KR100307250B1 - 전자레인지의 원편파 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원편파 발생장치를 실린더(cylinder)형상으로 형성하여 기존에 비해 다양한 크기의 전자레인지 캐비티(cavity)에 용이하게 부착할수 있고 또한 부착 공간을 줄이므로써 전자레인지의 균일 가열 성능을 극대화시키기 위한 전자레인지의 원편파 발생장치에 관한 것이다.

이것을 위해 본 발명은 캐비티의 측벽에 설치되어 마그네트론에서 발생된 전자파 에너지를 개구부를 통해 안내, 방사하는 도파관이 구비된 전자레인지에 있어서,

원편파 및 타원편파 특성을 가지는 전자파를 발생시키기 위해 상기 도파관은 실린더 형상으로 형성하고, 원형의 상판으로 이루어진 상기 도파관의 상단부에 형성되는 개구부는 다수개의 슬롯이 소정 각도를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

Description

전자레인지의 원편파 발생장치{Hand circular polarization generator for Microwave oven}

본 발명은 전자레인지에 관한 것으로, 특히 원편파 발생장치를 실린더(cylinder)형상으로 형성하여 기존에 비해 다양한 크기의 전자레인지 캐비티(cavity)에 용이하게 부착할수 있고 또한 부착 공간을 줄이므로써 전자레인지의 균일 가열 성능을 극대화 시키기 위한 전자레인지의 원편파 발생장치에 관한것이다.

종래의 전자레인지는 도 1 에 도시한바와 같이 캐비티(3)의 측벽에 결합되며 도면에 도시 생략된 고압 트랜스에서 입력되는 가속용 고전압에 의해 대전력의 전자파 에너지를 안테나를 통해 발생하는 마그네트론(1)과, 캐비티(3)의 측벽에 설치되어 마그네트론(1)에서 발생된 전자파 에너지를 개구부를 통해 안내·방사하는 도파관(2)과, 유입되는 전자파 에너지를 가지고 음식물(4a)을 가열·조리하는 조리실(4)과, 도파관(2)과 캐비티(3) 사이에 설치되어 전자파 에너지를 분산시키는 분산기(stirrer)(5)와, 캐비티(3)의 하부에 설치되어 음식물(4a)을 회전시키는 턴테이블(6)로 구성되어져 있다.

이와 같이 구성된 종래의 전자레인지의 동작을 첨부한 도면 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마그네트론(1)에 구비된 전자파 출력부(1a)에서 출력되는 전자파 에너지가 도파관(2)을 통해 캐비티(3)로 전송되어 캐비티(3)에 내장된 부하 즉, 음식물(4a)를 가열하고, 도파관(2)과 캐비티(3) 사이에 설치된 분산기(5)로서 도파관(2)에서 캐비티(3)로 전송되는 전자파 에너지를 분산시켜 음식물(4a)을 균일하게 가열시킨다.

이와 같이 전자파 에너지를 분산시키기 위한 장치인 분산기(5) 대신에 고정안테나 혹은 회전 안테나를 부착할 수도 있다. 또한 캐비티(3)내에 내장된 음식물(4a)을 담는 턴테이블(6)을 도 2 와 같이 회전시켜 회전방향으로 음식물의 균일 가열을 유도한다.

도 2에서 직선편파는 전계의 방향백터가 시간에 따라 변화하지 않고, 한 방향으로만 정해진다. 반면에 원편파는 시간에 따라 전계의 방향백터가 회전하는 특성을 가지고 있다.

그리고, 전자파의 발생장치인 마그네트론(1)으로부터 발생된 전자파를 전자레인지의 일부 구성요소인 캐비티(3)내부로 전파시키기 위하여 마그네트론(1)의 부착부인 도파관(2)과, 도파관(2)내의 전파를 캐비티(3)의 고내로 분사시키는 개구부가 있다. 여기서 도파관과 개구부를 포함하여 전파발생장치인 안테나를 이룬다.

종래의 안테나는 직선편파(Linear polarization)로 전파를 발생시킨다. 이 안테나를 사용하는 경우 균일 가열 성능을 향상시키는데 있어 캐비티내의 전자파 간섭영향으로 인한 어려움이 있었다.

이와 같은 간섭으로 인하여 전자파가 강한부위(Hot point)와 전자파가 약한 부위(Weak point)가 발생하고 이와 같은 문제점으로 요리 성능인 균일 가열 성능을 높이는데 많은 제약이 뒤따른다.

이에 따라, 상기한 직선편파와는 달리 전계의 편파면이 전파의 진행방향에 대하여 시간에 따라 회전하는 원편파를 형성하게 되면 전계의 방향이 시간에 따라 계속해서 변화되므로 캐비티내로 전달된 전자파의 반사각 역시 계속해서 변환되어, 보다 넓은 범위에 걸쳐서 전파가 분산되므로 음식물을 고르게 가열할 수 있다.

따라서, 최근에와서 상기와 같이 전자파의 간섭에 의해 발생되는 음식물 가열의 불균형을 방지하기 위해서 마그네트론의 안테나로부터 발생되는 전자파 에너지를 전자파 안내장치인 도파관에서 원편파로 형성하여 캐비티 내의 음식물을 균일가열하는 장치가 다수 제안되고 제품화되어 생산되고 있는 실정이다.

그러나 현재까지 알려진 원편파를 발생시키는 안테나는 전자레인지에 채용하기에는 구조가 매우 복잡하여 제품화가 어려울 뿐만 아니라 이로인한 제품 코스트의 상승요인이 되는 등의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하여 제안된 것으로서, 원편파 발생장치를 실린더(cylinder)형상으로 형성하여 다양한 크기의 전자레인지 캐비티에 부착이 용이함에 따른 부착의 자유도를 높힘으로써 전자레인지의 균일 가열 성능을 극대화시킬수 있도록한 원편파 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 캐비티의 측벽에 설치되어 마그네트론에서 발생된 전자파 에너지를 개구부를 통해 안내, 방사하는 도파관이 구비된 전자레인지에 있어서, 원편파 및 타원편파 특성을 가지는 전자파를 발생시키기 위해 상기 도파관은 실린더 형상으로 형성하고, 원형의 상판으로 이루어진 상기 도파관의 상단부에 형성되는 개구부는 다수개의 슬롯이 소정각도를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

도 1 은 일반적인 전자레인지의 개략 구조도.

도 2 는 직선편파와 원편파를 도식적으로 나타낸 도면.

도 3 은 본 발명에 의한 제 1 실시예의 원편파 발생장치를 나타낸 구조도로서,

(가)는 측면도.

(나)는 평면도.

도 4 의 (가), (나)는 본 발명에 의한 제 1 실시예의 원편파 발생장치의 개구부를 나타낸 평면 구조도 및 슬롯 형성도.

도 5 는 본 발명에 의한 제 2 실시예의 원편파 발생장치의 개구부를 나타낸 평면 구조도.

도 6 은 본 발명에 의한 도파관 부착 방법을 설명하기 위한 구조도.

도 7 은 본 발명에 의한 실린더형 도파관의 모드 패턴도를 나타낸것으로서,

(가)는 TE01 모드 패턴도.

(나)는 TM01 모드 패턴도.

도 8 은 본 발명에 의한 안테나 슬롯 특성도.

도 9 는 본 발명에 의한 다른 실시예의 원편파 발생장치를 나타낸 구조도로서,

(가)내지 (마)는 제 2 실시예 내지 제 6 실시예의 측면 구조도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 마그네트론2 : 도파관

7A, 7B : 개구부8 : 개구부

10, 20, 30, 40 : 슬롯

60 : 경사면61 : 주름부

62 : 단차부63 : 금속체

64 : 스터브(stub)

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명의 1 실시예의 원편파 발생장치를 나타낸 구조도로서, 도 3 의 (나)에 도시한바와 같이 도파관(2)은 실린더형상으로 형성되고, 상부단면이 원형의 상판으로 형성된 개구부(7A, 7B), (8)는 다수개의 각 슬롯이 소정각도(π/3)를 갖도록 형성되어져 있다.

도 3 에 나타낸 바와 같이 개구부(7A, 7B)는 y-방향의 편파를 발생시키고 있는데 다음과 같이 표현할 수 있다.

또한 개구부(8)는 x-방향의 편파를 발생시키기 위한 것으로

의 전계가 발생한다.

원편파를 발생시키기 위해서는

｜Φ₁- Φ₂｜ = ±π/2, ｜E₁/ E₂｜= 1 의 조건을 만족해야만 한다.

이러한 특성을 갖는 원편파를 형성하기 위하여 개구부(7A, 7B)까지의 전자파의 경로(path)를 L1이라 하고, 개구부(8)까지의 전자파의 경로를 L2라 하면

｜L1 - L2｜= λ₀/4 가 되도록 개구부의 위치를 조절하게 된다.

여기서 반 실린더 구조(9)는 안테나의 설계시 매칭을 개선시키기 위한 것이다. 또한 캐비티(3)의 종류에 따라서 축둘레비(Axial Ratio)가 2이하가 되는 타원 편파를 이용하면 균일 가열 성능을 개선 시킬 수 있다. 여기서 축둘레비(Axial Ratio) = 최대(E1, E2) / 최소(E1, E2)의 관계가 된다.

이와 같은 원편파 발생장치를 캐비티의 측면, 위면, 바닥면에 부착사용함으로써 향상된 균일 가열 성능을 얻을수 있다.

또한 개구부의 면을 뒤집어 부착하면 원편파의 두 종류인 좌원편파와 우원편파의 특성을 갖는다. 도 8 에는 개구부의 길이 변화에 따른 위상 및 반사계수의 특성을 나타낸것으로서, 공진길이(Lres)시에 위상의 민감도가 크게 나타남을 알수가 있다.

도 3 및 도 4 에 나타낸바와 같이 실린더형상의 도파관(2)의 상부 단면은 원형의 상판을 갖게된다. 각 슬롯은 π/3 각도를 갖도록 설계할 때 각 슬롯에서 방사하는 전자파의 크기 및 위상이 x축 및 y축에 대해 각각 크기가 같고 위상이 90도 차이가 나면 원편파가 발생하는 것으로 볼수 있다.

y축의 전계의 세기를 보면 각 슬롯(10), (20), (30)에서 방사하는 전자파의 y축 성분은 EY=(10)y + (20)y + (30)y 로 나타낼 수 있다. 마찬가지로 x축 성분은 Ex = (10)x + (20)x + (30)x 로 나타낼 수 있다. 이때 슬롯(10)의 ｜Ey｜= 1이라 하고 위상을 0도 라고 하면

E_y= (10)_y+ (20)_y+ (30)_y

E_y= 1 + (-e^iα·cos) + (-e^-iα·cos)

E_y= 1 - cosα

또한 x축 성분은 Ex = (20)x + (30)x 로 표현할수 있다. 그리고 슬롯(20)및 슬롯(30)의 각각의 ｜Ex｜ = a 로 가정하고 각각의 위상을 α라고 하면 ｜Ex｜의 위상은 90도라 할 수 있다.

E_x= (10)_x+ (20)_x

E_x= a·cos·e^iα+ (-a·cos·e^-iα)

E_x= i··a·sinα

x축 및 y축의 크기가 동일하려면

｜E_y｜=｜E_x｜

1-cosα =·a·sinα

여기서 슬롯(10)의 전계의 크기를 1이라 하고 위상을 0도라 할 때 슬롯(20) 및 슬롯(30)의 전계의 크기 및 위상을 계산하여 보면 아래 표 1과 같을 때 ｜Ex｜=｜Ey｜가 될 수 있다.

a	α
1/2	82도
1/3	60도

즉 상기한 개구부는 적어도 3개 이상의 슬롯으로 구성된다.

또한 슬롯은 원형 상판의 원주를 따라 구성되는 하나 이상의 슬롯과 원주를 따르지 않고 임의의 위치에 구성되는 하나 이상의 슬롯의 조합으로 구성된다.

그리고 슬롯 각각의 길이와 폭 슬롯간의 간격, 슬롯의 위치를 조절하여 수직편파와 수평편파 성분의 크기와 위상차, 임피던스 등을 조절할 수가 있다.

결과적으로 도파관을 실린더 형상으로 하더라도 슬롯의 길이 및 폭, 각도등의 조절로 원편파 및 타원편파를 발생시킬 수 있다.

도 5 는 본 발명에 의한 제 2 실시예의 원편파 발생장치의 개구부를 나타낸 평면구조도로서, 전체 3개 이상(10), (20), (30), (40)의 슬롯으로 구성하여 슬롯의 길이 및 폭, 각도등의 조절로 원편파 및 타원편파 등 원하는 방사 특성을 얻을수 있다.

또한 도 6 과 같이 본 발명에 의한 실린더형 도파관(2)을 캐비티에 부착함에 있어 기존의 사각 도파관들에 비해 회전 및 부착 위치를 고압트랜스등의 전장 부품에 구애받지 않고 부착할수 있으므로 부착의 자유도를 높일 수 있다.

여기서 51은 냉각팬, 52는 캐비티부착면, 53은 통풍구를 나타낸다.

도파관의 모드 패턴중 도 7 의 (가), (나)에 도시한바와 같이 각각 TE01, TM01 모드를 이용하기 위해서는 실험적으로 10 - 16㎝의 직경이 필요하다.

도 9의 (가)내지 (마)는 본 발명에 의한 제 2 실시예내지 제 6 실시예의 측면 구조도를 나타낸것으로서, 먼저, (가)에 도시한 제 2 실시예는 도파관(2)의 벽면에 소정각도의 경사면(60)을 형성하여 혼(Horn)형상으로 형성함으로써 임피던스 매칭 및 전자파의 방사 특성을 조절할 수가 있다.

다음에, (나)에 도시한 제 3 실시예는 도파관(2)의 벽면에 형성된 경사면(60)에 주름부(61)를 형성하여 도파관(2)의 높이(h)를 낮출수가 있다.

또한, (다)에 도시한 제 4 실시예는 개구부(7A, 7B)를 도파관(2)내부로비드(Bead)를 주거나 단차부(62)를 형성하여 임피던스 매칭 및 전자파의 방사특성을 조절할 수가 있다.

또한 (라)에 도시한 제 5 실시예는 혼 형상 도파관의 내부 벽면에 접촉되지 않는 위치에 임의의 형상을 갖는 임피던스 매칭용 금속체(63)를 형성하여 임피던스 매칭 및 전자파의 방사특성을 조절할 수가 있다.

그리고, (마)에 도시한 제 6 실시예는 실린더형 또는 혼형 도파관 내부에 적어도 1개 이상의 임피던스 매칭용 스터브(stub)(64)를 형성함으로써 임피던스 매칭 및 전자파의 방사특성을 조절할 수가 있다.

이상에서 설명한바와 같이 본 발명은 전자레인지에서 원편파 발생장치를 실린더형상으로 형성함으로써 캐비티에 부착이 용이함에 따른 부착의 자유도를 높혀주므로써 전자레인지의 균일 가열 성능을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 캐비티의 측벽에 설치되어 마그네트론에서 발생된 전자파 에너지를 개구부를 통해 안내, 방사하는 도파관이 구비된 전자레인지에 있어서,

   상기 도파관은 실린더 형상으로 형성되고, 그 상판에 원호 형상의 한 쌍의 슬롯이 대향되도록 상판의 원주를 따라 형성되고, 상기 한 쌍의 슬롯의 중앙에 장공으로 된 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   실린더의 직경은 10 ∼ 16㎝인 것을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   개구부의 슬롯은 적어도 3개 이상인 것을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   개구부의 슬롯은 π/3 각도를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 도파관의 벽면에 소정각도의 경사면을 형성하여 도파관이 혼형상으로 형성됨을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
6. 제 7 항에 있어서,

   상기 경사면에 주름부를 형성하여 도파관의 높이를 낮게함을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
7. 제 8 항에 있어서,

   임피던스 매칭 및 전자파의 방사특성을 조절하도록 개구부를 도파관 내부로 비드를 주거나 단차부를 형성함을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 혼 형상 도파관의 내부 벽면에 접촉되지 않는 위치에 임의의 형상을 갖는 임피던스 매칭용 금속체를 형성함을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.
9. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

   도파관 내부에 적어도 1개이상의 임피던스 매칭용 스터브를 형성함을 특징으로 하는 전자레인지의 원편파 발생장치.