KR100266292B1 - 전자렌지 - Google Patents

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KR100266292B1
KR100266292B1 KR1019980024443A KR19980024443A KR100266292B1 KR 100266292 B1 KR100266292 B1 KR 100266292B1 KR 1019980024443 A KR1019980024443 A KR 1019980024443A KR 19980024443 A KR19980024443 A KR 19980024443A KR 100266292 B1 KR100266292 B1 KR 100266292B1
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waveguide
magnetron
spinneret
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microwave oven
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김태봉
신종섭
주기훈
이응섭
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윤종용
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Abstract

본 발명의 전자렌지는, 출력도파관내의 마그네트론의 안테나 위치(A-B)는 식, A-B = k· λg 로 계산하며, 단 A= 출력도파관의 전체길이, B= 출력도파관의 일측면에서 마그네트론의 안테나까지의 거리, k= 0.5≤k＜0.7, λg = 출력도파관내의 파장으로 구성된 되므로, 상부 및 하부 방사구에 의해 방사되는 마이크로파가 상하 및 좌우 형태로 위상이 반전되어 방사됨에 따라 종래의 투웨이방식의 전자렌지보다 훨씬 많은 다중 전계분포모드를 형성할수 있고, 이로 인하여 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 또한 동일한 도파관을 가지고 여러 종류의 캐비티에 쉽게 적용이 가능함은 물론, 상부 및 하부 방사구의 경사슬롯 폭의 조정만으로도 캐비티내의 조리분포를 손쉽게 변화시킬수 있어 도파관 및 캐비티의 개발을 위한 많은 시간과 노력을 덜어줄수 있는 것이다.

Description

전자렌지
본 발명은 마이크로파를 음식물에 방사하여 음식물을 가열조리하는 전자렌지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상호 역위상의 마이크로파를 방사함으로써 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시키도록 한 전자렌지에 관한 것이다.
일반적으로, 전자렌지는 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 도파관을 통해 캐비티 내부로 분사함으로써 캐비티의 소정위치에 놓인 음식물을 유전가열에 의해 조리를 행하도록 되어 있다.
도 1은 종래의 1실시예에 의한 전자렌지 도파관의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 도파관의 분사 구조 해석도로서, 도파관(1)의 일측면에는 마그네트론(3)의 안테나(3a)가 삽입되는 삽입구(9)가 형성되어 있고, 이 도파관(1)의 타측면에는 상기 마그네트론(3)의 발진에 의해 형성된 마이크로파를 캐비티(5)의 내부로 방사하기 위한 직사각형의 방사구(7)가 형성되어 있다.
상기 마그네트론(3)의 발진에 의해 발생된 마이크로파는 도파관(1)을 통해 캐비티(5)의 내부로 분사되고, 이 마이크로파가 캐비티(5) 내부의 음식물에 방사될 때 음식물은 유전가열되면서 조리가 이루어진다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 마그네트론(3)의 출력(Power)을 Pin 이라고 하고, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에 대한 출력을 Pout 이라고 하면 Pout 는 다음의 수학식1 내지 수학식3에 의해 구해진다.
Pin=Es 2
Ey=Essin(x)
Pout=(Ey)2=(Essin(x))2=Es 2sin(x)2
상기 수학식1 내지 수학식3에서, Es = 마그네트론(3)의 발진에 따라 발생된 마이크로파에 의해 형성되는 전계 에너지(예컨대, 입력 전계 에너지)이고, Ey = 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지(예컨대, 출력 전계 에너지)이다.
상기 마그네트론(3)의 출력은 상기 마그네트론의 발진에 따라 발생된 마이크로파에 의해 형성되는 전계 세기 Es 를 제곱한 값으로 얻어진다.
그리고, 상기 마그네트론(3)의 발진에서 발생되는 마이크로파는 특정 위상 즉, 사인파이므로 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 전계 에너지 Ey 는 상기 마이크로파의 의해 형성된 전계 에너지 Es 에 사인항 sin(x)이 곱해진 형태이며, 이 전계 에너지 Ey 를 제곱한 값이 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout 이다.
따라서, 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout 는 마그네트론(3)의 출력 Pin 에 사인항 sin(x)이 곱해진 형태가 되는데, 이 사인항 sin(x)은 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 따라 그 값 즉, 위상이 달라지므로 캐비티(5) 내부의 특정 위치에서의 출력 Pout 역시 부하 변동에 따라 변화하게 된다.
상기와 같이 음식물의 부하량 변동에 의한 도파관(1)의 임피던스 특성은 도 3의 극성도(Polar Chart)와 같이 도시될 수 있는데, 이때 도 3에서는 마이크로파의 주파수 범위가 2.44∼2.47GHz인 상태에서 부하가 2000cc의 물, 1000cc의 물, 500cc의 물, 100cc의 물인 경우의 도파관(1)의 임피던스 특성을 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 부하가 2000cc의 물인 경우에는 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio) 즉, 도파관(1)의 임피던스가 적게 되어 전자렌지의 출력이 크게 되는 반면에, 부하가 100cc의 물인 경우에는 정재파비(VSWR) 즉, 도파관(1)의 임피던스가 크게 되어 전자렌지의 출력이 작게 된다.
즉, 음식물의 부하량이 클 때는 전자렌지의 출력이 다소 높으나, 부하량이 적을 때는 도파관(1)의 임피던스가 증가하여 전자렌지의 출력이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 조리하고자 하는 음식물의 부하량의 변화에 의한 도파관(1)의 임피던스 변화가 크게 발생하여 캐비티(5) 내부의 전계 분포가 일정하지 않게 되는 문제점이 있었다.
그리고, 전자렌지의 출력을 향상시키기 위해서는 도파관(1)의 임피던스와 캐비티(5)의 임피던스를 매칭시켜야 하는데, 상기와 같은 구조의 도파관(1)은 특정 캐비티(5)와 임피던스 매칭을 가지도록 설계되므로, 하나의 도파관(1)을 여러 종류의 캐비티(5)에 적용하지 못하고, 각 캐비티(5) 마다 도파관(1)을 별도로 설계하여야 하는 어려움이 있었다.
그래서, 종래는 이런 문제점의 해결방안으로 일본국 공개특허 특개평6-111933호(공개일; 1994. 4. 22)에 개시된 전자렌지의 웨이브(Two Way)가이드시스템은, 전자렌지의 캐비티내의 음식물의 균일가열성능을 향상시키고, 도파관을 짧게 구성하여 전기부품의 배치를 용이하게 하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 일측벽에 형성된 상하부 방사구(11a, 11b)와, 조리에 필요한 음식물을 수납하는 캐비티(12)와, 상기 상하부 방사구(11a, 11b)가 형성된 측벽으로부터 격리됨과 동시에 상하부 방사구(11a, 11b)의 사이에 위치되도록 λg 의 주파수를 가지는 마이크로파를 안테나(13)를 통해서 발생하는 마그네트론(14)과, 상기 안테나(13)로부터 λg /4의 거리를 두고 격리됨과 동시에 안테나(13)에 대하여 평행한 단락(Short Circuit)면을 가지면서 상기 상하부 방사구(11a, 11b)를 커버하고 상기 마그네트론(14)을 지지하도록 상하부 방사구(11a, 11b)를 통과한 마이크로파를 상기 캐비티(12)로 안내하는 도파관(15)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 마그네트론(14)으로부터 발생된 전파는 상기 도파관(15)내에서 정재파를 형성한 후, 상기 상하부 방사구(11a, 11b)를 통하여 상기 캐비티(12) 내부로 방사되어 음식물을 균일하게 가열한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 전자렌지의 웨이프 가이드 시스템은, 캐비티(12)의 일측벽에 상하부 방사구(11a, 11b)를 형성하고, 마그네트론(14)의 발진에 따라 발생된 마이크로파를 상기 상하부 방사구(11a, 11b)로 통해 캐비티(12) 내부로 방사함으로써, 단지 마이크로파의 분산 성능을 개선하여 음식물의 균일 가열 성능을 향상시킨 것으로, 특히 음식물의 부하량 변동에 의한 전자렌지의 출력 변동에 적절하게 대응하지 못하는 문제점이 있었다.
또, 종래에 다른예의 일본국 공개특허 특개평4-233188호(공개일; 1992. 8. 21)로 개시된 마이크로파 오븐은, 투웨이 가열방식의 전자렌지를 나타낸 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 캐비티(17)의 일측면 수직 중앙부에 도파관(19)이 형성되고, 그 도파관(19)의 상하단부에 위치하는 캐비티(17)면에 상하부 방사구(21a,21b)가 형성되어 있으며, 상기 도파관(19)의 외측면에는 마그네트론(23)이 부착됨과 동시에 마그네트론(23)의 안테나(25)와 단락면을 형성하는 돌출부(27)가 돌설되어 있고, 상기 돌출부(27)의 폭은 상기 도파관(19)내에 위치함과 동시에 상하부 방사구(21a,21b)의 사이에 위치하는 마그네트론(23)의 안테나(25)의 거리와 거의 같도록 구성된다.
이때, 상기 상하부 방사구(21a,21b)의 길이는 최대의 거리가 되도록 형성되고, 도파관(19)의 상부는 수평면(19a)으로 형성됨과 동시에 그 하부는 경사면(19b)으로 형성된다.
이와 같이 구성된 종래의 투웨이방식의 전자렌지는, 마그네트론(23)에서 발생되는 마이크로파가 안테나(25)를 통해 도파관(19)으로 방사되고, 이 도파관(19)에 방사된 마이크로파는 안테나(25)와 단락면을 형성하는 도파관(19)의 돌출부(27)를 통해 정재파를 형성하면서 상부방사구(19a)를 통하여 직접 캐비티(17)로 방사되고, 일부의 정재파는 하부방사구(19b)를 통하여 경사지게 방사됨으로써 캐비티(17)내의 바닥에 놓인 음식물을 균일하게 가열조리하게 된다.
여기서, 역위상방사를 위한 도파관(19)의 설계이론은 다음 수학식4에 의해 구해진다.
A-B=(K+ n·0.5) λg
상기 수학식4에서, A= 상부방사구(21a)의 상단측 둘레로부터 하부방사구(21b)의 하측단 둘레까지 측정한 도파관(19)의 전체길이이고, B= 중심축선(29)으로부터 상부방사구(21a)의 상단측 둘레까지 측정한 도파관(19)의 길이이고, K= 0.7-0.9의 범위에 대한 값의 정수이고, n= 0,1,2,3...이며, λg = 도파관(19)의 기본 모드의 파장이다.
상기 수학식4에 의한 길이는 λg 의 함수이며, 도파관(19)의 폭 및 길이가 공명, 임피던스정합, 효율 및 유지되는 캐비티(17)의 필드 패턴에 적합하다는 잇점이 얻어진다.
따라서, 캐비티(17)내의 전계분포모드는, 도6에 도시한 바와 같이 상부방사구(19a)와 하부방사구(19b)가 서로 다른 역위상(+,-)의 마이크로파를 방사하여 캐비티(17)에 상하로 형성되는 전계분포모드에 의해 캐비티(17)의 바닥에 놓인 음식물을 균일하게 가열조리할수 있도록 하여준다.
그러나, 상기와 같은 종래의 투웨이방식의 전자렌지에 의하면, 도파관(19)은 출력도파관이 길고 두꺼움에 따라 전장물의 설치가 어려울 뿐만 아니라, 캐비티(17)에 따라 도파관(19)의 임피던스가 일정하지 않기 때문에 캐비티(17)의 크기가 바뀔 때마다 상하부 방사구(21a,21b)의 크기 및 위치를 조정하여야 함으로 재설계가 불가피하다는 문제점이 있었다.
또, 도파관(19)내의 마이크로파가 상하위상차로 캐비티(17)내로 방사됨으로, 상하부 방사구(21a,21b)에 의한 캐비티(17)내의 전계분포모드도 전체적으로 형성되지 않고 대부분 상하로만 이루어진다는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 도파관내에서 상하좌우 역위상이 발생되도록 도파관 및 방사구의 구조를 개선하여 캐비티 내부에 다중 전계분포모드를 형성함으로써 조리성능을 높임과 동시에 부하량 변동에 의한 임피던스를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 출력이 일정하도록 한 전자렌지를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명에 의한 전자렌지는, 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서, 상기 출력도파관내의 마그네트론의 안테나 위치(A-B)는 식, A-B = k· λg 로 계산하며, 단 A= 출력도파관의 전체길이, B= 출력도파관의 일측면에서 마그네트론의 안테나까지의 거리, k= 0.5≤k＜0.7, λg = 출력도파관내의 파장으로 한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 의한 전자렌지는, 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서, 상기 출력도파관은 상기 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 도파관내에서 상하 좌우 모두 한주기의 파장( λg )이 분포되도록 출력도파관의 가로(a)와 세로(b)의 길이는 식, a = b = λg 로 한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 의한 전자렌지는, 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서, 상기 상부 방사구 및 하부 방사구는, 수직슬롯과, 상기 수직슬롯의 하단 양측에 수직슬롯과 연통되도록 수직슬롯의 중심축선(P)을 기준으로 좌우 대칭되게 역 V자형상으로 형성됨과 동시에 그 경사각도가 수평대비 30-60°로 각각 형성된 좌우 경사슬롯과, 상기 좌우 경사슬롯의 하단 외측에 좌우 경사슬롯과 연통되도록 좌우 대칭되게 각각 형성된 수평슬롯으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 의한 전자렌지는, 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서, 상기 출력도파관에는 그 슬롯의 경사방향이 전계분포의 중심점에 대하여 수직 또는 수평으로 형성되어 상호 전기적 대칭특성을 이루어 역위상의 마이크로파를 캐비티의 내부로 분사하도록 상기 상부 방사구와 하부 방사구의 사이에 대하여 캐비티의 측면 중앙 좌우측에 슬롯폭(g)이 g≪ λg 인 좌측 방사구 및 우측 방사구를 각각 형성한 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 제1실시예에 의한 전자렌지 도파관을 도시한 개략적인 단면도,
도 2는 도 1에 대한 도파관의 분사 구조 해석도,
도 3은 도 1에 대한 도파관의 부하별 임피던스 특성을 도시한 극성도,
도 4는 종래의 제2실시예에 의한 전자렌지 도파관을 도시한 개략적인 단면도,
도 5는 종래의 제3실시예에 의한 투웨이방식의 전자렌지 도파관을 도시한 개략적인 단면도,
도 6은 도 5에 대한 캐비티내의 전계분포모드를 도시한 설명도,
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제1실시예에 의한 도면으로서,
도 7은 본 발명에 의한 도파관이 캐비티의 측면에 설치된 상태를 도시한 개략적인 구조도,
도 8은 도파관과 마그네트론과의 결합상태를 도시한 측단면도,
도 9의 (가)(나)는 도파관의 입력도파관과 출력도파관과의 결합상태를 도시한 정면 및 측면도,
도 10은 출력도파관의 상부 및 하부방사구를 도시한 요부 상세도,
도 11의 (가)(나)는 캐비티내의 마이크로파 분포해석도,
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2실시예에 의한 도면으로서,
도 12의 (가)(나)는 본 발명에 의한 도파관의 입력도파관과 출력도파관과의 결합상태를 도시한 정면 및 측면도,
도 13의 (가)(나)는 도 12의 출력도파관의 좌측 및 우측 방사구를 도시한 요부 상세도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
60 : 마그네트론 61 : 안테나
70 : 도파관 71 : 입력도파관
71a : 외주 경사면 71b : 급전구
72 출력도파관 72a : 상부 방사구
72b : 하부 방사구 72c : 수직슬릿
72d : 좌우 경사슬릿 72e : 수평슬릿
73 : 좌측 방사구 74 : 우측 방사구
73a,74c : 수평슬롯 73b,74b : 경사슬롯
73c,74a : 수직슬롯 g : 슬롯폭
H : 슬롯높이 L : 슬롯길이
L1: 입력도파관의 높이 L2: 안테나의 길이
P : 중심축선 X1,X2: 경사꼭지점
Y1,Y2: 방사구바닥선
이하, 본 발명의 제1실시예에 관하여 첨부도면 도 7 내지 도11을 참조하면서 상세히 설명한다.
본 발명의 전자렌지는, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 조리하고자하는 음식물을 수납하는 캐비티(50)와, λg 의 주파수를 가지는 마이크로파를 발생하는 마그네트론(60)과, 상기 마그네트론(60)의 안테나(61)를 통해 발생된 마이크로파를 상기 캐비티(50)내로 안내하는 도파관(70)을 구비하고 있다.
이때, 상기 도파관(70)은 입력도파관(71)과 출력도파관(72)으로 이루어지며, 상기 입력도파관(71)은 마그네트론(60)에 결합되어 마그네트론(60)의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 출력도파관(72)으로 공급하도록 되어 있다.
즉, 상기 입력도파관(71)은 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 출력도파관(72)의 후면에 대하여 중앙을 중심으로 상측에 위치함과 동시에 출력도파관(72)과 동일한 몸체를 이루도록 일정각을 가진 원뿔형(Horn)형상으로 형성되어 용접되고, 그 외주 경사면(71a)은 상기 마그네트론(60)의 안테나(61)와 단락면을 이루도록 되어 있으며, 그 높이(L1)는 안테나(61)의 길이(L2)보다 작게 형성되어 있다.
이때, 상기 출력도파관(72)내의 마그네트론(60)의 안테나(61) 위치는 다음 수학식5에 의해 구해진다.
A-B = k·λg
상기 수학식5에서, A= 출력도파관(72)의 전체길이(A=a=b)이고, B= 출력도파관(72)의 일측면에서 마그네트론(60)의 안테나(61)까지의 거리, k= 0.5≤k＜0.7의 범위에 대한 값의 정수, λg = 출력도파관(72)내의 파장이다.
따라서, 상기 출력도파관(72)은 상기 마그네트론(60)의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 상기 도파관(70)내에서 상하 좌우 모두 한주기의 파장의 TE모드(Transverse Electromagnetic Wave Mode) 및 TM모드(Transverse Magnetic Resonant Mode)가 동시 공존하도록 출력도파관(72)의 가로(a)와 세로(b)의 길이가 서로 동일한 정사각형으로 형성되며, 도파관(70)내의 파장과 동일하게 이루어져 있다.
즉, a = b = λg 일 때, 도파관(70)내의 파장은 다음 수학식6 및 수학식7에 의해 구해진다.
상기 수학식6 및 수학식7에서, a,b= 출력도파관의 가로 및 세로의 길이, λg = 도파관내의 한파장, λ = c/f일 경우 c= 마이크로파의 속도, f= 마이크로파의 주파수이다.
따라서, 상기 수학식6 및 수학식7에 의해 산출된 결과를 계산하면, 도파관(70)내의 파장의 길이는 λg = 136.4㎜( λ = c/f=122㎜)가 되고, 이 길이는 출력도파관(72)의 가로(a)와 세로(b)의 길이가 되며, λg /4는 34.1㎜가 된다.
이때, 전체 도파관(70)의 높이(d)도 λg /4이며, 그중 출력도파관(72)의 높이(c)는 10㎜이하이다.
따라서, 출력도파관(72)은 상기 입력도파관(71)의 급전구(71b)를 통해 공급된 마이크로파를 받아 캐비티(50)의 내부로 분사할 때 상하 및 좌우 역위상의 마이크파로 분포하여 분사하도록 캐비티(50)의 측면 중앙 상하측에 상호 전기(電氣)적으로 대칭되게 상부 방사구(72a) 및 하부 방사구(72b)가 형성되어 있다.
이때, 상기 상부 방사구(72a)는 상기 입력도파관(71)에 형성된 급전구(71b)를 중심으로 상부를 향해 d1의 거리에 형성되고, 상기 하부 방사구(72b)는 급전구(71b)를 중심으로 하부를 향해 d2의 거리에 형성된다.
이 경우의 d1 및 d2를 도파관(70)내의 파장과 대비하면, d1과 d2는 다음 수학식8 내지 수학식10에 의해 구해진다.
d1 = λg/4,
d2 = λg/2
d2 = 2×d1
상기 수학식8 내지 수학식10에서, 급전구(71b)의 안테나(61) 위치가 0.5≤k＜0.7사이에서 변화할 때 d1은 급전구(71b)를 중심으로 상부 방사구(72a)의 경사꼭지점(X1)과 방사구바닥선(X2) 사이에서 형성되고, d2는 급전구(71b)를 중심으로 하부 방사구(72b)의 경사꼭지점(Y1)과 방사구바닥선(Y2) 사이에서 형성된다.
또, 상기 상부 방사구(72a) 및 하부 방사구(72b)는 서로 동일한 역 V자형상으로 형성되면서 그 중심축선(P)을 기준으로 좌우 대칭되게 형성되어 있다.
즉, 상기 상부 방사구(72a) 및 하부 방사구(72b)는 도 10에 도시한 바와 같이, 수직슬롯(72c)과, 상기 수직슬롯(72c)의 하단 양측에 수직슬롯(72c)과 연통되도록 수직슬롯(72c)의 중심축선(P)을 기준으로 좌우 대칭되는 일정 경사각도(예컨대, 수평대비 30-60°)로 각각 형성된 좌우 경사슬롯(72d)과, 상기 좌우 경사슬롯(72d)의 하단 외측에 좌우 경사슬롯(72d)과 연통되도록 좌우 대칭되게 각각 형성된 수평슬롯(72e)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 좌우 경사슬롯(72d)의 경사각도는 그 상단이 서로 접선하는 경사꼭지점(X1,Y1)의 수평선을 기준으로 좌측이 -45°로 형성됨과 동시에 우측이 +45°로 형성되고, 그 경사면 길이(e)는 λg /4이며, 그 좌측 또는 우측 길이(f)는 상기 수직슬롯(72c)의 중심축선(P)을 기준으로 각각 λg /4가 형성됨과 동시에 좌우 합이 λg /2가 되도록 형성되어 있다.
또, 상기 좌우 경사슬롯(72d)의 폭(g)은 임피던스를 결정하는 중요한 요소로서 상기 상부 방사구(72a) 및 하부 방사구(72b)가 슬롯방사의 특성을 가지도록 λg /16이하의 간격으로 형성되어 있다.
즉, 상기 좌우 경사슬롯(72d)의 폭(g)은 상기 도파관(70)내의 파장( λg )보다는 훨씬 작고, 상기 수평슬롯(72e)의 폭(h)보다는 작거나 같다.
다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 의한 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 마그네트론(60)의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 도파관(70)의 입력도파관(71)을 통해 출력도파관(72)으로 전달되면, 이 마이크파는 일부는 출력도파관(72)의 상부 방사구(72a)를 통해 캐비티(50)의 내부 상측으로 분사되고, 나머지 일부는 출력도파관(72)의 하부 방사구(72b)를 통해 캐비티(50)의 내부 하측으로 분사된다.
이때, 전자렌지의 출력은 출력도파관(72)의 상부 방사구(72a) 및 하부 방사구(72b)에서 분사된 마이크로파 에너지의 합으로 나타나는데, 상기 상부 방사구(72a)와 하부 방사구(72b)를 통해 분사된 마이크로파의 전계 에너지는 서로 대칭적인 크기와 위상을 가지고 있으므로, 마이크로파 에너지의 크기는 상부 방사구(72a)와 하부 방사구(72b)를 통해 분사된 마이크로파의 합이 되고, 위상은 서로 상쇄되어 일정한 출력을 발생하게 되는 것이다.
여기서, 캐비티(50)내의 마이크파의 분포는 도 11의 (Ⅰ)도에 도시한 분포해석도와 같이 캐비티(50)의 상부단면에서 보면, 상부 및 하부 방사구(72a, 72b)의 중심축선(P)을 기준으로 좌측 경사슬롯(72d)의 경사각이 수평대비 -45°로 형성됨과 동시에 우측 경사슬롯(72d)의 경사각이 수평대비 +45°로 형성됨에 따라 상대적인 90°의 경사각 차이에 의해 수평슬롯(72e)에서 마이크로파의 위상이 서로 역위상이되어 캐비티(50)의 내부로 방사됨으로써 캐비티(50)의 수평면에는 좌우 역위상을 가진 마이크로파의 교차점이 발생하여 많은 전계분포모드가 형성된다.
한편, 도 11의 (Ⅱ)도는 캐비티(50)의 정단면에서 마그네트론(60)의 안테나(61)가 위치하는 급전구(71b)를 중심으로 상부 방사구(72a)와 하부 방사구(72b)의 전계최대분포점인 경사꼭지점(X1,Y1) 사이의 거리차가 λg /4(예컨대, λg /4=d2-d1, d1= λg /4, d2= λg /2)이므로, 서로 역위상의 마이크로파가 발생되어 캐비티(50)의 내부로 방사되고, 캐비티(50)의 수직면에는 수평면과 더불어 많은 수의 전계분포모드가 발생된다.
따라서, 본 발명의 도파관(70)은 캐비티(50)의 내부에 상하 및 좌우로 균일하게 전계분포모드가 발생됨으로, 종래의 어퍼쳐방식의 도파관이나 또는 투웨이방식의 도파관의 전자렌지보다도 훨씬 많은 다중(Multi) 전계분포모드가 형성된다.
이상 설명에서와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 전자렌지에 의하면, 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 정사각형상의 도파관의 입력도파관으로 전달됨과 동시에 출력도파관에 경사슬롯을 가진 상부 방사구와 하부 방사구를 통해 캐비티 내부로 방사하는 구조로 되어 있기 때문에 상부 및 하부 방사구에 의해 방사되는 마이크로파가 상하 및 좌우 형태로 위상이 반전되어 방사됨에 따라 종래의 투웨이방식의 전자렌지보다 훨씬 많은 다중 전계분포모드를 형성할수 있고, 이로 인하여 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 전자렌지는 동일한 도파관을 가지고 여러 종류의 캐비티에 쉽게 적용이 가능함은 물론, 상부 및 하부 방사구의 경사슬롯 폭의 조정만으로도 캐비티내의 조리분포를 손쉽게 변화시킬수 있어 도파관 및 캐비티의 개발을 위한 많은 시간과 노력을 덜어주는 효과를 갖는다.
본 발명의 제2실시예에 관하여 첨부도면 도 12 및 도 13을 참조하면서 상세히 설명한다.
참고로, 도면에서 본 발명의 제1실시예의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일명칭 및 동일부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 전자렌지에 있어서, 출력도파관(72)은 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 상기 입력도파관(71)의 급전구(71b)를 통해 공급된 마이크로파를 받아 캐비티(50)의 내부로 분사할 때 상하 및 좌우 역위상의 마이크파로 분포하여 분사하도록 캐비티(50)의 측면 중앙 상하측에 상호 전기(電氣)적으로 대칭되게 상부 방사구(72a) 및 하부 방사구(72b)가 각각 형성되어 있고, 상기 상부 방사구(72a)와 하부 방사구(72b)의 사이에 대하여 캐비티(50)의 측면 중앙 좌우측에는 상호 전기적으로 대칭되게 좌측 방사구(73) 및 우측 방사구(74)가 각각 형성되어 있다.
이때, 상기 좌측 방사구(73)는, 그 상단 좌측방향으로 형성된 수평슬롯(73a)과, 상기 수평슬롯(73a)의 우측단에서 하부방향으로 일정 경사각도(예컨대, 수평대비 30-60°)로 연장되게 형성된 경사슬롯(73b)과, 상기 경사슬롯(73b)의 하단에서 수직방향으로 연장되게 형성된 수직슬롯(73c)으로 구성되어 있다.
상기 우측 방사구(74)는, 그 상단 수직방향으로 형성된 수직슬롯(74a)과, 상기 수직슬롯(74a)의 하단에서 일정 경사각도(예컨대, 수평대비 30-60°)로 연장되게 형성된 경사슬롯(74b)과, 상기 경사슬롯(74b)의 하단에서 우측방향으로 연장되게 형성된 수평슬롯(74c)으로 구성되어 있다.
상기 경사슬롯(73b,74b)은 도 13에 도시한 바와 같이 그 경사각도가 수평선을 기준으로+45°로 동일하게 형성되어 있고, 그 폭(g)은 상기 도파관(70)내의 파장( λg )보다는 훨씬 작고, 상기 수평슬롯(73a,74c) 및 수직슬롯(73c,74a)의 폭(h)보다는 작거나 같다.
즉, 상기 좌측 우측 방사구(73,74)에 형성된 경사슬롯(73b,74b)는 상기 상부 및 하부 방사구(72a,72b)에 형성된 경사슬롯(72d)과 동일한 경사각도 및 폭(g)으로 형성되어 있다.
또, 상기 좌측 및 우측 방사구(73,74)는 상기 출력도파관(72)의 가로(a) 및 세로(b)방향으로 λg /4의 간격으로 균등하게 분할하여 생긴 격자영역 위에 위치하도록 출력도파관(72)의 좌우측에 각각 형성되어 있다.
다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 의한 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
마그네트론(60)의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 도파관(70)의 입력도파관(71)을 통해 출력도파관(72)으로 전달되면, 이 마이크파는 일부는 출력도파관(72)의 상부 방사구(72a)를 통해 캐비티(50)의 내부 상측으로 분사되고, 나머지 일부는 출력도파관(72)의 하부 방사구(72b)를 통해 캐비티(50)의 내부 하측으로 분사된다.
또, 마이크파는 일부는 출력도파관(72)의 좌측 방사구(73)를 통해 캐비티(50)의 내부 좌측으로 분사되고, 나머지 일부는 출력도파관(72)의 우측 방사구(74)를 통해 캐비티(50)의 내부 우측으로 분사된다.
이때, 전자렌지의 출력은 출력도파관(72)의 상부 및 하부 방사구(72a,72b)와 좌측 및 우측 방사구(73,74)에서 분사된 마이크로파 에너지의 합으로 나타나는데, 상기 상부 및 하부 방사구(72a,72b)와 좌측 및 우측 방사구(73,74)를 통해 분사된 마이크로파의 전계 에너지는 서로 대칭적인 크기와 위상을 가지고 있으므로, 마이크로파 에너지의 크기는 상부 및 하부 방사구(72a,72b)와 좌측 및 우측 방사구(73,74)를 통해 분사된 마이크로파의 합이 되고, 위상은 서로 상쇄되어 일정한 출력을 발생하게 되는 것이다.
즉, 도 12에 도시한 상부 및 하부 방사구(72a,72b)와 좌측 및 우측 방사구(73,74)의 위치상태를 보면, 출력도파관(72)의 가로(a)와 세로(b)의 길이가 도파관(70)내의 파장( λg )과 동일하므로, 전계모드는 4개가 형성되고, 출력도파관(72)을 λg /4간격으로 수직 및 수평방향으로 나누면 16개의 격자형태가 생긴다.
이때, 상부 방사구(72a)는 상부 중앙의 격자 2개에 위치되고, 하부 방사구(72b)는 하부 중앙의 격자 2개에 위치된다.
그리고, 좌측 방사구(73)는 하부에서 2번째 좌측 끝단에 위치되고, 우측 방사구(74)는 하부에서 2번째 우측 끝단에 위치된다.
한편, 상부 및 하부 방사구(72a,72b)와 좌측 및 우측 방사구(73,74)의 동작특성을 보면, 상부 방사구(72a)와 하부 방사구(72b)는 서로 동일한 형상으로 중심축선(P)에 대하여 대칭이면서 그 슬롯길이(L)는 λg /2가 되고, 그 슬롯높이(H)는 λg /4이며, 그 슬롯폭(g)은 g≪ λg 가 된다.
그리고, 상부 및 하부 방사구(72a,72b), 좌측 및 우측 방사구(73,74)의 슬롯의 경사슬롯(72d,73b,74b) 방향은 출력도파관(72)내의 전계분포(75a,75b,75c, 75d)의 중심점에 대하여 수직 또는 수평방향으로 놓여있다.
즉, 상부 방사구(72a)의 슬롯의 경사방향이 상기 전계분포(75a,75b)의 중심점에 대하여 수직일 경우 자계가 출력되고, 하부 방사구(72b)의 슬롯의 경사방향이 전계분포(75c,75d)의 중심점에 대하여 수평일 경우 전계가 출력된다.
이 처럼, 전계와 자계는 그 위상특성이 90°이기 때문에 슬롯의 임피던스특성(위상)이 90°로 상반되어 임피던스의 변화를 보상 및 상쇄하여 준다.
그리고, 좌측 및 우측 방사구(73,74)의 슬롯길이(L)와 슬롯높이(H)는 각각 λg /4이고, 그 슬롯폭(g)은 g≪ λg 이다.
이때, 좌측 방사구(73)는 슬롯의 경사방향이 전계분포(75c,75d)의 중심점에 대하여 수직이므로 자계가 출력되고, 우측 방사구(74)는 슬롯의 경사방향이 전계분포(75c,75d)의 중심점에 대하여 수평이므로 자계가 출력된다.
따라서, 본 발명의 도파관(70)은 캐비티(50)의 내부에 상하 및 좌우로 균일하게 전계분포모드가 발생됨으로, 종래의 어퍼쳐방식의 도파관이나 또는 투웨이방식의 도파관의 전자렌지보다도 훨씬 많은 다중(Multi) 전계분포모드가 형성된다.
또, 출력도파관(72)에 상부 및 하부 방사구(72a,72b)와 좌측 및 우측 방사구(73,74)를 여러 배열한 슬롯 어레이(Slot Array) 안테나는 단일 슬롯방사 보다 안테나의 방향지향특성 및 이득을 높일수 있어 전자렌지의 출력성능 및 조리성능을 보다 향상시킬수 있는 것이다.
이상 설명에서와 같이 본 발명의 제2실시예에 의한 전자렌지에 의하면, 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 정사각형상의 도파관의 입력도파관으로 전달됨과 동시에 출력도파관에 경사슬롯을 가진 상부 및 하부 방사구와 좌측 및 우측 방사구를 통해 캐비티 내부로 방사하는 구조로 되어 있기 때문에 상부 및 하부 방사구와 좌측 및 우측 방사구에 의해 방사되는 마이크로파는 상하 및 좌우 형태로 위상이 반전되어 방사됨에 따라 종래의 투웨이방식의 전자렌지보다 훨씬 많은 다중 전계분포모드를 형성할수 있고, 본 발명에 의한 제1실시예와 같이 조리하고자 하는 음식물의 부하 변동에 의한 도파관의 임피던스 변화를 최소화하여 음식물의 부하량에 관계없이 전자렌지의 출력을 일정하게 유지시킴과 동시에 캐비티내의 전계분포를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (18)

  1. 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서,
    상기 출력도파관내의 마그네트론의 안테나 위치(A-B)는 식,
    A-B = k· λg
    로 계산하며, 단
    A= 출력도파관의 전체길이
    B= 출력도파관의 일측면에서 마그네트론의 안테나까지의 거리
    k= 0.5≤k＜0.7의 범위에 대한 값의 정수
    λg = 출력도파관내의 파장
    으로 한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력도파관은 그 외주에 외주 경사면을 가진 원뿔형 형상으로 형성되면서 그 외주 경사면이 상기 마그네트론의 안테나와 단락면을 이루어 마이크로파를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력도파관의 높이(L1)는 안테나의 길이(L2)보다 작게 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 방사구 및 하부 방사구는 상기 입력도파관에 형성된 급전구를 중심으로 각각 상부 및 하부를 향해 각각 설치된 d1 및 d2의 거리는 그 d1 및 d2를 도파관내의 파장( λg )으로 계산할 때 식,
    d1 = λg /4
    d2 = λg /2
    d2 = 2×d1
    으로 한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 d1은 급전구의 안테나 위치가 0.5≤k＜0.7사이에서 변화할 때 급전구를 중심으로 상부 방사구의 경사꼭지점(X1)과 방사구바닥선(X2) 사이에서 형성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 d2는 급전구의 안테나 위치가 0.5≤k＜0.7사이에서 변화할 때 급전구를 중심으로 하부 방사구의 경사꼭지점(Y1)과 방사구바닥선(Y2) 사이에서 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  7. 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서,
    상기 상부 방사구 및 하부 방사구는, 수직슬롯과,
    상기 수직슬롯의 하단 양측에 수직슬롯과 연통되도록 수직슬롯의 중심축선(P)을 기준으로 좌우 대칭되게 역 V자형상으로 형성됨과 동시에 그 경사각도가 수평대비 30-60°로 각각 형성된 좌우 경사슬롯과,
    상기 좌우 경사슬롯의 하단 외측에 좌우 경사슬롯과 연통되도록 좌우 대칭되게 각각 형성된 수평슬롯으로 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 좌우 경사슬롯의 경사각도는 그 상단이 서로 접선하는 경사꼭지점(X1,Y1)의 수평선을 기준으로 좌측이 -45°로 형성됨과 동시에 우측이 +45°로 형성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 좌우 경사슬롯의 경사면 길이(e)는 λg /4로 한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 좌우 경사슬롯의 좌우측 길이(f)는 상기 수직슬롯의 중심축선(P)을 기준으로 각각 λg /4가 형성됨과 동시에 그 좌우 합이 λg /2로 형성한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 좌우 경사슬롯의 폭(g)은 λg /16이하의 간격으로 형성한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 좌우 경사슬롯의 폭(g)은 상기 도파관내의 파장( λg )보다는 훨씬 작고, 상기 수평슬롯의 폭(h)보다는 작거나 또는 같게 형성한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  13. 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서,
    상기 출력도파관은 상기 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파가 도파관내에서 상하 좌우 모두 한주기의 파장( λg )이 분포되도록 출력도파관의 가로(a)와 세로(b)의 길이는 식,
    a = b = λg
    로 한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  14. 마그네트론의 발진에 의해 발생된 마이크로파를 급전구를 통해 공급하도록 마그네트론의 안테나가 급전구를 통해 삽입되게 마그네트론에 결합된 입력도파관과, 상기 입력도파관의 급전구에 연통되어 입력도파관으로부터 전달된 마이크로파를 서로 반대 위상의 전계로 분포하여 캐비티 내부로 분사하도록 입력도파관의 급전구를 기준으로 캐비티의 벽면에 상하 및 좌우 대칭되는 상부 및 하부 방사구를 가진 출력도파관으로 이루어진 도파관을 구비한 전자렌지에 있어서,
    상기 출력도파관에는 그 슬롯의 경사방향이 전계분포의 중심점에 대하여 수직 또는 수평으로 형성되어 상호 전기적 대칭특성을 이루어 역위상의 마이크로파를 캐비티의 내부로 분사하도록 상기 상부 방사구와 하부 방사구의 사이에 대하여 캐비티의 측면 중앙 좌우측에 슬롯폭(g)이 g≪ λg 인 좌측 방사구 및 우측 방사구를 각각 형성한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 좌측 방사구는, 그 상단 좌측방향으로 형성된 수평슬롯과,
    상기 수평슬롯의 우측단에서 하부방향으로 일정 경사각도로 연장되게 형성된 경사슬롯과,
    상기 경사슬롯의 하단에서 수직방향으로 연장되게 형성된 수직슬롯으로 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 우측 방사구는, 그 상단 수직방향으로 형성된 수직슬롯과,
    상기 수직슬롯의 하단에서 일정 경사각도로 연장되게 형성된 경사슬롯과,
    상기 경사슬롯의 하단에서 우측방향으로 연장되게 형성된 수평슬롯으로 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 좌측 및 우측 방사구는 상기 출력도파관의 가로(a) 및 세로(b)방향으로 λg /4의 간격으로 균등하게 분할하여 생긴 격자영역 위에 위치하도록 출력도파관의 좌우측에 각각 형성한 것을 특징으로 하는 전자렌지.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 경사슬롯의 경사각도는 수평선을 기준으로 +45°로 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
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