[go: up one dir, main page]

CN105492831B - 集成固态微波功率发生模块 - Google Patents

集成固态微波功率发生模块 Download PDF

Info

Publication number
CN105492831B
CN105492831B CN201380079164.1A CN201380079164A CN105492831B CN 105492831 B CN105492831 B CN 105492831B CN 201380079164 A CN201380079164 A CN 201380079164A CN 105492831 B CN105492831 B CN 105492831B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
impedance
microwave
resonant element
microwave power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380079164.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105492831A (zh
Inventor
皮埃尔·玛丽·皮尔
大卫·P·莱斯特
莱昂内尔·蒙欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NXP USA Inc
Original Assignee
NXP USA Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NXP USA Inc filed Critical NXP USA Inc
Publication of CN105492831A publication Critical patent/CN105492831A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105492831B publication Critical patent/CN105492831B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
    • H05B6/645—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors using temperature sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/664—Aspects related to the power supply of the microwave heating apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/686—Circuits comprising a signal generator and power amplifier, e.g. using solid state oscillators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Abstract

微波功率发生模块的实施例包括放大器结构、阻抗匹配元件和谐振元件。放大器结构包括具有晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管。阻抗匹配元件由平面导电结构形成。平面导电结构具有近端和远端，并且近端电耦接至晶体管输出端。所述谐振元件具有电耦接至平面导电结构的远端的近端，并且所述谐振元件配置为辐射具有范围在800兆赫兹(MHz)至300千兆赫兹(GHz)的微波频率的电磁能量。阻抗匹配元件和谐振元件的组合配置为执行晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的阻抗变换。

Description

集成固态微波功率发生模块
技术领域
这里描述的主题的实施例通常涉及电路，更具体地，涉及结合微波炉和其他系统使用的固态微波功率发生子系统。
背景技术
多年来，磁控管已经常用于微波炉中以产生用于加热食物、饮料或其他物品的目的的微波能量。磁控管也可以用于其他目的(例如，用于雷达应用、无线通信用用等)。
磁控管实质上包括具有绕着圆形腔室的边缘间隔开的多个圆柱形腔体的圆形腔室、内置到腔室中央的阴极以及配置为产生磁场的磁体。当合并到微波系统中时，阴极耦接至直流(DC)电源，所述DC电源配置为向阴极提供高电压电势。在微波炉中，例如可能要求电源向阴极提供4千伏或以上。磁场和圆柱形腔体使得腔体内的电子在所述腔体中感应出谐振高频射频(RF)场，并且可以经由探针从所述腔体中提取所述场的一部分。耦接至探针的波导将RF能量导引至负载。例如在微波炉中，负载可以是加热室，所述加热室的阻抗可能受到加热室内的物体的影响。
尽管磁控管在微波和其他应用中作用良好，但是它们也并非是没有缺点。例如，磁控管典型地需要非常高的电压来操作。此外，磁控管可能在延长的操作时间段易受到输出功率退化的影响。因此，包括磁控管的系统的性能可能随着时间而退化。另外，磁控管趋向于是对于振动敏感的庞大笨重的部件，从而使得它们无法在便携应用中使用。
附图说明
可以通过参考结合以下附图考虑的详细描述和权利要求来得出对于主题的更加全面的理解，其中贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。
图1是根据示例实施例的微波炉的透视图；
图2是根据示例实施例的包括集成微波功率发生模块的微波系统的简化框图；
图3是根据示例实施例的集成微波功率发生模块的顶视图；
图4是根据示例实施例的图3的集成微波功率发生模块沿4-4线的截面侧视图；
图5是根据另一个示例实施例的安装至腔壁的集成微波功率发生模块的截面侧视图；以及
图6是根据示例实施例的制造包括集成微波功率发生模块的微波系统的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述本质上只是说明性的，并不旨在限制主题的实施例或这些实施例的应用和使用。如这里所使用的，词语“示范性的”和“示例”意思是“用作示例、实例或说明”。这里描述为示范性的或者示例的任意实施方式不必解释为相比其他实施方式优选或者有利。另外，也并不旨在受到在前述技术领域、背景或下文的详细描述中展示的任何明示或暗示理论的限制。
这里描述的主题的实施例涉及在微波炉和其他类型的系统中使用的固态微波功率发生模块。如下面更加详细地描述的，示范性微波功率发生模块使用放大器结构(包括一个或多个晶体管)、耦接至放大器结构的输出端并且由平面导电结构构成的阻抗匹配元件以及耦接至阻抗匹配元件并且配置为辐射具有微波范围内的波长的电磁能量的谐振元件来实现。阻抗匹配元件和谐振元件一起配置为执行晶体管的阻抗和空气腔(例如，微波炉的加热室)的阻抗之间的阻抗变换。
尽管这里的描述详细地讨论了固态微波功率发生模块的各种实施例在微波炉应用中的使用，但是应该理解的是，固态微波功率发生模块的各种实施例也可以用于其他类型的微波系统(例如，雷达系统、通信系统等)。因此，这里详细描述的应用并非意欲将各种实施例的应用只是局限于微波炉应用。
图1是根据示例实施例的微波炉100的透视图。微波炉100包括加热室110、控制面板120、一个或多个微波功率发生模块131、132、133、134、135、136、电源(例如图2的电源230)和系统控制器(例如，图2的系统控制器210)。加热室110由顶部、底部、侧面和背侧腔壁111、112、113、114、115的内表面和门116的内表面限定。在门116关闭时，加热室110限定了封闭的空气腔。如这里所使用的，术语“空气腔”可以表示包含空气或其他气体的封闭区域(例如，加热室110)或者开放空间的区域。
根据实施例，微波功率发生模块131-136136中的每一个设置在腔壁111-115或门116附近。根据实施例，在微波炉100的操作期间，用户(未示出)可以将一个或多个物体(例如食物和/或液体)放置于加热室110中，并且可以经由控制面板120来提供输入，所述输入可以规定所需的加热持续时间和所需的功率级别。响应于此，系统控制器(未示出)使微波功率发生模块131-136136将微波频谱内的电磁波能量(这里称作“微波能量”)辐射到加热室110中。更具体地，系统控制器使微波功率发生模块131-136136在与用户输入相一致的时间段和功率级别下，将微波能量辐射到加热室110中。微波能量增加了物体的热能(即，微波能量使物体加热)。
在图1中所示的实施例中，微波功率发生模块131-136136设置在腔壁111-115和门116中的每一个附近。在替代实施例中，可能在系统中存在较少的微波功率发生模块，包括少到单个腔壁或门116附近只有一个微波功率发生模块。在其他替代实施例中，多个微波功率发生模块可以在任意给定的腔壁和/或门116附近。
在任意情况下，微波炉100包括设置在至少一个腔壁111-115和/或门116附近的至少一个微波功率发生模块131-136。如这里所使用的，当表示微波功率发生模块131-136相对于腔壁111-115或门116的相对位置时，术语“附近”指的是可以将微波功率发生模块131-136附着至腔壁111-115或门116的内表面(即，将微波功率发生模块131-136定位于加热室110内)，或者微波功率发生模块131-136可以附着或者定位于腔壁111-115或门116的外表面的外部(即，将微波功率发生模块131-136定位于加热室110的外部)。在后一个实施例中，微波功率发生模块131-136的谐振元件(例如，图2的谐振元件284)可以通过腔壁111-115或门116中的孔或开口而暴露至加热室110。在这种实施例中，腔壁111-115中的开口可以用盖子(例如，板)覆盖，所述盖子配置为在不会实质上阻挡由谐振元件产生的微波能量进入加热室110的同时保护所述谐振元件(例如，免受食物泼溅)。根据另一个实施例，可以将微波功率发生模块131-136按照微波功率发生模块131-136与腔壁111-115或门116齐平(即实质上共面)的方式附着至腔壁111-115或门116。在其他实施例中，可以将微波功率发生模块131-136的部分(例如，至少谐振元件)定位于加热室110内，并且可以将微波功率发生模块131-136的其他部分定位于加热室的外部。
每一个微波功率发生模块131-136配置为产生微波能量并且将微波能量辐射到加热室110中。辐射的能量具有在微波频谱中的波长，所述微波频谱特别适用于加热液体和固体物体(例如，液体和食物)。例如，每一个微波功率发生模块131-136可以配置为将具有约2.0千兆赫兹(GHz)至约3.0GHz的范围内的频率的微波能量辐射到加热室110中。更具体地，在实施例中，每一个微波功率发生模块131-136可以配置为将具有约2.45GHz的波长的微波能量辐射到加热室110中。尽管每一个微波功率发生模块131-136可以辐射近似相同波长的微波能量，但是微波功率发生模块131-136也可以辐射彼此不同波长的微波能量。另外，在包括微波功率发生模块的实施例在内的其他系统(例如，雷达系统、通信系统等)的实施例中，每一个微波功率发生模块131-136可以在相对较宽的带宽内辐射微波能量(例如，在约800兆赫兹(MHz)至约300GHz的微波频谱内的任意位置处的带宽)。
如下面进一步详细地描述的，每一个微波功率发生模块131-136可以实现为集成的“固态”模块，其中每一个微波功率发生模块131-136包括固态电路结构以产生和辐射微波能量，而不包括磁控管。因此，当与传统的基于磁控管的微波系统相比时，包括微波功率发生模块的实施例在内的系统的实施例可以在相对较低的电压下操作，可以随着时间不易受输出功率退化的影响，和/或可以相对紧凑。
尽管将微波炉100示出为其部件彼此之间具体的相对朝向，应该理解的是各种部件也可以不同地朝向。此外，各种部件的物理结构也可以是不同的。例如，控制面板120可以具有更多、更少或不同的用户接口元件和/或所述用户接口元件可以不同地设置。此外，尽管在图1中示出了基本上立方体的加热室110，应该理解的是在其他实施例中加热室可以具有不同的形状(例如，圆柱形等等)。另外，微波炉100可以包括图1中没有具体描述的附加部件(例如，风扇、固定盘或旋转盘、托盘、电线等)。
图2是根据示例实施例的包括多个微波功率发生模块250、251、252的微波系统200(例如图1的微波炉100)的简化框图。在各种实施例中，微波系统200可以包括1至N个微波功率发生模块250-252，其中N可以是任意整数(例如，从1至20的整数)。此外，微波系统200包括系统控制器210、用户接口220、电源230和加热室240。应该理解的是，图2是为了解释和易于描述的目的的微波系统200的简化表示，并且实际的实施例可以包括其他设备和部件以提供附加的功能和特征，和/或微波系统200可以是更大的电力系统的一部分。
用户接口220可以与控制面板(例如，图1的控制面板120)相对应，其例如使用户能够向系统提供与用于加热操作(例如，加热操作的持续时间、加热操作的功率级别、与具体的加热操作参数相关的代码等等)的参数、开始和取消按钮、机械控件(例如门锁)等有关的输入。此外，用户接口可以配置为提供对加热操作的状态(例如，倒计时定时器、对加热操作的完成加以指示的可听音调等)和其他信息加以指示的用户可察觉的输出。
系统控制器210耦接至用户接口220和电源230。例如，系统控制器210可以包括一个或多个通用或专用处理器(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)等)、易失性和/或非易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、各种寄存器等等)、一个或多个通信总线和其他部件。根据实施例，系统控制器210配置为对经由用户接口220接收的用户输入加以指示的信号，并且使电源230在与所接收的用户输入相对应的持续时间和功率级别下向微波功率发生模块250-252供电。
电源230可以根据从系统控制器210接收的控制信号将电源电压选择性地提供至每一个微波功率发生模块250-252。当利用来自电源230的适当电源电压来供电时，每一个微波功率发生模块250-252将产生辐射到加热室240中的微波能量。如上所述，加热室240限定了空气腔。定位于加热室240中的空气腔和任意物体(例如，食品、液体等)与由微波功率发生模块250-252产生的微波能量的负载相对应。空气腔和空气腔内的物体对于每一个微波功率发生模块250-252表现出阻抗。
根据实施例，每一个微波功率发生模块250-252包括振荡器子系统260、调频电路280、阻抗匹配元件282、谐振元件284和偏置电路290。根据实施例，振荡器子系统260包括输入节点262、输出节点264、放大器结构270和谐振电路266。此外，振荡器子系统260可以包括分别耦接在晶体管272和输入节点262和/或输出节点264之间的输入阻抗匹配电路268和/或输出阻抗匹配电路269。
在实施例中，振荡器子系统260是功率微波振荡器，其原因在于所述振荡器子系统260的元件配置为在输出节点264处以相对较高的输出功率(例如，输出功率的范围在约100瓦(W)至约200W或更多)产生具有微波频谱中的频率的振荡电信号。沿输出节点264和输入节点262之间的反馈路径耦接的谐振电路266完成了谐振反馈回路，所述谐振反馈回路使得由放大器结构270产生的已放大电信号在谐振电路266的谐振频率下或附近振荡。在实施例中，谐振电路266配置为在微波频谱中的频率下谐振。根据更具体的实施例，谐振电路266配置为在约2.45GHz的频率下谐振。因此，在输出节点264处由放大器结构270产生的已放大电信号在2.45GHz处或附近振荡。应该注意的是，实际上，谐振电路266的实施例可以配置为按照不同的频率谐振，以适合利用微波系统200的具体应用的需要。
根据实施例，谐振电路266包括环形振荡器。例如，谐振电路266可以包括一对弯曲的电感元件，这对弯曲的电感元件彼此相对以提供环形结构。如这里所使用的，“环形结构”应该理解为指的是具有中空内部的环状结构。在各种实施例中，弯曲的电感元件具有实质上相同和互补的形状和/或尺寸，并且在它们相对的末端彼此电容性地耦接。在其他实施例中，振荡器子系统260可以实现除了环形振荡器之外的类型的振荡器(例如，机械或压电谐振器或另一种类型的谐振器)。
在图2所示的实施例中，放大器结构270被实现为具有耦接至放大器输入节点274的输入端(或控制端)和耦接至放大器输出节点276的输出端的晶体管272。在所示实施例中，晶体管272包括N型场效应晶体管(FET)，所述N型场效应晶体管的栅极端子连接至放大器输入节点274，漏极端子连接至放大器输出节点276，以及源极端子连接至配置为接收接地参考电压(例如约0伏，但是在一些实施例中接地参考电压可以高于或低于0伏)的节点278。尽管图2示出了源极端子直接接地，但是一个或多个中间电力部件可以耦接在源极端子和地之间。在实施例中，晶体管272包括侧向扩散的金属氧化物半导体FET(LDMOSFET)晶体管。然而，应该注意的是，晶体管272并非倾向于局限于任意具体的半导体技术，并且在其他实施例中，晶体管272可以实现为氮化镓(GaN)晶体管、另一种类型的MOSFET晶体管、双极结型晶体管(BJT)或者利用另一种半导体技术的晶体管。
在图2中，放大器结构270被描绘为包括按照具体的方式与其他电路部件耦接的单个晶体管272。在其他实施例中，放大器结构270可以包括其他放大器拓扑和/或放大器结构270可以包括多个晶体管或各种类型的放大器。例如，放大器结构270可以包括单端放大器、双端放大器、推挽式放大器、多赫蒂放大器、开关模式功率放大器(SMPA)或另一种类型的放大器。
调频电路280包括电容元件、电感元件和/或电阻元件，其配置为调节由振荡器子系统260产生的振荡电信号的振荡频率。在示范性实施例中，调频电路280耦接在接地参考电压节点和振荡器子系统260的输入节点262之间。
根据实施例，振荡器子系统260也可以包括耦接在振荡器子系统260的输入节点262和放大器输入端274之间的放大器输入阻抗匹配电路268。阻抗匹配电路268配置为在谐振电路266的谐振频率下将放大器结构270(放大器输入节点274)的输入阻抗与(节点262处)谐振电路266和调频电路280的阻抗相匹配。类似地并且根据实施例，振荡器子系统260也可以包括耦接在放大器输出端276和输出节点264之间的放大器输出阻抗匹配电路269，配置为在谐振电路266的谐振频率下，将(放大器输出节点276处的)放大器结构270的输出阻抗与谐振电路266的阻抗相匹配。
偏置电路290耦接在放大器结构270和配置为(例如从电源230)接收正(或电源)电压的节点254之间。在实施例中，节点254处的电源电压和接地电压节点278之间的电压差小于约50伏。在其他实施例中，电压差可以大于50伏。根据实施例，偏置电路290配置为控制晶体管272的栅极和漏极端子处的直流(DC)或额定偏置电压，以便在振荡器子系统260的操作期间导通晶体管272或者保持晶体管272按照激活模式操作。在这一方面，偏置电路290在放大器输入节点274处耦接至放大器结构270的晶体管272的栅极端子，并且在放大器输出节点276处耦接至晶体管272的漏极端子。根据实施例，偏置电路290包括温度传感器292和温度补偿电路294，配置为感测或者以其他方式检测晶体管272的温度，并且响应于晶体管272或放大器结构270的温度增加和/或降低来调节放大器输入节点274处的栅极偏置电压。在这种实施例中，偏置电路290可以配置为响应于温度变化来针对晶体管272保持实质上恒定的静态电流。
此外，在实施例中，偏置电路290可以包括功率检测电路296。功率检测电路296耦接在振荡器子系统260的输出节点264和谐振元件284的远端之间(例如在各种实施例中，功率检测电路296可以耦接至输出节点264、阻抗匹配元件282或者谐振元件284)。功率检测电路296配置为监测、测量或者以其他方式检测在输出节点264处提供的振荡信号的功率。在实施例中，功率检测电路296也配置为监测或以其他方式测量来自谐振元件284的反射信号的功率。响应于检测到信号反射的功率超过阈值，功率检测电路296可以使偏置电路290关断或者以其他方式禁用放大器结构270。按照这种方式，功率检测电路296和偏置电路290协同地配置为响应于谐振元件284处的阻抗变化，保护放大器结构270免受信号反射。
阻抗匹配元件282耦接在振荡器子系统260的输出节点264和谐振元件284之间，并且谐振元件284耦接至阻抗匹配元件282。阻抗匹配元件282配置为执行从振荡器子系统260(或者放大器结构270或晶体管272)的阻抗到中间阻抗的阻抗变换，并且谐振元件284配置为执行从中间阻抗到加热室240(或者由加热室240限定的空气腔)的阻抗的进一步阻抗变换。换句话说，阻抗匹配元件282和谐振元件284的组合配置为执行从振荡器子系统260(或者放大器结构270或晶体管272)的阻抗到加热室240(或者由加热室240限定的空气腔)的阻抗的阻抗变换。
谐振元件284配置为将微波能量辐射到加热室240中。更具体地，谐振元件284包括一个或多个天线、波导和/或其他硬件部件，所述其他硬件部件配置为将振荡器输出节点264处的振荡电信号转换为谐振电路266的谐振频率下的电磁微波信号。例如，在谐振电路266配置为产生2.456Hz谐振频率的信号的微波炉应用中，谐振元件284将振荡器输出节点264处的振荡电信号转换为2.456Hz的微波电磁信号，并且将微波信号导引至微波炉200的加热室240中。谐振元件284可以包括例如偶极天线、贴片天线、微带天线、缝隙天线或者适用于辐射微波能量的另一种类型的天线。在图3-5所示的实施例中，谐振元件284被描绘为贴片天线。然而，应该理解的是本发明的主题也包含其他类型的天线。
图2示出了包括多个微波功率发生模块250-252的微波炉200。如前所示，微波炉的其他实施例可以包括少至一个微波功率发生模块，或者可以包括多于三个微波功率发生模块。当微波炉包括多个微波功率发生模块时，微波功率发生模块可以相同地配置(例如，它们可以在相同的频率下谐振，在相同的功率级别下辐射微波能量等等)，并且可以同时地或者按照定义的序列操作。替代地，微波功率发生模块可以不同地配置(例如，它们可以在不同的频率下谐振，并且/或者可以辐射不同的功率级别的微波能量)。在这些替代实施例中，微波功率发生模块可以同时地或者按照定义的序列操作。
图3-5示出了微波功率发生模块(例如，图2的微波功率发生模块250-252)的各种实施例。更具体地，图3是根据示例实施例的集成微波功率发生模块300(例如图2的微波功率发生模块250-252之一)的顶视图，图4是图3的集成微波功率发生模块沿4-4线的截面侧视图，以及图5是根据另一个实施例的集成微波功率发生模块的截面侧视图。将首先描述与图3和图4相对应的实施例，然后将描述与图5相对应的替代实施例。
首先参考图3和图4，在实施例中，微波功率发生模块300包括输入端子362、耦接至输入端子362的放大器结构370、耦接至放大器结构370的输出端子364、耦接至输出端子364的阻抗匹配元件382以及耦接至阻抗匹配元件382的谐振元件384。此外，在各种实施例中，微波功率发生模块300可以包括偏置电路390、谐振电路366、调频电路(例如，调频电路280，图3-5中未示出)、温度传感器(例如，图2中的温度传感器294，图3-5中未示出)、温度补偿电路(例如，图2中的温度补偿电路294，图3-5中未示出)和/或功率检测电路(例如图2中的功率检测电路296，图3-5中未示出)。
在实施例中，微波功率发生模块300的各种部件的一些或全部可以耦接至公共衬底310。例如，衬底310可以包括微波或RF层压、聚四氟乙烯(PTFE)衬底、印刷电路板(PCB)材料衬底(例如FR-4)、氧化铝衬底、陶瓷片或者另一种类型的衬底。在各种替代实施例中，各种部件可以利用衬底和部件之间的电互连耦接至不同的衬底。在其他替代实施例中，部件的一些或全部可以耦接至腔壁(例如，图1中的腔壁111-115之一)或者门(例如，图1的门116)的一部分，而不是耦接至不同的衬底。在其他替代实施例中，一些部件可以悬置于空中。例如根据实施例，谐振元件384可以悬置于地面(例如，地面484)上的空中，并且空气可以用作谐振元件384和地面之间的电介质。
输入端362配置为接收输入信号。在实施例中，穿过衬底310的一个或多个导电通孔418和衬底的第一表面412上的导电迹线420可以用于将输入信号供应至输入端362。在替代实施例中，输入端362可以从衬底310的与输入端362相同表面414上的迹线接收输入信号。
放大器结构370(例如，图2的放大器结构270)耦接在输入端362(例如，与图2的输入节点262相对应)和输出端364(例如，与图2的输出节点264相对应)之间。放大器结构370包括一个或多个晶体管372(在图3-5中只示出了晶体管之一)，并且可能具有如前所述的多个放大器结构中的任意一个。根据实施例，晶体管372是在硅衬底上形成的LDMOSFET。在替代实施例中，晶体管372可以是不同类型的晶体管和/或可以形成于不同类型的衬底(例如，6aAs和/或GaN衬底)上。总之，晶体管372包括靠近晶体管372的顶部表面的栅极触点374和漏极触点376以及靠近晶体管372的底部表面的漏极触点474。在实施例中，栅极触点374通过多个第一接合线368与输入端362电耦接，并且漏极触点376通过多个第二接合线369与输出端362电耦接。漏极端子474与法兰378或热沉电耦接和热耦接，所述法兰或热沉进而与接地参考电压(例如通过图2的节点278)电耦接。
根据实施例，如图4所示，法兰378耦接至衬底310的第一表面412(即，与附着输入端362和输出端364的第二表面414相对的表面)，并且衬底310包括在衬底310的第一表面412和第二表面414之间延伸的孔洞或窗口416。晶体管372利用其附着至法兰378的漏极触点474安装在窗口412中。
在实施例中，输入端362和输出端364由印刷、沉积或以其他方式附着至衬底310的第二表面414上的导电材料构成。在替代实施例中，晶体管372可以形成封装的器件的一部分，所述封装的器件还包括导电输入引线、导电输出引线和将晶体管372电耦接至输入和输出引线的接合线(例如与接合线368、369功能类似)。在这个实施例中，输入和输出引线可以耦接至(例如焊接至)输入端和输出端。
尽管在图3和图4中描述的实施例示出了具有耦接至单个输入和输出端362、364的单个晶体管372的放大器结构370，但是在其他实施例中，放大器结构370可以包括多个晶体管、多个输入端和/或多个输出端。此外，在各种实施例中，微波功率发生模块300可以包括分别耦接在晶体管372以及输入端362和输出端364之间的输入阻抗匹配电路(例如，图2的输入阻抗匹配电路268)和/或输出阻抗匹配电路(例如，图2的输出阻抗匹配电路269)。输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路每一个均可以包括各种电感和电容，所述电感和电容可以实现为分立部件(包括集成无源器件)和/或接合线(用作电感)。例如，根据实施例，接合线368、369每一个均可以表示分别形成输入和输出阻抗匹配电路的一部分的串联电感。在晶体管372形成封装器件的一部分的实施例中，输入和/或输出阻抗匹配电路也可以被包括在封装器件中。尽管将接合线368、369示出为分别直接耦接在栅极和漏极触点374、376与输入和输出端362、364之间，但是任一组或两组接合线368、369可以通过一个或多个中间电感或电容耦接至输入和输出端362、364。
根据实施例，微波功率发生模块300也可以包括衬底310上的偏置电路390(例如图2的偏置电路290)，并且偏置电路390与晶体管372的栅极和漏极触点374、376电耦接。替代地，偏置电路390可以位于不同的衬底上。在实施例中，由偏置电路390供应至栅极触点374的电压可以在约-10伏至约10伏的范围内，但是栅极电压的幅度也可以更大。在另外的实施例中，由偏置电路390供应至漏极触点376(或者DC馈线)的电压的幅度可以在约+/-20伏至约+/-500伏的范围内。
根据实施例，偏置电路390电耦接至输入端362和输出端364。在具体的实施例中，偏置电路将单一的DC馈电提供给晶体管372，并且选择馈电点，使得馈电点展示出对于晶体管372的适当的阻抗和可接受的负载。在各种实施例中，馈电点可以位于从输出端364至谐振元件384的远端的各种位置(例如，所述馈电点可以在输出端364处，沿着阻抗匹配元件382的某个位置，或者沿着谐振元件384的某个位置)。例如，可以将馈电点选择为对RF零点加以表示的点，但是也可以将馈电点选择为另一个点。在另一个实施例中，DC馈电可以直接耦接至漏极端子376。
如前面结合图2所讨论，微波功率发生模块300可以包括功率检测电路(例如，图2的功率检测电路296)，配置为测量信号功率和/或信号反射。功率检测电路可以耦接至衬底310，或者可以耦接至不同的衬底。因此，在各种实施例中，微波功率发生模块300可以包括耦接器396，所述耦接器电耦接至功率检测电路并且在输出端264、阻抗匹配元件382(如所示的)或谐振元件384的任一个附近。
同样如前面结合图2所讨论的，微波功率发生模块300可以包括一个或多个温度传感器和温度补偿电路(例如，图2的温度传感器292和温度补偿电路294)，配置为感测或者以其他方式检测晶体管372的温度，并且响应于晶体管372或放大器结构370的温度增加和/或降低来调节栅极端子374处的栅极偏置电压。温度传感器和温度补偿电路可以耦接至衬底310，或者可以耦接至不同的衬底。
另外，微波功率发生模块300包括衬底310上的谐振电路366(例如，图2的谐振电路266)。替代地，谐振电路366可以位于不同的衬底上。谐振电路366沿着输出和输入端364、362之间的反馈路径耦接。如前所述，谐振电路366使得由放大器结构370产生的已放大电信号在谐振电路366的谐振频率下或者附近(例如，约2.45GHz的频率，或者一些其他频率)振荡。根据实施例，谐振电路366可以包括环形振荡器。在其他实施例中，谐振电路366可以包括除了环形振荡器之外的类型的谐振器(例如，机械或压电谐振器或另一种类型的谐振器)。
微波功率发生模块还包括阻抗匹配元件382(例如，图2的阻抗匹配元件282)，所述阻抗匹配元件具有耦接至晶体管结构370的输出端364的近端和耦接至谐振元件384的远端。阻抗匹配元件382由印刷或者以其他方式沉积到衬底310的表面上或者附着至衬底的表面的导电材料(例如，铜或另一种材料)构成。根据实施例，阻抗匹配元件382是平面导电结构，配置为执行不可忽略的阻抗变换。
更具体地，阻抗匹配元件382配置为执行从放大器结构370(或者晶体管372)的阻抗到中间阻抗的阻抗变换。
阻抗匹配元件382可以是如图3所示的基本上的矩形，或者可以具有另一种形状。在阻抗匹配元件382是基本上矩形的实施例中，阻抗匹配元件382可以具有得到所需阻抗变换的宽度320、长度322和厚度422。例如，阻抗匹配元件382具有在约0.5厘米(cm)至约3.0cm范围内的宽度320，在约1.3cm至约7.6cm范围内的长度322，以及在约0.001cm至约0.25cm范围内的厚度422。在其他实施例中，阻抗匹配元件382的宽度、长度和/或厚度可以具有这些范围之外的值。
微波功率发生模块还包括谐振元件384(例如，图2的谐振元件284)，所述谐振元件具有耦接至阻抗匹配元件382的远端的近端。在实施例中，谐振元件384也由印刷或者以其他方式沉积到衬底310的表面上或者附着至衬底的表面的导电材料(例如，铜或另一种材料)构成。根据实施例，谐振元件384也是平面导电结构。根据实施例，阻抗匹配元件382和谐振元件384可以整体地形成(例如，由单层导电材料构成)。此外，输出端364可以与阻抗匹配元件382和谐振元件384整体地形成。在替代实施例，阻抗匹配元件382和谐振元件384可以不是整体地形成和/或可以包括不同的导电材料。例如，在替代实施例中，谐振元件384可以包括黄铜板(或者其他导带材料的板)，所述黄铜板附着至衬底310，或者延伸超过衬底310并且悬置于空中。
谐振元件384配置为执行从中间阻抗到加热室440(例如加热室240)的阻抗的进一步阻抗变换。例如，谐振元件384可以执行从中间阻抗到约100欧姆至约400欧姆的范围内的阻抗的阻抗变换。在其他实施例中，谐振元件384可以执行所述中间阻抗和这一范围之外的空气腔阻抗之间的阻抗变换。
谐振元件384可以是如图3所示的基本上的椭圆形，或者可以具有另一种形状(例如，正方形、矩形、圆形或另一种基本上连续的形状)。在谐振元件384是基本上椭圆形的实施例中，谐振元件384具有长轴326、短轴328和厚度422，导致将微波信号有效地谐振到加热室440中。例如，谐振元件384具有在约2.54cm至约25.4cm范围内的长轴326，在约1.3cm至约7.6cm范围内的短轴328，以及在约0.001cm至约0.25cm范围内的厚度。在其他实施例中，谐振元件384的长轴、短轴和/或厚度可以具有这些范围之外的值。
参考图4，微波功率发生模块300可以附着至部分地限定了加热室440的腔壁430(例如，图1的腔壁111-115之一)。在实施例中，腔壁430由电介质材料(例如，玻璃纤维、PTFE或者另一种材料)构成。例如，在图4中所示的实施例中，使用连接器434将微波功率发生模块300附着至腔壁430的外表面(即，与限定了加热室440的表面相反的表面)。在实施例中，腔壁430包括开口388(使用图3中的虚线框示出)，并且谐振元件384与开口388基本上对齐。可以将盖子432附着至腔壁430，以便覆盖开口388并且保护微波功率发生模块300。盖子432由不会对谐振元件384辐射的微波能量450进行实质性衰减的材料构成。在替代实施例中，微波功率发生模块300可以附着至微波炉的门(例如图1的门116)上，而不是附着至腔壁。
如前所述，谐振元件384配置为将在谐振电路366的谐振频率(例如约2.45GHz的频率，或者一些其他频率)下的微波能量450辐射到加热室440中。在图3和图4所示的实施例中，谐振元件384配置为贴片天线。贴片天线还可以包括接地面386(使用图3中的虚线示出接地面的边界)。接地面386通过电介质(例如，衬底310的在谐振元件384和接地面386之间的部分，但是也可以实现空气电介质)与谐振元件384的辐射部分相分离。根据实施例，接地面386用于实质上阻挡来自谐振元件384的辐射发射超过接地面386。阻抗匹配元件382可以配置为使得阻抗匹配元件不会谐振大量的微波能量。因此，接地面386可以不必在阻抗匹配元件382的下面延伸。
微波功率发生模块300附着至腔壁430，使得辐射图案450的最大增益(或者3dB束宽)沿朝着加热室440的方向并且通过腔壁430中的开口388延伸。在替代实施例中，谐振元件384可以实现为偶极天线、缝隙天线或者适用于辐射微波能量的另一种类型的天线。
在其他实施例中，微波功率发生模块可以按照与图4所示不同的方式附着于腔壁。图5是根据另一个示例实施例的附着至腔壁530的集成微波功率发生模块500的截面侧视图。在实施例中，图5的微波功率发生模块500与图3和图4的微波功率发生模块300类似之处在于：微波功率发生模块500包括输入端562、耦接至输入端562的放大器结构570、耦接至放大器结构570的输出端564、耦接至输出端564的阻抗匹配元件582以及耦接至阻抗匹配元件582的谐振元件584。此外，在各种实施例中，微波功率发生模块500可以包括偏置电路(例如图2和3的偏置电路290、390)、谐振电路(例如图2和3的谐振电路266、366)、调频电路(例如，图2中的调频电路280)、温度传感器(例如，图2中的温度传感器294)、温度补偿电路(例如，图2中的温度补偿电路294)和/或功率检测电路(例如图2中的功率检测电路296)。此外，微波功率发生模块300的各种部件的一些或全部可以耦接至公共衬底510。
放大器结构570包括一个或多个晶体管572(图5中只示出了晶体管之一)，并且可以具有如前所述的多个放大器结构中的任一个。晶体管572包括靠近晶体管572的顶部表面的栅极触点574和漏极触点576以及靠近晶体管572的底部表面的漏极触点574。在实施例中，栅极触点574通过多个第一接合线568与输入端562电耦接，并且漏极触点576通过多个第二接合线569与输出端562电耦接。漏极端子574与法兰578或热沉电耦接和热耦接，所述法兰或热沉进而与接地参考电压(例如通过图2的节点278)电耦接。
与图3所示的实施例相反，将法兰578压合到或者以其他方式插入到衬底510中的开口中，使得法兰578暴露于衬底510的第一和第二表面512、514。在图5所示的实施例中，晶体管572安装于在第二表面514处暴露的法兰578的那一侧，所述第二表面514是与衬底510的附着输入和输出端562、564的相同表面。在图3的实施例中，可以按照类似的方式将法兰378压合到衬底310中。相应地，在图5的实施例中，法兰578可以耦接至衬底510的与附着输入和输出端562、564的一侧相对的表面。
此外，与图3所示的实施例相反，微波功率发生模块500包括插入在谐振元件584和接地面586之间的电介质结构522。换句话说，接地面586通过电介质结构522与谐振元件584的辐射部分相分离，但是也可以实现空气电介质。根据实施例，接地面586用于实质上阻挡来自谐振元件584的辐射发射超过接地面586。
微波功率发生模块500附着至腔壁530，使得最大增益耦合朝着加热室540延伸通过衬底510并且通过腔壁530中的开口588。如同图4的实施例，可以将盖子532附着至腔壁530，以便覆盖开口588并且保护微波功率发生模块500。在替代实施例中，微波功率发生模块500可以附着至微波炉的门(例如图1的门116)上，而不是附着至腔壁。
图6是制造根据示例实施例的微波系统(例如图1的微波炉100或另一种系统)的方法的流程图，所述微波系统包括集成微波功率发生模块(例如，图2-5的微波功率发生模块250-252、300、500)。所述方法可以开始于框602，在框602，在衬底(例如，图3-5的衬底310、510)上形成各种导电部件。例如，导电部件可以包括输入端(例如图3-5的输入端362、562)、输出端(例如图3-5的输出端364、564)、阻抗匹配元件(例如，图2-5的阻抗匹配元件282、382、582)以及谐振元件(例如图2-5的谐振元件284、384、584)。此外，在微波功率发生模块包括贴片天线的实施例中，导电部件的形成可以包括在谐振元件下面形成接地面(例如，图3-5的接地面386、586)。在替代实施例中，谐振元件可以附着至衬底，而不是形成于衬底上(例如，谐振元件可以附着至衬底并且悬置于空中)。配置为与其他电路(例如，偏置电路、调频电路和谐振电路)电连接的附加导体也可以形成于衬底上和/或衬底中。
在框604中，法兰(或热沉)(例如图3-5的法兰378、578)可以耦接至衬底，并且一个或多个晶体管(例如，图2-5的晶体管272、372、572)耦接至所述法兰。在框606中，晶体管然后可以与输入和输出端电连接。例如，每一个晶体管的栅极端子可以使用第一接合线(例如图3-5的接合线368、568)电耦接至输入端，并且每一个晶体管的漏极端子可以使用第二接合线(例如图3-5的接合线369、569)耦接至输出端。与输入阻抗匹配电路(例如图2的输入阻抗匹配电路268)和/或输出阻抗匹配电路(例如图2的输出阻抗匹配电路269)相关联的一个或多个部件也可以耦接至法兰和/或衬底，并且这些部件可以分别电耦接在晶体管和输入和输出端之间。
在框608，附加的电路可以电耦接至衬底和/或一个或多个其他衬底。在各种实施例中，附加电路可以包括以下各项的任意组合：调频电路(例如，图2中的调频电路280)、谐振电路(例如，图2和图3的谐振电路266、366)、偏置电路(例如图2和图3的偏置电路290、390)、温度传感器(例如，图2中的温度传感器292)、温度补偿电路(例如，图2中的温度补偿电路294)和/或功率检测电路(例如图2中的功率检测电路296)。在其他实施例中，附加电路的一些或全部可以耦接至其他衬底。
在框610中，微波功率发生模块(至少包括衬底、晶体管、阻抗匹配元件和谐振元件)可以物理地耦接至微波系统的结构部件。例如，在微波炉实施例中，谐振元件可以与腔壁(例如，图1、4和5的腔壁111-115、430、530之一)中的开口(例如图3-5的开口388、588)对齐，并且可以将衬底附着至所述腔壁。替代地，只要将谐振元件保持在与腔壁中的开口对齐的位置，就可以将衬底附着至除了腔壁之外的结构部件(例如，图1的门116或某种其他结构部件)。在再一个实施例中，与微波功率发生模块相关联的部件的一些或全部可以直接耦接至腔壁(例如，而不是耦接至图3-5的衬底310、510)。
在框612，微波系统的附加部件可以合并到系统中(例如，用户接口220、系统控制器210、电源230、其他微波功率发生模块等)。微波功率发生模块然后可以与一些附件部件电耦接。例如，偏置电路可以与电源(例如图2的电源230)和/或系统控制器(例如图2的系统控制器210)电耦接。一旦完全装配，微波系统可以准备好操作。
应该理解的是，与图6中所述的框相关联的操作顺序与示例实施例相对应，并且不应该解释为将操作的顺序只局限于所说明的顺序。代替地，可以按照不同的顺序执行一些操作，和/或可以并行地执行一些操作。
为了简明起见，在这里可以不详细地描述与谐振器、放大器、偏置、负载调制、阻抗匹配、功率分配器和/或功率组合器、微波应用和系统的其他功能方面(和系统的单独操作部件)相关的传统技术。在这里包含的各种附图中示出的连接线意欲表示在各种元件之间的示范性功能关系和/或物理耦接。应该注意的是，在所述主题的实施例中可以存在许多替代的或者附加的功能关系或物理连接。此外，一些术语也可以在这里只是用于参考的目的，从而并非意欲进行限制，并且表示结构的术语“第一”、“第二”和其他这些数字项目并不表示序列或顺序，除非上下文清楚地指示。
如这里所使用的，“节点”指的是存在给定的信号、逻辑电平、电压、数据图案、电流或量的任意内部或外部参考点、连接点、结、信号线、导电元件等。另外，两个或更多个节点可以通过一物理元件来实现(并且在公共节点接收或者输出，也可以对两个或更多个信号进行复用、调节或者以其他方式区分)。
前述描述指的是“连接”或“耦接”在一起的元件、节点或特征。如这里所使用的，除非另外明确说明，否则“连接”表示一个元件直接结合至另一个元件(或者直接与其通信)，而不必进行机械连接。同样地，除非另外明确说明，否则“耦接”表示一个元件直接或者间接地结合至另一个元件(或者与其直接或间接地通信)，而不必进行机械耦接。因此，尽管在附图中所示的示意图描述了元件的一个示范性结构，但是在所述主题的实施例中可以存在附加的中间元件、设备、特征或部件。
微波功率发生模块的实施例包括放大器结构、阻抗匹配元件和谐振元件。放大器结构包括具有晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管。阻抗匹配元件由平面导电结构形成。平面导电结构具有近端和远端，并且近端电耦接至晶体管输出端。谐振元件具有电耦接至平面导电结构的远端的近端，并且谐振元件配置为辐射具有范围在800MHz至300GHz的微波频率的电磁能量。阻抗匹配元件和谐振元件的组合配置为执行晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的阻抗变换。
微波系统的实施例包括结构部件和耦接至所述结构部件的微波功率发生模块。微波功率发生模块包括放大器结构、阻抗匹配元件和谐振元件。放大器结构包括具有晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管。阻抗匹配元件由平面导电结构形成。平面导电结构具有近端和远端，并且近端电耦接至晶体管输出端。谐振元件具有电耦接至平面导电结构的远端的近端，并且谐振元件配置为辐射具有范围在800MHz至300GHz的微波频率的电磁能量。阻抗匹配元件和谐振元件的组合配置为执行晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的阻抗变换。
一种用于形成微波系统的方法的实施例包括：通过用具有近端和远端的平面导电结构形成阻抗匹配元件来形成微波功率发生模块。所述方法继续将阻抗匹配元件的近端与包括晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管电耦接，并且将谐振元件的近端与阻抗匹配元件的远端电耦接。谐振元件配置为辐射具有范围在800MHz至300GHz的微波频率的电磁能量。阻抗匹配元件和谐振元件的组合配置为执行晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的阻抗变换。
尽管在前述详细描述中已经展示了至少一个示范性实施例，但是应该理解的是，存在多种变体。还应该理解的是，这里描述的示范性实施例或多个示范性实施例并非意欲按照任意方式限制所要求主题的范围、应用或配置。相反，前述详细描述将向本领域普通技术人员提供用于实现所述实施例或多个实施例的方便的路线图。应该理解的是，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以在元件的功能和结构方面进行各种变化，所述权利要求包括在递交本专利申请时已知的等价物和前瞻性的等价物。

Claims (20)

1.一种微波功率发生模块，包括：
放大器结构，所述放大器结构包括具有晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管；
由第一平面导电结构形成的阻抗匹配元件，其中所述第一平面导电结构具有近端和远端，并且所述近端电耦接至所述晶体管输出端；以及
谐振元件，其中所述谐振元件具有电耦接至所述第一平面导电结构的所述远端的近端，并且所述谐振元件配置为辐射具有800兆赫兹(MHz)至300千兆赫兹(GHz)的范围内的微波频率的电磁能量，以及
其中所述阻抗匹配元件和所述谐振元件的组合配置为执行所述晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的第一阻抗变换。
2.根据权利要求1所述的微波功率发生模块，其中，所述谐振元件形成从贴片天线、微带天线、偶极天线和缝隙天线中选择的天线的至少一部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的微波功率发生模块，其中，所述谐振元件形成贴片天线的一部分，所述贴片天线还包括通过电介质与所述谐振元件分离的接地面。
4.根据权利要求1或2所述的微波功率发生模块，还包括：
衬底，其中所述阻抗匹配元件和所述谐振元件是在所述衬底的表面上形成的导电层的整体形成的部分。
5.根据权利要求1或2所述的微波功率发生模块，其中，所述晶体管包括用作所述晶体管输入端的栅极触点、源极触点和用作所述晶体管输出端的漏极触点，并且所述微波功率发生模块还包括：
耦接在所述漏极触点和所述第一平面导电结构的所述近端之间的多个接合线。
6.根据权利要求5所述的微波功率发生模块，还包括：
输出阻抗匹配网络，所述输出阻抗匹配网络电耦接在所述漏极触点和所述第一平面导电结构的所述近端之间，其中所述多个接合线形成所述输出阻抗匹配网络的一部分，并且所述输出阻抗匹配网络配置为执行在所述晶体管在所述晶体管输出端处的阻抗和所述阻抗匹配元件的阻抗之间的第二阻抗变换。
7.根据权利要求1或2所述的微波功率发生模块，其中，所述晶体管包括用作所述晶体管输入端的栅极触点、源极触点和用作所述晶体管输出端的漏极触点，并且所述微波功率发生模块还包括：
输入端子；以及
耦接在所述输入端子和所述栅极触点之间的多个接合线。
8.根据权利要求7所述的微波功率发生模块，还包括：
输入阻抗匹配网络，所述输入阻抗匹配网络电耦接在所述输入端子和所述栅极触点之间，其中所述多个接合线形成所述输入阻抗匹配网络的一部分，并且所述输入阻抗匹配网络配置为执行在耦接至所述输入端子的附加电路的阻抗和所述晶体管在所述栅极触点处的阻抗之间的第二阻抗变换。
9.根据权利要求1或2所述的微波功率发生模块，其中，所述放大器结构形成振荡器子系统的一部分，所述振荡器子系统还包括：
沿所述晶体管输出端和所述晶体管输入端之间的反馈路径的谐振电路，其中所述谐振电路的谐振频率是所述微波频率。
10.根据权利要求9所述的微波功率发生模块，其中，所述微波频率是约2.45GHz。
11.根据权利要求1或2所述的微波功率发生模块，还包括：
耦接至RF零点的偏置电路，所述RF零点位于所述晶体管输出端和所述谐振元件的远端之间。
12.一种微波系统，包括：
结构部件；以及
耦接至所述结构部件的微波功率发生模块，其中，所述微波功率发生模块包括：
放大器结构，所述放大器结构包括具有晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管；
由第一平面导电结构形成的阻抗匹配元件，其中所述第一平面导电结构具有近端和远端，并且所述近端电耦接至所述晶体管输出端；以及
谐振元件，其中所述谐振元件具有电耦接至所述第一平面导电结构的所述远端的近端，并且所述谐振元件配置为辐射具有800兆赫兹(MHz)至300千兆赫兹(GHz)的范围内的微波频率的电磁能量，以及
其中所述阻抗匹配元件和所述谐振元件的组合配置为执行所述晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的第一阻抗变换。
13.根据权利要求12所述的微波系统，其中，所述微波系统是微波炉，并且所述微波系统还包括：
至少部分地由一个或多个腔壁限定的加热室，其中所述一个或多个腔壁中的腔壁包括开口，以及
其中所述谐振元件与所述开口基本上对齐，使得在所述微波炉的操作期间，由所述谐振元件辐射的能量的大部分通过所述开口进入到所述加热室中。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的微波系统，其中，所述微波功率发生模块还包括：
偏置电路，配置为将偏置电压提供给所述晶体管；以及
电源，电耦接至所述偏置电路，并且配置为选择性地将电源电压提供给所述偏置电路。
15.根据权利要求14所述的微波系统，还包括：
温度传感器，配置为检测所述微波功率发生模块的一部分的温度；以及
温度补偿电路，配置为基于所述温度来调节所述偏置电压。
16.根据权利要求14所述的微波系统，还包括：
功率检测电路，配置为检测信号功率、信号反射或者这两者，并且根据所检测的信号功率、信号反射或者这两者来调节所述偏置电路的操作。
17.根据权利要求12或13所述的微波系统，还包括：
所述晶体管输出端和所述晶体管输入端之间的沿反馈路径的谐振电路，其中所述谐振电路的谐振频率是所述微波频率。
18.一种用于形成微波系统的方法，所述方法包括：
通过以下步骤形成微波功率发生模块：
由第一平面导电结构形成阻抗匹配元件，其中所述第一平面导电结构具有近端和远端；
将所述阻抗匹配元件的近端电耦接至包括晶体管输入端和晶体管输出端的晶体管；以及
将谐振元件的近端电耦接至所述阻抗匹配元件的远端，其中所述谐振元件配置为辐射具有800兆赫兹(MHz)至300千兆赫兹(GHz)的范围内的微波频率的电磁能量，并且所述阻抗匹配元件和所述谐振元件的组合配置为执行在所述晶体管的阻抗和空气腔的阻抗之间的第一阻抗变换。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
将偏置电路耦接至所述阻抗匹配元件，其中所述偏置电路配置为将偏置电压提供给所述晶体管；以及
将电源耦接至所述偏置电路，其中所述电源配置为将电源电压提供给所述偏置电路。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，其中，所述微波系统是包括至少部分地由一个或多个腔壁限定的加热室在内的微波炉，其中所述一个或多个壁中的腔壁包括开口，并且所述方法还包括：
将所述谐振元件与所述开口对齐，使得在所述微波炉的操作期间，由所述谐振元件辐射的能量的大部分通过所述开口进入到所述加热室中。
CN201380079164.1A 2013-08-29 2013-08-29 集成固态微波功率发生模块 Active CN105492831B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2013/002218 WO2015028839A1 (en) 2013-08-29 2013-08-29 Integrated solid state microwave power generation modules

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105492831A CN105492831A (zh) 2016-04-13
CN105492831B true CN105492831B (zh) 2019-08-27

Family

ID=52585651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380079164.1A Active CN105492831B (zh) 2013-08-29 2013-08-29 集成固态微波功率发生模块

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10785833B2 (zh)
EP (1) EP3039348A4 (zh)
CN (1) CN105492831B (zh)
WO (1) WO2015028839A1 (zh)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7027891B2 (ja) * 2015-06-03 2022-03-02 ワールプール コーポレイション 電磁調理のための方法および装置
EP3331328A4 (en) * 2015-07-31 2018-10-24 Imagineering, Inc. Electromagnetic wave discharge emission device
US9960127B2 (en) 2016-05-18 2018-05-01 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. High-power amplifier package
EP3280224A1 (en) * 2016-08-05 2018-02-07 NXP USA, Inc. Apparatus and methods for detecting defrosting operation completion
EP3280225B1 (en) 2016-08-05 2020-10-07 NXP USA, Inc. Defrosting apparatus with lumped inductive matching network and methods of operation thereof
US10134658B2 (en) 2016-08-10 2018-11-20 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. High power transistors
CN106225029A (zh) * 2016-08-25 2016-12-14 陈鹏 一种固态微波功率源及采用该固态微波功率源的固态微波炉
CN106123052A (zh) * 2016-08-25 2016-11-16 陈鹏 一种便携式固态微波炉
US10355362B2 (en) 2016-09-01 2019-07-16 Nxp Usa, Inc. Power amplifier system with integrated antenna
US11122653B2 (en) 2016-09-30 2021-09-14 Whirlpool Corporation Intermediate transition between an antenna and a coplanar waveguide transmission line of a solid state amplifier
US10750581B2 (en) * 2016-11-30 2020-08-18 Illinois Tool Works, Inc. Apparatus and system for fault protection of power amplifier in solid state RF oven electronics
US10917948B2 (en) 2017-11-07 2021-02-09 Nxp Usa, Inc. Apparatus and methods for defrosting operations in an RF heating system
US10771036B2 (en) 2017-11-17 2020-09-08 Nxp Usa, Inc. RF heating system with phase detection for impedance network tuning
US10785834B2 (en) 2017-12-15 2020-09-22 Nxp Usa, Inc. Radio frequency heating and defrosting apparatus with in-cavity shunt capacitor
EP3503679B1 (en) 2017-12-20 2022-07-20 NXP USA, Inc. Defrosting apparatus and methods of operation thereof
EP3547801B1 (en) 2018-03-29 2022-06-08 NXP USA, Inc. Defrosting apparatus and methods of operation thereof
KR102534795B1 (ko) * 2018-04-04 2023-05-19 엘지전자 주식회사 주파수 스캔 및 가열 알고리즘이 개선된 마이크로파 가열 장치
US10952289B2 (en) 2018-09-10 2021-03-16 Nxp Usa, Inc. Defrosting apparatus with mass estimation and methods of operation thereof
US11800608B2 (en) 2018-09-14 2023-10-24 Nxp Usa, Inc. Defrosting apparatus with arc detection and methods of operation thereof
US11706852B2 (en) * 2018-11-19 2023-07-18 Illinois Tool Works Inc. Ribbon bond solution for reducing thermal stress on an intermittently operable chipset controlling RF application for cooking
US11444588B2 (en) * 2018-11-19 2022-09-13 Illinois Tool Works Inc. Copper wire bond solution for reducing thermal stress on an intermittently operable chipset controlling RF application for cooking
US11166352B2 (en) 2018-12-19 2021-11-02 Nxp Usa, Inc. Method for performing a defrosting operation using a defrosting apparatus
US11039511B2 (en) 2018-12-21 2021-06-15 Nxp Usa, Inc. Defrosting apparatus with two-factor mass estimation and methods of operation thereof
CN110056915B (zh) * 2019-04-12 2021-03-19 广东美的厨房电器制造有限公司 烹饪器具
CN111697931B (zh) * 2020-05-26 2022-07-22 中国电子科技集团公司第五十五研究所 与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片
CN114245508B (zh) * 2020-09-09 2024-08-20 广东美的厨房电器制造有限公司 功率放大器、微波源和微波加热装置
EP4033862B1 (en) * 2021-01-20 2023-12-27 Electrolux Appliances Aktiebolag Radiation device, heating device, method for manufacturing a heating device, and use of a radiation device
CN117796144A (zh) * 2021-08-24 2024-03-29 松下知识产权经营株式会社 Rf能量辐射装置
CN113891512A (zh) * 2021-08-26 2022-01-04 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种基于选频技术的射频加热方法
BE1030947B1 (de) * 2022-10-06 2024-05-07 Miele & Cie Hochfrequenz-Haushaltsgerät, vorzugsweise Hochfrequenz-Gargerät

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1131923A (ja) * 1997-07-10 1999-02-02 Nec Corp マイクロ波周波数逓倍増幅器
WO2000013315A1 (fr) * 1998-08-28 2000-03-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Circuit d'adaptation d'impedance a deux frequences
CN1764332A (zh) * 2004-10-01 2006-04-26 精工爱普生株式会社 高频加热装置、半导体制造装置以及光源装置
CN102474228A (zh) * 2009-07-14 2012-05-23 松下电器产业株式会社 高频功率放大器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3557333A (en) 1969-01-21 1971-01-19 Westinghouse Electric Corp Solid state microwave oven
US3691338A (en) * 1971-09-30 1972-09-12 Rca Corp Solid state microwave heating apparatus
US3953702A (en) * 1974-08-13 1976-04-27 Texas Instruments Incorporated Solid state microwave oven power source
US5558800A (en) 1995-06-19 1996-09-24 Northrop Grumman Microwave power radiator for microwave heating applications
US6208214B1 (en) 2000-02-04 2001-03-27 Tlc Precision Wafer Technology, Inc. Multifunction high frequency integrated circuit structure
WO2006029649A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-23 Commissariat A L'energie Atomique Microwave oscillator tuned with a ferromagnetic thin film
JP2006128075A (ja) 2004-10-01 2006-05-18 Seiko Epson Corp 高周波加熱装置、半導体製造装置および光源装置
US7569800B2 (en) 2004-11-15 2009-08-04 Yonglai Tian Method and apparatus for rapid thermal processing and bonding of materials using RF and microwaves
US20090295509A1 (en) * 2008-05-28 2009-12-03 Universal Phase, Inc. Apparatus and method for reaction of materials using electromagnetic resonators
US8175541B2 (en) * 2009-02-06 2012-05-08 Rfaxis, Inc. Radio frequency transceiver front end circuit
GB201021032D0 (en) * 2010-12-10 2011-01-26 Creo Medical Ltd Electrosurgical apparatus
EP2674013B1 (en) * 2011-02-11 2017-05-10 Goji Limited An interface for controlling energy application apparatus
US8798198B2 (en) * 2011-08-31 2014-08-05 Apple Inc. Calibration systems for wireless electronic devices
CN103378390B (zh) * 2012-04-20 2018-04-10 恩智浦美国有限公司 微波适配器及相关的振荡器系统
CN103597742A (zh) * 2012-06-14 2014-02-19 西凯渥资讯处理科技公司 包含相关系统、装置及方法的功率放大器模块

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1131923A (ja) * 1997-07-10 1999-02-02 Nec Corp マイクロ波周波数逓倍増幅器
WO2000013315A1 (fr) * 1998-08-28 2000-03-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Circuit d'adaptation d'impedance a deux frequences
CN1764332A (zh) * 2004-10-01 2006-04-26 精工爱普生株式会社 高频加热装置、半导体制造装置以及光源装置
CN102474228A (zh) * 2009-07-14 2012-05-23 松下电器产业株式会社 高频功率放大器

Also Published As

Publication number Publication date
CN105492831A (zh) 2016-04-13
US20160198530A1 (en) 2016-07-07
EP3039348A4 (en) 2017-05-10
WO2015028839A1 (en) 2015-03-05
US10785833B2 (en) 2020-09-22
EP3039348A1 (en) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105492831B (zh) 集成固态微波功率发生模块
EP3264860B1 (en) Solid state microwave heating apparatus with dielectric resonator antenna array, and methods of operation and manufacture
US11382190B2 (en) Defrosting apparatus and methods of operation thereof
JP4021740B2 (ja) 平面アンテナ
US11570857B2 (en) Thermal increase system and methods of operation thereof
TWI279026B (en) Slotted cylinder antenna
KR102639006B1 (ko) Rf 가열 시스템을 위한 평면형 인덕터
US10638559B2 (en) Solid state microwave heating apparatus and method with stacked dielectric resonator antenna array
US9288849B2 (en) Systems that include microwave adaptors and methods of their operation
CN102904569B (zh) 具有环形谐振电路的振荡器系统
KR101585299B1 (ko) 마이크로스트립 패치 안테나
EP2654066B1 (en) Microwave adaptors and related oscillator systems
WO2005034280A1 (ja) 誘電体共振器装置、発振器および送受信装置
US11985752B2 (en) Inductor assembly, impedance matching network and system including inductor assembly
Pang A self-oscillating active filtering antenna
JP2005311979A (ja) 帯域フィルタおよび高周波モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20170921

Address after: American Texas

Applicant after: NXP America Co Ltd

Address before: texas

Applicant before: Fisical Semiconductor Inc.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant