TW201803406A - 具有介電諧振器天線陣列的固態微波加熱設備及其操作和製造方法 - Google Patents

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Abstract

微波加熱設備的實施例包括：固態微波能量來源；腔室；介電諧振器天線，其具有激勵器介電諧振器一種饋送結構；以及一個或多個額外的介電諧振器，其各自放置在所述激勵器諧振器的距離內以形成介電諧振器天線陣列。所述距離被選擇為使得每個額外的諧振器與所述激勵器諧振器緊密地電容式耦合。所述饋送結構從所述微波能量來源中接收激勵信號。所述激勵器諧振器被配置成響應於所述激勵信號產生第一電場，並且所述第一電場可以直接地衝擊所述額外的諧振器。所述第一電場的衝擊可以使得所述額外的諧振器中的每一個產生第二電場。所述電場被引導到所述腔室中以增大在所述腔室內的負載的熱能。

Description

具有介電諧振器天線陣列的固態微波加熱設備及其操作和製造方法
發明領域 本文中所描述的標的物的實施例大體上涉及固態微波加熱設備以及所述設備的操作和製造方法。
發明背景 多年來，磁控管已普遍用於微波爐中以產生出於加熱食物、飲料或其它物品的目的的微波能源。磁電管基本上由具有圍繞它的邊緣間隔開的多個圓柱形腔室的圓形腔室、構建到腔室中心中的陰極和被配置成產生磁場的磁體構成當併入到微波系統中時，陰極耦合到直流（DC）電源，所述電源被配置成將高電壓電勢提供到陰極。磁場和圓柱形腔室在腔室內產生電子以在腔室中誘發諧振、高頻射頻（RF）場，並且可以通過探針從腔室中提取場的一部分。耦合到探針的波導將射頻能量引導到負載。舉例來說，在微波爐中，負載可以為加熱腔室，所述加熱腔室的阻抗可以受在加熱腔室內的物體的影響。
儘管磁控管在微波和其它應用中很好地起作用，但是它們並不是沒有其自身的缺點。舉例來說，磁控管通常需要非常高的電壓來操作。此外，磁控管可能易受在延長的操作週期上的輸出功率降級的影響。因此，包括磁控管的系統的性能可能隨時間推移而降低。另外，磁控管趨於是對振動敏感的大體積且沉重的組件，因此使得它們不適合在可擕式應用中使用。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種微波加熱設備，其特徵在於，包括：固態微波能量來源；第一介電諧振器天線，其包括第一激勵器介電諧振器和接近所述第一激勵器介電諧振器的第一饋送結構，其中所述第一激勵器介電諧振器具有頂部表面和相對的底部表面，其中所述第一饋送結構電耦合到所述微波能量來源以從所述微波能量來源中接收第一激勵信號，並且其中所述第一激勵器介電諧振器被配置成響應於提供到所述第一饋送結構的所述激勵信號產生第一電場；以及一個或多個第二介電諧振器，其放置在所述第一激勵器介電諧振器的距離內以形成介電諧振器天線陣列，其中選擇所述距離使得當提供所述激勵信號時所述第二介電諧振器中的每一個與所述第一激勵器介電諧振器緊密地電容式耦合。
具體實施方式 以下詳細描述本質上僅為說明性的，且並非意圖限制標的物的實施例或此類實施例的應用和使用。如本文中所使用，詞語“示例性”和“例子”意味著“充當例子、實例或說明”。本文中描述為示例性或例子的任何實施方案未必應被解釋為比其它實施方案優選或有利。此外，並非意圖受先前技術領域、背景技術或以下詳細描述中呈現的任何所表達或暗示的理論的限定。
本文中所描述的標的物的實施例涉及固態微波加熱設備（例如，固定或可擕式微波爐、微波除霜器等等），然而各種實施例也可以在其它系統中使用。如下文更詳細地描述，示例性微波加熱設備是使用微波產生模組、介電諧振器天線（DRA）陣列和腔室來實現的。微波產生模組將射頻能量提供到DRA陣列，且DRA陣列將能量輻射到腔室中，在所述腔室內可放置負載（例如，食物負載或一些其它型的負載）。
如本文所使用，術語“介電諧振器”是指由能夠接收射頻能量的塊狀介電材料（例如，陶瓷）組成的物件並且以一個或多個諧振模式在介電諧振器的諧振頻率處諧振射頻能量。諧振頻率是由介電材料的形狀和尺寸以及塊狀介電材料的介電常數確定的。一般而言，介電諧振器被表徵為具有相對較高的介電常數和相對較高的Q因數。根據各種實施例，可以在介電諧振器中激發若干類型的諧振模式。
如本文所使用，術語“介電諧振器天線”或“DRA”是指包括介電諧振器和一個或多個射頻信號饋送的天線組合件。射頻信號饋送被配置成攜帶射頻信號並且相對於介電諧振器放置，使得射頻信號激發介電諧振器，並且引起介電諧振器以諧振模式在介電諧振器的諧振頻率處諧振射頻能量。DRA的諧振特性取決於介電諧振器的形狀和大小並且取決於饋送的形狀、大小和位置。如本文所使用，通過射頻信號從饋送中直接地激發的介電諧振器被稱作“激勵器介電諧振器”。理想地，射頻信號為具有激勵器介電諧振器的諧振頻率處的頻率或接近激勵器介電諧振器的諧振頻率的頻率的振盪信號。
根據若干實施例，DRA包括具有插入到介電材料中的一個或多個金屬單極探針（即，饋送）的介電諧振器。在DRA的一側上存在接地平面使得DRA主要在“向前”方向上（例如，到鄰近於DRA的加熱腔室中）輻射功率。在替代實施例中，DRA包括安置在接地基板上或接近接地基板的介電諧振器，所述接地基板具有借助於在接地基板中所提供的單極孔隙饋送傳遞到介電諧振器的能量。還可能直接連接到微帶傳輸線路以及通過微帶傳輸線路激勵。
如本文所使用，術語“介電諧振器天線陣列”和“DRA陣列”是指包括至少一個DRA和緊密地電容式耦合到DRA的至少一個額外的介電諧振器的組合件。在一個實施例中，DRA的介電諧振器和額外的介電諧振器佈置在共面配置中。換句話說，DRA陣列包括多個緊密地電容式耦合的介電諧振器和一個或多個饋送，所述一個或多個饋送在多個介電諧振器中的一個或多個中或接近多個介電諧振器中的一個或多個以形成陣列中的一個或多個DRA。
根據一個實施例，DRA的介電諧振器被稱作“激勵器諧振器”，因為它被配置成直接地激發並且通過在饋送上攜帶的信號引起諧振（即，它直接地從饋送接收電磁能量）。相比之下，DRA陣列中的介電諧振器中的一個或多個可以為“寄生諧振器”，因為它並不直接地從饋送接收電磁能量。在此類實施例中，DRA的一個或多個激勵器諧振器和一個或多個寄生諧振器被佈置成使得電容耦合出現在DRA的介電諧振器之間，或更具體地說出現在DRA的激勵器諧振器和寄生諧振器之間。換句話說，寄生諧振器被佈置成使得由激勵器諧振器產生的電場（被稱作“激勵器產生的電場”）直接地衝擊一個或多個寄生諧振器，這使得寄生諧振器也進行諧振。換句話說，由於激勵器產生的電場衝擊寄生諧振器，所以寄生諧振器繼而產生“寄生產生的電場”。DRA陣列中的介電諧振器被佈置成使得在大體上相同的方向上各自主要地引導激勵器產生的電場和寄生產生的電場。在微波加熱設備的一個實施例中，在微波加熱設備的加熱腔室的方向上各自主要地引導激勵器產生的電場和寄生產生的電場，其中腔室被配置成包含待加熱的負載（例如，食物負載）。如本文所使用，術語“加熱”和它的各種衍生詞指代增加物質的熱能。儘管此類熱能的增加（或“加熱”）可以將物質的溫度升高到明顯的高於環境溫度的溫度，但是“加熱”還可以涉及以任何量提升物質的溫度（例如，解凍物質以將溫度從零下升高到環境溫度）。
如下文將更詳細地論述，本文所公開的DRA陣列的實施例構成相對寬頻的結構，所述結構將來自微波產生模組的射頻能量有效地耦合到加熱腔室內的負載中。當與用於微波加熱應用的常規天線相比較時，由於寬的頻寬，DRA陣列的實施例對近場負載很不敏感（例如，由於放置在腔室內的負載）。
圖1和圖2是根據示例實施例相應地在打開狀態和關閉狀態中的可擕式微波加熱設備100的透視圖。微波加熱設備100包括外殼110、加熱腔室120、控制面板130、一個或多個微波功率產生模組（例如，模組350，圖3）、一個或多個DRA陣列（例如，DRA陣列500，圖5）和在下文中更詳細地論述的其它組件。
在一個實施例中，外殼110包括底座部分112、腔室部分114和蓋子116。在一個實施例中，底座部分112可以包含微波功率產生模組和至少一個DRA陣列。此外，底座部分112可以包含電源系統，例如對微波功率產生模組和控制面板130供電的可充電電池系統或不可再充電電池系統。當外部連接埠118耦合到對應的纜線（未示出）時，外部介面118可用於接收功率來操作設備100和/或對設備100的可再充電電池系統再充電。此外，外部連接埠118可用於與外部系統通信以接收（例如）軟體更新。
加熱腔室120位於外殼110的腔室部分114內，並且由內側壁122、腔室底部表面（例如，表面924，圖9）和腔室頂部表面（例如，表面926，圖9）限定。如圖1中所示，當打開蓋子116時，可進入加熱腔室120並且可以在腔室120內放置負載140（例如，食物負載或其它負載）。如圖2中所示，當關閉蓋子116時，加熱腔室120變為封閉的空氣腔室，所述空氣腔室基本上充當具有封閉端部的波導。根據一個實施例，當打開蓋子116時解除啟動微波產生模組，並且僅當關閉蓋子116時可以啟動微波產生模組。因此，微波加熱設備100可以包括感測器或用於檢測蓋子116的狀態（即，打開或關閉）的其它機構。
為了操作微波加熱設備100，使用者可以打開蓋子116、放置一個或多個物體（例如，負載140）到加熱腔室120中、關閉蓋子116以及通過規定所需加熱持續時間和所需功率電平的控制面板130提供輸入。作為響應，系統控制器（例如，控制器310，圖3）使得微波功率產生模組（例如，模組350，圖3）將激勵信號提供到DRA陣列（例如，DRA陣列360，圖3）。作為響應，DRA陣列將微波頻譜中的電磁能量（在本文中被稱作“微波能量”）輻射到加熱腔室120中。更具體地說，系統控制器使得微波功率產生模組致使DRA陣列在與使用者輸入一致的功率電平處將微波能量輻射到加熱腔室120中一段時間。微波能量增加了負載140的熱能（即，微波能量引起負載變熱）。
每個DRA陣列被配置成將微波能量輻射到加熱腔室120中。在一個實施例中，輻射能量具有微波頻譜中的波長，所述波長具體來說適用於加熱液體和固體物體（例如，液體和食物）。舉例來說，每個DRA陣列可被配置成將具有在約2.0吉赫茲（GHz）到約3.0 GHz的範圍內的頻率的微波能量輻射到加熱腔室120中。更具體地說，在一個實施例中，每個DRA陣列可被配置成將具有約2.45 GHz波長的微波能量輻射到加熱腔室120中。
如下文將進一步詳細描述，每個微波功率產生模組可實施為集成的“固態”模組，在所述模組中每個微波功率產生模組包括產生和輻射微波能量的固態電路配置（而不是包括磁電管）。因此，當與常規的基於磁電管的微波系統相比較時，系統的實施例（其中包括微波功率產生模組的實施例）可在相對較低電壓處操作、可不太易受隨時間推移的輸出功率降級的影響和/或可相對較緊湊。
儘管微波加熱設備100經示出其組件相對於彼此呈特定的相對取向，但應理解各種組件也可不同地取向。此外，各種組件的物理配置可以不同。舉例來說，控制面板130可具有更多、更少或不同的使用者介面組件，和/或使用者介面組件可不同地佈置。替代地，控制面板130可以位於設備100的底座部分112或蓋子部分116內。此外，儘管在圖1中示出大體上圓柱形的設備100和加熱腔室120，但是應理解在其它實施例中加熱腔室可具有不同形狀（例如，矩形、橢圓等等）。另外，微波加熱設備100可以包括並未在圖1中具體地描繪的額外組件。更進一步，儘管在本文中示出且詳細地描述“可擕式”微波加熱設備的實施例，但是本領域的技術人員將理解DRA陣列的發明性實施例還可適用於固定的微波加熱設備（例如，大型設備和/或通過外部供電網路（或電網）供電的設備）。
圖3是根據示例實施例包括一個或多個DRA陣列360的微波加熱設備300（例如，微波加熱設備100，圖1）的簡化的框圖。此外，微波系統300包括系統控制器310、使用者介面330、電源340、加熱腔室320和一個或多個微波功率產生模組350。應理解圖3為出於解釋和易於描述的目的的微波系統300的簡化表示，且其實際實施例可包括其它裝置和組件以提供額外功能和特徵，和/或微波系統300可為大型電力系統的部分。
使用者介面330可以對應於控制面板（例如，控制面板130，圖1），舉例來說，所述控制面板使使用者能夠將關於加熱操作的參數（例如，加熱操作的持續時間、加熱操作的功率電平、與特定加熱操作參數相關聯的代碼等等）的輸入提供到系統、開始和取消按鈕等等。此外，使用者介面可被配置成提供指示加熱操作的狀態的使用者可察覺的輸出（例如，倒計時器、指示加熱操作完成的可聽見的音調等等）和其它資訊。
系統控制器310耦合到使用者介面330且耦合到供電系統340。舉例來說，系統控制器310可以包括一個或多個通用或專用處理器（例如，微處理器、微控制器、專用積體電路（ASIC）等等）、易失性和/或非易失性記憶體（例如，隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、各種寄存器等等）、一個或多個通信匯流排和其它組件。根據一個實施例，系統控制器310被配置成接收指示通過使用者介面330接收到的使用者輸入的信號，並且對於持續時間和在對應於接收到的使用者輸入的功率電平處，使得電源340將能量提供到微波功率產生模組350。
電源340可以根據從系統控制器310接收的控制信號將電源電壓選擇性地提供到每個微波功率產生模組350。當向每個微波功率產生模組350供應來自電源340的合適的電源電壓時，每個微波功率產生模組350將產生射頻信號，所述射頻信號被傳送到形成DRA陣列360的部分的一個或多個饋送結構370（或“饋送”）。作為響應，DRA陣列360將微波能量輻射到加熱腔室320中。如先前所提到，加熱腔室320基本上充當具有封閉端部的波導。DRA陣列360的介電諧振器、加熱腔室320和置於加熱腔室320中的任何負載（例如，負載140，圖1）對應於由DRA陣列360產生的微波能量的累積的負載。更具體地說，介電諧振器、加熱腔室320和加熱腔室340內的負載對微波功率產生模組350呈現阻抗。
根據一個實施例，每個微波功率產生模組350可以包括固態振盪器子系統352、頻率調諧電路354和偏置電路356。根據一個實施例，振盪器子系統352包括固態放大器（例如，包括一個或多個功率電晶體）和諧振電路。在各種實施例中，振盪器子系統352內的功率放大器可以包括單端放大器、雙端放大器、推挽式放大器、多爾蒂放大器、開關模式功率放大器（SMPA）或另一類型的放大器。
在實施例中，振盪器子系統352為功率微波振盪器，在所述功率微波振盪器中振盪器子系統352的元件被配置成在輸出節點358處產生振盪電信號，其中所述信號具有微波頻譜中的頻率，所述微波頻譜具有相對較高的輸出功率（例如，在約100瓦特（W）到約300 W或更高的範圍內的輸出功率）。沿著功率放大器的輸出與輸入之間的回饋路徑耦合的諧振電路完成諧振回饋回路，所述諧振回饋回路使得由功率放大器產生的放大的電信號在諧振電路的諧振頻率處或接近諧振電路的諧振頻率振盪。在實施例中，諧振電路被配置成在微波頻譜中的頻率處（例如，在約2.45 GHz的頻率處）諧振。由放大器佈置產生的放大的電信號在大約諧振電路的諧振頻率處振盪。應注意，實際上，諧振電路的實施例可被配置成在不同頻率處諧振以適合使用微波系統300的特定應用的需要。
根據一個實施例，功率放大器被實施為單級電晶體或多級電晶體，所述電晶體具有耦合到調諧電路354的輸入端（或控制端）和耦合到放大器輸出節點358的輸出端（例如，漏極端）。舉例來說，電晶體可以包括場效應電晶體（FET），所述場效應電晶體具有連接到調諧電路354的柵極端、連接到放大器輸出節點358的漏極端和連接到接地參考電壓（例如，約0伏特，儘管在一些實施例中接地參考電壓可以高於或低於0伏特）的源極端。舉例來說，電晶體可以包括橫向擴散的金屬氧化物半導體FET（LDMOSFET）電晶體。然而，應注意電晶體並不意圖受限於任何特定半導體技術，且在其它實施例中，電晶體可實現為氮化鎵（GaN）電晶體、另一類型的MOSFET電晶體、雙極結晶體管（BJT），或使用其它半導體技術的電晶體。
頻率調諧電路354包括電容元件、電感元件和/或被配置成調節由振盪器子系統352產生的振盪電信號的振盪頻率的電阻元件。在示例性實施例中，頻率調諧電路354耦合在接地參考電壓與振盪器子系統352的輸入之間。
偏置電路356耦合在電源340與振盪器子系統352之間，且被配置成接收來自電源340的正（或電源）電壓。根據一個實施例，偏置電路356被配置成在振盪器子系統352內的電晶體的柵極端和/或漏極端處控制直流（DC）或標稱偏置電壓，以便接通電晶體且在振盪器子系統352的操作期間維持電晶體在活躍模式中操作。儘管沒有所示出，但是偏置電路356還可包括溫度感測器和溫度補償電路，所述溫度補償電路被配置成感測或檢測電晶體的溫度並且響應於電晶體的溫度的升高和/或降低而調節柵極偏置電壓。在此類實施例中，偏置電路356可被配置成響應於溫度變化而大體上維持電晶體的恒定的靜態電流。
通過一個或多個阻抗匹配電路（未示出），振盪器子系統352耦合到饋送結構370。如將在下文更詳細地闡釋，饋送結構370的實施例包括放置在一個或多個DRA陣列360的一個或多個介電諧振器內的傳導結構。替代地，饋送結構370可以包括微帶線路，所述微帶線路孔隙耦合到一個或多個DRA陣列360的一個或多個介電諧振器。
DRA陣列360被配置成將微波能量輻射到加熱腔室320中。更具體地說，在振盪器輸出節點358處，饋送結構370和DRA陣列360將振盪電信號轉換成電磁微波信號。舉例來說，在振盪器子系統352被配置成產生在約2.45 GHz的頻率處的信號的微波加熱設備應用中，在振盪器輸出節點358處，DRA陣列360將振盪電信號轉換為在2.45 GHz處的微波電磁信號並且將微波信號引導到微波加熱設備300的加熱腔室320中。
當微波加熱設備300包括多個DRA陣列360時，DRA陣列360可被配置成以相同頻率和功率電平諧振，並且可以同時操作或以限定的順序操作。替代地，DRA陣列360可以不同地配置（例如，它們可以在不同頻率處諧振，和/或可以輻射在不同功率電平處的微波能量）。在此類替代實施例中，DRA陣列360可以同時操作或以限定順序操作。
如將在圖5到7和圖9到17中更詳細地描繪，每個DRA陣列包括被佈置成使得至少一個寄生諧振器與至少一個激勵器諧振器緊密地電容式耦合的多個介電諧振器。在詳細地論述DRA陣列的各種實施例之前，將結合圖4論述DRA陣列的基本構建塊的實施例，或更具體地說介電諧振器的實施例。
圖4是適用於DRA陣列的一個實施例的介電諧振器400的透視圖。介電諧振器400由塊狀介電材料形成，例如，陶瓷、鈣鈦礦化合物（例如，併入Nd2 O3 、TiO2 、CaO/SrO、BaO、MgO、ZnO、CoO、Ta2 O5 和/或Nb2 O5 等等）或其它合適的材料。根據一個實施例，塊狀介電材料具有相對較高的介電常數，例如約8與約70之間的介電常數，儘管介電常數還可以更大或更小。另外，在一個實施例中，塊狀介電材料具有相對較高的品質因數（Q），例如約40,000與約300,000之間的無負載的Q，儘管塊狀介電材料還可具有更低或更高的無負載Q。更進一步，在一個實施例中，塊狀介電材料具有極低的熱膨脹係數（例如，約0 ppm）。
在示出的實施例中，介電諧振器400具有圓柱形形狀，所述圓柱形形狀具有頂部表面410、底部表面412和在頂部表面410與底部表面412之間延伸的外部側壁416。此外，介電諧振器400具有在頂部表面410與底部表面412之間延伸的中心通道或孔420，其中中心孔420由內部側壁422限定。如稍後將結合圖18到圖23更詳細地論述，具有多種其它形狀的介電諧振器可用於DRA陣列的各種其它實施例中。
所示出的介電諧振器400可以用作DRA陣列中的激勵器諧振器或寄生諧振器。當用作激勵器諧振器時，傳導饋送（例如，饋送550，圖5）可以從介電諧振器400的底部表面412插入到中心孔420中，並且被提供到饋送的射頻信號可用於使得介電諧振器400在介電諧振器400的特性諧振頻率處諧振。舉例來說，諧振頻率可以在約2.0 GHz到約3.0 GHz的範圍內，儘管諧振頻率還可以更低或更高。介電諧振器400的諧振頻率至少部分由塊狀介電材料的介電常數以及介電諧振器400的形狀和大小（例如，高度430和直徑432）限定。一般而言，介電常數越高，則給定諧振頻率的介電諧振器可以越小。此外，對於任何給定介電常數和介電諧振器形狀，較小介電諧振器與較大介電諧振器相比在較高諧振頻率處諧振。
在圖4中所示的實施例中，介電諧振器400具有圓形截面區域。因而，當射頻信號用於激發介電諧振器400時，通過介電諧振器400產生周向電子場440（在本文中被稱作“初級”電場）。此外，當放置在介電諧振器400中的饋送攜帶合適的射頻信號時，還產生垂直或次級電子場442（即，與頂部表面410和/或底部表面412正交的電子場442）。次級或正交電子場442的強度可以至少部分取決於饋送延伸到中心孔420中的距離。無論哪種方式，當通過由饋送攜帶的射頻信號適當地激發時，介電諧振器400可以產生在相對於慣性座標系的正交軸的三個極化（例如，固定的慣性座標系450的正交軸“X”、“Y”和“Z”）中所引導的磁能量場。
如上文所提及，可適用於微波加熱設備（例如，微波加熱設備100、200，圖1、2）中的DRA陣列可以包括佈置成使得至少一個寄生諧振器與至少一個激勵器諧振器緊密地電容式耦合的多個介電諧振器（例如，介電諧振器400的多個實例，圖4）。替代地，DRA陣列中的介電諧振器中的每一個可以由饋送直接地激發，這使得所有的介電諧振器可歸類為激勵器諧振器。
舉例來說，圖5和圖6是根據示例實施例的DRA陣列500的俯視圖和透視圖。所示出的陣列500包括耦合到基板530的七個介電諧振器510、520。在一個實施例中，介電諧振器510、介電諧振器520物理地耦合到基板530的第一側以維持介電諧振器510與介電諧振器520之間的固定空間關係。舉例來說，基板530可以為具有良好的熱導率的剛性的或柔性的非導電材料。舉例來說，但是並不作為限制，基板530可以由玻璃纖維（例如，編織玻璃纖維）、聚四氟乙烯（PTFE）、尼龍或其它合適的材料形成。如稍後將結合圖9更詳細地論述，可以選擇基板530材料以提供與基礎接地平面的足夠的電隔離，基板530可與基礎接地平面可滑動地嚙合。
被配置成攜帶射頻信號的饋送550被放置在中心介電諧振器510的中心孔512內。如此配置，中心介電諧振器510和饋送550形成介電諧振器天線（DRA）。
當合適的射頻信號由饋送550攜帶時，信號將使得中心介電諧振器510在它的諧振頻率處諧振。隨後,這將引起中心介電諧振器510產生圍繞中心介電諧振器510的圓周的初級電子場（例如，電子場440，圖4）。此外，中心介電諧振器510可以產生從中心介電諧振器510的頂部表面向上正交地延伸的次級電子場（例如，電子場442，圖4）。
根據一個實施例，中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520以共平面方式取向，其中介電諧振器510、介電諧振器520的頂部表面和/或底部表面（或穿過介電諧振器510、介電諧振器520所截取的橫截面）是共平面的。此外，中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520彼此“緊密地電容式耦合”，方法是在彼此的合理地較小距離540內定位中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520。更具體地說，選擇介電諧振器510、介電諧振器520的側壁之間的最小距離540使得當合適的激勵信號被提供到饋送550時介電諧振器510、介電諧振器520緊密地電容式耦合。根據一個實施例，中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520的側壁之間的距離540小於中心介電諧振器510的諧振頻率的波長的十分之一（或λ的十分之一）。舉例來說，對於約2.5 GHz的諧振頻率，距離540可以是約12.5毫米（mm）或更小。根據另一實施例，距離540小於λ的五十分之一。舉例來說，對於約2.5 GHz的諧振頻率，距離540可以是約3.0 mm或更小。在一些實施例中，中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520可以相隔約1.0 mm和2.0 mm之間。在再一實施例中，距離540可為零（即，如圖12中示出的，中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520可接觸）。
如上文所述，當中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520非常接近於彼此時，由中心介電諧振器510產生的周向或初級電子場（例如，電子場440，圖4）可以直接地衝擊鄰近介電諧振器520。這繼而可以引起鄰近介電諧振器520在它們的相應的諧振頻率處諧振。因此，中心介電諧振器510可以被歸類為“激勵器諧振器”。相比之下，在圖5中所示的實施例中，沒有鄰近介電諧振器520由饋送直接地激發。因此，它們可以歸類為“寄生諧振器”。
給定合適激勵信號，中心介電諧振器510和鄰近介電諧振器520電容式耦合到彼此，並且每個介電諧振器510、520在它的諧振頻率處諧振。因此，圖5和圖6的DRA陣列500基本上包括多個電容式耦合的諧振器510、520。每個介電諧振器510、520基本上為可在空間中有效地輻射的天線，因此形成“分散式天線”。如將通過圖7的描述變得更清晰的，通過DRA天線（例如，DRA天線500）來實施的分散式天線可以有效地耦合到近場負載（例如，加熱腔室內的食物負載），即使當負載相對較小和/或負載放置在相對於DRA天線500的各種位置中時也是如此。
儘管中心介電諧振器510可以由放置在介電諧振器510的中心孔512內的饋送550激發，但是中心介電諧振器510替代地可孔隙耦合到微帶線路560或其它傳導結構，所述微帶線路560或其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發介電諧振器510。另外或替代地，激勵器介電諧振器可以由放置在除了中心孔以外的位置中的饋送和/或可用於激發介電諧振器的多個饋送激發。
在圖5和圖6中所示的實施例中，DRA陣列500包括七個介電諧振器510、520。在替代實施例中，DRA陣列可以包括在2到30或更大的範圍內的任何數量的介電諧振器。此外，所有介電諧振器510、520充分地具有相同的大小和形狀。假定它們都是由具有相同介電常數的一種或多種材料形成，那麼介電諧振器510、520中的每一個將在大體上相同的諧振頻率處諧振。在替代實施例中，可選擇在不同諧振頻率處諧振的介電諧振器。舉例來說，這一點可以通過使用不同大小的介電諧振器、不同形狀的介電諧振器和/或具有不同介電常數的介電諧振器來實現。
圖7是表示根據一個實施例的具有三個鄰近介電諧振器的DRA的電子特性的電路圖700。更具體地說，第一諧振電路710表示激勵器介電諧振器（例如，中心介電諧振器510，圖5），並且第二鄰近諧振電路720和第三鄰近諧振電路730表示定位成鄰近於第一（激勵器）諧振器710的寄生介電諧振器（例如，兩個介電諧振器520，圖5）。根據一個實施例，饋送被放置在激勵器介電諧振器（或第一諧振電路710）附近，並且通過電容耦合，激勵器介電諧振器（或第一諧振電路710）耦合到寄生介電諧振器（或第二諧振電路720和第三諧振電路730）。
如上所述，寄生介電諧振器放置在足夠接近激勵器介電諧振器處以確保諧振器緊密地電容式耦合，如由電容器740所表示。基本上，諧振電路710、720、730之間的電容耦合（即，電容器740的值）與由諧振電路710、720、730所表示的介電諧振器之間的距離成反比。介電諧振器之間的不同間隔引起不同強度的電容耦合和不同頻率響應。更具體地說，頻率響應中的改變可以顯著地影響電路700的頻寬。在一些實施例中，介電諧振器可以相對於彼此設定大小、設定形狀和放置以形成相對地寬頻的電路700。換句話說，可以放置個體的介電諧振器（或將其電容式耦合到一起）以給出複合物複合寬頻響應。
在圖7的電子錶示中，每個諧振電路710、720、730包括並聯的電感器和電容器（其一起形成諧振器）和表示輻射電阻的電阻（Rr）。更具體地說，因為由電路700表示的DRA陣列用於將能量輻射到加熱腔室中，所以輻射電阻表示由遠離DRA陣列的能量的輻射所致的到腔室中的能量損失。諧振電路710、720、730中的諧振器中的每一個可以在相同頻率處輻射（例如，當介電諧振器相同時），或諧振電路710、720、730中的諧振器可以在不同頻率處諧振（例如，當介電諧振器為不同大小、形狀和/或介電常數時）。
圖8是根據一個實施例描繪DRA陣列（例如，DRA陣列500，圖5）的增益頻寬的圖。更具體地說，所述圖描繪具有約2.45 GHz的無負載中心頻率的DRA天線的實施例的增益頻寬。具有單個介電諧振器的DRA可具有相當的窄帶響應（例如，在約2.4 GHz與2.5 GHz之間）。然而，上文（和稍後）所論述的DRA陣列的實施例包括至少一個DRA和技術地增大天線的孔隙的一個或多個鄰近介電諧振器，這引起顯著地更寬的頻帶響應（例如，在-10 dB點處，在約2.3 GHz與2.6 GHz之間約200 MHz頻寬）。
由於相對的寬頻響應且如下文將更詳細地論述，與常規的單極天線、接線天線或其它類型的窄帶天線相比，DRA陣列的實施例可對近場負載極其不敏感。這使得DRA陣列實施例尤其適合於微波加熱應用，在所述應用中加熱腔室非常接近於輻射單元（在此情況下，DRA陣列）。如天線理論中已知，大量的近場負載可以使得相對地窄帶天線變得去調諧到由天線所產生的能量移位離開所需無負載頻帶的程度。如果這是微波加熱應用中的情況，那麼天線將不能把能量發射到加熱腔室中。然而，DRA陣列結構的各種實施例的寬頻響應確保：DRA陣列結構可以在感興趣的頻帶內（在居中圍繞2.45 GHz的頻帶內）將大量的能量發射到加熱腔室和負載中，即使當負載為近場負載（例如，放置在DRA陣列結構附近的加熱腔室中的食物負載）時也是如此。換句話說，即使近場負載使得DRA陣列結構響應於在頻率中移動，DRA陣列結構的實施例也是充足的寬頻使得響應並不移動到相對地寬頻的外部，因此允許高效能量傳遞到近場負載中。DRA陣列形成寬頻頻率響應，其對近場負載和放置在加熱腔室內的負載極其不敏感。此外，DRA陣列實施例的寬頻響應確保能量可被有效地提供到具有多種多樣的介電常數的食物負載。由於DRA陣列的各種實施例的寬的頻寬，所以發射到鄰近加熱腔室中的效率可高達95%或更高。
圖9是根據示例實施例的圖1和圖2的可擕式微波加熱設備100的截面側視圖。微波加熱設備900包括外殼910、加熱腔室920、系統控制器（例如，系統控制器310，圖9中未示出）、使用者介面（例如，使用者介面330，圖9中未示出）、電源系統（例如，電源系統340，圖9中未示出）、微波功率產生模組950（例如，模組350，圖3）、一個或多個DRA陣列960、962（例如，DRA陣列360、500，圖3、圖5）和在下文中更詳細地論述的其它組件。根據一個實施例且如在下文中將詳細地論述，第一DRA陣列960可以放置在外殼910的底座部分912內。在另一實施例中，設備900可以包括一個或多個額外的DRA陣列，例如位於蓋子916內的第二DRA陣列962。
在一個實施例中，外殼910包括底座部分912、腔室部分914和蓋子916（其在圖9中為閉合狀態）。在一個實施例中，加熱腔室920位於外殼910的腔室部分914內，並且向上延伸到蓋子916的內部中。加熱腔室920由內側壁922、腔室底部表面924和腔室頂部表面926限定。圖9示出了在腔室920內的負載940（例如，食物負載或其它負載）。如先前所描述，如圖9中所示，通過關閉蓋子916，加熱腔室920是基本上充當具有封閉端部的波導的封閉的空氣腔室。在示出的實施例中，加熱腔室920具有大體上圓形的截面，這使得加熱腔室920為圓柱形波導。在其它實施例中，腔室可具有矩形截面、橢圓形截面或具有其它形狀的截面。
在一個實施例中，腔室壁可以由具有良好的熱導率的材料形成。舉例來說，腔室壁可以由銅、鋁、鋼或其它合適的材料形成。在一些實施例中，腔室920的內側壁922可以塗覆有影響腔室920的頻率的材料。舉例來說，內側壁922可以塗覆有PTFE、尼龍或可降低或影響腔室920的頻率的其它合適的材料。
根據一個實施例，外殼910的底座部分912包含第一DRA陣列960和至少一個電子基板970。舉例來說，電子基板970可以包括微波或射頻層合物、PTFE基板、印刷電路板（PCB）材料基板（例如，FR-4）、氧化鋁基板、瓷磚或另一類型的基板。根據一個實施例，電子基板970包括在電子基板970的第一表面上面或附近的傳導接地平面972（例如，圖9中的上部表面）和一個或多個其它傳導層，所述一個或多個其它傳導層中的一些可以被圖案化以提供安裝到電子基板970的各種組件之間的電互連。舉例來說，在一個實施例中，可將對應於系統控制器的組件、使用者介面的部分、電源以及微波功率產生模組950安裝到電子基板970的第二表面（例如，圖9中的下部表面），並且那些組件可以穿過在第二表面上或下面的圖案化傳導層電耦合到彼此。
在一個實施例中，第一DRA陣列960可類似於DRA陣列500（圖5）配置，儘管它也可以不同地配置。當類似DRA陣列500（圖5）配置第一DRA陣列960時，第一DRA陣列960可以包括一個或多個激勵器諧振器964和鄰近寄生諧振器966，其中如先前描述，寄生諧振器966緊密地電容式耦合到激勵器諧振器964。如結合圖5所描述，激勵器諧振器964和寄生諧振器966可耦合到DRA陣列基板980（例如，基板530，圖5），所述DRA陣列基板980滑動地與電子基板970的第一表面（例如，與接地平面972）嚙合。根據一個實施例，非導電罩蓋982安置於第一DRA陣列960與腔室920之間。罩蓋982用於保護DRA陣列960免受濕氣和其它污染物（例如，食物飛濺物）的影響，並且限定腔室920的底部表面924。
在示出的實施例中，被配置成攜帶射頻信號的饋送968放置在激勵器諧振器964的中心孔內。根據一個實施例，饋送968的直徑小於中心孔的直徑，使得饋送968在它經受熱膨脹時並不壓緊中心孔的內側壁且潛在地引起激勵器諧振器964開裂。如此配置，激勵器諧振器964和饋送968形成DRA，且DRA和寄生諧振器966形成第一DRA陣列960。
如先前所描述，微波功率產生模組950包括調諧電路（例如，調諧電路354，圖3）、偏置電路（例如，偏置電路356，圖3）和振盪器子系統（例如，振盪器子系統352，圖3）。在一個實施例中，振盪器子系統包括一個或多個功率電晶體952。為了有助於將振盪射頻信號提供到饋送968，功率電晶體952的輸出（例如，漏極端）（或功率放大器的輸出）通過傳導傳輸線路954電耦合到饋送968，所述傳導傳輸線路954在電子基板970的第二表面上或低於電子基板970的第二表面。饋送968延伸穿過電子基板970中的孔、延伸穿過DRA陣列基板980中的孔且延伸到激勵器諧振器964中的中心孔中。
響應於由使用者介面（例如，由控制面板130，圖1）提供的使用者輸入，系統控制器（例如，控制器310，圖3）使得微波功率產生模組950將一個或多個激勵信號提供到DRA陣列960、962。作為響應，每個DRA陣列960、962將電磁能量（由遮蔽區990指示）輻射到加熱腔室920中。微波能量增加負載940的熱能並且可以使得負載變熱。
如上文所述，當激勵器諧振器964由在饋送968上所攜帶的射頻信號適當地激發時，激勵器諧振器964在諧振頻率處諧振並且產生周向電子場（例如，電子場440，圖4）和垂直電子場（例如，電子場442，圖4）。根據一個實施例，周向電子場直接地衝擊寄生諧振器966，使得它們在它們的諧振頻率處諧振。這使得寄生諧振器966也產生周向電子場和垂直電子場。基本上，DRA陣列960的每個諧振器964、966具有輻射圖案。給定電子場的本質和接地平面972的存在，累積輻射以相當的定向波束被引導朝向腔室920且進入到腔室920中。換句話說，DRA陣列960充當將電磁能量的相當狹窄的固定波束引導到腔室920中的天線陣列。
如先前所提到，腔室920基本上充當具有封閉端部的電磁波導，其中在腔室920內的電磁波一般在從DRA陣列960到腔室920的頂部表面926的方向上傳播。更具體地說，電磁波可以穿過腔室920以一個或多個傳播模式傳播，所述一個或多個傳播模式包括一個或多個橫向電場（TE）模式、橫向磁場（TM）模式和/或混合的橫向電場和橫向磁場（TEM）模式。然而，僅當由DRA陣列960、962產生的電磁能量的頻率超過下限閾值或腔室920的最小頻率（通常被稱為截止頻率）時，電磁波將在腔室920中傳播。
腔室920的截止頻率由腔室920的大小（例如，由高度和直徑限定）和形狀（例如，圓柱形、矩形、橢圓形等等）限定。根據一個實施例，且不考慮由於DRA陣列960、962的存在而出現的負載或在腔室920內存在的負載940，腔室920的大小和形狀將腔室920呈現為低於截至值。換句話說，在用於微波加熱的操作所需的頻帶中（例如，在2.3 GHz與2.6 GHz之間，並且參考在下文中稱為“微波加熱頻帶”）並且不存在DRA陣列960、962和負載940，腔室920被配置成使得對於微波加熱頻帶內的電磁能量在腔室920中沒有模式可以傳播，而與它如何被激發無關。舉例來說，當無負載時，腔室920可具有在由3.0 GHz以下的電磁能量激發時可能不支援任何傳播模式的大小和形狀。
然而，在微波加熱設備900中並且部分由於介電諧振器964、966的較高的介電常數，DRA陣列960、962用於以一定的方式載入腔室920，所述方式使得一個或多個模式能夠在微波加熱頻帶中在腔室920內傳播。換句話說，由DRA陣列960、962提供的負載將腔室920帶到在微波加熱頻帶內的諧振頻率（即，當通過DRA陣列960、962載入時腔室920並不低於截止值）。換句話說，在一個實施例中，通過將DRA陣列960、962包括在腔室920內，另外的低於截止值的腔室920的截止頻率降低到微波加熱頻帶內。因此，當通過在微波加熱頻帶內的電磁能量（來自DRA陣列960、962）激發腔室時，一個或多個模式可在腔室920內傳播，即使無負載腔室920可能太小而不能支援那些模式的傳播也是如此。
在一個實施例中，取決於載入腔室920的形狀、大小和截止頻率，將幾乎自然地找到傳播的最佳模式。理想地，腔室920被設計成支持混合的和/或複雜的模式，這在以下情況中可為有利的：其中當在腔室920內形成電磁混沌時可強化插入的負載940的均勻加熱。換句話說，當在腔室920中傳播多個模式和/或高階模式時，可更加容易地實現跨越負載940的均勻加熱。由於饋送968可使得電子場在三個正交方向（例如，X、Y和Z）中產生，可以自動地激發腔室920中的主模式。
在一些實施例中，基本上，DRA陣列960、962被配置成將能量有效地耦合到腔室920中，即使腔室920可能低於截止值也是如此。如上文所述，儘管微波加熱設備900的實施例可以包括低於截止值的無負載的腔室920，但是在其它實施例中，無負載的腔室920可經大小和形狀設定以將腔室920呈現為高於截止值（或當在微波加熱頻帶內由電磁能量激發時，能夠支援一個或多個傳播模式，即使在無通過DRA陣列960、962載入存在的情況下也是如此）。
在操作期間，除通過DRA陣列960、962提供的負載外，在腔室920中負載940（例如，食物負載）還提供額外的負載。更具體地說，當如圖9中所示的放置時，負載940在DRA陣列960的近場中。使用常規的天線（例如，單極天線或片狀天線），此類近場負載可以將天線去調諧到天線可以並不將能量耦合到腔室或負載中的程度。然而，如預先詳細地論述，DRA陣列960、962的寬頻特性使得它們對近場負載極其不敏感。因此，即使存在近場負載940，DRA陣列960、962可以將能量有效地耦合到腔室920和負載940中。
在圖9的實施例中，DRA陣列960通過安置於DRA陣列960與腔室920之間的非導電罩蓋982與腔室920分離，其中罩蓋982用於保護DRA陣列960免受濕氣和其它污染物的影響。在替代實施例（例如在圖10中示出的實施例）中，可以使用保形塗層1082來保護DRA陣列1060。舉例來說，圖10是根據另一示例實施例的可擕式微波加熱設備1000的一部分的截面側視圖。更具體地說，微波加熱設備1000的部分對應於設備1000的底座部分1012。
設備1000的底座部分1012與底座部分912（圖9）相似，在所述底座部分1012中組合件包括DRA陣列1060和基板1070。DRA陣列1060可以包括一個或多個激勵器諧振器1064和鄰近寄生諧振器1066，其中如先前描述，寄生諧振器1066緊密地電容式耦合到激勵器諧振器1064。如結合圖5所描述，激勵器諧振器1064和寄生諧振器1066可耦合到DRA陣列基板1080（例如，基板530，圖5），所述DRA陣列基板1080滑動地與電子基板1070的第一表面（例如，與接地平面1072）嚙合。
基板1070包括在基板1070的第一表面上或附近的傳導接地平面1072（例如，圖10中的上部表面）和一個或多個其它傳導層，所述一個或多個其它傳導層中的一些可以被圖案化以提供安裝到基板1070的各種組件之間的電互連。舉例來說，在一個實施例中，可將對應於系統控制器的組件、使用者介面的部分、電源和微波功率產生模組1050安裝到基板1070的第二表面（例如，圖10中的下部表面），並且那些組件可以穿過圖案化傳導層電耦合到彼此，所述圖案化傳導層在第二表面上或低於第二表面。
與圖9的微波加熱設備900相對比，使用保形塗層1082來保護DRA陣列1060免受濕氣和其它污染物的影響。舉例來說，保形塗層1082可以包括非傳導包封材料，例如，熱固性塑膠、ABS塑膠、環氧樹脂、PTFE或其它合適的材料。根據一個實施例，保形塗層1082可以限定放置在底座部分1012上面的腔室（未示出）的底部表面1024。
如先前所提到，微波加熱設備的替代實施例可以包括介電諧振器，所述介電諧振器孔隙耦合到射頻信號源而不是通過放置在DRA陣列的激勵器諧振器（例如，諧振器964）內的饋送（例如，饋送968，圖9）耦合。舉例來說，圖11是根據另一示例實施例的可擕式微波加熱設備1100的一部分的截面側視圖，所述可擕式微波加熱設備1100包括孔隙耦合的DRA陣列1160。更具體地說，微波加熱設備1100的部分對應於設備1100的底座部分1112。
設備1100的底座部分1112與底座部分912（圖9）相似，在所述底座部分1112中組合件包括DRA陣列1160和基板1170。DRA陣列1160可以包括一個或多個激勵器諧振器1164和鄰近寄生諧振器1166，其中如先前描述，寄生諧振器1166緊密地電容式耦合到激勵器諧振器1164。如結合圖5所描述，激勵器諧振器1164和寄生諧振器1166可耦合到DRA陣列基板1180（例如，基板530，圖5），所述DRA陣列基板1180滑動地與電子基板1170的第一表面（例如，與接地平面1172）嚙合。
基板1170包括在基板1170的第一表面（例如，圖11中的上部表面）上或附近的傳導接地平面1172和一個或多個其它傳導層，所述一個或多個其它傳導層中的一些可以被圖案化以提供安裝到基板1170的各種組件之間的電互連。舉例來說，在一個實施例中，可以將對應於系統控制器的組件、使用者介面的部分、電源和微波功率產生模組1150安裝到基板1170的第二表面（例如，圖11中的下部表面），並且那些組件可以穿過圖案化傳導層電耦合到彼此，所述圖案化傳導層在第二表面上或低於第二表面。
根據一個實施例，接地平面1172包括位於激勵器諧振器1164下面的開口或孔隙1174。此外，在電子基板1170的表面（例如，圖11中的下部表面）上或低於電子基板1170的表面（例如，圖11中的下部表面）的微帶線路1176或其它傳導結構下伏於接地平面1172中的孔隙1174，並且還下伏於激勵器諧振器1164。
在一個實施例中，微帶線路1176電耦合到振盪器子系統（例如，振盪器子系統352，圖3）的輸出，且更具體地說電耦合到振盪器子系統的功率電晶體1152的輸出（例如，漏極端）。當向微帶線路1176提供合適的射頻信號時，微帶線路1176產生穿過電子基板1170（且更具體地說，穿過接地平面1172中的孔隙1174）耦合到激勵器諧振器1164的電磁能量。當耦合的射頻能量足夠使得激勵器諧振器1164諧振且產生其自身的電子場時，那些電子場可以直接地衝擊寄生諧振器1166。寄生諧振器1166繼而可以諧振並且產生額外的電子場。同樣，由激勵器諧振器1164和寄生諧振器1166產生的電子場可以延伸到腔室（未示出）中且與腔室耦合，所述腔室放置在底座部分1112上面。
現在將結合圖12到圖17描述不同配置的DRA陣列的各種實施例。舉例來說，圖12是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列1200的俯視圖。與圖5的DRA陣列500相似，DRA陣列1200包括耦合到基板1230的七個介電諧振器1210、1220，所述基板1230包括中心激勵器諧振器1210和鄰近寄生諧振器1220。基板1230可以大體類似於基板530（圖5），所述基板530包括上文所論述的基板530的變體。在一個實施例中，被配置成攜帶射頻信號的饋送1250放置在中心或激勵器介電諧振器1210的中心孔內。如此配置，激勵器諧振器1210和饋送1250形成DRA。在替代實施例中，激勵器諧振器1210替代地可孔隙耦合到微帶線路1260或其它傳導結構，所述微帶線路1260或其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發激勵器諧振器1210。另外或替代地，激勵器諧振器可以由放置在除了中心孔以外的位置中的饋送和/或可用於激發介電諧振器的多個饋送激發。
如同DRA陣列500，當合適的射頻信號由饋送1250或微帶線路1260攜帶時，信號將使得激勵器諧振器1210在它的諧振頻率處諧振。這繼而將使得激勵器諧振器1210產生圍繞激勵器諧振器1210的圓周的初級電子場（例如，電子場440，圖4）。此外，激勵器諧振器1210可以產生從激勵器諧振器1210的頂部表面向上正交地延伸的次級電子場（例如，電子場442，圖4）。
與DRA 500相對比，激勵器諧振器1210和鄰近寄生介電諧振器1220通過放置激勵器諧振器1210和寄生諧振器1220使得它們實際彼此接觸而彼此更加緊密地電容式耦合。更具體地說，介電諧振器1210、1220的側壁之間的距離是零，使得當合適的激勵信號被提供到饋送1250或1260時介電諧振器1210、1220極其緊密地電容式耦合。
如上文所述，當激勵器諧振器1210和寄生諧振器1220接觸時，由激勵器諧振器1210產生的周向或初級電子場（例如，電子場440，圖4）可以直接地衝擊鄰近寄生諧振器1220。這繼而可以引起寄生諧振器1220在它們的相應的諧振頻率處諧振。
圖13是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列1300的俯視圖。DRA陣列1300包括耦合到基板1330的七個介電諧振器1310到1313、介電諧振器1320，包括多個激勵器諧振器1310到1313和鄰近寄生諧振器1320。基板1330可以大體類似於基板530（圖5），所述基板530包括上文所論述的基板530的變體。在示出的實施例中，被配置成攜帶一個或多個射頻信號的多個饋送1350放置在多個激勵器諧振器1310到1313的中心孔內。如此配置，激勵器諧振器1310到1313中的每一個以及它的相關聯的饋送1350形成DRA。因此，與圖5的實施例（其中DRA陣列500僅包括單個DRA）相對比，DRA陣列1300包括多個DRA。在替代實施例中，激勵器諧振器1310到1313中的一個或多個替代地可孔隙耦合到微帶線路1360或一些其它傳導結構，所述微帶線路1360或一些其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發激勵器諧振器1310到1313。在再一替代實施例中，如同針對中心激勵器諧振器1310所指示的，多個饋送1350、1352可以放置在給定介電諧振器1310到1313內的不同位置處。在一些實施例中，不同饋送可以耦合到（或被配置成激發）直到在陣列中的所有介電諧振器（例如，所有介電諧振器可為激勵器諧振器）。
如同DRA陣列500，當合適射頻信號由饋送1350、1352或微帶線路1360攜帶時，信號將使得對應的激勵器諧振器1310到1313在它的諧振頻率處諧振。這繼而將使得激勵器諧振器1310到1313產生圍繞激勵器諧振器1310到1313的圓周的初級電子場（例如，電子場440，圖4）。此外激勵器諧振器1310到1313可以產生從激勵器諧振器1310到1313的頂部表面向上正交地延伸的次級電子場（例如，電子場442，圖4）。在一些情況下，激勵器諧振器1310到1313可以緊鄰（即，緊密地電容式耦合而沒有中間結構）另一激勵器諧振器1310到1313。在此類情況下，鄰近激勵器諧振器1310到1313可以充當激勵器諧振器和寄生諧振器兩者。舉例來說，考慮到緊鄰彼此的諧振器1310和1311，當激勵器諧振器1310是活躍的且產生周向電子場（例如，電子場440，圖4）時，電子場可以直接地衝擊激勵器諧振器1311。在這些時間，激勵器諧振器1311可以充當寄生諧振器。如果激勵器諧振器1311還接收來自饋送1350或與激勵器諧振器1311相關聯的微帶線路1360的激勵，那麼同時激勵器諧振器1311可以充當激勵器諧振器和寄生諧振器兩者。
根據一個實施例，所有饋送1350、1352和/或微帶線路1360可以接收相同射頻信號。在各種替代實施例中，饋送1350、1352和/或微帶線路1360可以接收不同射頻信號（例如，在不同頻率和/或功率電平處的射頻信號）和/或可以分階段將射頻信號提供到饋送1350、1352和/或微帶線路1360。舉例來說，在第一持續時間期間，可以向激勵器諧振器1310的第一子集提供來自它們的相關聯的饋送1350和/或饋送1352和/或微帶線路1360的激勵，而激勵器諧振器1310的第二且不同的子集可以不接收激勵或接收來自它們的相關聯饋送1350和/或饋送1352和/或微帶線路1360的不同激勵。在第二持續時間期間，可以移除或改變提供到激勵器諧振器1310的第一子集的激勵，並且提供到激勵器諧振器1310的第二子集的激勵可以保持相同或也可以移除或改變提供到激勵器諧振器1310的第二子集的激勵。以此方式，由DRA陣列1300產生的累積的電子場可以隨時間推移改變方向、強度、頻率或其它參數。換句話說，通過提供多個饋送1350、1352和/或微帶線路1360並且依序或以各種組合的方式激發它們，可以形成連續地或遞增地可操控的波束。更具體地說，通過單獨地或以組合的方式啟動多個饋送1350、1352和/或微帶線路1360，可以在方位角和/或高程中操控微波能量的波束。
圖14是根據又一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列1400的俯視圖。儘管先前所述的DRA陣列中的每一個已經指示用於包括具有圓形截面的加熱腔室（例如，腔室920，圖9）的微波加熱系統中，但是圖14的DRA陣列1400可以具體來說很好地適用於包括具有矩形截面的加熱腔室的微波加熱設備中。換句話說，DRA陣列1400可很好地適用於包括加熱腔室的系統中，所述加熱腔室基本上充當具有封閉端部的矩形波導。
在示出的實施例中，DRA陣列1400包括耦合到矩形基板1430的十一個介電諧振器1410到1412、1420，包括多個激勵器諧振器1410到1412以及鄰近寄生諧振器1420。除了形狀之外，基板1430可大體類似於基板530（圖5），所述基板530包括上文所論述的基板530的變體。在示出的實施例中，被配置成攜帶一個或多個射頻信號的多個饋送1450放置在多個激勵器諧振器1410到1412的中心孔內。如此配置，激勵器諧振器1410到1412中的每一個以及它的相關聯的饋送1450形成DRA。因此，DRA陣列1400包括多個DRA。在替代實施例中，激勵器諧振器1410到1412中的一個或多個替代地可孔隙耦合到微帶線路1460或一些其它傳導結構，所述微帶線路1460或一些其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發激勵器諧振器1410到1412。
如同DRA陣列500，當合適射頻信號由饋送1450或微帶線路1460攜帶時，信號將使得對應的激勵器諧振器1410到1412在它的諧振頻率處諧振。這繼而將使得激勵器諧振器1410到1412產生圍繞激勵器諧振器1410到1412的圓周的初級電子場（例如，電子場440，圖4）。此外，激勵器諧振器1410到1412可以產生從激勵器諧振器1410到1412的頂部表面向上正交地延伸的次級電子場（例如，電子場442，圖4）。
如同圖13的實施例並且根據一個實施例，所有饋送1450和/或微帶線路1460可以接收相同的射頻信號。在各種替代實施例中，饋送1450和/或微帶線路1460可以接收不同射頻信號（例如，在不同頻率和/或功率電平處的射頻信號）和/或可以分階段將射頻信號提供到饋送1450和/或微帶線路1460。
圖15是根據又一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列1500的俯視圖。DRA陣列1500與圖13中的DRA陣列1300相似，不同之處在於DRA陣列1500包括額外周向放置的介電諧振器的行，而不是僅包括單行周向放置的介電諧振器（如在圖13的DRA陣列1300中）。更具體地說，DRA陣列1500包括耦合到基板1530的十九個介電諧振器1510、1512、1520、1522，包括多個激勵器諧振器1510、1512和鄰近寄生諧振器1520、1522。更具體地說，DRA陣列1500包括居中放置的激勵器諧振器1510、緊鄰中心激勵器諧振器1510的第一周向行的寄生諧振器1520，以及第二周向行的交替的激勵器諧振器1512和寄生諧振器1522。
在如同圖13的DRA陣列1300，被配置成攜帶一個或多個射頻信號的多個饋送1550放置在多個激勵器諧振器1510、1512的中心孔內。如此配置，激勵器諧振器1510、1512中的每一個以及它的相關聯的饋送1550形成DRA。在替代實施例中，激勵器諧振器1510、1512中的一個或多個替代地可孔隙耦合到微帶線路1560或一些其它傳導結構，所述微帶線路1560或一些其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發激勵器諧振器1510、1512。
如同DRA陣列500，當合適射頻信號由饋送1550或微帶線路1560攜帶時，信號將使得對應的激勵器諧振器1510、1512在它的諧振頻率處諧振。這繼而將使得激勵器諧振器1510、1512產生圍繞激勵器諧振器1510、1512的圓周的初級電子場（例如，電子場440，圖4）。此外，激勵器諧振器1510、1512可以產生從激勵器諧振器1510、1512的頂部表面向上正交地延伸的次級電子場（例如，電子場442，圖4）。
根據一個實施例，所有饋送1550和/或微帶線路1560可以接收相同射頻信號。在各種替代實施例中，饋送1550和/或微帶線路1560可以接收不同射頻信號（例如，在不同頻率和/或功率電平處的射頻信號），和/或可以分階段將射頻信號提供到饋送1550和/或微帶線路1560。
在一些替代實施例中，DRA陣列可以包括在不同頻率處諧振的介電諧振器。如先前所論述，舉例來說，這可以通過使用不同大小的介電諧振器、不同形狀的介電諧振器、和/或具有不同介電常數的介電諧振器來實現。圖16是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列1600的透視圖，所述DRA陣列1600包括不同大小的介電諧振器1610、1620、1630。與圖5的DRA陣列500相似，DRA陣列1600包括耦合到基板1640的七個介電諧振器1610、1620、1630，包括至少一個激勵器諧振器（例如，諧振器1610、1620、1630中的任何一個或多個）和鄰近寄生諧振器（例如，諧振器1610、1620、1630中的任何其它一個或多個）。基板1640可以大體類似於基板530（圖5），所述基板530包括上文所論述的基板530的變體。在一個實施例中，被配置成攜帶射頻信號的饋送（未示出）放置在每個激勵器介電諧振器的中心孔內。如此配置，激勵器諧振器和饋送形成DRA。在替代實施例中，每個激勵器諧振器替代地可孔隙耦合到微帶線路或其它傳導結構，所述微帶線路或其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發激勵器諧振器。另外或替代地，激勵器諧振器可以由放置在除了中心孔以外的位置中的饋送和/或可用於激發介電諧振器的多個饋送激發。
如同陣列500，當合適射頻信號由饋送或微帶線路攜帶時，信號將使得激勵器諧振器在它的諧振頻率處諧振。這繼而將使得激勵器諧振器產生圍繞激勵器諧振器的圓周的初級電子場（例如，電子場440，圖4）此外，激勵器諧振器可以產生從激勵器諧振器的頂部表面向上正交地延伸的次級電子場（例如，電子場442，圖4）。
與DRA 500相對比，介電諧振器1610、1620、1630具有不同大小。假定介電諧振器1610、1620、1630由具有相同介電常數的材料形成，大小差引起介電諧振器1610、1620、1630在不同諧振頻率處諧振。舉例來說，最大介電諧振器1610可以在第一諧振頻率處諧振，中間大小的介電諧振器1620可以在第二較高諧振頻率處諧振，並且最小介電諧振器1630可以在第三甚至更高諧振頻率處諧振。由於諧振頻率中的差異，源自DRA陣列1600的累積電子場可以與介電諧振器1610、1620、1630的上部表面（例如，上部表面1640）非正交。
儘管電子場操控是在圖16的DRA陣列1600中通過併入不同大小的介電諧振器1610、1620、1630到陣列1600中來實現的（因此諧振器具有不同諧振頻率），相似的波束操控作用可以其它方法實現。舉例來說，替代地，電子場操控可以通過如下方法實現：將具有不同介電常數的介電諧振器併入到陣列中、將不同形狀的介電諧振器併入到陣列中，或者改變鄰近介電諧振器的組之間的間隔且因此改變電容耦合的強度。通過將具有各種諧振頻率的介電諧振器併入到DRA陣列中，系統可設計為其中累積電子場在除了與介電諧振器的頂部表面正交的方向之外的一個或多個方向上被引導。
在一些替代實施例，DRA陣列可以包括具有不同物理配置的介電諧振器中以及因此在不同頻率處諧振和/或具有不同電子場分佈的介電諧振器。舉例來說，圖17是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列1700的透視圖，所述DRA陣列1700包括不同物理配置的介電諧振器1710、1720、1730。DRA陣列1700包括耦合到基板1740的十一個介電諧振器1710、1720、1730，包括至少一個激勵器諧振器（例如，諧振器1710、1720、1730中的任何一個或多個）和鄰近寄生諧振器（例如，諧振器1710、1720、1730中的任何其它一個或多個）。基板1740可以大體類似於基板530（圖5），所述基板530包括上文所論述的基板530的變體。在一個實施例中，被配置成攜帶射頻信號的饋送（未示出）放置在每個激勵器介電諧振器的中心孔內。如此配置，激勵器諧振器和饋送形成DRA。在替代實施例中，每個激勵器諧振器替代地可孔隙耦合到微帶線路或其它傳導結構，所述微帶線路或其它傳導結構替代地可用於攜帶射頻信號以用於激發激勵器諧振器。另外或替代地，激勵器諧振器可以由放置在除了中心孔以外的位置中的饋送和/或可用於激發介電諧振器的多個饋送激發。
如同陣列500，當合適射頻信號由饋送或微帶線路攜帶時，信號將使得激勵器諧振器在它的諧振頻率處諧振。這繼而將使得激勵器諧振器產生從諧振器向外輻射的一個或多個電子場。
與DRA 500相對比，介電諧振器1710、1720、1730具有不同物理配置。具體地說，在示出的實施例中，第一介電諧振器1710具有帶中心孔的大體上的圓柱形形狀，第二介電諧振器1720具有不帶中心孔的大體上的圓柱形形狀，並且第三介電諧振器1730具有帶中心孔的圓頂形狀。假定介電諧振器1710、1720、1730由具有相同介電常數的材料形成，物理配置差異引起介電諧振器1710、1720、1730在不同諧振頻率處諧振和/或產生具有不同分佈的電子場。
圖17的實施例示出在DRA陣列的各種實施例中可以使用多種不同配置的介電諧振器。為了更進一步示出這一點，圖18到23是具有各種物理配置的介電諧振器1800、1900、2000、2100、2200、2300的透視圖，並且所述介電諧振器可用於DRA陣列中。更具體地說，介電諧振器1800（圖18）具有不帶中心孔的圓柱形形狀，介電諧振器1900（圖19）具有帶中心孔的扁平圓盤形狀，介電諧振器2000（圖20）具有帶中心孔的圓錐形狀，介電諧振器2100（圖21）具有帶中心孔的平行六面體形狀，介電諧振器2200（圖22）具有帶中心孔的球形形狀，且介電諧振器2300（圖23）具有不帶中心孔的圓頂形狀。具有或不具有中心孔或具有其它開口的多種多樣的不同配置的介電諧振器中的任一者可替代地用於各種實施例。
如先前所指示，微波加熱設備的其它替代實施例可以包括一個以上DRA陣列。舉例來說，在圖9中，在微波加熱設備900的蓋子916中描繪額外的DRA陣列962。在該實施例中，兩個所包括的DRA陣列960、962被配置成沿著相同的軸引導電磁能量的波束，所述相同的軸具體地說為垂直於加熱腔室920的底部表面924和頂部表面926延伸的軸。在替代實施例中，微波加熱設備可以包括在不共線的多個方向中引導電磁能量的波束的多個DRA陣列。舉例來說，圖19是根據另一示例實施例的微波加熱設備1900的截面側視圖，所述微波加熱設備1900包括在正交方向上引導電磁能量的波束的第一DRA陣列2460和第二DRA陣列2462。
與圖9的微波加熱設備900相似，微波加熱設備2400包括外殼2410、加熱腔室2420、系統控制器（例如，系統控制器310，圖24中未示出）、使用者介面（例如，使用者介面330，圖24中未示出），以及電源系統（例如，電源系統340，圖24中未示出）。此外，在一個實施例中，外殼2410包括底座部分2412、腔室部分2414和蓋子2416（其在圖24中為閉合狀態）。與圖9的微波加熱設備900相對比，微波加熱設備2400包括兩個微波功率產生模組2450、2452（例如，模組350的兩個實例，圖3），以及相對於彼此正交地佈置的兩個DRA陣列2460、2462（例如，DRA陣列360、500的兩個實例，圖3、5）。更具體的說，第一DRA陣列2460放置在外殼2410的底座部分2412內，且第二DRA陣列2462放置在設備2400的腔室部分2414的側壁2422內。
加熱腔室2420還位於外殼2410的腔室部分2414內。圖24示出了在腔室2420內的負載2440（例如，食物負載或其它負載）。再次，如先前所描述，加熱腔室2420是基本上充當具有封閉端部的波導的封閉的空氣腔室。
根據一個實施例，外殼2410的底座部分2412包含第一DRA陣列2460和容納第一微波功率產生模組2450的電子基板2470。類似地，外殼2410的腔室部分2414包含第二DRA陣列2462和容納第二微波功率產生模組2452的電子基板2472。第一微波功率產生模組2450被配置成將射頻激勵信號提供到第一DRA陣列2460（例如，通過放置在激勵器諧振器中的饋送或通過電容耦合），這使得第一DRA陣列2460在與腔室2420的底部表面2424正交的方向上產生電磁能量的波束，所述方向一般由箭頭2480指示。類似地，第二微波功率產生模組2452被配置成將射頻激勵信號提供到第二DRA陣列2462（例如，通過放置在激勵器諧振器中的饋送或通過電容耦合），這使得第二DRA陣列2462在與腔室側壁2422正交的方向上產生電磁能量的波束，所述方向一般由箭頭2482指示。如從圖24中顯而易見，由第一DRA陣列2460和第二DRA陣列2462產生的電磁能量的波束具有大體上正交的取向。此外，儘管第一DRA陣列2460和第二DRA陣列2462可以在大體上相同的頻率處操作，但是它們可以替代地在不同頻率處操作以提供耦合到腔室2420內的負載2440的更多寬頻能量。
圖25是根據示例實施例的操作包括一個或多個DRA陣列的微波系統（例如，系統100、300、900、2400）的方法的流程圖。在塊2502中，當系統控制器（例如，系統控制器310，圖3）接收指示執行微波加熱操作的參數的資訊時，開始方法。舉例來說，資訊可以從通過使用者介面（例如，使用者介面330，圖3）提供的使用者輸入匯出，並且資訊可以傳送加熱操作的持續時間、加熱操作的功率電平和/或與加熱操作相關的其它參數。
在塊2504中，系統控制器使得電源（例如，電源340，圖1）以某種方式將功率提供到一個或多個微波產生模組（例如，模組350，圖3），所述方式將使得微波產生模組產生與加熱操作所規定的參數一致的一個或多個激勵信號。
根據一個實施例，在塊2506中，可通過射頻饋送（例如，饋送550，圖5）或通過微帶線路（例如，微帶線路1176，圖11）將每個激勵信號傳送到DRA陣列（例如，DRA陣列500、960、1060、1160、1200、1300、1400、1500、1600、1700、2460）。作為響應，在塊2508中，DRA陣列產生定向電磁能量波束，所述波束朝向微波系統的加熱腔室（例如，加熱腔室920）取向。如先前所論述，腔室可以包含近場負載（例如，負載940、2440）。DRA陣列繼續產生定向電磁能量波束直至激勵信號的供應被中斷，此時方法結束。
圖26是根據示例實施例製造包括一個或多個DRA陣列的微波系統（例如，系統100、300、900、2400）的方法的流程圖。在塊2602中，通過將多個介電諧振器（例如，介電諧振器964、966）耦合到DRA基板（例如，DRA基板980）以形成DRA基板組合件，方法開始。在DRA基板組合件中，激勵器介電諧振器與鄰近介電諧振器之間的距離確保在來自饋送的激勵信號存在的情況下激勵器介電諧振器和鄰近介電諧振器將緊密地電容式耦合（例如，距離小於激勵器介電諧振器的諧振頻率的波長的五分之一或十分之一）。
在塊2604中，一個或多個電子基板（例如，基板970）安裝到外殼中（例如，到外殼的底座部分或其它部分中）。外殼包括被配置成包含待加熱或解凍的負載（例如，負載940）的加熱腔室（例如，腔室920）。根據一個實施例，每個電子基板容納包括一個或多個饋送結構（例如，饋送968或微帶線路1174）的微波產生模組（例如，模組950）。此外，每個電子基板包括接地平面（例如，接地平面972）。
在塊2606中，DRA基板組合件安裝在電子基板上面的外殼中使得DRA基板安置於接地平面與加熱腔室之間，並且使得一個或多個饋送結構足夠接近激勵器介電諧振器（以及在陣列中的可能的其它介電諧振器）以能夠在供應有來自微波產生模組的合適的射頻激勵信號時激發諧振器進行諧振。在塊2608中，DRA陣列與腔室分離（例如，為了保護DRA陣列），方法是將保形材料（例如，保形材料1082）施加到DRA陣列上面、或放置保護罩蓋（例如，罩蓋982）在DRA陣列上面。
為了簡潔起見，本文中可能沒有詳細地描述與系統的諧振器、放大器、偏置、負載調製、阻抗匹配、功率分配器和/或功率組合器、微波應用和其它功能性方面（以及系統的個體的操作組件）相關的常規技術。本文中包含的各圖中所示出的連接線意圖表示各種元件之間的示例性功能關係和/或物理耦合。應注意，標的物的實施例中可以存在許多替代或額外的功能關係或物理連接。此外，本文中還可以僅出於參考的目的使用某些術語，且因此這些術語並不意圖具有限制性，並且除非上下文清楚地指示，否則指代結構的術語“第一”、“第二”和其它此類數值術語並不暗示順序或次序。
如本文所使用，“節點”意味著任何內部或外部參考點、連接點、接合點、信號線、等等，在“節點”處存在給定信號、邏輯電平、電壓、資料模式、電流或數量。此外，兩個或兩個以上節點可以通過一個物理元件實現（並且儘管在公共節點處接收或輸出，但是仍然可以對兩個或兩個以上信號進行多工、調製或另外區分）。
以上描述指代元件或節點或特徵“連接”或“耦合”在一起。如本文所使用，除非以其它方式明確地陳述，否則“連接”意味著一個元件直接接合到另一元件（或直接與另一元件連通），且不一定以機械方式接合。類似地，除非以其它方式明確地陳述，否則“耦合”意味著一個元件直接或間接接合到另一元件（或直接或間接與另一元件連通），且不一定以機械方式接合。因此，儘管圖中所示的示意圖描繪元件的一個示例性佈置,但所描繪的標的物的實施例中可存在額外中間元件、裝置、特徵或組件。
微波加熱設備的實施例包括：固態微波能量來源；第一介電諧振器天線，其包括第一激勵器介電諧振器和接近第一激勵器介電諧振器的第一饋送結構；以及一個或多個第二介電諧振器。第一激勵器介電諧振器具有頂部表面和相對的底部表面。第一饋送結構電耦合到微波能量來源以接收來自微波能量來源的第一激勵信號。第一激勵器介電諧振器被配置成響應於提供到第一饋送結構的激勵信號產生第一電場。一個或多個第二介電諧振器放置在第一激勵器介電諧振器的距離內以形成介電諧振器天線陣列。選擇距離使得當提供激勵信號時第二介電諧振器中的每一個與第一激勵器介電諧振器緊密地電容式耦合。
根據其它實施例，當提供激勵信號時，由第一激勵器介電諧振器產生的第一電場直接地衝擊第二介電諧振器中的每一個，使得第二介電諧振器中的每一個響應於第一電場的衝擊產生第二電場。根據又一其它實施例，一個或多個第二介電諧振器中的每一個是並不直接地從饋送結構中接收激勵信號而是替代地僅響應於第一電場的衝擊產生第二電場的寄生介電諧振器。根據另一其它實施例，第一激勵器介電諧振器和第二介電諧振器佈置在共平面配置中，使得周向電場的一部分直接地衝擊第二介電諧振器。根據另一其它實施例，距離小於第一激勵器介電諧振器的諧振頻率的波長的五分之一。根據又一其它實施例，距離在0毫米與12.5毫米之間。
微波加熱設備的另一實施例包括：腔室；固態微波能量來源；第一介電諧振器天線，其包括第一激勵器介電諧振器和接近第一激勵器介電諧振器的第一饋送結構；以及一個或多個第二介電諧振器。腔室被配置成包含負載，並且所述腔室部分由具有內部腔室壁表面和外部腔室壁表面的第一腔室壁限定。第一激勵器介電諧振器具有頂部表面和相對的底部表面。第一饋送結構電耦合到微波能量來源以從微波能量來源中接收第一激勵信號，並且第一激勵器介電諧振器被配置成響應於提供到第一饋送結構的激勵信號產生第一電場。一個或多個第二介電諧振器放置在第一激勵器介電諧振器的距離內以形成介電諧振器天線陣列。選擇距離使得當提供激勵信號時第二介電諧振器中的每一個與第一激勵器介電諧振器緊密地電容式耦合。
操作包括第一微波產生模組的微波系統的方法的實施例包括通過第一微波產生模組產生傳送到第一射頻（RF）饋送結構的第一激勵信號，其中第一射頻饋送結構接近第一介電諧振器放置。所述方法還包括通過第一介電諧振器響應於由第一射頻饋送結構傳送的第一激勵信號產生直接地衝擊與第一介電諧振器緊密地電容式耦合的第二介電諧振器的第一電場。所述方法另外包括通過第二介電諧振器響應於第一電場的衝擊產生第二電場，其中第二電場被引導朝向包含近場負載的腔室。
製造微波系統的方法的實施例包括將具有諧振頻率的第一介電諧振器耦合到第一基板，並且將一個或多個額外的介電諧振器耦合到第一基板使得第一介電諧振器與一個或多個額外的介電諧振器中的每一個之間的距離是緊密地電容式耦合的。第一介電諧振器和額外的介電諧振器形成介電諧振器天線陣列。所述方法另外包括將第二基板安裝到外殼中，其中射頻饋送結構耦合到第二基板。外殼限定被配置成具有封閉端部的波導的腔室。所述方法另外包括將第一基板安裝到外殼中使得射頻饋送結構足夠接近第一介電諧振器以能夠在射頻饋送結構供應有合適的射頻激勵信號時激發第一介電諧振器進行諧振。
儘管以上詳細描述中已呈現至少一個示例性實施例，但應瞭解，存在大量變化。還應瞭解，本文中所描述的示例性實施例並不意圖以任何方式限制所主張的標的物的範圍、適用性或配置。實際上,以上詳細描述將向本領域的技術人員提供用於實施所描述的一個或多個實施例的方便的指南。應理解，可在不脫離權利要求書所限定的範圍的情況下對元件的功能和佈置作出各種改變，權利要求書所限定的範圍包括在提交本專利請時的已知等效物和可預見的等效物。
100、300、900、2400‧‧‧微波加熱設備；微波系統
110、910、2410‧‧‧外殼
112、912、1012、1112、2412‧‧‧底座部分
114、914、2414‧‧‧腔室部分
116、916、2416‧‧‧蓋子
118‧‧‧外部連接埠
120、320、920、2420‧‧‧加熱腔室
122、922‧‧‧內側壁
130‧‧‧控制面板
140、940、2440‧‧‧負載
200、1000、1100、1900‧‧‧微波加熱設備
310‧‧‧系統控制器
330‧‧‧使用者介面
340‧‧‧供電系統；加熱腔室；電源；電源系統
350、950、1050、1150、2450、2452‧‧‧模組
352‧‧‧固態振盪器子系統
354‧‧‧頻率調諧電路
356‧‧‧偏置電路
358‧‧‧放大器輸出節點
360、1060、1160、1200、1300、1400、1500、1600、1700‧‧‧DRA陣列
370‧‧‧饋送結構
400、510、520、1800、1900、2000、2100、2200、2300
‧‧‧介電諧振器
410‧‧‧頂部表面
412‧‧‧底部表面
416‧‧‧外部側壁
420、512‧‧‧中心孔
422‧‧‧內部側壁
430‧‧‧高度
432‧‧‧直徑
440‧‧‧周向電子場
442‧‧‧正交電子場、電子場
450‧‧‧慣性座標系
500‧‧‧DRA陣列、DRA天線
530、1330、1640‧‧‧基板
540‧‧‧距離
550、968、1250、1260、1350、1352、1550‧‧‧饋送
560、1260、1360、1460、1560、1174、1176‧‧‧微帶線路
700‧‧‧電路圖
710‧‧‧第一諧振電路
720‧‧‧第二鄰近諧振電路、第二諧振電路
730‧‧‧第三鄰近諧振電路、第三諧振電路
740‧‧‧電容器
924‧‧‧腔室底部表面
926‧‧‧腔室頂部表面
952、1152‧‧‧功率電晶體
954‧‧‧傳導傳輸線路
960、2460‧‧‧第一DRA陣列；DRA陣列
962、2462‧‧‧第二DRA陣列；DRA陣列
964、1210、1310-1313、1410-1412、1512、1520、1522、1610、1620、1630、‧‧‧介電諧振器；激勵器諧振器
966、1320、1420‧‧‧介電諧振器；寄生諧振器
970、1070、1170、1170、2470、2472‧‧‧電子基板
972、1072、1172‧‧‧接地平面
980、1080‧‧‧DRA陣列基板
982‧‧‧罩蓋
990‧‧‧遮蔽區
1064、1164‧‧‧激勵器諧振器
1066、1166‧‧‧寄生諧振器
1082‧‧‧保形塗層
1174‧‧‧孔隙
1220‧‧‧介電諧振器；寄生介電諧振器；寄生諧振器
1640‧‧‧上部表面
1710‧‧‧諧振器；介電諧振器；第一介電諧振器
1720‧‧‧諧振器；介電諧振器；第二介電諧振器
1730‧‧‧諧振器；介電諧振器；第三介電諧振器
2412‧‧‧座部分
2420‧‧‧腔室
2502-2508、2602-2608‧‧‧塊
在結合以下附圖考慮時，通過參考詳細描述和權利要求書可得到標的物的更透徹理解，其中類似參考標號指代遍及各圖的相似元件。
圖1和圖2是根據示例實施例相應地在打開狀態和關閉狀態中的可擕式微波加熱設備的透視圖；
圖3是根據示例實施例的包括微波功率產生模組和介電諧振器天線（DRA）陣列的微波加熱設備的簡化的框圖；
圖4是介電諧振器的透視圖；
圖5和圖6是根據示例實施例的DRA陣列的俯視圖和透視圖；
圖7是表示根據一個實施例的具有三個鄰近介電諧振器的DRA的電子特性的電路圖；
圖8是根據一個實施例描繪DRA陣列的增益頻寬的圖；
圖9是根據示例實施例的圖1和圖2的可擕式微波加熱設備的截面側視圖；
圖10是根據另一示例實施例的可擕式微波加熱設備的一部分的截面側視圖；
圖11是根據又一示例實施例的可擕式微波加熱設備的一部分的截面側視圖；
圖12是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列的俯視圖；
圖13是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列的俯視圖；
圖14是根據另一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列的俯視圖；
圖15是根據又一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列的俯視圖；
圖16是根據又一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列的透視圖；
圖17是根據又一示例實施例的適用於微波加熱設備中的DRA陣列的透視圖；
圖18到圖23是具有各種形狀的介電諧振器的透視圖；
圖24是根據另一示例實施例的可擕式微波加熱設備的截面側視圖；
圖25是根據示例實施例的操作包括DRA陣列的微波系統的方法的流程圖；以及
圖26是根據示例實施例製造包括DRA陣列的微波系統的方法的流程圖。
100‧‧‧微波加熱設備；微波系統
110‧‧‧外殼
112‧‧‧底座部分
114‧‧‧腔室部分
116‧‧‧蓋子
118‧‧‧外部連接埠
120‧‧‧加熱腔室
122‧‧‧內側壁
130‧‧‧控制面板
140‧‧‧負載

Claims (36)

  1. 一種微波加熱設備，其特徵在於，包括： 固態微波能量來源； 第一介電諧振器天線，其包括第一激勵器介電諧振器和接近所述第一激勵器介電諧振器的第一饋送結構，其中所述第一激勵器介電諧振器具有頂部表面和相對的底部表面，其中所述第一饋送結構電耦合到所述微波能量來源以從所述微波能量來源中接收第一激勵信號，並且其中所述第一激勵器介電諧振器被配置成響應於提供到所述第一饋送結構的所述激勵信號產生第一電場；以及 一個或多個第二介電諧振器，其放置在所述第一激勵器介電諧振器的距離內以形成介電諧振器天線陣列，其中選擇所述距離使得當提供所述激勵信號時所述第二介電諧振器中的每一個與所述第一激勵器介電諧振器緊密地電容式耦合。
  2. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，當提供所述激勵信號時，由所述第一激勵器介電諧振器產生的所述第一電場直接地衝擊所述第二介電諧振器中的每一個，使得所述第二介電諧振器中的每一個響應於所述第一電場的衝擊產生第二電場。
  3. 如請求項2所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述一個或多個第二介電諧振器中的每一個是並不從饋送結構直接地接收激勵信號而是替代地僅響應於所述第一電場的所述衝擊產生所述第二電場的寄生介電諧振器。
  4. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，當提供所述激勵信號時，所述第一電場包括周向電場，並且其中所述第一激勵器介電諧振器和所述第二介電諧振器佈置在共平面配置中，使得所述周向電場的一部分直接地衝擊所述第二介電諧振器。
  5. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一饋送結構包括延伸到所述第一激勵器介電諧振器中的饋送。
  6. 如請求項5所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一介電諧振器天線包括在所述第一激勵器介電諧振器中的一個或多個額外的饋送，其中所述一個或多個額外的饋送電耦合到所述微波能量來源以從所述微波能量來源中接收一個或多個額外的激勵信號。
  7. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一饋送結構包括孔隙耦合到所述第一激勵器介電諧振器的導體。
  8. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述介電諧振器天線陣列進一步包括一個或多個額外的介電諧振器天線，其中所述一個或多個額外的介電諧振器天線中的每一個包括額外的激勵器介電諧振器和接近所述額外的激勵器介電諧振器的額外的饋送結構。
  9. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一激勵器介電諧振器和所述一個或多個第二介電諧振器中的每一個具有選自圓柱形、圓盤、圓錐、平行六面體、球體和圓頂中的形狀。
  10. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述距離小於所述第一激勵器介電諧振器的諧振頻率的波長的五分之一。
  11. 如請求項10所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述距離在零毫米與12.5毫米之間。
  12. 如請求項10所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述距離小於所述第一激勵器介電諧振器的諧振頻率的波長的十分之一。
  13. 如請求項10所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述距離在零毫米與3.0毫米之間。
  14. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，進一步包括： 接地平面，其放置在所述介電諧振器天線陣列的第一側處；以及 腔室，其放置在所述介電諧振器天線陣列與所述接地平面的相對側處，其中所述腔室被配置成包含負載。
  15. 如請求項14所述的微波加熱設備，其特徵在於，在不存在所述介電諧振器天線陣列的情況下所述腔室將低於截止值。
  16. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，進一步包括基板，所述基板具有第一側和第二側，其中所述第一激勵器介電諧振器和所述一個或多個第二介電諧振器物理地耦合到所述基板的所述第一側以維持所述第一激勵器介電諧振器與所述一個或多個第二介電諧振器之間的固定空間關係。
  17. 如請求項16所述的微波加熱設備，其特徵在於，進一步包括接地平面，其中所述基板與所述接地平面可滑動地嚙合。
  18. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，進一步包括覆蓋所述第一激勵器介電諧振器和所述一個或多個第二介電諧振器的保形材料。
  19. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一激勵器介電諧振器和所述一個或多個第二介電諧振器具有相同的幾何形狀並且是大體上相同大小的。
  20. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一激勵器介電諧振器中的兩個或更多個和所述一個或多個第二介電諧振器具有不同的幾何形狀。
  21. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述第一激勵器介電諧振器中的兩個或更多個和所述一個或多個第二介電諧振器具有大體上不同的大小。
  22. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述介電諧振器天線陣列中的介電諧振器的數量在二到三十的範圍內。
  23. 如請求項1所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述固態微波能量來源包括： 放大器佈置，其包括電晶體，所述電晶體具有電晶體輸入和電晶體輸出，其中所述放大器佈置被配置成在2.3吉赫茲（GHz）到2.6 GHz的範圍內的微波頻率處產生所述激勵信號。
  24. 如請求項23所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述放大器佈置形成振盪器子系統的一部分，所述振盪器子系統進一步包括： 諧振電路，其沿著所述電晶體輸出與所述電晶體輸入之間的回饋路徑，其中所述諧振電路的諧振頻率是所述微波頻率。
  25. 一種微波加熱設備，其特徵在於，包括： 腔室，其被配置成包含負載，其中所述腔室部分由具有內部腔室壁表面和外部腔室壁表面的第一腔室壁限定； 固態微波能量來源； 第一介電諧振器天線，其包括第一激勵器介電諧振器和接近所述第一激勵器介電諧振器的第一饋送結構，其中所述第一激勵器介電諧振器具有頂部表面和相對的底部表面，其中所述第一饋送結構電耦合到所述微波能量來源以從所述微波能量來源中接收第一激勵信號，並且其中所述第一激勵器介電諧振器被配置成響應於提供到所述第一饋送結構的所述激勵信號產生第一電場；以及 一個或多個第二介電諧振器，其放置在所述第一激勵器介電諧振器的距離內以形成介電諧振器天線陣列，其中選擇所述距離使得當提供所述激勵信號時所述第二介電諧振器中的每一個與所述第一激勵器介電諧振器緊密地電容式耦合。
  26. 如請求項25所述的微波加熱設備，其特徵在於，在不存在所述介電諧振器天線陣列的情況下所述腔室將低於截止值。
  27. 如請求項25所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述腔室的截面形狀是選自圓、橢圓和矩形的。
  28. 如請求項25所述的微波加熱設備，其特徵在於，當提供所述激勵信號時，所述第一電場包括周向電場，並且其中所述第一激勵器介電諧振器和所述第二介電諧振器佈置在共平面配置中，使得所述周向電場的一部分直接地衝擊所述第二介電諧振器。
  29. 如請求項25所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述距離小於所述第一激勵器介電諧振器的諧振頻率的波長的五分之一。
  30. 如請求項29所述的微波加熱設備，其特徵在於，所述距離小於所述第一激勵器介電諧振器的諧振頻率的波長的十分之一。
  31. 一種操作包括微波產生模組的微波系統的方法，其特徵在於，所述方法包括： 通過所述微波產生模組產生傳送到第一射頻（RF）饋送結構的第一激勵信號，其中所述第一射頻饋送結構接近第一介電諧振器放置； 通過所述第一介電諧振器響應於通過所述第一射頻饋送結構傳送的所述第一激勵信號產生直接地衝擊第二介電諧振器的第一電場，所述第二介電諧振器與所述第一介電諧振器緊密地電容式耦合；以及 通過所述第二介電諧振器響應於所述第一電場的衝擊產生第二電場，其中所述第二電場被引導朝向包含近場負載的腔室。
  32. 如請求項31所述的方法，其特徵在於，進一步包括： 產生傳送到第二射頻饋送結構的第二激勵信號，其中所述第二射頻饋送結構接近所述第一介電諧振器、所述第二介電諧振器或第三介電諧振器放置；以及 通過所述第一介電諧振器、第二介電諧振器或第三介電諧振器響應於所述第二激勵信號產生第三電場。
  33. 如請求項32所述的方法，其特徵在於，所述第一和第二激勵信號是同時產生的或分階段的。
  34. 如請求項32所述的方法，其特徵在於，所述第一和第二激勵信號具有大體上相同的頻率或不同的頻率。
  35. 一種製造微波系統的方法，其特徵在於，所述方法包括： 將具有諧振頻率的第一介電諧振器耦合到第一基板； 將一個或多個額外的介電諧振器耦合到所述第一基板使得所述第一介電諧振器與所述一個或多個額外的介電諧振器中的每一個之間的距離是緊密地電容式耦合的，其中所述第一介電諧振器和額外的介電諧振器形成介電諧振器天線陣列； 將第二基板安裝到外殼中，其中射頻（RF）饋送結構耦合到所述第二基板，並且其中所述外殼限定被配置成具有封閉端部的波導的腔室；以及 將所述第一基板安裝到所述外殼中使得所述射頻饋送結構足夠接近所述第一介電諧振器以能夠在向所述射頻饋送結構供應合適的射頻激勵信號時激發所述第一介電諧振器進行諧振。
  36. 如請求項35所述的方法，其特徵在於，進一步包括： 使用選自保形材料和罩蓋中的結構分離所述介電諧振器天線陣列與所述腔室。
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