通过移动辐射体控制微波加热的制作方法

相关申请

本申请根据35usc§119(e)要求于2017年8月15日提交的美国临时专利申请号62/545,608的优先权权益，所述申请的内容通过援引以其全文并入本文。

背景技术：

在本发明的一些实施例中，本发明涉及微波炉以及控制微波炉的方法，并且尤其涉及包括多个天线的微波炉。

微波炉通过将微波频率范围的电磁能施加到其中具有食物的腔来加热和烹饪食物。

微波炉倾向于在使用与标准烤炉相比较少的能量的同时快速地加热食物，但是难以由用户控制以实现期望的加热结果。例如，用户可能会多次停止加热过程以检查食物的状态。此外，微波炉倾向于不均匀地加热食物，这可能使得难以在微波炉中烹饪食物。例如，冷冻食物可能某些部分处被烹饪，而其他部分保持冷冻。

技术实现要素：

除非另外定义，否则在此使用的所有技术术语和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然可以使用与在此描述的那些相似或等同的方法和材料来实践或试验本发明的实施例，但是下文描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，本专利说明书(包括定义)将占据主导。另外，材料、方法和示例仅是说明性的并且不旨在一定是限制性的。

本发明的一些实施例的一方面包括一种用于通过微波能量对腔中的物体进行加热的装置。所述装置可以包括：

多个天线；

微波源，所述微波源被配置为经由所述多个天线向所述腔馈送微波能量；以及

多个辐射体，每个辐射体被配置为可控制地移动，以将所述源耦合到所述多个天线中的相应天线，或者将所述源与所述多个天线中的相应天线解耦。

在一些实施例中，每个辐射体处于通向所述腔的相应波导中。在一些此类实施例中，每个辐射体与所述波导电隔离。

在一些实施例中，所述装置进一步包括激发腔室，所述激发腔室可由来自所述微波源的微波激发，并且其中，所述多个辐射体中的每个辐射体被配置为通过所述多个天线之一将所述激发腔室耦合到所述腔。

在一些实施例中，所述激发腔室被构造为将来自所述微波源的微波有倾向性地引导朝向所述辐射体。

可替代地或另外地，所述装置可以进一步包括至少一个电动机，所述至少一个电动机被配置为独立于其他辐射体的移动而相对于所述腔来移动所述多个辐射体中的每一个。在一些此类实施例中，所述至少一个电动机中的每一个与所述辐射体电隔离。

在一些实施例中，所述天线以二维阵列布置。

在一些实施例中，所述装置可以进一步包括用户界面，所述用户界面被配置为允许用户提供通过所述多个天线中的不同天线不同地加热所述物体的指令。

在一些实施例中，所述装置可以进一步包括处理器，所述处理器被配置为：

选择所述天线中的至少一个；以及

控制所述辐射体中的至少一个移动，以使得每个所选天线耦合到所述微波源，并且每个未被选择的天线不耦合到所述微波源。

可替代地或另外地，所述装置可以进一步包括处理器，所述处理器被配置为：

基于经由所述用户界面提供的指令选择所述天线中的至少一个；以及

控制所述辐射体中的至少一个移动，以使得每个所选天线耦合到所述微波源，并且每个未被选择的天线不耦合到所述微波源。

在一些实施例中，所述装置可以进一步包括处理器，所述处理器被配置为：

接收通过所述多个天线中的不同天线不同地加热所述物体的指令；以及

基于所述指令控制所述多个辐射体的移动。

本发明的一些实施例的一方面可以包括一种用于通过装置对物体进行加热的方法，所述装置包括多个辐射体和微波源，所述微波源被配置为经由多个天线向所述腔馈送微波能量，每个天线被配置为通过所述多个辐射体中的相应辐射体耦合到所述腔。所述方法可以包括：

选择至少一个天线；以及

控制至少一个辐射体相对于所述腔移动，使得每个所选天线耦合到所述微波源，并且每个未被选择的天线不耦合到所述微波源。

在一些实施例中，每个辐射体处于通向所述腔的相应波导中，并且所述方法包括控制所述辐射体在所述波导中朝着所述腔与所述波导之间的开口移动或者远离所述开口移动。

在一些实施例中，所述装置包括激发腔室，所述激发腔室可由来自所述微波源的微波激发，并且所述方法包括控制所述辐射体移动，以使得所选天线耦合到所述激发腔室，并且未被选择的天线不耦合到所述激发腔室。

在一些实施例中，控制辐射体移动包括控制电动机来移动所述辐射体。

在一些实施例中，所述方法可以进一步包括：

接收通过所述多个天线中的每一个将所述物体加热到何种程度的指令；以及

基于所述指令控制所述多个辐射体的移动。

在一些此类实施例中，接收指令包括从用户界面接收指令，所述用户界面被配置为允许用户提供通过所述多个天线中的不同天线不同地加热所述物体的指令。

在一些实施例中，所述方法可以进一步包括：

监测通过每个天线耦合到所述腔的能量的量值；以及

将耦合的能量的量值与确定要耦合的能量的量值进行比较。可选地，控制所述多个辐射体的移动包括基于所述比较进行控制。

附图说明

本文仅通过示例的方式参考附图描述了本发明的一些实施例。现在详细地具体参考附图，所强调的是，所示出的细节是通过示例的方式、并且是出于对本发明的实施例的说明性讨论的目的。在这方面，结合附图进行的描述使得本领域技术人员清楚可以如何实践本发明的实施例。

在附图中：

图1a是根据本发明的一些实施例的对物体进行加热的微波炉的示意图；

图1b是根据本发明的一些实施例的微波炉的示意图；

图2是根据本发明的一些实施例的对物体进行加热的微波炉的示意图；

图3a和图3b是根据本发明的一些实施例的调谐构件可以如何影响场模式相对于各个辐射体的位置的示意图；

图4a、图4b和图4c是根据本发明的三个实施例的辐射体的三种不同布置的示意图；并且

图5和图6是根据本发明的一些实施例的用于对微波加热装置的腔中的物体进行加热的方法的两个流程图。

具体实施方式

概述

微波加热经常以难以控制的方式不均匀。本发明的一些实施例的一方面包括通过从多个不同的天线馈送微波来改善加热均匀性。在一些此类实施例中，每个天线有倾向性地对待加热物体的不同部分进行加热，并且与仅使用单个天线相比，可以改善总体加热均匀性。在一些实施例中，使用多个天线还可以用于以受控的方式不均匀地加热，例如，将待加热物体的一部分相比另一部分更多地加热。例如，在天线非常靠近物体的实施例中，例如，当物体位于搁置在天线上的托盘上或以其他方式保持靠近天线时，可以通过使用多个天线来促进这一点。天线对其紧邻的周围部分的加热多于物体的较远部分，因此控制一个天线加热而控制另一个天线不加热可以导致对物体的一部分(其靠近加热天线)的加热多于另一部分(其远离任何加热天线)。

如本文所使用的，术语微波是指在30mhz至30ghz之间(并且在大多数情况下是在400mhz至6ghz之间)的频率范围内的电磁辐射。根据本发明的一些实施例，用于加热的微波仅落在一个或多个ism频段内，例如，在433.05mhz与434.79mhz之间、在902mhz与928mhz之间、在2400mhz与2500mhz之间、和/或在5725mhz与5875mhz之间。ism频段是监管机构允许在有关允许从装置泄漏的辐射强度的相对宽松的限制下用于工业、科学和医学用途的频段。仅在这些频段内工作可以允许简化用于防止泄漏的手段。

通过根据本发明的实施例的装置加热的物体可以包括例如食品。在一些实施例中，物体可以包括布置在托盘上的预定位置处的多个冷冻食品，从而使得烤炉可以具有关于哪个食品位于腔中的哪个位置处的信息。

可以通过打开或关闭天线来实现通过不同天线(以及可选地，在不同时间通过不同天线)进行的加热。在一些实施例中，使用可移动辐射体来执行打开或关闭天线。辐射体辐射其从微波源(直接地或间接地)接收的微波信号。由辐射体辐射的信号可以或可以不耦合到被配置为向腔进行馈送的天线，这取决于辐射体相对于天线的位置。例如，在一些实施例中，腔具有开口，并且开口的边缘用作天线，所述天线向腔馈送由辐射体提供给天线的信号。在这种示例中，当辐射体靠近开口或甚至伸入到腔中时，可以将由辐射体辐射的信号提供给天线。另一方面，如果辐射体远离天线，则由辐射体辐射的信号可能不耦合到天线，并且因此也不能进入腔中。当来自微波源的信号到达天线时，天线被称为耦合到源，并且腔也是如此。

如本文所使用的，术语“辐射体”是指沿着rf传播路径的部件，所述路径是从rf功率源(例如，从放大器)到腔，并且其特征在于不存在辐射体时，不会有大量的rf功率进入腔中，并且也不会有大量的rf功率泄漏到装置外部。在此上下文下，“大量的”大于阈值，例如，大于在存在辐射体的情况下到达腔的功率的10％。例如，将rf功率源连接到烹饪腔的波导不被视为辐射体，因为移除所述波导会导致大量rf波泄漏到环境中。而且，将信号的各部分耦合到功率计的耦合器也不是辐射体，因为如果没有所述耦合器，大量的rf功率可能会到达腔，并且不会对环境造成特别的泄漏。在一些实施例中，在防泄漏结构中提供辐射体，所述防泄漏结构可以与辐射体一起形成天线。辐射体可以是但不一定是沿着传播路径最靠近腔的部件，其中，沿着波传播来测量接近度。这种辐射体在本文中可以被称为边缘辐射体。

仅当由源输出的大部分功率到达腔时，才存在辐射体与腔之间的耦合。如果大部分功率返回到辐射体，则可以认为没有辐射体耦合到腔。如果在辐射体与腔之间存在耦合，则仅当没有其他辐射体向腔馈送比给定辐射体显著更多的前向功率时才认为所述给定的辐射体耦合到腔。在此上下文下，“显著更多的”可以指两倍、多60％、多40％或任何中间或更大范围。如果辐射体在给定位置时所述辐射体耦合到腔，则所述辐射体的所述位置可以被认为是处于耦合位置。

微波“源”可以包括适合于生成微波范围内的电磁能的任何部件。在一些实施例中，源可以包括磁控管。可替代地或另外地，源可以包括固态振荡器(例如，压控振荡器)或合成器(例如，直接数字合成器)和/或固态放大器(例如，场效应晶体管)。

如本文所使用的，如果将机器(例如，天线)描述为被“配置为”执行特定任务(例如，被配置为向腔馈送)，则所述机器包括使机器能够执行特定任务的部件、零件或各方面(例如，软件、连接、位置、取向等)。在一些实施例中，所述机器可以在操作期间执行此任务。

如本文所使用的，腔可以是由电导体界定的任何空间，使得由源提供的至少一个频率在所述腔中谐振。在一些实施例中，当腔为空时，所述腔仅支持一种模式。在一些实施例中，空腔支持多种简并模式，即，所有支持的模式都可以以相同的频率激发并且属于相同的模式族。模式族可能是以下之一：横电(te)、横磁(tm)、横电磁(tem)和混合。

因此，本发明的一些实施例包括具有多个天线的微波炉，每个天线具有相应的辐射体。当天线要耦合到源时，将辐射体移动到天线与源耦合的位置。当天线要与源解耦时，将辐射体移动到天线与源彼此解耦的位置。

在一些实施例中，每个辐射体由其自己的源馈送。然而，在一些实施例中，存在单个源向所有天线或至少多个天线进行馈送。在一些此类实施例中，存在将信号从源引导到多个辐射体的波导。例如，源可以馈送单个波导(在本文也称为激发腔室)。激发腔室对于每个天线可以具有不同的开口，并且与天线相关联的辐射体移动以将激发腔室中的开口耦合到天线或者在它们之间解耦。

在一些实施例中，与用于加热的微波辐射的波长(在真空中)相比，天线与物体之间的距离可能较大。例如，距离可能是1个或多个波长。在一些实施例中，天线被布置为非常靠近待加热物体，例如，天线与物体之间的距离可能是波长的1/4或更小。如此短的距离可能导致物体在靠近辐射天线的区域与远离辐射天线的区域相比受热更多。这可以允许受控的不均匀加热。例如，如果要在烤炉中准备包含新鲜蔬菜和面食的菜肴，则可以将靠近蔬菜的天线与源解耦，并且将靠近面食的天线与源耦合，使得面食充分地加热，而蔬菜不加热或几乎不加热。在一些实施例中，移动辐射体以将源耦合到待加热区域附近的天线，并且将源与不加热的区域附近的天线解耦。在一些此类实施例中，源的频率以及天线和腔的结构可以被设计为主要或仅允许通过渐逝场加热，所述渐逝场在从天线到物体的途中呈指数衰减。在一些实施例中，所述装置可以被设计用于特定物体或具有特定特性的物体，其允许渐逝场在所述物体中的传播。物体的特定特性可以包括，例如，物体在用于加热的微波频率下的介电常数(例如，在20与60之间的相对介电系数)。特定特性的另一个示例可以是物体的最大深度(垂直于天线)。例如，可以将装置设计为主要处理厚度为0.5cm至5cm的物体。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解的是，本发明不一定限于其在以下描述中阐述的和/或附图中展示的部件和/或方法的构造细节和布置方面的应用。本发明能够具有其他实施例或以各种方式来实践或执行。

图1a是根据本发明的一些实施例的对物体101进行加热的微波炉100的示意图。烤炉100可以是用于烹饪食物的微波炉、或者是被配置成通过微波能量对腔中的物体进行加热的任何其他装置。微波炉100包括腔102，物体101将在所述腔中被加热。物体101可以如图所示位于腔的底面上，或者被承载在托盘(未示出)上，在一些实施例中，所述托盘可以是旋转托盘。腔102可以包括例如在腔的顶部105处的槽孔天线104a和104b。天线104可以将其从源110接收的辐射辐射到腔102中。在一些实施例中，源110可以包括磁控管，并且在一些实施例中可以包括固态微波源。在一些实施例中，可以控制源提供的微波信号的频率。天线可以包括例如槽孔天线(如图所展示)、单极天线、倒f天线(ifa)等。

来自源110的微波信号可以例如经由激发针(excitationpin)114在激发腔室120中激发电磁波。优选地，激发腔室120仅经由辐射体112a、112b以及对应的波导118a和118b耦合到腔102。例如，如果辐射体112a在波导118a外终止(如图中所描绘的)，则天线104a可以与激发腔室120解耦，并且因此也与源110解耦。如果辐射体112b在波导118b内终止并且足够靠近槽孔天线104b(如图中所描绘的)，则天线104b可以耦合到腔102，并且因此向腔馈送微波辐射。而且，每个辐射体112足够长，使得甚至当所述辐射体被推进到触及帽122时(参见辐射体112b)，所述辐射体的一部分还穿透到激发腔室120中。辐射体和隔离构件被设计为使得当辐射体用于两个结构之间(例如，激发腔室120与波导118a之间)的耦合时，在要耦合的每个结构中具有至少非隔离部分。另外，隔离部分被设计为总是具有在激发腔室120内的一部分以及在激发腔室外部的一部分(用于连接到电动机116a或116b)。电动机可以统称为电动机116。如本文所使用的，术语电动机可以涉及将动力提供给装置的任何部分(例如，提供给辐射体)的任何电驱动设备。电动机可以包括螺线管、线性电动机、线性致动器等(或采取其形式)。在一些实施例中，电动机可以允许将辐射体定位在两个预定位置(例如，耦合位置和解耦位置)中的一个。在一些实施例中，电动机可以允许将辐射体移动到多于两个位置，以允许所获得的耦合程度的更大灵活性、和/或允许调节耦合。在一些实施例中，在多于两个位置之间的移动可以是步进式的，例如，使用步进电动机。在一些实施例中，在多于两个位置之间的移动可以是连续的，例如，线性电动机或线性致动器。为了控制腔经由特定天线到源的耦合，可以移动相应的辐射体。例如，为了将天线104a耦合到源110，可以将辐射体112a朝着天线104a移动(在图中，这意味着向下)，并且为了将天线104b与源110解耦，可以将辐射体112b移动远离天线104b(在图中，这意味着向上)。在一些实施例中，每个辐射体具有被配置为将相应辐射体朝着相应天线以及远离相应天线移动的相应电动机116。

在一些实施例中，电动机116a和116b可以与辐射体112电隔离。例如，电动机可以仅经由隔离构件115物理地连接到辐射体。隔离构件115可以包括覆盖辐射体112的至少一部分的盖。在一些实施例中，隔离构件可以具有这种长度，即，即使当辐射体处于其最缩回位置时，辐射体112的非隔离部分也不会从激发腔室120中穿透出来，例如，类似于图中的辐射体112a。在一些实施例中，确保激发腔室120中的导电体仅从激发腔室120朝着腔102穿透。电动机可以由处理器(图1中未示出)控制。

在一些实施例中，每个辐射体处于通向所述腔的相应波导中。例如，波导118a和118b用于将来自激发腔室120的波分别引导到槽孔天线104a和104b。在一些实施例中，波导118a和118b通过帽122a和122b与腔102的内部分离。这可以允许保护辐射体免受腔中的热量和湿气的影响。在一些实施例中，在帽122a和122b不干扰辐射体到天线的耦合、不吸收由源提供的微波和/或不反射由源提供的微波的意义上来说，所述帽可以是微波透明的。

在一些实施例中，每个辐射体112与其附近的金属结构(例如腔102、激发腔室120和/或波导118)电隔离。例如，波导118或顶部105可以包括开口124，辐射体112通过所述开口进入腔102和/或波导118。开口124可以比辐射体112稍微宽一点，并且辐射体可以被布置成永远不会触及开口的边缘。在一些实施例中，开口124可以包括绝缘环(未示出)，从而确保辐射体与腔电隔离。类似地，激发腔室120可以包括开口126，以允许将辐射体112插入所述激发腔室中。在一些实施例中，每个辐射体112经过相应的开口126进入激发腔室120，并且继续经过开口124进入波导118(和/或腔102)。辐射体112还可以与开口126的边缘电隔离。

图1b是根据本发明的一些实施例的用于对物体(未示出)进行加热的微波炉100b的示意图。烤炉100b与图1a中展示的烤炉100类似，但是使用了倒f天线代替了烤炉100的槽孔天线。微波炉100b包括腔102，物体将在所述腔中被加热。腔102可以包括例如在腔的顶部105处的倒f天线104a和104b。天线104a和104b可以将其从源110接收的辐射辐射到腔102中。来自源110的微波信号可以例如经由激发针114在激发腔室120中激发电磁波。优选地，激发腔室120仅经由辐射体112a、112b(以及相应的波导118a和118b)耦合到腔102。例如，如果辐射体112a在波导118a外终止(如图中所描绘的)，则天线104a可以与激发腔室120解耦，并且因此也与源110解耦。如果辐射体112b在波导118b内终止(如图中所描绘的)，则天线104b可以耦合到腔102，并且因此向腔馈送微波辐射。提供开口130a和130b以允许天线104a和104b分别穿透到波导118a和118b中。开口124、126和130的直径都比从源110发射的任何波长小得多，以便对物体进行加热。

在一些实施例中，每个辐射体可以通过相应的波导耦合器耦合到相应天线。例如，波导耦合器118a和118b用于将来自激发腔室120的波分别引导到倒f天线104a和104b。在一些实施例中，每个辐射体112与其附近的金属结构(例如激发腔室120和/或波导耦合器118)电隔离。例如，波导耦合器118a和118b可以包括开口124，辐射体112通过所述开口进入波导。开口124可以比辐射体112稍微宽一点，并且辐射体可以被布置成永远不会触及开口的边缘。在一些实施例中，开口124可以包括绝缘环(未示出)，从而确保辐射体与腔电隔离。类似地，激发腔室120可以包括开口126，以允许将辐射体112插入所述激发腔室中。在一些实施例中，每个辐射体112经过相应的开口126进入激发腔室120，并且继续经过开口124进入波导118。辐射体112还可以与开口126的边缘电隔离。

图2是根据本发明的一些实施例的对物体101进行加热的微波炉200的示意图。烤炉200可以是用于烹饪食物的微波炉、或者是被配置成通过微波能量对腔中的物体进行加热的任何其他装置。图2中用相同的数字标记的部分通常与图1中的对应部分具有类似的结构和功能。然而，在烤炉200中，待加热物体非常靠近辐射体112a、112b和112c，因此所述物体可以通过近场效应进行加热。通常，当在将辐射体与物体分离的介质中传播时，如果物体101与其附近的辐射体的边缘之间的距离最多为加热辐射的1/4波长，则近场是突出的。在烤炉200中，物体101位于支撑件220之上。在一些实施例中，在支撑件220不吸收由源提供的微波的意义上来说，所述支撑件可以是微波透明的。例如，支撑件220可以由在2.45ghz的频率下具有介电常数6的玻璃制成。在2.45ghz的频率下，真空中的波长是12.25cm，并且在玻璃中：12.15cm/√6＝5cm。因此，如果玻璃厚度是5cm/4＝1.25cm或者更小，则近场效应可能是突出的。近场加热可以导致辐射体附近的有倾向性加热，并且因此可以通过选择合适的辐射体来获得选择性加热，所述辐射体中的每一个都在其附近有倾向性地进行加热。在一些实施例中，支撑件220确实吸收和反射了由源提供的微波，但是吸收系数和反射系数小于一些预定值，例如，吸收系数小于0.21/cm或小于0.11/cm或中间值或更小的值。然而，在一些实施例中，支撑件220可能影响微波朝着物体的散布：如果支撑件非常薄(例如，在大约1mm与大约3mm之间)，则物体将在天线附近被强烈地加热，而远离天线的加热少得多。如果支撑件较厚(例如，在大约30mm与大约100mm之间)，或者如果支撑件保持在天线上方的某个距离处，则场可能会散布在更大区域上，并且提供较小强度和较不集中的加热。在一些实施例中，可以调节支撑件相对于天线的位置。例如，腔102可以包括多个凹槽(未示出)，用于将支撑件的边缘装配到其中。在一些实施例中，可以存在第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件用于保护辐射体免受烤炉中的热量和湿气的影响；并且所述第二支撑件用于调节待加热物体的下侧与天线之间的距离。

在一些实施例中，待加热物体足够靠近天线(在图中如槽孔天线104所展示)，以允许主要在天线附近对物体进行加热。因此，可以通过由不同的天线不同地(例如，不同的时间和/或功率水平)进行加热来获得选择性加热。位于一个天线正上方的物体部分可以通过位于其下方的天线非常高效地加热，而被任何其他天线忽略。位于两个天线之间的物体部分可以通过所述两个天线中的每一个适度地加热。在一些实施例中，例如，在物体几乎与天线直接接触的实施例中，天线可以将来自激发腔室120的微波能量馈送到物体101，除了被物体占据的部分之外，腔102可以仅在名义上被馈送。

在一些实施例中，支撑件220可以代替(装置100的)帽122，从而保护辐射体免受腔中的热量和湿气的影响。在一些实施例中，支撑件220是静态的。在一些实施例中，支撑件220可以是可旋转的。如果支撑件旋转，则物体101可以在以支撑件的旋转中心为中心的不同环处被不同地加热。每个环的半径可以类似于相应辐射体112到旋转中心的距离。

来自源110的微波信号可以例如经由激发针114在激发腔室120中激发电磁波。在一些实施例中，激发腔室120仅经由辐射体112a、112b和112c耦合到腔102。例如，当辐射体被定位成其端部远离对应的槽孔天线时(例如，在图中辐射体104b和104c远离槽孔天线104b和104c)，所述天线与激发腔室120解耦，并且因此也与源110解耦。当辐射体112a被定位成其端部靠近槽孔天线时(例如，在图中辐射体112a靠近槽孔天线104a)，所述天线可以耦合到腔102，并且因此向腔馈送微波辐射。

在一些实施例中，可以在重叠的时间段将多于一个辐射体耦合到腔。在不对称的物体中，与一次耦合每个辐射体相比，这可能是不希望的，因为关于通过同时耦合的辐射体中的每一个馈送多少功率或能量方面，同时耦合提供了较小的控制程度，并且在一些实施例中甚至提供了较小的确定程度。然而，如果物体是对称的，并且特别是如果辐射体距物体较远(例如，与物体的距离大于波长)，则在重叠时间耦合两个天线可能会在物体内部造成干扰，并且可能允许对加热均匀性更好的控制。

为了控制腔经由特定天线到源的耦合，可以例如通过电动机116a、116b或116c(在本文中统称为电动机116)来移动相应的辐射体，并且可以例如通过处理器260来控制辐射体的运动。例如，在一些实施例中，处理器可以控制电动机以移动辐射体，使得每个辐射体在预定的时间段内移动到耦合位置，并且然后在预定的时间段内移动到解耦位置。在此上下文下，耦合位置是辐射体将与其对应的天线耦合到源的位置；并且解耦位置是辐射体未将与其对应的天线耦合到源从而使得源与天线解耦的位置。类似地，可以由处理器为每个辐射体分配耦合时间段(即，辐射体处于耦合位置的时间段)和解耦时间段(即，辐射体处于耦合位置的时间段)。在一些实施例中，只要任一个辐射体处于耦合位置，则其他辐射体都处于解耦位置。在一些实施例中，为每个辐射体分配相同的耦合时间段。耦合时间段可以比移动时间段长的多，所述移动时间段是将辐射体从耦合位置移动到解耦位置或在另一方向上移动所花费的时间段。例如，如果移动时间段的持续时间是2秒，则耦合时间段的持续时间可以为10秒、20秒、30秒、60秒或任何中间持续时间。在一些实施例中，解耦时间段是所有其他辐射体的总耦合时间段。例如，如果有6个辐射体，则每个辐射体的移动时间段是3秒，并且每个辐射体的耦合时间段是20秒，每个辐射体的解耦是100秒。

如本文所使用的，术语“处理器”可以包括对一个或多个输入执行逻辑操作的电路。例如，这种处理器可以包括一个或多个集成电路、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理器(cpu)的所有或一部分、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)或适用于执行指令或执行逻辑操作的其他电路。

由所述处理器执行的指令可以例如预先加载到所述处理器中或可以存储在分开的存储单元中，所述存储单元是诸如ram、rom、硬盘、光盘、磁介质、闪速存储器、其他永久性的、固定的或易失性存储器，或能够为所述处理器储存指令的任何其他机构。所述处理器可以被定制以用于特定用途、或可以被配置用于一般目的用途并且可以通过执行不同的软件而执行不同的功能。

如果采用了多于一个处理器，则所有的处理器可以具有类似的构造，或者它们可以具有彼此电连接或彼此不相连的不同构造。它们可以是分开的电路或被集成在单个电路中。当使用多于一个处理器时，它们可被配置为独立地或联合地操作。它们可以是电耦合、磁耦合、光耦合、声耦合、机械耦合的或是通过其他允许其相互作用的方式。

在一些实施例中，处理器260被配置为从用户界面270接收指令。用户界面270可以包括允许用户输入数据以供处理器260使用的输入系统。例如，用户界面可以包括键盘、旋钮、按钮、触摸屏、机器可读元件的读取器等。机器可读元件的示例包括条形码、qr码和rfid。在一些实施例中，用户界面270可以包括被配置为向用户呈现待加热产品的标识符的屏幕。标识符可以包括例如图像、图标和/或名称。在一些实施例中，标识符可以响应于用户通过用户界面输入的数据。例如，用户可以从待加热食品的包装读取条形码，并且屏幕可以呈现用条形码编码的这种产品的图像。例如，条形码可以是某种电视晚餐的条形码，而图像可以是这种典型的电视晚餐的图像。在一些实施例中，标识符可以基于由集成到装置中的相机(例如，嵌入到腔102的壁中的相机)拍摄的图像。相机可以产生腔内的物体的图像(或者，在相机位于腔外的实施例中，产生面对相机的物体的图像)。用户界面270还可以允许用户标记标识符的各个部分，并且为每个部分提供加热指令。例如，用户可以用烹饪指令标记标识符的一部分，并且仅用解冻指令标记另一部分。

在一些实施例中，处理器260被配置为例如基于经由用户界面270从用户接收的指令来确定每个天线附近的物体要吸收的能量的量值。在一些实施例中，此量值对于所有天线是相同的，因此加热被设计为大体上均匀的。在一些实施例中，处理器260可以确定与所述天线中的不同天线相邻的物体部分将吸收不同量值的能量，以实现不均匀的加热或调整物体的不同部分的不同加热容量。在一些实施例中，处理器可以监测当物体由每个天线加热时所述物体吸收的能量的量值。在一些实施例中，使用四端口耦合器280和分别测量四个端口中的每个端口处的功率的功率计(未示出)来执行此类测量。四个端口可以相对于彼此定位，因此它们可以测量从源到腔的前向功率(f)、从腔到源的后向功率(b)、前向功率与后向功率之和(f+b)以及所述和的复共轭(f+ib)。一些其他布置可能同样有帮助，例如，测量f、b、f+b以及(f-ib)；f、b、f-b以及(f-ib)；f、b、f-b以及(f+ib)等。这些布置中的每一个允许计算实际前向功率(f实际)和实际后向功率(b实际)，即使所述测量例如由于耦合器280的低方向性而是不准确的。在一些实施例中，可以由处理器260例如通过从前向功率减去后向功率(f实际-b实际)来评估由物体吸收的功率的量值(p吸收)。然后可以由处理器260评估所吸收的能量的量值，例如，通过随时间对吸收的功率进行积分。所吸收的能量的量值可以与所述天线中的每一个相关联(或者类似地，与对应于天线的辐射体中的每一个相关联，或者与对应天线附近的物体部分中的每一个相关联)。这可以通过分别簿记在每个辐射体的耦合时间段期间吸收的能量来完成。

在一些实施例中，处理器260可以被配置为比较与所述天线中的每一个相关联的所吸收能量的量值，并且相应地控制加热参数。当每个辐射体处于耦合位置时，加热参数可以包括例如辐射体的移动和/或由源提供的功率水平。在一些实施例中，处理器260可以例如基于通过用户界面270接收的指令来确定需要在每个辐射体必须向物体提供相同量值的能量(例如，100kj)的意义上的均匀加热。处理器可以通过以下方式开始加热：用处于耦合位置的每个辐射体以全功率一次加热10秒，例如，用处于耦合位置的辐射体112a(并且其他辐射体处于解耦位置)加热10秒；然后用处于耦合位置的辐射体112b加热10秒等。同时，处理器可以监测通过每个天线吸收的能量的量值。如果看起来物体从所述天线之一吸收的能量比从其他天线吸收的能量多，则处理器可以缩短此天线的耦合时间段、和/或延长其他天线的耦合时间段。当确定所吸收能量的量值可能在不同天线之间不同时，可以应用类似的考虑。通常，将所评估的在实践中吸收的能量的量值与计划要吸收的能量的量值进行比较，并且调整耦合时间段以补偿揭示在所测量的吸收的量值与计划要吸收的量值之间的差。在一些实施例中，当计划要从通过某个天线提供的能量中吸收的能量的量值等于在实践中从通过所述天线提供的能量中吸收的能量的量值时，停止用所述天线加热。

在一些实施例中，电动机116可以与辐射体112电隔离。例如，电动机可以仅经由隔离构件115物理地连接到辐射体。隔离构件115a、115b和115c中的每一个(在本文中通常称为隔离构件115)可以包括覆盖辐射体112的至少一部分的盖。在一些实施例中，隔离构件可以具有这种长度，即，即使当辐射体处于其最缩回位置时，辐射体112的非隔离部分也不会从激发腔室120中穿透出来，例如，类似于图中的辐射体112b。在一些实施例中，确保激发腔室120中的导电体仅从激发腔室120朝着腔102穿透，并且永远不会在相反的方向上。

在一些实施例中，每个辐射体处于通向腔的相应波导中，如图1所描绘。在图2描述的实施例中，辐射体共享公共波导230。波导230仅经由开口224a、224b和224c(在本文中统称为(多个)开口224)耦合到激发腔室120。可以通过金属壁(例如，金属壁232和234)将波导230划分成多个部分，所述金属壁操作用于在天线之间进行分离。在图中，壁232在天线104a与104b之间进行分离，并且壁234在天线104b与104c之间进行分离。在通过所有天线向腔馈送相同频率的微波辐射的实施例中，波导230(其可以是分开的波导)的各部分全部具有大体上相同的尺寸。

类似地，每个辐射体112可以与电动机116(并且更一般地，与装置200周围的环境)电隔离。例如，激发腔室120可以包括开口(在图2中未明确地标记)，辐射体112通过所述开口离开激发腔室120的底侧。辐射体可以被布置成永远不会触及激发腔室120。在一些实施例中，开口可以包括绝缘环(未示出)，从而确保辐射体与激发腔室电隔离。在一些实施例中，每个辐射体112经过相应的开口进入激发腔室120，并且继续经过开口224进入波导230。

在一些实施例中，装置200可以进一步包括调谐构件250，所述调谐构件被配置为改变激发腔室120内的电磁场分布。调谐构件可以具有隔离部分255，所述隔离部分在(导电的)调谐构件与被配置为移动所述调谐构件的电动机116t之间进行隔离。在一些实施例中，调谐构件250还与激发腔室120的主体或装置200的任何其他导电部分隔离。在一些实施例中，激发腔室120被构造为将来自微波源的微波有倾向性地引导朝向辐射体。例如，激发腔室120可以包括静态调谐构件(未示出)，所述静态调谐构件可以增强激发腔室与开口124之间的匹配。静态调谐腔室可以包括与装置200的任何金属部件隔离的浮动调谐构件、电连接到激发腔室120或装置200的其他金属部件的接地调谐构件、或者浮动的静态调谐构件和接地的静态调谐构件两者。

在一些情况下，无论辐射体相对于天线的位置如何，辐射体可能都无法使源和物体耦合。例如，如果辐射体恰好位于激发腔室120中生成的电磁场中的某个节点上，如图3a象征性地展示的，则可能发生这种情况。如本文所使用的，节点是其中场强具有局部或全局最小值的区域。在图中，辐射体附近的电磁场由正弦线310表示，所述正弦线描述了场强。如可以看到的，辐射体112a位于场强最小的区域。在这种情况下，辐射体112a几乎不能将来自源110的任何量值的能量耦合到物体101。辐射体112b处于场最大值处，并且因此可以将物体有效地耦合到源，但是所述辐射体相对于开口224的位置不允许发生显著的耦合。例如，将调谐构件移动到如图3b所展示的位置可能会导致场发生变化，使得辐射体112a和112c处于场最大值处，并且辐射体112处于耦合位置，因此它将物体高效地耦合到源。在一些实施例中，即使移动调谐构件250没有如图3a和3b那样极大地改变耦合，耦合也确实取决于调谐构件的位置。在一些实施例中，可以测量耦合(例如，通过测量吸收的功率(p吸收)与前向功率(f)之间的耗散率(d))。在一些合理的假设下，d＝(f实际-b实际)/f实际。在一些实施例中，可以移动调谐构件以例如通过反复试验找到调谐构件250的耗散率最大的位置。

图4a至图4c描述了根据本发明的三个实施例的辐射体的三种不同布置。图4a是图1所示的激发腔室120的顶部125的示意图。所述图示出了开口126a和126b以及开口414，激发针114可以通过所述开口伸入激发腔室120中。开口不一定关于激发腔室120的边缘对称。例如，在附图中，开口126a与激发腔室120的左壁之间的距离da比开口126b与激发腔室的右壁之间的距离db短。在一些实施例中，选择辐射体位置，使得每个辐射体在腔中激发不同的模式，例如，当腔为空时。

图4b是另一实施例中的激发腔室120的顶部125的示意图。图4b涉及具有圆柱形形状的装置。相比于非简并腔中在给定数量的频率下可激发的场模式的数量，圆柱形(或其他简并的)激发腔室通常允许在相同频率下激发更大数量的场模式。在辐射体远离待加热物体(例如，大约1个波长或更大的距离)的烤炉中尤其如此。所述图示出了用于激发针114的开口414；用于调谐构件250的开口450以及用于四个辐射体的开口224a至224d。这里，开口也不一定以对称的顺序布置。例如，每个辐射体开口可以距激发腔室120的圆形边缘不同的距离。在一些实施例中，用于磁控管针的开口大于用于辐射体的开口，但并非一定是这样的情况。

图4c是根据本发明的实施例的装置中的激发腔室的壁(例如，顶部、底部或侧壁)的示意图。所述图示出了用于激发针(例如，114)的开口414以及用于以二维阵列布置的辐射体的10个开口412。辐射体的二维阵列可以允许在控制哪些区域被加热和哪些区域不被加热时获得得更大的灵活性。凭经验而言，在待加热物体上的每个表面区域具有多个辐射体可能是有利的，尤其在要利用近场效应的情况下。因此，如果烤炉本身是长且窄的(例如，纵横比为5:1)，则辐射体的一维阵列(例如，线)可能就足够了。如果纵横比较小(例如，在5:2与1:1之间)，则辐射体的二维阵列可能比一维阵列更有效。

图5是根据本发明的一些实施例的用于对微波加热装置的腔中的物体进行加热的方法的流程图500。可以使用包括如上(例如，在图1或图2的上下文中)所描述的多个辐射体和微波源的装置来执行所述方法。更详细地，所述装置可以包括被配置为经由多个天线向腔馈送微波能量的源，并且每个天线可以被配置为通过多个辐射体中的相应辐射体耦合到腔。流程图500包括：框502，其中选择至少一个天线；以及框504，其中至少一个辐射体被控制为相对于腔移动，使得每个所选天线都耦合到微波源，并且每个未被选择的天线不耦合到微波源。在一些实施例中，重复步骤502和504，其中在每次重复中选择不同的天线。例如，所述方法可以包括通过所有天线进行加热，但是一次仅用一个天线加热。在这种方法中，在每次重复中，可以选择不同的天线，并且针对每个天线可以至少重复一次步骤502和504。在一些实施例中，在多个周期中一个接一个地选择天线，其中，在每个周期中选择一个或多个天线。可以提前给出在每个周期选择哪个天线的指令，并且在一些实施例中，可以由处理器基于从功率计(例如，功率计114)或从其他传感器(诸如温度传感器、湿度传感器等)接收的反馈来确定所述指令。例如，处理器可以不选择与太大的反射相关联的天线，使得提高了加热效率。在一些实施例中，天线的选择可以基于例如经由用户界面接收的指令。例如，如果指令是根本不对位于所述天线中的一个天线附近的物体部分进行加热，这可能会影响框502的天线选择，例如，导致在这些指令下此天线永远不会被选择用于对物体进行加热。

在一些实施例中，选择可以基于来自物体的温度反馈。例如，可以测量每个天线附近物体的温度，并且是否选择天线的决定可能受到从天线附近接收的温度读数与天线附近的物体部分的目标温度之间的差的影响。可以例如通过用户界面接收目标温度。

在一些实施例中，选择可以基于与在物体的各个部分中吸收的能量的量值有关的反馈。例如，通过给定天线提供的前向功率与同时通过同一天线接收的后向功率之间的差可以指示由所述给定天线附近的物体部分吸收的功率。可以随时间对这种指示的功率进行积分以告知该物体部分吸收了多少能量。通过分别求和位于每个天线附近的物体部分所吸收的能量，可以估计由物体的每个部分吸收的能量的量值。是否选择天线的决定可能受到所估计的在物体部分中吸收的能量的量值与所指示的要在该物体部分中吸收的能量的量值之间的差的影响。可以例如通过用户界面接收指令。

在一些实施例中，可以基于在这些辐射体中的每一个独立地耦合到腔的情况下所测量的反射来选择辐射体。例如，在一些实施例中，仅选择其到腔的耦合与小于阈值的反射相关联的辐射体。阈值可以是例如0.1、0.25、0.5或中间数。

在一些实施例中，像例如在图1所示的实施例中，每个辐射体处于相应的波导中，并且每个相应的波导具有通向腔的开口。在一些此类实施例中，与框504有关的控制可以包括控制辐射体在波导中朝着腔与波导之间的开口移动或者远离所述开口移动。

在一些实施例中，所述装置包括激发腔室，所述激发腔室可由从微波源出射的微波激发。在一些此类实施例中，将天线耦合到源是通过将天线耦合到激发腔室来实现的，并且框504的控制可以包括控制辐射体移动，以使得所选天线耦合到激发腔室，并且未被选择的天线不耦合到激发腔室。

框504的控制可以包括控制不同的电动机移动要移动的每个辐射体，或者控制允许一起控制若干个辐射体的移动的任何其他机构，例如曲轴或凸轮轴。

图6是根据本发明的一些实施例的用于对微波加热装置的腔中的物体进行加热的方法的流程图600。流程图600包括框602，其中例如经由用户界面接收加热指令。加热指令可以包括获得一些最终加热结果的指令。例如，加热指令可以包括均匀地对物体进行加热的指令。在一些实施例中，指令可以更详细，并且包括使物体的每个部分吸收相同量值的能量或加热到相同温度的指令。在物体的不同部分具有相同的热容量的情况下，最后两个选项(即，以相同的能量量值进行加热的指令和加热到相同温度的指令)是等效的。可以按照物体的不同部分(每个部分位于不同天线的附近)给出与不同部分相关的加热指令。

在一些实施例中，加热指令可以包括将物体的不同部分加热到不同温度和/或使物体的不同部分吸收不同量值的能量的指令。在一些实施例中，指令可以包括经历两个或更多个阶段的指令，使得每个步骤由物体整体、物体的某个部分或物体的不同部分中要吸收的特定rf功率来表征。在一些实施例中，每个步骤可以由物体整体、物体的某个部分或物体的不同部分要达到的温度来表征。例如，指令可以是首先解冻食物部分，并且然后烹饪冷冻的食物部分。解冻阶段可以由第一组指令来表征，并且烹饪阶段可以由另一组指令来表征。每个步骤的停止标准不一定取决于所吸收的能量的量值或达到的温度。相反，任何可测量的条件都可以用作停止标准。例如，当所述天线之一的s参数达到某个值或越过给定阈值时，可以完成某个阶段。在一些实施例中，阶段的停止标准可以包括系统的s矩阵的目标值。类似地，s参数或矩阵中的变化(例如，随时间的变化)可以用作阶段的停止标准。

流程图600还包括框502，其中选择天线用于将微波能量传输到物体中。天线的选择可以基于在602处接收到的指令，例如，如以上关于流程图500所描述的。

流程图600还包括框604，其中基于在602处接收到的指令来控制多个辐射体的移动。

在前面的示例性实施例的描述中，出于将本披露连成整体的目的而将各种特征一起组合到单个实施例中。这种披露方法不应被解释为反映所要求的发明需要比每项权利要求中所明确叙述的特征多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，创造性方面在于比单个前述披露的实施例的所有特征更少。因此，所附权利要求特此结合到这个具体实施方式中，其中每项权利要求作为本发明的单独的实施例而独立存在。

此外，本领域的普通技术人员通过考虑说明书和本披露的实践将明白，可以对所披露的系统和方法作出各种修改和改变而不脱离所要求保护的发明的范围。例如，一种方法的一个或多个步骤和/或一种装置或设备的一个或多个部件可以被省略、改变或替换，而并不脱离本发明的范围。因此，说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，而本披露的实际范围由所附权利要求以及其等效物来指示。