一种多频固态微波炉及使用多频固态微波炉的加热方法与流程

本发明涉及微波加热领域，尤其涉及一种多频固态微波炉及使用多频固态微波炉的加热方法。

背景技术：

微波加热方式以其加热均匀、优质、高效、穿透力强等优点在很多领域已经替代了传统的加热方式。

微波加热的方式典型的应用于微波炉领域，微波炉产生微波电磁场，通过微波电磁场对加热食材进行加热，使加热食材中的水分子进行极化，极化后的水分子随场方向高速运动，从而实现加热，相比于传统加热方式中单纯依靠热传递不同的原理，微波加热方式更加高效，并且采用内外同时加热的方式，具有更好的均匀性。

传统的微波炉通过磁控管产生信号源，由于磁控管是电真空器件，存在输出功率不稳定、需千伏高压工作、体积重量偏大、不易集成和控制等诸多的缺点，不利于智能化集成设计。

传统的微波炉通常工作在2.45ghz附近的窄频段，采用单一频段实现加热，传统加热方式对大尺寸以及损耗大的食材进行加热时加热效果不理想，且微波炉工作效率的降低。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多频固态微波炉及使用多频固态微波炉的加热方法。

本发明提供的多频固态微波炉，包括：多频固态源，辐射单元，微波炉腔；

所述多频固态源包括：中控单元、用于产生不同频率的微波信号的多频信源、频率选通开关、均与所述频率选通开关连接的n个功放单元；其中，n为大于1的整数；

所述中控单元用于确定所述微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带，向所述多频信源发送用于指示工作频率和/或工作频带的第一指示信号并向所述频率选通开关发送选通所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元的第二指示信号；

所述多频信源用于从所述中控单元接收到所述第一指示信号后，产生频率为所述工作频率和/或位于所述工作频带的工作频率的微波信号；

所述频率选通开关用于从所述中控单元接收到所述第二指示信号后，选通所述第二指示信号指示的功放单元；

所述辐射单元用于接收所述多频固态源输出的微波信号，根据所述微波信号在所述微波炉腔激励出电磁场。

上述多频固态微波炉还具有以下特点：

频率选通开关包括输入选通开关和输出选通开关；

所述输入选通开关的输入端与所述多频信源的输出端连接，所述输入选通开关的n个输出端分别与所述n个功放单元的输入端连接；

所述输出选通开关的n个输入端分别与所述n个功放单元的输出端连接，所述输出选通开关的输出端分别与所述辐射单元连接；

所述中控单元还用于使用以下方法向所述频率选通开关发送选通所述工作频率和/或所述工作频带对应的功放单元的指示信号：向所述输入选通开关和所述输出选通开关发送选通同一功放单元的指示信号，所述同一功放单元是所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元。

上述多频固态微波炉还具有以下特点：

所述中控单元还用于获知物体厚度，根据所述物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带。

上述多频固态微波炉还具有以下特点：

所述中控单元还用于维护厚度区间与工作频率的映射关系；还用于使用以下方法根据所述物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：确定所述物体厚度所属的厚度区间，根据所述映射关系确定所述厚度区间对应的工作频率。

还用于维护厚度区间与工作频带的映射关系；还用于使用以下方法根据所述物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：确定所述物体厚度所属的厚度区间，根据所述映射关系确定所述厚度区间对应的工作频带，或者，确定所述物体厚度所属的厚度区间，根据所述映射关系确定所述厚度区间对应的工作频带，从所述工作频带中选择一属于所述工作频带的工作频率。

上述多频固态微波炉还具有以下特点：

所述中控单元还用于使用以下方法确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带作为工作频带，在第二时段将第二频带作为工作频带，以此类推，在第m时段将第m频带作为工作频带，m为小于或等于n的整数，第一频带至第m个频带依次增高；

或者，确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带中的工作频点作为第一工作频点，在第二时段将第二频带中的工作频点作为第二工作频点，以此类推，在第m时段将第m频带中的工作频点作为第三工作频点，m为小于或等于n的整数，第一工作频点至第m工作频点依次增高。

上述多频固态微波炉还具有以下特点：

所述中控单元还用于使用以下方法确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：从同一频带或者一个以上频带中选择出至少一个优选频点；确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为x个时段，在所述x个时段中循环的使用所述至少一个优选频点作为相应时段的工作频率。

上述多频固态微波炉还具有以下特点：

所述多频固态微波炉还包括n个回波损耗检测单元；

所述回波损耗检测单元，用于进行回波损耗的带内扫描获得扫描结果；

所述中控单元，还用于在同一频带或者一个以上频带中控制所述回波损耗检测单元以预设扫描频率间隔进行回波损耗的带内扫描，根据扫描结果，计算获得回波损耗指数，将满足回波损耗阈值范围的回波损耗指数对应的频点作为选择出的优选频点。

本发明提供的使用多频固态微波炉的加热方法，包括：

中控单元确定所述微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带，向多频信源发送用于指示工作频率和/或工作频带的第一指示信号并向频率选通开关发送选通所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元的第二指示信号；

多频信源从所述中控单元接收到所述第一指示信号后，产生频率为所述工作频率和/或位于所述工作频带的工作频率的微波信号，频率选通开关从所述中控单元接收到所述第二指示信号后，选通所述第二指示信号指示的功放单元；

所述辐射单元接收所述多频固态源输出的微波信号，根据所述微波信号在所述微波炉腔激励出电磁场。

上述加热方法还具有以下特点：

所述中控单元还用于使用以下方法向所述频率选通开关发送选通所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元的指示信号：向输入选通开关和输出选通开关发送选通同一功放单元的指示信号，所述同一功放单元是所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元。

上述加热方法还具有以下特点：

所述方法还包括：所述中控单元获知物体厚度，根据所述物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带。

上述加热方法还具有以下特点：

所述方法还包括：

所述中控单元维护厚度区间与工作频率的映射关系；使用以下方法根据所述物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：确定所述物体厚度所属的厚度区间，根据所述映射关系确定所述厚度区间对应的工作频率。

或者，所述中控单元维护厚度区间与工作频带的映射关系；使用以下方法根据所述物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：确定所述物体厚度所属的厚度区间，根据所述映射关系确定所述厚度区间对应的工作频带，或者，确定所述物体厚度所属的厚度区间，根据所述映射关系确定所述厚度区间对应的工作频带，从所述工作频带中选择一属于所述工作频带的工作频率。

上述加热方法还具有以下特点：

所述中控单元使用以下方法确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：

确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带作为工作频带，在第二时段将第二频带作为工作频带，以此类推，在第m时段将第m频带作为工作频带，m为小于或等于n的整数，第一频带至第m个频带依次增高；

或者，确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带中的工作频点作为第一工作频点，在第二时段将第二频带中的工作频点作为第二工作频点，以此类推，在第m时段将第m频带中的工作频点作为第三工作频点，m为小于或等于n的整数，第一工作频点至第m工作频点依次增高。

上述加热方法还具有以下特点：

所述中控单元使用以下方法确定所述微波炉在工作过程中的工作频率：从同一频带或者一个以上频带中选择出至少一个优选频点；确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为x个时段，在所述x个时段中循环的使用所述至少一个优选频点作为相应时段的工作频率。

上述加热方法还具有以下特点：

所述中控单元在同一频带或者一个以上频带中控制回波损耗检测单元以预设扫描频率间隔进行回波损耗的带内扫描，根据扫描结果，计算获得回波损耗指数，将满足回波损耗阈值范围的回波损耗指数对应的频点作为选择出的优选频点。

本发明的方案能够覆盖微波加热的所有频段，且能够解决加热均匀性差等问题。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

1、使用固态源替代磁控管，实现输出功率稳定、系统安全、结构紧凑、高度集成控制；

2、通过一个多频固态源模块能够实现微波加热多种频段的覆盖，通过不同频率的灵活选择，达到最佳的加热效果；

3、多频固态微波炉可解决同一加热对象加热均匀性不高的问题；

4、多频固态微波炉可以解决不同加热对象穿透深度问题，通过不同频率的切换，使得加热的食材更为多样化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是多频固态微波炉的结构示意图；

图2是多频固态微波炉的另一结构示意图；

图3是使用多频固态微波炉的加热方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，多频固态微波炉包括：多频固态源，辐射单元，微波炉腔体。

多频固态源包括：中控单元、用于产生不同频率的微波信号的多频信源、频率选通开关、均与所述频率选通开关连接的n个功放单元；其中，n为大于1的整数；

中控单元用于确定微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带，向多频信源发送用于指示工作频率和/或工作频带的第一指示信号并向频率选通开关发送选通所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元的第二指示信号；

多频信源用于从中控单元接收到第一指示信号后，产生频率为所述工作频率和/或位于所述工作频带的工作频率的微波信号；

频率选通开关用于从中控单元接收到第二指示信号后，选通第二指示信号指示的功放单元；

辐射单元用于接收多频固态源输出的微波信号，根据此微波信号在微波炉腔激励出电磁场。

此方案中可支持多种实现方式：

一，中控单元确定微波炉在工作过程中的一个工作频率，多频信源产生频率为此工作频率的微波信号，频率选通开关选通此工作频率对应的功放单元。

二，中控单元确定微波炉在工作过程中的多个工作频率，多频信源依次产生频率为上述工作频率的微波信号，频率选通开关依次选通此多个工作频率对应的功放单元。

三，中控单元确定微波炉在工作过程中的一个工作频带，多频信源产生频率属于上述工作频带的微波信号，频率选通开关选通此工作频带对应的功放单元。

四，中控单元确定微波炉在工作过程中的多个工作频带，多频信源依次产生频率分别属于上述多个工作频带的微波信号，频率选通开关依次选通此多个工作频带对应的功放单元。

五，中控单元确定微波炉在工作过程中的多个工作频带以及每个工作频带中的工作频率，多频信源依次产生频率分别为上述多个工作频率的微波信号，频率选通开关依次选通此多个工作频带对应的功放单元。

此多频固态微波炉还包括用于提供电力的电源。电源将外部的市电220v/50hz进行滤波和电压转换，获得功放单元所需要的各种电压，例如：功放单元所需电压包括有28v、6.5v、3.3v这几种，其中28v提供给功放单元的功放管漏极供电，6.5v提供给运放和小功率推动级功放供电，3.3v提供给功率检测和温度检测电路。

上述多频固态微波炉的工作原理是：多频固态源产生微波信号，经由辐射单元将微波信号馈入到微波炉腔。辐射单元将微波信号在腔体内部激励出电磁场，通过电磁场将食材中的极性分子极化(通常是水分子)，被极化后的分子随电磁场方向快速来回运动，从而实现对食物加热。

多频信源是通过振荡产生原始信号的部件，多频信源的参数应重点关注输出功率、输出频率范围、高次谐波抑制、杂散抑制等指标，其实现方式有很多种，可以通过专用的信源集成芯片，也可以通过分立的元器件进行振荡电路的设计。多频信源用来产生覆盖f1、f2、f3…fn的多个频率的微波信号，可以覆盖微波加热领域的工作频段，不同的频率应用在不同的加热对象或者不同的加热场合。多频信源可以用分立的压控振荡器和锁相环来实现，也可以采用集成的ic来设计，例如可以采用集成的芯片hmc832来设计，该芯片将压控振荡器和锁相环集成在一起，能够覆盖25mhz～3000mhz的频率范围，可以轻松实现微波加热多个频段的覆盖，且该芯片内置功率调整模块，可以实现小范围内的功率调节。

功放单元主要是完成信号调理与放大，并且给中控系统提供监测的基本数据。其中信号调理与放大主要是多级功放级联放大、谐波抑制、相位调整和功率控制，该部分完成将多频信源的小功率信号放大至额定功率。参数监测电路监测的数据主要有正向功率检波电压、反向功率检波电压、温度传感器电压，将该三个电压数据传递到中控系统进行数据运算，最后可以得出准确的正向功率、反向功率和模块温度。

第一至第n个功放单元分别工作于第一频带、第二频带、第三频带…第n频带的频率，这n个功放单元内部是由多级固态功放组成，将多频信源产生的微波信号逐级放大，同时加入辅助电路来对功放链路进行控制，如att电路、alc电路、信号调理电路、参数监测电路等。每个功放单元以独立的功能电路形式或者功能模块形式存在于功放系统内部，这样如果发生异常能够很快的定位到具体的子单元，从而及时的进行维护。

由于微波对食物的加热是通过电场极化水分子来实现，因此微波炉腔内部的电磁场的场强分布直接决定了被加热食物的均匀性。通过辐射单元，在微波炉腔里面形成均匀的电磁场分布，保证加热效果的均匀性。多频固态源产生的微波信号通过多频辐射单元馈入至微波炉腔，辐射单元作为连接源和腔的桥梁，有着至关重要的作用，而多频固态源输出相对固定，此处相当于多频辐射单元和微波炉腔相级联，可以用散射矩阵来计算级联等效。假设多频辐射单元的散射矩阵为微波炉腔的散射矩阵为两者级联后的总散射矩阵为[s]ab，则根据级联二端口网络的散射矩阵理论可知，从上式可知多频辐射单元起到一个阻抗转换的作用，通过该单元将微波炉腔的阻抗进行变换，变换之后的阻抗与多频固态源的输出需良好匹配。[s]ab中的在实际的工程应用中要求小于-15db，这样才能保证大部分功率馈入微波炉腔。

此多频固态微波炉中的频率选通开关包括输入选通开关和输出选通开关。输入选通开关的输入端与多频信源的输出端连接，输入选通开关的n个输出端分别与n个功放单元的输入端连接。输出选通开关的n个输入端分别与n个功放单元的输出端连接，输出选通开关的输出端分别与辐射单元连接。

中控单元还用于使用以下方法向频率选通开关发送选通工作频率对应的功放单元的指示信号：向输入选通开关和输出选通开关发送选通同一功放单元的指示信号，同一功放单元是工作频率和/或工作频带对应的功放单元。即，输入选通开关和输出选通开关的逻辑要依次对应，输入选通开关在01通道，输出选通开关也必须要选择在01通道，对应第一频带的功放单元，此时多频固态源工作于第一频带的频率。

中控单元除了确定工作频率，控制输入选通开关和输出选通开关对功放单元进行选择与切换，还需要进行多频固态源输出功率等级控制、多频固态源输出微波信号相位调整，各种参数的提取(包括模块温度的监测、正向功率的提取、反向功率的提取)，告警机制的建立(包括过温度告警、正向功率告警、反向功率告警、负载驻波比告警等)。

从微波技术理论可以知道，不同的频率穿透食材的深度不一样，一般用渗透深度来表示食材对微波能的衰减能力的大小，渗透深度(d)定义为微波功率从食材表面衰减至表面值的1/e时的距离。渗透深度可以用来计算，其中λ0为真空中的波长，ε′为介质的相对介电常数，δ为介质的损耗角正切。由渗透深度计算公式可知，入射微波波长越长，介质相对介电常数越小，损耗越小，渗透深度越深。下表1罗列出了常见的几个频率在猪肉中的渗透深度。

表1不同频率微波在猪肉中的渗透深度

从表1容易知道，对同种加热食材，用不同频率的微波信号进行加热，渗透深度也不一样，波长越长，渗透深度越深，这与理论上的分析结果也是吻合的。同理，在相同的频率下，不同的加热食材，渗透深度也不一样，此外加热食材中的含水率也会影响渗透深度，从上述的分析可知，想要高效均匀的加热就要针对不同的食材选择不同频率的微波信号或者是同一种食材的不同加热时刻采用不用频率的微波信号进行加热，实现最佳的加热效果。

下面通过不同的实施方式说明多频固态微波炉的工作方式。

实施方式一

中控单元还用于获知物体厚度，根据物体厚度检测到的物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带。

例如：中控单元维护厚度区间与工作频率的映射关系；厚度区间与工作频率的映射关系为：

0至2厘米，2450mhz

2至3.5厘米，915mhz

大于3.5厘米，433mhz

确定物体厚度所属的厚度区间，根据映射关系确定厚度区间对应的工作频率。

再例如：中控单元维护厚度区间与工作频带的映射关系；厚度区间与工作频带的映射关系为：

0至2厘米，2450-1000mhz～2450+1000mhz

2至3.5厘米，915-300mhz～915+300mhz

大于3.5厘米，433-100mhz～433+100mhz

确定物体厚度所属的厚度区间，根据映射关系确定厚度区间对应的工作频带。

或者，确定物体厚度所属的厚度区间，根据映射关系确定厚度区间对应的工作频带，选择一属于工作频带的频率。

实施方式二

中控单元确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带作为工作频带，在第二时段将第二频带作为工作频带，以此类推，在第m时段将第m频带作为工作频带，m为小于或等于n的整数，第一频带至第m个频带依次增高。

实施方式三

中控单元确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带中的工作频点作为第一工作频点，在第二时段将第二频带中的工作频点作为第二工作频点，以此类推，在第m时段将第m频带中的工作频点作为第三工作频点，m为小于或等于n的整数，第一工作频点至第m工作频点依次增高。

实施方式四

中控单元从同一频带或者一个以上频带中选择出至少一个优选频点；确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为x个时段，在所述x个时段中循环的使用所述至少一个优选频点作为相应时段的工作频率。

如图2所示，多频固态微波炉还包括n个回波损耗检测单元；

回波损耗检测单元用于进行回波损耗的带内扫描获得扫描结果；

中控单元还用于在同一频带或者一个以上频带中控制所述回波损耗检测单元以预设扫描频率间隔进行回波损耗的带内扫描，根据扫描结果，计算获得回波损耗指数，将满足回波损耗阈值范围的回波损耗指数对应的频点作为选择出的优选频点。例如回波损耗阈值范围为小于1瓦。

如图3所示，使用多频固态微波炉的加热方法包括：

步骤301，中控单元确定微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带，向多频信源发送用于指示工作频率和/或工作频带的第一指示信号并向频率选通开关发送选通工作频率和/或工作频带对应的功放单元的第二指示信号；

步骤302，多频信源从中控单元接收到第一指示信号后，产生频率为工作频率和/或位于工作频带的工作频率的微波信号，频率选通开关从中控单元接收到第二指示信号后，选通第二指示信号指示的功放单元；

步骤303，辐射单元接收多频固态源输出的微波信号，根据微波信号在微波炉腔激励出电磁场。

其中，

中控单元使用以下方法向频率选通开关发送选通工作频率和/或工作频带对应的功放单元的指示信号：向输入选通开关和输出选通开关发送选通同一功放单元的指示信号，同一功放单元是所述工作频率和/或工作频带对应的功放单元。

下面通过不同的实施方式说明加热方法的不同工作方式。

实施方式一

中控单元获知物体厚度，根据物体厚度检测到的物体厚度确定所述微波炉在工作过程中的工作频率和/或工作频带。

例如：中控单元维护厚度区间与工作频率的映射关系；厚度区间与工作频率的映射关系为：

0至2厘米，2450mhz

2至3.5厘米，915mhz

大于3.5厘米，433mhz

确定物体厚度所属的厚度区间，根据映射关系确定厚度区间对应的工作频率。

再例如：中控单元维护厚度区间与工作频带的映射关系；厚度区间与工作频带的映射关系为：

0至2厘米，2450-1000mhz～2450+1000mhz

2至3.5厘米，915-300mhz～915+300mhz

大于3.5厘米，433-100mhz～433+100mhz

确定物体厚度所属的厚度区间，根据映射关系确定厚度区间对应的工作频带。

或者，确定物体厚度所属的厚度区间，根据映射关系确定厚度区间对应的工作频带，选择一属于工作频带的频率。

实施方式二

中控单元确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带作为工作频带，在第二时段将第二频带作为工作频带，以此类推，在第m时段将第m频带作为工作频带，m为小于或等于n的整数，第一频带至第m个频带依次增高。

实施方式三

中控单元确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为m个时段，在第一时段将第一频带中的工作频点作为第一工作频点，在第二时段将第二频带中的工作频点作为第二工作频点，以此类推，在第m时段将第m频带中的工作频点作为第三工作频点，m为小于或等于n的整数，第一工作频点至第m工作频点依次增高。

实施方式四

中控单元从同一频带或者一个以上频带中选择出至少一个优选频点；确定所述微波炉的设定加热时长，将所述设定加热时长划分为x个时段，在所述x个时段中循环的使用所述至少一个优选频点作为相应时段的工作频率。

本发明的方案能够覆盖微波加热的所有频段，且能够解决加热均匀性差问题。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

1、使用固态源替代磁控管，实现输出功率稳定、系统安全、结构紧凑、高度集成控制；

2、通过一个多频固态源模块能够实现微波加热多种频段的覆盖，通过不同频率的灵活选择，达到最佳的加热效果；

3、多频固态微波炉可解决同一加热对象加热均匀性不高的问题；

4、多频固态微波炉可以解决不同加热对象穿透深度问题，通过不同频率的切换，使得加热的食材更为多样化。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。