라 가변 매칭 서브시스템(예를 들면, 도 7의 서브시스템(770)), 또는 RF 신호 경로를 따라 임의의 다른 적용 가능한 위치 내에서 포함할 수 있지만, 이로 제한되지는 않는다. 예컨대, 전압계는 가변 임피던스 매칭 네트워크의 입력(예를 들면, 도 8, 10의 입력(801-1, 1001-1))에서(또는 다른 지점에서) 전압을 측정하여 전압 측정치를 생성하는 데 사용될 수 있다. 전류계는 가변 임피던스 매칭 네트워크의 입력에서(또는 다른 지점에서) 전류를 측정하여 전류 측정치를 생성하는 데 사용될 수 있다. 전력 검출 회로(예를 들면, 도 3, 7, 11의 전력 검출 회로(330, 730, 730', 730'', 1180))는 RF 신호 경로를 따라 순방향 및 반사 RF 신호 전력을 측정하는 데 사용될 수 있고, 시스템 제어기는 순방향 RF 신호 전력에 대한 반사 RF 신호 전력의 비로서 S11 파라미터 측정치를 계산할 수 있다. 시간에 따른 복수의 측정치를 생성하기 위해, 이들 전압, 전류, 및/또는 S11 측정 및 계산은 주기적으로(예를 들면, 약 100마이크로초 내지 100밀리초 사이의 사전 결정된 샘플링 레이트로, 또는 더 낮거나 더 높은 샘플링 레이트로) 수행될 수 있다. 전압, 전류, 및/또는 순방향/반사 전력이 측정되도록 표시되는 상기 제공된 위치는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 원하는 경우, 전류 및 전압 측정은 RF 신호 경로를 따라 및/또는 가변 임피던스 매칭 네트워크 내에서 다른 적용 가능한 위치에서 이루어질 수 있다.

블록 2004에서, 시스템 제어기는 블록 2002에서 얻어진 측정치 및 샘플링 레이트에 기초하여 전압(V_ROC), 전류(I_ROC), 및 S11 파라미터(S11_ROC)의 변화율을 계산한다. 예컨대, 가변 임피던스 매칭 네트워크의 S11_ROC는 시스템 제어기의 메모리에 저장된 S11 파라미터 측정치에 기초하여 제상 시스템의 시스템 제어기에 의해 결정될 수 있고, 여기서 메모리에 저장된 각각의 S11 파라미터 측정치는 시간적으로 상이한 시점에서 가변 임피던스 매칭 네트워크의 S11 파라미터에 대응할 수 있다. 블록 2002의 설명에 나타낸 바와 같이, 시스템 제어기는, 예를 들어 가변 임피던스 매칭 네트워크에 대한 S11 파라미터 측정치를 사전 결정된 샘플링 레이트로(예를 들면, 약 10밀리초 내지 2초 사이의 사전 결정된 샘플링 레이트로, 또는 더 낮거나 더 높은 샘플링 레이트로) 결정하고(예를 들면, 수집하고, 계산하고, 또는 다른 경우에는 샘플링하고) 저장할 수 있다. 그 후에 이 샘플링을 통해 생성된 S11 파라미터 측정치는, S11 파라미터 측정치를 저장할 수 있는 메모리에 제공될 수 있다. 그 후에 시스템 제어기는, 예를 들어 제 1 및 제 2 S11 파라미터 측정치 간의 제 1 차를 결정하고, 제 1 및 제 2 S11 파라미터 측정치가 측정된 제 1 시간과 제 2 시간 사이의 제 2 차를 결정하며, 가변 임피던스 매칭 네트워크의 S11 파라미터의 변화율을 생성하기 위해 제 1 차를 제 2 차로 나눔으로써, S11 파라미터의 변화율을 계산할 수 있다. I_ROC 및 V_ROC는, I_ROC 및 V_ROC를 각각 결정할 때에 제 1 및 제 2 S11 파라미터 대신에 사용되는 제 1 및 제 2 전류 측정치 및 제 1 및 제 2 전압 측정치와 함께, 앞서의 예에 따라 계산될 수 있다. 또한, 2개보다 많은 S11, 전압, 또는 전류 측정치가 변화율을 계산하는 데 사용될 수 있다.

블록 2006에서, 시스템 제어기는 V_ROC, I_ROC, 또는 S11_ROC 크기가 이들 임계치 중 임의의 것을 초과하는지를 결정하기 위해 V_ROC, I_ROC, 및 S11_ROC의 크기를 대응하는 임계치와 비교한다. 예컨대, 시스템 제어기는 V_ROC의 크기를 사전 정의된 전압 변화율 임계값 V_ROC-TH(예를 들면, 대략 4볼트/초의 값 또는 더 크거나 더 작은 값을 갖는 다른 임계값)와 비교할 수 있다. 시스템 제어기는, 또한 또는 이와는 달리, I_ROC의 크기를 사전 정의된 전류 변화율 임계값 I_ROC-TH(예를 들면, 대략 5암페어/초의 값 또는 더 크거나 더 작은 값을 갖는 다른 임계값)와 비교할 수 있다. 시스템 제어기는, 또한 또는 이와는 달리, S11_ROC의 크기를 사전 정의된 S11 파라미터 변화율 임계값 S11_ROC-TH와 비교할 수 있다. 예컨대, S11_ROC-TH는 0.1B/초 내지 6db/초 사이의 값일 수 있고, V_ROC-TH는 *볼트/초 내지 *볼트/초 사이의 값일 수 있으며, I_ROC-TH는 *암페어/초 내지 *암페어/초 사이의 값일 수 있지만, 임계값은 또한 더 낮거나 더 높을 수 있다. V_ROC의 크기가 V_ROC-TH를 초과하거나, I_ROC의 크기가 I_ROC-TH를 초과하거나, S11_ROC의 크기가 S11_ROC-TH를 초과하면, 시스템 제어기는 아킹 조건이 발생하고 있다고 결정할 수 있고, 블록 2008로 진행시킬 수 있다. 그렇지 않은 경우, 임계값 중 어느 것도 초과하지 않으면, 시스템 제어기는 아킹 조건이 발생하고 있지 않다고 결정할 수 있고, 블록 2008을 건너뛰어 블록 2010으로 진행시킬 수 있다.

일부 다른 실시예에서, 전류, 전압, 또는 S11 파라미터의 변화율을 대응하는 임계값과 비교하기 보다는, 시스템 제어기는 대신에 가장 최근에 생성된 전류, 전압, 또는 S11 측정치를 대응하는 임계값과 비교할 수 있다. 측정치가 대응하는 임계값을 초과하면, 시스템 제어기는 아킹이 진행중이거나, 발생했거나, 당장 발생할 수 있다고 결정할 수 있다.

블록 2008에서, 전류, 전압, 또는 S11 파라미터의 변화율이 대응하는 사전 정의된 임계값을 초과했다고(또한 그에 따라 아킹 조건이 발생할 가능성이 있음) 결정한 것에 응답하여, 시스템 제어기는 제상 시스템에서 발생하는 아킹을 중지할 것(또는 추후 아킹 조건의 빈도 또는 가능성을 줄이는 것)을 시도하기 위해 제상 시스템의 동작을 수정할 수 있다. 예컨대, 시스템 제어기는 RF 신호원에 의해 공급되는 RF 신호의 전력 레벨을 감소시키도록 RF 신호원에 지시할 수 있다. 일부 실시예에서, RF 신호의 전력 레벨은 최대 20%까지 감소될 수 있는 반면에, 다른 실시예에서, RF 신호의 전력 레벨은 보다 현저하게(예를 들면, RF 신호의 원래 인가된 전력 레벨의 10%와 같이 20% 내지 90%) 감소될 수 있다. 이와 달리, 시스템 제어기는 시스템을 셧다운할 수 있고, 또는 다른 경우에는 RF 신호 생성을 중지시키고, 그에 의해 제상 동작을 종료하도록 RF 신호원에 지시할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템 제어기는 가변 매칭 네트워크 내의 가변 수동형 구성요소의 값을 변화시킴으로써 가변 매칭 네트워크의 구성을 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템 제어기는, 아킹이 발생했음을 사용자에게 알리기 위해, 블록 2008에서 아킹 조건의 사용자 인지 가능한 표시(또는 시스템 오류)가 사용자 인터페이스에 의해 생성되게 할 수 있다. 예컨대, 시스템 제어기는 제상 시스템의 사용자 인터페이스의 전자 디스플레이 상에 통지가 디스플레이되게 할 수 있다.

블록 2010에서, 임의의 이유 때문에 제상 동작이 종료된 경우(예를 들면, 검출된 아킹 조건에 응답하여 시스템 제어기에 의한 제상 동작의 수정으로 인해, 또는 제상 동작의 성공적인 완료로 인해), 시스템 제어기는 전압, 전류, 및 S11 파라미터의 변화율의 모니터링을 중단할 수 있고, 그 방법은 종료될 수 있다. 이와 달리, 시스템 제어기가 제상 동작이 계속 발생한다고 판정하는 경우, 방법은 블록 2002로 되돌아갈 수 있다. 이러한 방식으로, 블록 2002-2010을 포함하는 반복 루프가 수행될 수 있으며, 이에 의해 제상 시스템의 전압, 전류, 및 S11 파라미터와 이들 각각의 변화율은 아킹을 검출하기 위해 연속적으로 모니터링될 수 있고, 이에 의해 제상 시스템의 동작은 이러한 아킹의 검출에 응답하여 수정될 수 있다.

본 예의 방법에 대한 실시예가 가변 임피던스 매칭 네트워크의 전압, 전류, 및 S11 파라미터를 모니터링하지만, 제상 시스템에서의 아크 검출을 위한 기반으로서 이들 3개의 인자 모두에 대한 사용은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이어야 한다. 일부 실시예에서, 더 적은 파라미터(예를 들면, 전압, 전류, 및 S11 파라미터들 중 단지 하나 또는 단지 2개)가 제상 시스템의 동작이 수정되어야 하는지를 결정하기 위한 기반(예를 들면, 제상 시스템에서 아킹이 발생하고 있는지를 결정하기 위한 기반)으로서 모니터링되고 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서에 포함된 다수의 도면에 도시된 연결 라인은 다수의 요소들 간의 예시적인 기능적 관계 및/또는 물리적 결합을 나타내도록 의도된다. 다수의 대안적 또는 추가적인 기능적 관계 또는 물리적 연결이 본 발명의 실시예에 존재할 수 있음을 유의해야 한다. 또한, 소정의 용어는 본 명세서에서 단지 참조를 위해서 사용될 수도 있고, 그에 따라 제한적인 것으로 의도되지 않으며, "제1의", "제2의" 용어 및 구조물을 지칭하는 다른 이러한 수치적 용어는 문맥에 의해 명확하게 표시되지 않는 한 순차 또는 순서를 의미하지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "노드"라는 용어란, 주어진 신호, 논리 레벨, 전압, 데이터 패턴, 전류, 또는 수량이 존재하는 내부 또는 외부 기준점, 연결점, 접속점, 신호 라인, 전도성 요소, 등을 의미한다. 또한, 2개 이상의 노드는 하나의 물리적 요소에 의해 실현될 수 있다(또한 2개 이상의 신호는 공통 노드에서 수신 또는 출력되더라도 다중화되거나, 변조되거나, 다른 경우에 구별될 수 있음).

앞서의 설명은 함께 "연결된" 또는 "결합된" 요소들 또는 노드들 또는 특징부들 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, "연결된"은, 반드시 기계적으로가 아니라, 하나의 요소가 다른 요소에 직접 연결(또는 다른 요소와 직접 통신)되는 것을 의미한다. 마찬가지로, 달리 명시되지 않는 한, "결합된"은, 반드시 기계적으로가 아니라, 하나의 요소가 다른 요소에 직접적으로 또는 간접적으로 연결(또는 다른 요소와 직접적으로 또는 간접적으로 통신)되는 것을 의미한다. 따라서, 도면에 도시된 개략도는 요소들의 하나의 예시적인 배열을 도시하지만, 추가적인 개재 요소, 디바이스, 특징부, 또는 구성요소가 도시된 본 발명의 실시예에 존재할 수 있다.

실시예에서, 부하를 수용하기 위한 캐비티에 결합된 열 상승 시스템은 RF 신호를 공급하도록 구성된 무선 주파수(RF) 신호원, 캐비티에 근접하게 위치 설정된 하나 이상의 전극과 RF 신호원 사이에 전기적으로 결합된 송신 경로, 및 송신 경로를 따라 전기적으로 결합된 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다. 임피던스 매칭 네트워크는 가변 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함한다. 열 상승 시스템은 송신 경로에 결합된 측정 회로를 포함한다. 측정 회로는 송신 경로를 따라 운반되는 RF 신호의 파라미터를 주기적으로 측정하여, 복수의 파라미터 측정치를 얻는다. 열 상승 시스템은 복수의 파라미터 측정치에 기초하여 파라미터의 변화율을 결정하고, 전기적 아킹 조건에 대응할 수 있는 사전 정의된 임계값을 상기 결정된 변화율이 언제 초과하는지를 결정하고, 상기 결정된 변화율이 사전 정의된 임계값을 초과하는 경우에 상기 사전 정의된 임계값을 초과하는 상기 결정된 변화율에 응답하여 열 상승 시스템의 동작을 수정하도록 구성된 제어기를 포함한다.

실시예에서, 열 상승 시스템은 RF 신호를 공급하도록 구성된 무선 주파수(RF) 신호원, RF 신호원에 결합된 전극, 및 RF 신호원과 전극 사이에 전기적으로 결합된 송신 경로를 포함한다. 열 상승 시스템은 RF 신호원과 전극 사이의 송신 경로를 따라 결합되는 가변 임피던스 네트워크, 및 적어도 RF 신호의 파라미터의 변화율에 기초하여 송신 경로를 따라 발생하는 전기적 아킹을 검출하고, 전기적 아킹을 검출하는 것에 응답하여 시스템의 동작을 수정하도록 구성된 제어기를 포함한다.

실시예에서, 캐비티를 포함하는 열 상승 시스템을 동작시키는 방법은, RF 신호원에 의해, 캐비티에 근접하게 위치 설정되는 하나 이상의 전극과 RF 신호원 사이에 전기적으로 결합된 송신 경로에 대해 하나 이상의 RF 신호를 공급하는 단계, 및 측정 회로에 의해, 송신 경로를 따라 RF 신호의 파라미터를 주기적으로 측정하여 복수의 파라미터 측정치를 얻는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 제어기에 의해, 복수의 파라미터 측정치에 기초하여 파라미터의 변화율을 결정하는 단계, 제어기에 의해, 결정된 변화율이 사전 정의된 임계값을 초과한다고 결정하는 단계, 및 제어기에 의해, 사전 정의된 임계값을 초과하는 결정된 변화율에 응답하여 열 상승 시스템의 동작을 수정하는 단계를 포함한다.

적어도 하나의 실시예가 앞서의 상세한 설명에서 제시되었지만, 수많은 변형이 존재한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 설명된 실시예 또는 실시예들이 임의의 방식으로 본 발명의 범위, 적용성, 또는 구성을 제한하도록 의도되지 않음을 또한 이해해야 한다. 또한, 앞서의 상세한 설명은 그 설명된 실시예 또는 실시예들을 구현하기 위한 편리한 로드맵을 당업자에게 제공할 것이다. 본 특허 출원시에 공지된 등가물 및 예측 가능한 등가물을 포함하는 청구범위에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않으면서, 요소들의 기능 및 배열에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (20)

1. 부하를 수용하기 위한 캐비티에 결합된 열 상승 시스템으로서,
   무선 주파수(RF) 신호를 공급하도록 구성된 RF 신호원과,
   상기 캐비티에 근접하게 위치 설정된 하나 이상의 전극과 상기 RF 신호원 사이에 전기적으로 결합된 송신 경로와,
   상기 송신 경로를 따라 전기적으로 결합된 임피던스 매칭 네트워크 - 상기 임피던스 매칭 네트워크는 가변 수동형 구성요소들의 네트워크를 포함함 - 와,
   상기 송신 경로에 결합된 측정 회로 - 상기 측정 회로는 상기 송신 경로를 따라 운반되는 상기 RF 신호의 파라미터를 주기적으로 측정하여, 복수의 파라미터 측정치를 얻음 - 와,
   상기 복수의 파라미터 측정치에 기초하여 파라미터의 변화율을 결정하고, 상기 결정된 변화율이 전기적 아킹(arcing) 조건에 대응할 수 있는 사전 정의된 임계값을 언제 초과하는지를 결정하며, 상기 결정된 변화율이 상기 사전 정의된 임계값을 초과할 때에 상기 사전 정의된 임계값을 초과하는 상기 결정된 변화율에 응답하여 상기 열 상승 시스템의 동작을 수정하도록 구성된 제어기를 포함하는
   열 상승 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정 회로는 상기 파라미터를 측정하도록 구성되고, 상기 파라미터는 전압, 전류, 및 반사 RF 신호 대 순방향 RF 신호 전력비(reflected-to-forward RF signal power ratio)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
   열 상승 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어기는, 상기 RF 신호원에 의해 공급되는 상기 RF 신호의 전력 레벨을 감소시키도록 상기 RF 신호원을 제어하는 것과, 상기 RF 신호의 공급을 중지하도록 상기 RF 신호원을 제어하는 것으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 동작을 수행함으로써 상기 열 상승 시스템의 동작을 수정하도록 구성되는
   열 상승 시스템.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 복수의 파라미터 측정치를 생성하기 위해 상기 임피던스 매칭 네트워크의 파라미터를 사전 결정된 샘플링 레이트로 샘플링하도록 구성되고,
   상기 열 상승 시스템은 상기 제어기로부터 상기 복수의 파라미터 측정치를 수신하고 상기 복수의 파라미터 측정치를 저장하도록 구성된 메모리를 더 포함하는
   열 상승 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 저장된 복수의 파라미터 측정치는 제 1 시간에 대응하는 제 1 저장 파라미터 측정치 및 제 2 시간에 대응하는 제 2 저장 파라미터 측정치를 포함하고,
   상기 제어기는 상기 파라미터의 변화율을 결정하도록 구성되는
   열 상승 시스템.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 파라미터는 반사 RF 신호 대 순방향 RF 신호 전력비이고, 상기 사전 정의된 임계값은 0.1dB/초와 6dB/초 사이에 있는
   열 상승 시스템.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 열 상승 시스템으로 하여금, 상기 열 상승 시스템의 사용자 인터페이스를 통해 아킹(arcing)이 발생했다는 사용자 인지 가능한 표시를 생성하게 하도록 구성되는
   열 상승 시스템.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭 네트워크는,
   제 1 입력 및 제 2 입력과,
   제 1 출력 및 제 2 출력과,
   상기 제 1 입력과 상기 제 1 출력 사이에 결합된 제 1 가변 임피던스 회로와,
   상기 제 2 입력과 상기 제 2 출력 사이에 결합된 제 2 가변 임피던스 회로와,
   상기 제 1 입력과 상기 제 2 입력 사이에 결합된 제 3 가변 임피던스 회로
   를 포함하는 이중 종단형(double-ended) 가변 임피던스 매칭 네트워크인
   열 상승 시스템.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭 네트워크는,
   입력과,
   출력과,
   상기 입력과 상기 출력 사이에 직렬로 결합된 수동형 구성요소 세트와,
   상기 입력과 접지 기준 노드 사이에 결합된 가변 임피던스 회로
   를 포함하는 단일 종단형(single-ended) 가변 임피던스 매칭 네트워크인
   열 상승 시스템.
   
10. 열 상승 시스템으로서,
    RF 신호를 공급하도록 구성된 RF 신호원과,
    상기 RF 신호원에 결합된 전극과,
    상기 RF 신호원과 상기 전극 사이에 전기적으로 결합된 송신 경로와,
    상기 RF 신호원과 상기 전극 사이의 상기 송신 경로를 따라 결합된 가변 임피던스 네트워크와,
    상기 RF 신호의 파라미터의 변화율에 적어도 기초하여 상기 송신 경로를 따라 발생하는 전기적 아킹을 검출하고, 상기 전기적 아킹을 검출하는 것에 응답하여 상기 열 상승 시스템의 동작을 수정하도록 구성된 제어기를 포함하는
    열 상승 시스템.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 파라미터는, 상기 송신 경로를 따라 측정된 전압, 상기 송신 경로를 따라 측정된 전류, 및 상기 송신 경로를 따른 반사 RF 신호 대 순방향 RF 신호 전력비로 구성되는 그룹 중 적어도 하나를 포함하는
    열 상승 시스템.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 파라미터의 변화율이 사전 정의된 임계값을 초과한다고 결정함으로써 상기 송신 경로를 따라 발생하는 전기적 아킹을 검출하도록 구성되는
    열 상승 시스템.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 파라미터는 반사 RF 신호 대 순방향 RF 신호 전력비를 포함하고, 상기 사전 정의된 임계값은 3dB/초와 6dB/초 사이에 있는
    열 상승 시스템.
    
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는, 제 1 시간과 제 2 시간에서 각각 측정된 제 1 파라미터 측정치와 제 2 파라미터 측정치 간의 제 1 차를 결정하고, 상기 제 1 시간과 상기 제 2 시간 간의 제 2 차를 결정하며, 상기 파라미터의 변화율을 결정하기 위해 상기 제 1 차를 상기 제 2 차로 나눔으로써, 상기 파라미터의 변화율을 결정하도록 구성되는
    열 상승 시스템.
    
15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 RF 신호원에 의해 공급된 상기 RF 신호의 전력 레벨을 감소시킴으로써 상기 열 상승 시스템의 동작을 수정하도록 구성되는
    열 상승 시스템.
    
16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 열 상승 시스템으로 하여금, 상기 열 상승 시스템의 사용자 인터페이스를 통해 아킹이 발생했다는 사용자 인지 가능한 표시를 생성하게 하도록 구성되는
    열 상승 시스템.
    
17. 캐비티를 포함하는 열 상승 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    무선 주파수(RF) 신호원에 의해, 상기 캐비티에 근접하게 위치 설정된 하나 이상의 전극과 상기 RF 신호원 사이에 전기적으로 결합된 송신 경로에 하나 이상의 RF 신호를 공급하는 단계와,
    측정 회로에 의해, 상기 송신 경로를 따라 상기 RF 신호의 파라미터를 주기적으로 측정하여 복수의 파라미터 측정치를 얻는 단계와,
    제어기에 의해, 상기 복수의 파라미터 측정치에 기초하여 파라미터의 변화율을 결정하는 단계와,
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 변화율이 사전 정의된 임계값을 초과한다고 결정하는 단계와,
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 변화율이 상기 사전 정의된 임계값을 초과하는 것에 응답하여 상기 열 상승 시스템의 동작을 수정하는 단계를 포함하는
    방법.
    
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 파라미터는 반사 신호 대 순방향 신호 전력비를 포함하고,
    상기 결정된 변화율이 상기 사전 정의된 임계값을 초과하는 것에 응답하여 상기 열 상승 시스템의 동작을 수정하는 단계는,
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 변화율이 상기 사전 정의된 임계값을 초과하는 것에 응답하여 상기 RF 신호원에 의해 공급된 상기 하나 이상의 RF 신호의 전력 레벨을 감소시키도록 상기 RF 신호원의 동작을 수정하는 단계를 포함하는
    방법.
    
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 변화율을 결정하는 단계는,
    상기 제어기에 의해, 제 1 반사 신호 대 순방향 신호 전력비 측정치와 제 2 반사 신호 대 순방향 신호 전력비 측정치 간의 제 1 차를 결정하는 단계와,
    상기 제어기에 의해, 상기 제 1 반사 신호 대 순방향 신호 전력비 측정치에 대응하는 제 1 시간과 상기 제 2 반사 신호 대 순방향 신호 전력비 측정치에 대응하는 제 2 시간 간의 제 2 차를 결정하는 단계와,
    상기 제어기에 의해, 상기 제 1 차를 상기 제 2 차로 나눔으로써 상기 변화율을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
    
20. 제 17 항에 있어서,
    상기 사전 정의된 임계값은 3dB/초와 6dB/초 사이에 있는
    방법.

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