集成固态微波功率发生模块的制作方法
【技术领域】
[0001]这里描述的主题的实施例通常涉及电路，更具体地，涉及结合微波炉和其他系统使用的固态微波功率发生子系统。
【背景技术】
[0002]多年来，磁控管已经常用于微波炉中以产生用于加热食物、饮料或其他物品的目的的微波能量。磁控管也可以用于其他目的(例如，用于雷达应用、无线通信用用等)。
[0003]磁控管实质上包括具有绕着圆形腔室的边缘间隔开的多个圆柱形腔体的圆形腔室、内置到腔室中央的阴极以及配置为产生磁场的磁体。当合并到微波系统中时，阴极耦接至直流(DC)电源，所述DC电源配置为向阴极提供高电压电势。在微波炉中，例如可能要求电源向阴极提供4千伏或以上。磁场和圆柱形腔体使得腔体内的电子在所述腔体中感应出谐振高频射频(RF)场，并且可以经由探针从所述腔体中提取所述场的一部分。耦接至探针的波导将RF能量导引至负载。例如在微波炉中，负载可以是加热室，所述加热室的阻抗可能受到加热室内的物体的影响。
[0004]尽管磁控管在微波和其他应用中作用良好，但是它们也并非是没有缺点。例如，磁控管典型地需要非常高的电压来操作。此外，磁控管可能在延长的操作时间段易受到输出功率退化的影响。因此，包括磁控管的系统的性能可能随着时间而退化。另外，磁控管趋向于是对于振动敏感的庞大笨重的部件，从而使得它们无法在便携应用中使用。
【附图说明】
[0005]可以通过参考结合以下附图考虑的详细描述和权利要求来得出对于主题的更加全面的理解，其中贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。
[0006]图1是根据示例实施例的微波炉的透视图；
[0007]图2是根据示例实施例的包括集成微波功率发生模块的微波系统的简化框图；
[0008]图3是根据示例实施例的集成微波功率发生模块的顶视图；
[0009]图4是根据示例实施例的图3的集成微波功率发生模块沿4-4线的截面侧视图；
[0010]图5是根据另一个示例实施例的安装至腔壁的集成微波功率发生模块的截面侧视图；以及
[0011]图6是根据示例实施例的制造包括集成微波功率发生模块的微波系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]以下详细描述本质上只是说明性的，并不旨在限制主题的实施例或这些实施例的应用和使用。如这里所使用的，词语“示范性的”和“示例”意思是“用作示例、实例或说明”。这里描述为示范性的或者示例的任意实施方式不必解释为相比其他实施方式优选或者有利。另外，也并不旨在受到在前述技术领域、背景或下文的详细描述中展示的任何明示或暗示理论的限制。
[0013]这里描述的主题的实施例涉及在微波炉和其他类型的系统中使用的固态微波功率发生模块。如下面更加详细地描述的，示范性微波功率发生模块使用放大器结构(包括一个或多个晶体管)、耦接至放大器结构的输出端并且由平面导电结构构成的阻抗匹配元件以及耦接至阻抗匹配元件并且配置为辐射具有微波范围内的波长的电磁能量的谐振元件来实现。阻抗匹配元件和谐振元件一起配置为执行晶体管的阻抗和空气腔(例如，微波炉的加热室)的阻抗之间的阻抗变换。
[0014]尽管这里的描述详细地讨论了固态微波功率发生模块的各种实施例在微波炉应用中的使用，但是应该理解的是，固态微波功率发生模块的各种实施例也可以用于其他类型的微波系统(例如，雷达系统、通信系统等)。因此，这里详细描述的应用并非意欲将各种实施例的应用只是局限于微波炉应用。
[0015]图1是根据示例实施例的微波炉100的透视图。微波炉100包括加热室110、控制面板120、一个或多个微波功率发生模块131、132、133、134、135、136、电源(例如图2的电源230)和系统控制器(例如，图2的系统控制器210)。加热室110由顶部、底部、侧面和背侧腔壁111、112、113、114、115的内表面和门116的内表面限定。在门116关闭时，加热室110限定了封闭的空气腔。如这里所使用的，术语“空气腔”可以表示包含空气或其他气体的封闭区域(例如，加热室110)或者开放空间的区域。
[0016]根据实施例，微波功率发生模块131-136136中的每一个设置在腔壁111-115或门116附近。根据实施例，在微波炉100的操作期间，用户(未示出)可以将一个或多个物体(例如食物和/或液体)放置于加热室110中，并且可以经由控制面板120来提供输入，所述输入可以规定所需的加热持续时间和所需的功率级别。响应于此，系统控制器(未示出)使微波功率发生模块131-136136将微波频谱内的电磁波能量(这里称作“微波能量”)辐射到加热室110中。更具体地，系统控制器使微波功率发生模块131-136136在与用户输入相一致的时间段和功率级别下，将微波能量辐射到加热室110中。微波能量增加了物体的热能(S卩，微波能量使物体加热)。
[0017]在图1中所示的实施例中，微波功率发生模块131-136136设置在腔壁111-115和门116中的每一个附近。在替代实施例中，可能在系统中存在较少的微波功率发生模块，包括少到单个腔壁或门116附近只有一个微波功率发生模块。在其他替代实施例中，多个微波功率发生模块可以在任意给定的腔壁和/或门116附近。
[0018]在任意情况下，微波炉100包括设置在至少一个腔壁111-115和/或门116附近的至少一个微波功率发生模块131-136。如这里所使用的，当表示微波功率发生模块131-136相对于腔壁111-115或门116的相对位置时，术语“附近”指的是可以将微波功率发生模块ΠΙ-ΠΘ 附着至腔壁 111-115 或门 116 的内表面(S卩，将微波功率发生模块 131-136定位于加热室110内)，或者微波功率发生模块131-136可以附着或者定位于腔壁111-115或门116的外表面的外部(即，将微波功率发生模块131-136定位于加热室110的外部)。在后一个实施例中，微波功率发生模块131 -136的谐振元件(例如，图2的谐振元件284)可以通过腔壁111 -115或门116中的孔或开口而暴露至加热室110。在这种实施例中，腔壁111-115中的开口可以用盖子(例如，板)覆盖，所述盖子配置为在不会实质上阻挡由谐振元件产生的微波能量进入加热室110的同时保护所述谐振元件(例如，免受食物泼溅)。根据另一个实施例，可以将微波功率发生模块131-136按照微波功率发生模块131-136与腔壁111-115或门116齐平(即实质上共面)的方式附着至腔壁111-115或门116。在其他实施例中，可以将微波功率发生模块131-136的部分(例如，至少谐振元件)定位于加热室110内，并且可以将微波功率发生模块131-136的其他部分定位于加热室的外部。
[0019]每一个微波功率发生模块131-136配置为产生微波能量并且将微波能量辐射到加热室110中。辐射的能量具有在微波频谱中的波长，所述微波频谱特别适用于加热液体和固体物体(例如，液体和食物)。例如，每一个微波功率发生模块131-136可以配置为将具有约
2.0千兆赫兹(GHz)至约3.0GHz的范围内的频率的微波能量辐射到加热室110中。更具体地，在实施例中，每一个微波功率发生模块131-136可以配置为将具有约2.45GHz的波长的微波能量辐射到加热室110中。尽管每一个微波功率发生模块131-136可以辐射近似相同波长的微波能量，但是微波功率发生模块131-136也可以辐射彼此不同波长的微波能量。另外，在包括微波功率发生模块的实施例在内的其他系统(例如，雷达系统、通信系统等)的实施例中，每一个微波功率发生模块131-136可以在相对较宽的带宽内辐射微波能量(例如，在约800兆赫兹(MHz)至约300GHz的微波频谱内的任意位置处的带宽)。
[0020]如下面进一步详细地描述的，每一个微波功率发生模块131-136可以实现为集成的“固态”模块，其中每一个微波功率发生模块131-136包括固态电路结构以产生和辐射微波能量，而不包括磁控管。因此，当与传统的基于磁控管的微波系统相比时，包括微波功率发生模块的实施例在内的系统的实施例可以在相对较低的电压下操作，可以随着时间不易受输出功率退化的影响，和/或可以相对紧凑。
[0021]尽管将微波炉100示出为其部件彼此之间具体的相对朝向，应该理解的是各种部件也可以不同地朝向。此外，各种部件的物理结构也可以是不同的。例如，控制面板120可以具有更多、更少或不同的用户接口元件和/或所述用户接口元件可以不同地设置。此外，尽管在图1中示出了基本上立方体的加热室110，应该理解的是在其他实施例中加热室可以具有不同的形状(例如，圆柱形等等)。另外，微波炉100可以包括图1中没有具体描述的附加部件(例如，风扇、固定盘或旋转盘、托盘、电线等)。
[0022]图2是根据示例实施例的包括多个微波功率发生模块250、251、252的微波系统200(例如图1的微波炉100)的简化框图。在各种实施例中，微波系统200可以包括1至N个微波功率发生模块250-252，其中N可以是任意整数(例如，从1至20的整数)。此外，微波系统200包括系统控制器210、用户接口 220、电源230和加热室240。应该理解的是，图2是为了解释和易于描述的目的的微波系统200的简化表示，并且实际的实施例可以包括其他设备和部件以提供附加的功能和特征，和/或微波系统200可以是更大的电力系统的一部分。
[0023]用户接口220可以与控制面板(例如，图1的控制面板120)相对应，其例如使用户能够向系统提供与用于加热操作(例如，加热操作的持续时间、加热操作的功率级别、与具体的加热操作参数相关的代码等等)的参数、开始和取消按钮、机械控件(例如门锁)等有关的输入。此外，用户接口可以配置为提供对加热操作的状态(例如，倒计时定时器、对加热操作的完成加以指示的可听音调等)和其他信息加以指示的用户可察觉的输出。
[0024]系统控制器210耦接至用户