TW202033053A - 組合式ｒｆ和熱加熱系統和其操作方法 - Google Patents

Abstract

一種加熱系統的實施例包括：腔，所述腔被配置成容納裝料；熱加熱系統(例如，對流、輻射和/或氣體加熱系統)，所述熱加熱系統與所述腔流體連通並且被配置成加熱空氣；以及RF加熱系統。所述RF加熱系統包括：RF信號源，被配置成生成RF信號；第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合；傳輸路徑，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極和所述第二電極中的一個或多個電極之間；以及可變阻抗匹配網路，所述可變阻抗匹配網路沿所述RF信號源與所述一個或多個電極之間的所述傳輸路徑電耦合。所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能。

Description

組合式RF和熱加熱系統和其操作方法

發明領域

本文所描述的主題的實施例總體上涉及使用多個加熱源加熱腔內的裝料的設備和方法。

發明背景

常規食物加熱系統具有多種形式，主要的區別在於用於加熱系統腔內的食物的加熱源。最常見的食物加熱系統包括常規烤箱、對流烤箱和微波爐。常規烤箱包括爐腔，所述爐腔中安置有一個或多個輻射加熱元件。電流通過所述一個或多個加熱元件，並且元件電阻使每個元件和元件周圍的環境空氣升溫。對流烤箱包括爐腔、加熱元件和/或風扇組合件，其中加熱元件可以包括在風扇組合件中或可以定位在爐腔內。基本上，風扇組合件用於使通過加熱元件實現升溫的空氣在整個爐腔內循環，從而使整個腔內的溫度分佈更加均勻，並且因此實現比常規烤箱更快且更均勻的烹飪。最後，微波爐包括爐腔、腔磁控管和波導。腔磁控管產生電磁能，所述電磁能通過波導引導到爐腔中。電磁能(或微波輻射)撞擊食物裝料以加熱食物的外層。例如，在典型的微波爐頻率2.54千兆赫(gigahertz)下，可以使用微波加熱來均勻地加熱均質的高含水量食物的外部30毫米。

上述常規食物加熱系統中的每種食物加熱系統在加熱和/或烹飪食物方面有利有弊。例如，常規烤箱構造簡單、可靠且相對便宜。此外，常規烤箱在食物外表面產生美拉德反應(Maillard reaction)方面表現非常好，所述反應對褐變和脆化至關重要。然而，常規烤箱在烹飪食物方面相對較慢。對流烤箱的烹飪性能可能與常規烤箱類似，但其烹飪時間更快。然而，對流烤箱風扇組合件使烤箱的製造和維修成本更高。最後，相比常規烤箱和對流烤箱，微波爐能夠以快得多的速度烹飪食物。然而，微波能量往往不會在食物中產生期望的美拉德反應，並且因此微波爐在褐變和脆化方面表現不佳。考慮到常規食物加熱系統的上述特性，器具製造商努力開發具有各種系統的優點，同時克服了其缺陷的改進系統。

發明概要

根據本發明的第一方面，提供一種加熱系統，包括： 腔，所述腔被配置成容納裝料； 熱加熱系統，所述熱加熱系統與所述腔流體連通，其中所述熱加熱系統被配置成加熱空氣；以及 射頻(RF)加熱系統，所述RF加熱系統包括 RF信號源，所述RF信號源被配置成生成RF信號， 第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合，其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能， 傳輸路徑，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極和所述第二電極中的一個或多個電極之間，以及 可變阻抗匹配網路，所述可變阻抗匹配網路沿所述RF信號源與所述一個或多個電極之間的所述傳輸路徑電耦合。

在一個或多個實施例中，所述RF信號源包括固態功率放大器，並且所述RF信號的頻率處於10.0兆赫(MHz)到100 MHz的範圍內。

在一個或多個實施例中，所述RF加熱系統進一步包括： 功率檢測電路系統，所述功率檢測電路系統被配置成檢測沿著所述傳輸路徑的反射信號功率；以及 RF加熱系統控制器，所述RF加熱系統控制器電耦合到所述功率檢測電路系統和所述可變阻抗匹配網路，其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述阻抗匹配網路的可變元件值以減小所述反射信號功率。

在一個或多個實施例中，所述功率檢測電路系統被進一步配置成檢測沿著所述傳輸路徑的前向信號功率；並且 所述RF加熱系統控制器被配置成修改所述阻抗匹配網路的所述可變元件值以減小所述反射信號功率並增大所述前向信號功率。

在一個或多個實施例中，所述RF加熱系統是不平衡系統，並且其中： 所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極之間；並且 所述第二電極耦合到接地參考。

在一個或多個實施例中，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電感器的單端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電感器的電感值以減小所述反射信號功率。

在一個或多個實施例中，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電容器的單端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電容器的電容值以減小所述反射信號功率。

在一個或多個實施例中，所述RF加熱系統是平衡系統，並且其中： 所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極和所述第二電極兩者之間。

在一個或多個實施例中，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電感器的雙端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電感器的電感值以減小所述反射信號功率。

在一個或多個實施例中，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電容器的雙端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電容器的電容值以減小所述反射信號功率。

在一個或多個實施例中，所述熱加熱系統包括對流加熱系統。

在一個或多個實施例中，所述熱加熱系統包括輻射加熱系統，所述輻射加熱系統包括一個或多個輻射加熱元件。

在一個或多個實施例中，所述第一電極物理地定位在所述腔與所述一個或多個加熱元件中的第一輻射加熱元件之間，並且所述第一電極包括一個或多個開口，所述一個或多個開口使空氣能夠在所述輻射加熱元件與所述腔之間流動。

在一個或多個實施例中，所述熱加熱系統進一步包括： 對流風扇，所述對流風扇使通過所述一個或多個輻射加熱元件加熱的所述空氣在所述腔內循環。

在一個或多個實施例中，所述熱加熱系統包括一個或多個氣體燃燒器。

在一個或多個實施例中，所述第二電極形成擱板的至少一部分，所述擱板在底腔表面上方的某個高度處插入所述腔中。

根據本發明的第二方面，提供一種操作加熱系統的方法，所述加熱系統包括被配置成容納裝料的腔，所述方法包括： 通過與所述腔流體連通的熱加熱系統加熱所述腔中的空氣； 在加熱所述腔中的所述空氣的同時，通過射頻(RF)信號源向傳輸路徑供應一個或多個RF信號，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與第一電極和第二電極之間，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合，其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能； 通過功率檢測電路系統檢測沿著所述傳輸路徑的反射信號功率；以及 通過控制器修改可變阻抗匹配網路的一個或多個元件的一個或多個元件值以減小所述反射信號功率。

在一個或多個實施例中，所述熱加熱系統選自對流加熱系統、輻射加熱系統和氣體加熱系統。

在一個或多個實施例中，修改所述一個或多個元件值包括修改一個或多個元件的一個或多個元件值，所述一個或多個元件選自一個或多個可變電感器和一個或多個可變電容器。

本發明的這些和其它方面將根據下文中所描述的實施例顯而易見，且參考這些實施例予以闡明。

較佳實施例之詳細說明

以下詳細描述在本質上僅僅是說明性的並且不旨在限制主題的實施例或這種實施例的應用和用途。如本文所使用的，詞語“示例性”和“例子”意指“充當例子、實例或說明”。在本文中被描述為示例性或例子的任何實施方案不一定被解釋為相比其它實施方案是優選的或有利的。此外，不旨在受在前的技術領域、背景技術或以下詳細描述中呈現的任何明確或隱含理論的約束。

本文所描述的主題的實施例涉及包括多個加熱系統的加熱器具、設備和/或系統，所述加熱系統可以同時操作以加熱系統腔內的裝料(例如，食物裝料)。所述多個加熱系統包括射頻(RF)加熱系統和“熱”加熱系統。RF加熱系統包括固態RF信號源、可變阻抗匹配網路和兩個電極，其中所述兩個電極被系統腔分離。更具體地說，RF加熱系統是“電容性”加熱系統，因為所述兩個電極充當電容器的電極(或極板)，並且電容器電介質實質上包括系統腔的位於所述兩個電極之間的部分以及容納在其中的任何裝料。熱加熱系統可以包括加熱腔內的空氣的任何一個或多個系統，如一個或多個電阻加熱元件、對流鼓風機、對流風扇加上電阻加熱元件、氣體加熱系統等。RF加熱系統在腔內和電極之間產生電磁場，以電容性地加熱裝料。熱加熱系統加熱腔內的空氣。組合式RF和熱加熱系統可以比單獨的熱加熱系統更快地加熱裝料。另外，在腔中輻射的RF能量可以提供對裝料的中心的更均勻加熱，並且因此提供更短的烹飪時間。已經發現，使用本發明主題的實施例產生的電磁場滲透到食物裝料中的深度比僅使用常規微波能量場和常規熱加熱系統實現的深度更深。另外，組合式RF和熱加熱系統可以實現裝料的褐變和脆化，這是僅使用常規微波爐系統不容易實現的。

熱加熱系統的實施例至少包括加熱元件和腔溫度控制系統。熱加熱系統可以包括例如對流加熱系統、輻射加熱系統和氣體加熱系統。對流加熱系統包括風扇，所述風扇被配置成使系統腔內的空氣循環。在一些實施例中，對流加熱系統還包括加熱空氣的加熱元件(例如，對流加熱系統可以包括具有集成加熱元件的對流鼓風機)。在其它實施例中，可以使用不同的加熱元件來加熱系統腔內的空氣，並且對流系統可以僅循環經過加熱的空氣。輻射加熱系統可以包括一個或多個加熱元件(例如，加熱線圈)，所述加熱元件安置在系統腔體內並且被配置成加熱腔內的空氣。最後，氣體加熱系統包括氣體噴嘴子系統和火種子系統(pilot lighting subsystem)，所述火種子系統被配置成點燃通過噴嘴子系統釋放的天然氣。燃燒天然氣使腔內的空氣被加熱。這些熱加熱系統中的每個熱加熱系統還包括腔溫度控制系統，所述腔溫度控制系統被配置成感測系統腔內的空氣的溫度，並且啟動、停用或調整熱加熱系統的加熱元件的運行以使腔內的空氣溫度保持處於包含限定的處理溫度(例如，使用者通過使用者介面指定的腔溫度設定值)的相對較小的溫度範圍內。

與熱加熱系統一起包括在加熱器具中的RF加熱系統的實施例在多個方面不同於常規微波爐系統。例如，與常規微波爐系統中使用的磁控管相反，RF加熱系統的實施例包括固態RF信號源。相比磁控管，固態RF信號源的使用可能是有利的，因為固態RF信號源可能輕得多且小得多，並且性能隨著時間的推移而降低(例如，功率輸出損耗)的可能性較小。另外，RF加熱系統的實施例在系統腔中在明顯低於常規微波爐系統中常用的2.54千兆赫(GHz)頻率的頻率下產生電磁能。在一些實施例中，例如，RF加熱系統的實施例在系統腔中在VHF(甚高頻)範圍(例如，從30兆赫(MHz)到300 MHz)內的頻率下產生電磁能。在各個實施例中使用的明顯較低的頻率可以使能量更深地滲透到裝料中，並且因此潛在地實現更快且更均勻的加熱。另外，RF加熱系統的實施例包括基於反射RF功率的量值動態控制的單端或雙端可變阻抗匹配網路。這種動態控制使系統能夠在整個加熱過程中在RF信號發生器與系統腔(加上裝料)之間提供良好的匹配，這可以提高系統效率並減少加熱時間。

通常，術語“加熱”是指升高裝料(例如，食物裝料或其它類型的裝料)的溫度。術語“除霜”(其也可以被視為“加熱”操作)意指將冷凍裝料(例如，冷凍食物裝料或其它類型的裝料)的溫度升高到裝料不再冷凍的溫度(例如，處於或接近0攝氏度的溫度)。如本文所使用的，術語“加熱”更廣泛地意指通過向裝料(例如，食物裝料或其它類型的裝料)提供空氣顆粒的熱輻射和/或RF電磁能來增加裝料的熱能或溫度的過程。因此，在各個實施例中，可以對具有任何初始溫度(例如，0攝氏度以上或以下的任何初始溫度)的裝料執行“加熱操作”，並且可以在高於初始溫度的任何最終溫度(例如，包括0攝氏度以上或以下的最終溫度)下中止加熱操作。也就是說，本文所描述的“加熱操作”和“加熱系統”可替代地可以被稱為“熱增加操作”和“熱增加系統”。

圖1是根據示例實施例的加熱系統100(或器具)的透視圖。加熱系統100包括全部固定在系統殼體102內的加熱腔110(例如，圖9、12的腔960、1260)、控制面板120、RF加熱系統150(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)和對流加熱系統160(例如，圖9、12的熱加熱系統950、1250的實施例)。加熱腔110由頂腔壁111、底腔壁112、側腔壁113、114和後腔壁115的內表面以及門116的內表面限定。如圖1所示，門116可以包括閂鎖機構118，所述閂鎖機構118與系統殼體102的對應固定結構119接合以使門116保持關閉。在門116關閉的情況下，加熱腔110限定封閉的空氣腔。如本文所使用的，術語“空氣腔”或“爐腔”可以意指容納空氣或其它氣體的封閉區域(例如，加熱腔110)。

在一些實施例中，可以在加熱腔110內接近一個或多個擱板支撐結構130、132，並且擱板支撐結構130、132被配置成使可移除且可重新定位的擱板134(由於未插入擱板，所以在圖1中用虛線示出)保持處於底腔壁112上方的某個高度處。例如，如圖1所示，第一擱板支撐結構130包括在底腔壁112上方的第一高度處附接到相對的腔壁113、114的第一組軌道，並且第二擱板支撐結構132包括在底腔壁112上方的第二高度處附接到相對的腔壁113、114的第二組軌道。軌道從相對的腔壁113、114中的每個腔壁的主平面凸出到腔110中。使用者可以通過將擱板134滑到腔110中並將擱板134的左下邊緣和右下邊緣擱置在擱板支撐結構130、132中的任一個擱板支撐結構的軌道的頂部來將擱板134插入到腔110中。在替代性實施例中，擱板支撐結構130、132可以可替代地被配置為多組凸出部(例如，相對的腔壁113、114中的每個腔壁上的兩個凸出部)，所述凸出部延伸很短的一段距離進入到腔110中。在另一替代性實施例中，擱板支撐結構130、132可以可替代地被配置為多組凹槽，所述凹槽凹入到相對的腔壁113、114中的每個腔壁的主平面之下，並且擱板134可以滑入到所述凹槽中。然而，擱板支撐結構130、132被配置(例如，作為軌道、凸出部、凹槽等)，擱板支撐結構130、132被定位成使擱板134與底腔壁112平行但處於其上方。在一些實施例中，擱板支撐結構130、132被配置成在擱板134(例如，在擱板中具體化的電極)與RF加熱系統的其它部分或接地參考之間提供電連接。在其它實施例中，擱板支撐結構130、132可以被配置成將擱板134與腔壁和/或系統的其它部分電隔離。

在一些實施例中，擱板134可以僅被配置成使裝料(例如，食物裝料)保持處於底腔壁112上方的期望高度處。在其它實施例中，擱板134可以由與RF加熱系統相關聯的電極組成或包括所述電極(例如，圖9、12的電極942、1450)。因此，擱板支撐結構130、132可替代地可以被視為被配置成使可移除且可重新定位的電極保持處於底腔壁112上方的某個高度處的電極支撐結構。在此類實施例中，擱板134和/或其集成電極可以通過擱板支撐結構130、132的導電特徵(未示出)電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考，如上所述。可替換的是，擱板134和/或其集成電極可以通過腔側壁之一(例如，壁113-115之一，如圖1所示的後腔壁115)中的導電連接器136、138電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。另外，在一些實施例中，含電極擱板134可以代替下文所述的底部(或第二)電極172。換句話說，集成在含電極擱板134內的電極可以連接在系統內，並且執行下文所述的底部電極172的功能。

圖2是根據示例實施例的平面結構200的俯視圖，所述平面結構200可以用作系統100(圖6、8的和/或系統600、800)中的擱板和/或電極。結構200具有平面頂表面202和平面底表面204。在實施例中，表面202、204之間的厚度可以處於1到3釐米的範圍內，但是所述厚度也可以更小或更大。結構200具有寬度206，所述寬度206可以約等於(或在各個實施例中，略小於或大於)將插入結構200的腔(例如，圖1的腔110)的寬度。另外，結構200具有深度208，所述深度208可以約等於(或略小於)腔的深度(例如，圖1的關閉的門116與腔110的後壁115之間的距離)。

當結構200被簡單地配置為不充當電極或不包括電極的擱板(例如，圖1的擱板134)時，所述結構200令人期望地由一種或多種不會明顯影響在操作期間在腔中產生的電磁場的材料(例如，塑膠或其它介電材料)形成。可替換的是，如前所述，結構200可以被配置為電極，在這種情況下，結構200可以由一種或多種平面導電材料(例如，銅、鋁等)形成，所述材料可以(或可以不)塗覆有保護性介電材料(例如，塑膠或其它介電材料)或嵌入其中。在仍其它實施例中，電極272(在圖2中用虛線指示)可以包括在結構200內，其中所述電極由一種或多種平面導電材料(例如，銅、鋁等)形成。在此類實施例中，電極272可以嵌入在保護性介電材料內，所述保護性介電材料支撐電極272並形成結構200的其餘平面部分。

在整個結構200被配置為電極或電極272作為結構200的一部分被包括的實施例中，結構200被配置成與RF加熱系統的其它部分或接地參考電連接。例如，如前所述，結構200可以包括所述結構的底部邊緣上的導電特徵，所述導電特徵與擱板支撐結構(例如，圖1的擱板支撐結構130、132)的相應導電特徵接觸。

可替換的是，結構200可以包括導電連接器230，所述導電連接器230被配置成與腔側壁(例如，壁113-115之一，如圖1所示的後腔壁115)中的對應連接器(例如，圖1的導電連接器136、138中的任一個導電連接器)接合。當整個結構200被配置為電極時，連接器230可以簡單地是結構200的整體形成的凸出部分。可替換的是，當結構200包括不同的電極272時，連接器230可以是電極272的整體形成的凸出部分，或者連接器230可以以其它方式電連接到電極272。無論哪種方式，當結構200滑入或以其它方式插入到腔中時，連接器230與腔側壁中的對應連接器(例如，圖1的導電連接器136、138中的任一導電連接器)接合以將結構200或電極272電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。

在一些實施例中，結構200可以包括有助於將結構200固定到插入結構200的腔(例如，圖1的腔110)的一個或多個壁的另外開口220或其它特徵。例如，開口220可以被配置成收容穿過其中的螺釘或其它附接構件，並且螺釘或其它附接構件可以連接到腔內的其它特徵。在一些情況下，結構200的電連接或結構200內的電極272可以通過螺釘或其它附接構件電接地。

圖2的結構200是平面結構，並且因此不適用於使大量氣流或電磁能穿過結構200。在一些實施例中，可能期望允許大量氣流或電磁能穿過擱板或支撐結構。因此，在一些實施例中，擱板(例如，圖1的擱板134)或電極可以具有擱板或電極的頂表面與底表面之間的開口。此類開口可以是細長通道、圓形開口、矩形開口或多種以不同方式配置的開口中的任何開口。通過舉例但非限制，下面將描述網格型結構。基於本文的描述，本領域的技術人員將理解，可替代地可以使用具有其它類型的開口的“穿孔”結構。

圖3是根據示例實施例的網格型結構300的俯視圖，所述網格型結構300可以用作系統100(和/或圖6、8的系統600、800)中的擱板或電極。結構300具有平面頂表面302和平面底表面304以及多個開口310，所述多個開口310在頂表面302與底表面304之間延伸，以提供結構300下方和上方的區域之間的流體連通。在圖3的實施例中，結構300具有網格型配置，在所述網格型配置中，開口310呈矩形形狀並且以二維陣列佈置。在其它實施例中，開口可以是細長的和/或可以具有不同的形狀和佈置。

在實施例中，表面302、304之間的厚度可以處於1到3釐米的範圍內，但是所述厚度也可以更小或更大。結構300具有寬度306，所述寬度306可以約等於(或在各個實施例中，略小於或大於)將插入結構300的腔(例如，圖1的腔110)的寬度。另外，結構300具有深度308，所述深度308可以約等於(或略小於)腔的深度(例如，圖1的關閉的門116與腔110的後壁115之間的距離)。

當結構300被簡單地配置為不充當電極或不包括電極的擱板(例如，圖1的擱板134)時，所述結構300令人期望地由一種或多種不會明顯影響在操作期間在腔中產生的電磁場的材料(例如，塑膠或其它介電材料)形成。可替換的是，如前所述，結構300可以被配置為電極，在這種情況下，結構300可以由一種或多種穿孔的導電材料(例如，銅、鋁等)形成，所述材料可以(或可以不)塗覆有保護性介電材料(例如，塑膠或其它介電材料)或嵌入其中。在仍其它實施例中，電極372(在圖3中用虛線指示)可以包括在結構300內，其中所述電極由一種或多種穿孔的導電材料(例如，銅、鋁等)形成。在此類實施例中，電極372可以嵌入在保護性介電材料內，所述保護性介電材料支撐電極372並形成結構300的其餘平面部分。

在整個結構300被配置為電極或電極372作為結構300的一部分被包括的實施例中，結構300被配置成與RF加熱系統的其它部分或接地參考電連接。例如，如前所述，結構300可以包括所述結構的底部邊緣上的導電特徵，所述導電特徵與擱板支撐結構(例如，圖1的擱板支撐結構130、132)的相應導電特徵接觸。

可替換的是，結構300可以包括導電連接器330，所述導電連接器330被配置成與腔側壁(例如，壁113-115之一，如圖1所示的後腔壁115)中的對應連接器(例如，圖1的導電連接器136、138中的任一個導電連接器)接合。當整個結構300被配置為電極時，連接器330可以簡單地是結構300的整體形成的凸出部分。可替換的是，當結構300包括不同的電極372時，連接器330可以是電極372的整體形成的凸出部分，或者連接器330可以以其它方式電連接到電極372。無論哪種方式，當結構300滑入或以其它方式插入到腔中時，連接器330與腔側壁中的對應連接器(例如，圖1的導電連接器136、138中的任一導電連接器)接合以將結構300或電極372電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。

在一些實施例中，結構300可以包括有助於將結構300固定到插入結構300的腔(例如，圖1的腔110)的一個或多個壁的另外開口320或其它特徵。例如，開口320可以被配置成收容穿過其中的螺釘或其它附接構件，並且螺釘或其它附接構件可以連接到腔內的其它特徵。在一些情況下，結構300的電連接或結構300內的電極372可以通過螺釘或其它附接構件電接地。

再次參照圖1，並且如上所述，加熱系統100包括RF加熱系統150(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)和對流加熱系統160(例如，圖9、12的對流加熱系統950、1250)兩者。如稍後將更詳細地描述的，RF加熱系統150包括一個或多個射頻(RF)信號源(例如，圖9、12的RF信號源920、1420)、電源(例如，圖9、12的電源926、1426)、第一電極170(例如，圖9、12的電極940、1240)、第二電極172(例如，圖9、12的電極942、1242)、阻抗匹配電路系統(例如，圖9-14的電路934、970、1000、1100、1234、1272、1300、1400)、功率檢測電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1430)和RF加熱系統控制器(例如，圖9、12的系統控制器912、1212)。

第一電極170佈置在腔壁(例如，頂壁111)附近，並且第二電極172佈置在相對的第二腔壁(例如，底壁112)附近。可替換的是，如以上結合對擱板134的描述所指示的，第二電極172可以由擱板結構(例如，圖2、3的擱板200、300)或此類擱板結構內的電極(例如，圖2、3的電極272、372)代替。無論哪種方式，第一電極170和第二電極172(和/或圖2、3的擱板200、300或電極272、372)與其餘的腔壁(例如，壁113-115和門116)電隔離，並且腔壁接地。在任一配置中，系統可以簡單地建模為電容器，其中第一電極170充當一個導電板(或電極)，第二電極172(或圖2、3的結構200、300或電極272、372)充當第二導電板(或電極)，並且電極之間的空氣腔(包括其中容納的任何裝料)充當第一導電板與第二導電板之間的電介質。儘管未在圖1中示出，但是系統100中還可以包括非導電屏障(例如，圖9、12的屏障962、1462)，並且非導電屏障可以用於將裝料與第二電極172和/或底腔壁112電氣且物理地隔離。

在各個實施例中，RF加熱系統150可以是“不平衡”RF加熱系統或“平衡”RF加熱系統。如稍後將結合圖9更詳細地描述的，當系統150被配置為“不平衡”RF加熱系統時，所述系統150包括單端放大器佈置(例如，圖9的放大器佈置920)和耦合在放大器佈置的輸出與第一電極170之間的單端阻抗匹配網路(例如，包括圖9的網路934、970)，並且第二電極172(或圖2、3的結構200、300或電極272、372)接地。但是，可替換的是，可以將第一電極170接地，並且可以將第二電極172耦合到放大器佈置。相比而言，如稍後將結合圖12更詳細地描述的，當系統150被配置為“平衡”RF加熱系統時，所述系統150包括單端或雙端放大器佈置(例如，圖12的放大器佈置1220或1220')和耦合在放大器佈置的輸出與第一電極170和第二電極172之間的雙端阻抗匹配網路(例如，包括圖12的網路1234、1272)。在平衡實施例或不平衡實施例中，阻抗匹配網路包括可以在加熱操作期間進行調整以改善放大器佈置與腔(加上裝料)之間的匹配的可變阻抗匹配網路。另外，測量和控制系統可以檢測與加熱操作有關的某些狀況(例如，空系統腔、阻抗匹配差和/或加熱操作完成)。

在實施例中，對流系統160包括熱系統控制器(例如，圖9、12的熱系統控制器952、1452)、電源、加熱元件、風扇和恒溫器。加熱元件可以是例如電阻加熱元件，所述電阻加熱元件被配置成當來自電源的電流通過加熱元件時對加熱元件周圍的空氣進行加熱。恒溫器(或爐感測器)感測系統腔內的空氣的溫度，並且基於感測到的腔溫度控制電源向加熱元件提供電流。更具體地說，恒溫器操作以使腔空氣溫度保持處於或接近溫度設定值。另外，熱系統控制器可以選擇性地啟動和停用對流風扇，以使通過加熱元件加熱的空氣在系統腔110內循環。在圖1示出的系統100中，風扇定位在系統腔110外部的風扇隔室中，並且通過一個或多個腔壁中的一個或多個開口提供風扇與系統腔110之間的流體(空氣)連通。例如，圖1示出了對應於風扇隔室與系統腔110之間的腔壁115中的出氣口的開口162。

在一些實施例中，加熱元件和風扇形成完整的對流單元(稱為“對流鼓風機”)的部分，所述對流單元被配置成既加熱空氣又使經過加熱的空氣循環。例如，圖4是根據示例實施例的可以在圖1的器具中使用的具有風扇和集成加熱元件的對流鼓風機400的透視圖。對流鼓風機400的元件容納在殼體402內，所述殼體具有使鼓風機400能夠牢固地安裝在加熱系統(例如，圖1的系統100)的風扇隔室內的特徵。鼓風機400包括風扇電機410，所述風扇電機410被配置成響應於功率輸入(來自電源，未示出)而操作內部風扇(隱藏在圖4中)。另外，內部加熱元件(也隱藏在圖4中)用於加熱內部隔室內的空氣。在操作時，風扇使空氣(例如，來自圖1的系統腔110)通過進氣口420吸入到內部隔室中，並且使內部隔室內的經過加熱的空氣被迫通過出氣口430離開鼓風機400(例如，返回到圖1的系統腔110中)。當出氣口430安裝在系統(例如，圖1的系統100)中時，所述出氣口430耦合到一個或多個腔壁中的開口以提供鼓風機400與系統腔之間的流體連通。

在其它實施例(如圖6和8的系統600、800)中，可以通過不位於對流系統內部的熱源對通過對流系統循環的空氣進行加熱，所述熱源如腔內的不同的加熱元件(例如，圖6的加熱元件682、684)或啟動的燃燒器(例如，圖8的氣體燃燒器882、884)。在此類實施例中，對流系統可以包括容納在加熱系統(例如，圖6、8的系統600、800)的風扇隔室內的簡單風扇，所述風扇通過進氣口和出氣口與系統腔(例如，圖6、8的腔610、810)流體連通。例如，圖5是根據其它示例實施例的可以在加熱系統(當系統包括外部熱源時)中，如在圖6和8的器具600、800中使用的對流風扇500的透視圖。對流風扇500簡單地包括耦合到風扇512的風扇電機510，並且風扇電機510被配置成響應於功率輸入(來自電源，未顯示)而操作風扇512。在操作時，風扇使經過加熱的空氣(例如，通過圖6、8的系統腔610、810內的加熱源加熱的空氣)通過系統腔與風扇隔室之間的進氣口吸入到風扇隔室中，並且使經過加熱的空氣被迫通過風扇隔室與系統腔之間的出氣口(例如，圖6、8的開口662、862)從風扇隔室返回到系統腔中。

再次參考圖1，並且根據實施例，在加熱系統100的操作期間，使用者(未示出)可以首先將一個或多個裝料(例如，食物和/或液體)放入加熱腔110中，並且關閉門116。如前所述，使用者可將一個或多個裝料放置在底腔壁112上、底腔壁之上的絕緣層上或旋轉板(未示出)上。可替換的是，如前所述，使用者可以將一個或多個裝料放置在在任何支撐位置處插入到腔110中的擱板134上。當在烹飪操作期間使用RF加熱系統時，並且當擱板134(或圖2、3的位於擱板內的電極272、372)充當底部電極(例如，替換電極172)時，可能期望將擱板134插入在使裝料的頂部與第一電極170(或頂腔壁111)之間的距離最小的位置處。與當裝料的頂部更遠離第一電極170(或頂腔壁111)時相比，這可以使由RF加熱系統提供的電容式烹飪能夠更高效地操作。

如稍後將結合圖16更詳細描述的，為了啟動烹飪過程，使用者可以指定使用者希望系統100實施的烹飪類型(或烹飪模式)。使用者可以通過控制面板120指定烹飪模式(例如，通過按下按鈕或進行烹飪模式功能表選擇)。根據實施例，系統100能夠實施至少以下不同的烹飪模式：1)僅對流烹飪；2)僅RF烹飪；以及3)組合式對流和RF烹飪。對於僅對流烹飪模式(上面的模式1)，對流系統160在烹飪過程期間啟動，而RF加熱系統150空閒或停用。對於僅RF烹飪模式(上面的模式2，包括僅RF除霜)，RF加熱系統150在烹飪過程期間啟動，而對流系統160空閒或停用。最後，對於組合式對流和RF烹飪模式(上面的模式3)，對流系統160和RF加熱系統150兩者均在烹飪過程期間啟動。在此模式下，對流系統160和RF加熱系統150兩者均可以同時且連續啟動，或者任一系統可以在所述過程的部分期間停用。

當實施僅對流烹飪模式(上面的模式1)或組合式對流和RF烹飪模式(上面的模式3)時，系統100可以使使用者能夠通過控制面板120提供指定烹飪過程的腔溫度設定值(或目標爐溫度)的輸入(例如，處於約65-260攝氏度(或150-500華氏度)的範圍內)。可替換的是，可以通過系統100以其它方式獲得或確定腔溫度設定值。在一些實施例中，可以在整個過程中改變腔溫度設定值(例如，系統100可以運行在整個烹飪過程中改變烤箱溫度的軟體程式)。除了指定腔溫度設定值之外，系統100還可以使使用者能夠通過控制面板120提供指定烹飪開始時間、停止時間和/或持續時間的輸入。在此類實施例中，系統100可以監測系統時鐘以確定何時啟動和停用RF加熱系統150和對流加熱系統160。

當期望使裝料平緩升溫時，僅RF烹飪模式可能如對除霜操作來說特別有用。當實施僅RF烹飪模式時，系統100可以使使用者能夠通過控制面板120提供指定要執行的操作的類型(例如，除霜操作，或另一僅RF升溫操作)的輸入。對於除霜操作，系統100可以被配置成監測來自RF系統的回饋，所述回饋可以指示裝料何時已經達到期望溫度(例如，-2攝氏度或其它某個溫度)，並且系統100可以在達到期望裝料溫度時終止操作。

在一些實施例中，系統還可以使使用者能夠任選地通過控制面板120提供指定一個或多個裝料的特性的輸入。例如，指定的特性可以包括裝料的大概重量。此外，指定的裝料特性可以指示形成裝料的一種或多種材料(例如，肉類、麵包、液體)。在替代性實施例中，裝料特性可以通過其它某種方式獲得，如通過掃描裝料包裝上的條碼或從裝料上或嵌入裝料內的RFID標籤接收射頻識別(RFID)信號。無論哪種方式，如稍後將更加詳細地描述的，關於此類裝料特性的資訊使RF加熱系統控制器(例如，圖9、12的RF加熱系統控制器912、1212)能夠確立系統的阻抗匹配網路在加熱操作開始時的初始狀態，其中初始狀態可能相對接近實現最大RF功率傳遞到裝料的最優狀態。可替換的是，在加熱操作開始之前，可以不輸入或接收裝料特性，並且RF加熱系統控制器可以確立阻抗匹配網路的預設初始狀態。

為了開始加熱操作，使用者可以通過控制面板120提供“開始”輸入(例如，使用者可以按下“開始”按鈕)。作為響應，主機系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)在整個烹飪過程中根據正在實施哪種烹飪模式向對流系統150和/或RF加熱系統160發送合適的控制信號。稍後將結合圖16-18更詳細地描述系統操作的細節。

基本上，當執行僅對流烹飪或組合式對流和RF烹飪時，系統100選擇性地啟動、停用並且以其它方式控制對流加熱系統160，以將系統腔110預熱到腔溫度設定值，並使系統腔110內的溫度保持處於或接近溫度設定值。系統100可以基於恒溫器信號和/或基於來自對流加熱系統160的回饋來確立和保持腔110內的溫度。

當執行僅RF烹飪或組合式對流和RF烹飪時，系統以裝料可以在整個烹飪過程中吸收最大RF功率傳遞的方式選擇性地啟動和控制RF加熱系統150。在加熱操作期間，裝料的阻抗(以及因此腔110加上裝料的總輸入阻抗)隨著裝料的熱能增加而發生變化。阻抗變化改變吸收到裝料中的RF能並且因此改變反射功率的量值。根據實施例，功率檢測電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1430)連續或週期性地測量沿RF信號源與一個或多個系統電極170和/或172(或擱板134或擱板134內的電極272、372)之間的傳輸路徑的反射功率。基於這些測量，RF加熱系統控制器(例如，圖9、12的RF加熱系統控制器912、1212)可以在加熱操作期間改變可變阻抗匹配網路(例如，圖9、12的網路970、1272)的狀態以增加裝料對RF功率的吸收。另外，在一些實施例中，RF系統控制器可以基於來自功率檢測電路系統的回饋檢測加熱操作的完成情況(例如，裝料溫度何時已經達到目標溫度)。

加熱系統100被描述為RF加熱系統150和採用對流加熱系統160的形式的熱加熱系統的組合。在其它實施例中，還可以或可替代地可以將RF加熱系統與輻射加熱系統或氣體加熱系統組合，所述輻射加熱系統和氣體加熱系統兩者也可以被表徵為“熱加熱系統”。例如，圖6是根據另一示例實施例的具有RF加熱系統650和輻射加熱系統680的加熱器具600的透視圖。加熱系統600與加熱系統100(圖1)的類似之處在於加熱系統600的元件固定在系統殼體602內，並且加熱系統600包括加熱腔610(例如，圖9、12的腔960、1260)、控制面板620和RF加熱系統650(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)。另外，在實施例中，加熱系統600還可以包括對流加熱系統660，但是對流加熱系統660是任選的。然而，與加熱系統100(圖1)相比，系統600包括輻射加熱系統680(例如，圖9、12的熱加熱系統950、1250的一個實施例)，所述輻射加熱系統680具有安置在加熱腔610中的加熱元件682、684。

加熱腔610由頂腔壁611、底腔壁612、側腔壁613、614和後腔壁615的內表面以及門616的內表面限定。如圖6所示，門616可以包括閂鎖機構618，所述閂鎖機構618與系統殼體602的對應固定結構619接合以使門616保持關閉。在一些實施例中，可以在加熱腔610內接近一個或多個擱板支撐結構630、632，並且擱板支撐結構630、632被配置成使可移除且可重新定位的擱板634(由於未插入擱板，所以在圖6中用虛線示出)保持處於底腔壁612上方的各種高度處。如以上結合圖1所討論的，擱板634可以被配置為電極或可以含有電極。此外，擱板634可以具有簡單的平面結構(例如，類似於圖2的結構200)，或者擱板634可以具有網格型結構(例如，類似於圖3的結構300)。在此類實施例中，擱板634(或集成在擱板內的電極)可以通過擱板支撐結構630、632的導電特徵(未示出)電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。可替換的是，擱板634和/或其集成電極可以通過腔側壁之一中的導電連接器636、638電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。

腔壁611-615、門616、閂鎖機構618、固定結構619、控制面板620、擱板支撐結構630、632和可重新定位的擱板634可以分別與以上結合圖1所討論的腔壁111-115、門116、閂鎖機構118、固定結構119、控制面板120、擱板支撐結構130、132和可重新定位的擱板134基本上類似或相同，包括那些系統元件的所有各個替代性實施例。因此，與腔壁111-115、門116、閂鎖機構118、固定結構119、控制面板120、擱板支撐結構130、132和可重新定位的擱板134相關聯的描述旨在同樣適用於腔壁611-615、門616、閂鎖機構618、固定結構619、控制面板620、擱板支撐結構630、632和可重新定位的擱板634，但是為了簡潔起見，此處不再重複描述。

如上所述，加熱系統600包括RF加熱系統650(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)和輻射加熱系統680(例如，圖9、12的輻射加熱系統950、1250)兩者。在實施例中，輻射加熱系統680包括熱系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)、電源、一個或多個輻射加熱元件682、684和恒溫器(或爐感測器)。如下文將更加詳細地描述的，每個加熱元件682、684可以是例如電阻加熱元件，所述電阻加熱元件被配置成當來自電源的電流通過加熱元件時對加熱元件周圍的空氣進行加熱。恒溫器(或爐感測器)感測系統腔610內的空氣的溫度。基於感測到的腔溫度，恒溫器(或熱系統控制器)控制由電源提供給一個或多個加熱元件682、684的電流供應。更具體地說，恒溫器(或熱系統控制器)操作以使腔空氣溫度保持處於或接近溫度設定值。

根據實施例，加熱元件682、684可以分別定位在系統腔610的底部和/或頂部處或附近。在其它實施例中，一個或多個加熱元件可以定位在其它地方(例如，在系統腔610的側面處或附近，和/或在與系統腔610分開的隔室中)。無論哪種方式，加熱元件682、684都與系統腔610流體連通，這意味著通過加熱元件682、684加熱的空氣可以在整個系統腔610中流動。定位在系統腔610的底部的加熱元件682從下方向腔610內的裝料提供熱量(例如，用於升溫和烘烤)，而定位在系統腔610的頂部的加熱元件684從上方向腔610內的裝料提供熱量(例如，用於升溫、烘烤、炙烤和/或褐變)。

每個加熱元件682、684被配置成在電流通過所述元件時對加熱元件682、684周圍的空氣進行加熱。例如，每個加熱元件682、684可以包括護套加熱元件，所述護套加熱元件被配置成通過電阻加熱或焦耳加熱的過程來加熱周圍空氣。在圖7中示出了此類加熱元件的例子，圖7是根據示例實施例的可以在圖6的器具中使用(例如，用作圖6的加熱元件682、684中的任一個或兩個)的加熱元件700的俯視圖。加熱元件700包括管狀加熱元件710，所述管狀加熱元件710在二維區域(或平面)內具有起伏的形狀，使得管狀加熱元件710的外周界裝配在給定空間的周界內(例如，頂腔壁611或底腔壁612的周界內)。管狀加熱元件710可以包括內部導體，所述內部導體包括由導電和電阻材料(例如，鎳鉻合金(NiCr))形成的導線或線圈、周圍的金屬管(例如，由銅或不銹鋼合金形成)和外部絕緣塗層(例如，氧化鎂粉末)。在一些實施例中，可以用使加熱元件710的端部保持處於適當的位置，使得內部導體的暴露端部712、714可以插入到輻射加熱系統中的對應連接器對(例如，所述系統的一個或多個壁611-615中的連接器對)中。當電流通過加熱元件710的導線時，電流遇到電阻，從而使元件710和周圍空氣加熱。

返回參考圖6，RF加熱系統650包括一個或多個RF信號源(例如，圖9、12的RF信號源920、1220)、電源(例如，圖9、12的電源926、1226)、第一電極670(例如，圖9、12的電極940、1240)、第二電極672(例如，圖9、12的電極942、1242)、阻抗匹配電路系統(例如，圖9-14的電路934、970、1000、1100、1234、1272、1300、1400)、功率檢測電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1230)和RF加熱系統控制器(例如，圖9、12的系統控制器912、1212)。

RF加熱系統650的一個或多個RF信號源、電源、第一電極670、第二電極672、阻抗匹配電路系統、功率檢測電路系統以及RF加熱系統控制器可以分別與以上結合圖1所討論的一個或多個RF信號源、電源、第一電極170、第二電極172、阻抗匹配電路系統、功率檢測電路系統以及RF加熱系統控制器基本上類似或相同，包括那些系統元件的所有各個替代性實施例。因此，與結合圖1的這些元件相關聯的描述同樣適用於RF加熱系統650中的類似元件，但是為了簡潔起見，這裡不再重複描述。

也就是說，第一電極670和/或第二電極672(和/或擱板634)可以被具體設計成基本上不限制或干擾通過加熱元件682、684加熱的空氣的移動。此外，加熱元件682、684以及第一電極670和第二電極672可以相對於彼此被朝向為使得加熱元件682、684基本上不改變或干擾由一個或兩個電極670、672產生的電磁場。

根據一個實施例，當加熱元件和電極兩者都靠近同一腔壁時，加熱元件定位在電極與腔壁之間。例如，在圖6的實施例中，在腔610的頂側上，電極670定位在腔壁611附近，並且加熱元件684定位在電極670與腔壁611之間。在腔610的底側上，電極672定位在腔壁612附近，並且加熱元件682定位在電極672與腔壁612之間。可以使用柱或其它結構使電極670、672和加熱元件682、684相對於彼此和腔壁611、612保持處於其期望朝向。在實施例中，並且如圖6所示，電極670、672中的每個電極包括多個開口，所述開口在分別靠近加熱元件684、682的區域與系統腔610之間提供流體連通。例如，在實施例中，電極670、672中的每個電極可以具有類似於結構300(圖3)的網格狀結構。

在其它實施例中，加熱元件682、684中的任一加熱元件可以不包括在系統600內。在不包括加熱元件682的實施例中，電極672可替代地可以是簡單的平面電極(例如，類似於圖2的結構200)。在不包括加熱元件684的另一實施例中，電極670可替代地可以是簡單的平面電極(例如，類似於圖2的結構200)。在其它替代性實施例中，電極670、672中的任一個或兩個可以定位在其對應的加熱元件684、682與附近的腔壁611、612之間，並且在此類實施例中，所述電極670、672可以是簡單的平面電極(例如，類似於圖2的結構200)。

如上所述，系統600任選地也可以包括對流系統660。當包括對流系統660時，所述對流系統660可以簡單地包括電源和風扇，因為可以通過加熱元件682、684實現對腔610中的空氣的加熱。然而，在一些實施例中，對流系統660還可以包括集成加熱元件和恒溫器。無論哪種方式，都可以通過系統控制器選擇性地啟動和停用對流系統風扇以在系統腔610內循環。在圖6示出的系統600中，風扇定位在系統腔610外部的風扇隔室中，並且風扇與系統腔610之間的流體(空氣)連通通過一個或多個腔壁中的一個或多個開口(例如，通過腔壁615中的開口662)來提供。

在加熱系統600的操作期間，使用者(未示出)可以首先將一個或多個裝料(例如，食物和/或液體)放入加熱腔610中，並且關閉門616。使用者可以將裝料放置在底部電極672上(或者如果不包括電極672和加熱元件682，則放置在底腔壁612上)，或放置在底部電極672、加熱元件682和/或腔壁612之上的絕緣結構上。可替換的是，如前所述，使用者可以將裝料放置在在任何支撐位置處插入到腔610中的擱板634上。

再次，如稍後將結合圖16更詳細地描述的，為了啟動烹飪過程，使用者可以指定使用者希望系統600實施的烹飪類型(或烹飪模式)。使用者可以通過控制面板620指定烹飪模式(例如，通過按下按鈕或進行烹飪模式功能表選擇)。根據實施例，系統600能夠實施至少以下不同的烹飪模式：1)僅輻射烹飪；2)僅RF烹飪；以及3)組合式輻射和RF烹飪。當系統600還包括對流加熱系統660時，系統600還能夠實施以下另外的烹飪模式：4)組合式對流和輻射烹飪；以及5)組合式對流、輻射和RF烹飪。

當實施僅輻射烹飪模式(上面的模式1)、組合式輻射和RF烹飪模式(上面的模式3)、對流和輻射烹飪模式(上面的模式4)或組合式對流、輻射和RF烹飪模式(上面的模式5)時，系統600可以使使用者能夠通過控制面板620提供指定烹飪過程的腔溫度設定值的輸入(例如，處於約65-260攝氏度(或150-500華氏度)的範圍內)。可替換的是，可以通過系統600以其它方式獲得或確定腔溫度設定值。在一些實施例中，可以在整個過程中改變腔溫度設定值(例如，系統600可以運行在整個烹飪過程中改變烤箱溫度的軟體程式)。除了指定腔溫度設定值之外，系統600還可以使使用者能夠通過控制面板620提供指定烹飪開始時間、停止時間和/或持續時間的輸入。在此類實施例中，系統600可以監測系統時鐘以確定何時啟動和停用RF加熱系統650和輻射加熱系統680。

對於僅RF烹飪模式(上面的模式2，包括僅RF除霜)，RF加熱系統650在烹飪過程期間啟動，而輻射加熱系統680和對流系統660空閒或停用。相反，對於組合式輻射和RF烹飪模式(上面的模式3)和組合式對流、輻射和RF烹飪模式(上面的模式5)，RF加熱系統650和輻射加熱系統680和/或對流系統660在烹飪過程期間啟動。在這些模式下，RF加熱系統650和輻射加熱系統680和/或對流系統660可以同時且連續啟動，或者任一系統可以在所述過程的部分期間停用。

為了開始加熱操作，使用者可以通過控制面板620提供“開始”輸入(例如，使用者可以按下“開始”按鈕)。作為響應，主機系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)在整個烹飪過程中根據正在實施哪種烹飪模式向輻射加熱系統680、RF加熱系統660和/或對流系統660(當包括時)發送合適的控制信號。稍後將結合圖16-18更詳細地描述系統操作的細節。

基本上，當執行僅輻射烹飪或組合式輻射和RF烹飪時，系統600選擇性地啟動、停用並且以其它方式控制輻射加熱系統680，以將系統腔610預熱到腔溫度設定值，並使系統腔610內的溫度保持處於或接近溫度設定值。系統600可以基於恒溫器讀數和/或基於來自輻射加熱系統680的回饋來確立和保持腔610內的溫度。當執行僅RF烹飪或組合式輻射和RF烹飪時，系統以裝料可以在整個烹飪過程中吸收最大RF功率傳遞的方式選擇性地啟動和控制RF加熱系統650。

在仍其它實施例中，還可以或可替代地可以將RF加熱系統與氣體加熱系統組合，如上所述。例如，圖8是根據另一示例實施例的具有RF加熱系統850和氣體加熱系統880的加熱器具800的透視圖。加熱系統800與加熱系統100、600(圖1、6)的類似之處在於加熱系統800的元件固定在系統殼體802內，並且加熱系統800包括加熱腔810(例如，圖9、12的腔960、1260)、控制面板820和RF加熱系統850(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)。另外，在實施例中，加熱系統800還可以包括對流加熱系統860，但是對流加熱系統860是任選的。然而，與加熱系統100、600(圖1、6)相比，系統800包括氣體加熱系統880(例如，圖9、12的熱加熱系統950、1250的一個實施例)，所述氣體加熱系統880具有與加熱腔810流體(空氣)連通的氣體燃燒器882、884。

加熱腔810由頂腔壁811、底腔壁812、側腔壁813、814和後腔壁815的內表面以及門816的內表面限定。如圖8所示，門816可以包括閂鎖機構818，所述閂鎖機構818與系統殼體802的對應固定結構819接合以使門816保持關閉。在一些實施例中，可以在加熱腔810內接近一個或多個擱板支撐結構830、832，並且擱板支撐結構830、832被配置成使可移除且可重新定位的擱板834(由於未插入擱板，所以在圖8中用虛線示出)保持處於底腔壁812上方的各種高度處。如以上結合圖1所討論的，擱板834可以被配置為電極或可以含有電極。此外，擱板834可以具有簡單的平面結構(例如，類似於圖2的結構200)，或者擱板834可以具有網格型結構(例如，類似於圖3的結構300)。在此類實施例中，擱板834(或集成在擱板內的電極)可以通過擱板支撐結構830、832的導電特徵(未示出)電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。可替換的是，擱板834和/或其集成電極可以通過腔側壁之一中的導電連接器836、838電連接到RF加熱系統的其它部分或接地參考。

腔壁811-815、門816、閂鎖機構818、固定結構819、控制面板820、擱板支撐結構830、832和可重新定位的擱板834可以分別與以上結合圖1所討論的腔壁111-115、門116、閂鎖機構118、固定結構119、控制面板120、擱板支撐結構130、132和可重新定位的擱板134基本上類似或相同，包括那些系統元件的所有各個替代性實施例。因此，與腔壁111-115、門116、閂鎖機構118、固定結構119、控制面板120、擱板支撐結構130、132和可重新定位的擱板134相關聯的描述旨在同樣適用於腔壁811-815、門816、閂鎖機構818、固定結構819、控制面板820、擱板支撐結構830、832和可重新定位的擱板834，但是為了簡潔起見，此處不再重複描述。

如上所述，加熱系統800包括RF加熱系統850(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)和氣體加熱系統880(例如，圖9、12的氣體加熱系統950、1250)兩者。在實施例中，氣體加熱系統880包括氣體加熱系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)、點火源(例如，熱表面或輝光棒點火器)、氣閥、一個或多個燃燒器882、884以及恒溫器(或爐感測器)。恒溫器(或爐感測器)感測系統腔810內的空氣的溫度。基於感測到的腔溫度，恒溫器(或氣體加熱系統控制器)控制氣閥以增加或減少向一個或多個燃燒器882、884提供的氣體供應。更具體地說，恒溫器(或氣體加熱系統控制器)操作以使腔空氣溫度保持處於或接近溫度設定值。

根據實施例，燃燒器882、884可以分別定位在系統腔810的底部和/或頂部處或附近(例如，在與系統腔810分離的隔室中)。燃燒器882、884與系統腔810流體連通，這意味著通過燃燒器882、884處的點燃的氣體加熱的空氣可以在整個系統腔810中流動。定位在系統腔810的底部的燃燒器882從下方向腔810內的裝料提供熱量(例如，用於升溫和烘烤)，而定位在系統腔810的頂部的燃燒器884從上方向腔810內的裝料提供熱量(例如，用於升溫、烘烤、炙烤和/或褐變)。

RF加熱系統850包括一個或多個RF信號源(例如，圖9、12的RF信號源920、1220)、電源(例如，圖9、12的電源926、1226)、第一電極870(例如，圖9、12的電極940、1240)、第二電極872(例如，圖9、12的電極942、1242)、阻抗匹配電路系統(例如，圖9-14的電路934、970、1000、1100、1234、1272、1300、1400)、功率檢測電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1230)和RF加熱系統控制器(例如，圖9、12的系統控制器912、1212)。

RF加熱系統850的一個或多個RF信號源、電源、第一電極870、第二電極872、阻抗匹配電路系統、功率檢測電路系統以及RF加熱系統控制器可以分別與以上結合圖1所討論的一個或多個RF信號源、電源、第一電極170、第二電極172、阻抗匹配電路系統、功率檢測電路系統以及RF加熱系統控制器基本上類似或相同，包括那些系統元件的所有各個替代性實施例。因此，與結合圖1的這些元件相關聯的描述同樣適用於RF加熱系統850中的類似元件，但是為了簡潔起見，這裡不再重複描述。

也就是說，第一電極870和/或第二電極872(和/或擱板834)可以被具體設計成基本上不限制或干擾通過燃燒器882、884加熱的空氣的移動。此外，燃燒器882、884以及第一電極870和第二電極872可以相對於彼此被朝向為使得燃燒器882、884基本上不改變或干擾由一個或兩個電極870、872產生的電磁場。

根據實施例，當燃燒器和電極兩者都靠近同一腔壁時，電極定位在燃燒器與腔810之間。例如，在圖8的實施例中，在腔810的頂側上，電極870定位在腔壁811附近，並且燃燒器884定位在腔壁811後面(上方)的單獨燃燒器腔中。在腔810的底側上，電極872定位在腔壁812附近，並且燃燒器882定位在腔壁812後面(下方)的單獨燃燒器腔中。通過燃燒器882、884處的點燃的氣體加熱的空氣可以通過狹槽883、885進入系統腔810。在其它實施例中，燃燒器882、884中的任一燃燒器可以不包括在系統800內。

如上所述，系統800任選地也可以包括對流系統860。當包括對流系統860時，所述對流系統860可以簡單地包括電源和風扇，因為可以通過燃燒器882、884處的點燃的氣體實現對腔810中的空氣的加熱。然而，在一些實施例中，對流系統860還可以包括集成加熱元件和恒溫器。無論哪種方式，都可以通過系統控制器選擇性地啟動和停用對流系統風扇以在系統腔810內循環。在圖8示出的系統800中，風扇定位在系統腔810外部的風扇隔室中，並且風扇與系統腔810之間的流體(空氣)連通通過一個或多個腔壁中的一個或多個開口(例如，通過腔壁815中的開口862)來提供。

在加熱系統800的操作期間，使用者(未示出)可以首先將一個或多個裝料(例如，食物和/或液體)放入加熱腔810中，並且關閉門816。使用者可以將裝料放置在底部電極872(或底腔壁812)上或底部電極872和/或腔壁812之上的絕緣結構上。可替換的是，如前所述，使用者可以將裝料放置在在任何支撐位置處插入到腔810中的擱板834上。

再次，如稍後將結合圖16更詳細地描述的，為了啟動烹飪過程，使用者可以指定使用者希望系統800實施的烹飪類型(或烹飪模式)。使用者可以通過控制面板820指定烹飪模式(例如，通過按下按鈕或進行烹飪模式功能表選擇)。根據實施例，系統800能夠實施至少以下不同的烹飪模式：1)僅氣體烹飪；2)僅RF烹飪；以及3)組合式氣體和RF烹飪。當系統800還包括對流加熱系統860時，系統800還能夠實施以下另外的烹飪模式：4)組合式對流和氣體烹飪；以及5)組合式對流、氣體和RF烹飪。

當實施僅氣體烹飪模式(上面的模式1)、組合式氣體和RF烹飪模式(上面的模式3)、對流和氣體烹飪模式(上面的模式4)或組合式對流、氣體和RF烹飪模式(上面的模式5)時，系統800可以使使用者能夠通過控制面板820提供指定烹飪過程的腔溫度設定值的輸入(例如，處於約85-260攝氏度(或150-500華氏度)的範圍內)。可替換的是，可以通過系統800以其它方式獲得或確定腔溫度設定值。在一些實施例中，可以在整個過程中改變腔溫度設定值(例如，系統800可以運行在整個烹飪過程中改變烤箱溫度的軟體程式)。除了指定腔溫度設定值之外，系統800還可以使使用者能夠通過控制面板820提供指定烹飪開始時間、停止時間和/或持續時間的輸入。在此類實施例中，系統800可以監測系統時鐘以確定何時啟動和停用RF加熱系統850和氣體加熱系統880。

對於僅RF烹飪模式(上面的模式2，包括僅RF除霜)，RF加熱系統850在烹飪過程期間啟動，而氣體加熱系統880和對流系統860空閒或停用。相反，對於組合式氣體和RF烹飪模式(上面的模式3)和組合式對流、氣體和RF烹飪模式(上面的模式5)，RF加熱系統850和氣體加熱系統880和/或對流系統860在烹飪過程期間啟動。在這些模式下，RF加熱系統850和氣體加熱系統880和/或對流系統860可以同時且連續啟動，或者任一系統可以在所述過程的部分期間停用。

為了開始加熱操作，使用者可以通過控制面板820提供“開始”輸入(例如，使用者可以按下“開始”按鈕)。作為響應，主機系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)在整個烹飪過程中根據正在實施哪種烹飪模式向氣體加熱系統880、RF加熱系統860和/或對流系統860(當包括時)發送合適的控制信號。稍後將結合圖16-18更詳細地描述系統操作的細節。

基本上，當執行僅氣體烹飪或組合式氣體和RF烹飪時，系統800選擇性地啟動、停用並且以其它方式控制氣體加熱系統880，以將系統腔810預熱到腔溫度設定值，並使系統腔810內的溫度保持處於或接近溫度設定值。系統800可以基於恒溫器讀數和/或基於來自氣體加熱系統880的回饋來確立和保持腔810內的溫度。當執行僅RF烹飪或組合式氣體和RF烹飪時，系統以裝料可以在整個烹飪過程中吸收最大RF功率傳遞的方式選擇性地啟動和控制RF加熱系統850。

圖1、6、8的加熱系統100、600、800各自被具體化為檯面式器具。基於本文中的描述，本領域的技術人員應理解，加熱系統的實施例也可以結合到具有其它配置的系統或器具中。因此，獨立器具中的加熱系統的上述實施方案並不意味著將實施例的用途僅限於那些類型的系統。相反，加熱系統的各個實施例可以結合到壁腔安裝式器具以及包括結合在共同殼體中的多種類型的器具的系統中。

另外，儘管示出了元件相對於彼此處於特定的相對朝向的加熱系統100、600、800，但應當理解，也可以使各個元件採取不同的朝向。此外，各個元件的物理配置可以不同。例如，控制面板120、620、820可以具有更多、更少或不同的使用者介面元素，和/或使用者介面元素可以以不同方式佈置。另外，儘管在圖1、6和8中示出了基本上立方體的加熱腔110，但是應當理解，在其它實施例中，加熱腔可以具有不同的形狀(例如，圓柱形等)。此外，加熱系統100、600、800可以包括圖1、6和8中未具體示出的其它元件(例如，腔內的固定板或旋轉板、電線等)。

圖9是根據示例實施例的不平衡加熱系統900(例如，圖1、6、8的加熱系統100、600、800)的簡化框圖。在實施例中，加熱系統900包括主機/熱系統控制器952、RF加熱系統910、熱加熱系統950、使用者介面992和限定爐腔960的外殼結構966。應理解，出於解釋和易於描述的目的，圖9是加熱系統900的簡化表示，並且實際實施例可以包括其它裝置和元件以提供另外的功能和特徵，和/或加熱系統900可以是更大的電氣系統的一部分。

外殼結構966可以包括底壁、頂壁和側壁，所述底壁、頂壁和側壁的內表面限定腔960(例如，圖1、6、8的腔110、610、810)。根據實施例，可以密封(例如，用圖1、6、8的門116、616、816)腔960以容納在加熱操作期間引入到腔960中的熱能和電磁能。系統900可以包括確保密封在加熱操作期間完好的一個或多個互鎖機構(例如，圖1、6、8的閂鎖機構和固定結構118、119、618、619、818、819)。如果互鎖機構中的一個或多個互鎖機構指示密封被破壞，則主機/熱系統控制器952可以中止加熱操作。

使用者介面992可以對應於控制面板(例如，圖1、6、8的控制面板120、620、820)，例如，所述控制面板使使用者能夠向系統提供關於加熱操作(例如，烹飪模式、待加熱裝料的特性等)、啟動和取消按鈕、機械控制項(例如，門/抽屜開閂)等的參數的輸入。此外，使用者介面可以被配置成提供指示加熱操作的狀態的使用者可感知輸出(例如，倒數計時器、指示加熱操作的進展或完成的可視標記和/或指示加熱操作的完成的可聽提示音)和其它資訊。

如將結合圖16和18更詳細地描述的，主機/熱系統控制器952可以執行與整個系統900相關聯的功能(例如，“主機控制功能”)以及更具體地與熱加熱系統950相關聯的功能(例如，“熱系統控制功能”)。因為在實施例中，主機控制功能和熱系統控制功能可以由一個硬體控制器執行，所以主機/熱系統控制器952被示出為雙功能控制器。在替代性實施例中，主機控制器和熱系統控制器可以是通信地耦合的不同的控制器。

熱加熱系統950包括主機/熱系統控制器952、一個或多個熱加熱元件954、恒溫器956和(在一些實施例中)風扇958。主機/熱系統控制器952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)、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)、一條或多條通信匯流排和其它元件。根據實施例，主機/熱系統控制器952耦合到使用者介面992、RF加熱系統控制器912、熱加熱元件954、恒溫器956、風扇958和感測器994(如果包括的話)。在一些實施例中，主機/熱系統控制器952和使用者介面992的部分可以一起包括在主機模組990中。

主機/熱系統控制器952被配置成接收指示通過使用者介面992接收到的使用者輸入的信號，並且向使用者介面992提供使使用者介面992能夠產生指示系統操作的各個方面的使用者可感知輸出(例如，通過顯示器、揚聲器等)的信號。此外，主機/熱系統控制器952向熱加熱系統950的其它元件(例如，向熱加熱元件954和風扇958)發送控制信號，以根據期望的系統操作選擇性地啟動、停用並以其它方式控制那些其它元件。主機/熱系統控制器952還可以從熱加熱系統元件954、恒溫器956和感測器994(如果包括的話)接收指示那些元件的操作參數的信號，並且主機/熱系統控制器952可以相應地修改系統900的操作，如稍後將描述的。此外，主機/熱系統控制器952從RF加熱系統控制器912接收關於RF加熱系統910的操作的信號。響應於從使用者介面992和RF加熱系統控制器912接收到的信號和測量結果，主機/熱系統控制器952可以向RF加熱系統控制器912提供另外的控制信號，所述另外的控制信號影響RF加熱系統910的操作。

所述一個或多個熱加熱元件954可以包括例如一個或多個加熱元件(例如，圖6的加熱元件682、684和/或圖1、6、8的對流系統160、660、860內的一個或多個加熱元件)、一個或多個氣體燃燒器(例如，圖8的氣體燃燒器882、884)和/或被配置成對爐腔960內的空氣進行加熱的其它元件。恒溫器956(或爐感測器)被配置成感測爐腔960內的空氣溫度，並且控制所述一個或多個熱加熱元件954的操作，以使爐腔內的空氣溫度保持處於或接近溫度設定值(例如，使用者通過使用者介面992確立的設定值)。可以通過恒溫器956在具有熱加熱元件954的閉環系統中執行此溫度控制過程，或者恒溫器956可以與同樣參與控制所述一個或多個熱加熱元件954的操作的主機/熱系統控制器952通信。最後，當系統900包括對流系統(例如，圖1、6、8的對流系統160、660、860)時，風扇958被包括在內，並且風扇958被選擇性地啟動和停用，以使爐腔960內的空氣循環。

在實施例中，RF加熱系統910包括RF加熱系統控制器912、RF信號源920、電源和偏置電路系統926、第一阻抗匹配電路934(本文中稱為“第一匹配電路”)、可變阻抗匹配網路970、第一電極940和第二電極942以及功率檢測電路系統930。RF加熱系統控制器912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、ASIC等)、易失性和/或非易失性記憶體(例如，RAM、ROM、快閃記憶體、各種寄存器等)、一條或多條通信匯流排以及其它元件。根據實施例，RF加熱系統控制器912耦合到主機/熱系統控制器952、RF信號源920、可變阻抗匹配網路970、功率檢測電路系統930和感測器994(如果包括的話)。RF加熱系統控制器912被配置成從主機/熱系統控制器952接收指示各種操作參數的控制信號並且從功率檢測電路系統930接收指示RF信號反射功率(以及可能地，RF信號前向功率)的信號。響應於接收到的信號和測量結果並且如稍後將更加詳細地描述的，RF加熱系統控制器912向電源和偏置電路系統926以及RF信號源920的RF信號發生器922提供控制信號。此外，RF加熱系統控制器912向可變阻抗匹配網路970提供控制信號，所述控制信號使網路970改變其狀態或配置。

爐腔960包括電容加熱佈置，所述電容加熱佈置具有通過可以放置待加熱裝料964的空氣腔960分開的第一平行板電極940和第二平行板電極942。例如，第一電極940可以定位在空氣腔960上方，並且第二電極942可以定位在空氣腔960下方。在一些實施例中，第二電極942可以以擱板的形式實施或可以容納在插入腔960內的擱板(例如，圖1-3、6、8的擱板134、200、300、634、834)內，如前所述。在其它實施例中，可以不包括不同的第二電極942，並且可以通過外殼結構966的一部分提供第二電極的功能(即，在此類實施例中，外殼結構966可以被看作第二電極)。

根據實施例，外殼結構966和/或第二電極942連接到接地參考電壓(即，外殼結構966和第二電極942接地)。可替換的是，當外殼結構966(或至少外殼結構966的與第一電極940平行的部分)充當電容加熱佈置的第二電極時，至少外殼結構966的與腔960的底表面相對應的部分可以由導電材料形成並接地。為了避免裝料964與第二電極942(或腔960的接地底表面)之間的直接接觸，可以將非導電屏障962定位在第二電極942或腔960的底表面之上。

再次，爐腔960包括電容加熱佈置，所述電容加熱佈置具有通過可以放置待加熱裝料964的空氣腔960分開的第一平行板電極940和第二平行板電極942。在實施例中，第一電極940和第二電極942在外殼結構966內被定位成限定電極940與電極942之間的距離946，其中距離946使腔960成為子諧振腔。

在各個實施例中，距離946在約0.10米到約1.0米的範圍內，但是距離也可以更小或更大。根據實施例，距離946小於RF子系統910產生的RF信號的一個波長。換句話說，如上所述，腔960是子諧振腔。在一些實施例中，距離946小於RF信號的一個波長的約一半。在其它實施例中，距離946小於RF信號的一個波長的約四分之一。在仍其它實施例中，距離946小於RF信號的一個波長的約八分之一。在仍其它實施例中，距離946小於RF信號的一個波長的約50分之一。在仍其它實施例中，距離946小於RF信號的一個波長的約100分之一。

通常，設計用於較低操作頻率(例如，介於10 MHz與100 MHz之間的頻率)的RF加熱系統910可以被設計成具有作為一個波長的較小部分的距離946。例如，當系統910被設計成產生操作頻率為約10 MHz(對應於約30米的波長)的RF信號並且距離946被選擇為約0.5米時，距離946是RF信號的一個波長的約60分之一。相反，當系統910被設計用於約300 MHz的操作頻率(對應於約1米的波長)並且距離946被選擇為約0.5米時，距離946是RF信號的一個波長的約一半。

在電極940、942之間的操作頻率和距離946被選擇成限定子諧振內腔960的情況下，第一電極940和第二電極942電容性地耦合。更具體地說，第一電極940可以類推為電容器的第一板，第二電極942可以類推為電容器的第二板，並且裝料964、屏障962(如果包括的話)以及腔960內的空氣可以類推為電容器電介質。因此，第一電極940可替代地在本文中可被稱為“陽極”，並且第二電極942可替代地在本文中可被稱為“陰極”。

基本上，跨第一電極940和第二電極942的電壓促進對腔960內的裝料964進行加熱。根據各個實施例，RF加熱系統910被配置成生成RF信號以在電極940、942之間產生在一個實施例中在約90伏特到約3000伏特的範圍內或在另一個實施例中在約3000伏特到約10,000伏特的範圍內的電壓，但是系統910也可以被配置成在電極940、942之間產生更低或更高的電壓。

在實施例中，第一電極940通過第一匹配電路934、可變阻抗匹配網路970和導電傳輸路徑電耦合到RF信號源920。第一匹配電路934被配置成執行從RF信號源920的阻抗(例如，小於約10歐姆)到中間阻抗(例如，50歐姆、75歐姆或其它某個值)的阻抗變換。根據實施例，導電傳輸路徑包括串聯連接並統稱為傳輸路徑928的多個導體928-1、928-2和928-3。根據實施例，導電傳輸路徑928是“不平衡”路徑，所述不平衡路徑被配置成攜帶不平衡RF信號(即，以接地為參考的單個RF信號)。在一些實施例中，一個或多個連接器(未示出，但各自具有公連接器部分和母連接器部分)可以沿著傳輸路徑928電耦合，並且連接器之間的傳輸路徑928的一部分可以包括同軸電纜或其它適合的連接器。此類連接示出在圖12中並且稍後描述(例如，包括連接器1236、1238和導體1228-3，如連接器1236、1238之間的同軸電纜)。

如稍後將更加詳細地描述的，可變阻抗匹配電路970被配置成執行從上述中間阻抗到如通過裝料964修改的爐腔960的輸入阻抗的阻抗變換(例如，大約幾百或幾千歐姆，如約1000歐姆到約4000歐姆或更大)。在實施例中，可變阻抗匹配網路970包括無源元件(例如，電感器、電容器、電阻器)的網路。

根據更具體的實施例，可變阻抗匹配網路970包括多個固定值集總電感器(例如，圖10、11的電感器1012-1015、1154)，所述多個固定值集總電感器定位在腔960內並且電耦合到第一電極940。此外，在一個實施例中，可變阻抗匹配網路970包括多個可變電感網路(例如，圖10的網路1010、1011)，所述可變電感網路可以位於腔960內部或外部。根據另一個實施例，可變阻抗匹配網路970包括多個可變電容網路(例如，圖11的網路1142、1146)，所述可變電容網路可以位於腔960內部或外部。可變電感網路或可變電容網路中的每個網路提供的電感值或電容值是使用來自RF加熱系統控制器912的控制信號確立的，如稍後將更加詳細地描述的。在任何情況下，通過改變可變阻抗匹配網路970在加熱操作過程中的狀態以動態地匹配不斷變化的腔加上裝料阻抗，儘管加熱操作期間裝料阻抗發生變化，但是裝料964吸收的RF功率的量可以維持在高水準。

根據實施例，RF信號源920包括RF信號發生器922和功率放大器(例如，包括一個或多個功率放大器級924、925)。響應於RF加熱系統控制器912通過連接914提供的控制信號，RF信號發生器922被配置成產生頻率在ISM(工業、科學和醫療)頻帶的振盪電信號，但是系統也可以被修改成支援其它頻帶中的操作。在各個實施例中，可以控制RF信號發生器922以產生不同功率電平和/或不同頻率的振盪信號。例如，RF信號發生器922可以產生處於VHF(甚高頻)範圍內(即，在介於約30.0兆赫(MHz)與約300 MHz之間的範圍內)，和/或在約10.0 MHz到約100 MHz和/或約100 MHz到約3.0千兆赫(GHz)的範圍內振盪的信號。一些期望頻率可以是例如13.56 MHz(+/-5%)、27.125 MHz(+/-5%)、40.68 MHz(+/-5%)和2.45 GHz(+/-5%)。在一個特定實施例中，例如，RF信號發生器922可以產生在約40.66 MHz到約40.70 MHz的範圍內振盪並且功率電平在約10分貝-毫瓦(dBm)到約15 dBm範圍內的信號。可替換的是，振盪頻率和/或功率電平可以更低或更高。

在圖9的實施例中，功率放大器包括驅動器放大器級924和最終放大器級925。功率放大器被配置成從RF信號發生器922接收振盪信號並將信號放大以在功率放大器的輸出產生顯著更高功率信號。例如，輸出信號的功率電平可以在約100瓦到約400瓦或更高的範圍內。功率放大器施加的增益可以使用由電源和偏置電路系統926提供給每個放大器級924、925的柵極偏置電壓和/或漏極供電電壓來控制。更具體地說，電源和偏置電路系統926根據從RF加熱系統控制器912接收到的控制信號向每個RF放大器級924、925提供偏置電壓和供電電壓。

在實施例中，每個放大器級924、925被實施為功率電晶體，如場效應電晶體(FET)，所述功率電晶體具有輸入端(例如，柵極或控制端)和兩個載流端(例如，源極端和漏極端)。在各個實施例中，阻抗匹配電路(未示出)可以耦合到驅動器放大器級924的輸入(例如，柵極)，耦合在驅動器放大器級與最終放大器級925之間和/或耦合到最終放大器級925的輸出(例如，漏極端)。在實施例中，放大器級924、925的每個電晶體包括橫向擴散金屬氧化物半導體FET(LDMOSFET)電晶體。然而，應注意，電晶體不旨在局限於任何特定的半導體技術，並且在其它實施例中，每個電晶體可以實現為氮化鎵(GaN)電晶體、另一種類型的MOSFET電晶體、雙極性結型電晶體(BJT)或利用另一種半導體技術的電晶體。

在圖9中，功率放大器佈置被描繪成包括以特定方式耦合到其它電路元件的兩個放大器級924、925。在其它實施例中，功率放大器佈置可以包括其它放大器拓撲和/或放大器佈置可以包括僅一個放大器級(例如，如圖12的放大器1224的實施例所示)或多於兩個放大器級。例如，功率放大器佈置可以包括單端放大器、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的各個實施例。

爐腔960和定位在爐腔960內的任何裝料964(例如，食物、液體等)對通過第一電極940輻射到腔960中的電磁能(或RF功率)呈現累積裝料。更具體地說，腔960和裝料964向系統呈現阻抗，所述阻抗在本文中被稱為“腔加上裝料阻抗”。在加熱操作期間，腔加上裝料阻抗在裝料964的溫度增加時改變。腔加上裝料阻抗直接影響沿著RF信號源920與電極940之間的導電傳輸路徑928的反射信號功率的量值。在大多數情況下，期望將傳遞到腔960的信號功率的量值最大化和/或將沿著導電傳輸路徑928的反射與前向信號功率比最小化。

在實施例中，為了使RF信號發生器920的輸出阻抗與腔加上裝料阻抗至少部分地匹配，第一匹配電路934沿著傳輸路徑928電耦合。第一匹配電路934可以具有各種配置中的任何配置。根據實施例，第一匹配電路934包括固定元件(即，具有非可變元件值的元件)，但是在其它實施例中，第一匹配電路934可以包括一個或多個可變元件。例如，在各個實施例中，第一匹配電路934可以包括選自以下的任何一個或多個電路：電感/電容(LC)網路、串聯電感網路、並聯電感網路或帶通電路、高通電路和低通電路的組合。基本上，固定匹配電路934被配置成將阻抗升高到在RF信號發生器920的輸出阻抗與腔加上裝料阻抗之間的中間水準。

根據實施例，功率檢測電路系統930沿著RF信號源920的輸出與電極940之間的傳輸路徑928耦合。在具體實施例中，功率檢測電路系統930形成RF子系統910的一部分並且在實施例中耦合到在第一匹配電路934的輸出與可變阻抗匹配網路970的輸入之間的導體928-2。在替代性實施例中，功率檢測電路系統930可以耦合到傳輸路徑928在RF信號源920的輸出與第一匹配電路934的輸入之間的部分928-1或耦合到傳輸路徑928在可變阻抗匹配網路970的輸出與第一電極940之間的部分928-3。

無論耦合在何處，功率檢測電路系統930均被配置成監測、測量或以其它方式檢測沿著RF信號源920與電極940之間的傳輸路徑928行進的反射信號(即，在從電極940到RF信號源920的方向上行進的反射RF信號)的功率。在一些實施例中，功率檢測電路系統930還被配置成檢測沿著RF信號源920與電極940之間的傳輸路徑928行進的前向信號(即，在從RF信號源920到電極940的方向上行進的前向RF信號)的功率。通過連接932，功率檢測電路系統930向RF加熱系統控制器912供應信號，所述信號傳送反射信號功率(以及在一些實施例中，前向信號功率)的量值。在傳送前向信號功率量值和反射信號功率量值兩者的實施例中，RF加熱系統控制器912可以計算反射與前向信號功率比或S11參數或電壓駐波比(VSWR)值。如下文將更加詳細地描述的，當反射信號功率量值超過反射信號功率閾值或反射與前向信號功率比超過S11參數閾值或當VSWR值超過VSWR閾值時，這指示系統900不足以匹配腔加上裝料阻抗並且腔960內的裝料964吸收的能量可能是次優的。在此類情形中，RF加熱系統控制器912編排了更改可變匹配網路970的狀態的過程以驅動反射信號功率或S11參數或VSWR值接近或低於期望水準(例如，低於反射信號功率閾值和/或反射與前向信號功率比閾值和/或S11參數閾值和/或VSWR閾值)，由此重新確立可接受的匹配並促進裝料964的更優能量吸收。

例如，RF加熱系統控制器912可以通過控制路徑916向可變匹配電路970提供控制信號，所述控制信號使可變匹配電路970改變電路內的一個或多個元件的電感值、電容值和/或電阻值，由此調整電路970所提供的阻抗變換。調整可變匹配電路970的配置期望減小反射信號功率的量值，這對應於減小S11參數和/或VSWR的量值和增大裝料964所吸收的功率。

如上文所討論的，使用可變阻抗匹配網路970來匹配爐腔960加上裝料964的腔加上裝料阻抗以在可能的程度上將傳遞到裝料964的RF功率最大化。在加熱操作開始時，爐腔960和裝料964的初始阻抗可能並不是準確地已知的。另外，裝料964的阻抗在加熱操作期間在裝料964升溫時改變。根據實施例，RF加熱系統控制器912可以向可變阻抗匹配網路970提供控制信號，所述控制信號使可變阻抗匹配網路970的狀態修改。這使RF加熱系統控制器912能夠確立可變阻抗匹配網路970在加熱操作開始時的初始狀態，所述初始狀態具有相對較低的反射與前向功率比並且因此裝料964吸收的RF功率相對較高。此外，這使RF加熱系統控制器912能夠修改可變阻抗匹配網路970的狀態，使得可以在整個加熱操作中維持足夠的匹配，儘管裝料964的阻抗發生了變化。

在圖10和11中示出了可變匹配網路970的配置的非限制性例子。例如，在各個實施例中，網路970可以包括選自以下的任何一個或多個電路：電感/電容(LC)網路、僅電感網路、僅電容網路或帶通電路、高通電路和低通電路的組合。在實施例中，可變匹配網路970包括單端網路(例如，圖10、11的網路1000、1100)。如稍後將更加詳細地描述的，可變匹配網路970提供的電感值、電容值和/或電阻值是使用來自RF加熱系統控制器912的控制信號確立的，所述電感值、所述電容值和/或所述電阻值進而影響網路970提供的阻抗變換。在任何情況下，通過改變可變匹配網路970在加熱操作過程中的狀態以動態地匹配腔960加上腔960內的裝料964的不斷變化的阻抗，可以在整個加熱操作過程中將系統效率維持在高水準。

可變匹配網路970可以具有廣泛的各種電路配置中的任何電路配置，並且此類配置的非限制性例子示出在圖10和11中。根據實施例，如圖10所例示的，可變阻抗匹配網路970可以包括無源元件的單端網路並且更具體地包括固定值電感器(例如，集總電感元件)和可變電感器(或可變電感網路)的網路。根據另一個實施例，如圖11所例示的，可變阻抗匹配網路970可以包括無源元件的單端網路並且更具體地說包括可變電容器的網路(或可變電容網路)。如本文所使用的，術語“電感器”意指離散電感器或電耦合在一起而沒有其它類型的中間元件(例如，電阻器或電容器)的一組電感元件。類似地，術語“電容器”意指離散電容器或電耦合在一起而沒有其它類型的中間元件(例如，電阻器或電感器)的一組電容元件。

首先參考可變電感阻抗匹配網路實施例，圖10是根據示例實施例的可以結合到加熱系統(例如，圖1、6、8、9的系統100、600、800、900)中的單端可變阻抗匹配網路1000(例如，圖9的可變阻抗匹配網路970)的示意圖。如下文將更加詳細地解釋的，可變阻抗匹配網路970基本上具有兩個部分：一部分用於匹配RF信號源(或末級功率放大器)；並且另一部分用於匹配腔加上裝料。

根據實施例，可變阻抗匹配網路1000包括輸入節點1002、輸出節點1004、第一可變電感網路1010和第二可變電感網路1011以及多個固定值電感器1012-1015。當結合到加熱系統(例如，圖9的系統900)中時，輸入節點1002電耦合到RF信號源(例如，圖9的RF信號源920)的輸出，並且輸出節點1004電耦合到加熱腔(例如，圖9的爐腔960)內的電極(例如，圖9的第一電極940)。

在實施例中，在輸入節點1002與輸出節點1004之間，可變阻抗匹配網路1000包括第一串聯耦合的集總電感器1012和第二串聯耦合的集總電感器1014。在實施例中，在第一集總電感器1012和第二集總電感器1014可以設計用於相對較低的頻率(例如，約40.66 MHz到約40.70 MHz)操作和相對較高的功率(例如，約50瓦(W)到約500 W)操作時，其尺寸和電感值均相對較大。例如，電感器1012、1014的值可以在約200毫微亨(nH)到約600 nH的範圍內，但是在其它實施例中，所述電感器1012、1014的值可以更低和/或更高。

第一可變電感網路1010是耦合在輸入節點1002與接地參考端(例如，圖9的接地的外殼結構966)之間的第一並聯電感網路。根據實施例，第一可變電感網路1010可被配置成匹配如通過第一匹配電路(例如，圖9的電路934)修改的RF信號源(例如，圖9的RF信號源920)的阻抗或更具體地說匹配如通過第一匹配電路(例如，圖9的電路934)修改的末級功率放大器(例如，圖9的放大器925)的阻抗。因此，第一可變電感網路1010可被稱為可變阻抗匹配網路1000的“RF信號源匹配部分”。根據實施例，第一可變電感網路1010包括具有電感元件的網路，所述電感元件可以選擇性地耦合在一起以提供在約10 nH到約400 nH的範圍內的電感，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電感值。

相比之下，可變阻抗匹配網路1000的“腔匹配部分”由耦合在節點1022與接地參考端之間的第二並聯電感網路1016提供，所述節點1022位於第一集總電感器1012與第二集總電感器1014之間。根據實施例，第二並聯電感網路1016包括串聯耦合的第三集總電感器1013和第二可變電感網路1011，第三集總電感器1013與第二可變電感網路1011之間具有中間節點1022。因為可以改變第二可變電感網路1011的狀態以提供多個電感值，因此第二並聯電感網路1016可被配置成最優地匹配腔加上裝料(例如，圖9的腔960加上裝料964)的阻抗。例如，電感器1013的值可以在約400 nH到約800 nH的範圍內，但是在其它實施例中，所述電感器1013的值可以更低和/或更高。根據實施例，第二可變電感網路1011包括具有電感元件的網路，所述電感元件可以選擇性地耦合在一起以提供在約50 nH到約800 nH的範圍內的電感，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電感值。

最後，可變阻抗匹配網路1000包括耦合在輸出節點1004與接地參考端之間的第四集總電感器1015。例如，電感器1015的值可以在約400 nH到約800 nH的範圍內，但是在其它實施例中，所述電感器1015的值可以更低和/或更高。

一組1030集總電感器1012-1015可以形成模組的一部分，所述模組至少部分地物理地位於腔(例如，圖9的腔960)內或至少在外殼結構(例如，圖9的外殼結構966)的範圍內。這使集總電感器1012-1015產生的輻射能夠安全地容納在系統內，而不是輻射到周圍環境中。相比之下，在各個實施例中，腔或外殼結構內可以容納或可以不容納可變電感網路1010、1011。

根據實施例，圖10的可變阻抗匹配網路1000的實施例僅包括“電感器”以便為爐腔960加上裝料964的輸入阻抗提供匹配。因此，網路1000可被視為“僅電感器”匹配網路。如本文所使用的，當描述可變阻抗匹配網路的元件時，短語“僅電感器(only inductors)”或“僅電感器(inductor-only)”意味著網路不包括具有顯著電阻值的離散電阻器或具有顯著電容值的離散電容器。在一些情況下，匹配網路的元件之間的導電傳輸線可以具有最小電阻和/或網路內可以存在最小寄生電容。此類最小電阻和/或最小寄生電容不應被解釋為將“僅電感器”網路的實施例轉換成還包括電阻器和/或電容器的匹配網路。然而，本領域的技術人員應理解，可變阻抗匹配網路的其它實施例可以包括不同配置的僅電感器匹配網路以及包括離散電感器、離散電容器和/或離散電阻器的組合的匹配網路。

圖11是根據示例實施例的單端可變電容匹配網路1100(例如，圖9的可變阻抗匹配網路970)的示意圖，所述單端可變電容匹配網路1100可以結合到加熱系統(例如，圖1、6、8、9的系統100、600、800、900)中並且可以代替可變電感阻抗匹配網路1000(圖10)實施。根據實施例，可變阻抗匹配網路1100包括輸入節點1102、輸出節點1104、第一可變電容網路1142和第二可變電容網路1146以及至少一個電感器1154。當結合到加熱系統(例如，圖9的系統900)中時，輸入節點1102電耦合到RF信號源(例如，圖9的RF信號源920)的輸出，並且輸出節點1104電耦合到加熱腔(例如，圖9的爐腔960)內的電極(例如，圖9的第一電極940)。

在實施例中，在輸入節點1102與輸出節點1104之間，可變阻抗匹配網路1100包括與電感器1154串聯耦合的第一可變電容網路1142和耦合在中間節點1151與接地參考端(例如，圖9的接地的外殼結構966)之間的第二可變電容網路1146。在實施例中，電感器1154可以被設計用於相對低頻率(例如，約40.66 MHz到約40.70 MHz)和高功率(例如，約50 W到約500 W)操作。例如，電感器1154的值可以在約200 nH到約600 nH的範圍內，但是在其它實施例中，所述電感器1154的值可以更低和/或更高。根據實施例，電感器1154是固定值集總電感器(例如，線圈)。在其它實施例中，電感器1154的電感值可以是可變的。

第一可變電容網路1142耦合在輸入節點1102與中間節點1111之間，並且第一可變電容網路1142可以意指可變阻抗匹配網路1100的“串聯匹配部分”。根據實施例，第一可變電容網路1142包括與第一可變電容器1144並聯耦合的第一固定值電容器1143。在實施例中，第一固定值電容器1143的電容值可以在約1微微法(pF)到約100 pF的範圍內。第一可變電容器1144可以包括可以選擇性地耦合起來以提供在0 pF到約100 pF的範圍內的電容的電容元件的網路。因此，第一可變電容網路1142提供的總電容值可以在約1 pF到約200 pF的範圍內，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電容值。

可變阻抗匹配網路1100的“並聯匹配部分”由第二可變電容網路1146提供，所述第二可變電容網路1146耦合在節點1151(位於第一可變電容網路1142與集總電感器1154之間)與接地參考端之間。根據實施例，第二可變電容網路1146包括與第二可變電容器1148並聯耦合的第二固定值電容器1147。在實施例中，第二固定值電容器1147的電容值可以在約1 pF到約100 pF的範圍內。第二可變電容器1148可以包括可以選擇性地耦合起來以提供在0 pF到約100 pF的範圍內的電容的電容元件的網路。因此，第二可變電容網路1146提供的總電容值可以在約1 pF到約200 pF的範圍內，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電容值。可以改變第一可變電容網路1142和第二可變電容網路1146的狀態以提供多個電容值，並且因此所述狀態可以是可配置的，以將腔加上裝料(例如，圖9的腔960加上裝料964)的阻抗與RF信號源(例如，圖9的RF信號源920)最佳地匹配。

再次參考圖9，加熱系統900的一些實施例可以包括一個或多個溫度感測器、一個或多個IR感測器和/或一個或多個重量感測器994。所述一個或多個溫度感測器和/或所述一個或多個IR感測器可以定位在使裝料964的溫度在加熱操作期間能夠被感測到的位置。例如，當提供給主機/熱系統控制器952和/或RF加熱系統控制器912時，溫度資訊使主機/熱系統控制器952和/或RF加熱系統控制器912能夠(例如，通過控制電源和偏置電路系統926提供的偏置和/或供電電壓)更改熱加熱元件954產生的熱能和/或RF信號源920供應的RF信號的功率和/或確定何時應該終止加熱操作。此外，RF加熱系統控制器912可以使用溫度資訊來調整可變阻抗匹配網路970的狀態。所述一個或多個重量感測器定位在裝料964下面並且被配置成向主機/熱系統控制器952和/或RF加熱系統控制器912提供裝料964的重量的估計值。主機/熱系統控制器952和/或RF加熱系統控制器912可以使用此資訊例如以確定加熱操作的大致持續時間。另外，RF加熱系統控制器912可以使用此資訊例如確定由RF信號源920供應的RF信號的期望功率電平和/或確定可變阻抗匹配網路970的初始設置。

與圖9-11相關聯的描述詳細討論了“不平衡”加熱設備，在所述不平衡加熱設備中，將RF信號施加到一個電極(例如，圖9的電極940)，並且將另一個“電極”(例如，圖9的電極942或外殼結構966)接地。如上所述，加熱設備的替代性實施例包括“平衡”加熱設備。在此類設備中，向兩個電極提供平衡RF信號。

例如，圖12是根據示例實施例的平衡加熱系統1200(例如，圖1、6、8的加熱系統100、600、800)的簡化框圖。在實施例中，加熱系統1200包括主機/熱系統控制器1252、RF加熱系統1210、、使用者介面1292和限定爐腔1260的外殼結構1266。應理解，出於解釋和易於描述的目的，圖12是加熱系統1200的簡化表示，並且實際實施例可以包括其它裝置和元件以提供另外的功能和特徵，和/或加熱系統1200可以是更大的電氣系統的一部分。

外殼結構1266可以包括底壁、頂壁和側壁，所述底壁、頂壁和側壁的內表面限定腔1260(例如，圖1、6、8的腔110、610、810)。根據實施例，可以密封(例如，用圖1、6、8的門116、616、816)腔1260以容納在加熱操作期間引入到腔1260中的熱能和電磁能。系統1200可以包括確保密封在加熱操作期間完好的一個或多個互鎖機構(例如，圖1、6、8的閂鎖機構和固定結構118、119、618、619、818、819)。如果互鎖機構中的一個或多個互鎖機構指示密封被破壞，則主機/熱系統控制器1252可以中止加熱操作。

使用者介面1292可以對應於控制面板(例如，圖1、6、8的控制面板120、620、820)，例如，所述控制面板使使用者能夠向系統提供關於加熱操作(例如，烹飪模式、待加熱裝料的特性等)、啟動和取消按鈕、機械控制項(例如，門/抽屜開閂)等的參數的輸入。此外，使用者介面可以被配置成提供指示加熱操作的狀態的使用者可感知輸出(例如，倒數計時器、指示加熱操作的進展或完成的可視標記和/或指示加熱操作的完成的可聽提示音)和其它資訊。

如將結合圖16和18更詳細地描述的，主機/熱系統控制器1252可以執行與整個系統1200相關聯的功能(例如，“主機控制功能”)以及更具體地與熱加熱系統1250相關聯的功能(例如，“熱系統控制功能”)。因為在實施例中，主機控制功能和熱系統控制功能可以由一個硬體控制器執行，所以主機/熱系統控制器1252被示出為雙功能控制器。在替代性實施例中，主機控制器和熱系統控制器可以是通信地耦合的不同的控制器。

熱加熱系統1250包括主機/熱系統控制器1252、一個或多個熱加熱元件1254、恒溫器1256和(在一些實施例中)風扇1258。主機/熱系統控制器1252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、ASIC等)、易失性和/或非易失性記憶體(例如，RAM、ROM、快閃記憶體、各種寄存器等)、一條或多條通信匯流排以及其它元件。根據實施例，主機/熱系統控制器1252耦合到使用者介面1292、RF加熱系統控制器1212、熱加熱元件1254、恒溫器1256、風扇1258和感測器1294(如果包括的話)。在一些實施例中，主機/熱系統控制器1252和使用者介面1292的部分可以一起包括在主機模組1290中。

主機/熱系統控制器1252被配置成接收指示通過使用者介面1292接收到的使用者輸入的信號，並且向使用者介面1292提供使使用者介面1292能夠產生指示系統操作的各個方面的使用者可感知輸出(例如，通過顯示器、揚聲器等)的信號。此外，主機/熱系統控制器1252向熱加熱系統1250的其它元件(例如，向熱加熱元件1254和風扇1258)發送控制信號，以根據期望的系統操作選擇性地啟動、停用並以其它方式控制那些其它元件。主機/熱系統控制器1252還可以從熱加熱系統元件1254、恒溫器1256和感測器1294(如果包括的話)接收指示那些元件的操作參數的信號，並且主機/熱系統控制器1252可以相應地修改系統1200的操作，如稍後將描述的。此外，主機/熱系統控制器1252從RF加熱系統控制器1212接收關於RF加熱系統1210的操作的信號。響應於從使用者介面1292和RF加熱系統控制器1212接收到的信號和測量結果，主機/熱系統控制器1252可以向RF加熱系統控制器1212提供另外的控制信號，所述另外的控制信號影響RF加熱系統1210的操作。

所述一個或多個熱加熱元件1254可以包括例如一個或多個加熱元件(例如，圖6的加熱元件682、684和/或圖1、6、8的對流系統160、660、860內的一個或多個加熱元件)、一個或多個氣體燃燒器(例如，圖8的氣體燃燒器882、884)和/或被配置成對爐腔1260內的空氣進行加熱的其它元件。恒溫器1256(或爐感測器)被配置成感測爐腔1260內的空氣溫度，並且控制所述一個或多個熱加熱元件1254的操作，以使爐腔內的空氣溫度保持處於或接近溫度設定值(例如，使用者通過使用者介面1292確立的設定值)。可以通過恒溫器1256在具有熱加熱元件1254的閉環系統中執行此溫度控制過程，或者恒溫器1256可以與同樣參與控制所述一個或多個熱加熱元件1254的操作的主機/熱系統控制器1252通信。最後，當系統1200包括對流系統(例如，圖1、6、8的對流系統160、660、860)時，風扇1258被包括在內，並且風扇1258被選擇性地啟動和停用，以使爐腔1260內的空氣循環。

在實施例中，RF子系統1210包括RF加熱系統控制器1212、RF信號源1220、第一阻抗匹配電路1234(在本文中稱為“第一匹配電路”)、電源和偏置電路系統1226以及功率檢測電路系統1230。RF加熱系統控制器1212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、ASIC等)、易失性和/或非易失性記憶體(例如，RAM、ROM、快閃記憶體、各種寄存器等)、一條或多條通信匯流排以及其它元件。根據實施例，RF加熱系統控制器1212耦合到主機/熱系統控制器1252、RF信號源1220、可變阻抗匹配網路1270、功率檢測電路系統1230和感測器1294(如果包括的話)。RF加熱系統控制器1212被配置成從主機/熱系統控制器1252接收指示各種操作參數的控制信號並且從功率檢測電路系統1230接收指示RF信號反射功率(以及可能地，RF信號前向功率)的信號。響應於接收到的信號和測量結果並且如稍後將更加詳細地描述的，RF加熱系統控制器1212向電源和偏置電路系統1226以及RF信號源1220的RF信號發生器1222提供控制信號。此外，RF加熱系統控制器1212向可變阻抗匹配網路1270提供控制信號，所述控制信號使網路1270改變其狀態或配置。

爐腔1260包括電容加熱佈置，所述電容加熱佈置具有通過可以放置待加熱裝料1264的空氣腔1260分開的第一平行板電極1240和第二平行板電極1242。例如，第一電極1240可以定位在空氣腔1260上方，並且第二電極1242可以定位在空氣腔1260下方。在一些實施例中，第二電極1242可以以擱板的形式實施或可以容納在插入腔1260內的擱板(例如，圖1-3、6、8的擱板134、200、300、634、834)內，如前所述。為了避免裝料1264與第二電極1242(或腔1260的接地底表面)之間的直接接觸，可以將非導電屏障1262定位在第二電極1242之上。

再次，爐腔1260包括電容加熱佈置，所述電容加熱佈置具有通過可以放置待加熱的裝料1264的空氣腔1260分開的第一平行板電極1240和第二平行板電極1242。在實施例中，第一電極1240和第二電極1242在外殼結構1266內被定位成限定電極1240與電極1242之間的距離1246，其中距離1246使腔1260成為子諧振腔。

在各個實施例中，距離1246在約0.10米到約1.0米的範圍內，但是距離也可以更小或更大。根據實施例，距離1246小於RF子系統1210產生的RF信號的一個波長。換句話說，如上所述，腔1260是子諧振腔。在一些實施例中，距離1246小於RF信號的一個波長的約一半。在其它實施例中，距離1246小於RF信號的一個波長的約四分之一。在仍其它實施例中，距離1246小於RF信號的一個波長的約八分之一。在仍其它實施例中，距離1246小於RF信號的一個波長的約50分之一。在仍其它實施例中，距離1246小於RF信號的一個波長的約100分之一。

通常，設計用於較低操作頻率(例如，介於10 MHz與100 MHz之間的頻率)的RF加熱系統1210可以被設計成具有作為一個波長的較小部分的距離1246。例如，當系統1210被設計成產生操作頻率為約10 MHz(對應於約30米的波長)的RF信號並且距離1246被選擇為約0.5米時，距離1246是RF信號的一個波長的約60分之一。相反，當系統1210被設計用於約300 MHz的操作頻率(對應於約1米的波長)並且距離1246被選擇為約0.5米時，距離1246是RF信號的一個波長的約一半。

在電極1240、1242之間的操作頻率和距離1246被選擇成限定子諧振內腔1260的情況下，第一電極1240和第二電極1242電容性地耦合。更具體地說，第一電極1240可以類推為電容器的第一板，第二電極1242可以類推為電容器的第二板，並且裝料1264、屏障1262(如果包括的話)以及腔1260內的空氣可以類推為電容器電介質。因此，第一電極1240可替代地在本文中可被稱為“陽極”，並且第二電極1242可替代地在本文中可被稱為“陰極”。

基本上，跨第一電極1240和第二電極1242的電壓促進對腔1260內的裝料1264進行加熱。根據各個實施例，RF加熱系統1210被配置成生成RF信號以在電極1240、1242之間產生在一個實施例中在約90伏特到約3000伏特的範圍內或在另一個實施例中在約3000伏特到約10,000伏特的範圍內的電壓，但是系統1210也可以被配置成在電極1240、1242之間產生更低或更高的電壓。

RF子系統1210的輸出以及更具體地說RF信號源1220的輸出通過導電傳輸路徑電耦合到可變匹配子系統1270，所述導電傳輸路徑包括串聯連接並且統稱為傳輸路徑1228的多個導體1228-1、1228-2、1228-3、1228-4和1228-5。根據實施例，導電傳輸路徑1228包括“不平衡”部分和“平衡”部分，其中“不平衡”部分被配置成攜帶不平衡RF信號(即，相對於地引用的單個RF信號)，並且“平衡”部分被配置成攜帶平衡RF信號(即，相對於彼此引用的兩個信號)。傳輸路徑1228的“不平衡”部分可以包括RF子系統1210內的不平衡第一導體1228-1和不平衡第二導體1228-2、一個或多個連接器1236、1238(各自具有公連接器部分和母連接器部分)以及電耦合在連接器1236、1238之間的不平衡第三導體1228-3。根據實施例，第三導體1228-3包括同軸電纜，但是電氣長度也可以更短或更長。在替代性實施例中，可變匹配子系統1270可以與RF子系統1210一起被容置，並且在此類實施例中，導電傳輸路徑1228可以不包括連接器1236、1238和第三導體1228-3。無論哪種方式，在實施例中，導電傳輸路徑1228的“平衡”部分包括可變匹配子系統1270內的平衡第四導體1228-4以及電耦合在可變匹配子系統1270與電極1240、1250之間的平衡第五導體1228-5。

如圖12所示，可變匹配子系統1270容置有被配置成以下的設備：在設備的輸入處通過傳輸路徑的不平衡部分(即，包括不平衡導體1228-1、1228-2和1228-3的部分)從RF信號源1220接收不平衡RF信號；將不平衡RF信號轉換成兩個平衡RF信號(例如，相位差在120度與340度之間如約180度的兩個RF信號)；以及在設備的兩個輸出處產生所述兩個平衡RF信號。例如，在實施例中，轉換設備可以是平衡-不平衡轉換器1274。平衡RF信號通過平衡導體1228-4傳送到可變匹配電路1272並且通過平衡導體1228-5最終傳送到電極1240、1250。

在替代性實施例中，如圖12中心的虛線框所示並且如下文將更加詳細地討論的，替代性RF信號發生器1220'可以在平衡導體1228-1'上產生平衡RF信號，所述平衡導體1228-1'可以直接耦合到可變匹配電路1272(或通過各種中間導體和連接器耦合)。在此類實施例中，平衡-不平衡轉換器1274可以不包括在系統1200內。無論哪種方式，如下文將更加詳細地描述的，雙端可變匹配電路1272(例如，圖13、14的可變匹配電路1300、1400)被配置成接收平衡RF信號(例如，通過連接1228-4或1228-1')、執行與雙端可變匹配電路1272的當時電流配置相對應的阻抗變換並且通過連接1228-5向第一電極1240和第二電極1250提供平衡RF信號。

根據實施例，RF信號源1220包括RF信號發生器1222和功率放大器1224(例如，包括一個或多個功率放大器級)。響應於RF加熱系統控制器1212通過連接1214提供的控制信號，RF信號發生器1222被配置成產生頻率在ISM(工業、科學和醫療)頻帶的振盪電信號，但是系統也可以被修改成支援其它頻帶中的操作。在各個實施例中，可以控制RF信號發生器1222以產生不同功率電平和/或不同頻率的振盪信號。例如，RF信號發生器1222可以產生處於VHF範圍內(即，在介於約30.0 MHz與約300 MHz之間的範圍內)，和/或在約10.0 MHz到約100 MHz的範圍內和/或在約100 MHz到約3.0 GHz的範圍內振盪的信號。一些期望頻率可以是例如13.56 MHz(+/-12%)、27.125 MHz(+/-12%)、40.68 MHz(+/-12%)和2.45 GHz(+/-12%)。可替換的是，振盪頻率可以低於或高於上述給定範圍或值。

功率放大器1224被配置成從RF信號發生器1222接收振盪信號並將信號放大以在功率放大器1224的輸出處產生顯著更高功率信號。例如，輸出信號的功率電平可以在約100瓦到約400瓦或更大的範圍內，但是功率電平也可以更低或更高。功率放大器1224施加的增益可以使用電源和偏置電路系統1226提供給放大器1224的一個或多個級的柵極偏置電壓和/或漏極偏置電壓來控制。更具體地說，電源和偏置電路系統1226根據從RF加熱系統控制器1212接收到的控制信號向每個RF放大器級的輸入和/或輸出(例如，柵極和/或漏極)提供偏置電壓和供電電壓。

功率放大器可以包括一個或多個放大級。在實施例中，放大器1224的每個級被實施為功率電晶體，如FET，所述功率電晶體具有輸入端(例如，柵極或控制端)和兩個載流端(例如，源極端和漏極端)。在各個實施例中，阻抗匹配電路(未示出)可以耦合到一些或所有放大器級的輸入(例如，柵極)和/或輸出(例如，漏極端)。在實施例中，放大器級的每個電晶體均包括LDMOS FET。然而，應注意，電晶體不旨在局限於任何特定的半導體技術，並且在其它實施例中，每個電晶體可以實現為GaN電晶體、另一種類型的MOS FET電晶體、BJT或利用另一種半導體技術的電晶體。

在圖12中，功率放大器佈置1224被描繪為包括以特定方式耦合到其它電路元件的一個放大器級。在其它實施例中，功率放大器佈置1224可以包括其它放大器拓撲和/或放大器佈置可以包括兩個或更多個放大器級(例如，如圖9的放大器924/925的實施例所示)。例如，功率放大器佈置可以包括以下的各個實施例：單端放大器、雙端(平衡)放大器、推挽放大器、多爾蒂放大器、SMPA或另一種類型的放大器。

例如，如圖12的中心的虛線框所指示的，替代性RF信號發生器1220'可以包括推挽或平衡放大器1224'，所述推挽或平衡放大器被配置成在輸入處從RF信號發生器1222接收不平衡RF信號，將不平衡RF信號放大並且在放大器1224'的兩個輸出處產生兩個平衡RF信號，其中所述兩個平衡RF信號此後通過導體1228-1'傳送到電極1240、1250。在此類實施例中，平衡-不平衡轉換器1274可以不包括在系統1200內，並且導體1228-1'可以直接連接到可變匹配電路1272(或通過多個同軸電纜和連接器或其它多導體結構連接)。

加熱腔1260和定位在加熱腔1260中的任何裝料1264(例如，食物、液體等)對通過電極1240、1250輻射到內室1262中的電磁能量(或RF功率)呈現累積裝料。更具體地說且如前所述，加熱腔1260和裝料1264向系統呈現阻抗，所述阻抗在本文中被稱為“腔加上裝料阻抗”。在加熱操作期間，腔加上裝料阻抗在裝料1264的溫度增加時改變。腔加上裝料阻抗直接影響沿著RF信號源1220與電極1240、1250之間的導電傳輸路徑1228的反射信號功率的量值。在大多數情況下，期望將傳遞到腔1260的信號功率的量值最大化和/或將沿著導電傳輸路徑1228的反射與前向信號功率比最小化。

在實施例中，為了使RF信號發生器1220的輸出阻抗與腔加上裝料阻抗至少部分地匹配，第一匹配電路1234沿著傳輸路徑1228電耦合。第一匹配電路1234被配置成執行從RF信號源1220的阻抗(例如，小於約10歐姆)到中間阻抗(例如，120歐姆、75歐姆或其它某個值)的阻抗變換。第一匹配電路1234可以具有各種配置中的任何配置。根據實施例，第一匹配電路1234包括固定元件(即，具有非可變元件值的元件)，但是在其它實施例中，第一匹配電路1234可以包括一個或多個可變元件。例如，在各個實施例中，第一匹配電路1234可以包括選自以下的任何一個或多個電路：電感/電容(LC)網路、串聯電感網路、並聯電感網路或帶通電路、高通電路和低通電路的組合。基本上，第一匹配電路1234被配置成將阻抗升高到在RF信號發生器1220的輸出阻抗與腔加上裝料阻抗之間的中間水準。

根據實施例且如上所述，功率檢測電路系統1230沿著RF信號源1220的輸出與電極1240、1250之間的傳輸路徑1228耦合。在具體實施例中，功率檢測電路系統1230形成RF子系統1210的一部分並且耦合到在RF信號源1220與連接器1236之間的導體1228-2。在替代性實施例中，功率檢測電路系統1230可以耦合到傳輸路徑1228的任何其它部分，如導體1228-1、導體1228-3、在RF信號源1220(或平衡-不平衡轉換器1274)與可變匹配電路1272之間的導體1228-4(即，如用功率檢測電路系統1230'指示的)或在可變匹配電路1272與一個或多個電極1240、1250之間的導體1228-5(即，如用功率檢測電路系統1230"指示的)。出於簡潔的目的，功率檢測電路系統在本文中用參考號1230指代，但是如參考號1230'和1230"所指示的，電路系統可以定位在其它位置。

無論耦合在何處，功率檢測電路系統1230均被配置成監測、測量或以其它方式檢測沿著RF信號源1220與一個或多個電極1240、1250中的一個或兩個之間的傳輸路徑1228行進的反射信號(即，在從一個或多個電極1240、1250到RF信號源1220的方向上行進的反射RF信號)的功率。在一些實施例中，功率檢測電路系統1230還被配置成檢測沿著RF信號源1220與一個或多個電極1240、1250之間的傳輸路徑1228行進的前向信號(即，在從RF信號源1220到一個或多個電極1240、1250的方向上行進的前向RF信號)的功率。

通過連接1232，功率檢測電路系統1230向RF加熱系統控制器1212供應信號，所述信號傳送反射信號功率的測量量值以及在一些實施例中還有前向信號功率的測量量值。在傳送前向信號功率量值和反射信號功率量值兩者的實施例中，RF加熱系統控制器1212可以計算反射與前向信號功率比或S11參數和/或VSWR值。如下文將更加詳細地描述的，當反射信號功率量值超過反射信號功率閾值或反射與前向信號功率比超過S11參數閾值或當VSWR值超過VSWR閾值時，這指示系統1200不足以匹配腔加上裝料阻抗並且腔1260內的裝料1264吸收的能量可能是次優的。在此類情形中，RF加熱系統控制器1212編排了更改可變匹配電路1272的狀態的過程以驅動反射信號功率或S11參數或VSWR值接近或低於期望水準(例如，低於反射信號功率閾值和/或反射與前向信號功率比閾值和/或VSWR閾值)，由此重新確立可接受的匹配並促進裝料1264的更優能量吸收。

更具體地說，系統控制器1212可以通過控制路徑1216向可變匹配電路1272提供控制信號，所述控制信號使可變匹配電路1272改變電路內的一個或多個元件的電感值、電容值和/或電阻值，由此調整電路1272所提供的阻抗變換。調整可變匹配電路1272的配置期望減小反射信號功率的量值，這對應於減小S11參數和/或VSWR值的量值和增大裝料1264所吸收的功率。

如上文所討論的，使用可變匹配電路1272來匹配加熱腔1260加上裝料1264的輸入阻抗以在可能的程度上將傳遞到裝料1264的RF功率最大化。在加熱操作開始時，加熱腔1260和裝料1264的初始阻抗可能並不是準確地已知的。另外，裝料1264的阻抗在加熱操作期間在裝料1264升溫時改變。根據實施例，系統控制器1212可以向可變匹配電路1272提供控制信號，所述控制信號使可變匹配電路1272的狀態修改。這使系統控制器1212能夠確立可變匹配電路1272在加熱操作開始時的初始狀態，所述初始狀態具有相對較低的反射與前向功率比並且因此裝料1264吸收的RF功率相對較高。此外，這使系統控制器1212能夠修改可變匹配電路1272的狀態使得可以在整個加熱操作中維持足夠的匹配，儘管裝料1264的阻抗發生了變化。

可變匹配電路1272可以具有各種配置中的任何配置。例如，在各個實施例中，電路1272可以包括選自以下的任何一個或多個電路：電感/電容(LC)網路、僅電感網路、僅電容網路或帶通電路、高通電路和低通電路的組合。在可變匹配電路1272實施在傳輸路徑1228的平衡部分中的實施例中，可變匹配電路1272是具有兩個輸入和兩個輸出的雙端電路。在可變匹配電路實施在傳輸路徑1228的不平衡部分中的替代性實施例中，可變匹配電路可以是具有單個輸入和單個輸出的單端電路(例如，類似於圖10、11的匹配電路1000或1100)。根據更具體的實施例，可變匹配電路1272包括可變電感網路(例如，圖13的雙端網路1300)。根據另一個更具體的實施例，可變匹配電路1272包括可變電容網路(例如，圖14的雙端網路1400)。在仍其它實施例中，可變匹配電路1272可以包括可變電感元件和可變電容元件兩者。如稍後將更加詳細地描述的，通過來自RF加熱系統控制器1212的控制信號來確立由可變匹配電路1272提供的電感值、電容值和/或電阻值，所述電感值、電容值和/或電阻值進而影響電路1272提供的阻抗變換。在任何情況下，通過改變可變匹配電路1272在加熱操作過程中的狀態以動態地匹配腔1260加上腔1260內的裝料1264的不斷變化的阻抗，可以在整個加熱操作中將系統效率維持在高水準。

可變匹配電路1272可以具有廣泛的各種電路配置中的任何電路配置，並且此類配置的非限制性例子示出在圖13和14中。例如，圖13是根據示例實施例的可以結合到加熱系統(例如，圖1、6、8、12的系統100、600、800、1200)中的雙端可變阻抗匹配電路1300(例如，圖12的匹配電路1272)的示意圖。根據實施例，可變匹配電路1300包括具有固定值和可變無源元件的網路。

電路1300包括雙端輸入1301-1、1301-2(被稱為輸入1301)、雙端輸出1302-1、1302-2(被稱為輸出1302)和以梯形佈置連接在輸入1301與輸出1302之間的無源元件的網路。例如，當連接到系統1200中時，第一輸入1301-1可以連接到平衡導體1228-4的第一導體，並且第二輸入1301-2可以連接到平衡導體1228-4的第二導體。類似地，第一輸出1302-1可以連接到平衡導體1228-5的第一導體，並且第二輸出1302-2可以連接到平衡導體1228-5的第二導體。

在圖13所示的具體實施例中，電路1300包括串聯連接在輸入1301-1與輸出1302-1之間的第一可變電感器1311和第一固定電感器1315、串聯連接在輸入1301-2與輸出1302-2之間的第二可變電感器1316和第二固定電感器1320、連接在輸入1301-1與1301-2之間的第三可變電感器1321以及連接在節點1325與1326之間的第三固定電感器1324。

根據實施例，第三可變電感器1321對應於“RF信號源匹配部分”，所述RF信號源匹配部分可被配置成匹配如通過第一匹配電路(例如，圖12的電路1234)修改的RF信號源(例如，圖12的RF信號源1220)的阻抗，或更具體地匹配如通過第一匹配電路(例如，圖12的電路1234)修改的末級功率放大器(例如，圖12的放大器1224)的阻抗。根據實施例，第三可變電感器1321包括具有電感元件的網路，所述電感元件可以選擇性地耦合在一起以提供在約5 nH到約200 nH的範圍內的電感，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電感值。

相比之下，可變阻抗匹配網路1300的“腔匹配部分”由第一可變電感器1311和第二可變電感器1316以及固定電感器1315、1320和1324提供。因為可以改變第一可變電感器1311和第二可變電感器1316的狀態以提供多個電感值，因此第一可變電感器1311和第二可變電感器1316可被配置成最優地匹配腔加上裝料(例如，圖12的腔1260加上裝料1264)的阻抗。例如，在其它實施例中，電感器1311、1316各自可以具有在約10 nH到約200 nH的範圍內的值，但是所述電感器的值可以更低和/或更高。

固定電感器1315、1320、1324還可以具有在約50 nH到約800 nH的範圍內的電感值，但是電感值也可以更低和/或更高。在各個實施例中，電感器1311、1315、1316、1320、1321、1324可以包括離散電感器、分佈電感器(例如，印刷線圈)、接合線、傳輸線和/或其它電感元件。在實施例中，可變電感器1311和1316以配對的方式操作，這意味著所述可變電感器的電感值在操作期間被控制成在任何給定時間均彼此相等以確保傳送到輸出1302-1和1302-2的RF信號是平衡的。

如上文所討論的，可變匹配電路1300是被配置成沿著傳輸路徑1228的平衡部分連接(例如，在連接器1228-4與1228-5之間)的雙端電路，並且其它實施例可以包括被配置成沿著傳輸路徑1228的不平衡部分連接的單端(即，一個輸入和一個輸出)可變匹配電路。

通過改變電路1300中的電感器1311、1316、1321的電感值，系統控制器1212可以增大或減小電路1300提供的阻抗變換。期望的是，電感值變化提高RF信號源1220與腔加上裝料阻抗之間的整體阻抗匹配，這應當導致反射信號功率和/或反射與前向信號功率比降低。在大多數情況下，系統控制器1212可以力圖將電路1300配置成處於這樣的狀態：在腔1260中達到最大電磁場強度和/或由裝料1264吸收最大功率量和/或由裝料1264反射最小功率量。

圖14是根據另一個示例實施例的雙端可變阻抗匹配電路1400(例如，圖12的匹配電路1272)的示意圖，所述雙端可變阻抗匹配電路1400可以結合到加熱系統(例如，圖1、6、8、12的系統100、600、800、1200)中並且可以代替可變電感阻抗匹配網路1300(圖13)實施。與匹配電路600(圖6)一樣，根據實施例，可變匹配電路1400包括具有固定值和可變無源元件的網路。

電路1400包括雙端輸入1401-1、1401-2(被稱為輸入1401)、雙端輸出1402-1、1402-2(被稱為輸出1402)和連接在輸入1401與輸出1402之間的無源元件的網路。例如，當連接到系統1200中時，第一輸入1401-1可以連接到平衡導體1228-4的第一導體，並且第二輸入1401-2可以連接到平衡導體1228-4的第二導體。類似地，第一輸出1402-1可以連接到平衡導體1228-5的第一導體，並且第二輸出1402-2可以連接到平衡導體1228-5的第二導體。

在圖14所示的具體實施例中，電路1400包括串聯連接在輸入1401-1與輸出1402-1之間的第一可變電容網路1411和第一電感器1415、串聯連接在輸入1401-2與輸出1402-2之間的第二可變電容網路1416和第二電感器1420、以及連接在節點1425與1426之間的第三可變電容網路1421。在實施例中，在電感器1415、1420可以設計用於相對較低的頻率(例如，約40.66 MHz到約40.70 MHz)操作和相對較高的功率(例如，約120 W到約1200 W)操作時，所述電感器1415、1420的尺寸和電感值均相對較大。例如，在其它實施例中，電感器1415、1420各自可以具有在約100 nH到約1000 nH的範圍內(例如，在約200 nH到約600 nH的範圍內)的值，但是所述電感器的值可以更低和/或更高。根據實施例，電感器1415、1420是固定值集總電感器(例如，在各個實施例中，線圈、離散電感器、分佈電感器(例如，印刷線圈)、接合線、傳輸線和/或其它電感元件)。在其它實施例中，電感器1415、1420的電感值可以是可變的。在實施例中，在任何情況下，電感器1415、1420的電感值永遠(當電感器1415、1420是固定值時)或在任何給定時間(當電感器1415、1420可變時，所述電感器以配對的方式操作)是基本上相同的。

第一可變電容網路1411和第二可變電容網路1416對應於電路1400的“串聯匹配部分”。根據實施例，第一可變電容網路1411包括與第一可變電容器1413並聯耦合的第一固定值電容器1412。在實施例中，第一固定值電容器1412的電容值可以在約1 pF到約100 pF的範圍內。第一可變電容器1413可以包括可以選擇性地耦合起來以提供在0 pF到約100 pF的範圍內的電容的電容元件的網路。因此，第一可變電容網路1411提供的總電容值可以在約1 pF到約200 pF的範圍內，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電容值。

類似地，第二可變電容網路1416包括與第二可變電容器1418並聯耦合的第二固定值電容器1417。在實施例中，第二固定值電容器1417的電容值可以在約1 pF到約100 pF的範圍內。第二可變電容器1418可以包括可以選擇性地耦合起來以提供在0 pF到約100 pF的範圍內的電容的電容元件的網路。因此，第二可變電容網路1416提供的總電容值可以在約1 pF到約200 pF的範圍內，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電容值。

在實施例中，在任何情況下，為了確保向輸出1402-1和1402-2提供的信號的平衡，將第一可變電容網路1411和第二可變電容網路1416的電容值控制為在任何給定時間都基本上相同。例如，第一可變電容器1413和第二可變電容器1418的電容值可以被控制成使得第一可變電容網路1411和第二可變電容網路1416的電容值在任何給定時間基本上相同。第一可變電容器1413和第二可變電容器1418以配對方式操作，這意味著所述第一可變電容器和所述第二可變電容器在操作期間的電容值在任何給定時間被控制成確保傳送到輸出1402-1和1402-2的RF信號是平衡的。在一些實施例中，第一固定值電容器1412和第二固定值電容器1417的電容值可以基本上相同，但是在其它實施例中，所述電容值可以不同。

可變阻抗匹配網路1400的“並聯匹配部分”由第三可變電容網路1421和固定電感器1415、1420提供。根據實施例，第三可變電容網路1421包括與第三可變電容器1424並聯耦合的第三固定值電容器1423。在實施例中，第三固定值電容器1423的電容值可以在約1 pF到約500 pF的範圍內。第三可變電容器1424可以包括可以選擇性地耦合起來以提供在0 pF到約200 pF的範圍內的電容的電容元件的網路。因此，第三可變電容網路1421提供的總電容值可以在約1 pF到約700 pF的範圍內，但是範圍也可以擴大到更低或更高的電容值。

因為可以改變可變電容網路1411、1416、1421的狀態以提供多個電容值，所以可變電容網路1411、1416、1421可以被配置成將腔加上裝料(例如，圖12的腔1260加上裝料1264)的阻抗與RF信號源(例如，圖12的RF信號源1220、1220')最佳地匹配。 通過改變電路1400中的電容器1413、1418、1424的電容值，RF加熱系統控制器(例如，圖12的RF加熱系統控制器1212)可以增大或減小電路1400提供的阻抗變換。令人期望的是，電容值變化提高RF信號源1220與腔加上裝料的阻抗之間的整體阻抗匹配，這應當導致反射信號功率和/或反射與前向信號功率比降低。在大多數情況下，RF加熱系統控制器1212可以力圖將電路1400配置成處於這樣的狀態：在腔1260中達到最大電磁場強度和/或由裝料1264吸收最大功率量和/或由裝料1264反射最小功率量。

應當理解，圖13和14所示的可變阻抗匹配電路1300、1400是可以執行期望的雙端可變阻抗變換的兩個可能的電路配置。雙端可變阻抗匹配電路的其它實施例可以包括不同地佈置的電感或電容網路或可以包括無源網路，所述無源網路包括電感器、電容器和/或電阻器的各種組合，其中一些無源元件可以是固定值元件並且一些無源元件可以是可變值元件(例如，可變電感器、可變電容器和/或可變電阻器)。另外，雙端可變阻抗匹配電路可以包括有源裝置(例如，電晶體)，所述有源裝置將無源元件切換到網路中和網路外以更改電路所提供的整體阻抗變換。

再次參考圖12，加熱系統1200的一些實施例可以包括一個或多個溫度感測器、一個或多個IR感測器和/或一個或多個重量感測器1294。所述一個或多個溫度感測器和/或所述一個或多個IR感測器可以定位在使裝料1264的溫度在加熱操作期間能夠被感測到的位置。例如，當提供給主機/熱系統控制器1252和/或RF加熱系統控制器1212時，溫度資訊使主機/熱系統控制器1252和/或RF加熱系統控制器1212能夠(例如，通過控制電源和偏置電路系統1226提供的偏置和/或供電電壓)更改熱加熱元件1254產生的熱能和/或RF信號源1220供應的RF信號的功率和/或確定何時應該終止加熱操作。此外，RF加熱系統控制器1212可以使用溫度資訊來調整可變阻抗匹配網路1270的狀態。所述一個或多個重量感測器定位在裝料1264下面並且被配置成向主機/熱系統控制器1252和/或RF加熱系統控制器1212提供裝料1264的重量的估計值。主機/熱系統控制器1252和/或RF加熱系統控制器1212可以使用此資訊例如以確定加熱操作的大致持續時間。另外，RF加熱系統控制器1212可以使用此資訊例如確定由RF信號源1220供應的RF信號的期望功率電平和/或確定可變阻抗匹配網路1270的初始設置。

根據各個實施例，與本文所討論的單端或雙端可變阻抗匹配網路(圖10、11、13、14的網路1000、1100、1300、1400)相關聯的電路系統可以以一個或多個模組的形式實施，其中“模組”在本文中被定義為耦合到共同基板(例如，印刷電路板(PCB)或其它基板)的電氣元件的組合件。此外，如前所述，主機/熱系統控制器(例如，圖9、12的控制器952、1252)和使用者介面(例如，圖9、12的使用者介面992、1292)的部分可以以主機模組(例如，圖9、12的主機模組990、1290)的形式實施。又另外，在各個實施例中，與RF加熱系統(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)的處理和RF信號生成部分相關聯的電路系統也可以以一個或多個模組的形式實施。

例如，圖15是根據示例實施例的RF模組1500的透視圖，所述RF模組1500包括RF加熱系統(例如，圖9、12的RF加熱系統910、1210)的RF子系統。RF模組1500包括耦合到接地基板1504的PCB 1502。接地基板1504為PCB 1502提供結構支撐並且還為耦合到PCB 1502的各個電元件提供電接地參考和散熱功能。

根據實施例，PCB 1502容置有系統控制器電路系統1512(例如，與圖9、12的RF加熱系統控制器912、1212相對應)、RF信號源電路系統1520(例如，與圖9、12的RF信號源920、1220相對應，包括RF信號發生器922、1222和功率放大器924、925、1224)、功率檢測電路系統1530(例如，與圖9、12的功率檢測電路系統930、1230相對應)和阻抗匹配電路系統1534(例如，與圖9、12的第一匹配電路系統934、1234相對應)。

在圖15的實施例中，系統控制器電路系統1512包括處理器積體電路(IC)和記憶體IC，RF信號源電路系統1520包括信號發生器IC和一個或多個功率放大器裝置，功率檢測電路系統1530包括功率耦合器裝置，並且阻抗匹配電路系統1534包括連接在一起以形成阻抗匹配網路的多個無源元件(例如，電感器1535、1536和電容器1537)。如先前參考結合圖9和12所討論的各個導體和連接所討論的，電路系統1512、1520、1530、1534和各個子元件可以通過PCB 1502上的導電跡線電耦合在一起。

在實施例中，RF模組1500還包括多個連接器1516、1526、1538、1580。例如，連接器1580可以被配置成與包括主機/熱系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)和其它功能的主機系統連接。連接器1516可以被配置成與可變匹配電路(例如，圖9、12的電路970、1272)連接以向電路提供控制信號，如前所述。連接器1526可以被配置成連接到電源以接收系統功率。最後，連接器1538(例如，圖12的連接器1236)可以被配置成連接到同軸電纜或其它傳輸線，所述同軸電纜或其它傳輸線使RF模組1500能夠電連接(例如，通過圖9、12的導體928-2、1228-3的同軸電纜實施方案)到可變匹配電路或子系統(例如，圖9、12的電路或子系統970、1270、1272)。在替代性實施例中，可變匹配子系統(例如，圖9、12的可變匹配網路970、平衡-不平衡轉換器1274和/或可變匹配電路1272)的元件還可以集成到PCB 1502上，在這種情況下，連接器1536可以不包括在模組1500內。也可以對RF模組1500的佈局、子系統和元件作出其它改變。

RF模組(例如，圖15的模組1500)、主機模組(例如，圖9、12的模組990、1290)和可變阻抗匹配網路模組(未示出)的實施例可以電連接在一起並且可以與其它元件連接，以形成組合式設備或系統(例如，圖1、6、8、9、12的設備100、600、800、900、1200)。例如，可以通過如同軸電纜等位於RF連接器1538(圖15)與可變阻抗匹配網路模組之間的連接(例如，圖9、12的導體928-2、1228-3)進行RF信號連接，並且可以通過如多導體電纜等位於連接器1516(圖15)與可變阻抗匹配網路模組之間的連接(例如，圖9、12的導體916、1216)進行控制連接。為了進一步組裝系統，可以通過連接器1580將主機系統模組(例如，圖9、12的模組990、1290)連接到RF模組1500，可以通過連接器1526將電源連接到RF模組1500，並且可以將電極(例如，圖9、12的電極940、942、1240、1242)連接到可變阻抗匹配網路模組的輸出。當然，上述元件還將物理地連接到各種支撐結構和其它系統元件，使得電極以彼此固定的關係跨除霜腔(例如，圖1、6、8、9、12的腔110、610、810、960、1260)固持，並且可以將除霜設備集成到更大的系統(例如，圖1、6、8的系統100、600、800)內。

既然已經描述了加熱系統的電氣和物理方面的實施例，現在將結合圖16-18描述用於操作此類加熱系統的方法的各個實施例。更具體地說，圖16是根據示例實施例的操作加熱系統(例如，1、6、8、9、12的系統100、600、800、900、1200)的方法的流程圖，所述加熱系統具有RF加熱系統(例如，1、6、8、9、12的系統150、650、850、910、1210)和熱加熱系統(例如，圖1、6、8、9、12的系統160、660、680、860、880、910、1210)。

方法可以開始於：在框1602中，主機系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)接收應當開始加熱操作的指示。可以例如在使用者已經將裝料(例如，圖1、6、8、9、12的裝料964、1264)放置到系統的加熱腔(例如，圖1、6、8、9、12的腔110、610、810、960、1260)中，已經將腔密封(例如，通過關閉門或抽屜)並且已經按下開始按鈕(例如，圖1、6、8、9、12的控制面板120、620、820或使用者介面992、1282的開始按鈕)之後接收這種指示。

如先前所討論的，在將裝料放置到系統的加熱腔中之前，使用者可以將擱板(例如，圖1、2、3、6、8的擱板134、200、300、634、834)安裝到加熱腔中，其中擱板可以體現或包括RF加熱系統的電極(例如，圖9、12的電極942、1242)。在實施例中，腔的密封可以接合一個或多個安全互鎖機構，所述安全互鎖機構在接合時指示供應到腔的RF功率基本上不會洩漏到腔外的環境中。如稍後將描述的，安全互鎖機構的脫離接合可以使系統控制器能夠立即暫停或終止加熱操作。

根據各個實施例，主機系統控制器任選地可以接收指示裝料類型(例如，肉類、液體或其它材料)、初始裝料溫度和/或裝料重量的額外輸入。例如，可以通過與使用者介面的交互(例如，由使用者從識別的裝料類型的列表中進行選擇)從使用者接收關於裝料類型的資訊。可替換的是，系統可以被配置成掃描在裝料外部可見的條碼或從裝料上或嵌入裝料內的RFID裝置接收電子信號。可以例如從系統的一個或多個溫度感測器和/或IR感測器(例如，圖9、12的感測器994、1294)接收關於初始裝料溫度的資訊。可以通過與使用者介面的交互從使用者或者從系統的重量感測器(例如，圖9、12的感測器994、1294)接收關於裝料重量的資訊。如上文所指示的，對指示裝料類型、初始裝料溫度和/或裝料重量的輸入的接收是任選的，並且可替換的是，系統可能不接收這些輸入中的部分或全部。

在按下開始按鈕之前，使用者可以選擇烹飪模式，所述烹飪模式指示在加熱過程期間哪些加熱系統將被啟動。例如，使用者可以通過以下指定烹飪模式：按下專用烹飪模式按鈕(例如，圖1、6、8、9、12的控制面板120、620、820或使用者介面992、1282的烹飪模式按鈕)或通過控制面板訪問烹飪模式功能表並作出選擇。如前所述，根據哪種類型的熱加熱系統與RF加熱系統組合，有多種不同的烹飪模式供選擇，其中不同的烹飪模式可以總體上分為僅熱烹飪模式、僅RF烹飪模式以及組合式熱和RF烹飪模式。例如，僅熱模式可以包括之前所討論的以下模式中的任何模式：1)僅對流烹飪模式，所述僅對流烹飪模式可以利用系統100、600、800(圖1、6、8)中的任何系統的對流系統160、660、860；2)僅輻射烹飪模式，所述僅輻射烹飪模式可以利用系統600(圖6)的輻射加熱系統680；以及3)僅氣體烹飪模式，所述僅氣體烹飪模式可以利用系統800(圖8)的氣體加熱系統880。作為另外的例子，組合式熱和RF冷卻模式可以包括之前所討論的以下模式中的任何模式：1)組合式對流和RF烹飪模式；2)組合式輻射和RF烹飪模式；3)組合式對流、輻射和RF烹飪模式；4)組合式氣體和RF烹飪模式；以及5)組合式對流、氣體和RF烹飪模式。除了以上模式之外，當對流系統與另一種類型的熱烹飪模式組合時，以下另外的模式也可供使用：1)組合式對流和輻射烹飪模式；以及2)組合式對流和氣體烹飪模式。

當使用者選擇利用熱加熱系統(例如，對流系統160、660或860、輻射加熱系統680或氣體加熱系統880)的烹飪模式時，可以提示使用者或使使用者能夠通過與控制面板或使用者介面的交互輸入期望的腔(爐)溫度(或溫度設定值)。可替換的是，可以通過系統以其它方式獲得或確定腔溫度設定值。

在選擇了烹飪模式和溫度設定值(如果適用的話)並接收了開始指示之後，執行的剩餘的過程步驟取決於選擇了哪種烹飪模式。以僅熱烹飪模式選擇(例如，僅對流烹飪模式、僅輻射烹飪模式和僅氣體烹飪模式)開始，在框1630中，系統控制器(例如，圖9、12的主機/熱系統控制器952、1252)啟動熱加熱系統(例如，圖1、6、8、9、12的對流系統160、輻射加熱系統680、氣體加熱系統880、熱烹飪系統950、1250)的熱加熱元件(例如，圖9、12的熱加熱元件954、1254)。一旦啟動，熱加熱元件就開始加熱爐腔內的空氣。當選擇對流烹飪模式時，系統控制器還啟動對流系統的風扇(例如，圖9、12的風扇958、1258)。一段時間之後，爐腔將被預熱到溫度設定值。

在框1632中，使爐溫保持處於溫度設定值。例如，在實施例中，包括熱加熱元件和系統恒溫器(例如，圖9、12的恒溫器956、1256)以及可能地主機/熱系統控制器的閉環或基於回饋的系統可以連續或週期性地監測爐腔內的空氣溫度，並且可以在空氣溫度低於溫度設定值時使熱加熱系統保持處於啟動。相反，當空氣溫度高於溫度設定值時，系統可以暫時停用熱加熱元件，並且之後可以繼續監測空氣溫度。一旦空氣溫度已經降到溫度設定值以下，就可以重新啟動熱加熱元件，以再次增加空氣溫度。之後可以以遲滯環路(hysteresis loop)繼續此過程。

在框1634中，當爐溫被保持時，主機/熱系統控制器可以評估是否已經發生中止條件或退出條件。實際上，確定是否已經發生中止條件或退出條件可以是中斷驅動過程，所述中斷驅動過程可以在加熱過程期間的任何點發生。然而，為了將其包括在圖16的流程圖中，所述過程被示出為在框1632之後發生。

在任何情況下，一些條件可以保證臨時中止加熱過程，並且其它條件可以保證完全退出加熱操作。例如，當系統門(例如，圖1、6、8的門116、616、816)在加熱過程期間被打開時，系統可以確定已經發生臨時中止條件。例如，圖17是根據示例實施例的執行與加熱系統門的狀態相關聯的臨時中止過程的方法的流程圖。，例如，當主機/熱系統控制器在框1702中檢測到系統門已經被打開時，可以通過中斷觸發所述過程。例如，當安全互鎖被破壞時(例如，當圖1、6、8中的閂鎖機構118、618、818與對應的固定結構119、619、819脫離接合時)，可以檢測到門被打開。

當系統檢測到系統門已經被打開時，主機/熱系統控制器可以在框1704中臨時停用加熱系統元件中的一些加熱系統元件。例如，如果對流系統在所選擇的烹飪模式期間是活躍的，則主機/熱系統控制器可以向對流風扇發送控制信號以停用風扇(並且可能地，停用對流風扇內的集成加熱元件)。此外，如果輻射加熱系統或氣體加熱系統在所選擇的烹飪模式期間是活躍的，則主機/熱系統控制器可以停用一個或多個對應的輻射加熱元件或一個或多個氣體燃燒器。又另外，如果RF加熱系統在所選擇的烹飪模式期間是活躍的，則主機/熱系統控制器可以向RF系統控制器發送控制信號，所述控制信號調用RF系統控制器以中斷生成RF信號和向一個或多個系統電極提供所述RF信號。

在框1704中停用的加熱系統元件將保持停用，直到系統門隨後關閉，如框1706中確定的。例如，當安全互鎖重新接合時(例如，當圖1、6、8中的閂鎖機構118、618、818與對應的固定結構119、619、819重新接合)，主機/熱加熱系統控制器可以檢測到門關閉。除非在系統門關閉之前發生先占性永久退出條件，否則在檢測到系統門已經關閉後，在框1708中，主機/熱系統控制器重新啟動加熱系統元件(例如，對流風扇、一個或多個輻射加熱元件、一個或多個氣體燃燒器)，並且過程返回到框1634(圖16)。

再次參考框1634，主機/熱系統控制器可替代地可以確定已經發生永久中止(或退出)條件。例如，在使用者設定(例如，通過圖9、12的使用者介面992、1292)的計時器期滿時或在主機/熱系統控制器基於系統控制器對加熱操作應當執行多久的估計確立的計時器期滿時，主機/熱系統控制器可以確定已經發生退出條件。在仍另一個替代性實施例中，主機/熱系統控制器可以以其它方式檢測加熱操作的完成(例如，可以確定裝料已經煮熟或者已經達到期望溫度)。

如果已經解決了臨時中止條件或尚未發生永久中止(退出)條件，則可以通過迭代地執行框1632和1634繼續加熱操作。當已經發生永久中止(退出)條件時，則在框1636中，主機/熱系統控制器停用(斷開)熱加熱系統。另外，主機/熱系統控制器可以向使用者介面(例如，圖9、12的使用者介面992、1292)發送信號，所述信號使使用者介面產生退出條件的使用者可感知標記(例如，通過在顯示裝置上顯示“完成”或提供可聽提示音)。然後，所述方法可以結束。

再次返回框1602並且接下來移動到已經選擇僅RF烹飪模式時的過程描述，在框1604中，首先可以確定爐腔是否可以為空。此確定可以由RF加熱系統控制器(例如，圖9、12的控制器912、1212)進行，以確保RF加熱系統不會在爐腔為空時(例如，在爐腔內未放置裝料的情況下)被啟動，因為在這種情況下啟動RF加熱系統可能對系統造成損壞。

根據實施例，RF加熱系統控制器可以通過以下確定存在空腔條件：控制RF信號源(例如，圖9、12的RF信號源920、1220)向一個或多個RF系統電極(例如，圖9、12的電極940、1240、1242)提供相對低功率的RF信號，並且從功率檢測電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1230、1230'、1230")接收指示空腔條件的信號。例如，當功率檢測電路系統檢測到超過預定閾值的反射功率時，可以指示空腔條件。另外或可替換的是，當存在特定匹配條件時(例如，當可變阻抗匹配網路在校準過程期間被設定為與空腔條件相關聯的特定狀態時)，RF加熱系統控制器可以確定指示了空腔條件。當在框1604中已經檢測到空腔條件時，則在框1606中，可以通過使用者介面輸出空腔條件的使用者可感知指示(例如，可以顯示消息)，可以中斷低功率RF信號，並且可以停用RF加熱系統。至少在系統門打開並且重新關閉前(這可能與使用者將裝料放入腔中一致)，RF加熱系統可以保持處於停用狀態。在這種場景中，一旦使用者已經再次提供開始指示，則可以重複框1604。

當在框1604中未檢測到空腔條件(例如，反射功率指示腔內存在裝料)時，則在框1608中，執行可變匹配網路校準過程。為了避免圖16的流程圖混亂，圖18中示出了可變網路校準過程的實施例。

可變網路校準過程開始於：在框1802中，RF加熱系統控制器向可變匹配網路(例如，圖9-14的網路970、1000、1100、1272、1300、1400)提供控制信號以確立可變匹配網路的初始配置或狀態。控制信號影響可變匹配網路內的可變電感和/或電容(例如，圖10、13的電感1010、1011、1311、1316、1321和圖11、14的電容1144、1148、1413、1418、1424)的值。例如，控制信號可能影響跨各個電感和電容的旁路開關的狀態，所述旁路開關對來自RF加熱系統控制器的控制信號進行響應，並且所述旁路開關可操作以將子電感和子電容切換進出網路，以增加或減少可變元件的電感值和電容值。令人期望的是，確立可變匹配網路的初始配置以提供RF信號源與腔加上裝料之間的最佳匹配。

一旦確立初始可變匹配網路配置，系統控制器就可以執行在必要時調整可變阻抗匹配網路的配置以基於指示匹配品質的實際測量結果找到可接受的或最佳匹配的過程1810。根據實施例，這個過程包括：在框1812中，使RF信號源(例如，圖9、12的RF信號源920、1220)通過可變阻抗匹配網路向一個或多個電極(例如，圖9、12的第一電極940或兩個電極1240、1242)供應相對較低功率的RF信號。系統控制器可以通過控制信號來控制到電源和偏置電路系統(例如，圖9、12的電路系統926、1226)的RF信號功率電平，其中控制信號使電源和偏置電路系統向放大器(例如，圖9、12的放大器級924、925、1224)提供與期望的信號功率電平一致的供電電壓和偏置電壓。例如，相對較低功率的RF信號可以是功率電平在約10 W到約20 W的範圍內的信號，但是可替換的是，可以使用不同的功率電平。期望匹配調整過程1810期間的相對較低功率電平信號降低損壞腔或裝料(例如，如果初始匹配引起高反射功率的話)的風險並且降低損壞可變電感網路的切換元件(例如，由於跨開關觸點產生電弧)的風險。

在框1814中，功率檢測電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1230、1230'、1230")然後測量沿著RF信號源與一個或多個電極之間的傳輸路徑(例如，圖9、12的路徑928、1228)的反射功率和(在一些實施例中)前向功率並且將那些測量結果提供到RF加熱系統控制器。RF加熱系統控制器然後可以確定反射信號功率與前向信號功率的比值並且可以基於比值來確定系統的S11參數和/或VSWR值。在一個實施例中，系統控制器可以存儲接收到的功率測量結果(例如，接收到的反射功率測量結果、接收到的前向功率測量結果或兩者)和/或計算的比值、S11參數和/或VSWR值以用於將來的評估或比較。

在框1816中，系統控制器可以基於反射功率測量結果和/或反射與前向信號功率比和/或S11參數和/或VSWR值來確定可變阻抗匹配網路所提供的匹配是否是可接受的(例如，反射功率低於閾值或者比值為10%或更小或者測量結果或值與其它某些標準進行有利比較)。可替換的是，系統控制器可以被配置成確定匹配是否是“最佳”匹配。可以例如通過迭代地測量所有可能阻抗匹配網路配置(或至少阻抗匹配網路配置的限定子集)的反射RF功率(以及在一些實施例中，前向反射RF功率)並確定哪個配置產生最低反射RF功率和/或最低反射與前向功率比來確定“最佳”匹配。

當RF加熱系統控制器確定匹配不可接受或不是最佳匹配時，RF加熱系統控制器可以在框1818中通過重新配置可變阻抗匹配網路來調整匹配。例如，這可以通過向可變阻抗匹配網路發送控制信號來實現，所述控制信號使網路增大和/或減小網路內的可變電感(例如，通過使可變電感網路1010、1011、1311、1316、1321(圖10、圖13)或可變電容網路1142、1146、1411、1416、1421(圖11、圖14)具有不同電感或電容狀態，或通過將電感器或電容器切換到電路中或電路外)。在重新配置可變電感網路之後，可以迭代地執行框1814、1816和1818，直到在框1816中確定可接受或最佳匹配。

一旦確定了可接受或最佳匹配，流程就返回到圖16並且RF加熱操作可以開始。開始RF加熱操作包括：在框1610中，將RF信號源(例如，圖9、12的RF信號源920、1220)供應的RF信號的功率增大到相對較高功率的RF信號。再一次，RF加熱系統控制器可以通過控制信號來控制到電源和偏置電路系統(例如，圖9、12的電路系統926、1226)的RF信號功率電平，其中控制信號使電源和偏置電路系統向放大器(例如，圖9、12的放大器級924、925、1224)提供與期望的信號功率電平一致的供電電壓和偏置電壓。例如，相對較高功率的RF信號可以是功率電平在約50 W到約500 W的範圍內的信號，但是可替換的是，可以使用不同的功率電平。

在框1614中，測量電路系統(例如，圖9、12的功率檢測電路系統930、1230、1230'、1230")然後週期性地測量沿RF信號源與所述一個或多個電極之間的傳輸路徑(例如，圖9、12的路徑928、1228)的系統參數(如所述一個或多個電流、一個或多個電壓、反射功率和/或前向功率)並且將那些測量結果提供到RF加熱系統控制器。RF加熱系統控制器可以再次確定反射信號功率與前向信號功率的比值並且可以基於比值來確定系統的S11參數和/或VSWR值。在實施例中，RF加熱系統控制器可以存儲接收到的功率測量結果和/或計算的比值和/或S11參數和/或VSWR值以用於將來的評估或比較。根據實施例，可以在相當高的頻率(例如，大約幾毫秒)或相當低的頻率(例如，大約幾秒)下進行前向功率和反射功率的週期性測量。例如，用於進行週期性測量的相當低的頻率可以為每隔10秒到20秒測量一次的速率。

在框1616中，RF加熱系統控制器可以基於一個或多個反射信號功率測量結果、一個或多個計算的反射與前向信號功率比、一個或多個計算S11參數和/或一個或多個VSWR值來確定可變阻抗匹配網路所提供的匹配是否是可接受的。例如，RF加熱系統控制器可以使用單個反射信號功率測量結果、單個計算的反射與前向信號功率比、單個計算的S11參數或單個VSWR值來進行此確定或者可以對多個先前接收到的反射信號功率測量結果、先前計算的反射與前向功率比、先前計算的S11參數或先前計算的VSWR值取平均(或其它計算)來進行此確定。例如，為了確定匹配是否是可接受的，RF加熱系統控制器可以將接收到的反射信號功率、計算的比值、S11參數和/或VSWR值與一個或多個對應的閾值進行比較。例如，在一個實施例中，RF加熱系統控制器可以將接收到的反射信號功率與例如是前向信號功率的5%(或其它某個值)的閾值進行比較。低於前向信號功率的5%的反射信號功率可以指示匹配仍是可接受的，而5%以上的比值可以指示匹配不再可接受。在另一個實施例中，RF加熱系統控制器可以將計算的反射與前向信號功率比與閾值10%(或其它某個值)進行比較。低於10%的比值可以指示匹配仍是可接受的，而10%以上的比值可以指示匹配不再可接受。當測量的反射功率、計算的比值或S11參數或VSWR值大於對應閾值(即，比較是不利的)從而指示不可接受的匹配時，那麼RF加熱系統控制器可以通過再次執行過程1608(例如，圖17的過程)來啟動可變阻抗匹配網路的重新配置。

如先前所討論的，可變阻抗匹配網路提供的匹配在加熱操作過程中可能由於裝料(例如，圖9、12的裝料964、1264)升溫時裝料的阻抗變化而降級。已經觀察到，在加熱操作過程中，可以通過調整腔匹配電感或電容或通過還調整RF信號源電感或電容來維持最優腔匹配。

根據實施例，在重新配置可變阻抗匹配網路的迭代過程中，RF加熱系統控制器可以將此趨勢考慮在內。更具體地說，當通過在框1608中重新配置可變阻抗匹配網路來調整匹配時，RF加熱系統控制器最初可以為對應於較低電感(用於腔匹配)和較高電感(用於RF信號源匹配)的腔匹配和RF信號源匹配選擇可變電感網路的狀態。在利用腔和RF信號源的可變電容網路的實施例中，可以執行類似過程。通過選擇趨於遵循預期的最優匹配軌跡的阻抗，與不將這些趨勢考慮在內的重新配置過程相比，可以減少執行可變阻抗匹配網路重新配置過程1608的時間。在替代性實施例中，RF加熱系統控制器反而可以迭代地測試相鄰配置以試圖確定可接受的配置。

實際上，存在RF加熱系統控制器可以用於將系統重新配置成具有可接受的阻抗匹配的各種不同的搜索方法，所述搜索方法包括測試所有可能的可變阻抗匹配網路配置。搜索可接受的配置的任何合理方法被視為落入本發明主題的範圍內。在任何情況下，一旦在框1608中再次確立可接受的匹配，就在框1610和1614中恢復加熱操作，並且過程繼續迭代。

參考回框1616，當RF加熱系統控制器基於一個或多個反射功率測量結果、一個或多個計算的反射與前向信號功率比、一個或多個計算的S11參數和/或一個或多個VSWR值確定由可變阻抗匹配網路提供的匹配仍可接受(例如，反射功率測量結果、計算的比值、S11參數或VSWR值小於對應閾值，或比較是有利的)時，RF加熱系統控制器和/或主機/熱系統控制器可以在框1618中評估是否已經發生中止條件或退出條件。實際上，確定是否已經發生中止條件或退出條件可以是中斷驅動過程，所述中斷驅動過程可以在加熱過程期間的任何點發生。然而，為了將其包括在圖16的流程圖中，所述過程被示出為在框1616之後發生。框1618可以與之前討論的框1636和圖17的流程圖中對臨時中止條件的相關聯討論基本相同。出於簡潔的目的，此處將不重複討論，但是所述討論旨在同樣適用。

如果已經解決臨時中止條件或尚未發生永久中止條件，則加熱操作可以通過迭代地執行框1614和框1616(以及匹配網路重新配置過程1608，在必要時)繼續。當已經發生永久中止(退出)條件時，那麼在框1620中，RF加熱系統控制器使RF信號源進行的RF信號供應中斷。例如，RF加熱系統控制器可以禁用RF信號發生器(例如，圖9、12的RF信號發生器922、1222)和/或可以使電源和偏置電路系統(例如，圖9、12的電路系統926、1226)中斷供電電流的提供。另外，主機/熱系統控制器可以向使用者介面(例如，圖9、12的使用者介面992、1292)發送信號，所述信號使使用者介面產生退出條件的使用者可感知標記(例如，通過在顯示裝置上顯示“完成”或提供可聽提示音)。然後，所述方法可以結束。

再次返回到框1602，當已經選擇了包括啟動熱加熱系統和RF加熱系統兩者的組合式熱和RF烹飪模式時，並行且同時執行之前所討論的熱烹飪過程(即，包括框1630、1632、1634)和RF烹飪過程(即，框1604、1606、1608、1610、1614、1616、1618)。更具體地說，在RF系統控制器控制RF加熱系統將RF能量輻射到爐腔中的同時，主機/熱系統控制器控制適當的熱加熱系統加熱爐腔中的空氣。在烹飪過程的某些時段期間，可以臨時停用熱加熱系統或RF加熱系統，同時使其它系統保持啟動。在實施例中，可以通過主機/熱系統控制器執行對熱加熱系統和RF加熱系統的啟動狀態的整體控制。

與常規系統相比，將RF加熱系統進行的RF電容性烹飪與熱加熱系統進行的熱烹飪組合的系統的實施例的實施方案可以具有顯著的性能優點。例如，圖19和20是分別標繪了初始冷凍和冷藏食物裝料在僅對流烹飪過程期間和組合式對流和RF烹飪過程期間的內部溫度的圖表。

首先參考圖19，圖表1900標繪了初始冷凍的雞塊隨著烹飪時間(沿著橫軸以分鐘為單位)的推移的內部裝料溫度(沿著縱軸以攝氏度為單位)。具體地說，跡線1910標繪了在使用僅對流加熱過程加熱裝料時隨著時間的推移的內部裝料溫度，並且跡線1920標繪了在使用包括RF加熱系統和對流加熱系統的加熱設備(例如，圖1的系統100)的實施例加熱裝料時隨著時間的推移的內部裝料溫度。跡線1910顯示，僅對流加熱過程使裝料的內部溫度在約108分鐘內從約-20攝氏度升高到約80攝氏度。相反，跡線1920顯示，組合式RF和對流加熱過程使裝料的內部溫度在約62分鐘內從約-20攝氏度升高到約80攝氏度，這表示初始冷凍裝料的烹飪時間顯著減少。

接下來參考圖20，圖表2000標繪了初始冷藏的雞塊隨著烹飪時間(沿著橫軸以分鐘為單位)的推移的內部裝料溫度(沿著縱軸以攝氏度為單位)。具體地說，跡線2010標繪了在使用僅對流加熱過程加熱裝料時隨著時間的推移的內部裝料溫度，並且跡線2020標繪了在使用包括RF加熱系統和對流加熱系統的加熱設備(例如，圖1的系統100)的實施例加熱裝料時隨著時間的推移的內部裝料溫度。跡線2010顯示，僅對流加熱過程使裝料的內部溫度在約75分鐘內從約5攝氏度升高到約75攝氏度。相反，跡線2020顯示，組合式RF和對流加熱過程使裝料的內部溫度在約36分鐘內從約5攝氏度升高到約75攝氏度，這再次表示烹飪時間顯著減少。

因此，在給定圖19和20描繪的結果的情況下，很明顯，與常規系統相比，包括組合式RF和熱加熱系統的本發明主題的實施例的實施方案可以實現顯著減少的烹飪時間。

本文中包含的各個附圖中示出的連接線旨在表示各個元件之間的示例性功能關係和/或物理耦合。應當注意的是，本主題的實施例中可以存在許多替代性或另外的功能關係或物理連接。另外，某些術語在本文中還可以僅供參考使用並且因此不旨在是限制性的，並且術語“第一”、“第二”和其它此類提及結構的數值術語並不暗示序列或順序，除非上下文明確指明。

如本文所用，“節點”是指存在給定信號、邏輯電平、電壓、資料模式、電流或量的任何內部或外部參考點、連接點、結、信號線、導電元件等。此外，可以通過一個物理元件實現兩個或更多個節點(並且可以多工、調製或以其它方式區分兩個或更多個信號，即使是所述信號是在共同節點處接收到或輸出的)。

前面的描述是指元件或節點或特徵“連接”或“耦合”在一起。如本文中所使用的，除非另外明確說明，否則“連接”意味著一個元件直接地並且不一定是機械地接合到另一個元件(或與另一個元件直接連通)。同樣，除非另有明確規定，否則“耦合”意指一個元件與另一個元件直接或間接連接(或直接或間接連通)，但不一定是機械地連接。因此，儘管附圖中所示的示意圖描繪了元件的一種示例性佈置，但是在所描繪主題的實施例中可以存在另外的中間元件、裝置、特徵或元件。

一種加熱系統的實施例包括：腔，所述腔被配置成容納裝料；熱加熱系統，所述熱加熱系統與所述腔流體連通並且被配置成加熱空氣；以及RF加熱系統。所述RF加熱系統包括：RF信號源，所述RF信號源被配置成生成RF信號；第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合；傳輸路徑，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極和所述第二電極中的一個或多個電極之間；以及可變阻抗匹配網路，所述可變阻抗匹配網路沿所述RF信號源與所述一個或多個電極之間的所述傳輸路徑電耦合。所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能。

一種操作包括被配置成容納裝料的腔的加熱系統的方法的實施例包括：通過與所述腔流體連通的熱加熱系統加熱所述腔中的空氣。所述方法另外包括：在加熱所述腔中的所述空氣同時，通過RF信號源向傳輸路徑供應一個或多個RF信號，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與第一電極和第二電極之間，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合。所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能。所述方法另外包括：通過功率檢測電路系統檢測沿著所述傳輸路徑的反射信號功率；以及通過控制器修改可變阻抗匹配網路的一個或多個元件的一個或多個元件值以減小所述反射信號功率。

雖然前面的詳細描述中已經呈現了至少一個示例性實施例，但是應理解的是，存在大量變體。還應理解的是，本文所描述的一個或多個示例性實施例不旨在以任何方式限制所請求保護的主題的範圍、適用性或配置。相反，前面的詳細描述將為本領域的技術人員提供用於實施一個或多個所描述實施例的便捷路線圖。應當理解的是，在不脫離由申請專利範圍限定的範圍的情況下，可以對元件的功能和佈置作出各種改變，所述改變包括在提交本專利申請時已知的等效物或可預見的等效物。

100,600,800,900,1200:系統 102,602,802:系統殼體 110,610,810,960,1260:腔 111,611,811:頂腔壁 112,612,812:底腔壁 113,114,613,614,813,814:側腔壁 115,615,815:後腔壁 116,616,816:門 118,119,618,619,818,819:閂鎖機構,固定結構 120,620,820:控制面板 130,132,630,632,830,832:擱板支撐結構 134, 200,300,634,834:擱板 136,138,636,638,836,838:電連接器 150,650,850, 910,1210:RF加熱系統 160,660,680,860,880:對流加熱系統 162,220,310,320,662,862:開口 170,172,272,372,670,672,870,872,940,942,1240,1242,1250,1450:電極 202,204,302,304:表面 206,306:寬度 208,308:深度 230,330,1236,1238,1516,1526,1538,1580:連接器 400:鼓風機 402:殼體 410:風扇電機 420:進氣口 430:出氣口 500:對流風扇 510:風扇電機 512:操作風扇 682,684,700:加熱元件 710:管狀加熱元件 712,714:暴露端部 720:支架 882,884:燃燒器 883,885:狹槽 912,1212:RF加熱系統控制器 914,932,1214:連接 920,1220,1220',1420:RF信號源,放大器佈置 922,1222:RF信號發生器 924,925,1224:功率放大器 926,1226,1426:電源,偏置電路系統 916:傳輸路徑 928-1,928-2,928-3,1228-1,1228-2,1228-3,1228-4,1228-5:導體 930,1230,1230',1230":功率檢測電路系統 934、970、1000,1016,1100,1142,1146,1234,1270,1272,1300,1400:電路,網路 946,1246:距離 950,1250:熱加熱系統 952,1252:熱系統控制器 954,1254:熱加熱元件 956,1256:恒溫器 958,1258:風扇 962,1262:屏障 964,1264:裝料 966,1266:外殼結構 990,1290:主機模組 992,1292:使用者介面 994,1294:感測器 1002,1004,1022,1102,1104,1151,1325,1326,1425,1426:節點 1010,1011,1012-1015,1154,1311,1315,1316,1320,1321,1324,1415,1420,1535,1536:電感器 1143,1144,1147,1148,1412,1413,1417,1418,1423,1424,1537:電容器 1216:控制路徑 1224,1224':放大器 1226:偏置電路系統 1230:功率檢測電路系統 1234:第一阻抗匹配電路 1274:轉換器 1301-1,1301-2,1401-1,1401-2:雙端輸入 1302-1,1302-2,1402-1,1402-2:雙端輸出 1411,1416,1421:可變電容網路 1500:RF模組 1502:PCB 1504:接地基板 1512,1520,1530,1534:電路系統 1520:RF信號源電路系統 1602-1610,1614-1620,1630-1636,1702-1708,1802,1810-1818:框 1900,2000:圖表 1910,1920,2010,2020:跡線

當結合以下附圖考慮詳細描述和權利要求時，可以通過參考詳細描述和權利要求得出對主題的更全面理解，其中貫穿附圖，類似的附圖標記指代類似的元件。

圖1是根據示例實施例的具有射頻(RF)加熱系統和對流加熱系統的加熱器具的透視圖；

圖2是根據示例實施例的平面結構(例如，擱板或電極)的俯視圖；

圖3是根據示例實施例的網格型結構(例如，擱板或電極)的俯視圖；

圖4是根據示例實施例的可以在圖1的器具中使用的具有集成加熱元件的對流鼓風機的透視圖；

圖5是根據示例實施例的可以在圖1的器具中使用的對流風扇的透視圖；

圖6是根據示例實施例的具有RF加熱系統和輻射加熱系統的加熱器具的透視圖；

圖7是根據示例實施例的可以在圖6的器具中使用的加熱元件的俯視圖；

圖8是根據示例實施例的具有RF加熱系統和氣體加熱系統的加熱器具的透視圖；

圖9是根據示例實施例的具有RF加熱系統和熱加熱系統的不平衡加熱設備的簡化框圖；

圖10是根據示例實施例的單端可變電感匹配網路的示意圖；

圖11是根據示例實施例的單端可變電容匹配網路的示意圖；

圖12是根據另一示例實施例的具有RF加熱系統和熱加熱系統的平衡加熱設備的簡化框圖；

圖13是根據示例實施例的雙端可變電感匹配網路的示意圖；

圖14是根據示例實施例的雙端可變電容匹配網路的示意圖；

圖15是根據示例實施例的RF模組的透視圖；

圖16是根據示例實施例的操作具有RF加熱系統和熱加熱系統的加熱器具的方法的流程圖；

圖17是根據示例實施例的執行與加熱系統門的狀態相關聯的臨時中止過程的方法的流程圖；

圖18是根據示例實施例的執行可變匹配網路校準過程的方法的流程圖；

圖19是標繪了僅對流加熱器具和包括RF加熱系統和熱加熱系統的加熱器具的實施例的初始冷凍食物裝料的內部溫度對處理時間的圖表；並且

圖20是標繪了僅對流加熱器具和包括RF加熱系統和熱加熱系統的加熱器具的實施例的初始冷藏食物裝料的內部溫度對處理時間的圖表。

900:系統

910:RF加熱系統

912:RF加熱系統控制器

914,932:連接

916:傳輸路徑

920:RF信號源，放大器佈置

922:RF信號發生器

924,925:功率放大器

926:電源，偏置電路系統

928-1,928-2,928-3:導體

930:功率檢測電路系統

934,970:電路，網路

940,942:電極

946:距離

950:熱加熱系統

952:熱系統控制器

954:熱加熱元件

956:恒溫器

958:風扇

960:腔

962:屏障

964:裝料

966:外殼結構

990:主機模組

992:使用者介面

994:感測器

Claims (19)

1. 一種加熱系統，其特徵在於，包括： 腔，所述腔被配置成容納裝料； 熱加熱系統，所述熱加熱系統與所述腔流體連通，其中所述熱加熱系統被配置成加熱空氣；以及 射頻(RF)加熱系統，所述RF加熱系統包括 RF信號源，所述RF信號源被配置成生成RF信號， 第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合，其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能， 傳輸路徑，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極和所述第二電極中的一個或多個電極之間，以及 可變阻抗匹配網路，所述可變阻抗匹配網路沿所述RF信號源與所述一個或多個電極之間的所述傳輸路徑電耦合。
2. 如請求項1所述的加熱系統，其特徵在於，所述RF信號源包括固態功率放大器，並且所述RF信號的頻率處於10.0兆赫(MHz)到100 MHz的範圍內。
3. 如請求項1所述的加熱系統，其特徵在於，所述RF加熱系統進一步包括： 功率檢測電路系統，所述功率檢測電路系統被配置成檢測沿著所述傳輸路徑的反射信號功率；以及 RF加熱系統控制器，所述RF加熱系統控制器電耦合到所述功率檢測電路系統和所述可變阻抗匹配網路，其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述阻抗匹配網路的可變元件值以減小所述反射信號功率。
4. 如請求項3所述的加熱系統，其特徵在於， 所述功率檢測電路系統被進一步配置成檢測沿著所述傳輸路徑的前向信號功率；並且 所述RF加熱系統控制器被配置成修改所述阻抗匹配網路的所述可變元件值以減小所述反射信號功率並增大所述前向信號功率。
5. 如請求項3所述的加熱系統，其特徵在於，所述RF加熱系統是不平衡系統，並且其中： 所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極之間；並且 所述第二電極耦合到接地參考。
6. 如請求項5所述的加熱系統，其特徵在於，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電感器的單端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電感器的電感值以減小所述反射信號功率。
7. 如請求項5所述的加熱系統，其特徵在於，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電容器的單端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電容器的電容值以減小所述反射信號功率。
8. 如請求項3所述的加熱系統，其特徵在於，所述RF加熱系統是平衡系統，並且其中： 所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與所述第一電極和所述第二電極兩者之間。
9. 如請求項8所述的加熱系統，其特徵在於，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電感器的雙端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電感器的電感值以減小所述反射信號功率。
10. 如請求項8所述的加熱系統，其特徵在於，所述可變阻抗匹配網路是包括一個或多個可變電容器的雙端網路，並且其中所述RF加熱系統控制器被配置成基於所述反射信號功率修改所述一個或多個可變電容器的電容值以減小所述反射信號功率。
11. 如請求項1所述的加熱系統，其特徵在於，所述熱加熱系統包括對流加熱系統。
12. 如請求項1所述的加熱系統，其特徵在於，所述熱加熱系統包括輻射加熱系統，所述輻射加熱系統包括一個或多個輻射加熱元件。
13. 如請求項12所述的加熱系統，其特徵在於， 所述第一電極物理地定位在所述腔與所述一個或多個加熱元件中的第一輻射加熱元件之間，並且所述第一電極包括一個或多個開口，所述一個或多個開口使空氣能夠在所述輻射加熱元件與所述腔之間流動。
14. 如請求項13所述的加熱系統，其特徵在於，所述熱加熱系統另外包括： 對流風扇，所述對流風扇使通過所述一個或多個輻射加熱元件加熱的所述空氣在所述腔內循環。
15. 如請求項1所述的加熱系統，其特徵在於，所述熱加熱系統包括一個或多個氣體燃燒器。
16. 如請求項1所述的加熱系統，其特徵在於，所述第二電極形成擱板的至少一部分，所述擱板在底腔表面上方的某個高度處插入所述腔中。
17. 一種操作加熱系統的方法，所述加熱系統包括被配置成容納裝料的腔，其特徵在於，所述方法包括： 通過與所述腔流體連通的熱加熱系統加熱所述腔中的空氣； 在加熱所述腔中的所述空氣的同時，通過射頻(RF)信號源向傳輸路徑供應一個或多個RF信號，所述傳輸路徑電耦合在所述RF信號源與第一電極和第二電極之間，所述第一電極和所述第二電極跨所述腔定位並且電容性地耦合，其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個電極接收所述RF信號並且將所述RF信號轉換成輻射到所述腔中的電磁能； 通過功率檢測電路系統檢測沿著所述傳輸路徑的反射信號功率；以及 通過控制器修改可變阻抗匹配網路的一個或多個元件的一個或多個元件值以減小所述反射信號功率。
18. 如請求項17所述的方法，其特徵在於，所述熱加熱系統選自對流加熱系統、輻射加熱系統和氣體加熱系統。
19. 如請求項17所述的方法，其特徵在於，修改所述一個或多個元件值包括修改一個或多個元件的一個或多個元件值，所述一個或多個元件選自一個或多個可變電感器和一個或多個可變電容器。

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