DE69927543T2

DE69927543T2 - Wellenleiter für Mikrowellenherd

Info

Publication number: DE69927543T2
Application number: DE69927543T
Authority: DE
Inventors: Hyun-Jung Kim; Hyung-Joo Kwangmyung-si Kyungki-do Kang; Han-Seok Bundang-gu Kim; Sang-Jin Changwon-si Oh; Sang-Jin Kim
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: RU2215380C2; JP2000030853A; US6097018A; BR9900132A; EP0949847A3; EP0949847B1; DE69927543D1; CN1231397A; JP3510523B2; CN1171506C; ATE306184T1; EP0949847A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen und insbesondere einen Wellenleiter für einen Mikrowellenofen, der die Gleichförmigkeit der Erwärmung verbessern kann.
Im Allgemeinen wird eine sehr hohe Frequenz (VHF), die für eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Rundfunkvorrichtung, einen Haartrockner, und einen Mikrowellenofen benötigt wird, die eine elektromagnetische Welle verwendet, durch ein Magnetron erzeugt,
Ein derartiges Magnetron erzeugt durch eine Antenne eine Energie mit einer sehr hohen Frequenz von ungefähr 2,45 GHz, wenn eine Beschleunigungsspannung von ungefähr 4,2 KV an das Magnetron angelegt wird.
Um die Magnetroneinrichtung auf beispielsweise einen Mikrowellenofen anzuwenden und in einer effektiven Weise eine Vielzahl von Nahrungsmittellasten unter Verwendung der VHF-Energie zu kochen, wird ein Führungssystem, beispielsweise ein Wellenleiter, verwendet, um die durch das Magnetron erzeugte VHF-Energie an eine Kochkammer des Mikrowellenofens zu richten.
Die Antenne der Magnetroneinrichtung erzeugt eine Energie mit linearer Polarisation, die durch einen Wellenleiter in die Kochkammer hineingestrahlt wird, um die Nahrungsmittelbelastung zu erwärmen. Die 1a und 1b zeigen ein herkömmliches elektromagnetisches Wellenleitersystem, das in einem Mikrowellenofen verwendet wird.
Das herkömmlichen elektromagnetische Wellenleitersystem umfasst einen Wellenleiter 11, der auf einer Seitenwand eines Hohlraumkörpers 12 angebracht ist, der eine Kochkammer 130 definiert, zum Führen von elektromagnetischer Wellenenergie in die Kochkammer 130 hinein durch eine Öffnung 11b; ein Magnetron 10, das auf einer Seite des Wellenleiters 11 angebracht ist, zum Erzeugen der elektromagnetischen Wellenenergie und zum Abstrahlen von dieser in den Wellenleiter 11 hinein durch eine Antenne 10a, die in den Wellenleiter 11 vorsteht, wenn eine hohe Beschleunigungsspannung von einem Hochspannungstransformator (nicht gezeigt) angelegt wird; eine Kurzschlussschaltung 11a, die parallel zu der Antenne 10a des Magnetrons 10 gebildet ist; und einen elektromagnetischen Wellen-Einlassanschluss 12a durch den die elektromagnetische Wellenenergie, die durch die Öffnung 11b des Wellenleiters 11 gestrahlt wird, in die Kochkammer 130 hineingerichtet wird, wobei der elektromagnetische Wellen-Einlassanschluss 12a auf der Seitenwand des Hohlraumkörpers 10 gebildet ist.
Wenn das Magnetron 10 durch die hohe Beschleunigungsspannung angeregt wird, die durch den Hochspannungstransformator erzeugt wird, erzeugt das Magnetron 10 eine elektromagnetische Wellenenergie von beispielsweise ungefähr 2,45 GHz und gleichzeitig beginnt sich ein Drehteller 14, der an einem Boden der Kochkammer 130 angeordnet ist und auf dem sich Nahrungsmittel 15 befinden, eine Drehung.
Die elektromagnetische Wellenenergie, die durch das Magnetron 10 erzeugt wird, wird in den Wellenleiter 11 hinein durch die Antenne 10a gestrahlt, dann an der Kurzschlussoberfläche 11a in eine stehende Welle umgewandelt, und schließlich in die Kochkammer 130 hinein durch die Öffnung 11b und den Einlassanschluss 12a des Hohlraumkörpers 12 eingestrahlt, um die Nahrungsmittel 15 zu erwärmen.
In der obigen Anordnung wird die elektromagnetische Wellenenergie von der Antenne 10a in der Form einer Wellenbewegung abgestrahlt.
Demzufolge wird eine elektromagnetische Welle, die auf der Kurzschlussoberfläche 11a reflektiert wird, zu der elektromagnetischen Welle hinzugefügt, die von der Antenne 10a an der Öffnung 11b des Wellenleiters 11 abgestrahlt wird, wodurch die stehende Welle gebildet wird.
Zusätzlich erwärmt die elektromagnetische Energie die Nahrungsmittel 15 innerhalb der Kochkammer 130, wenn ein geringes elektrisches Feld mit einem hohen elektrischen Feld kombiniert wird.
In dem voranstehend beschriebenen elektromagnetischen Wellensystem macht die Kurzschlussoberfläche 11a, die ausgebildet ist, um leicht die stehende Welle zu bilden, jedoch den Aufbau des Wellenleiters 11 kompliziert. Da ferner ein Platz zum Anbringen der Wand 11b für die Kurzschlussoberfläche 11a auf dem Magnetron 10 zu klein ist, ist es schwierig das Magnetron 10 mit einer perfekten Abdichtung anzubringen und die elektomagnetische Wellenenergie leckt heraus.
Zusätzlich ist die elektromagnetische Welle, die von der Antenne abgestrahlt wird, von einer inhärent geraden Polarisation mit einem konstanten Polarisationsabschnitt im Hinblick auf seine Vorrückungsrichtung, was die Gleichförmigkeit des Kochvorgangs als Folge eines elektromagnetischen Welleninterferenzeffekts, der innerhalb der Kochkammer 130 auftritt, verschlechtert.
In der geraden Polarisation ist ein Polarisationsabschnitt der elektrischen Feldrichtung in einer Richtung konstant. Das heißt, als Folge der elektromagnetischen Welleninterferenz wird die elektromagnetische Welle in einen heißen Punkt und einen schwachen Punkt aufgeteilt, wodurch die Verbesserung des Kochvorgangs eingeschränkt wird.
Wenn jedoch eine zirkulare Polarisation mit einem Polarisationsabschnitt, der in Bezug auf die Vorrückungsrichtung der elektromagnetischen Welle sich dreht, wenn die Zeit abläuft, gebildet wird, wird ein reflektierender Winkel der elektromagnetischen Welle, die an die Kochkammer 130 übertragen wird, ebenfalls kontinuierlich geändert, da eine Richtung des elektrischen Felds kontinuierlich geändert wird, wenn die Zeit abläuft, wodurch die elektromagnetische Welle auf ein breiteres Gebiet verteilt wird, sodass die Gleichförmigkeit des Kochvorgangs verbessert wird.
Deshalb sind in den vergangenen Jahren Wellenleiter entwickelt worden, die die von einer Antenne eines Magnetrons erzeugte elektromagnetische Wellenenergie in die zirkulare Polarisation umwandeln können, um die Gleichförmigkeit des Kochvorgangs zu verbessern.
2 zeigt ein herkömmliches Erzeugungssystem für eine zirkulare Polarisation, das auch auf einen Mikrowellenofen angewendet werden kann.
Das herkömmliche Polarisationserzeugungssystem ist ein Viertor-Hybridübergang, umfassend einen rechteckförmigen Wellenleiter 111, eine elektromagnetische Wellenquelle, wie beispielsweise ein Magnetron, welches mit einem Ende des Wellenleiters 111 gekoppelt ist, eine Kurzschlussschaltung 17, die auf dem anderen Ende des Wellenleiters 111 angeordnet ist.
Ein Polarisations-Abstrahler 112, der eine Öffnung oder ein Paar von Schlitzen ist, ist auf einem Boden des Wellenleiters 111 angeordnet, um eine elektromagnetische Welle abzustrahlen.
Zusätzlich weist eine elektromagnetische Wellenenergie, die in einen anderen Abschnitt 20 einer elektromagnetischen Wellenführung hinein abgestrahlt wird, eine linksdrehende zirkulare Polarisation oder eine rechtsdrehende zirkulare Polarisation auf.
Ein Abstrahler weist zwei Tore (Anschlüsse) auf, da die linksseitige zirkulare Polarisation und die rechtsseitige zirkulare Polarisation voneinander isoliert sind.
Ein Phasenschieber 19 ist auf der Kurzschlussschaltung 17 angeordnet, um eine Phase der von dem Abstrahler abgestrahlten elektromagnetischen Welle zu verschieben.
Wenn hier angenommen wird, dass der Phasenschieber 19 nicht auf der Kurzschlussschaltung 17 angeordnet ist, wird eine elektromagnetische Wellenenergie, die von der Antenne des Magnetrons erzeugt und an einen Quellenanschluss 1 übertragen wird, an die Anschlüsse 4 und 2 verteilt. Ein Abschnitt t1 der verteilten elektromagnetischen Wellenenergie a1 weist die rechtsseitige zirkulare Polarisation auf und wird in Richtung auf die Kochkammer durch den Abstrahler hin abgestrahlt und ein anderer Abschnitt b1 der verteilten elektromagnetischen Wellenenergie a1 wird reflektiert, nachdem sie durch den Abstrahler 12 geht.
Die elektromagnetische Wellenenergie, die von dem Anschluss 2 (dem Tor) reflektiert wird und sich zwischen den Anschlüssen 1 und 3 aufteilt, und ein Abschnitt t2 der reflektierten elektromagnetischen Wellenenergie a2 weisen die linksseitige zirkulare Polarisation auf und werden in die Kochkammer durch den Abstrahler hineingestrahlt. Ein anderer Abschnitt b2 der reflektierten elektromagnetischen Wellenenergie a2 geht durch den Abstrahler.
Da die zwei linkshändigen zirkularen Polarisationen, sowie die zwei rechtsseitigen zirkularen Polarisationen eine unterschiedliche Polarität aufweisen, existieren immer die formalen links- und rechtsseitigen zirkularen Polarisationen an der elektromagnetischen Führung 20.
Deshalb kollidieren die rechtsseitigen zirkularen Polarisationen und die linksseitigen zirkularen Polarisationen miteinander, wodurch eine stehende Welle gebildet wird.
Wenn hier der elektromagnetische Wellenleiter 20 ein Hohlraumkörper des Mikrowellenofens ist, wird die von den Nahrungsmitteln reflektierte rechtsseitige zirkulare Polarisation in die linksseitige zirkulare Polarisation umgewandelt.
Ein Teil der rflektierten Energie, der durch den Abstrahler geht, wird intensiv an dem Anschluss 2 gekoppelt, aber an dem Anschluss 1 schwach gekoppelt. Deshalb wird die elektromagnetische Wellenenergie, die an den Anschluss 2 gerichtet wird, wieder reflektiert und in die linksseitige zirkulare Polarisation umgewandelt.
Deshalb wird die abgestrahlte elektromagnetische Wellenenergie als die stehende Welle mit der rechts- und linksseitigen zirkularen Polarisation an dem elektromagnetischen Wellenleiter 20 gebildet.
Um die stehende Welle zu drehen, ist es erforderlich eine Phase der zwei Polarisationen zu ändern. Der Phasenschieber 19, der auf einer vorderen Seite des Kurzschlusses 17 des Wellenleiters 111 angeordnet ist, wandelt eine Phase der linksseitigen zirkularen Polarisation der reflektierten elektromagnetischen Wellenenergie um, wodurch sich die stehende Welle dreht, was das gleiche Ergebnis ist, wie wenn eine mechanische Drehöffnung angewendet wird.
Die Energie, die als eine sich drehende Welle abgestrahlt wird, verbessert die Gleichförmigkeit des Erwärmungsvorgangs innerhalb der Kochkammer.
In dem voranstehend beschriebenen Erzeugungssystem mit zirkularer Polarisation macht die Anbringung des Phasenschiebers und des Abstrahlers innerhalb des Wellenleiters die Länge des Wellenleiters viel länger und den Aufbau davon kompliziert, wodurch die Herstellungskosten steigen. Zusätzlich erschwert der lange Wellenleiter eine Anordnung von anderen elektrischen Teilen innerhalb einer Anbringungskammer für elektrische Teile. Deshalb sollte die Anbringungskammer für elektrische Teile vergrößert werden.
In einer Anstrengung zur Lösung der voranstehend beschriebenen Probleme wird eine Führungsteilung innerhalb des Fernleiters in einer longitudinalen Richtung angebracht, um das Innere des Wellenleiters in zwei Teile aufzuteilen, und ein paar von rechteckförmigen Öffnungen wird unter einem Winkel von 45° auf beiden Seiten des Führungsabschnitts gebildet.
Jedoch macht die Führungsteilung, die zusätzlich bereitgestellt wird, das System weiter kompliziert und es ist sehr schwierig genau die Öffnungen unter dem Winkel von 45° zu bilden.
EP-A-0284958, die US-A-9808784, die US-A-4833285 und die US-A-2704802 beschreiben jeweils einen Wellenleiter in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Deshalb ist die vorliegenden Erfindung in einer Anstrengung durchgeführt worden, um die voranstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wellenleiter für einen Mikrowellenofen bereitzustellen, der in der Länge kurz und im Aufbau einfach ist, während die gleichen Betriebseffekte wie diejenigen des Standes der Technik aufgezeigt werden.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wellenleiter bereitzustellen, der verhindern kann, dass elektromagnetische Wellenenergie leckt, indem ein Anbringungsraum einer Antenne und einer Kurzschlussoberfläche optimiert wird.
Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wellenleiter bereitzustellen, der einen Betrag einer Abstrahlung der elektromagnetischen Wellenenergie vergrößern kann, während ein ausreichender Anbringungsraum für eine Antenne bereitgestellt wird.
Die vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, wie in den nebengeordneten Ansprüchen definiert.
In den Ausführungsformen umfasst ein Mikrowellenofen ein Magnetron zum Erzeugen einer elektromagnetischen Wellenenergie, einen Wellenleiter zum Führen und Richten der elektromagnetischen Wellenenergie in einen Hohlraumkörper hinein, der eine Kochkammer definiert, und eine Antenne zum Abstrahlen der elektromagnetischen Wellenenergie, die durch das Magnetron erzeugt wird, in den Wellenleiter hinein. Der Wellenleiter umfasst eine erste Öffnung zum gleichförmigen Verteilen der elektromagnetischen Wellenenergie in die Kochkammer hinein, wobei die erste Öffnung auf einem Abschnitt des Wellenleiters gebildet ist, der den Hohlraumkörper kontaktiert und sich entlang einer longitudinalen Richtung erstreckt, und eine zweite Öffnung umfasst, um die elektromagnetische Wellenenergie gleichförmig in die Kochkammer hineinzuverteilen, wobei die zweite Öffnung von der ersten Öffnung beabstandet angeordnet ist und einen vorgegebenen Winkel zu der ersten Öffnung aufweist.
Der Wellenleiter kann ferner eine Kurzschlussoberfläche zum Bereitstellen von einem größeren Teil der Mikrowelle an dem Mikrowellenofen umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Öffnung in Bezug auf die erste Öffnung vertikal angeordnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Öffnung in Bezug auf die erste Öffnung unter 45-135° geneigt.
Vorzugsweise ist die zweite Öffnung innerhalb einer Länge der ersten Öffnung angeordnet und jede der ersten und zweiten Öffnung ist auf ihrer oberen Oberfläche mit einem Wulst zum Abgeben von Wärme versehen.
Weiter vorzugsweise ist wenigstens eine der ersten und zweiten Öffnungen mit einer Stichleitung versehen, und die Sub-Kurzschlussschaltung ist nach außen von einem zentralen Abschnitt der Kurzschlussschaltung abgerundet. Ein Abschnitt des Wellenleiters, der einem Abschnitt des Wellenleiters gegenüberliegt, wo die ersten und zweiten Öffnungen gebildet sind, ist nach oben gebogen.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Ende von jeder der ersten und zweiten Öffnungen kreisförmig ausgeformt, sodass eine Breite des kreisförmig ausgeformten Endes breiter als ein anderer gerader Abschnitt der Öffnungen ist.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Öffnung bogenförmig.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun Ausführungsformen mit Hilfe eines Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1a eine perspektivische Ansicht eines Mikrowellenofens, bei dem ein herkömmlicher Wellenleiter verwendet wird;
1b eine Querschnittsansicht der 1;
2 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Wellenleiters;
3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Wellenleiters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4a und 4b schematische Ansichten, die eine relative Position und einen relativen Winkel der ersten und der zweiten Öffnungen in Übereinstimmung mit verschiedenen modifizierten Beispielen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
5 eine Ansicht, die eine Veränderung einer zirkularen Polarisation mit Ablauf der Zeit des Wellenleiters der ersten Ausführungsform darstellt;
6a ein schematisches Diagramm eines Wellenleiters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6b eine Draufsicht auf den Wellenleiter der 6a;
6e, 6d und 6e schematische Ansichten, die eine relative Position und einen relativen Winkel der ersten und zweiten Öffnung gemäß verschiedener modifizierter Beispiele des Wellenleiters der zweiten Ausführungsform darstellen,
7a eine Draufsicht auf einen Wellenleiter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7b eine vergrößerte Ansicht der ersten und zweiten Öffnungen die in 7a dargestellt sind;
8a eine perspektivische Ansicht eines Wellenleiters gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8b eine Seitenansicht des Wellenleiters der 8a;
8c eine schematische Ansicht, die eine Beziehung von Impedanzanpassungen des Wellenleiters der 8a darstellt;
9 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer geraden Polarisation und einer zirkularen Polarisation darstellt;
10a einen Graph, der ein Stehwellenverhältnis gemäß einer Änderung in einer Länge eines Paars von Öffnungen darstellt;
10b einen Graph, der eine Phasencharakteristik gemäß einer Änderung in einer Länge einer ersten Öffnung darstellt;
11 eine schematische Ansicht, die die relative Position der ersten und zweiten Öffnungen in einer alternativen Ausführungsform darstellt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
3 zeigt einen Wellenleiter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß Wellenleiter umfasst eine Führungsröhre 100, die mit einer ersten Öffnung 102 und einer zweiten Öffnung 104 an ihrer Auslassseite für elektromagnetische Wellen versehen ist, sodass eine zirkulare Polarisation durch eine Kombination einer horizontalen Polarisation und einer vertikalen Polarisation gebildet werden kann, wenn eine von einem (nicht gezeigten) Magnetron erzeugte elektromagnetische Welle in eine Kammer, beispielsweise eine Kochkammer eines Mikrowellenofens, hineingestrahlt wird.
Das Bezugszeichen 106 zeigt ein Kopplungsloch an, an das eine Antenne des Magnetrons eingefügt und gekoppelt wird.
Wenn in dem Wellenleiter das Magnetron eine elektromagnetische Welle erzeugt, wird diese elektromagnetische Welle durch die Führungsröhre in eine Kochkammer hinein gerichtet, um die Nahrungsmittellast, die innerhalb der Kochkammer angeordnet ist, zu erwärmen.
An diesem Punkt wandeln die ersten und zweiten Öffnungen 102 und 104, die senkrecht zueinander angeordnet sind, eine flache Polarisation der elektromagnetischen Welle in eine zirkulare Polarisation um, und dann wird diese in die Kochkammer hinein abgestrahlt.
D.h., die ersten und die zweiten Öffnungen 102 und 104 erzeugen jeweils eine vertikale Polarisation und eine horizontale Polarisation. Die zirkulare Polarisation wird gebildet, wenn die vertikalen und horizontalen Polarisationen miteinander kombiniert werden.
Nun wird nachstehend kurz das Herstellungsprinzip für eine zirkulare Polarisation dieser Ausführungsform beschrieben. Dieses Prinzip wird auf die zweiten bis vierten Ausführungsformen angewendet werden, die nachstehend beschrieben werden, sowie auf die erste Ausführungsform.
Wenn zunächst angenommen wird, dass die vertikalen und horizontalen Polarisationen in einer Größe identisch sind, aber in einer Phase um 90° unterschiedlich sind, kann eine flache Polarisation, die in einer Richtung vorrückt, als eine Summe eines elektrischen Feldvektors an einer Oberfläche senkrecht zu der Vorrückungsrichtung dargestellt werden.
Wenn angenommen wird, dass die flache Polarisation in einer positiven Richtung bei einer Z-Achse fortschreitet, dann kann die flache Polarisation in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen 1 und 2 erhalten werden. E1 = axE01 jwt–jkz (Gleichung 1) E2 = ayE02ejwt–jkz–jθ (Gleichung 2)wobei θ die Phase ist und k die Wellenzahl ist.
Wenn die Gleichungen 1 und 2 kombiniert werden, dann kann eine folgende Gleichung 3 erhalten werden. E = Re(E1 + E2) = axE01cos(ωt – kz) + ayE02cos(ωt – kz – θ) (Gleichung 3)
In der obigen Gleichung wird die flache Welle in Übereinstimmung mit den Bedingungen E₁, E₂ und θ verändert.
Wenn E₁, E₂, E₀₁, und E₀₂ gleich zueinander sind und θ 0 ist, dann kann die flache Welle dargestellt werden, wie in einer folgenden Gleichung 4 gezeigt. E = E0(ax + ay)ejwt–jkz (Gleichung 4)
Diese Gleichung zeigt eine gerade Polarisation mit einem elektrischen Feldvektor, der in Bezug auf eine X-Achse unter einem Winkel von 45° geneigt ist, und eine Größe von E = E₀cos(ωt) hat.
Wenn die Komponenten E₁, E₂ und E₀ gleich zueinander sind und der Winkel θ π/2 ist, dann kann die flache Welle so dargestellt werden, wie in der folgenden Gleichung 4 gezeigt, wobei die Phase und die Größe des elektrischen Feldvektors so dargestellt werden kann, wie in der folgenden Gleichung 5 gezeigt.
(Gleichung 5)
Wobei φ die Phasendifferenz der zwei Wellen E₁ und E₂ ist.
Die Gleichung 5 zeigt, dass sich der elektrische Feldvektor in Abhängigkeit von einer Phasendifferenz θ in die Uhrzeigerrichtung oder in die Gegenuhrzeigerrichtung dreht.
Zusätzlich sind in 3 zahlreiche Elemente gezeigt, die Polarisationscharakteristiken der in dem Wellenleiter 100 erzeugten elektromagnetischen Welle beeinflussen, wie die Längen Lh und Lv und die Breiten Wh und Wv und eines Abstands zwischen den ersten und den zweiten Öffnungen 102 und 104. In Abhängigkeit von den Werten von diesen Elementen wird die Polarisation verändert und eine Ausrichtung zwischen dem Magnetron, dem Wellenleiter 100 und dem Hohlraumkörper, der die Kochkammer definiert, kann eingestellt werden.
D.h., eine Richtung des elektrischen Felds der flachen Welle wird unabhängig von einer Vorrückungsrichtung einer elektrischen Welle davon nicht verändert, während eine Richtung eines elektrischen Felds der zirkularen Polarisation verändert wird, wenn die Zeit abläuft.
Die zirkulare Polarisation, in der die Richtung des elektrischen Felds kontinuierlich auf einer x-y Ebene verändert wird, wenn die Zeit abläuft, ist in 5 gezeigt.
Zusätzlich wird bevorzugt, einen Wulst 110 auf der Oberfläche zu bilden, die die ersten und zweiten Öffnungen 102 und 104 aufweist, um Wärme abzuleiten. Der Wulst 110 kann an einem Element angebracht oder integral mit der Oberfläche gebildet sein. Die Form des Wulstes 110 ist nicht beschränkt. Der Wulst kann auch die Festigkeit erhöhen.
Das heißt, zum Untersuchen eines abnormalen Status des Mikrowellenofens, wenn nur das Magnetron ohne Betreiben von anderen Komponenten betrieben wird, geht eine elektromagnetische Wellenenergie durch die ersten und zweiten Öffnungen 102 und 104. Zu diesem Punkt wird eine Hochtemperaturwärme durch eine Kollision der elektromagnetischen Wellenenergie auf einer Oberfläche des Wellenleiters 100 erzeugt, was bewirkt, dass elektrische Teile beschädigt werden.
Um dies zu verhindern, wird der Wulst nahe zu den ersten und den zweiten Öffnungen 102 und 104 gebildet, um die Wärme abzuleiten.
Zusätzlich zeigen die 4a und 4b modifizierte Beispiele des in 3 dargestellten Wellenleiters.
Gemäß der 4a wird die zweite Öffnung 104 senkrecht in Bezug auf die erste Öffnung 102 angeordnet, ist aber positioniert in Richtung auf ein Ende der ersten Öffnung 102 hin. Die Polarisationscharakteristiken der elektromagnetischen Welle werden in Übereinstimmung mit den relativen Positionen der ersten und zweiten Öffnungen 102 und 104 verändert. Durch Einstellen des Arrays der zweiten Öffnung (104) relativ zu der ersten Öffnung 102, können gewünschte Polarisationscharakteristiken erhalten werden. Jedoch sollte die zweite Öffnung 104 nicht von beiden Enden der ersten Öffnung 102 herauskommen.
In einer Ausführungsform sind die Öffnungen so angeordnet, dass die Hauptachse der zweiten Öffnung 104, die in 4a dargestellt ist, nicht übereinstimmend mit der Linie ist, die in 4a gezeigt ist, die durch die Mitte der ersten Öffnung 102 geht. In dieser Ausführungsform ist es möglich, dass die Hauptachse der Öffnung 104 von jedem Ende der ersten Öffnung um einen Abstand bis zu dem Äquivalent der Länge der ersten Öffnung, versetzt ist. 11 illustriert die maximale Versetzung in jede Richtung.
Bezug nehmend auf 4b ist die zweite Öffnung 104 nicht senkrecht in Bezug auf die erste Öffnung 102 angeordnet, sondern unter einem Winkel innerhalb von 30° geneigt. Die Polarisationscharakteristiken der elektromagnetischen Welle werden in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel der zweiten Öffnung 104 verändert.
Da jedoch in der obigen ersten Ausführungsform und den modifizierten Beispielen davon die ersten und die zweiten Öffnungen 102 und 104 in einer rechteckigen Form gebildet sind, kann die elektromagnetische Welle intensiv an den angewinkelten Ecken gekoppelt werden, wodurch die angewinkelten Ecken übermäßig erwärmt werden können. Zusätzlich bewirkt die rechteckige Form der Öffnungen 102 und 104, dass der Wellenleiter verlängert wird.
Deshalb werden in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die ersten und die zweiten Öffnungen derart konstruiert, dass beide Ende von jeder der Öffnungen kreisförmig oder gekrümmt sind.
Die 6a bis 6e zeigen Beispiele der ersten und zweiten Öffnungen eines Wellenleiters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in 6a gezeigt, ist ein Wellenleiter 200 mit einem Kopplungsloch 206 versehen, in das eine Antenne 210 eines Magnetrons 208 eingefügt und gekoppelt wird, mit einer ersten Öffnung 202 zum Richten der elektromagnetischen Wellenenergie, die von der Antenne 210 des Magnetrons 208 erzeugt wird, in die Kochkammer hinein, und einer zweiten Öffnung 204, die senkrecht zu der ersten Öffnung 202 und beabstandet davon angeordnet ist, zum Abstrahlen der elektromagnetischen Wellenenergie, die von der Antenne 210 erzeugt wird, in die Kochkammer hinein.
Wenn eine Beschleunigungs-Hochspannung an das Magnetron 208 zum Erzeugen einer elektromagnetischen Wellenenergie von ungefähr 2,45 GHz angelegt wird, wird diese Wellenenergie in den Wellenleiter 200 durch die Antenne 210 hinein abgestrahlt.
Die elektromagnetische Wellenenergie, die in den Wellenleiter 200 abgestrahlt wird, wird in zwei Typen von Polarisationen aufgeteilt und wiederum kombiniert, während sie von den ersten und zweiten Öffnungen 202 und 204 heraus gehen, um in die zirkulare Polarisation umgewandelt zu werden. Die zirkulare Polarisation wird in die Kochkammer abgestrahlt, um die Nahrungsmittel gleichmäßig zu erwärmen.
Wie altbekannt ist, kann in dem herkömmlichen Mikrowellenofen das Nahrungsmittel nicht gleichförmig erwärmt werden, da die elektromagnetische Wellenenergie eine gerade Polarisationscharakteristik aufweist, wie in 9b gezeigt.
In dieser Ausführungsform, wie 9a gezeigt, weist die zirkulare Polarisation jedoch eine Charakteristik dahingehend auf, dass ein elektrischer Richtungsvektor sich dreht, wenn die Zeit abläuft.
Da die rechteckigen ersten und zweiten Öffnungen der ersten Ausführungsform die gleichförmige Abstrahlung verschlechtern können, werden in dieser Ausführungsform zusätzlich beide Ende der Öffnungen 202 und 204 so konstruiert, dass sie eine kreisförmige Form aufweisen. Vorzugsweise ist jede Breite der kreisförmigen Abschnitte breiter als ein anderer gerader Abschnitt von jeder Öffnung.
Die kreisförmigen Enden verbessern die Verteilung der elektromagnetischen Welle und ermöglichen es, die Länge des Wellenleiters zu verkürzen.
Der kreisförmige Abschnitt kann auf beiden Enden von jeder der Öffnungen oder nur auf einem Ende von jeder der Öffnungen gebildet werden. Zusätzlich können beide Enden des ersten Abschnitts 202 kreisförmig sein, während nur ein Ende der zweiten Öffnung 204 kreisförmig sein kann.
Nun wird das Bildungsprinzip der zirkularen Polarisation dieser Ausführungsform nachstehend kurz beschrieben.
Wie in 6a gezeigt, wenn angenommen wird, dass die erste Öffnung 202 eine Polarisation einer y-Richtung erzeugt, dann ist das elektrische Feld E wie folgt: E = yE1 ∠ ∅1 wobei y ein Einheitsvektor in einer Richtung von y ist, E₁ eine Größe des Vektors ist, und ∅₁eine Phase ist.
Wenn zusätzlich angenommen wird, dass die zweite Öffnung 204 eine Polarisation erzeugt, die in eine Richtung x fortschreitet, dann ist das elektrische Feld wie folgt: E = xE2 ∠ ∅2 wobei x ein Einheitsvektor einer x-Richtung ist, F₂ eine Größe des Vektors ist und ∅₂ eine Phase ist.
Um die zirkulare Polarisation zu erzeugen werden deshalb die folgenden Bedingungen erfüllt: |∅1 – ∅2| = π/2, und |E1/E2| = 1
Um eine zirkulare Polarisation mit den obigen Charakteristiken zu erzeugen, wie in 6b gezeigt, sollten die Orte der ersten und der zweiten Öffnungen in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung bestimmt werden: |L1 – L2| = λ0/4, d.h., K0|L1 – L2|π/2wobei λ₀ die Wellenlänge der Welle im freien Raum ist und K₀ die Wellenzahl ist, d.h. 2π/λ₀.
In der zweiten Ausführungsform ist ein Achsenverhältnis (y-Richtung Komponente/x-Richtung Komponente der Welle) der zirkularen Polarisation, erhalten durch den Aufbau des Wellenleiters, kleiner als ungefähr 4.
Als modifizierte Beispiele dieser Ausführungsform kann die zweite Öffnung 204 unter Umständen nicht senkrecht zu der ersten Öffnung 202 angeordnet sein, sondern kann unter einem Winkel von 45° geneigt sein, oder, wie in 6c gezeigt, die erste Öffnung 202 kann unter einem vorgegebenen Winkel 91, z.B. 45°, in Bezug auf eine Seitenwand des Wellenleiters 200 angeordnet werden und die zweite Öffnung 204 wird unter einem vorgegebenen Winkel 92, z.B. 45-135°, in Bezug auf die erste Öffnung 202 angeordnet.
Zusätzlich kann die erste Öffnung 202 so angeordnet werden, dass sie nahe zu einem Ende der zweiten Öffnung 204 positioniert ist.
Polarisationscharakteristiken der elektromagnetischen Welle werden in Übereinstimmung mit der relativen Position und dem Winkel der ersten und zweiten Öffnungen 202 und 204 verändert. Durch Einstellen der relativen Position und des Winkels können gewünschte Polarisationscharakteristiken deshalb erhalten werden.
Die 6d und 6e zeigen andere modifizierte Beispiele der zweiten Ausführungsform. Diese modifizierten Beispiele zeigen verschiedene Formen der ersten und zweiten Öffnungen 202 und 204.
Bezug nehmend auf 6d ist ein Ende der zweiten Öffnung 204, die poximal zu der ersten Öffnung 202 ist, kreisförmig ausgeformt breiter als das andere Ende davon, welches distal von der ersten Öffnung 202 ist. Bezug nehmend auf 6e ist die erste Öffnung 202 bogenförmig.
Durch Ändern der Formen der ersten und zweiten Öffnungen 202 und 204 kann, wie voranstehend beschrieben, eine gewünschte Polarisation erreicht werden.
In diesen modifizierten Beispielen kann die relative Position und der Winkel der ersten und zweiten Öffnungen 202 und 204 eingestellt werden, um eine gewünschte Polarisation zu erreichen.
Die 7a und 76 zeigen einen Wellenleiter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der dritten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Öffnungen 302 und 304 eines Wellenleiters 300 rechteckförmig und die erste Öffnung 302 ist mit einer Stichleitung 306, wie in 7b gezeigt, versehen, um effektiv eine elektromagnetische Welle zu verteilen. Obwohl die Länge L10 der zweiten Öffnung 304 mechanisch gleich zu derjenigen der ersten Öffnung 302 ist, aber elektrisch länger als diejenige der genannten als Folge der Stichleitung.
Die 8a bis 8c zeigen einen Wellenleiter gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein Wellenleiter gemäß der vierten Ausführungsform umfasst eine erste Öffnung 402, die in einer longitudinalen Richtung des Wellenleiters gebildet ist, um eine elektromagnetische Wellenenergie, die durch eine Antenne eines Magnetrons 412 erzeugt wird, gleichförmig in die Kochkammer des Mikrowellenofens hineinzuverteilen, eine zweite Öffnung 404, die senkrecht zu der ersten Öffnung 402 angeordnet ist, um die elektromagnetische Wellenenergie gleichförmig in die Kochkammer hineinzuverteilen, eine Sub-Kurzschlussplatte oder Oberfläche 406, die sich in eine longitudinale Richtung einer Kurzschlussplatte erstreckt und einen Abstand λ_g/4 mit der Antenne 413 aufweist und einen abgestuften Abschnitt 414 und eine Wand 416, die auf einem Abschnitt des Wellenleiters 400 gegenüberliegend einem Abschnitt des Wellenleiters 400, wo die ersten und zweiten Öffnungen 402 und 404 gebildet sind, gebildet sind.
Die Sub-Kurzschlussplatte 406 des Wellenleiters 400 ist vorzugsweise durch ein nach außen gerichtetes Runden eines zentralen Abschnitts der Kurzschlussplatte 408 des Wellenleiters 400 gebildet.
Wenn in der vierten Ausführungsform eine Beschleunigungs-Hochspannung, die durch einen Hochspannungstransformator erzeugt wird, an das Magnetron 412 angelegt wird, wird eine elektromagnetische Wellenenergie von 2,45 GHz von dem Magnetron 412 durch die Antenne 413 abgestrahlt und dann in den Wellenleiter 400 abgestrahlt. Die elektromagnetische Wellenenergie, die in dem Wellenleiter 400 gerichtet wird, wird in Richtung auf den abgestuften Abschnitt 414 und die Wand 416 über die Sub-Kurzschlussoberfläche 406 weiter transportiert.
Die elektromagnetische Wellenenergie, die an die Wand 416 weiter transportiert wird, wird darauf reflektiert, durch die ersten und zweiten Öffnungen 402 und 404 aufgeteilt, dann wieder in eine zirkulare Polarisation kombiniert, die in die Kochkammer abgestrahlt wird, um die Nahrungsmittel gleichmäßig zu erwärmen.
Da die Sub-Kurzschlussoberfläche 406 die Antenne in dem Abstand λ_g/4 kontaktiert, wird hier der Abstand zwischen dem Kurzschluss 408 und der Antenne 413 kleiner als λ_g/4 durch einen Abstand b2 des Sub-Kurzschlusses.
Das heißt, wie in 8c gezeigt, wenn der Abstand von einer zentralen Achse der Antenne 413 zu dem Kurzschluss 408 b1 ist und der Abstand zwischen dem Kurzschluss 408 zu dem Sub-Kurzschluss 406 b2 ist, wird der gesamte Anbringungsabstand zum Anbringen der Antenne 413 um "b2" vergrößert.
Wie voranstehend beschrieben wird der Anbringungsraum für die Antenne 413 durch den Sub-Kurzschluss 406 größer, und die elektromagnetische Wellenenergie leckt nicht durch den Kontaktabschnitt, wodurch eine Abstrahlung eines großen Betrags der zirkularen Polarisation in die Kochkammer hinein stattfindet, um die Nahrungsmittel gleichförmig zu erwärmen.
Die 10a und 10b zeigen Graphen, die Charakteristiken der Kopplungslöcher darstellen, die in den ersten bis vierten Ausführungsformen offenbart sind.
Bezug nehmend auf 10a wird das Stehwellenverhältnis SWR minimiert, wenn die ersten und zweiten Öffnungen innerhalb einer Resonanzlänge sind. Eine Phasenempfindlichkeit ist hoch, wie in 10b gezeigt.

Claims

Ein Wellenleiter und eine Antenne (413) zum Abstrahlen von elektromagnetischer Wellenenergie, die durch ein Magneton (412) erzeugt wird, in den Wellenleiter hinein, wobei der Wellenleiter erste (102, 202, 302, 402) und zweite (104, 204, 304, 404) längliche Öffnungen zum Verteilen von elektromagnetischer Energie in eine Kammer hinein einschließt, wobei beide Öffnungen in der gleichen Ebene sind, wobei die zweite Öffnung eine zu der ersten Öffnung unterschiedliche Orientierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter ferner eine Kurzschlussplatte (408) zum Bereitstellen einer Kurzschluss-Oberfläche für die Antenne (413) und eine Sub-Kurzschlussplatte (406), die in einer longitudinalen Richtung von der Antenne in einem Abstand von λ_g/4 angeordnet ist, wobei λ_g die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellenenergie ist, die durch die Antenne in den Wellenleiter hinein abgestrahlt wird, umfasst.
Wellenleiter und Antenne nach Anspruch 1, wobei die zweite Öffnung (104) in Bezug auf die erste Öffnung (102) vertikal angeordnet ist.
Wellenleiter und Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Öffnung (204) um 45-135° in Bezug auf die erste Öffnung (202) geneigt ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die zweite Öffnung (104, 204, 304, 404) innerhalb eines Längenbereichs der ersten Öffnung (102, 202, 302, 402) angeordnet ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei jede der ersten (102, 202, 302, 402) und zweiten (104, 204, 304, 404) Öffnungen an ihrer oberen Oberfläche mit einem Wulst (110) zur Ableitung von Wärme versehen ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei wenigstens eine der ersten (302, 302, 304) Öffnungen mit einer Stichleitung (306) versehen ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei ein Abschnitt (414) des Wellenleiters, der einem Abschnitt des Wellenleiters gegenüberliegt, wo die ersten (102, 202, 302,) und zweiten (104, 204, 304, 404) Öffnungen gebildet sind, nach oben gebogen ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Ende von jeder der ersten (202, 402) und zweiten (204, 404) Öffnungen kreisförmig ausgeformt ist, so dass eine Breite des kreisförmig ausgeformten Endes breiter als ein anderer gerader Abschnitt der Öffnungen ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei ein Ende der zweiten Öffnung (104) angrenzend zu einem Ende der ersten Öffnung (102) positioniert ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Öffnung (202) bogenförmig ist.
Wellenleiter und Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die Sub-Kurzschlussplatte (406) von einem zentralen Abschnitt des Kurzschlusses (404) nach außen gerundet ist.
Mikrowellenofen, umfassend den Wellenleiter und die Antenne nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, und ein Magneton (412) zum Erzeugen von elektromagnetischer Wellenenergie.