CN103384421B - 电磁加热 - Google Patents

Abstract

一种用于加热不规则形状物体的电磁加热器，包括：空腔，物体将被放置在所述空腔内；至少一个馈送器，所述馈送器将超高频或微波能量馈送到所述空腔中；以及，控制器，所述控制器控制所述空腔或能量的一个或多个特性以保证所述超高频或微波能量在所述物体体积的至少80%以上在±30%内均匀地沉积在所述物体内。

Description

电磁加热

本申请是2007年2月21日提交的、名称为“电磁加热”、申请号为200780014028.9的中国专利申请的分案申请，该在先的中国专利申请是申请号为PCT/IL2007/000236的国际专利申请进入中国国家阶段的申请。

技术领域

本发明总体涉及用电磁能加热材料。

背景技术

微波炉是现代社会普遍存在的装置。然而，微波炉的局限性是公知的。这些局限性包括：例如，不均匀加热和缓慢的吸热。实际上，当用来加热时（例如化冻），普通微波炉造成被加热物体的不同部位之间的温差高达100℃，导致热点、热耗散区域的产生。例如，在微波炉中解冻的冷冻食品可能有一个或多个部分（例如外部）在其它部分（例如内部）化冻之前是增温的或甚至是部分蒸煮的。而且还已知出现在一杯加热液体内的热点可导致对使用者的个人伤害。试图减少热点的一种一般方法是使被加热的物品旋转。该方法不能提供所期望的均匀加热。

一种提供均匀加热的方法是允许沉积（deposite）在热点中的热扩散到周围区域并通过传导来加热这些区域。这种方法可包括间歇加热程序，其中，加热被周期性地停止以允许热的扩散。虽然该方法可结合本发明的方法来使用，但是对其自身来说，加热的停止和启动方法是极缓慢的（因为大多数食物的低热导率，这需要长的停止时间以使该方法有效）或相对低效的。另一种方法是以很低的功率来加热。该方法可例如用于大的冷冻体。如果加热足够缓慢，那么热点处的过度的热在该热点处的温升变得不利之前扩散。然而，该方法需要多达10或20倍的时间以使加热完全有效。由于物体的对流，这对于很大地烹饪或加热到室温以上来说不是一种重要选择。

现已出版了许多论文，其中，已经开展了对低温样品微波增温问 题的理论分析。因为这种分析的困难，仅对规则形状实施了这种分析，例如球形和椭圆形形状。虽然表面上已经对肾型样本进行了实验尝试，但是这些实验的结果不表明可获得化冻肾脏的可行解决方案。

而且，也没有显示出化冻其它器官、或对更任意形状的食物的化冻增温或烹饪的解决方案。

现有技术出版物包括：

S.Evans，Electromagnetic Rewarming:The effect of CPA concentration and radio source frequency on uniformity and efficiency of heating，Cryobiology40(2000)126-138

S.Evans等人，Design of a UHF applicator for rewarming of cryopreserved biomaterials,IEEE Trans.Biomed.Eng.39(1992)217-225

M.P.Robinson等人，Rapid electromagnetic wanning of cells and tissues,IEEE Trans.Biomed.Eng.46(1999)1413-1425

M.P.Robinson等人，Electromagnetic re-warming of cryopreserved tissues:effect of choice of cryoprotectant and sample shape on uniformity of heating,Phys.Med.Biol.47(2002)2311-2325.

M.C.Wusteman,Martin等人，Vitrification of large tissues with dielectric warming:biological problems and some approaches to their solution,Cryobiology48(2004)179-189.

J.D.J.Penfold等人在Cryobiology30,493-508(1993)发表的题为“Control of Thermal Runaway and Uniformity of Heating in the Electromagnetic Warming of a Cryopreserved Kidney Phantom”的论文描述了一种理论分析和实验结果。虽然表面上用肾型模型进行了一些实验，但是主要的报告结果是用均匀球形物体得到的。

如发表内容所述，从三个正交方向（x，y，z）以434MHz对空腔馈送电磁能。从同一发生器提供x馈送和y馈送并引入相变以使场被循环地极化。频率以32kHz的梯级变化（明显地达到约350kHz最大值），从而在输入阻抗随渐增的温度而变时匹配该输入阻抗。

所有上述文章都通过引用并入本文。

发明内容

本发明人已认识到由现有技术研究者所采用的提供均匀加热的手段是不适当的并且不能独立地获得用于均匀加热（或化冻）不规则形状物体（例如器官、食物等）的可行方法。特别是发现了现有技术遭受很多问题的影响。如本文使用的，术语“不规则”的意思是指偏离球形或椭圆形形状多于5%均方根（RMS）体积的物体。

传统的微波炉构造成将基本上单一频率的微波能量馈送到炉室中。由于设备的约束，所述能量以小范围内的不同频率来馈送，通常在2.4与2.5MHz之前。本发明人认识到使用基本恒定频率乃至跟踪小频率范围内的单耗散峰的约束显著限制了实现均匀加热的能力。实际上，以单一频率加热被认为是形成热点的主要原因之一。然而，使用不同的频率（使用一个或多个馈送器）可改善加热的均匀性。

虽然提出的一些现有技术加热器确实利用了多余一种的微波输入，但是两个输入之间的频差很小，小于6MHz。

本发明人还发现，传统微波炉的空腔的结构，特别是空腔的模式结构，在本质上不允许实现均匀加热。通常，在空腔中给定模式的场随位置而变，加热随所述场的强度而变。

在本技术领域中，进行了在加热开始之前设定微波炉参数以匹配被加热物体的特征的尝试。然而，在加热期间，被加热物体的特征（例如吸收给定频率的能量的趋势）改变。因此本发明人认识到，即使加热器在操作之前被调节以适于被加热物体，但即使在短暂的操作时间过后，物体的特征就已经改变，所述调节将不再有意义。

另一个问题在于，有时在物体的给定部位处的吸收随着温度的增加而变得更高。这可引起“热耗散”问题（即使在传统微波炉中），其中，相对较热的地方比较冷的地方吸收得更多，从而持续地增加温差。在努力调节设备的能量输入以适应物体阻抗时，能量输送到物体中的效率可被最大化，但是热点也普遍增加。

本发明人还注意到，研究能量损耗的已知出版物涉及的是由共振腔（例如表面电流）而不一定是由物体来吸收能量。此外，并没有引起对物体中的能量损耗的分布的注意（除了对穿透深度的一些讨论之外）。

此外，当从多个方向朝空腔馈送时，馈送器之间的耦合可能是主要问题。虽然这些影响对球形样品是微小的，但即使是对于由该形状 产生的适度变化，输入之间的耦合也可能是非常大的。这种耦合造成包括不均匀加热和低功率效率在内的许多问题。

本发明的一些示范性实施例处理这些问题中的一个或多个问题。

如本文使用的，术语“加热”的意思是指将电磁（EM）能输送到物体中。有时，物体可能根据本发明加热而没有温度增加（例如在该物体同时以至少等于加热速率的速率冷却时，或者在该物体处于相变时，在所述相变中，所传递的能量被吸收用于相变）。加热包括利用电磁能来解冻、化冻、加热、烹饪、烘干等。

本发明一些实施例的方面涉及对真实实物（即不均匀或不规则几何形状的物体）的更均匀加热。如本文使用的，术语“物体”的意思是指任何物体，包括一个或多个物体的组成。在本发明的一个实施例中，解冻器官的最热部分小于等于6℃，而最冷部分达到0℃。这已经用牛肝脏进行了验证。在对牛肝脏的实验中，在从-50℃解冻后，解冻肝脏的温度范围在8℃到10℃之间。一般而言，理想的是使物体解冻以使所有部分都在凝固点以上，从而避免了再结晶。在另一实施例中，物体被加热到其它温度（例如使用温度或烹煮温度，或者高于物体在加热前的温度的零下温度），同时保持50℃内的后加热温度均匀性。有时，在加热期间维持加热（或解冻）物体的温度均匀性，使得温度均匀性在50℃内乃至10℃或5℃内。

本发明一些实施例的方面涉及在有限的一组频率子带内（即，在属于各子带的很多频率范围内将能量馈送到加热器中）扫描（或称搜索）馈送器的频率。例如，针对射频频带（例如加热器的整个工作范围）测量能量的损耗，并且根据测量的结果选择有限的一组频率子带。测量能量效率的带宽可例如达到2GHz。有时，所述频带可具有中心频率的0.5%（5/1000[MHz]）和25%（100/400[MHz]）之间的宽度。

可以在加热物体之前、在加热物体期间的一个或多个时刻或预先进行测量（用样品物体确定用于另外的基本相同物体的子带）。在本发明的一个实施例中，响应于能量效率测量以多种频率级和功率级将射频能量馈送到空腔。例如，可以对输入进行频率扫描。也可以使用以下描述的其它方法。

本发明一些实施例的方面涉及确保加热过程的效率。加热效率定义为由射频能量源（放大器或其它）产生的吸收进入被加热物体的功 率的一部分。更高的加热过程效率导致更高的整体过程效率。

在本发明的一个实施例中，与处于某个频带中各频率处的其它馈送器相耦合的功率（S_ij）以及在各频率时的回波损耗（S_ii）在确定加热效率和调整仪器的某些特性时被考虑进来，例如，以何种频率的何种功率进行传输的决定和以匹配的功率发射这些频率的时机。任选地，所吸收的从一个馈送器馈送到系统中的功率（较少耦合功率的输入功率）被调整成与所吸收的馈送到其它馈送器的每个馈送器中的功率相同。

在本发明的一个实施例中，效率“谱”的宽度（与品质因数Q值有关）理想地增加。由射频的一般理论可知，物体（或负载）的更大损失匹配更低的Q值。另外，宽的耗散峰允许在效率峰值附近扫描频率，这被认为是一种进一步改善加热均匀性的技术。根据带宽，天线和表面电流之间的耦合可以减少。如果测量了耗散（即使是在空的腔室中）,那么由天线部件和/或金属部件和/或表面电流引起的耗散峰表现为狭窄的耗散峰。因此，通过避免在这样的频带（例如带宽低于0.25%乃至低于0.75%）中传输，从而可以减少能量损失。可以在加热物体之前和/或在加热物体期间或者在制造加热器期间进行这种测量，从而防止这种波长的传输。此外，可以在制造期间测量输入之间的耦合并且避免高耦合的频带。

在本发明的一些实施例中，调整各发送频率下的馈送器的功率输入以考虑由被加热物体吸收的功率的差异，这可用来提供均匀或更均匀的功率吸收。本申请人已经发现，任意地在吸收峰附近改变一些选定子带中的发送频率和在这些选定子带内的各频率下的输入功率，从而导致被加热物体内的加热方式的改变。因此，通过在选定子带中扫描频率，同时适当地调整功率，物体的各个部分被加热。保持物体的不同部位中吸收的总能量，从而产生对物体更均匀的加热。

本发明一些实施例的方面涉及用于射频加热的空腔的设计、构建和校准。可以设计该空腔以便符合本发明的某些需要。

在本发明的一个实施例中，射频加热器包括一个、两个或多个将能量馈送到空腔的电磁能馈送器。任选地，所述馈送器是天线，优选为宽带天线和/或定向天线。任选地，所述馈送器朝不同方向极化以减少耦合。这些特性可用于降低耦合并提供用于实施本发明的较高自由 度。在本发明的一个示范性实施例中使用了平行于直角坐标系的设置的三个馈送器。任选地，使用两个或多于三个，例如六个馈送器。任选地，当可以接受较小的不均匀性并利用本发明的其它方面提供足够的均匀性时，仅提供两个（或者在一些实施例中甚至是一个）馈送器。

在一些实施例中，可以使用多个天线而不是使用具有单条主电线的天线，经过该主电线的入射波到达天线结构（该天线结构可以是天线阵列）的所有部分。这组天线可以通过在不同时刻将能量输送到六个天线中的每一个以作为天线阵列来操作，从而匹配由复杂天线的几何结构设计所产生的相位。这允许将射频能量累加于物体上而不是在天线之前累加所述能量。这种天线组的好处之一是可能减少生产成本（更便宜的放大器）。另外，还有动态地（并且独立地）控制每个输入的相位以提供控制射频（电磁）模式的附加自由度的可能性。

此外，应当注意，天线阵列通常比单个天线具有更大的面积。一种可能的优势将是减少被加热物体依据加热规程（heating protocol）来定位的依赖性。可以有两个或更多天线源是相干的，使得天线结构具有公共性能。此外，天线阵列可具有更高的方向性或带宽，因此可提供实施本发明的优点。此外，所述阵列可通常做成可操控的，从而提供可变的天线方向性并允许更好地将能量转移到被加热物体。

在本发明的一些实施例中，宽带固态放大器可用作射频能量源。可能的好处之一是可由固态放大器引入的宽带频率。

在本发明的一个实施例中，至少一个场调整元件设置在空腔中以改善加热过程的一个或多个参数（例如耦合）。任选地使用多于一个的场调整元件。任选地，至少一个所述场调整元件的任意边界是电浮动的（不接触空腔的金属壁）。任选地，至少一个元件的边界的任意部分连接到所述空腔的一个壁。在本发明的一个示范性实施例中，至少一个元件不固定就位，因此该元件可以运动和/或旋转和/或折叠和/或展开以改善加热过程的一个或多个参数。在本发明的一个示范性实施例中，至少一个元件绕轴线旋转。在本发明的一个示范性实施例中，至少一个元件沿空腔的壁滑动。

在本发明的一个示范性实施例中，所述场调整元件是金属或其它导体。或者，任何材料可以用作匹配元件，例如任选地装载有金属的电介质，其公知用于扰动电磁场。场调整元件的尺寸、结构、位置和 材料可影响场调整元件的有效性。尺寸的影响还取决于元件的位置。在一个位置，所述元件对所测量的能量转移和其它参数产生影响，而在另一位置则没有影响。一般来说，当所述元件处于天线方向性的方向上时具有相对较大的影响。

另外，已知腔室的高度与半径的关系以及几何结构设计（例如盒体形状与圆筒形状的相对关系）影响腔室的耗散方式和该腔室内的模式。在设计根据本发明一些实施例的设备时，可以使用对耗散的仿真或试错测量来选择更好地适合于在物体中具有更宽耗散峰（低Q值）或者更适用于（即，使用类似的场调整元件实现耗散方式更显著的改变，例如如下文所述）所需加热的腔室。

本发明一些实施例的方面涉及为空腔馈送的馈送器。根据本发明的一个实施例，能量经由同轴输入装置馈送到空腔中，并且该同轴输入装置的中心导体延伸超过空腔的壁以形成局部回路。在本发明的一个示范性实施例中，该延伸部的端部不连接到空腔的壁。任选地，所述局部回路包括朝被加热物体的位置辐射以改善对物体的功率传输的天线。

根据本发明的另一实施例，能量经由螺旋形天线（任选地经由同轴输入装置）馈送到空腔中。任选地，螺旋周期、该螺旋天线的直径和/或取向是可调整的，从而改变腔室内的模式和耗散。在本发明的一些实施例中，一个或多个输入装置采用右手旋转螺旋，而其它输入装置采用左手旋转螺旋。这可以最小化螺旋之间的耦合。或者，所有螺旋都具有相同的取向。

根据本发明的又一实施例，在一个或多个输入装置处使用分形天线。

根据本发明的一些附加实施例，在不同的输入端口处使用不同的天线类型。

根据本发明的一些实施例，根据波长校正因子设计天线，所述波长校正因子将天线的自由空间中心波长转换为空腔中的有效中心频率。本发明人已经发现，该转换基本上独立于被加热物体的形状或尺寸。

本发明一些实施例的方面涉及一种控制电磁能输入到加热器的空腔的方法。

在本发明的一个示范性实施例中，在加热物体期间响应于物体的变化、或者在加热器的初始调整期间调整加热器的一个或多个特性。在一个示范性实施例中，调整下列各项中的至少一个以改善对被加热物体的转能量移的净功率和/或效率和/或均匀性：（i）至少一个场调整元件的位置和/或取向，和/或（ii）在至少一个频率（或频率的子带）中传输的功率，和/或（iii）一个天线结构或多个天线结构的特性，和/或（iv）被加热物体的部位。任选地，调整至少一个场调整元件的输入频率、位置和/或取向中的两个或多个。

在本发明的一个示范性实施例中，各输入的频率是充分不同的。虽然在上文引用的现有技术中，允许频率相差达到6MHz，但是在本发明的示范性实施例中，频率可以相差10、20、50、100乃至几百MHz。这允许以更大的灵活性均匀地向物体提供功率。在现有技术中，通过将物体浸入防冻液实现物体的均匀性。这导致了这样一种系统：液体的特性占主导地位，在加热期间频率改变很小，但是物体自身不能很好地与微波环境相匹配。此外，有时优选不使物体经受一致性的感应（例如，暴露于可能危害生物材料或危害食用或破坏食物的味道或结构的流体）。

任选地，使用传统的环境控制元件控制腔室环境（例如湿度的引入、冷却或增温），该腔室环境被提供给物体的外部。这样的外部冷却可允许避免外部的过热。或者，可以为外部提供一些加热以启动化冻过程。这可帮助防止再结晶，或者在煮鸡蛋的情况中，加热将减少蛋壳的温度梯度（因此减少应力），从而减少开裂和爆裂的可能性。因此，在本发明的一些实施例中，在被加热物体的外部或内部提供热辐射、热集中或热反射元件。对湿度的控制可为被加热物体提供水分以避免物体的干燥。对于一些物体，例如肉，这可促使在物体上形成水分保持层，从而避免物体的干燥。

在本发明的一些实施例中，射频敏感物体放置在被加热物体上或附近。这种物体可用作被动源。这种源的示例包括：用作偶极子辐射器的金属棒；或者可用作反射器的金属粉末；或者可遮掩被加热物体的一小部分的金属薄片。

在本发明一些实施例的方面中，自动地检测加热的结束（例如化冻或烹煮的结束），然后停止加热。或者，在加热期间，可以调整加 热过程的特性以将介电性能考虑进来（例如，在相变时传输更多的功率以避免在该过程中花费很长的时间）。在本发明的一个实施例中，所述相变由物体的介电性能的变化来感测，例如，所述介电性能由对馈送器的回波损耗和耦合的各种测量来表示，或者由期望的工作频率来表示。任选地，物体可被包在包含温度传感器的袋中。任选地，热电偶、红外传感器和/或光学传感器用于确定化冻、烹饪或其它加热过程的结束。

任选地，在加热期间，通过连续地获知功率传输的效率和进入空腔的馈送器中的功率，根据某种物体所需的射频功率量和对该物体吸收的射频功率的精确测量来确定物体的当前温度。

本发明一些实施例的方面涉及提供微波封装、包装物、标签、附件或其它包括加热指令的指示器，所述指令指示射频信号的期望驱动曲线（driving profile），而不仅仅指示随时间而变的功率。在本发明的一个示范性实施例中，所指示的曲线包括表格的索引或产生包括多种频率的射频驱动曲线的仿真。任选地，指示至少3个、至少5个或更多个不同的频率和/或一个或多个频率范围。任选地，所述驱动曲线包括一个或多个数量的所要使用的输入、所述输入的相位、时间进度和/或有关封装的信息，例如封装的热性能和射频性能。

在本发明的一个示范性实施例中，共振电路嵌在物体中和/或该物体的表面上（例如，在封装物体的袋中）。可通过进行频率扫描并寻找共振频率处的输入阻抗的变化来识别这样的传感器。这样的电路可用于识别物体。

如果所述袋设有温敏元件，那么这些袋也可用于确定温度（并检测加热过程的结束和/或进程）。任选地，这些电路的频率完全不同于通常用于加热的频率。或者，加热器被构造成不以与具体共振结构相互作用的频率（但是能够传送更高或更低的频率）传送功率。

因此，根据本发明的一个实施例，提供了一种用于加热不规则形状物体的电磁加热器，包括：

空腔，物体将被放置在所述空腔内；

至少一个馈送器，所述馈送器将超高频（UHF）或微波能量馈送到所述空腔中；以及

控制器，所述控制器控制所述空腔或能量的一个或多个特性以保 证所述超高频或微波能量在物体体积的至少80%或90%以上在±30%、20%或10%内均匀地沉积在物体内。

任选地，所述至少一个馈送器包括多个馈送器。

在本发明的一个实施例中，受控的所述一个或多个特性包括在一个或多个馈送器处输入的能量的频率。替代地或者另外地，受控的所述一个或多个特性包括所述空腔内的场调整元件的位置或取向。任选地，控制所述特性以提供进入所述空腔的期望净功率效率。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于加热不规则形状物体的方法，所述方法包括：

将所述物体放在加热器的空腔中；

将超高频或微波能量馈送到所述加热器中；

控制所述空腔或能量的一个或多个特性以保证所述超高频或微波能量在物体体积的至少80%或90%以上在±30%、20%或10%内均匀地沉积在物体内。

在本发明的一个实施例中，受控的所述一个或多个特性包括在一个或多个馈送器处输入的能量的频率。替代地或者另外地，受控的所述一个或多个特性包括所述空腔内的场调整元件的位置或取向。任选地，控制所述特性以提供进入所述空腔的期望净功率效率。任选地，控制所述频率包括以多种频率馈送能量，这些频率覆盖至少0.5%的频带。

在本发明的一个实施例中，物体在开始加热时是冷冻的。任选地，所述物体被加热直到解冻为止。任选地，通过所述加热进行的解冻在整个物体中完成时所述物体的温差小于50℃、20℃、10℃、5℃或2℃。在本发明的一个实施例中，冷冻的物体是动物或人体器官。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于加热具有至少一个射频端口的空腔中的物体的方法，所述方法包括：

将能量馈送到至少一个端口中；以及

在加热所述物体期间改变能量的频率以使该频率在大于0.5%、2%、5%、10%或20%的频带上变化。

在本发明的一个实施例中，所述频率扫过所述频带。

任选地，所述频带的带宽至少为20MHz或100MHz。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热装置，包括：

空腔；

至少一个超高频或微波能量馈送器；以及

位于所述空腔内的至少一个可调整的场调整元件。

任选地，所述至少一个场调整元件是金属元件。

任选地，所述至少一个可调整的场调整元件可旋转产生期望的功率耦合。替代地或者另外地，所述至少一个场调整元件可滑动产生期望的功率耦合。任选地，所述至少一个可调整的场调整元件包括多个可独立调整的元件。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

将待加热物体放到空腔中；

将超高频或微波能量馈送到所述空腔中；以及

调整所述空腔的特性以获得期望的加热均匀性。

任选地，所述空腔在其内包括至少一个可调整的场调整元件；而且

其中，调整所述空腔包括调整所述至少一个场调整元件。

任选地，所述至少一个可调整的场调整元件包括多个所述元件。

任选地，在加热进行时进行至少一次调整。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于电磁加热的装置，包括：

空腔；

多个馈送器（任选为2、3或6个），所述馈送器将超高频或微波能量馈送到所述空腔中；

控制器，所述控制器确定进入空腔中的净功率传输效率并调整多个输入的频率，使得所述进入空腔中的净功率传输效率受到控制。

任选地，所述控制器在加热的开始和结束之间的期间内调整所述频率。

任选地，所述装置包括位于所述空腔中的至少一个可调整的场调整元件。任选地，所述控制器调整所述场调整元件以提高净功率传输效率。

任选地，所述控制器在加热进行时调整所述频率。

任选地，所述控制器构造成以不同功率馈送所述频率中的至少两种。

任选地，所述控制器在加热进行时扫频。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

将待加热物体放到空腔中；

经由多个馈送器将超高频或微波能量馈送到所述空腔中；

对于每个馈送器，将进入所述空腔的能量传输净效率作为一定频率范围内的频率函数来确定；以及

响应于所确定的效率函数调整所馈送能量的频率。

在本发明的一个实施例中，所述方法包括在加热进行时调整所述频率。

任选地，所述方法包括在频带上扫描频率。

任选地，所述方法包括：在调整所述频率时响应于所述效率函数调整每个馈送器处的功率。

在本发明的一个实施例中，相比于馈送到馈送器中的能量，进入待加热物体的总能量传输效率大于40%或50%。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于电磁加热的装置，包括：

空腔；

至少一个馈电器，所述馈电器将超高频或微波能量馈送到所述空腔中；

控制器，所述控制器在加热进行时确定期望的能量频率变化，并且使所述频率改变至少1MHz、10MHz或25MHz。

在本发明的一个实施例中，通过对某个频带内传到所述空腔的能量传输净效率的测量来确定所述期望的频率变化。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

将待加热物体放到空腔中；以及

在加热过程中使馈送到所述空腔中用于加热所述物体的超高频或微波能量的频率改变至少1MHz、10MHz、25MHz或25MHz。

在本发明的一个实施例中，通过对某个频带内传到所述空腔的能量传输净效率的测量来确定所述期望的频率变化。

在本发明的一个实施例中，在至少一个至少5MHz的频率子带内扫描频率。

在本发明的一个实施例中，响应于所述净效率的测量为每个频率 调整功率。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

将待加热物体放到空腔中；以及

经由多个馈送器将超高频或微波能量馈送到所述空腔中；

其中，馈送到所述馈送器中的两个馈送器的能量的频率相差至少8MHz或20MHz。

在本发明的一个实施例中，从所述多个馈送器中的每个馈送器馈送到所述物体中的净能量在25%的范围内。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

使待加热物体接受能够加热该物体的量的超高频或微波能量；

确定响应于所述物体的状态变化的加热过程的特性；以及

在获得期望状态时调整所述加热。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

使待加热物体接受能够加热该物体的量的超高频或微波能量；

确定所述物体吸收的能量的量；以及

在期望的能量的量被吸收时调整所述加热。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于电磁加热的装置，包括：

空腔；

至少一个超高频或微波能量馈送器；以及

静态或低频电场或磁场源，所述源设置成使所述空腔中的物体接受电场或磁场，所述电场或磁场有效地影响所述空腔中的物体的加热。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电磁加热方法，包括：

使待加热物体接受适于加热该物体的量的超高频或微波能量；以及

使加热过程中的物体接受有效地增加加热均匀性或加热效率的静态或低频电场或磁场。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于电磁加热的装置，包括：

空腔；

进入所述空腔的至少一个馈送器，所述馈送器包括包含辐射元件的天线，所述天线选自由贴片天线、分形天线、螺旋天线（helix antenna）、对数周期天线、螺线天线（spiral antenna）和形成不接触空腔壁的局部线圈的金属丝组成的组。

在本发明的一个实施例中，所述辐射元件包括辐射元件阵列。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个馈送器包括多个馈送器，其中，至少两个馈送器的辐射元件是不同的。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种在受辐照物体的一部分上产生选择性加热的方法，所述方法包括：

提供待加热物体；

在所述物体上、所述物体内或所述物体附近提供能量集中元件；

将所述物体和所述能量集中元件放在共振腔中；以及

辐照所述物体和所述元件以在所述物体的选定部位引起能量集中。

任选地，所述能量集中元件以其共振的频率接受辐照。

任选地，所述物体和所述元件分离地放在所述空腔中。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种射频加热器，包括：

共振腔；

至少一个微波或超高频能量源；

至少一个馈送器，所述馈送器将所述至少一个源产生的能量馈送到所述空腔中；

所述至少一个源的电源；以及

所述射频加热器的外壳，

其中，所述射频加热器重15Kg、10Kg、7Kg或者更轻。

在本发明的一个实施例中，所述共振腔具有至少20、30或40升的体积。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种确定射频加热器中被加热物体的一部分的温度的方法，包括：

将所述物体放在所述加热器的共振腔中；

提供具有随温度变化的共振频率的温敏传感器；

经由馈送器用超高频或微波功率辐照所述物体；以及

根据从所述馈送器反射的能量确定温度。

在一个实施例中，所述方法包括：

将非温敏共振元件相邻于所述温敏元件放置，

其中，所述确定包括基于由所述反射的能量指示的所述温敏传感器和非温敏共振物体的共振之间的频差进行的确定。

在本发明的一个实施例中，所述方法包括：响应于所确定的温度控制能量辐射的特性。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于空腔中的物体的射频加热的方法，包括：

用超高频或微波能量辐照所述物体；

调整所述空腔中的空气湿度或冷却所述空腔中的空气。

在本发明的一个实施例中，调整所述空腔中的空气湿度或冷却所述空腔中的空气包括调整所述空腔中的空气湿度。另外，可以调整温度。代替调整湿度或除了调整湿度以外，调整所述空腔中的空气湿度或冷却所述空腔中的空气包括冷却所述空腔中的空气。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种射频加热器，包括：

共振腔；

至少一个射频源，所述射频源具有至少50瓦的功率输出并且可以在大于0.5%的频率范围内以大于40%的效率扫频；

至少一个馈送器，所述馈送器将所述至少一个源产生的能量馈送到所述腔中；

所述至少一个源的电源；以及

所述射频加热器的外壳，

任选地，所述射频源包括：

产生频带内的选择性频率的信号发生器；和

射频放大器。

任选地，所述至少一个射频源包括多个源。

任选地，所述至少一个馈送器包括多个馈送器。

任选地，所述至少一个射频源包括超高频源或微波源之一或两者。

任选地，所述源可在大于2%、5%、10%、20%或25%的频率范围内扫频。

任选地，可用于每个馈送器的功率输出至少为200瓦或400瓦。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种射频加热器，包括：

共振腔；

至少一个射频源，所述射频源具有至少50瓦的功率输出并且可以 在大于200MHz的频率范围内以大于40%的效率扫频；

至少一个馈送器，所述馈送器将所述至少一个源产生的能量馈送到所述腔中；

所述至少一个源的电源；以及

所述射频加热器的外壳。

任选地，所述射频源包括：

产生频带内的选择性频率的信号发生器；和

射频放大器。

任选地，所述至少一个射频源包括多个源。

任选地，所述至少一个馈送器包括多个馈送器。

任选地，所述至少一个射频源包括超高频源或微波源之一或两者。

任选地，可用于每个馈送器的功率输出至少为200瓦或400瓦。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种适合用于射频加热炉的封装，包括：至少一个指示器，所述指示器在其上具有加热指令的机器可读指示，所述指示指出均匀加热或受控加热指令。

在本发明的一个实施例中，所述机器可读指示可由射频空腔中的扫描射频场读取。

附图说明

下面参考附图描述本发明的示范的非限制性实施例。附图是示例性的且一般不遵照精确尺度。使用相同的附图标记标注不同视图上的相同或同样的元件。

图1A、1B和1C是根据本发明的一个示范性实施例的空腔10的相应的示意顶视剖面图和侧视剖面图；

图2A和2B示出根据本发明的一个实施例的两个示范性匹配元件；

图3是图1的空腔的内部的示意性等轴测图；

图4A是根据本发明的一个实施例适用于将能量耦合到空腔中的天线的示意图；

图4B是根据本发明的一个实施例适用于将能量耦合到空腔中的螺旋形天线的示意图；

图4C示出自由空间匹配频率和螺旋形天线馈送器的空腔匹配频 率的相互关系曲线图；

图4D-4H是根据本发明的一个实施例的适用于将能量耦合到空腔中的各种分形天线的示意图；

图5A-5C是根据本发明的一个实施例的电磁加热系统的示意方框图；

图6是根据本发明的一个实施例操作所述系统的简化流程图；

图7是根据本发明的一个实施例调整图5所示加热系统中的元件和频率的过程的流程图；

图8图示出根据本发明的一个实施例的替代性射频电路系统；

图9是根据本发明的一个实施例的示出自动关断能力的代表性解冻过程的频率与时间的关系曲线图；

图10示出根据本发明的一个实施例的低频偏置结构的布局；

图11A是根据本发明的一个实施例的确定扫频功率特性的方法的简化流程图；

图11B和11C根据本发明的一个实施例图示出如何确定扫频功率谱；

图11D示出根据本发明的一个实施例的可操作提供图11B所示频谱的脉冲的脉冲波形；

图12A示出根据本发明的一个实施例的具有辅助加热线圈的射频加热器；

图12B和12C示意地图示出将废热从放大器转移到图12A的加热器的方案；以及

图12D示出根据本发明的一个实施例的低重量高频射频加热器的外视图。

具体实施方式

本申请描述了射频加热（例如微波或超高频加热）领域中的很多优点。虽然，为了方便，结合各种装置和方法描述了这些优点，但是每个优点都总体上是独立的，并且可以用现有技术的装置或方法（在可用时）或者用本发明的其它优点的非最佳方案来实现。因此，例如，调整输入功率的方法的部分可与上文引用的Penfold等人的现有技术装置一起使用。反之，本发明的创造性装置（或该装置的部分）可与 Penfold等人的方法一起使用。可以预期这些组合不会是理想的，但是这些组合可期望给出优于现有技术装置和方法的改进结果。

此外，在可能的范围内，结合本发明的一个实施例描述的优点可利用于其它实施例，并且应当认为是作为任选的特征并入其它实施例的说明。以稍微简化的形式介绍所述实施例，从而强调某些创造性要素。此外，应当注意，本发明的大部分或全部实施例所共有的很多特征已在发明内容中进行了描述，并且应当视作各个实施例的详细说明的一部分。

下列内容被认为是所述的一些实施例或全部实施例的新颖特征或变型。应当理解，并非所有这些特征都存在于任一具体实施例中，对这些特征可适用的每个实施例不必描述所有这些特征。

1）允许射频加热不规则物体的装置和方法，使得加热完成时物体的温度在50℃的范围内（任选地，在10、6、4或2℃的范围内）是均匀的。示范性实施例主要通过直接射频加热物体以使超过50%的加热来自于直接射频加热而不是来自于设备的其它部分的传导，从而提供该均匀性。在本发明的一些实施例中，这种直接射频加热可达到70%、80%或90%乃至更大的百分比。

2）包括空腔内的场调整元件的装置以及设计和使用该装置的方法。

3）具有一个或多个用于将能量耦合到空腔中的耦合天线的加热装置；设计所述天线的方法；以及，将能量馈送到加热器的方法，包括调节天线的辐射型式的方法。这包括：利用天线阵列（带有一个或多个馈送器，具有受控相位）、环形天线、宽带天线、分形天线、定向天线、螺旋天线，分离地或相干地操作所述天线，设计所述天线以获得期望的辐射型式等。

4）使用作为频率函数被加热物体能量吸收效率的测量值，以在加热之前（可能在加热期间多次，例如每秒多次）获知加热过程的装置和方法。

5）适于根据对能量吸收效率的测量（例如，通过传输功率来补偿能量吸收的变化）来控制加热过程的一个或多个特性（例如所加热物体吸收的功率值）的装置和方法。例如，这可通过调整每个发送频率下的输入功率和/或选择所要发送的频率和/或移动场调整元件和/或移 动被加热物体和/或改变天线特性来完成。根据对加热期间或加热中的短时间间歇中的能量吸收的测量，这可在操作之前完成，也优选在操作期间一次或多次（例如每秒多次）完成。

6）在射频加热期间将直流电或低频（例如，低于300MHz，或者低于比所使用的加热频率更低的一些其它值）电场或磁场施加于物体的装置和方法。这种施加被认为改变了被加热物体的介电性能，而且还提供了另一种调整提供给被加热物体的功率的方法。

7）在操作期间以受控方式改变发送频率和/或来自一个或多个馈送器的功率以获得期望的加热方式（例如，以大于1、2或5MHz的方式）的装置和方法。这种改变可在操作期间发生多次（例如每秒多次）。在本发明的一个实施例中，所期望的方式是均匀加热方式。

8）根据被加热物体的介电性能的读数控制加热的装置和方法。可以在加热期间一次或多次（例如每秒多次）获得所述读数。例如，在感测到相变时结束解冻或蒸煮过程。这可以执行加热的停止。

9）包括多种输入的电磁加热器，其中，所述输入的频率相差5、10或25MHz以上。

10）包括多种输入的电磁加热器，其中，至少一个输入的频率在加热期间动态地变化，使得在所述输入处的频率改变5MHz以上。

11）利用宽带和高频（40%以上）固态微波放大器将能量馈送到空腔中并任选地利用发生器产生的废热来加热空腔中的空气的装置。

12）利用射频能量发生器产生的废热来加热空腔中的介质（例如空气）或水（如热水器中的水）的装置。

13）促使共振腔内的共振结构和/或设计模式进行辐射的方法，该方法借助于（选择性地或总体地）使所述共振结构和/或设计模式进行辐射以将其用作辐射源（即，生成被动源），以及包括所述共振结构和/或设计模式的装置。

14）在共振腔内使用反射射频的物体（例如金属）以在这些物体的封闭环境中（例如在被加热物体内或在被加热物体的封闭环境中）集中能量的装置和方法。

15）关于高效率（至少50%，有时在70%乃至80%以上）射频加热器的装置和方法。所述效率定义为物体吸收的功率与功率源的输出量之比。这提供了用太阳能源进行操作的加热器的可能。

16）重量小于15Kg乃至小于10Kg的射频加热器。根据本发明的一些实施例，使用高频固态放大器而不是微波管以允许使用低重量直流电源来代替重负载变压器。该热量节省是对轻型固态放大器代替重型磁控管的补充。此外，所述高效率消除了对热沉的需要，例如使用共振腔作为热沉。在本发明的一些实施例中，通过将来自放大器的废热馈送回微波腔中，从而避免或部分地减少了对热沉的需要。

17）关于使用TTT（温敏接头，优选为无源温度传输接头（Temperature transmitting tag），该接头的共振由于温度的变化而变化，或者该接头使用调制响应来传送温度信息）的被加热物体的温度信息的装置和方法。如果TTT频率远离设备的传输范围、或者TTT的频率在设备的带宽内，那么就可以实现该装置和方法，并且避免了加热期间的具体TTT频率。在本发明的一些实施例中，可以使用具有两个共振元件（其中一个是温敏的，而另一个不是温敏的）的接头，因为对频差的测量比绝对频率的测量更为准确。

18）包括用于腔室环境控制（例如引入和/或去除湿度、冷却和/或增温等）的器件的射频加热装置和方法。例如，在煮鸡蛋的情况中，加热将减少蛋壳的温度梯度（因此减少应力），从而减少开裂和爆裂的可能性。任选地，根据物体的当前温度和例如引起浓缩以使被加热物体（例如肉）紧密的目的，腔室中的气温可随时间而变。

19）可以根据对被加热物体的功率输入和功率传输效率的了解来计算被加热物体吸收的功率的装置。这允许根据实际加热而非根据微波炊具目前所使用的一些估算的加热时间来计算当前温度和/或断开时间。

图1A、1B和1C根据本发明的一个示范性实施例示出了空腔10的相应的顶视剖面图和侧视剖面图。

如所示，空腔10是由导体（例如像铝这样的金属）制成的圆筒形空腔，并且在超高频或微波频率范围内共振，任选地在300MHz和3GHz之间，更优选地在400MHz和1GHz之间。在本发明的一些实施例中，所述空腔是球形、矩形或椭圆形空腔。然而，应当理解，本发明的一般方法不限于任何特定的共振腔腔体形状。

在圆筒的一个端部12上和圆筒形部分14的两侧上安置馈送天线16、18和20，从而以使用下文描述的方法任意选择的频率来馈送能量。 在图4A-4C中示出了适用于实施本发明的各种类型的示例性而非限制性的天线。

在本发明的一个示范性实施例中，一个或多个匹配元件22、24设置在空腔内部，任选地设置在馈送天线附近。示出了两种场调整元件，然而，也可以使用其它形状和材料。在图2A中更清楚示出的第一场调整元件22位于空腔10的端部12上。在该实施例中，所述元件可沿方向30围绕连接于所述端部的轴28旋转。任选地，所述元件通过绝缘板32与所述端部绝缘，所述绝缘板32将元件22电容性地耦接到端部12。或者所述元件被导电地连接。

元件22（以及其它场调整元件）在被适当调整时被认为具有双重作用。一方面，所述元件22以选择性地将能量从馈送器引导到待加热物体中的方式来改变空腔的模式。第二个有关作用是同时匹配至少一个馈送器并减少与其它馈送器的耦合。

在图2B中更清楚示出的场调整元件24位于馈送器18和端部12之间。该元件的一端任选地电连接到空腔的圆筒形部分14。元件24的另一端通过绝缘材料36与端部12隔开和绝缘。该元件24如箭头33和34所示自由地沿端部12和圆筒形部分滑动。该滑动改变能量吸收效率的谱改变量。

图3是空腔内部的透视图，从而更清楚地示出所述馈送器和元件的位置和取向。

图4A-4H示出了适用于实施本发明的三种不同类型的天线。这些天线本身是新型的，或者即使是已知的也从未用于微波炉或加热器，尤其是空腔型加热器。一般而言，在多数微波空腔型加热器中，当限定于自由空气中时，所使用的馈送器没有很大程度的方向性而且不是宽带的。馈送器的目的是激发空腔的模式。由于现有技术的空腔是以单一频率或窄带频率来激发的，因此天线就专门设计用于激发这些模式。另外，现有技术的微波空腔使用不是设计用来降低从一个馈送器到另一个馈送器的耦合的波导管或环形天线（所述波导管或环形天线一般仅有单个馈送器）。本发明人已经发现，使用定向天线和/或宽带天线允许与被加热物体更好地耦合并降低与其它馈送器的耦合。

在一些实施例中，所述天线作为阵列来提供。在使用天线阵列时有若干优点。频带可以较大，被加热物体的位置对结果的依赖性较低。 方向性可被控制，甚至可在加热期间调整。有可能控制阵列的每一个天线的相位，从而控制射频模式。有可能更改天线结构，例如，使用螺旋天线，天线的半径和高度可以改变，以便调节阻抗并改变射频模式。

图4A根据本发明的一个实施例示出了适用于将能量从馈送器16、18和20耦合到空腔10中的天线。如所示，馈送器16包括同轴馈送器37，该同轴馈送器37的中心导体36弯曲并延伸到空腔中。该中心导体是弯曲的，但是不接触空腔的壁。任选地，电线的端部形成有导电元件40以增加天线带宽。本发明人已经发现，所示类型的天线能够更好地将能量耦合到空腔中的不规则物体。这种天线被认为是定向地发射信号，如果所述弯曲对准被加热物体，那么就会改善与物体的耦合（而不是与空腔的耦合）。

图4B根据本发明的一个实施例示出了适用于将能量从馈送器16、18和29耦合到空腔10中的螺旋天线。如所示，馈送器16包括同轴馈送器37，该同轴馈送器37的中心导体36’具有形成为螺旋的延伸部。该天线可设计用于在相对宽的频带（例如适用于本发明的频带）内匹配到自由空间中，并且可通过改变匝数而使方向性变得更大或更小。于是，调整自由空间的设计以用于如下关于图4C所述的现有空腔。图4C的曲线图示出了对7匝螺旋的实验结果，螺旋的直径等于自由空间波长并具有小于0.2波长的线匝螺距。然而，本发明人已经发现，通过实验可发现图4C所示类型的曲线也适用于其它线匝特征。

分形天线在本技术领域中是已知的。参见Xu Liang和Michael Yan Wan Chia的"Multiband Characteristics of Two Fractal Antennas",John Wiley,MW and Optical Tech.Letters,第23卷，第4期，第242-245页，1999年11月20日。此外，参见G.J.Walker和J.R.James的"Fractal Volume Antennas"Electronics Letters,第34卷，第16期，第1536-1537页，1998年8月6日。这些参考文献通过引用的方式并入本文。

图4D示出了本技术领域中已知的用于向自由空间中进行辐射的示例性碟形天线50。该碟形天线（在自由空间中）的带宽是：以740MHz为中心频率的604MHz（-3dB点）和以2.84GHz为中心频率的1917MHz。该天线具有单极方向性图，然而是宽带天线（比偶极天线 的窄带宽具有优势）。但是，单极方向性不沿平行于馈送器的方向辐射。

该天线的带宽（BW）根据空腔内的负载（物体）位置在10MHz和最大70MHz之间变化。

该天线和下面的分形天线在本发明中可适用于将能量馈送到空腔中。

图4E示出了适用于实施本发明的示例性Sierpinski天线52。一般地，交叉阴影区域54是金属板，白色中心区域56是非导电区。所述金属板安装在优选为低介电常数的电介质上，并且在各个角连接到同轴馈送器36的中心导体37，如所示。该天线在空腔中的特性类似于碟形天线的特性。

图4F示出了适用于实施本发明的改进的Sierpinski天线58。一般地，交叉阴影区域60是金属板，白色区域62是非导电区。所述金属板安装在优选为低介电常数的电介质上，并且在各个角连接到同轴馈送器36的中心导体37，如所示。

对于采用相等尺寸的等边三角形的总长度103.8mm来说，该天线的中心频率在空腔内大约为600MHz。

图4G示出了适用于实施本发明的另一个改进的Sierpinski天线64。一般地，交叉阴影区域66是金属板，白色区域68是非导电区。所述金属板安装在优选为低介电常数的电介质上，并且在各个角连接到同轴馈送器36的中心导体37。

在图4G中示出了适用于在空腔中具有900MHz的中心频率的天线的尺度。

图4H示出了由三个彼此隔开一小段距离（例如2mm）的分形天线组成的多层分形天线70。

这些天线中每一个的尺寸是错开的，以便加宽天线的带宽。在该示例中所示的第一天线72的比例是图4G给出的尺度的0.8。第二天线744具有与图4G的天线相同的尺度，第三天线76的尺寸是天线74的1.2倍。体积分形天线（图4G）具有100MHz的总带宽，这是对先前的单一分形天线（图4D-4H）所获得的70MHz最大带宽的改进。

当安置在空腔中时，分形天线也显示出中心频率变化。该差异用于通过频率定标来设计在空腔中使用的天线（如同螺旋形天线的情 况）。

一般而言，希望利用宽带的定向天线将功率馈送到被加热物体中，这样的天线包括贴片天线、分形天线、螺旋天线、对数周期天线和螺线天线。

图5A-5C是根据本发明的一个实施例的电磁加热系统的示意方框图。

图5A示出在本发明的一个示范性实施例中的系统的各个功率馈送器90的总体方框图。所述系统由计算机92控制，该计算机92经由控制界面（控制器）130控制向被加热物体98提供功率的射频系统96。

图5B是根据本发明的一个示范性实施例的射频馈送系统96之一的电子设备的方框图。VCO（电压控制振荡器）102接收来自控制电路130（图5C）的信号，该控制电路130设定进入端口的能量的频率。该能量经过射频开关104和电压控制衰减器（VCA）106，所述射频开关和电压控制衰减器都由控制电路130控制。在经过VCA后，信号的功率和频率就被设定。当来自VCO102的信号未切换到VCA时，提供负载108以清除VCO102产生的信号。

然后，通过任选的第一双向耦合器110的主线路发送所述信号。

然后，VCA的输出被功率放大器112放大，随后经过隔离器114。与放大器112反射的功率成比例的信号也被馈送给控制电路。

耦合器110将进入该耦合器110的信号的一部分（在检测之后或者在测量功率之后）反馈回控制电路130。与放大器112反射的功率成比例的信号也被发送到控制器130。这些信号使得能够监控VCO/VCA和放大器。在产生式系统中，可以不需要双向耦合器。

射频开关116将功率切换到负载118或经由第二双向耦合器120切换到共振腔98的馈送器。双向耦合器120对进入和离开共振腔的功率进行采样并将功率测量信号发送给控制器130。

在本发明的一个实施例中，射频放大器112是基于LDMOS技术的固态放大器。Psat=300W，效率=大约22%，有效频带=800-1000MHz。这种放大器具有相对较窄的带宽或较低的效率（<25%）或者两者兼有。这限制了对本发明的优点的最佳利用。近来，已经可基于SiC（碳化硅）或GaN（氮化镓）半导体技术来利用放大器。利用这种技术的晶体管可从例如Eudyna、Nitronex公司和其它公司购买。例如，可以买 到具有300-600W（可由低功率（50-100瓦）模块构成）的最大功率输出和600MHz的带宽（中心频率为700MHz）或400MHz的带宽（中心频率为2.5GHz）的放大器。这种放大器比现有技术放大器具有更高的效率（可利用60%的效率）和对反射信号更高的耐受性，使得对于这些放大器可以经常省略隔离器114。在下文结合图12A-D来描述利用这种放大器的具体构造。

现在转到图5C，控制器130包括计算机92，该计算机92执行计算，提供系统的记录功能并且用作用户界面。所述控制器130还控制其余的元件来执行校准和图7的流程图的控制方法。

计算机132通过接口134连接到系统的其余部分，所述接口134被设计成向阿尔特拉现场可编程门阵列（ALTERA FPGA）140提供信息，所述阿尔特拉现场可编程门阵列与射频系统的各个元件进行接口连接并为这些元件提供控制信号。该阿尔特拉器件经由一个或多个多路复用器136和模数转换器138接收输入（如上关于图5A-5C所述）。另外，所述阿尔特拉器件经由数模转换器140设定各个馈送器（也关于图5A和5B进行了描述）的频率和功率，并且任选地利用借助于以下流程图所描述的方法来设定场调整元件的位置。在产生式系统中，所述计算机可以是不必要的，阿尔特拉或类似的控制器可控制和处理所有的必要数据。在本发明的一些实施例中，按下文所述进行频率扫描。

图6是操作具有上文所述结构的加热系统的简化流程图150。图7是校准系统的简化流程图160。可显而易见的是，操作和校准系统的方法也可适用于仅具有较少变化的操作系统，这些操作系统具有更少或更多数量的功率馈送器和/或更多或更少数量的匹配元件。

在152，物体（例如冷冻的器官、或者冷冻或未冷冻的食物）被放在空腔10中。然后执行校准或调整程序来设定系统中的变量参数。这可包括：所选的以各个频率向空腔传输的各个功率馈送器中的放大器112的功率输出、各个VCO102的有限集的频率子带、以各种频率提供能量的方法（例如，扫频或其它的频率变化，或者提供体现期望的频率和功率特性的脉冲信号）、对匹配元件（例如22、24）的定位、被加热物体的位置以及和任何其它影响加热过程的各种特性的变量，例如，对物体的功率传输的均匀性和/或效率。存储器包含用于校准系 统的标准156。下面描述示范性标准。进行校准160以确定新的加热变量。在下文讨论的图7的流程图中概述了示范性校准程序。

在新变量确定后，设定158这些新变量并开始加热170。

周期性地（例如每秒若干次）使加热中断某一短时间（可能仅有几秒或几十毫秒），并且在154任选地根据下文所述的方法确定是否应当终止加热。如果应当终止，那么加热结束153。如果不符合结束加热的标准，那么就进入校准（或者再调整）程序160。否则，重新开始加热170。应当注意，在测量阶段期间，频率扫描一般比加热阶段期间的频率扫描更宽。

下面将参考图7的流程图描述各个单独通道的校准程序160。

为了执行校准，任选地将功率设定在足够低的水平162以使得不发生充分的加热，但是设定在足够高的水平以使得所产生的信号可被可靠地检测。或者，可以在全功率或中功率时进行校准。在接近操作功率级时的校准可减小一些部件（例如VCA）的动态范围并降低这些部件的成本。

然后，在通道的最小频率和最大频率之间扫描164各个输入。任选地，上限频率和下限频率是430和450MHz。还可以使用其它范围，例如860-900MHz和420-440MHz。根据所执行的加热任务，实质上在300-1000MHz之间乃至高达3GHz的任何范围都认为是可用的。当使用上文所述的宽带高效率放大器时，可以在放大器的频带上可以扫描数百MHz或数百MHz以上的更大带宽。如果一个以上的连续频带满足用于加热的标准，那么所述扫描可以在多个不连续频带内。

在扫频期间测量输入反射系数S₁₁、S₂₂、S₃₃和传递系数S₁₂=S₂₁、S₁₃=S₃₁、S₂₃=S₃₂，净功率效率确定为（以端口1为例）：

η₁=1-（从端口1反射的功率+向端口2和3耦合的功率）/输入功率。

本发明人已经发现，在很多操作状态下使某些标准最大化是理想的。

在本发明的第一个实施例中，每个端口的最大净功率效率被最大化，即，使处于扫频范围内的最大效率点处的净功率效率尽可能地大。将效率为最大值时的效率和频率记录下来。任选地，频率峰值的宽度和Q值也被记录下来。

本发明的第二个实施例基于类似的标准。对于该实施例，确定在传递净效率的每个共振峰下面的面积。该面积应当是最大值。记录所述效率、具有最大面积的共振的中心频率及其宽度。

在本发明的一个实施例中，用于确定所述变量是否被正确设定的标准在于：所述峰值净效率（第一实施例）、或者所述面积或宽度（第二实施例）在某些预定水平以上，或者Q值在某些预定水平以下。例如，可以有这样的限制：即，对于各个馈送器使60%净效率以上的面积最大化。

应当注意，既不被反射也不被传输到其它端口的能量被吸收到空腔的壁中或被加热物体中。由于导电壁的吸收比物体的吸收低很多倍，因此净效率近似为吸收到物体中的输入功率的比例。还应当注意，最大净效率的频率不必与最佳匹配时的频率相同。

在本发明的一个实施例中，任选地，在调整功率时扫描频率。术语“扫频”应当理解为包括各个不连续频率的串行传输，以及具有期望的频率/功率谱含量的合成脉冲的传输。

本发明人已经发现，每个频率在空腔内的物体内的特定部位处具有最大吸收量，所述部位可能在不同频率之间变化。因此，扫描一定的频率范围可能引起峰值加热区在物体内的运动。计算机仿真已经表明，至少在某个峰的Q值低（即，大量的能量耗散在被加热物体中）时，峰值加热区的运动可能是相当大的。此外，发明人已经发现，每种模式（用不同的效率峰值来代表）在扫频时所起的作用不同。

图11A是根据本发明的一个实施例的确定扫频功率特性的方法的简化流程图200;该方法对应于图6的流程图的动作160和158。

在将物体放入空腔（152）后，对空腔扫频以确定作为频率函数的输入效率（202）（例如，获得频谱图像）。对输入效率的确定如上文详细所述。或者，将具有所关心范围内的宽谱的能量脉冲馈送到输入端中。确定反射的能量和传输到其它输入端的能量并分析这些能量的频谱，例如使用傅里叶分析。使用任一种方法都可以将净功率效率作为频率函数来确定。

在相似的物体已经被加热过的某些条件下，可以形成用于不同类型和尺寸的物体的一组表格并将其用作代替相差很小的测量的快捷方式。

图11B示出了在输入端处的简化的净功率效率曲线250。应当注意，存在有效率高的区域和效率低的其它区域。此外，有些效率峰值较宽，有些效率峰值较窄。

接下来，确定总扫频带宽（BW）（204）。这可包括扫描经过单个峰值或经过多个峰值。

在本发明的一个实施例中，在加热阶段期间，频率被扫描经过各个高效率峰值的一部分。例如，为了提供对物体的均匀加热，认为以各个频率输入给空腔的功率都应当是相同的。因此，在本发明的一个实施例中，在各个频率时的功率被调整以使P*η对于扫描中的所有频率来说是常数。由于可用的功率始终受限于某些值，因此可以对扫描的可用带宽设定界限。在图11B中用虚线252示出效率的下限的一个示例。所述扫描可被限制于具有该值以上的效率的频率。

接下来，设定场调整元件的位置。该调整是任选的，甚至在存在这种元件的某些情形中，也不必调整这些元件。一般而言，这种调整的标准是：峰值具有尽可能高的效率，使得峰值尽可能地宽。具体的应用可引入附加的目标，例如，使峰值向某些频带运动。

迭代过程（206、208）用于确定场调整元件的期望位置和/或取向。当完成搜索过程时，所述元件被设定到所找到的最佳位置（210），所述搜索过程可以是本技术领域中已知的任何迭代过程。。

在本发明的一个实施例中，调整所述扫描（212）以避免将过量的功率馈送到物体的某些部分中。例如，如果物体包含金属棒或金属拉链，那么可以产生高的效率峰值254。金属棒可在该棒的端部附近引起能量集中。避免以该峰值进行的辐照有时可以减小这种物体对均匀加热的影响。

接下来，确定扫描参数（214）。

图11C根据本发明的一个实施例示出了所要馈送到输入端的能量的功率谱256。应当注意，不以所述棒的频率特性以及对于效率在图11B中的252示出的最小值以上的其它频率的频率特性来传输能量。所述功率具有的形状使得效率η和所馈送的功率的乘积基本为常数。

在本发明的一个替代实施例中，能量以脉冲的形式而非作为扫频能量馈送到端口。首先，通过脉冲合成器产生例如图11C所示的脉冲。该脉冲被放大并馈送到输入端中。然后，所述脉冲合成器将代替VCO 102（图5B）。应当理解，所述脉冲合成器也可被编程控制产生用于确定η的频率依赖性的扫描（图7的动作164）。

对匹配元件的位置执行搜索，在所述位置，全部馈送器的净功率效率满足标准。这在方框214和216处标出，所述方框214和216代表通过改变匹配元件的位置和/或取向所进行的搜索。可以使用标准搜索技术（迭代）或者可以使用神经网路或其它学习系统，尤其是相同类型的物体被重复加热时，这对工业应用来说是常见的。

当满足标准时，功率就被提升到适合加热和扫频（任选）的水平。进入相应放大器的功率任选地被标准化以将相同的净功率提供到对应每个端口的空腔中（从而提供到物体中）。任选地，效率最低的端口决定提供给物体的功率。虽然在现有技术的烤炉中，使用者决定加热时间，但是在本发明的一些实施例中，一般可以预测期望的加热时间。

再返回图6，存在许多执行加热170的方法。

在本发明的一个实施例中，同时将功率馈送给全部馈送器。这具有加热较快的优点。其缺点是需要分离的三组电路系统。

在本发明的第二个实施例中，在短周期内逐一地将功率馈送给馈送器。可能仅需要最常用的一组电路系统，同时需要用于在馈送器之间传送功率开关。然而，对于校准，应当提供测量从端口传输到端口的功率的方法。当功率不馈送到馈送器时，该电路系统也可用于匹配所述馈送器。在图8中根据本发明的一个实施例示出了对应于图5B的电路系统的一种不同类型的既提供加热又提供校准功能的电路系统。

在图8中使用与图5B相同的附图标记，除了如下文指出的以外。这种系统具有更加节省成本的优点。当然，该系统较慢。然而，该系统确实允许另外一种均衡方法，其中，持续时间（单独地或者与改变输入功率相结合）被调整使得进入每个馈送器的能量是相同的（或者在必要时是不同的），在所述持续时间内对每个馈送器进行馈送。

图8在直到射频开关116的输出之前类似于图5B。在射频开关116之后，第二射频开关192将放大器输送的功率传送给馈送器之一。仅示出了与馈送器2相关的电路系统200。

电路系统200以两种模式之一操作。在功率传输模式中，来自控制器130的信号从射频开关192经由射频开关194切换到双向耦合器120。该端口的其余操作如上文所述。在被动模式中，射频开关194的 输入端不接收来自放大器112的功率。开关194将负载190连接到双向耦合器120的输入端。在被动模式中，负载190吸收从空腔馈送到馈送器的功率。对于产生式系统，对定向耦合器120的附加简化是可能的，从而用单向耦合器代替双向耦合器。

应当注意，开关116和192和局部开关（任选）可组合成更复杂的开关网络。替代地或者另外地，射频开关194可由循环器取代，使得从馈送器返回的功率始终被转入负载190中。

在图5B的实施例或图8的实施例中，馈送给端口的功率的频率可以以共振模式的中心频率来馈送，所述共振模式耦合最大净功率，即，对被加热物体的能量传输的最大效率点。或者，频率可以扫过共振的宽度，或者更优选地，沿着所述宽度的一部分扫频，例如在功率效率曲线的-3dB点之间，或者如上文关于图11A-11C所述。如上所述，任选地，在该扫频期间调整功率以使净输入功率在所述扫频期间保持恒定或者更接近恒定。这可通过相反于所馈送的瞬时频率的功率效率改变功率放大器的功率放大系数来完成。

再返回图6，另外参考图9，图9示出了代表性解冻过程的特定峰值的频率随时间变化的曲线图。该曲线图图示出一种利用物体在解冻过程期间的性质的变化来确定所述过程何时完成的方法。

图9的纵坐标是选作馈送器之一的输入量的频率。横坐标是时间。在物体的解冻期间，物体中的冰转变为水。冰和水对于微波或超高频能量具有不同的吸收性，导致作为频率函数的不同回波损耗和耦合。不仅这会改变匹配，而且至少在通过调整匹配元件进行重新匹配之后，吸收效率峰值的频率也会改变。在点A，有些冰已经开始变为水，匹配的频率改变。在点B，所有的冰已经变成水，匹配的频率停止改变。通过监测上文所述的频率，尤其是监测其变化率，可以确定所有的冰转变为水的点，如果仅希望解冻，那么就终止加热。应当注意，在解冻期间的频率变化（如本文所述）和现有技术中所允许的频率变化相比是很大的。

使不规则形状和不规则内部结构的固体物质解冻的一个问题在于：一般不能够确定所有的冰在何时已经转变为水。因此，在现有技术中，一般进行过热以确保没有冰被留下，考虑到现有技术的不均匀加热，如果有冰被留下来，那么这会增强再结晶。

允许均匀加热并提供对解冻进度的了解的本发明的加热方法和装置可造成极少的再结晶乃至不存在再结晶。

根据本发明的装置和方法已经用于化冻猪肝脏、寿司或卷寿司，以及用于煮蛋壳中的蛋。

以下表格示出了通过本发明的系统和使用传统微波炉解冻牛肝脏的比较。

表1：发明方法和传统微波法的比较——牛肝脏

以下表格示出了通过本发明的系统和使用传统微波炉解冻卷寿司之间的比较，所述卷寿司包含被米覆盖且被卷在海菜中的生鱼。

表2：发明方法和传统微波法的比较——卷寿司

使用本发明方法煮鸡蛋。一般地，如果试图在微波炉中煮鸡蛋，那么鸡蛋就会破裂。然而，使用上文所述的系统，蛋壳中的蛋被煮熟。蛋白和蛋黄都被充分煮熟，并且蛋白不比蛋黄硬。两个部分均不会干透或者呈胶状，而且味道很好，这不同于传统的过度蒸煮的鸡蛋，即使有的话，其程度也很小。另外，深度冷冻的鱼已经化冻而不留下任何冷冻的部分，而且没有任何部分被加热到蒸煮温度以上。

在每个上述实施例中，根据上文给出的用于自动调整的方法，自 动地调整频率和功率并手动地调整匹配元件。

发明人认为本发明的方法能够以小于40℃、任选地以小于10℃、5℃，甚至差异低达2℃的温度变化使深度冷冻的物体解冻至刚好在冻结温度以上。在发明人实施的实验中已经获得了这样的结果，例如，对于牛肝脏的实验。

以这种低温差和高速度解冻例如肉和鱼这样的物体具有防止形成沙门氏菌中毒、波特淋菌中毒和其它食物中毒的可能。受控的均匀解冻对于解冻用于移植而不会有组织破坏的器官来说具有重要的启示。

图10根据本发明的一个实施例示出了用于将直流电或相对较低的频率（达到100kHz或100MHz）施加给空腔中的物体的装置。该图类似于图1，除了空腔包括两个板250和252以外。电源（未示出）以直流电或相对较低频率的高差动电压使所述板通电。该低频场的目的是减少水分子的旋转。冰是水的固态形式，因此其旋转模式受到限制。目的在于限制液态水的旋转模式以便使加热速率由冰的旋转模式确定。本发明人还认为，低频场可以改变构成被加热物体的物质的介电常数，从而允许更好地匹配对物体的输入。

在本发明的一个替代实施例中，通过将一个或多个线圈安置在空腔内部或优选地安置在空腔外部而施加直流或低频磁场，从而促使物体中的分子对齐。有可能将可能具有不同方向的不同相位的低频或直流电场和低频或直流磁场相结合。

图12A示出了空腔98，该空腔98具有安置在其内部的内加热器线圈600。进口602和出口604允许将热流体馈送通过线圈以加热空腔内的空气。

图12B和12C示出用于将热从高功率放大器606传送给线圈的系统的两个示意图。即使在60%的效率时，该放大器也能产生数百瓦。该能量（或者该能量的至少一部分）可被传送以加热空气并在空腔内产生红外辐射（如同电阻线圈所起的作用），从而增加加热的效率。

图12B示出了说明可以如何从放大器606捕获废热的非常示意的图示。图12C示出了同一系统的方框图。元件608代表返回流体的冷却系统和流体泵送系统。该系统从出口604接收流体，冷却该流体（必要时）并将该流体泵送到放大器606和任选的热沉612之间的间隙610中。在所述间隙的输入端和输出端处的温度优选由传感器614和616 测量，并且馈送给控制系统618，该控制系统618控制冷却速率和泵送速率中的一个（任选地，大于一个）以向空腔提供期望的传热。可以提供风扇620以在必要时冷却热沉。在放大器和热沉之间经过的流体也用来传递来自放大器和热沉的热。任选地，导热肋可在放大器和热沉之间传热，所述流体在所述肋之间经过，从而收集热。

或者，热管或其它装置可用来收集能量并将该能量传给空腔。或者，热空气可以经过放大器和/或热沉并进入空腔中。

使用与空腔传热的高效率放大器可得到高效系统，其具有40-50%以上的总效率。由于使用了相对较高（40V-75V）电压的放大器，从而避免了对大型变压器的需要，利用放大器向加热器的外壳传热，热沉可以很小乃至不存在。

通过优化所述系统，如图12D所示的加热器的重量可轻达10或15Kg或者更轻，所述加热器包括通常在微波炉上可见的外壳650、放大器、控制器以及用户界面652和门654。

虽然在上文所述的示例中，申请人已经利用超高频进行加热，而不是现有技术中使用的更高的2.45GHz，但是对于除了解冻以外的加热应用，不同的频率可能是合理的。超高频优先被冰吸收，且超高频比高频具有更长的波长，因此物体内的场更加均匀，冰相比于水被优先加热。这提供了对冰的优先加热和更均匀的解冻。

可以用来改善均匀性的附加手段有：

1）各种类型和尺寸的导电材料（例如粉状导电材料（金）的微细颗粒）可以在冻结过程之前插入样品中（例如通过血液或冷却液的循环）并用作反射源。可以使用一些保持导电物体的非导电材料（吸收性的或非吸收性的）的模板来完成所述插入。这些被动能量源可改善电磁辐射吸收的均匀性。

2）透入以不同于样品的改变方式根据温度改变介电特性的材料。注入这些材料将使得能够在期望获得均匀和快速增温的方向上改变样品的介电特性。

3）使用探针测量增温过程的各个参数，例如温度和压力等：这些探针可以在冻结过程之前插在样品内部，或者在所述过程的任何阶段附接于样品的附近。对这些参数的测量提供了监控（控制）增温过程的手段，使得如果增温不是最佳的，那么就能够对所述过程的各个参 数进行更改。存在有可利用的适合用于在微波设备的增温期间进行测量的探针。这些探针也可用作何时停止解冻或烹煮过程的指示。

这种探针可被包含在待加热物体所放置的袋中，并且可包括共振元件，通过包含与温度有关的元件（例如热变电阻或热变电容）使该共振元件的共振频率随温度而变。

探针可具有频率取决于温度的共振电路。这种探针可在用于设定扫频参数的扫描期间被扫描，从而确定温度。在功率传输期间，一般应当避开这些频率。在本发明的一个实施例中，温敏接头与非温敏接头配对，该温敏接头的频率变化由这两个接头之间的差频确定。这允许利用对温敏接头的频率的绝对测量来获得对温度的更准确的测量。

4）用不以特定频率吸收电磁辐射的材料包装样品。这种包装在运输期间可用作样品的封装，并且用作探针系统的一部分，通过该探针系统能够测量在样品的边缘处的温度和附加的参数。该包装可起到对样品外表面（通常具有比样品的其余部分增温更快的趋势）的局部制冷的作用，以便获得样品的增温的均匀性。

此外，所述包装可包括物体的识别标志，从而帮助跟踪该物体并且为系统提供加热该物体的优选规程。例如，所述包装可具有许多共振元件，当空腔在校准期间被扫频时可以检测所述共振元件。所述元件的频率可用于提供识别物体的指示。这允许自动或半自动地设定校准和/或为特定物体和条件优化的特定加热规程的起动参数。

替代地或者另外地，为共振电路提供不同类型的记录/存储元件，例如，采用射频识别（RFID）元件或条形码的形式，所述元件在其上包括：对包含物体的封装或包装物的内含物、所建议的对该物体的处理和/或加热说明的指示。在本发明的一个示范性实施例中，实际上在远程地点提供所述说明，并且所述说明按索引编排为记录元件存储的关键字。例如，这种说明可存储在表格中，或者根据与识别相关联的信息依据请求而产生。

任选地在加热器中提供阅读器，例如，射频识别阅读器或条形码阅读器，从而读出封装或包装物的信息。

在本发明的一个示范性实施例中，在准备好物体后，任选地，各种类型的信息被存储在记录元件上（或者与存储元件相关联），例如，尺寸、重量、封装的类型和/或烹煮/解冻/解热说明。

在本发明的一个示范性实施例中，记录元件已经存储了具体的烹煮说明。替代地或者另外地，所述记录元件已在其中存储了关于其内含物的浅盘（platter）形状和/或介电性能的信息。应当注意，对于工业形状的部分，如果食物的形状在各浅盘之间是相对规则的，那么食物的运动和/或尺寸的变化和/或形状的微小变化一般不会过度地影响均匀性，例如，使加热区域/边界移动1-2cm。任选地，所述浅盘包含凹陷部和/或其它几何结构，所述结构使食品相对于浅盘边沿维持期望的位置。

在加热食物期间，任选地改变加热参数。改变的效果可能导致空间和/或时间上的不一致。在本发明的一个示范性实施例中，提供了定义如何改变和改变哪些方面的文本（script）。任选地，所述文本包括根据时间（例如对效果的估计）和/或食物状态（例如测量）做出的决定。在上文描述了各种测量方法。任选地，所述估计基于仿真或者基于由先前加热循环所得到的经验结果。任选地，所述文本是条件性的（例如，条件修改、产生和/或选择的），例如，基于浅盘在烤炉中的位置和/或个人偏好（这可由该烤炉存储）。

在本发明的一个示范性实施例中，在记录元件上或在远程位置提供文本。任选地，通过使用者选择期望的加热效果来选择文本。

在一个示例中，单个食品可以在不同的时间内接受不同的功率级，以便获得期望的组织/风味。

在本发明的一个示范性实施例中，文本被用来设定不同的能量级和/或不同的时间来施加这种能量。

在一个示例中，文本如下文所述：

（a）加热全部浅盘以使食物达到相对均匀的5摄氏度的温度。

（b）均匀地以80%功率加热整个浅盘5分钟，然后以全功率加热10分钟。

（c）加热到40摄氏度。

（d）保持加热10分钟。应当注意，可任选地通过估计施加已知冷却量时的能量吸收来维持期望的热度。或者，可以根据已知的能量吸收量和对离开空腔的气温的测量来估计实际吸热量。任选地，烤炉包括冷却空气源和/或具有可冷却的壁和/或托盘。

（e）使热度降低到30摄氏度。

（f）等待10分钟。

（g）报告“完成”，但是在拿走之前保持在30摄氏度。

在本发明的一个示范性实施例中，所述文本包括其它条件，例如，检测颜色（例如，变为棕色）、汽蒸（例如，通过水的相变）和体积（例如，面团发酵粉将以可预期的方式改变空腔的性能）的变化。

任选地，所述文本包括让使用者添加配料（例如香料）或者混合或重新放置物体的请求。

在本发明的一个示范性实施例中，所述文本考虑了可由烤炉获得的均匀性控制的质量。例如，如果希望的均匀性等级高于烤炉主要提供的等级，那么加热就可包括暂停，此时功率降低，从而允许热量在物体中均匀化。任选地，根据食物物质和标定的烤炉的均匀性缺乏度来预先计算延迟的时间长度。替代地或者另外地，为了降低功率，食物和/或加热区域可以相对于彼此运动，从而更好地分配加热。

在本发明的一个示范性实施例中，不提供文本。相反，加热时间和/或参数直接基于期望的结果、所测得的食物特性和/或所测得的加热特性。这种期望的结果可以是用户提供的或者由可记录的元件指示。

5）液体注射：（类似于冷却液），适用于生物样品，其目的是产生均匀增温：该液体用于高温场。在该场中，完成生物区域的增温以便去除癌性增长。根据从该场获得的认识，有可能获知这种液体可导致增温均匀性的急剧变化，并且能够使用增温设备，该增温设备比不使用该增温设备的设备更为简化。

6）在冻结过程期间将活性辐射源穿入样品：这些源是活性的，意思就是连接到外部电源线，所述源将用作从样品内部发射的电磁辐射源。

已经结合解冻方面部分地描述了本发明。发明人认为，根据上文所示的结果，可以预期本发明的方法可用于烘烤和烹煮传统微波炉所公知的薄弱区域，或者用于其它加热操作，特别是需要高水平的均匀性或控制和/或发生相变的加热操作。

利用本发明的各种实施例，超高频或微波能量可在超过物体的80%或90%或者更大体积内在小于±10%、±20%或±30%的范围内均匀地沉积在物体中。

已经使用对本发明实施例的详细说明描述了本发明，所述实施例 通过举例的方式来提供，并且不是用来限制本发明的范围。所述的实施例包括不同的特征，在本发明的所有实施例中并不需要所有的特征。本发明的一些实施例仅利用了所述特征中的一些特征或者所述特征的可能组合。本领域技术人员会想到本发明所述实施例的变型和包括所述实施例中提及的特征的不同组合的本发明的实施例。

此外，术语“包括”，“包含”和“具有”或这些术语的动词变化的意思应当是：“包括但不必限于”。本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种用于调整输送给空腔内的物体的能量的方法，所述方法包括：

在一定频带内的多个频率下发送电磁能量到所述空腔；

针对所述频带内的多个频率中的每一个频率，测量由所述物体吸收的功率的效率；以及

相反于在对应的频率处测量的功率效率来调整一个或多个发送频率下的输入功率。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据由所述物体吸收的功率的效率，改变所述多个频率中至少一个的频率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：根据到所述空腔的能量传输净效率来确定由所述物体吸收的功率的效率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述发送还包括经由多个馈送器中的至少一个馈送器来馈送超高频或微波能量，并且其中，所述方法还包括基于在各频率处耦合到所述多个馈送器中其它馈送器的功率S_ij以及基于在各频率处到所述至少一个馈送器的回波损耗S_ii来确定到所述空腔的能量传输净效率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，调整一个或多个发送频率下的输入功率提供了期望的到所述空腔的能量传输净效率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个频率处于一定频带内，并且所述频带具有大于所述频带的中心频率的0.5％的宽度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，调整一个或多个发送频率下的输入功率包括：调整所述功率，使得效率和所馈送的功率的乘积基本为常数。

8.一种用于向空腔内的物体输送电磁能量的装置，所述装置包括：

控制器，所述控制器构造成：

处理对一定频带内多个频率中的每一个频率下由所述物体吸收的功率的效率η的测量结果；以及

相反于在对应的频率处测量的功率效率来调整在一个或多个发送频率下的输入功率。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括至少一个馈送器，所述至少一个馈送器构造成将超高频或微波能量馈送到所述空腔中。

10.根据权利要求8或9所述的装置，还包括所述空腔。

11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器还构造成：根据由所述物体吸收的功率的效率，调整所述多个频率中至少一个的频率。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，基于对加热进行时吸收的功率的效率的附加测量结果，所述控制器在加热进行时调整所述频率。

13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个馈送器包括多个馈送器。

14.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器还构造成根据到所述空腔的能量传输净效率来确定由所述物体吸收的功率的效率。

15.根据权利要求14所述的装置，还包括构造成馈送超高频或微波能量的多个馈送器，并且其中所述控制器还构造成：

使得对超高频或微波的馈送来自所述多个馈送器中的至少一个馈送器；以及

基于在各频率处耦合到所述多个馈送器中其它馈送器的功率S_ij以及基于在各频率处到所述至少一个馈送器的回波损耗S_ii来确定到所述空腔的能量传输净效率。

16.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器还构造成：调整所述输入功率，使得效率η和所馈送的功率的乘积基本为常数。