专利名称：损耗剖面分析的制作方法
损耗剖面分析
本申请要求以下各案的权益于2010年5月3日提交的第61/282，980号美国临时 专利申请；于2010年5月3日提交的第61/282，981号美国临时专利申请；于2010年5月 3日提交的第61/282,983号美国临时专利申请；于2010年5月3日提交的第61/282，984 号美国临时专利申请；于2010年5月3日提交的第61/282，985号美国临时专利申请；以及 于2010年5月3日提交的第61/282，986号美国临时专利申请。这些申请中的每一者都以 全文完全结合在此。技术领域
本申请涉及用于施加电磁能给物体的设备和方法。
背景技术：
电磁波一般用于施加能量给物体。典型地，这样的物体位于被配置为接收电磁能 的腔体中。然而，由于电磁场分布可能取决于物体的性质(例如，物体的大小)、位置和定向 以及施加能量的源的特性，所以通常难以用可控的方式施加电磁能。电磁能施加装置的一 个实例是微波炉。在微波炉中，使用微波通过空气将来自能量源的电磁能施加给物体。随 后，电磁能被物体吸收并且转化为热能，从而使物体的温度升高。微波炉不能区分加热空间 中的一个区与另一个区，而将受控的能量量值递送到这些区。也就是说，对于正被加热的物 体，典型的微波炉是“盲的”，并且既不能分辨物体的位置又不能分辨其能量吸收特性。发明内容
本披露的一些示例性方面可针对一种用于将电磁能施加给能量施加带中的物体 的设备和方法。该设备可包括至少一个处理器，该处理器被配置为使得将电磁能以多个电 磁场场图施加给能量施加带中的物体。该处理器可进一步被配置为针对该多个场图中的每 一者而确定在能量施加带耗散的功率量值。处理器也可被配置为基于当该多个场图施加到 能量施加带时耗散的功率量值，而确定能量施加带的至少一部分上的能量吸收特性的空间 分布。
处理器可进一步被配置为基于与多个场图中的每一者关联的电磁场强以及在多 个场图中的每一者下能量施加带中耗散的功率中的至少一者，来计算能量吸收特性的分 布。
在此所使用的物体(例如，处理器)被描述为被配置为执行某个任务(例如，计算分 布)，前提是(至少在一些实施方案中)该物体在操作中确实执行此任务。类似地，当某个任 务(例如，控制电磁能的分布)被描述为用来实现某个目标结果(例如，为了将多个电磁场场 图施加给物体)时，这意味着(至少在一些实施方案中)执行该任务可实现该目标结果。
在一些实施方案中，处理器可被配置为反复确定能量吸收特性的分布。能量吸收 特性分布的两次确定之间的时延，例如，两次连续的确定之间的时延，可为先前两次确定中 所测量的分布之间的差的幅度的函数。例如，第二次与第三次确定之间的时延可为第一次与第二次确定中所测量的分布之间的差的幅度的函数。在一些实施方案中，两个分布之间 的差的幅度可被确定为这两个分布的函数。这样的函数的实例可包括这两个分布中施加到 给定位置的能量的量之间的差，以及在某区上的多次分布之间的能量差的平均值。可替代 地或额外地，能量吸收特性分布的两次连续确定之间的时延可为物体的特性的函数。
此外，处理器可被配置为基于能量吸收特性的分布使得将不同的能量量值施加到 能量施加带的不同部分。处理器也可被配置为使受控的能量量值在物体中的不同位置处被 吸收。
本披露的一些不例性方面可针对一种用于将电磁能施加给物体的设备和方法。该 设备可包括一个电磁能来源。此外，该设备可包括能量施加带。此外，该设备可包括至少一 个处理器。该处理器可被配置为使电磁能以多个电磁场场图被施加给能量施加带中的物 体。该处理器也可被配置为针对该多个场图中的每一者而确定在能量施加带中耗散的功率 量值。此外，该处理器可被配置为基于当该多个场图施加到能量施加带时耗散的功率量值 而确定物体的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
本披露的一些示例性方面可针对一种用于经由至少一个辐射元件将射频范围中 的电磁能(RF能量)施加到能量施加带的设备和方法。该设备可包括至少一个处理器。该 处理器可被配置为控制RF能量的分布，以使至少两个互不相同的电磁场场图被施加到能 量施加带。此外，该处理器可被配置为针对电磁场场图中的每一者而确定在能量施加带中 耗散的功率量值。此外，该处理器可被配置为基于针对每个场图所确定的功率量值，而确定 能量施加带的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
前面的概述仅旨在为读者提供本发明的几个方面的简述，而不旨在以任何方式限 制所要求发明的范围。此外，应理解，前面的大体描述以及以下的详细描述都只是示例性和 说明性的，而不限制所要求的发明。应指出，术语“示例性”在此以充当实例、例子或例证的 意义来使用。
结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图，图示了本发明的各实施方案和 示例性方面，并且与描述一起阐明了本发明的原理。在附图中
图1是根据本发明的一些示例性实施方案的用于施加电磁能到物体的设备的示 意图2图示了根据本发明的一些示例性实施方案的满足模态条件的模态腔体；
图3A和图3B图示了与本发明的一些实施方案一致的模态腔体中的示例性场图3C和图3D图示了与本发明的一些实施方案一致的模态腔体中的示例性场图4图示了与本发明的一些实施方案一致的示例性调制空间；
图5A是根据本发明的一些实施方案的被配置为对供应给能量施加带的电磁波执 行频率调制的设备的示意图5B是根据本发明的一些实施方案的被配置为对供应给能量施加带的电磁波执 行频率调制的设备的另一示意图6是根据本发明的一些实施方案的被配置为对供应给能量施加带的电磁波执 行相位调制的设备的示意图7A是根据本发明的一些实施方案的被配置为对供应给能量施加带的电磁波执 行振幅调制的设备的示意图7B是根据本发明的一些实施方案的被配置为对供应给能量施加带的电磁波执 行振幅调制的设备的另一示意图8A至图SC图示了根据本发明的一些实施方案的示例性能量施加带离散化策 略；
图9图示了与本发明的一些实施方案一致的以图像形式的示例性损耗剖面；
图1OA和图1OB图示了与本发明的一些实施方案一致的以查找表形式的示例性损 耗剖面；
图11是与本发明的一些实施方案一致的施加电磁能到能量施加带的示例性步骤 的流程图12A至图12C图示了可在能量施加带中激发的模式的场强分布；
图13A和图13B示出可在腔体中以同一频率激发的两种模式的归一化电场幅度的 计算值；
图14是根据一些实施方案的被配置为基于来自能量施加带的反馈而构建损耗剖 面的处理器的简化框图。
具体实施方式
一些实施方案的示例性方面包括确定能量施加带的损耗剖面。损耗剖面可为介电 性质从能量施加带中的一处到另一处改变的方式的任何表示。能量施加带可为电磁能可施 加到的任何体积的空间。能量施加带可为空的，或可包括物体或物体的一部分。能量施加 带中的物体可占据该带的全部或部分。
损耗剖面的一个实例可为图或表，该图或表示出介电常数或任何其他吸收性质和 /或与能量施加带内的给定位置相关联(例如随到给定点的距离而变)的有关参数。损耗剖 面的另一实例是三维图，其中能量施加带中具有不同能量吸收性质的体积部分显现出不同 的颜色。随能量施加带中的位置而变的这些或其他介电/吸收性质中的一者或多者的任何 其他表示可用作损耗剖面。此外，术语“损耗剖面”可指一个或多个介电性质的空间分布的 近似。例如，实际空间分布可在某个有限的精确度下计算、模拟或测量，以获得损耗剖面，该 精确度有时可能相当低。
在一些实施方案中，损耗剖面可由电子数字处理器来确定。该处理器可通过对检 测器所收集的数据(或表示数据的信号)应用特定的规则(例如，计算)来确定损耗剖面，该 检测器可放在能量施加带的内部、附近和/或外部。损耗剖面可通过运行计算机程序来确 定，该计算机程序使用此数据作为输入并且提供损耗剖面作为输出。该数据可包括表示给 定位置处的电磁能的吸收的任何值。在一些实施方案中，电磁能可通过在该带中激发不同 的电磁场场图而供应给能量施加带，并且该数据可包括当激发不同的场图时检测到的能量 可吸收性的不同值。在能量施加带中激发场图可通过向能量施加带施加电磁波而实现，该 电磁波具有特定频率、相位和/或对应于场图的其他特性。在此所使用的术语“激发”可与 “产生” “生成”和“施加”互换。
例如，如果能量施加带由两个区组成，一个吸收能量，另一个基本上不吸收能量，那么只与第一区重合的场图将被吸收，而只与第二区重合的场图将不被吸收。因此，这两个 区的位置可从哪些场图引起能量吸收以及哪些场图不引起能量吸收的信息来推断出。在更 复杂的情况下，如下文所论述，可通过求解(例如)等式(I)来应用类似的考虑方案。
现将详细参考本发明的示例性实施方案，附图中图示了这些实施方案的实例。适 当的时候，在附图中使用相同参考数字来指代相同或相似的零件。
如图1、图5A、图5B、图6、图7A和7B所示，本发明的实施方案可包括电磁能的源 (例如，包括电源12和/或振荡器22、26等结构)。该来源可由处理器30来调节，以使能量 可施加到能量施加带。诸如电源12和振荡器22、26等结构可用于经由一个或多个辐射元 件18来施加电磁能到位于能量施加带中的负载(诸如物体50)，该能量施加带在图中图示 为腔体20。处理器30可被配置为控制电磁能的分布。例如，处理器可直接控制该来源。可 替代地或额外地，处理器30可控制从该来源发出的或在该来源下游的信号。
处理器30可被配置为控制电磁能的空间分布，以使多个电磁场场图施加给能量 施加带中的物体。如稍后更详细地论述，通过更改可影响能量施加带中的场图的一个或多 个可变参数(例如，频率、振幅等，在此被称为“调制空间元素”(MSE))，可改变能量施加带中 (例如，腔体20中)的场图。因此，这些变量的连续调整可引起施加到能量施加带20的场图 的相关连续变化。
场图的此类变化通常影响物体的吸收，因为(例如)不同的场图可在物体中不同地 被吸收。例如，将在与物体重合的的区域处具有高能量强度的场图改变为在与物体重合的 区域处具有较低能量强度的场图可减少由物体吸收的能量的量。图3A和图3B是说明性的， 它们各自在概念上描绘不同的场图。在图3A中，场图的高强度区域62 (也叫作“热点”)与 物体66重合。相比之下，对于图3B的场图，不存在与物体66的此类重合。因此，物体66 在施加图3A的场图时很可能比在施加图3B的场图时吸收更多能量。
如稍后更详细论述，未吸收能量可被反射或否则透射到辐射元件18并且使用检 测器40来检测。通过从检测器40接收信号，对于每个施加的场图，该处理器能够计算在能 量施加带20中耗散的功率量值。并且通过聚集在各个场图中由能量施加带耗散的功率量 值，处理器30随后可确定该物体的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
能量吸收特性的所确定的空间分布(也可称为所确定的损耗剖面)可充当对随着 能量施加继续物体可如何吸收能量的指示符。因此，一旦能量吸收特性剖面已知或已估计 出，处理器就能够控制能量施加，以实现物体中希望的能量吸收剖面。
当与物体50的能量吸收有关的反馈信息同关于引起反馈的多个已知场图的信息 组合时，处理器30能够估计能量施加带20中物体50的位置。因此，通过一系列反复的所施 加场图，处理器30能够识别存在负载的区域以及不存在负载的区域。通过聚集此信息，可 确定负载的大体位置。并且随着所施加的场图的量以及相关的反馈增加，分辨率可提高。在 一些实施方案中，分辨率可提高到可构造负载的物理轮廓(包括，例如，它的外形)的程度。
在某些方面，本发明可涉及用于将电磁能施加到能量施加带中的物体的设备和方 法。在此所使用的术语“设备”用其最广泛的意义可包括在此所描述的任何部件或部件群 组。例如，在此广泛使用的“设备”可以只是指处理器，诸如处理器30，例如在图1和图5A、 图5B、图6、图7A以及图7B中所示。可替代地或额外地，“设备”可包括以下各项的组合 一个处理器以及一个或多个辐射元件；一个腔体以及一个或多个辐射元件；一个电磁能来源；一个处理器、一个腔体、一个或多个辐射元件以及一个电磁能来源；或在此所描述的部 件的任何其他组合。
在此所使用的术语“电磁能”包括电磁谱的任何或所有部分，包括但不限于，射频 (RF)、红外线(IR)、近红外线、可见光、紫外线等。在一些情况下，所施加的电磁能可包括具 有IOOkm到Imm的波长的RF能量，IOOkm到Imm的波长分别是3KHz到300GHz的频率。在 一些情况下，可施加在较窄频率范围内的RF能量，例如，IMHz-lOOGHz。例如，微波和超高频 (UHF)能量都在RF范围内。尽管在此结合RF能量的施加来描述本发明的实例，但是提供这 些描述是为了说明本发明的少量示例性原理，而不旨在将本发明限制为电磁谱的任何特定 部分。然而，所描述的方法和设备尤其可用于处理小于所施加电磁能的波长的物体。此外， 所描述的方法和设备尤其可用于能量施加带包含模态腔体的情况，如下所定义。
类似地，本披露含有用于加热的电磁能的多个实例。同样，提供这些描述是为了说 明本发明的示例性原理。所描述和要求的本发明可为涉及能量施加的各种产品和工业、商 业以及消费过程提供益处，不管能量的施加是否导致温度的上升。例如，电磁能可施加到物 体用于加热、燃烧、解冻、除霜、烹调、弄干、加速反应、膨胀、蒸发、熔化，引起或改变生物过 程、医学治疗、防止冻结或冷却、将物体保持在希望的温度范围内，或希望施加能量的任何 其他应用。
此外，对电磁能所施加到的“物体”(也称为“负载”)的提及不限于特定形式。“物 体”可包括液体、固体或气体，这取决于本发明用于的特定过程，并且物体可包括处于一个 或多个不同相的物质的组合物或混合物。此外，尽管术语“物体”为单数，但它可指多个物 品或分开的零件或部件。因此，作为非限制性实例，术语“物体”可包括这样的物质，如待 解冻或烹调的食物；待弄干的衣物或其他材料；待解冻的冰冻材料(例如，器官)；待反应的 化学品；待燃烧的燃料或其他可燃材料；待脱水的含水材料；待膨胀的气体；待解冻、加热、 煮沸或蒸发的液体；待解冻和/或加温的血液或血液成分(例如，血浆或红血球)；待制造的 材料；待连接的部件；或希望(甚至是名义上地)施加电磁能的任何其他材料。
根据本发明的一些实施方案，一种设备或方法可涉及“能量施加带”的使用。能量 施加带可为在其中可施加电磁能的任何空处、位置、区或区域。它可包括空穴，和/或可用 液体、固体、气体或其组合来填充或部分地填充。只作为实例，能量施加带可包括罩壳的内 部、部分罩壳的内部(例如，传送带式烤炉)、管道的内部、开放空间、固体或部分固体，其允 许电磁波的存在、传播和/或谐振。该区可为固定的或可为临时构成用于施加能量的。为 便于论述，所有这样的替代性能量施加带可替代性地称为腔体，应理解术语“腔体”暗示除 了可在其中施加电磁能的区域以外没有其他特定的物理结构。
能量施加带可位于烤炉、腔室、储槽、干燥器、解冻器、脱水器、反应器、熔炉、厨柜、 引擎、化学或生物处理设备、焚化炉、材料塑形或成形设备、传送带、燃烧区或可能希望施加 能量的任何区域中。因此，与一些实施方案一致，电磁能施加带可为电磁谐振器(也称为腔 体谐振器、谐振腔体或简称为“腔体”)。当物体或其一部分位于能量施加带中时，电磁能可 递送给物体。
能量施加带可具有预定的形状或者是否则可确定的形状，只要其空间形式或外形 的物理方面在施加能量的时候是已知的。能量施加带可采取准许电磁波在能量施加带内传 播的任何形状。例如，所有或部分能量施加带可具有的横截面为球形、半球形、矩形、环形、圆形、三角形、卵形、五边形、六边形、八边形、椭圆形，或任何其他形状或各形状的组合。在此也考虑了，能量施加带可以是封闭的(例如被导体材料完全包围)、至少部分地限界、或开放的(例如，具有未限界的开口)。本发明的一般方法不限于任何特定的腔体形状、配置或能量施加带的封闭程度，尽管在一些应用中，高的封闭程度或具体的形状可能是优选的。
作为实例，能量施加带，诸如腔体20，在图1中概略地进行图示，其中物体50定位在腔体20中。应理解，物体50不需要完全位于能量施加带中。也就是说，如果物体50的至少一部分位于能量施加带中，那么便可认为该物体“处于”该带中。
与一些当前披露的实施方案一致，至少一个波长的电磁波可在能量施加带中谐振。换句话说，能量施加带可支持至少一个谐振波长。例如，腔体20可设计成具有一定尺寸，以准许其在预定的频率范围(例如，UHF或频率的微波范围，例如，在300MHz与3GHz之间，或在400MHz与IGHZ之间)中谐振。取决于预期的应用，腔体20的尺寸可设计成准许在电磁谱中的其他频率范围内的谐振。术语“谐振的”或“谐振”是指电磁波在能量施加带中在某些频率(称为“谐振频率”)下与在其他频率下相比以较大的振幅来振荡的趋势。以特定的谐振频率谐振的电磁波可具有对应的“谐振波长”，该谐振波长与谐振频率成反比，通过λ =c/f来确定，其中λ为谐振波长，f为谐振频率，以及c为能量施加带中电磁波的传播速度。传播速度可取决于波传播通过的介质而变化。因此，当能量施加带包括一种以上材料(例如，负载和空处)时，c可能不会被唯一地定义。但是，可使用略微不同的关系而唯一确定谐振波长，例如，使用基于主要成分的c的估计或混杂成分的c的平均值，或本领域已知的任何其他技术。
在能量施加带所支持的谐振波长中，可存在最大的谐振波长。最大的谐振波长可由该带的几何形状唯一地确定。在一些实施方案中，如本领域中已知，任何给定的能量施加带的最大的谐振波长可(例如)用实验方法、用数学方法和/或通过模拟来确定或估计。在一些实施方案中，最大的谐振波长可提前已知(例如，从存储器检索或编程到处理器中)。作为实例，图2图示了矩形腔体20，所述矩形腔体20的尺寸为长度a、宽度b以及高度C。腔体20可支持多个谐振波长，其中最大的谐振波长为Xcitj如果a>b>c，那么最大的谐振波长λ O为J乍为另一实例，如果能量施加带是尺寸为aXaXa的立方体，那么最大的谐振波长由给出。在又另一实例中，如果能量施加带为半径a和长度d的圆柱体(例如，如图2所不)，那么最大的谐振波长由(如果2a>d)以及)2 (如果2a〈d)给出。在另一实例中，如果能量施加带是半径为a的球体，那么最大的谐振波长由7 给出。前面的实例仅仅意在说明不管什么形状，每个能量施加带都可具有至少一个谐振尺寸。
与当前披露的实施方案一致，一种设备或方法可涉及来源的使用，该来源被配置为将电磁能递送给能量施加带。“源”可包括适于产生和供应电磁能的任何部件。与当前披露的实施方案一致，电磁能可在预定的波长或频率下以传播电磁波的形式供应给能量施加带(也称为电磁辐射)。在此所使用的“传播电磁波”可包括谐振波、驻波、隐失波以及以任何其他方式 行进通过介质的波。电磁辐射携带能量，该能量可传给(或耗散到)与其相互作用的物质。
作为实例，并且如图1所示，该来源可包括一个或多个电源12，该电源12被配置为产生携带电磁能的电磁波。例如，电源12可为磁控管，该磁控管被配置为产生在至少一个预定波长或频率下的微波波。在一些实施方案中，该磁控管可被配置为产生高功率微波。 可替代地或额外地，电源12可包括半导体振荡器，诸如压控振荡器，该振荡器被配置为产 生具有可控频率的AC波形(例如，AC电压或电流)。AC波形可包括正弦波、方波、脉冲波、三 角波，和/或具有交变极性的其他类型的波形。额外地或可替代地，电磁能的源可包括任何 其他电源，诸如，电磁场发生器、电磁通量发生器，或用于使电子振动的任何机构。
在一些实施方案中，该设备可包括至少一个调制器14，该调制器被配置为用可控 的方式修改由电源12产生的电磁波的一个或多个特性参数。该调制器可或可不为该来源 的一部分。例如，调制器14可被配置为修改周期性波形的一个或多个参数，包括振幅(例 如，不同辐射元件之间的振幅差)、相位以及频率。
在一些实施方案中，调制器14可包括相位调制器、频率调制器以及振幅调制器中 的至少一者，这些调制器被配置为分别修改AC波形的相位、频率以及振幅。这些调制器在 稍后结合图5A、图5B、图6以及图7B更详细地进行论述。在一些实施方案中，调制器14可 整合为电源12或源的一部分，以使由电源12产生的AC波形随着时间可具有变化的频率、 变化的相位以及变化的振幅中的至少一者。
该设备也可包括放大器16用于(例如)在AC波形被调制器14修改之前或之后放 大AC波形。该放大器可或可不为该来源的一部分。放大器16可为(例如)包括一个或多个 功率晶体管的功率放大器。作为另一实例，放大器16可为在次级绕组中比在初级绕组中具 有更多匝数的升压变压器。在其他实施方案中，放大器16也可为功率电子装置，诸如AC至 DC至AC转换器。可替代地或额外地，放大器16可包括被配置为将输入信号按比例增加到 所希望的电平的任何其他装置或电路。
该设备也可包括被配置为将电磁能发射到物体50的至少一个辐射元件18。辐射 元件18可包括一个或多个波导和/或一个或多个天线(也称为功率馈给)用于将电磁能供 应给物体50。例如，辐射元件18可包括槽孔天线。额外地或可替代地，辐射元件18可包括 任何其他种类或形式的波导或天线，或可自其发射电磁能的任何其他合适结构。
电源12、调制器14、放大器16以及辐射元件18 (或其各部分)可为分开的部件，或 它们的任何组合可整合为单个部件。电源12、调制器14、放大器16以及辐射元件18(或其 各部分)可为源的部分。例如，磁控管可用作电源12以产生电磁能，并且波导可实体地附接 到磁控管用于发射能量到物体50。可替代地或额外地，辐射元件可与磁控管分开。类似地， 可使用其他类型的电磁发生器，其中辐射元件可(例如)与发生器实体地分开或为发生器的 一部分或否则连接到发生器。
在一些实施方案中，可提供一个以上辐射元件。辐射元件可定位在界定能量施加 带的一个或多个表面上。可替代地，辐射元件可定位在能量施加带内和/或外。当辐射元 件定位在该带外时，它们可耦合到将允许辐射的能量到达能量施加带的元件。用于允许辐 射的能量到达能量施加带的元件可包括(例如)波导和/或天线。每个辐射元件的定向和配 置可不同或相同，如获得导向目标(例如，在能量施加带中施加所希望的能量分布)可能需 要的。此外，每个辐射元件的位置、定向和/或配置可在施加能量到物体50之前预定，或在 施加能量时使用处理器动态地调整。本发明不限于具有特定结构或必须定位在特定区域或 区中的辐射元件。在一些实施方案中，辐射元件可放在某些地方，或从不同辐射元件发射的 波的振幅可根据辐射元件的位置、定向和/或配置来进行选择。
可选地，除了辐射电磁能以外，一个或多个辐射元件18还可被配置为接收电磁能。换句话说，在此所使用的术语“辐射元件”广泛地指可自其辐射电磁能和/或可接收电磁能的任何结构，不管该结构起初是否被设计为用于辐射或接收能量的目的，并且不管该结构是否用于任何额外的功能。因此，与当前披露的实施方案一致的设备或方法可涉及一个或多个检测器的使用，这些检测器被配置为检测与一个或多个辐射元件所接收的电磁波相关联的信号。例如，如图1所示，检测器40可耦合到辐射元件18，辐射元件18在用作接收器时从腔体20接收电磁波。
在此所使用的术语“检测器”可包括对与电磁波相关联的一个或多个参数进行测量的电路。例如，这样的检测器可包括功率计，该功率计被配置为检测与入射的、反射的和 /或透射的电磁波相关联的功率(也分别称为“入射功率”、“反射功率”以及“透射功率”)的电平；振幅检测器，该振幅检测器被配置为检测波的振幅；相位检测器，该相位检测器被配置为检测相对于预定参考点的波的相位、由两个辐射元件同时发射的波之间的相位差，或其他相位差；频率检测器，该频率检测器被配置为检测波的频率；和/或适用于检测电磁波的特性的任何其他电路。
入射功率可从源供应到用于发射功率到能量施加带20中的辐射元件。入射功率的一部分可由物体耗散(在此称为“耗散功率”)。另一部分可在辐射元件处反射(在此称为 “反射功率”)。反射功率可包括(例如)经由物体和/或能量施加带而反射回到福射元件的功率。反射功率也可包括由辐射元件的口保留的功率(例如，由天线发射但不流到该带中的功率)。除了反射功率和耗散功率以外的剩余入射功率可透射到一个或多个用作接收器的辐射元件(在此称为“透射功率”)。能量也可通过门等漏到其他地方，诸如漏到腔 体的壁中。 为了简化，在此不论述能量的这些部分。在一些实施方案中，可估计能量的这些部分基本上很少并且可能是可忽略的。
在一些实施方案中，检测器可为定向耦合器，该定向耦合器被配置为当辐射元件用作发射器时(例如，当辐射元件辐射能量时)允许信号从放大器流到辐射元件，并且当辐射元件用作接收器时(例如，当辐射元件接收能量时)允许信号从辐射元件流到放大器。额外地或可替代地，定向耦合器可进一步被配置为测量流动信号的功率。在一些实施方案中， 检测器也可包括对口处的电压和/或电流进行测量的其他类型的电路。
与一些当前披露的实施方案一致，源可被配置为将预定波长(表示为X1)的电磁能递送给能量施加带中的物体，其中预定波长大于能量施加带所支持的最大谐振波长(表示为Xci)的约四分之一。最大谐振波长与递送的电磁能的波长之间的这个关系(表达为λ V4)可称为“模态条件”。在其他实施方案中，可应用由源供应的所施加的电磁能的波长与能量施加带支持的最大的谐振波长之间的不同关系，以满足模态条件。在一些实施方案中，当激发低阶模式时满足模态条件，例如当m*n小于30、40或50时(其中m和η为表示不同的轴线(例如，X和y)上模式数量的整数)。源不一定限于供应单个预定波长的电磁能的配置。可选地，源可被配置为供应一组波长的电磁能给腔体20，该组波长可在能量施加开始之前确定。当源以不同频率供应能量给腔体时，其中最大的波长可表示为X1，并且模态条件可描绘为A1S λ0/4ο在一些实施方案中，X1也可具有上限，例如，它可更小或等于入。。
可替代地，模态条件可从频率方面表达。由于在波长λ i和λ ^与它们的对应频率fjPfo之间存在一定关系，使得A=CZ^1以及L=C7^ci，所以模态条件A1S λ/4可表达为K ，也就是说，为了在模态条件下操作，电磁能可以某个频率施加，该频率低于能量施加带中最低谐振频率的约4倍。
此外，由于最大谐振波长λ ^与能量施加带的尺寸具有唯一关系，所以模态条件也可表达为能量施加带的尺寸与所施加的波长X1之间的关系。例如，对于长度、宽度以及高度分别为a、b及c并且其中a>b>c的矩形腔体20，模态条件可表达为& ^ 彳乍为另一实例，对于具有aXaXa尺寸的立方体腔体，模态条件可表达为忑作为另一实例，对O于具有半径a的球形腔体，模态条件可表达为Λ ^ 1%。关于供应给腔体的电磁能，尺寸满足“模态条件”的腔体在此称为“模态腔体”。
就其本质而言，电磁场趋向于在能量施加带中以不均匀的场图进行分布。也就是说，能量施加带中的电场强的空间分布可为不均匀的。场图可随着时间在空间中基本上稳定或随着时间在空间中变化。场图随着时间的变化方式可为已知的。场图可产生具有相对较高振幅的电场强(对应于场振幅中的最大值或最小值)的区域，在此称为“热点”。热点的实例如图3Α至图3D中的阴影区所示。场图也可产生具有相对较低振幅的电场强(例如，O 或近O场值)的区域，在此称为“冷点”。冷点的实例如图3Α至图3D中的非阴影区域所示。 由此应指出，尽管热点在图中概略地图示为具有清晰且确定的边界，但是实际上强度在热点与冷点之间以更缓和的方式变化。实际上，到物体的能量转移可出现在物体中与场图的区重合的所有区中，其中场图具有非零场强并且不一定限于与热点重合的区域。加热物体的程度可取决于(除了别的之外)物体所曝露在的场的强度以及曝露的持续时间。
场图本身可随许多因素而变(如稍后论述)，包括(例如)能量施加带的物理特性和尺寸。热点中相对较高振幅的电场强可高于第一阈值并且冷点中相对较低振幅的电场强可低于第二阈值。第一阈值可与第二阈值相同或不同。在图3Α至图3Β中，第一阈值和第二阈值是相同 的。在一些实施方案中，这些阈值可为预定的，以使低于一个阈值的场强不可以有效地施加能量给物体。例如，第二阈值可被选择为接近场强的最小值。在此所使用的术语“振幅”可与“幅度”互换。
在能量施加带中，特定的区可由一些场图的相对较高振幅的电场强覆盖(热点)， 并且由一些其他场图的相对较低振幅的电场强覆盖(冷点)。可选择性地对场图进行选择， 以将能量对准能量施加带中的所选区进行递送。例如，如果能量需要施加到能量施加带中的第一区而不是第二区，那么可选择一个或多个场图，其中这些场图的热点基本上与第一区重合并且冷点基本上与第二区重合。因此，与一些当前披露的实施方案一致，源可被配置为用一个或多个场图来递送电磁能，这些场图在能量施加带的预定区域中具有热点和冷点。在一些实施方案中，控制器可对源进行调节以使用这样的场图施加能量，从而实现目标能量分布。在模态腔体60中，如图3Α和图3Β所示，可激发场图，以使其各自都有具有高振幅的强度的多个区域(热点)62和64 (阴影区域)以及具有低振幅的强度的区域(冷点；非阴影区域)。
可在能量施加带中激发的一些场图称为“模式”。模式形成一组特殊的场图，这些场图彼此线性独立并且互相正交。如在此所指，如果与能量施加带上的两种模式相关联的两个场的标量积的积分为零，那么这两个场图彼此正交。模式或模式组合(例如，一般场图)可为任何已知的类型，包括传播的、隐失的以及谐振的。在一些实施方案中，所激发的场图包括模式的组合。
在图3A和图3B中，物体66和68放在能量施加带60中。如果希望只施加能量到物体66并且避免施加能量到物体68，那么可选择图3A的场图。可替代地，如果希望施加能量到物体68并且避免施加能量到物体66，那么可选择图3B的场图。
可在能量施加带中激发的任何场图都可在数学上表示为模式的线性组合。这些模式可包括无限数量的隐失模式以及有限数量的传播模式(其中的一些可为谐振模式)。一般而言，在模态腔体中比在非模态腔体中可激发更少的传播模式。换句话说，一般而言，模态腔体可比非模态腔体支持更少的传播模式。同样，一些支持的传播模式可为谐振模式。就其本质而言，隐失模式具有用于激发场图的总功率(或能量)中非常小百分比的功率(或能量)，而总功率(和能量)的大部分由传播模式携带。
如下文更详细说明，在一些实施方案中，可放置一个或多个辐射元件，以使得可拒绝一些不希望的模式。例如，可通过单个频率在能量施加带中有效地激发两个或更多个传播模式。如果以该频率发射电磁波的辐射元件定位在这些模式中的一者的零位处(即，在这些模式中的一者具有零场的位置处)，那么此模式可被消除(即，被拒绝)。
模态条件和对应的模态腔体(S卩，满足模态条件的腔体)可在控制能量施加带中的场图(或更具体而言，模式)中显示出优势。如上文所论述，在模态腔体中，传播模式的数量可小于在非模态腔体中的数量。因此，控制这些传播模式可相对较容易，因为在满足模态条件时用于消除不希望的模式的天线的数量和密度可能较低。此外，与在非模态腔体中相比， 在模态腔体中控制的较小偏差可对热点选择产生较不显着的总体影响，在非模态腔体中， 相对较大数量的模式可能需要较精确控制以实现一个传播模式被激发而其他模式未被激发的条件。
一方面，本发明的一方面可涉及使用可变参数(在此称为MSE)的特定组合，这些可变参数可影响在能量施加带中激发的场图，以有目的地在能量施加带中的指定区域中实现冷点(例如，具有相对较低振幅的电场强的区域)。接着，这些区域准许能量的受控施加， 因为 当希望避免施加能量到物体的一部分时，可使该部分与冷点对准。可替代地，可操作装置，使得激发具有与物体中希望施加能量的一部分对准的热点(例如，相对较高振幅的电场强)的电磁场。例如，通过选择激发如图3A所示的场图，可加热物体66而避免加热物体 68 ;而通过选择激发如图3B所示的场图，可加热物体68而避免加热物体66。因此，当希望施加能量到能量施加带中的物体的一部分时，可使场图的较高强度区域与物体的该部分对准。虽然模态条件可与MSE控制结合使用，但是即使不与MSE控制一起使用模态条件也可提供益处，并且相反地，即使不满足模态条件也可应用MSE控制。
如果用户希望施加到物体66的能量的量是物体68的两倍，那么可使用图3A和图 3B的场图，前者以同一功率电平施加两倍的时间量、对于相同量的时间以两倍的功率电平施加，或对于对应于经由图3A的场图比经由图3B的场图供应两倍能量的任何其他时间/ 功率对(假定各场在阴影区域中具有类似的强度)。如果在阴影区域中场强不同，那么可考虑该差异，以实现能量施加带或物体中的所希望的能量施加剖面，例如，能量施加带或物体中的所希望的能量吸收分布。
当按顺序地激发两个场图时，在能量施加带中形成的场图的时间平均值可表示为两个被激发场图的总和。如果同时激发这些场图，那么可发生干扰并且时间平均值可能不 同于该总和。然而，如果两个场图彼此正交(例如，模式)，那么按顺序的和同时的施加可各 自具有相同的结果。
为了控制施加到两个不同区的能量的量，可能希望首先确定这两个区的能量吸收 特性。能量施加带中的不同区可具有不同的能量吸收特性。例如，在用RF能量加热面包和 蔬菜的情况下，主要含有面包的区与主要含有蔬菜的另一区相比可能具有较少吸收性。在 另一实例中，只与特征为第一频率的场图重合的面包部分可具有与第二面包部分不同的能 量吸收特性，该第二面包部分只与特征为第二频率的场图重合，该第二频率不同于第一频 率。
在一些实施方案中，本发明的设备或方法可涉及一个或多个处理器，这些处理器 被配置为确定至少部分地放置在能量施加带中的任何给定物体的能量吸收特性。能量吸收 特性的确定可通过反馈而完成(例如，经由反射，如稍后更详细论述)。可替代地，在能量施 加带中的物体的吸收特性已知的情况下，与当前披露的实施方案一致的设备不需要确定能 量吸收特性。相反，相关的信息可预编程或否则提供给处理器，例如，使用机器可读标签。
在此所使用的术语“处理器”可包括执行一个或多个指令的电路。例如，此处理 器可包括一个或多个集成电路、微芯片、微控制器、微处理器、所有或部分的中央处理器 (CPU)、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。
由处理器执行的指令可(例如)预加载到处理器中或可存储在分开的存储单元中， 这些存储单元诸如RAM、R0M、硬盘、光盘、磁介质、快闪存储器、其他永久性的、固定的或易失 的存储器，或能够提供指令给处理器的任何其他机构。处理器可定制用于特定用途，或可被 配置用于一般目的用途并且通过执行不同的软件而执行不同的功能。
如果使用一个以上处理器，那么所有的处理器可具有类似的构造，或者它们可具 有彼此电连接或分离的不同构造。它们可为分开的电路或整合在单个电路中。当使用一个 以上处理器时，它们可被配置为独立地或联合地操作。它们可电气地、磁力地、光学地、声学 地、机械地或通过准许它们互相作用的其他方式而耦合。
可提供单个或多个处理器用于确定能量施加带上的能量吸收特性的分布的唯一 目的。可替代地，除了提供其他功能之外，单个或多个处理器还可具备确定能量吸收特性的 功能，。例如，相同的处理器也可用于对源进行调节或整合到一个控制电路中，该控制电路 提供额外的控制功能给源以外的部件。
与当前披露的实施方案一致，至少一个处理器可被配置为将多个电磁场场图施加 给能量施加带中的物体。术语“场图”可指能量施加带中的电场强的空间分布。场图可随 着时间在空间中基本上稳定或随着时间在空间中变化。场图随着时间发生变化的方式可为 已知。能量分布的型式可随以下各项而变能量施加带的物理特性；能量源的可控方面；辐 射元件的类型、配置、定向和/或放置；场更改结构(例如，场调整元件和/或电介质透镜)的 存在；以及可影响场图的任何其他变量。场调整元件可为可经控制以影响在能量施加带中 激发的场(例如，以选择性地将来自一个或多个辐射元件的电磁能弓丨导到物体中的方式)的 任何元件。
通过调节与源有关的变量(包括频率、相位、相对振幅、天线选择，和/或天线定向中的一者或多者)，处理器能够使多个不同的场图被施加到能量施加带和/或该带中的物体。类似地，处理器能够通过其他变量而引起多个不同的场图，诸如通过调整FAE (场调整元件)；调整电介质透镜；或通过其他方式。所有这样的可控变量/参数/方法和/或它们的组合(它们可在能量施加带中实现一组预定的场图)在此都称为“调制空间”或“MS”。
术语“调制空间”或“MS”用于统称可影响能量施加带中的场图的所有参数以及其所有组合。在一些实施方案中，“MS”可包括可使用的所有可能部件和它们的可能设置(绝对的或相对于其他的)以及与这些部件相关联的可调整参数。例如，“MS”可包括多个可变参数，天线的数量、它们的定位和/或定向(如果可修改)、可用的带宽、所有可用频率的组以及其任何组合、功率设置、相位等。MS可具有任何数量的可能可变参数，范围为只有一个参数 (例如，只限于频率或只限于相位-或其他单个参数的一维MS)、两个或更多个维度(例如， 在同一 MS中一起变化的频率和振幅)或更多。
可影响调制空间的与能量施加带有关的因素的实例包括能量施加带的尺寸和形状以及构成能量施加带的材料。可影响调制空间的与能量源有关的因素的实例包括能量递送的振幅、频 率以及相位。可影响调制空间的与辐射元件有关的因素的实例包括辐射元件的类型、数量、大小、形状、配置、定向以及放置。
与MS相关联的每个可变参数可被视为一个MS维度。作为实例，图4图示了三维调制空间400，其中三个维度被指定为频率(F)、相位(φ)以及振幅(A)。也就是说，在MS 400 中，电磁波的频率、相位和振幅在能量施加期间可进行调制，而所有其他参数在能量施加期间可为预定和固定的。MS也可为一维的，其中在能量施加期间只有一个参数变化，或可以含有许多变化的维度。在图4中，调制空间被描绘为三维的，只是为了便于论述。MS可以具有更多维度。
术语“调制空间元素”或“MSE”可指MS中可变参数的一组特定的值。例如， 图4图示了三维MS 400中的MSE 401。MSE 401具有特定频率F(i)、特定相位φ (i)以及特定振幅A(i)。即使这些MSE变量中只有一个改变，新的组也将界定另一 MSE。例如， (3GHz，30°，12￥)和(36取，60°，12V)表示两个不同的MSE，因为相位分量改变了。因此， 如果MSE可被设想为调制空间中的一点，那么所有MSE的集合界定调制空间。这些MS元素的不同组合可导致能量施加带上的不同场图以及物体中的不同能量分布型式。例如，在被供应到多个辐射元件的能量的相对振幅方面，两个MSE可互不相同，并且这些差异可导致不同的场图。多个MSE可按顺序或同时执行，以在能量施加带中激发特定的场图。
MSE的顺序(和/或同时)选择可称为“能量递送方案”。例如，能量递送方案可由三个 MSE (F(l), tp(l)，A(l))、(F(2)，φ(2), A(2) )、(F(3)，φ(3), Α(3))组成。由于存在实际上无限数量的MSE，所以存在实际上无限数量的不同能量递送方案，从而在任何给定的能量施加带中产生实际上无限数量的不同场图(尽管不同的MSE有时可引起高度相似或甚至相同的场图)。当然，不同能量递送方案的数量可(部分地)随可用MSE的数量而变。本发明不限于任何特定数量的MSE或MSE组合。相反，可使用的选项的数量可小到二或多达设计者所希望的，这取决于各种因素，诸如预期用途、所希望的控制水平、硬件或软件分辨率以及成本。例如，激发较大数量的不同场图(这可允许能量施加带中的场图设计更加巧妙)可能需要较大数量的MSE。在这种情况下，可能需要至少3个MSE，例如，3、4或5个MSE。在一些实施方案中，MSE的数量非常大，但是其中只有少量可用于激发。例如，400个不同的频率可用，而在给定的能量施加循环中只使用其中5个。这五个频率可为(例如)使能量施加 带中不同的谐振模式激发的MSE。
根据可能的MSE选择，处理器可取决于特定应用而确定一组合适的MSE。例如，可 选择性地选择一组预定的场图，并且使用所选择的MSE将该组场图施加到能量施加带，以 使特定的区可被一个场图的高场强区域覆盖，而被另一场图的低场强区域覆盖。例如，物体 66被图3A的场图的高场强区域覆盖，但被图3B的场图的低场强区域覆盖。因此，当测量 与图3A的场图有关的被吸收能量时，该测量可指示物体66的能量吸收特性。同样地，与图 3B的场图有关的被吸收能量的测量可指示物体68的能量吸收特性。
图1的设备可被配置为对源进行调节，以形成一组不同的MSE并且将它们对应的 场图施加到能量施加带。与一些实施方案一致，此调节可通过“MSE”的选择和控制而进行。 由于一个特定的场图对应于一个或多个可控变量(例如，MSE)，所以处理器可被配置为更改 MSE，从而在能量施加带中实现不同的场图。
例如，如图1所描绘，示例性处理器30可电耦合到源的各个部件，诸如电源12、调 制器14、放大器16以及辐射元件18。处理器30可被配置为执行对这些部件中的一者或多 者进行调节的指令。例如，处理器30可调节由电源12供应的功率的电平。可替代地或额外 地，处理器30可通过切换放大器中的晶体管来调节放大器16的放大率。可替代地或额外 地，处理器30可执行对放大器16的脉宽调制控制，以使放大器输出所希望的波形。处理器 30可调节由调制器14执行的调制。在另一实例中，处理器30可替代性地或额外地调节每 个辐射元件18的位置、定向和配置中的至少一者，例如通过机电装置。这样的机电装置可 包括电动机或者用于旋转、枢转、移动、滑动或否则改变一个或多个福射元件18的定向或 位置的其他可移动结构。处理器30可进一步被配置为调节位于能量施加带中的任何场调 整元件，以改变该带中的场图。例如，场调整元件可被配置为选择性地引导来自辐射元件的 电磁能，或同时匹配用作发射器的辐射元件，以减少到用作接收器的其他辐射元件的耦合。 可替代地或额外地，处理器30可选择性地在辐射元件之间分配能量和/或可选择性地只使 用可用辐射元件的一个子集。
处理器可根据预定的方案来调节源的一个或多个部件以及与这些部件相关联的 参数。例如，当使用相位调制器时，它可经控制以对由辐射元件发射的AC波形执行时间延 迟的预定序列，以使AC波形的相位对于一系列时间段中的每一者都增加一定度数(例如， 10度)。可替代地或额外地，处理器可动态地和/或自适应地基于来自能量施加带的反馈而 对调制进行调节。例如，处理器30可被配置为接收来自检测器40的模拟或数字反馈信号， 指示从腔体20所接收的电磁能的量，并且处理器30可基于所接收的反馈信号而动态地确 定相位调制器处针对下一时间段的时间延迟。
处理器也可被配置为对频率调制器进行调节，从而更改供应给能量施加带的至少 一个电磁波的频率。这样的频率调制器可被配置为调整AC波形的频率。作为实例，频率调 制器可为半导体振荡器，诸如图5A中概略地描绘的振荡器22，并且被配置为产生以预定频 率振荡的AC波形。预定的频率可与输入电压、电流或其他模拟或数字信号相关联。例如， 压控振荡器可被配置为产生频率与输入电压成比例的波形。
与一些实施方案一致，处理器30可被配置为对振荡器22进行调节，以产生具有时 变频率的AC波形。AC信号可由放大器24放大并且使天线32和34在腔体20中激发经频率调制的电磁波。
处理器30可被配置为对振荡器22进行调节，以按顺序地产生以预定频带内的各 个频率振荡的AC波形。此顺序过程可称为“频率扫掠”。更一般地，处理器30可被配置为 对源进行调节以按顺序地产生在各个MSE下(例如，在各个频率、相位、振幅和/或辐射元件 的选择下)的波形。此顺序过程可称为“MSE扫掠”。按顺序扫掠的MSE可能不一定彼此相 关。相反，它们的MSE变量从MSE到MSE可显著不同(或可为逻辑相关)。在一些实施方案 中，MSE变量从MSE到MSE可显著不同，可能在它们中具有少量或没有逻辑关系，但聚集起 来，工作MSE的群组可实现所希望的能量施加目标。
在频率扫掠中，每个频率可与一个馈给方案(例如，一个特定的MSE，它是各元素和 它们的设置的特定组合)相关联。在一些实施方案中，基于由检测器40提供的反馈信号，处 理器30可被配置为从频带选择一个或多个频率，并且对振荡器22进行调节以在这些所选 择的频率下按顺序地产生AC波形。
可替代地或额外地，处理器30可被配置为基于反馈信号来对放大器24进行调节， 从而调整经由天线32和34递送的能量的量。与一些实施方案一致，检测器40可检测以特 定频率从能量施加带反射的能量的量，以及处理器30可被配置为当反射的能量较多时使 以该频率施加的能量的量较大。也就是说，处理器30可被配置为当在一个特定频率处反射 的能量较多时，使一个或多个天线以该频率将能量施加更长的持续时间。可替代地，处理器 30可被配置为当在一个特定频率处反射的能量较少时，使一个或多个天线以该频率将能量 施加更长的持续时间。例如，当所测量的反射能量指示存在具有相对较低的吸收特性的物 体(例如，冰)时，可能希望以该频率施加更多能量。也可使用反射能量与所施加能量的量之 间的其他关系。
如图5B所描绘,本发明的一些实施方案可包括一个以上振荡器，诸如振荡器22和 26，用于产生不同频率的AC波形。分别产生的AC波形可分别通过放大器24和28来放大。 因此,在任何给定时间,可使天线32和34同时以两个不同频率施加电磁波到腔体20。这两 个频率中的每一者可以是时变的。图5B图示了两个振荡器只用于示例性目的，并且在此考 虑了可使用两个以上振荡器(和/或两个以上放大器和/或两个以上天线)。
处理器可被配置为对相位调制器进行调节，从而更改供应给能量施加带的两个电 磁波之间的相位差。作为实例，相位调制器可包括移相器，诸如图6所示的移相器54。移相 器54可被配置为在腔体20内以可控方式在AC波形中引起时间延迟，从而延迟从O到360 度之间各处的AC波形的相位。移相器54可包括被配置为提供连续可变的相移或时间延迟 的模拟移相器，或移相器54可包括被配置为提供一组离散的相移或时间延迟的数字移相 器。
与如图6所示的一些实施方案一致，可提供分路器52以将由振荡器22产生的AC 信号分路为两个AC信号(例如，分路信号)。处理器30可被配置为对移相器54进行调节， 以按顺序地引起各个时间延迟，以使两个分路信号之间的相位差可随着时间变化。此顺序 过程可称为“相位扫掠”。
处理器可被配置为对振幅调制器进行调节，从而更改供应给能量施加带的至少一 个电磁波的振幅。作为实例，振幅调制器可包括混频电路，诸如图7A所示的混频器42，该混 频器被配置为用另一调制信号对载波的振幅进行调节。经调制的信号(例如，混频器42的输出)可通过放大器44来放大。
与一些实施方案一致，振幅调制器可包括一个或多个移相器，诸如移相器54和 56，如图7B所示。振幅调制可通过组合两个或更多个经移相的电磁波来实施。例如，分路器52可将由振荡器22产生的AC信号分路为两个AC信号，诸如正弦波COS[(pt]。由于它们是从单个信号分路而成，所以这两个分路AC信号可共享基本上相同的频率。一个分路AC信号可由移相器54移动了相位α ,以使AC信号变为COS[(pt+(X]。另一分路AC信号可由移相器 56移动了相位-a (或等效地360° - a )，以使AC ''J.变为COS[cpt-a] c
如图7B所示，经移相的AC信号可分别通过放大器24和28而放大，并且用这种方式，可使天线32和34激发具有共享的AC波形的电磁波。天线32和34可定位在预定的位置处，以使由这些天线激发的两个电磁波可组合以根据三角恒等式 cos[(pt-a]+ cos[(pt+a]= 2cos(a.)cos((pt)而形成经振幅调制的波。
尽管为便于论述，图5A至图5B、图6以及图7A至图7B图示用于个别地更改频率、 相位和振幅调制的电路，但是在此考虑了这些电路的部件可经组合以实现多个组合，从而提供更大的调制空间。此外，可使用许多辐射元件，并且不同的波型可通过辐射元件的选择性使用而实现。只作为实例，在具有三个辐射元件A、B及C的设备中，振幅调制可用辐射元件A和B来执行，相位调制可用辐射元件B和C来执行，以及频率调制可用辐射元件A和C 来执行。可选地，任何调制都可用辐射元件的任何组合(例如，各自具有不同的相位，和/或不同的振幅和/或不同的频率)来执行。可替代地，振幅可保持恒定并且场变化可通过辐射元件之间的切换引起。此外，辐射元件32和34可包括使它们的位置或定向改变，从而使场图改变的装置。这些组合实际上是无限的，并且本发明不限于任何特定组合，而是反映可通过更改调制空间(MS)中的一个或多个参数从而改变MSE来更改场图的观念。
如先前所论述，处理器可在通过变量的调节使多个电磁场场图被施加到物体中起到作用，这些变量更改MSE，并且因此更改所施加的场图。例如，场图可基于所选择的MSE而进行预测。由于测试、模拟和/或分析计算，该预测是有可能的。所得可预测性准许选择一组MSE以实现所希望的能量施加剖面。
使用测试方法，传感器(例如，小天线)可放置在能量施加带中，以测量由给定的 MSE产生的场分布。随后，该分布可存储在(例如)查找表中。
在模拟的方法中，可构建虚拟模型以使MSE可以虚拟方式进行测试。例如，能量施加带的模拟模型可基于输入到计算机的一组MSE而在计算机中执行。模拟引擎(诸如CST 或HFSS)可用于在数值上计算能量施加带内的场分布。MSE与所得场图之间的相关可用这种方式确立。此模拟方法完全可预先进行并且已知的组合存储在查找表中，或者模拟可在能量施加操作期间根据需要而进行或与能量施加操作相关联。
类似地，作为测试和模拟的替代物，可基于分析模型而执行计算，从而基于所选择的MSE组合来预测场图。例如，给定具有已知尺寸的能量施加带的形状，该至少一个处理器可被配置为从分析等式计算对应于给定MSE的一些基本场图。随后，这些基本场图(例如， “模式”或模式的组合)可用于构建能量递送方案，如早先所定义。与模拟方法一样，分析方法完全可预先进行并且已知的组合存储在查找表中，或者可在能量施加操作过程中或不久之前根据需要而进行。
与一些实施方案一致，场图的计算可在不考虑物体存在的情况下进行。这可基于以下假设，即能量施加带中物体的存在本质上不改变该带中场图的强度分布(称为“玻恩近似”)。玻恩近似在物体的位置、大小和电磁特性在能量施加之前未知的情况下特别有用。当物体的性质提前已知，场图计算也可考虑物体而进行。在负载填充整个能量施加带并且电介质均质的情况下，场计算或模拟可相对简单。如果负载填充该带的至少90%，那么可认为负载基本上填充整个能量施加带。在一些实施方案中，除了一些被排除空间之外，负载可填充整个带，这些被排除空间例如含有辐射元件(例如，RF馈给)、检测器、温度计或可用于操作设备的其他装备的空间。未被物体填充的一些边缘空间，例如，腔体的角落处，也可存在于基本上被填充的能量施加带中。均质负载的一个实例是不具有电介质界线的负载。电介质界线是分隔两个区的线或表面，这两个区各自具有明显不同的介电常数(ε J。这些区中的每一者的特性大小可为真空中的至少约一个波长左右。可认为损耗角正切的差异是显著的，例如，如果差异为约10%ο均质负载的一个实例为水体。应指出，如果水体的不同部分(例如)由于非均匀加热而处于不同的温度，那么不同部分的介电常数可不同。然而，如果此差异大于10%，那么可认 为水体是非均质的。在真空中，可认为油在水中(或任何其他两种材料)的悬浮液是均质的，前提是油滴(或其他悬浮介质的颗粒)小于所施加MSE的波长。尽管油与水之间的介电常数具有较大差异，但情况也可如此。在其中模式计算或模拟可为简单的另一种情况是在可分离的负载的情况中。可分离负载是包含至少一整层均质材料的负载。均质性和基本上填充的概念可如上文所解释般来理解。各层可由可分离腔体中的腔体壁和两个平行的横截面来定界。可分离腔体是这样一个腔体，在其中激发的电场E(x，y，z)可表达为x、y平面中的场与z方向上的场的乘积，即E (X，y, z) =E (X，y) *E (z)。可分离腔体包括(例如)具有以下形状的腔体矩形框、圆柱体、具有直角三角形底的棱柱体或截面圆柱体。可分离负载的一个实例可为(例如)多层蛋糕，其中各层是均质的，并且在蛋糕的圆周处接触腔体壁。除了记录场图(这些场图对应于弓I起那些场图的MSE )外，处理器还可进一步被配置为记录对应于能量施加带中的空间位置的每个场图的场分布。场图可使用成像技术而可视化或作为数字数据而存储在计算机中。这些记录可用作输入以作为处理器进行损耗剖面确定的依据。有时可通过离散化来促进损耗剖面确定，如下文所论述。能量施加带可经离散化，以使唯一的地址与各个离散化成的子区相关联，从而使场图能够在空间中映射到特定地址。图8A至图SC以及图9图示了经离散化能量施加带的实例。术语“尚散化”也可(例如)称为划分、分隔或分割。将能量施加带离散化成子区可为预定的。在一种情况下，处理器可通过(例如)查找表、存储在存储器中的信息或编码在处理器中的信息，而获取预定的离散化信息。可替代地，离散化可使用至少一个处理器30而动态地发生，例如图1所示。例如，当该带的已知尺寸提供给处理器时，处理器可在该体积上覆盖规则的或不规则的划分型式，将该带划分为子区并且将地址指派给各子区。离散化策略可取决于许多因素，包括但不限于所希望的分辨率、损耗剖面的性质以及可用场图。这些区可具有规则的或不规则的形状。例如，在3D的情况下，这些区可为规则的立方体或矩形形状，如图8A所示。在这种情况下，如果该带的大小(例如，体积)为SL，并且所希望的分辨率可能要求物体包含至少100个区，那么每个区的平均大小可为(例如)SL/100。可替代地，这些区可取决于特定需要而为任何不规则的形状。例如，能量施加带可划分为有点随机的区，如图8B所示。在一些实施方案中，可通过·考虑物体在带中的位置和/或施加到该带的具体场图的特性而进行划分。在物体或能量施加带的某些位置中，划分成的区的大小可小于其他位置。换句话说，区的密度可在整个物体或能量施加带上变化。例如，划分策略可取决于以下各项而变化一个区是否对应于能量施加带中的物体希望施加能量的一部分；该区是否对应于该带中物体没有一部分位于其中的区，或对应于含有物体中不希望施加能量的一部分的区(后两个区中的每一者都可称为“空带”)。在一些情况下，物体中的目标部分可包括整个物体。在一些情况下，该带中的未占据部分可被当作空带的一部分。根据示例性策略，整个空带可被当作单个区。在另一示例性策略中，空带可用与物体内的目标部分类似的方式划分为多个区。在这种情况下，可在整个能量施加带中执行该划分，不管物体的空间占据或物体的目标部分的空间位置如何。可替代地，可对由物体的目标部分占据的带和空带分别执行划分。在又另一实例中，空带可用与物体的目标部分不同的方式划分为多个区。例如，空带中区的平均大小可大于物体的目标部分内的区，如图8C所示。换句话说，空带中区的密度可低于物体(例如，物体50)的目标部分内的区的密度。图8A至图8C的图示只是示例性的。在本发明的范围内可考虑无限数量的离散化策略。离散化可只发生在被物体占据的区域内，或整个能量施加带可进行离散化。经离散化的能量施加带810的实例在下文中结合图9进行论述。在图9中，能量施加带810可划分为多个区，其中每个区具有基本上相同的规则正方形形状。然而，在此考虑了下文所描述的方法可应用于带810被划分为不规则形状和/或不同大小的区的离散化。这些区从左上角到右下角可标记为1,2,3, ...,Ndo物体830可包括一个以上区，例如，区Ra和Rb。在此实例中，可假定一组所选择的MSE可表示为[Θ1，θ2，... ΘΝΠ]。如早先所述，每个MSE可对应于能量施加带(例如，带810)内的已知场图。由于能量施加带被离散化为Nd个区，因此，对于每个MSE Θ对应的已知场图可表不为一系列局部电场强[Iuj, I2,」，I3,j,. . .，INd,j]o该带的特定区处的电场强与该区处的电场振幅的平方成比例。对于所有施加的MSE，场图可用矩阵形式统一写为
权利要求
1.一种用于经由至少一个辐射元件将电磁能施加到能量施加带中的物体上的设备，该设备包括至少一个处理器，该处理器被配置为使得将电磁能以多个电磁场场图施加给该能量施加带中的该物体；对于该多个场图中的每一者，确定在该能量施加带中耗散的功率量值；以及基于当该多个场图施加到该能量施加带时耗散的功率量值而确定该能量施加带的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
2.根据权利要求1所述的设备，其中该处理器进一步被配置为确定该物体的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中该电磁能是在射频(RF)范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器被配置为基于与该多个场图中的每一者关联的电磁场强和在该多个场图中的每一者下该能量施加带中耗散的功率来计算能量吸收特性的该空间分布。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器被配置为基于能量吸收特性的该空间分布来确定该物体的位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器被配置为基于由激发该多个场图中的每一者而产生的高场强区域的已知位置来确定该物体的位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器被配置为反复确定能量吸收特性的该空间分布。
8.根据权利要求7所述的设备，其中能量吸收特性的空间分布的两次确定之间的时延为能量吸收特性的空间分布的其他两次确定之间的差值大小的函数。
9.根据权利要求8所述的设备，其中能量吸收特性的空间分布的两次确定之间的时延为该物体的特性的函数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中对于该多个场图中的每一者，该处理器被配置为区分该物体中耗散的功率与其他地方耗散的功率。
11.根据权利要求10所述的设备，其中该处理器被配置为使用与一个能量施加带结构相关联的损耗值来进行区分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使得基于能量吸收特性的该空间分布而将不同的能量量值施加到该能量施加带的不同部分。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使得将不同的能量量值施加到该能量施加带的不同部分，以使类似的能量量值被施加到具有类似能量吸收特性的区，而不同的能量量值被施加到具有不同能量吸收特性的区。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使得将不同的能量量值施加到该能量施加带的不同部分，以使类似的能量量值被具有不同能量吸收特性的区吸收。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使得将不同的能量量值施加到该能量施加带的不同部分，以使在该能量施加带中获得能量吸收的预定空间分布。
16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使受控的能量量值在该物体中的不同区处被吸收。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该处理器被配置为确定只在该能量施加带的一个预定部分中耗散的功率量值。
18.根据权利要求17所述的设备，其中该预定部分包括该能量施加带中的该物体的一个或多个部分。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使得将能量吸收特性的该空间分布存储为一个查找表。
20.根据权利要求19所述的设备，其中该查找表表示该能量施加带的各区与它们对应的吸收率系数之间的关系。
21.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该至少一个处理器进一步被配置为使得将该能量施加带的至少一部分中的能量吸收特性的该空间分布显示为一个图像。
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括一个电磁能来源，其中该来源包括相位调制器、频率调制器和振幅调制器中的至少一者。
23.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括至少一个辐射元件，该至少一个辐射元件被配置为将电磁能施加到该能量施加带。
24.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括一个电磁能来源，其中该来源包括至少一个福射元件，该至少一个福射元件被配置为将电磁能施加到该能量施加带。
25.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该能量施加带为一个谐振腔体。
26.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中该能量施加带为一个模态腔体。
27.一种用于将电磁能施加到物体上的设备，该设备包括 一个电磁能来源；一个能量施加带；以及至少一个处理器，该处理器被配置为使得将电磁能以多个电磁场场图施加给该能量施加带中的该物体；对于该多个场图中的每一者，确定在该能量施加带中耗散的功率量值；以及基于当该多个场图施加到该能量施加带时耗散的功率量值而确定该物体的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
28.一种用于将电磁能施加到物体上的方法，该方法包括使一个电磁能来源将多个电磁场场图施加给一个能量施加带中的该物体；对于该多个场图中的每一者，确定在该能量施加带中耗散的功率量值；以及基于在该多个场图下耗散的功率量值来确定该物体的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
29.根据权利要求28所述的方法，其中能量吸收特性的该空间分布是基于与该多个场图中的每一者关联的电磁场强分布和在该多个场图中的每一者下该能量施加带中耗散的功率来进行确定。
30.根据权利要求28或29中任一项所述的方法，进一步包括基于能量吸收特性的该空间分布来确定该物体的位置。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，进一步包括反复确定能量吸收特性的该空间分布。
32.根据权利要求31所述的方法，其中能量吸收特性的空间分布的两次反复确定之间的时延为能量吸收特性的两次确定的空间分布之间的差值大小的函数。
33.根据权利要求31所述的方法，其中能量吸收特性的空间分布的两次确定之间的时延为该物体的特性的函数。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，进一步包括使得基于能量吸收特性的该空间分布而将不同的能量量值施加到该能量施加带的不同部分。
35.根据权利要求28至34中任一项所述的方法，进一步包括使受控的能量量值在该物体的不同区处被吸收。
36.根据权利要求28至35中任一项所述的方法，进一步包括将能量吸收特性的该空间分布存储为一个查找表。
37.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，进一步包括将该能量施加带的至少一部分中的能量吸收特性的该空间分布显示为一个图像。
38.根据权利要求1至27中任一项所述的设备，其中该处理器进一步被配置为对该来源进行调节，从而以O. 5秒与5秒之间的一个时间间隔反复地将能量施加到该能量施加带。
39.一种用于经由至少一个辐射元件将射频范围内的电磁能(RF能量)施加到能量施加带的设备，该设备包括至少一个处理器，该处理器被配置为控制RF能量的分布，以使至少两个互不相同的电磁场场图被施加到该能量施加带；对于这些电磁场场图中的每一者，确定在该能量施加带中耗散的功率量值；以及基于针对这些场图中的每一者而确定的功率量值来确定该能量施加带的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
全文摘要
在此披露了一种用于将电磁能施加到能量施加带中的物体上的设备和方法。至少一个处理器可被配置为使电磁能以多个电磁场场图被施加给该能量施加带中的该物体。该处理器可进一步被配置为针对该多个场图中的每一者而确定在该能量施加带耗散的功率量值。该处理器也可被配置为基于当该多个场图施加到该能量施加带时耗散的功率量值而确定该能量施加带的至少一部分上的能量吸收特性的空间分布。
文档编号H05B6/64GK103004287SQ201180030216
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月3日 优先权日2010年5月3日
发明者平夏斯·艾恩齐格, 艾兰·本-什穆尔, 亚历山大·比尔钦斯基, 阿米特·拉贝尔 申请人:高知有限公司