KR20230071510A - 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치에 관한 것으로서, 원형 편광 마이크로파를 공급하는 원형 편광 마이크로파 공급부; 상기 원형 편광 마이크로파 공급부로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성하고, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재에 원형 편광된 유도전류를 발생시키는 유전체 공진기; 및 상기 유전체 공진기를 둘러싸도록 배치되며, 상기 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 마이크로파 몸체부를 포함한다.

Description

원형 편광 마이크로파 유도가열 장치{Circularly polarized microwave induction heating device}

본 발명은 마이크로파 유도가열 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재에 유도전류를 발생시켜 가열하는 마이크로파 가열 장치에 관한 것이다.

마이크로파(Microwave)는 극 초단파라고도 불리는 전자기파의 일종으로서, 파장이 1mm 내지 1m이고, 주파수 300MHz 내지 300GHz에 해당하는 전자기파이다. 마이크로파는 2차 세계대전 중 레이더용으로 개발되었으며, 그 이후 통신기기 등에 폭넓게 이용되고 있다. 특히, 휴대전화나 무선 랜(LAN) 등에서 그 활용이 증대되고 있다. 1946년 레이더 개발 도중 우연히 마이크로파가 식품을 급속히 가열시키는 현상이 발견되었으며 이것이 전자레인지의 발명으로 연결되기도 하였다.

마이크로파 가열 기술은 가정용뿐만 아니라 산업용 가열 방법으로 개발되어 왔다. 1980년대 중반 마이크로파 가열은 화학 분석, 즉 에싱(ashing), 익스트랙션(extraction), 다이제스션(digestion) 등에 적용되기 시작하였고, 1986년에는 마이크로파 가열을 이용하여 화학 합성을 시도하여 재래식 가열 방법보다 약 1000배 정도 빠르게 반응이 일어남을 보고하였다. 1990년대에는 마이크로파 화학 장치 업체에서 개발한 제품들이 기술적으로 발전하면서 널리 보급되었다.

마이크로파에 의한 발열 메커니즘의 한가지로서, 쌍극자 편극(dipolar polarization) 발열 메커니즘은 극성 분자들에서 열이 발생하는 프로세스로 유전가열(dielectric heating)의 원리이다. 적절한 주파수로 진동하는 전기장 하에서 극성 분자들이 전기장의 방향 및 위상에 맞추려고 할 때, 분자 간 힘으로 인해 극성 분자들이 저항을 받아 전기장에 따라갈 수 없게 됨으로써 분자들의 무작위 운동을 야기하고 이것이 열을 발생시킨다. 이러한 발열 메커니즘은 물이나 유기용매, 산화물 등을 효과적으로 가열할 수 있다.

마이크로파에 의한 발열 메커니즘 중 다른 한가지로서, 전기 저항(electric resistance) 발열 메커니즘은 전류에 대한 저항으로 인해 열이 발생하는 원리이다. 진동하는 전기장은 전도체 내의 전자나 이온의 진동을 일으켜 전류를 만들어내고 이 전류가 내부 저항에 의해 열을 발생시킨다. 이 발열 원리는 전기장에 의해 발생하는 전류의 흐름에 의한 것으로서 전도가열(conduction heating)이라고 할 수 있다. 이 마이크로파 전도가열은, 물이나 유기용매 같은 극성분자를 가지는 유전체가 아닌 전도성 소재에 마이크로파 전기장이 가해질 때 발생할 수 있다. 하지만, 마이크로파 공진기 내에 전도성 소재가 존재하면 소재 전도도 값이나 크기 형상 등에 의해 공진기 내 전자기장 분포에 매우 큰 영향을 주게 된다. 전도도가 매우 좋은 금속류의 소재는 마이크로파를 대부분 반사시키기 때문에 거의 가열이 되지 않을 뿐만 아니라, 뾰족하거나 얇은 형태를 가진다면 전기장이 집중되는 현상으로 인해 쉽게 방전이 일어나 소재가 손상된다. 또한, 흑연과 같이 높지 않은 전도도를 가지는 전도성 소재의 경우는 어느 정도 가열이 가능하지만 크기나 형태에 따라 방전의 위험성을 가지고 있어서 높은 출력으로 고온 가열하고자 하는 경우에는 마찬가지로 방전 손상의 위험성을 가진다.

금속과 같은 전도성 소재를 가열하는 도구로서 기존의 유도가열(induction heating) 기술은, 보통 수십 kHz의 주파수를 가지는 전류가 흐르는 코일을 감아서 자기장을 만들면 가까이 있는 금속에 유도전류를 발생시켜 가열시킬 수 있다. 특히 금속이 자성을 가지고 있다면 히스테리시스 손실(hysteresis loss)에 의해 더 효과적으로 가열할 수 있다. 이 유도가열은 산업에서 금속의 열처리나 고온 융해로 등으로 광범위하게 활용되고 있고, 가정에서도 조리기구로 널리 보급되어 활용되고 있다. 유도가열에서 금속표면에 발생시키는 유도전류의 침투 깊이는 금속의 전도도와 밀접한 상관관계를 가지는데, 유도가열의 사용 주파수가 높을수록 낮은 침투 깊이를 갖는다. 보통 유도가열의 사용 주파수는 최대 수백 kHz 정도이기 때문에 금속에 대한 유도전류의 침투 깊이는 약 1mm 전후의 값을 가지므로, 조리기구 같이 밀리미터 수준의 두께를 가지는 소재를 가열하기에 적합하다. 하지만, 1㎛ 수준 이하의 얇은 전도성 소재는 수십 내지 수백 kHz 수준의 주파수에 의한 유도전류의 침투 깊이보다 훨씬 얇기 때문에 자기장은 전도성 소재에 유도전류를 거의 만들어내지 못하고 투과해 버리는 문제가 있다. 기존의 마이크로파 가열의 전기 저항 발열 메커니즘에 의해 1㎛ 수준 이하의 얇은 전도성 소재(즉, 전도성 박막)를 가열하려는 경우, 전도성 박막의 끝에서 집중되는 전기장으로 인해 쉽게 방전이 일어나기 때문에 사실상 사용이 불가능한 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 마이크로파 유도가열 기술은 전자레인지 등에 사용되는 마이크로파 대역의 자기장을 이용하여 전도성 소재를 가열하는 새로운 유도가열 기술이다. 전자레인지 등에 사용되는 주파수 대역의 마이크로파로 인해 금속표면에 형성되는 유도전류의 침투 깊이는 약 1㎛ 수준이므로, 수 마이크로미터 이하 또는 나노미터 수준의 매우 얇은 박막을 가열하는데 적합한 기술이다. 마이크로파 유도가열 기술은 열이 필요한 박막 형태의 전도성 소재만을 선택적으로 직접 가열할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 에너지에서 열 에너지로 전환시키는 효율이 약 70% 수준으로 높아서 열 에너지의 낭비 없이 매우 높은 효율로 빠르게 가열할 수 있는 기술이다.

도 1은 마이크로파 유도가열 기술을 이용한 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 마이크로파 유도가열 장치(10)는 마이크로파 입력부(11), 마이크로파 커플러(12), 유전체 공진기(13) 및 마이크로파 몸체부(14)로 구성될 수 있다. 이러한 마이크로파 유도가열 장치(10)에서 마이크로파 입력부(11)와 마이크로파 커플러(12)를 통해 유전체 공진기(13)에 마이크로파를 전달해 주면, 상기 유전체 공진기(13)를 통해 공진하는 마이크로파 자기장은 일정한 방향으로만 진동하게 되고, 그로 인해 박막 형태의 전도성 소재(5)에 형성되는 유도전류도 일정한 방향으로만 형성되는 특성을 갖는다.

그런데, 대부분의 전자소자에 형성되어 있는 박막 형태의 전도성 소재는 필요한 기능을 수행하기 위해 마이크로미터 또는 그 이하 크기의 패턴을 가지는 경우가 많고, 전도성 소재 자체가 나노 와이어 등의 나노 소재로 이루어져 있어 실제 전류의 흐름은 나노 소재 위에서만 발생하기도 한다. 이러한 박막 형태의 전도성 소재에 대해 기존의 마이크로파 유도가열 장치(10)를 적용하여 유도전류를 발생시키는 경우, 상기 유도전류의 방향이 일정하기 때문에 같은 방향으로 형성된 패턴 구조물 또는 나노 구조물만 강하게 가열되는 문제가 발생하기도 한다. 마이크로파 유도가열에 의한 전도성 소재의 가열 속도는 초당 100,000도 이상이 될 정도로 엄청난 가열 능력을 가지고 있기 때문에, 일부 패턴 구조물 또는 나노 구조물만 먼저 가열될 경우 전도성 소재의 내부 영역들 간 극심한 온도 차이로 인한 스트레스로 인해 쉽게 손상이 일어난다. 따라서, 박막 형태의 전도성 소재를 구성하는 패턴 구조물 또는 나노 구조물의 형태에 상관없이 박막 전체를 균일하게 가열할 수 있는 마이크로파 유도가열 기술의 개발이 필요하다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 제공함에 있다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 원형 편광 마이크로파를 공급하는 원형 편광 마이크로파 공급부; 상기 원형 편광 마이크로파 공급부로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성하고, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재에 원형 편광된 유도전류를 발생시키는 유전체 공진기; 및 상기 유전체 공진기를 둘러싸도록 배치되며, 상기 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 마이크로파 몸체부를 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 마이크로파를 생성하는 마이크로파 발생기; 상기 마이크로파를 전송하는 제1 및 제 2 도파관; 상기 제2 도파관의 내부에 배치되어, 상기 마이크로파를 원형 편광 마이크로파로 변환하는 원형 편광 변환기; 상기 원형 편광 마이크로파를 기반으로 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성하고, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재에 원형 편광된 유도전류를 발생시키는 유전체 공진기; 및 상기 유전체 공진기를 둘러싸도록 배치되며, 상기 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 마이크로파 몸체부를 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 제공한다.

본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재의 표면에 마이크로파의 주파수 속도로 회전하는 원형 편광된 유도전류를 발생시켜 상기 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다.

또한, 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 전도성 박막 및 미세 와이어, 전도성 섬유, 박막 전극을 가진 칩소자(chip device) 등과 같이 마이크로미터 수준 이하의 매우 얇은 두께의 전도성 소재를 선택적으로 가열할 수 있다. 가열이 필요한 매우 적은 양의 전도성 소재만 선택적으로 가열하기 때문에, 훨씬 더 적은 에너지로 훨씬 더 빠른 속도로 고온 가열할 수 있다.

또한, 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 열처리 공정의 속도를 획기적으로 향상시킬 뿐만 아니라, 에너지 소모를 줄여 생산비용을 낮추고, 주변 온도를 훨씬 낮게 유지할 수 있어 고온 가열이 불가능했던 소재들도 열처리가 가능하게 해 준다.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면;
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 시뮬레이션한 모델의 일 예를 나타내는 도면;
도 5c는 도 5a의 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치에서 생성되는 원형 편광된 마이크로파 자기장을 예시하는 도면;
도 5d는 도 5a의 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치에 의해 야기되는 원형 편광된 유도전류를 예시하는 도면;
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 시뮬레이션한 모델의 다른 예를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

본 발명은 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 제안한다. 이하, 본 명세서에서는, 마이크로파를 이용한 유도가열의 대상이 되는 피가열물, 즉 전도성 박막, 나노 와이어, 전도성 섬유, 박막 전극을 가진 칩 소자(chip device) 등을 통칭하여 전도성 소재라 지칭하도록 한다.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(100)는 원형 편광 마이크로파 공급부(110), 유전체 공진기(120) 및 마이크로파 몸체부(130)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 상기 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(100)는 상술한 구성요소들(110~130)과 관련된 동작을 제어하기 위한 제어장치를 더 포함할 수 있다.

원형 편광 마이크로파 공급부(110)는 원형 편광 마이크로파(115)를 생성하고, 상기 생성된 원형 편광 마이크로파(115)를 유전체 공진기(120) 방향으로 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 원형 편광 마이크로파 공급부(110)는 마이크로파 발생기, 마이크로파 입력부 및 마이크로파 커플러 등을 포함할 수 있다.

원형 편광 마이크로파 공급부(110)는 마이크로파 몸체부(130)의 일 영역에 설치될 수 있다. 또한, 원형 편광 마이크로파 공급부(110)는 유전체 공진기(120)의 인접 영역에 배치될 수 있다.

유전체 공진기(120)는 외부로부터 공급된 마이크로파를 기반으로 마이크로파 유도가열을 위한 전자기장 패턴을 생성하여 피가열물(즉, 전도성 소재, 50)에 유도전류(55)를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 상기 유전체 공진기(120)는 기본 공진모드에서의 전기장 패턴 및 자기장 패턴을 생성할 수 있다.

유전체 공진기(120)에서 만들어내는 기본 공진모드의 전자기장 패턴은 유전체 공진기(120)의 중심축을 기준으로 회전하는 전기장 패턴과 상기 중심축을 따라 나와서 외곽으로 돌아 나가고 다시 중심축으로 돌아오는 자기장 패턴으로 구성된다. 이 중 전기장 패턴은 중심축에서의 값이 0이 되고 유전체 공진기(120)의 외곽으로 일정거리 이상 떨어지면 0에 근접해 거의 없어지게 된다. 이처럼, 유전체 공진기(120)를 이용하여 마이크로파 유도가열을 구현함에 있어 가장 중요한 사실은, 전기장 패턴은 주로 유전체 공진기(120) 내에서 회전하는 루프 형태로 존재하며, 자기장 패턴은 중심축을 통해 나와서 외곽으로 퍼져서 돌아 다시 중심축으로 들어오는 루프 형태로 존재한다는 점이다. 이로 인해, 유전체 공진기(120)의 외곽 또는 중심축은 전기장이 존재하지 않으면서 강하고 균일한 자기장이 존재하는 영역이 된다. 따라서, 유전체 공진기(120)의 상부에 박막 형태의 전도성 소재(50)가 위치하는 경우, 해당 전도성 소재(50)에서는 전기장이 존재하지 않고 전도성 소재(50) 표면에 나란한 방향의 자기장만이 존재하게 되며, 그 자기장으로 인해 전도성 소재(50) 표면에 유도전류(55)가 발생하게 된다. 이러한 유도전류(55)에 의한 저항열로 전도성 소재(50)를 가열하게 된다.

유전체 공진기(120)의 전체적인 형상은 원통, 직육면체, 정육면체 등과 같은 기둥 모양으로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 형태에 따라, 유전체 공진기(120)의 중앙 부분에는 전도성 소재(50)를 삽입하기 위한 관통 홀(미도시)이 형성될 수 있다.

유전체 공진기(120)는 원형 편광 마이크로파 공급부(110)로부터 수신된 원형 편광 마이크로파(115)를 공진하여 도면에 도시된 바와 같은 원형 편광된 마이크로파 자기장(125)을 생성할 수 있다. 유전체 공진기(120)는 원형 편광된 마이크로파 자기장(125)을 이용하여 전도성 소재(50)의 표면에 원형 편광된 유도전류(55)를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장(125) 및 유도전류(55)는 마이크로파의 주파수 속도로 회전하게 된다. 이에 따라, 상기 원형 편광된 유도전류(55)는 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재(50)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있게 된다.

마이크로파 몸체부(130)는 유전체 공진기(120)를 둘러싸도록 배치되어 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 마이크로파 몸체부(130)의 전체적인 형상은 원통, 직육면체, 정육면체 등과 같은 기둥 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 마이크로파 몸체부(130)는 금속 재질로 형성될 수 있다.

제어장치는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 제어장치는 유전체 공진기(120)와 마이크로파 몸체부(130) 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기(120)의 공진 모드 시 전자기장의 공진 주파수를 조정하는 기능을 수행할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(200)는 제1 및 제2 마이크로파 발생기(210, 220), 위상차 제어기(230), 제1 및 제2 마이크로파 입력부(240, 250), 제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270), 유전체 공진기(280), 마이크로파 몸체부(290) 및 차단 공진기(295)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 상기 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(200)는 상술한 구성요소들(210~295)과 관련된 동작을 제어하기 위한 제어장치를 더 포함할 수 있다.

원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(200)의 유전체 공진기(280) 및 마이크로파 몸체부(290)는 상술한 도 2의 유전체 공진기(120) 및 마이크로파 몸체부(130)와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

제1 마이크로파 발생기(210)는 제1 위상을 갖는 제1 마이크로파(215)를 생성하고, 상기 생성된 제1 마이크로파(215)를 제1 마이크로파 입력부(240)로 제공할 수 있다.

제2 마이크로파 발생기(220)는 제2 위상을 갖는 제2 마이크로파(225)를 생성하고, 상기 생성된 제2 마이크로파(225)를 제2 마이크로파 입력부(240)로 제공할 수 있다.

위상차 제어기(230)는 제1 및 제2 마이크로파 발생기(210, 220)를 제어하여 제1 마이크로파(215)와 제2 마이크로파(225) 간의 위상차가 미리 결정된 각도(가령, 90도)를 갖도록 할 수 있다. 즉, 제1 마이크로파 발생기(210)를 통해 생성되는 제1 마이크로파(215)와 제2 마이크로파 발생기(220)를 통해 생성되는 제2 마이크로파(225)가 서로 일정한 위상차(가령, 90도)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로파(215, 225) 간의 위상차는 원형 편광된 마이크로파를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

제1 마이크로파 입력부(240)는 제1 마이크로파 발생기(210)로부터 수신된 제1 마이크로파(215)를 제1 마이크로파 커플러(260)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제1 마이크로파 입력부(240)는 마이크로파 몸체부(290)의 일 영역에 배치될 수 있다.

제2 마이크로파 입력부(250)는 제2 마이크로파 발생기(220)로부터 수신된 제2 마이크로파(225)를 제2 마이크로파 커플러(270)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제2 마이크로파 입력부(250)는 마이크로파 몸체부(290)의 일 영역에 배치될 수 있다.

제1 및 제2 마이크로파 입력부(240, 250)는 동축 도파관 형태일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 마이크로파 입력부(240, 250)는 마이크로파 몸체부(290)의 일 영역에 결합되는 동축 도파관 형태일 수 있다. 제1 및 제2 마이크로파 입력부(240, 250)는 사각 또는 원형 도파관의 형태로 사용할 수 있다. 제1 및 제2 마이크로파 입력부(240, 250)의 형태는 제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270)의 형태에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

제1 마이크로파 커플러(260)는, 제1 마이크로파 입력부(240)와 결합되어, 상기 제1 마이크로파 입력부(240)로부터 수신된 제1 마이크로파(215)를 유전체 공진기(280)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

제1 마이크로파 커플러(260)는 제1 마이크로파 입력부(240)의 길이 방향을 따라 일직선 상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 제1 마이크로파 커플러(260)는 제1 마이크로파 입력부(240)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

제2 마이크로파 커플러(270)는, 제2 마이크로파 입력부(250)와 결합되어, 상기 제2 마이크로파 입력부(250)로부터 수신된 제2 마이크로파(225)를 유전체 공진기(280)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

제2 마이크로파 커플러(270)는 제2 마이크로파 입력부(250)의 길이 방향을 따라 일직선 상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 제2 마이크로파 커플러(270)는 제2 마이크로파 입력부(250)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270)는 유전체 공진기(280)의 중심축을 기준으로 제1 및 제2 마이크로파(215, 225)의 위상차에 대응하는 각도로 배치되도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 마이크로파(215, 225)의 위상차와 제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270)의 배치 구조를 통해 원형 편광된 마이크로파를 생성하기 위함이다.

제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270)는 유전체 공진기(280)로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 루프(loop) 형상의 금속이거나 혹은 막대 형상의 금속일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

유전체 공진기(280)는 제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270)로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 도면에 도시된 바와 같은 원형 편광된 마이크로파 자기장(285)을 생성할 수 있다. 유전체 공진기(280)는 원형 편광된 마이크로파 자기장(285)을 이용하여 전도성 소재(50)의 표면에 원형 편광된 유도전류(55)를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장(285) 및 유도전류(55)는 마이크로파의 주파수 속도로 회전하게 된다. 이에 따라, 상기 원형 편광된 유도전류(55)는 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재(50)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있게 된다.

마이크로파 몸체부(290)는 유전체 공진기(280)를 둘러싸도록 배치되어 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

차단 공진기(295)는 마이크로파 몸체부(290)의 내부와 외부 사이의 열린 공간, 즉 전도성 소재(50)와 마이크로파 몸체부(290) 사이의 공간을 통해 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 차단 공진기(295)는, 피가열물(50)이 로딩 또는 언로딩되는 경로의 주변에서 마이크로파 몸체부(290)의 내부와 외부 사이의 소통되는 열린 공간 주위에 결합될 수 있는 공동 공진기 또는 도파관일 수 있다. 여기서, 상기 공동 공진기는 마이크로파의 주파수보다 높은 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있으며, 상기 도파관은 마이크로파의 주파수보다 높은 도파관 차단주파수(waveguide cutoff frequency)를 가지도록 설계될 수 있다.

차단 공진기(295)는 이렇게 특정 주파수의 마이크로파가 지나가지 못하도록 하는 쵸크 캐비티(choke cavity)형 공동 공진기 또는 도파관에 해당한다. 이러한 공동 공진기 또는 도파관은 고정된 플레이트 상에 공동 공진을 위한 복수의 금속 막대(또는 로드(rod))가 1차원 또는 2차원으로 배열된 형태를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 형태에 따라, 상기 차단 공진기(295)는 생략 가능하도록 구성될 수 있다.

제어장치는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 제어장치는 마이크로파 몸체부(290)와 유전체 공진기(280) 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기(280)의 공진 모드 시 전자기장의 공진 주파수를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어장치는 제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270)와 유전체 공진기(280) 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기(280)로 전달되는 마이크로파의 양을 조절할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(300)는 마이크로파 발생기(310), 마이크로파 분배기(320), 제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340), 제1 및 제2 마이크로파 커플러(350, 360), 유전체 공진기(370), 마이크로파 몸체부(380) 및 차단 공진기(390)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 상기 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(300)는 상술한 구성요소들(310~390)과 관련된 동작을 제어하기 위한 제어장치를 더 포함할 수 있다.

원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(300)의 제1 및 제2 마이크로파 커플러(350, 360), 유전체 공진기(370), 마이크로파 몸체부(380) 및 차단 공진기(390)는 상술한 도 3의 제1 및 제2 마이크로파 커플러(260, 270), 유전체 공진기(280), 마이크로파 몸체부(290) 및 차단 공진기(295)와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

마이크로파 발생기(310)는 하나의 마이크로파(315)를 생성하고, 상기 생성된 마이크로파(315)를 마이크로파 분배기(320)로 제공할 수 있다.

마이크로파 분배기(320)는 마이크로파 발생기(310)로부터 수신된 마이크로파를 제1 및 제2 마이크로파로 분배(분기)하여 제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340)로 제공할 수 있다.

제1 마이크로파 입력부(330)는 마이크로파 분배기(320)로부터 수신된 제1 마이크로파를 제1 마이크로파 커플러(350)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제1 마이크로파 입력부(330)는 마이크로파 몸체부(380)의 일 영역에 배치될 수 있다.

제2 마이크로파 입력부(340)는 마이크로파 분배기(320)로부터 수신된 제2 마이크로파를 제2 마이크로파 커플러(360)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제2 마이크로파 입력부(340)는 마이크로파 몸체부(380)의 일 영역에 배치될 수 있다.

제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340)는 동축 도파관 형태일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340)는 마이크로파 몸체부(380)의 일 영역에 결합되는 동축 도파관 형태일 수 있다. 제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340)는 사각 또는 원형 도파관의 형태로 사용할 수 있다.

제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340)는 서로 다른 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 마이크로파 입력부(330, 340)의 길이 차이를 통해 제1 및 제2 마이크로파 간의 위상차를 생성하기 위함이다. 즉, 제1 마이크로파 입력부(330)를 통해 전송되는 제1 마이크로파와 제2 마이크로파 입력부(340)를 통해 전송되는 제2 마이크로파가 서로 일정한 위상차(가령, 90도)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로파 간의 위상차는 원형 편광된 마이크로파를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

제1 마이크로파 커플러(350)는, 제1 마이크로파 입력부(330)와 결합되어, 상기 제1 마이크로파 입력부(330)로부터 수신된 제1 마이크로파를 유전체 공진기(370)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 마이크로파 커플러(360)는, 제2 마이크로파 입력부(340)와 결합되어, 상기 제2 마이크로파 입력부(340)로부터 수신된 제2 마이크로파를 유전체 공진기(370)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

제1 및 제2 마이크로파 커플러(350, 360)는 유전체 공진기(370)의 중심축을 기준으로 제1 및 제2 마이크로파의 위상차에 대응하는 각도로 배치되도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 마이크로파의 위상차와 제1 및 제2 마이크로파 커플러(350, 360)의 배치 구조를 통해 원형 편광된 마이크로파를 생성하기 위함이다.

유전체 공진기(370)는 제1 및 제2 마이크로파 커플러(350, 360)로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 도면에 도시된 바와 같은 원형 편광된 마이크로파 자기장(375)을 생성할 수 있다. 유전체 공진기(370)는 원형 편광된 마이크로파 자기장(375)을 이용하여 전도성 소재(50)의 표면에 원형 편광된 유도전류(55)를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장(375) 및 유도전류(55)는 마이크로파의 주파수 속도로 회전하게 된다. 이에 따라, 상기 원형 편광된 유도전류(55)는 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재(50)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있게 된다.

마이크로파 몸체부(380)는 유전체 공진기(370)를 둘러싸도록 배치되어 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

차단 공진기(390)는 마이크로파 몸체부(380)의 내부와 외부 사이의 열린 공간, 즉 전도성 소재(50)와 마이크로파 몸체부(380) 사이의 공간을 통해 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 형태에 따라, 상기 차단 공진기(390)는 생략 가능하도록 구성될 수 있다.

제어장치는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(300)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 제어장치는 마이크로파 몸체부(380)와 유전체 공진기(370) 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기(370)의 공진 모드 시 전자기장의 공진 주파수를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어장치는 제1 및 제2 마이크로파 커플러(350, 360)와 유전체 공진기(370) 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기(370)로 전달되는 마이크로파의 양을 조절할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 시뮬레이션한 모델의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 5c는 도 5a의 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치에서 생성되는 원형 편광된 마이크로파 자기장을 예시하는 도면이고, 도 5d는 도 5a의 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치에 의해 야기되는 원형 편광된 유도전류를 예시하는 도면이다.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(500)는 제1 및 제2 마이크로파 입력부(510, 520), 제1 및 제2 마이크로파 커플러(530, 540), 유전체 공진기(550) 및 마이크로파 몸체부(560)를 포함할 수 있다.

제1 마이크로파 입력부(510)는 제1 마이크로파를 제1 마이크로파 커플러(530)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제1 마이크로파 입력부(510)는 동축 도파관 구조로 형성될 수 있다.

제2 마이크로파 입력부(520)는 제2 마이크로파를 제2 마이크로파 커플러(540)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제2 마이크로파 입력부(520) 역시 동축 도파관 구조로 형성될 수 있다.

제1 마이크로파 발생기(510)를 통해 생성되는 제1 마이크로파와 제2 마이크로파 발생기(520)를 통해 생성되는 제2 마이크로파는 서로 일정한 위상차(가령, 90도)를 갖도록 형성될 수 있다.

제1 마이크로파 커플러(530)는 제1 마이크로파 입력부(510)로부터 수신된 제1 마이크로파를 유전체 공진기(550)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제1 마이크로파 커플러(530)는 제1 마이크로파 입력부(510)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 마이크로파 커플러(530)는 제1 마이크로파 입력부(510)의 길이 방향을 따라 일직선 상으로 연장되도록 형성될 수 있다.

제2 마이크로파 커플러(540)는 제2 마이크로파 입력부(520)로부터 수신된 제2 마이크로파를 유전체 공진기(550)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제2 마이크로파 커플러(540)는 제2 마이크로파 입력부(520)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제2 마이크로파 커플러(540)는 제2 마이크로파 입력부(520)의 길이 방향을 따라 일직선 상으로 연장되도록 형성될 수 있다.

제1 및 제2 마이크로파 커플러(530, 540)는 유전체 공진기(550)의 중심축을 기준으로 제1 및 제2 마이크로파의 위상차에 대응하는 각도로 배치되도록 형성될 수 있다. 가령, 도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 마이크로파의 위상차가 90도인 경우, 유전체 공진기(550)의 중심축을 기준으로 제1 및 제2 마이크로파 커플러(530, 540)가 서로 90도 각도로 배치되도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 마이크로파의 위상차와 제1 및 제2 마이크로파 커플러(530, 540)의 배치 구조를 통해 원형 편광된 마이크로파를 생성하기 위함이다.

유전체 공진기(550)는 제1 및 제2 마이크로파 커플러(530, 540)로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성할 수 있다. 가령, 도 5c에 도시된 바와 같이, 유전체 공진기(550)는 시간 경과에 따라 위상이 계속적으로 가변하면서 회전하는 형태의 원형 편광된 마이크로파(570)를 생성할 수 있다.

유전체 공진기(550)는 원형 편광된 마이크로파 자기장(570)을 이용하여 전도성 소재(50)의 표면에 원형 편광된 유도전류(55)를 발생시킬 수 있다. 가령, 도 5d에 도시된 바와 같이, 유전체 공진기(550)는 시간 경과에 따라 위상이 계속적으로 가변하면서 회전하는 형태의 원형 편광된 유도전류(580)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 상기 원형 편광된 유도전류(580)는 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재(50)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있게 된다.

마이크로파 몸체부(560)는 유전체 공진기(550)를 둘러싸도록 배치되어 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(600)는 마이크로파 발생기(610), 제1 도파관(620), 도파관 모드 변환기(630), 제2 도파관(640), 원형 편광 변환기(650), 마이크로파 커플러(660), 유전체 공진기(670), 마이크로파 몸체부(680) 및 차단 공진기(690)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 상기 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(600)는 상술한 구성요소들(610~690)과 관련된 동작을 제어하기 위한 제어장치를 더 포함할 수 있다.

원형 편광 마이크로파 유도가열 장치(600)의 유전체 공진기(670), 마이크로파 몸체부(680) 및 차단 공진기(690)는 상술한 도 4의 유전체 공진기(370), 마이크로파 몸체부(380) 및 차단 공진기(390)와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

마이크로파 발생기(610)는 하나의 마이크로파(615)를 생성하고, 상기 생성된 마이크로파(615)를 제1 도파관(620)으로 공급할 수 있다. 여기서, 상기 마이크로파는 선형 편광된 마이크로파이다.

제1 도파관(620)은 마이크로파 발생기(610)로부터 수신된 마이크로파(615)를 제2 도파관(340)으로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제1 도파관(620)은 사각 도파관일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 상기 제1 도파관(620)에서 생성되는 마이크로파 자기장(625)은 선형 편광된 마이크로파 자기장이다.

도파관 모드 변환기(630)는, 제1 도파관(620)과 제2 도파관(640) 사이에 배치되어, 상기 제1 도파관(620)에서 제2 도파관(640)으로 마이크로파(615)를 손실없이 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

제2 도파관(640)은 제1 도파관(620)으로부터 수신된 마이크로파(615)를 마이크로파 커플러(660)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제2 도파관(640)은 원형 도파관일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

제1 도파관(620), 도파관 모드 변환기(630) 및 제2 도파관(640)은 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1 도파관(620), 도파관 모드 변환기(630) 및 제2 도파관(640)은 일체로 형성될 수 있다.

원형 편광 변환기(650)는 제2 도파관(640)의 내부에 배치되어, 선형 편광된 마이크로파(625)를 원형 편광된 마이크로파(655)로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 원형 편광 변환기(650)는 λ/4를 갖는 유전체 재질의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.

원형 편광 변환기(650)는 제2 도파관(640)에 입력된 선형 편광된 마이크로파(625)의 전기장 방향에 45도 기울어지도록 배치하여 선형 편광된 마이크로파(625)를 원형 편광된 마이크로파(655)로 변환할 수 있다.

마이크로파 커플러(660)는 제2 도파관(640)으로부터 수신된 원형 편광된 마이크로파(655)를 유전체 공진기(670)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 마이크로파 커플러(660)는 제2 도파관(640)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

마이크로파 커플러(660)는 제2 도파관(640)과 마이크로파 몸체부(680) 사이에 배치될 수 있다. 상기 마이크로파 커플러(660)는 중앙에 원형의 개구부를 갖는 고리 모양으로 형성될 수 있다.

유전체 공진기(670)는 마이크로파 커플러(660)로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성할 수 있다. 상기 유전체 공진기(670)는 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재(50)의 표면에 원형 편광된 유도전류(55)를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 마이크로파의 주파수 속도로 회전하는 원형 편광 유도전류(55)는 전도성 소재(50)의 패턴에 관계없이 해당 전도성 소재(50)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있게 된다.

마이크로파 몸체부(680)는 유전체 공진기(670)를 둘러싸도록 배치되어 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 차단 공진기(690)는 마이크로파 몸체부(680)의 내부와 외부 사이의 열린 공간, 즉 전도성 소재(50)와 마이크로파 몸체부(680) 사이의 공간에서 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치는 원형 편광 변환기 및 유전체 공진기를 통해 생성된 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 일정 패턴의 구조물 또는 나노 구조물로 이루어진 전도성 소재를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치
110: 원형 편광 마이크로파 공급부
120: 유전체 공진기
130: 마이크로파 몸체부

Claims (20)

1. 원형 편광 마이크로파를 공급하는 원형 편광 마이크로파 공급부;
   상기 원형 편광 마이크로파 공급부로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 공진하여 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성하고, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재에 원형 편광된 유도전류를 발생시키는 유전체 공진기; 및
   상기 유전체 공진기를 둘러싸도록 배치되며, 상기 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 마이크로파 몸체부를 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 원형 편광 마이크로파 공급부는,
   제1 및 제2 마이크로파 발생기, 위상차 제어기, 제1 및 제2 마이크로파 입력부, 제1 및 제2 마이크로파 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 위상차 제어기는, 상기 제1 마이크로파 발생기에서 생성되는 제1 마이크로파와 상기 제2 마이크로파 발생기에서 생성되는 제2 마이크로파 간의 위상차를 미리 결정된 각도로 조절하는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 원형 편광 마이크로파 공급부는,
   마이크로파 발생기, 마이크로파 분배기, 제1 및 제2 마이크로파 입력부, 제1 및 제2 마이크로파 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마이크로파 분배기는, 상기 마이크로파 발생기로부터 수신된 마이크로파를 제1 및 제2 마이크로파로 분배하여 상기 제1 및 제2 마이크로파 입력부로 제공하는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 마이크로파 입력부는, 상기 제1 및 제2 마이크로파 간의 위상차에 대응하는 길이 차이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
7. 제3항 또는 제5항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 마이크로파 커플러는, 상기 유전체 공진기의 중심축을 기준으로 상기 제1 및 제2 마이크로파 간의 위상차에 대응하는 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 원형 편광 마이크로파는, 상기 제1 및 제2 마이크로파 간의 위상차와 상기 제1 및 제2 마이크로파 커플러의 배치 구조를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
9. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 마이크로파 커플러는, 상기 제1 및 제2 마이크로파 입력부의 길이 방향을 따라 일직선 상으로 연장되도록 형성되거나 상기 제1 및 제2 마이크로파 입력부의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
10. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 유전체 공진기와 상기 원형 편광 마이크로파 공급부 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기로 전달되는 마이크로파의 양을 조절하는 제어장치를 더 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 몸체부와 상기 유전체 공진기 간의 이격 거리를 조정하여 상기 유전체 공진기의 공진 모드 시 전자기장의 공진 주파수를 조절하는 제어장치를 더 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 몸체부와 상기 전도성 소재 사이의 공간을 통해 상기 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 차단 공진기를 더 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 원형 편광된 유도전류는, 마이크로파의 주파수 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 공진기는 단면이 원형 또는 사각형인 기둥 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
15. 마이크로파를 생성하는 마이크로파 발생기;
    상기 마이크로파를 전송하는 제1 및 제 2 도파관;
    상기 제2 도파관의 내부에 배치되어, 상기 마이크로파를 원형 편광 마이크로파로 변환하는 원형 편광 변환기;
    상기 원형 편광 마이크로파를 기반으로 원형 편광된 마이크로파 자기장을 생성하고, 상기 원형 편광된 마이크로파 자기장을 이용하여 전도성 소재에 원형 편광된 유도전류를 발생시키는 유전체 공진기; 및
    상기 유전체 공진기를 둘러싸도록 배치되며, 상기 원형 편광 마이크로파의 외부 누설을 차단하는 마이크로파 몸체부를 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관 사이에 배치되는 도파관 모드 변환기를 더 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 도파관의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되도록 형성되며, 상기 제2 도파관으로부터 수신된 원형 편광 마이크로파를 상기 유전체 공진기로 전달하는 마이크로파 커플러를 더 포함하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 도파관은 사각 도파관이고, 상기 제2 도파관은 원형 도파관임을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
19. 제15항에 있어서,
    상기 원형 편광 변환기는, 유전체 재질의 플레이트 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.
20. 제15항에 있어서,
    상기 원형 편광 변환기는, 상기 제2 도파관에 입력된 마이크로파의 전기장 방향에 45도 기울어지도록 배치하여 상기 마이크로파를 상기 원형 편광 마이크로파로 변환하는 것을 특징으로 하는 원형 편광 마이크로파 유도가열 장치.

Images