專(zhuān)利名稱(chēng)：：材料的微波處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及微波輻射，尤其涉及具有選擇性地改變微波源的頻率和功率的能力的微波爐。
背景技術(shù)：
：在微波輻射領(lǐng)域中，眾所周知，微波爐一般是由固定的工作頻率構(gòu)成的。已經(jīng)知道，各種材料與微波的相互作用(interaction)是與頻率相關(guān)的。這些相互作用可以包括固化(curing)橡膠和燒結(jié)(sintering)陶瓷。因此，希望有可以在寬的頻率范圍上工作的微波爐。大多數(shù)微波源的帶寬非常窄，這是因?yàn)樗鼈兪褂弥C振腔。為家用制作的微波爐設(shè)置有磁控管，它工作在2.45GHz上，這是加熱水有效的頻率。由于2.45GHz的微波與水的耦合能力，這些微波爐用于烹調(diào)食品、干燥以及其它目的，其中受到作用的主要材料是水。然而，眾所周知，在該范圍內(nèi)的頻率并不適于所有的場(chǎng)合，例如加熱等離子體、燒結(jié)諸如硅等的材料以及準(zhǔn)備諸如金剛石膜片等膜片。通過(guò)波模擺動(dòng)(modestirring)方法使頻率掃過(guò)較寬范圍重要的含義是用微波功率對(duì)醫(yī)療器械或者被污染的廢物進(jìn)行消毒。這樣使用決定了能消除腔內(nèi)的可能不能接收到足夠功率的“死區(qū)”，以徹底進(jìn)行消毒。電子頻率掃描能以較高的速率進(jìn)行，因而在整個(gè)爐腔內(nèi)產(chǎn)生了更一致的時(shí)間上均勻的功率密度。所要求的頻率掃描可以通過(guò)使用各種微波電子設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，螺旋式行波管(TWT)與諸如電壓可調(diào)磁控管(2.45±0.05GHz)相比可以使掃描覆蓋較寬的帶寬(例如2至8GHz)。如下文將揭示的，其它設(shè)備具有其它的特性帶寬。又，已知一般家庭使用的頻率固定的微波爐具有冷點(diǎn)和熱點(diǎn)。這種現(xiàn)象是由波長(zhǎng)對(duì)微波腔大小的比率引起的。把較低頻率的微波引入較小的腔內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生駐波，因此微波功率不是均勻地充滿(mǎn)腔內(nèi)的所有空間，未受影響的區(qū)域沒(méi)有加熱。在極端的情況下，爐腔實(shí)際上成為“單波模”腔。已經(jīng)在波模擺動(dòng)下進(jìn)行了償試，或者隨機(jī)地使微波“束”偏轉(zhuǎn)，以消除駐波波模，從而使微波輻射充滿(mǎn)腔體。一種償試是在腔的波束進(jìn)口處增加旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片。克服駐波不利影響的另一種方法是在單波模腔內(nèi)故意產(chǎn)生駐波，可以把工件放置在具有最高功率(熱點(diǎn))的位置上。因此，僅僅腔內(nèi)駐波最集中的部份可以使用。雖然還不知道其正確的原因，但已經(jīng)顯示，在高頻上燒結(jié)各種材料會(huì)得到改善。然而，現(xiàn)有技術(shù)難以進(jìn)行一系列相同的僅改變頻率的擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)。這大部分是由于各微波源連接到不同的爐腔內(nèi)所造成的。眾所周知，爐腔的幾何形狀是在這種實(shí)驗(yàn)中必須考慮的參量。在一些著作中，已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了引入陀螺振子振蕩器以產(chǎn)生頻率固定的28GHz微波的爐。陀螺振子爐能比那些設(shè)置有2.45GHz磁控管的微波爐更有效地?zé)Y(jié)某些材料。陀螺振子爐在燒結(jié)陶瓷等材料方面有特殊的應(yīng)用。然而，28GHz并不是燒結(jié)所有材料都有效的頻率。要求確定把最有效的頻率加到帶有所選結(jié)構(gòu)的腔的爐中的指定材料上。在加熱處理時(shí)最有效的處理頻率可以隨指定的材料而變化。當(dāng)材料改變狀態(tài)時(shí)，也可能要求改變頻率。因此，可以要求它在加熱過(guò)程中具有改變頻率的能力，允許測(cè)試器開(kāi)始以一頻率加熱樣品，然后隨著溫度的升高，改變頻率，以維持良好的耦合。也可以要求在加熱合成材料時(shí)，改變材料來(lái)有效地對(duì)不同頻率起作用。也已生產(chǎn)了其它的設(shè)備來(lái)改變所選材料的加熱工藝的參數(shù)。已有技術(shù)中典型的技術(shù)是下列美國(guó)專(zhuān)利中所揭示的設(shè)備專(zhuān)利號(hào)發(fā)明人公告日期3,611,135D.L.Margerum1971.10.54,144,468G.Mourier1979.3.134,196,332A.MackayB，等1980.4.14,340,796M.Yamaguchi等1982.7.204,415,789T.Nobue等1983.11.154,504,718H.Okatsuka等1985.3.124,593,167O.K.Nilssen1986.6.34,777,336J.Asmussen1988.10.114,825,028P.H.Smith1989.4.254,843,202P.H.Smith等1989.6.274,866,344R.I.Ross等1989.9.124,939,331B.Berggren等1990.7.3發(fā)表在1979年14(1)期的微波功率期刊上的、MackayB.等著的、名稱(chēng)為“微波爐的頻率靈敏(agile)源”文章中進(jìn)一步討論MacKay在’332中所揭示的主題。然而，除了上述共同待批申請(qǐng)No.07/792,103之外，并沒(méi)有揭示具有寬頻范圍的微波爐。然而，上述的已有技術(shù)參考資料中沒(méi)有一篇資料清楚地認(rèn)可同時(shí)提供多個(gè)微波頻率以顯著提高微波處理效率，并通過(guò)從多個(gè)微波頻率獲取有用的信息來(lái)達(dá)到高度處理控制的診斷(diagnostic)值，包括共同待申請(qǐng)No.07/792,103。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種微波基的材料處理系統(tǒng)，它能同時(shí)工作在多個(gè)頻率上。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種微波基的處理系統(tǒng)，利用微波處理腔內(nèi)的入射和反射微波信號(hào)，從該系統(tǒng)可以得到診斷信息。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供這樣一種微波基處理系統(tǒng)，其中，根據(jù)利用入射和反射的微波信號(hào)獲得的診斷信息來(lái)控制和監(jiān)視處理過(guò)程。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種微波基的處理方法，在這種方法中，利用根據(jù)在多個(gè)頻率上的入射和反射的微波信號(hào)從微波處理系統(tǒng)得到的信息來(lái)提供反饋，以控制或監(jiān)視處理操作。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明還將實(shí)現(xiàn)其它的目的和優(yōu)點(diǎn)，它被設(shè)計(jì)成調(diào)制引入到用于測(cè)試或者其它所選應(yīng)用的爐腔內(nèi)的微波頻率。一些可用的處理包括熱處理、消毒、燒結(jié)、等離子體處理、礦物處理、聚合、蝕刻以及制備膜。本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)成監(jiān)視微波處理，使處理目標(biāo)材料的諧振頻率最佳。本發(fā)明提供一種微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生低功率微波信號(hào)，輸入到微波放大器中。較佳實(shí)施例中的信號(hào)發(fā)生器可以?huà)哌^(guò)一指定范圍的頻率，以脈沖方式工作，調(diào)制微波信號(hào)的頻率，并產(chǎn)生各種復(fù)雜的波形。較佳實(shí)施例的微波信號(hào)發(fā)生器可以利用內(nèi)部的脈沖發(fā)生器工作在脈沖模式，或者可以從外部得到脈沖。設(shè)置有一內(nèi)部調(diào)制器以進(jìn)行寬帶調(diào)制。內(nèi)部調(diào)制器可以工作在調(diào)幅(AM)模式或者調(diào)頻(FM)模式。電壓控制器用于調(diào)制微波壓控振蕩器的振幅。微波壓控振蕩器可以用來(lái)替代微波信號(hào)發(fā)生器，以改善產(chǎn)生的微波的頻率和幅度?？梢蕴峁┑谝环糯笃鳎苑糯笪⒉ㄐ盘?hào)發(fā)生器或者微波壓控振蕩器輸出的信號(hào)的幅度。較佳實(shí)施例的第一放大器是壓控的，因此，其增益是可以調(diào)節(jié)的，操作者可以選擇輸出的幅度。提供第二放大器，處理第一放大器輸出的信號(hào)，或者當(dāng)不用第一放大器時(shí)處理從微波信號(hào)發(fā)生器或者微波壓控振蕩器輸出的信號(hào)。第二放大器向爐腔輸出高功率微波信號(hào)，并使工件受到微波輻射。在較佳實(shí)施例中，第二放大器可以是螺旋式行波管(TWT)、耦合腔TWT、環(huán)形TWT、環(huán)棒TWT、速調(diào)管、行波速調(diào)管或者陀螺振子之一。這些器件包括設(shè)計(jì)成擴(kuò)散放大器在正常工作期間集聚的熱的內(nèi)部冷卻設(shè)備。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，振蕩器和第一和第二放大器可以用頻率靈敏的同軸磁控管來(lái)代替，其頻率可以手動(dòng)、機(jī)械或者電調(diào)諧。提供一電源，用于第二放大器的工作。在較佳實(shí)施例中，電源是由精確穩(wěn)壓的螺旋式電源與無(wú)穩(wěn)壓控制器的高壓電源組成的直流電源。提供一定向耦合器，用于檢測(cè)信號(hào)的方向以及根據(jù)檢測(cè)到的方向進(jìn)一步控制該信號(hào)。把從微波源接收到的信號(hào)送至微波腔。從微波腔的方向上接收到的信號(hào)送至反射功率負(fù)載上。因此定向耦合器提供一種手段，利用這一手段，把反射功率轉(zhuǎn)離微波源，以保護(hù)微波源免受未被工件吸收的功率。較佳實(shí)施例的定向耦合器是水冷卻的，以擴(kuò)散微波源來(lái)的功率傳輸和微波腔來(lái)的功率反射集聚到的熱。提供第一功率表，用于測(cè)量供給微波腔的功率。第一功率表用于與位置設(shè)置成測(cè)量從微波腔反射來(lái)的功率的第二功率表連接，以監(jiān)視微波腔的效率并確保在反射功率負(fù)載上消耗該反射功率而不是由第二放大器來(lái)消耗。反射功率負(fù)載還可以用于通過(guò)從爐腔中移去所有工件，由此，把第二放大器的所有信號(hào)送至反射功率負(fù)載來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的機(jī)能?？梢园逊瓷涔β守?fù)載接收到的功率與第二放大器輸出的功率比較，以確定系統(tǒng)的損耗。第二功率表檢測(cè)反射功率的幅度。該幅度可以用于確定引入到微波腔內(nèi)的微波的即時(shí)頻率的效率。由于所選工件較高的吸收率，所以較低的反射功率表示更有效的工作頻率?？梢蕴峁u縮的過(guò)渡(taperedtransition)以提高效率，用該漸縮過(guò)渡可以把寬帶微波能量耦合到微波腔內(nèi)。把它作為傳輸線(xiàn)與微波腔之間的阻抗轉(zhuǎn)換器，這種過(guò)渡提高了耦合到腔內(nèi)的功率百分比。另外，對(duì)于必須把微波能量耦合到有活性氣體的腔內(nèi)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該漸縮過(guò)渡提供了一種減少在窗口和活性氣體之間的界面之間微波能量的功率密度的方法，從而防止在輸入窗口形成等離子放電。在本發(fā)明的方法中都使用了上述的微波加熱裝置的各種實(shí)施例。在本發(fā)明的方法中，當(dāng)?shù)诙糯笃髟谖⒉ㄇ豢盏臅r(shí)候，首先工作在低功率上。第二放大器用于在待研究的頻率范圍上掃描該空的微波處理腔。然后測(cè)量反射通過(guò)定向耦合器的功率，確定傳輸?shù)角坏墓β逝c反射返回到第二放大器的功率的百分比。測(cè)量把反射功率作為頻率的函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)快速和正確地確定微波處理腔的諧振波模。通過(guò)比較在種腔波模上反射的功率，可以立即識(shí)別出最佳的腔波模。然后把待處理的樣品放入微波腔內(nèi)。再次以低功率掃描該頻率。在微波腔內(nèi)有樣品的效果是向下移動(dòng)波模圖形的頻率。另外，出現(xiàn)新的波模。把處理樣品時(shí)的初始諧振頻率確定為產(chǎn)生最有效波模的頻率。然后增加輸出功率，開(kāi)始進(jìn)行微波處理。在高功率條件下，可以呈現(xiàn)出遠(yuǎn)不同于系統(tǒng)冷機(jī)時(shí)的特性。這些改變的條件可以影響腔內(nèi)的波模圖形，引起所要求的諧振波模的頻率的漂移。因此，監(jiān)視這種反射功率能提供維持最佳耦合的能力。在本發(fā)明的方法中，在接近所要求的波模的較窄的頻率范圍上監(jiān)視反射功率的百分比，由此，使處理效率保持最大。利用TWT的能力來(lái)處理多個(gè)同時(shí)的不同頻率的信號(hào)，同時(shí)以高功率用所選的初始諧振頻率產(chǎn)生等離子體或加熱樣品，用低功率信號(hào)在整個(gè)頻率范圍上同時(shí)探測(cè)微波腔。然后為該低功率的探測(cè)信號(hào)確定反射功率與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)。然后把高功率波模頻譜與接地狀態(tài)的低功率波模頻譜比較。波模頻譜的比較結(jié)果說(shuō)明所選的諧振頻率的效率。因此，可以選出更合適的高功率諧振頻率。在一些例子中，本方法發(fā)現(xiàn)和利用了在初始低功率條件下不存在的或者在低功率測(cè)試時(shí)不可能表現(xiàn)出最佳的波模。在用初始的低功率標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)所選的波模時(shí)，可以同時(shí)以高功率驅(qū)動(dòng)熱等離子體或者樣品的第二諧振頻率特性。因此，與用一種波模進(jìn)行處理而另一種波模用于嚴(yán)格地監(jiān)視相反，可以同時(shí)以?xún)煞N波模處理樣品。在微波關(guān)聯(lián)的沉淀工藝中，對(duì)于諸如金剛石等在TWT的頻率范圍內(nèi)具有諧振的沉淀材料，可以把低功率探測(cè)用作直接傳感器，以監(jiān)視膜的生長(zhǎng)。同時(shí)，把高功率信號(hào)用于產(chǎn)生沉淀。把在該頻率上吸收的強(qiáng)度與膜的厚度相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了就地智能處理控制程度的傳感。也可以用間接的方法來(lái)代替直接傳感膜的生長(zhǎng)。這種情況尤其發(fā)生在膜的最佳諧振頻率在第二放大器的頻率范圍外。一種間接傳感膜沉淀的技術(shù)包括把介電材料的樣品放置在微波腔內(nèi)，這樣該材料的諧振頻率在第二放大器的頻率范圍內(nèi)。隨著該介電材料被涂覆，把諧振頻率的變化用于測(cè)量涂覆的厚度。在另一種間接傳感膜沉淀的方法中，使用了壓電晶體。壓電晶體的諧振頻率隨著沉淀的膜的厚度的增加而改變。晶體由第二放大器或者由外部電子裝置用在低功率微波掃描期間測(cè)得的響應(yīng)直接激勵(lì)。可以把在n個(gè)頻率中的每個(gè)頻率下的反射功率值表示成n維矢量。任意多個(gè)這種矢量或者符號(hào)都是合適的，每個(gè)矢量或符號(hào)表示不同組的處理?xiàng)l件。這些符號(hào)用于指向中性網(wǎng)絡(luò)或者其它模式分類(lèi)器。模式分類(lèi)器實(shí)時(shí)監(jiān)視處理過(guò)程，并通過(guò)自動(dòng)地調(diào)節(jié)處理參數(shù)來(lái)提供實(shí)際的控制程度，以維持那些產(chǎn)生所要求的工作范圍的符號(hào)特征的條件。附圖概述根據(jù)下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述以及附圖，本發(fā)明的上述特點(diǎn)將變得更易理解。圖1是本發(fā)明的變頻微波爐系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明的變頻微波爐系統(tǒng)的另一較佳實(shí)施例的示意圖；圖3是行波管的透視圖，部分作了剖視，它組成本發(fā)明的變頻微波爐系統(tǒng)；圖4是組成本發(fā)明的變頻微波爐系統(tǒng)的行波管的示意圖；圖5是行波管的端視圖，作了剖視，它組成本發(fā)明的變頻微波爐系統(tǒng)；圖6是本發(fā)明的變頻微波加熱裝置的另一較佳實(shí)施例的示意圖；圖7是本發(fā)明的變頻微波加熱裝置的另一較佳實(shí)施例的示意圖；圖8是空的微波腔的波模圖形的曲線(xiàn)圖，示出了反射功率百分比對(duì)頻率的曲線(xiàn)；圖9是其內(nèi)設(shè)置有負(fù)載的微波腔的波模圖形的曲線(xiàn)圖，示出了反射功率百分比對(duì)頻率的曲線(xiàn)，它疊合在圖8上，由此說(shuō)明在微波腔內(nèi)波模圖形的變化與其內(nèi)設(shè)置負(fù)載有關(guān)；圖10是爐腔示意圖，在微波輔助涂覆加工過(guò)程期間，把介電體沿著工件放置在其中，從而改變介電體的諧振特性，表示沉淀在介電體和工件上涂覆層的厚度。本發(fā)明的實(shí)施方式具有本發(fā)明各種特點(diǎn)的變頻微波加熱裝置在圖中一般以10來(lái)圖示。微波加熱裝置10用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的微波處理方法。微波加熱裝置10設(shè)計(jì)成調(diào)制引入到微波腔內(nèi)以測(cè)試或者進(jìn)行其它所選應(yīng)用的微波的頻率。這種調(diào)制對(duì)于測(cè)試過(guò)程以確定對(duì)特定材料處理最有效的頻率是有用的。頻率調(diào)制與在較小的爐腔內(nèi)產(chǎn)生更均勻的功率分布的波模擺動(dòng)一樣也是有用的。頻率調(diào)制測(cè)試不僅在確定所選材料有效的燒結(jié)頻率時(shí)是有用的，而且在確定所選材料的各種狀態(tài)的最有效燒結(jié)頻率也是有用的。以相同的方式，頻率調(diào)制在處理狀態(tài)變化的材料方面也是有用的，其中材料的每種狀態(tài)都更有效地聯(lián)接到從其它狀態(tài)的頻率改變的頻率上。而且，在處理合成材料時(shí)頻率調(diào)制也是有用的，其中每種成分聯(lián)接到與其它成分不同的頻率上。圖1示意性地示出了本發(fā)明的變頻微波加熱裝置的較佳實(shí)施例，其中所選的工件36正待處理?？蛇M(jìn)行的處理包括加熱處理、消毒、燒結(jié)、等離子處理、礦石加工、聚合、蝕刻以及制備膜等，但不限于這些。應(yīng)當(dāng)理解，本揭示中所用的術(shù)語(yǔ)“工件”涉及所選的材料或者材料的組合。術(shù)語(yǔ)“工件”可以進(jìn)一步包括如此所選的材料或者材料的組合，其中至少一種材料要經(jīng)過(guò)至少一種狀態(tài)的變化，因此，在一給定時(shí)間材料不至一種狀態(tài)。提供一微波壓控振蕩器14，用于產(chǎn)生低功率微波信號(hào)，輸入到微波爐32內(nèi)。復(fù)雜波形發(fā)生器12向壓控振蕩器14提供控制電壓，使壓控振蕩器掃描指定的頻率范圍，它工作在脈沖模式，調(diào)制微波信號(hào)的頻率，并產(chǎn)生各種復(fù)雜波形。較佳實(shí)施例的復(fù)雜波形發(fā)生器12可以用內(nèi)部脈沖工作在脈沖模式，或者可以從外部得到脈沖。設(shè)置內(nèi)部調(diào)制器以進(jìn)行寬帶調(diào)制。內(nèi)部調(diào)制器可以以AM模式或者FM模式工作。微波壓控振蕩器14產(chǎn)生頻率由波形發(fā)生器12加到壓控振蕩器14上的電壓確定的微波信號(hào)。與所選材料可以有效地與特定頻率耦合以及要求高電壓一樣，可以要求調(diào)制微波頻率，盡管第二種材料可以更有效地以不同頻率和在低或高電壓下進(jìn)行耦合。因此，微波壓控振蕩器14可以與復(fù)雜波形發(fā)生器12一起使用，以修正產(chǎn)生的微波的頻率。將可看到，頻率與功率級(jí)可能的組合是無(wú)數(shù)的。而且，有了這種頻率與幅度調(diào)制能力，將可看到，可以通過(guò)使微波的頻率和幅度交替來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件36的處理，以達(dá)到最大的處理效率。調(diào)制可以以這樣的速率進(jìn)行，以使工件36不能檢測(cè)到，但仍能對(duì)各材料和材料狀態(tài)產(chǎn)生最大的處理效率?？梢蕴峁┑谝环糯笃?，放大微波壓控振蕩器14輸出的信號(hào)的功率。本較佳實(shí)施例的第一放大器18是壓控的，因此其增益是可調(diào)的，所以輸出幅度可由操作者選擇。在變頻微波加熱裝置10工作期間，操作者可以同時(shí)調(diào)節(jié)第一放大器18，所以可以相應(yīng)調(diào)節(jié)微波的幅度。第一放大器18的控制電壓還可以由復(fù)雜波形發(fā)生器12提供，可以以所要求的方式調(diào)制信號(hào)輸出的幅度。提供第二放大器20，對(duì)第一放大器18的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，或者當(dāng)不用第一放大器18時(shí)，對(duì)微波壓控振蕩器14的輸出信號(hào)進(jìn)行處理。第二放大器20輸出微波信號(hào)，輸入到多波模爐腔34內(nèi)，使工件36受到微波信號(hào)的照射。在較佳實(shí)施例中，第二放大器20可以是螺旋式行波管(TWT)、耦合腔TWT、環(huán)形TWT、環(huán)棒TWT、速調(diào)管、行波速調(diào)管或者陀螺振子之一。TWT20是一種線(xiàn)性射束器件，它放大并輸出具有所選頻率和波形的信號(hào)。TWT20在TWT20的結(jié)構(gòu)所限定的范圍或帶寬內(nèi)具有放大所選頻率或波形的能力。尤其是，TWT的物理幾何形狀限止了頻率范圍，所以當(dāng)達(dá)到高限時(shí)，將遇到抵消信號(hào)，出現(xiàn)第二波。為了達(dá)到高于或者低于引入特定結(jié)構(gòu)中的TWT20所能提供的頻率，改變TWT20的內(nèi)部幾何形狀，尤其是螺旋40的間距。在后面提到的TWT20中，可以定義一新的頻率范圍。因此將看到，TST20結(jié)構(gòu)的改變是可能的，所以可以達(dá)到較寬的頻率范圍。至此，本發(fā)明的TWT20被設(shè)計(jì)成可選擇地從變頻微波加熱裝置10中移去，并與其它的這種TWT20互換。因此，單微波壓控振蕩器14、微波爐32和微波爐腔34可以與各種TWT20一起使用，所以，可以?xún)H把微波頻率作為主要變量進(jìn)行一系列相同的測(cè)試。一個(gè)TWT20可以限定4GHz至8GHz的頻率范圍，而另一個(gè)TWT20’限定了8GHz至16GHz的頻率范圍。再一個(gè)TWT20”可以限定第三頻率范圍。把TWT20與TWT20’互換限定了從4GHz至16GHz的總范圍。一種限定4GHz至8GHz的范圍的TWT20為MicrowaveLaboratories(微波試驗(yàn)室)公司制造的ModelT-1096G/HBandHelixTWT。在表1中列出的ModelT-1096的技術(shù)規(guī)格。如上所述，行波管20是一種線(xiàn)性射束器件，其特點(diǎn)在于行移電場(chǎng)連續(xù)地縱向沿著電子束的路徑取得能量。如圖3和圖4所示，典型的TWT20是由電子槍組件44連接到單線(xiàn)螺旋絲40的第一端46上構(gòu)成的。槍組件44產(chǎn)生聚焦的電子束，直接穿過(guò)螺旋絲40的中央。與螺旋絲40形成整體的漸縮的碳衰減器50用作定向耦合器，防止從通路上返回到管的輸入處的反射。射頻輸入和輸出繞組52、54分別設(shè)置在螺旋絲40的陰極和收集端。表1T-1096G/HBandHelixTWT的技術(shù)規(guī)格射頻特性最小值最大值典型值單位功率輸出63.065.063.5dbm頻率范圍4.08.0Ghz諧波含量--3.0-6.0dbc標(biāo)稱(chēng)功率時(shí)的增益25.037.030.0db電參數(shù)螺旋絲電壓-8.0-9.0-8.4kV陽(yáng)極電壓(WRTC)0.0+9.0-kV收集極電壓(WRTC)+6.2+6.8+6.5kV絲線(xiàn)電壓(WRTC)12.413.212.8V螺線(xiàn)管電壓35.057.048.0VVac-Ion電壓+3.5+5.0+3.5kV螺旋絲電流-25.015.0mA陽(yáng)極電流-5.0-mA收集極電流0.91.81.2A絲線(xiàn)電流1.22.01.4A螺線(xiàn)管電流21.026.025.0AVac-Ion電流-0.01-mA最佳功率10.79.2kW被正向充電的收集極56位于螺旋絲40的第二端48。收集極56提供TWT20工作的能量。電子束聚焦和封閉磁體58圍在TWT20的整體組件外。在螺旋絲40的軸上行進(jìn)的電子與沿著螺旋絲40傳播的射頻波相互作用，能量從電子束轉(zhuǎn)移到射頻波上。這種相互作用連續(xù)地進(jìn)行并不斷積累，在射頻信號(hào)沿螺旋絲40傳播時(shí)增加了其振幅。本較佳實(shí)施例的第二放大器20包括內(nèi)部冷卻裝置38，它被設(shè)計(jì)成擴(kuò)散第二放大器20在正常工作時(shí)集聚的熱。尤其，在用螺旋式TWT的情況下，TWT20的螺旋絲和螺旋絲支架42由選出的材料制成，以達(dá)到其功能。本較佳實(shí)施例的螺旋式TWT20設(shè)置有用扁銅線(xiàn)制成的螺旋絲40。多個(gè)保持器42圍繞著螺旋式TWT42的縱軸平行設(shè)置，在TWT42上繞有銅線(xiàn)，保持器42用來(lái)保持銅線(xiàn)限定的螺旋絲40，并還擴(kuò)散在螺旋式TWT20工作期間傳輸給銅線(xiàn)的熱。在本較佳實(shí)施例中，保持器42至少用一個(gè)平面43限定了橫截面，平面43基本上與銅線(xiàn)接觸。而且，本實(shí)施例的保持器42由氧化鈹制成。盡管已知氧化鈹為電絕緣體，但它還是極佳的導(dǎo)熱體。銅線(xiàn)限定平面橫截面并基本上與保持器42的平面43接觸高效和徹底地?cái)U(kuò)散了傳輸?shù)姐~線(xiàn)上熱，因此，為螺旋式TWT20的內(nèi)部提供了冷卻裝置38，延長(zhǎng)了螺旋式TWT20的壽命。設(shè)置了電源22，用于第二放大器20的工作。雖然在圖中沒(méi)有單獨(dú)畫(huà)出，但較佳的電源22為由精確穩(wěn)壓的陰極電源和無(wú)穩(wěn)壓的收集極高壓電源組成的直流電源。陰極電源的輸出穩(wěn)壓通過(guò)使用四極管的電子管穩(wěn)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一種這樣的電子管為Eimac4PR400A電子管。對(duì)收集極電源和陰極原電源的穩(wěn)壓是用機(jī)電式穩(wěn)壓器。本較佳實(shí)施例的收集極電源設(shè)置有兩個(gè)開(kāi)關(guān)板，用于選擇輸出范圍。用于向第二放大器提供電力的典型的電源22為通用Voltronics型BRE-15-140-ML高壓電源。在表2中列出了這種通用Voltronics電源的技術(shù)指標(biāo)。表二通用voltronicsModelBRE-15-140-ML電源的電技術(shù)指標(biāo)螺旋絲電源輸出電壓500V-15KVDC輸出電流140mADC極性負(fù)極輸出波紋.01％rms15KVDC，140mADC穩(wěn)壓，負(fù)載.01％(從空載到滿(mǎn)載)，最大輸出穩(wěn)壓，線(xiàn)路+0.1％，190-230VAC線(xiàn)路電壓，最大輸出收集極電壓輸出電壓和電流I型(平聯(lián))0-5KV，4000mAII型(串聯(lián))0-10KV，2000mA極性正極性輸出，負(fù)極連接到螺旋絲電源波紋3％rms，10KVDC，2000mA穩(wěn)壓，負(fù)載+2％(從空載到滿(mǎn)載)，最大輸出穩(wěn)壓，線(xiàn)路+2％，190-230VAC線(xiàn)路電壓，最大輸出保安電路(跨接在收集極電源上)響應(yīng)時(shí)間5微秒系統(tǒng)輸入電壓190-230VAC，相與相，3相，60Hz，30KVA電力連接5端連接板(3相中央接地)輸出連接器10-32個(gè)柱，用于收集極、陰極和螺旋絲控制連接器90端Elco連接器如圖2所示，變頻微波加熱裝置10可以不用微波壓控振蕩器14和第一放大器18工作。在該實(shí)施例中，單獨(dú)用微波信號(hào)發(fā)生器12來(lái)產(chǎn)生所選的信號(hào)，并不經(jīng)調(diào)制而直接輸出。一種這類(lèi)微波信號(hào)發(fā)生器12為Wiltron制造的Model6724信號(hào)發(fā)生器。在本實(shí)施例中，在第二放大器20的電源22內(nèi)進(jìn)行幅度調(diào)制。參見(jiàn)圖1和圖2，提供一定向耦合器24，用于檢測(cè)信號(hào)的方向，并進(jìn)一步根據(jù)檢測(cè)到的方向?qū)π盘?hào)進(jìn)行定向。定向耦合器24設(shè)置在第二放大器20的收集端的附近。把從第二放大器20接收到的信號(hào)送到微波腔32內(nèi)。把從微波腔32方向接收到的信號(hào)送到反射功率負(fù)載28。因此，定向耦合器24提供了一個(gè)手段，即，把反射信號(hào)-即，工件36沒(méi)有吸收的返回源20的功率-轉(zhuǎn)離第二放大器20，以保護(hù)第二放大器20不受工件36未吸收的功率的影響。本實(shí)佳實(shí)施例的反射功率負(fù)載28是水冷卻的，以擴(kuò)散通過(guò)反射微波腔32的功率集聚的熱。提供第一功率表30，用于測(cè)量傳遞給微波腔32的功率。第一功率表30用于連同設(shè)置的第二功率表26一起測(cè)量微波爐32的反射功率，以監(jiān)視微波爐的效率，并確保反射功率在反射功率負(fù)載28上被消耗，而不是第二放大器20。第二放大器20輸出的信號(hào)被引入到微波腔34內(nèi)，由所選的工件36吸收。一般，工件36不能完全吸收引入的信號(hào)，因此引入的信號(hào)被反射返回第二放大器20，而沒(méi)有其它的路徑。反射信號(hào)到達(dá)定向耦合器24，被轉(zhuǎn)向第二功率表26，最后到反射功率負(fù)載28上。如上所述，在反射功率負(fù)載28上消耗反射功率，以保護(hù)第二放大器20的壽命。也可以從爐腔34移去所有的工件，把反射功率負(fù)載28用于測(cè)試系統(tǒng)的機(jī)能，由此把整個(gè)負(fù)載從第二放大器20連到反射功率負(fù)載28上?？梢园逊瓷涔β守?fù)載28接收的功率與第二放大器20發(fā)出的功率比較，以確定系統(tǒng)的損耗。第二功率表26檢測(cè)反射功率的大小。該值可以用于確定引入到微波腔34的微波的即時(shí)頻率的效率。低反射功率表示高效率工作頻率，這是由于所選工件36有較高的吸收率。圖6所示的是變頻微波加熱裝置10’的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，功率和溫度顯示和控制器60接收功率監(jiān)視器62和溫度傳感器64的輸出。功率監(jiān)視器62接收定向耦合器24’的輸入，把它用作與前述實(shí)施例中的反射到功率表26，30相同的基本作用。功率和溫度顯示和控制器60還用于控制微波振蕩器14’、預(yù)放器器功率控制18’和TWT電源22’。設(shè)置有一冷卻系統(tǒng)66，用于在其工作期間至少冷卻TWT20?？梢蕴峁┮粷u縮的波導(dǎo)耦合器68，以提高效率，用該漸縮波導(dǎo)耦合器68把寬帶微波能量耦合到微波腔內(nèi)。把它用作定向耦合器24’的傳輸線(xiàn)與微波腔32’之間的阻抗轉(zhuǎn)換器，這種過(guò)渡增加了耦合到微波腔32’內(nèi)的功率百分比。另外，對(duì)于必須把微波能量耦合到有活性氣體的微波腔32’內(nèi)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該漸縮波導(dǎo)68提供了一種減少在窗口和活性氣體之間的界面之間微波能量的功率密度的方法，從而防止在輸入窗口形成等離子放電。上述的微波加熱裝置10包括螺旋TWT放大器20。然而，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的其它方面，可以使用許多其它的微波源20。下面的表3給出了一些適用的其它微波源20的一般特性。表三一些適用的微波源的特性源類(lèi)型頻率范圍(GHz)帶寬(％)峰值輸出功率(kW)平均輸出功率(kW)總效率(％)環(huán)形TWT.5-205-151-20.05-.630-45環(huán)棒TWT.5-2010-203-30.08-.930-45速調(diào)管.5-705-8100-80001-500040-70相交場(chǎng)Amp.5-2015-40100-30001-30030-50</table></tables>圖7中所示的是本發(fā)明的變頻微波加熱裝置10的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，用諸如頻率靈敏的同軸磁控管114的高功率振蕩器來(lái)代替前述實(shí)施例的微波振蕩器14、預(yù)放大器功率控制18和TWT20。本較佳實(shí)施例的磁控管114的可用帶寬至少為其中心頻率的5％。磁控管114或是手動(dòng)頻率控制，或者最好是通過(guò)閉環(huán)、電壓基反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行頻率控制。在這種反饋控制系統(tǒng)中，用低電平(0至10V)信號(hào)激勵(lì)磁控管114內(nèi)的伺服機(jī)構(gòu)，使它精確地把磁控管的同軸腔內(nèi)的插板(plungerplate)復(fù)位來(lái)從一個(gè)頻率到另一個(gè)頻率地“調(diào)諧”磁控管114。本
技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練人員從上述的描述中可以認(rèn)識(shí)到已經(jīng)指出了變頻微波加熱裝置10對(duì)已有技術(shù)提供的優(yōu)點(diǎn)。具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明所用的微波加熱裝置10提供了一種調(diào)節(jié)引入到腔34內(nèi)以進(jìn)行燒結(jié)或者其它要求的加工等微波的頻率的手段?？梢钥闯?，微波加熱裝置10在測(cè)試所選材料相對(duì)于微波頻率的處理特性時(shí)是有用的。這種測(cè)試能對(duì)帶有微波源的微波爐32進(jìn)行設(shè)計(jì)，以產(chǎn)生確定頻率的微波。還可以看出，微波加熱裝置10也可以用作微波可以隨不同材料或者材料狀態(tài)變化的生產(chǎn)工具。可以在微波加熱裝置工作期間進(jìn)行頻率調(diào)制，以適應(yīng)各種材料和材料狀態(tài)。而且，本發(fā)明的頻率調(diào)制能力可用作波模擺動(dòng)的方法，以在較小的微波腔34內(nèi)產(chǎn)生更均勻的功率分布。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行的各種測(cè)試已經(jīng)顯示了變頻微波加熱裝置10的效率。在上述共同待批申請(qǐng)No.07/792,103中已經(jīng)描述了一般測(cè)試結(jié)構(gòu)和結(jié)果，將此援引在此，以作參考。本發(fā)明的方法中使用了上述的微波加熱裝置10的各種實(shí)施例。對(duì)于本方法來(lái)說(shuō)，較佳實(shí)施例的第二放大器20能同時(shí)輸出兩路微波信號(hào)，第一路微波信號(hào)為低功率信號(hào)，第二路微波信號(hào)為高功率信號(hào)。低功率微波信號(hào)在本發(fā)明的方法中用作診斷信號(hào)，而高功率信號(hào)用于處理工件36。另一種方法，低功率和高功率信號(hào)可以從單獨(dú)的源中取得。在本發(fā)明的方法中，第二放大器20首先以低功率級(jí)工作，而微波腔34保持空。在例如用螺放式TWT20的情況時(shí)，起始工作功率級(jí)可以在1至10瓦的數(shù)量級(jí)。在這種情況下，螺旋式TWT20用于在待研究的頻率范圍上掃描空的微波處理腔34。然后測(cè)量通過(guò)定向耦合器24反射回的功率，以確定傳輸?shù)角?4和反射到螺旋式TWT20的功率百分比。測(cè)量是把反射功率作為頻率的函數(shù)來(lái)進(jìn)行的，這樣可以快速和正確地確定出微波處理腔34的諧振波模。圖8用曲線(xiàn)圖示出了這些測(cè)量的一般情況。而且，在各種腔波模下比較反射功率，可以辨認(rèn)出最佳的腔波模，例如圖8中的A。最佳腔波模是由反射功率百分比最大，或者微波腔34內(nèi)吸收的功率的百分比最大來(lái)確定的。然后把待處理的樣品36(無(wú)論是氣體、液體或者固體樣品)放置到微波腔34內(nèi)。再次僅以低功率級(jí)掃描頻率。在微波腔34中有樣品的結(jié)果是波模圖形的頻率向下移動(dòng)，這可歸因于微波腔34中有介電常數(shù)大于1的容積。除了波模向下移動(dòng)之外，也出現(xiàn)反映工件36的諧振頻率的附加波模。對(duì)于氣體工件36來(lái)說(shuō)，新的波模是由于分子共振產(chǎn)生的，對(duì)于液體和固體工件36來(lái)說(shuō)，新的波模是由于形狀因數(shù)(formfactor)和形狀共振(shaperesonances)產(chǎn)生的，它表示把微波功率耦合到反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程或者樣品的有效頻率。圖9示出了在微波腔34內(nèi)增加了工件36的效果。如圖所示以及前面的討論，空的腔34的波模圖形在頻率上下移了，并檢測(cè)到了由于工件36產(chǎn)生的附加波模。新檢測(cè)到的波模B和C起因于增加了工件36，在反射功率百分比方面來(lái)說(shuō)，波模C更有效。在較佳實(shí)施例中，把處理工件36的起始諧振頻率確定為產(chǎn)生最有效波模的頻率。然后增加輸出功率，開(kāi)始進(jìn)行微波處理。例如，為了產(chǎn)生等離子體或者加熱工件36，上述的MLI型T-1096TWT可以產(chǎn)生功率達(dá)3kW的連續(xù)波。在高功率情況下，工件36可以表現(xiàn)出與系統(tǒng)冷機(jī)時(shí)遠(yuǎn)不同的特性。在產(chǎn)生等離子體的情下，出現(xiàn)了高密度的電子和離子以及表示均勻密度(但也包括可能是非均勻亞穩(wěn)種類(lèi))的產(chǎn)品種類(lèi)的頻譜。另外，氣體是“熱”的，各種類(lèi)并不單一地分布在微波腔34內(nèi)。在加熱樣品的情況下，材料的介電常數(shù)是材料溫度的函數(shù)，因此，它隨樣品的加熱而變化。在這兩種情況下，這些變化的條件對(duì)腔34內(nèi)的波模圖形有影響，會(huì)引起所要求的諧振波模的頻率漂移。由于最佳諧振波模的漂移，因而圖示的反射功率對(duì)頻率的曲線(xiàn)也將變化。因此，監(jiān)視該反射功率能維持最佳的耦合。在本發(fā)明的方法中，在接近要求波模的窄的頻率范圍上監(jiān)視反射功率的百分比，因此，可以把處理效率維持在最大程度上。利用TWT20的能力在不同的頻率上處理多個(gè)同時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)，而用所選的起始諧振頻率在高功率級(jí)下產(chǎn)生等離子或加熱工件20，同時(shí)用低功率信號(hào)在整個(gè)頻率范圍上探測(cè)微波腔34。然后對(duì)該低功率的探測(cè)信號(hào)確定反射功率百分比對(duì)頻率的關(guān)系曲線(xiàn)。然后把高功率波模譜與接地狀態(tài)的低功率波模譜比較。波模譜的比較結(jié)果說(shuō)明了所選的諧振頻率的效率。因此，可以選更合適的高功率諧振頻率。該方法在一些例子中發(fā)現(xiàn)和利用了在初始低功率條件下不存在的或者在低功率測(cè)試時(shí)不可能表現(xiàn)出最佳的波模。在等離子體的情況下，由于所有相應(yīng)種類(lèi)在低功率較弱的吸收而造成不存在現(xiàn)有的最佳波模。如該
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的熟練人員所理解的，許多其它的因素也可能影響最佳諧振頻。在用初始的低功率標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)所選的波模時(shí)，可以同時(shí)以高功率驅(qū)動(dòng)熱等離子體或者樣品的第二諧振頻率特性。對(duì)于輸出為3kW的TWT20來(lái)說(shuō)，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率級(jí)在1至1.5KW范圍內(nèi)的信號(hào)。因此，與用一種波模進(jìn)行處理而另一種波模用于嚴(yán)格地監(jiān)視相反，可以同時(shí)以?xún)煞N波模處理樣品。在微波相關(guān)的沉淀處理中，對(duì)于諸如金剛石等在TWT20的頻率范圍內(nèi)具有共振的沉淀材料來(lái)說(shuō)，可以用低功率頻率作為直接傳感器來(lái)監(jiān)視膜的生長(zhǎng)。同時(shí)，把高功率信號(hào)用于進(jìn)行沉淀。如上所述，為此可以用能同時(shí)輸出兩個(gè)信號(hào)的TWT20。把在該頻率上吸收的強(qiáng)度與膜的厚度相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了就地傳感智能處理控制程度。也可以用間接的方法來(lái)代替直接傳感膜的生長(zhǎng)。這種情況尤其發(fā)生在膜的最佳諧振頻率在TWT20的頻率范圍外。一種間接傳感膜沉淀的技術(shù)的例子包括把介電材料體37放置在微波腔34內(nèi)，這樣介電體37的諧振頻率在TWT20的頻率范圍內(nèi)。隨著在介電體37涂上層39，把諧振頻率的變化用于測(cè)量涂層39’的厚度。在間接傳感膜沉淀的另一種方法中，用壓電晶體代替了介電體37。壓電晶體的諧振頻率隨著沉淀的膜的厚度的增加而改變。晶體由TWT20或者由外部電子裝置用在低功率微波掃描期間測(cè)得的響應(yīng)直接激勵(lì)。TWT20的頻率范圍可以通過(guò)同時(shí)在許多頻率上檢查反射功率取得高度的處理控制信息?？梢园言趎個(gè)頻率中的每個(gè)頻率下的反射功率值表示成n維矢量。例如，圖8和圖9所示的反射功率譜的曲線(xiàn)可以容易地用所希望的任意維來(lái)表示，僅受到所用的測(cè)量系統(tǒng)的頻率分辨率的限制。如圖中所示，可以選擇離散的頻率(表示為f1，f2，…，f19)，這些頻率上反射功率的值確定了“頻率空間”上的矢量。為了說(shuō)明該方法，可以用在頻率f2，f3，f6，f8，f9，f12，f15和f16上的反射功率確定矢量?？盏那粚?duì)應(yīng)于矢量[95，75，95，60，70，95，95，80]，而有負(fù)載的腔將對(duì)應(yīng)于矢量[75，95，80，20，90，55，95，65]等。本
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的熟練人員應(yīng)當(dāng)理解，上面給出的兩個(gè)矢量彼此不同。任意多個(gè)這種矢量或者符號(hào)都是合適的，每個(gè)矢量或符號(hào)表示一組的不同的處理?xiàng)l件。而這些符號(hào)用于指向中性網(wǎng)絡(luò)或者其它模式分類(lèi)器。模式分類(lèi)器實(shí)時(shí)監(jiān)視處理過(guò)程，并通過(guò)自動(dòng)地調(diào)節(jié)處理參數(shù)來(lái)提供實(shí)際的控制程度，以維持那些產(chǎn)生所要求的工作范圍的符號(hào)特征的條件。本
技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練人員應(yīng)當(dāng)理解，有許多適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒诸?lèi)技術(shù)，包括那些使用模擬和數(shù)據(jù)中性網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。而且，這些技術(shù)工人應(yīng)當(dāng)理解，這些模式分類(lèi)技術(shù)或者可以用專(zhuān)用的硬件，或者可以用在通用計(jì)算機(jī)或者裝置內(nèi)運(yùn)行的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述已經(jīng)圖示和描述了變頻微波加熱裝置的幾個(gè)較佳實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，這些描述并不是對(duì)揭示內(nèi)容的限制，而是覆蓋了落入所附權(quán)利要求書(shū)或者它們的等效物中所限定的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修飾和變換的方法。權(quán)利要求1.一種變頻微波加熱裝置，用于處理所選材料，所述變頻微波加熱裝置包括微波爐，它限定有一多波模腔，用于處理所述所選的材料，其特征在于，所述變頻微波加熱裝置包含第一微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第一信號(hào)；第二微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第二信號(hào)；第一信號(hào)放大器，用于放大所述第一信號(hào)，所述第一信號(hào)放大器在所選頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生第一組微波，并限定一中心頻率，所述第一組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述第一信號(hào)放大器包含第一微波電子器件；第二信號(hào)放大器，用于放大所述第二信號(hào)，所述第二信號(hào)放大器在所選頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生第二組微波，并限定一中心頻率，所述第二組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述第二信號(hào)放大器包含第二微波電子器件；第一電源，用于向所述第一信號(hào)放大器提供電力；第二電源，用于向所述第二信號(hào)放大器提供電力；傳輸器，用于把所述第一和第二組微波傳送到所述微波爐內(nèi)；信號(hào)定向器，把所述第一和第二組微波信號(hào)引向所述微波爐內(nèi)，把從所述微波爐內(nèi)反射的微波引向反射負(fù)載消耗器，所述反射負(fù)載消耗器用于消耗從所述微波爐反射的所述微波，從所述微波爐反射的所述微波的功率與所述幅度相關(guān)；系統(tǒng)監(jiān)視器，監(jiān)視與傳送給所述微波爐的所述第一和第二組微波相關(guān)的所述功率的所述大小以及與從所述微波爐反射的所述微波相關(guān)的所述功率，所述系統(tǒng)監(jiān)視器用于監(jiān)視所述變頻微波加熱裝置的效率；和數(shù)據(jù)處理器，用于處理所述系統(tǒng)監(jiān)視器的輸出。2.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述第一信號(hào)放大器把有用的帶寬限定在至少是所述第一信號(hào)放大器的中心頻率的5％，所述第二信號(hào)放大器把有用的帶寬限定在至少是所述第二信號(hào)放大器的中心頻率的5％。3.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述第一和第二微波電子器件從下面的組中選擇行波管、行波速調(diào)管、速調(diào)管、相交場(chǎng)所放大器、同軸磁控管和陀螺振子。4.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理器至少包括中性網(wǎng)絡(luò)。5.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器至少包括一在多個(gè)頻率上測(cè)量微波信號(hào)的裝置，所述數(shù)據(jù)處理器至少包括把所述測(cè)得的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成特征符號(hào)的轉(zhuǎn)換器和至少對(duì)所述符號(hào)進(jìn)行分類(lèi)的裝置。6.如權(quán)利要求5所述的變頻加熱裝置，其特征在于，所述測(cè)量微波信號(hào)的裝置至少包括一模數(shù)轉(zhuǎn)換器。7.如權(quán)利要求5所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述至少對(duì)所述符號(hào)進(jìn)行分類(lèi)的裝置至少包括中性網(wǎng)絡(luò)。8.如權(quán)利要求1所述的變頻加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器至少包括一容納在所述多波模腔內(nèi)的天線(xiàn)，所述天線(xiàn)設(shè)置成把微波能量傳輸至所述多波模腔內(nèi)，并從所述多波模腔接收微波能量。9.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器包括鑒頻器。10.如權(quán)利要求9所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述鑒頻器包括從下面組中選出的器件高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、頻譜分析器、跟蹤帶通濾波器、標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析器和頻率合成器。11.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述電源是可調(diào)的，因而可選擇地調(diào)制所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的所述信號(hào)的所述幅度。12.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含信號(hào)幅度控制器，用于可選擇地調(diào)制所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的所述信號(hào)的所述幅度。13.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器的所述輸出包括與至少一個(gè)正在處理的所述所選材料的所選物理特性相關(guān)的信息。14.如權(quán)利要求13所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，正在處理的所述所選材料為聚合物，所述至少一個(gè)所選物理特性至少包括從下面組中選擇的一個(gè)特性所述聚合物的聚合度、固化度和交聯(lián)度。15.如權(quán)利要求13所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，正在處理的所述所選的材料為陶瓷，所述至少一個(gè)所選特理特性至少包括一個(gè)從下面組中選擇的特性密度、溫度、晶粒大小和狀態(tài)分布。16.如權(quán)利要求13所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，正在處理的所述所選材料的至少一部分轉(zhuǎn)換成等離子狀態(tài)，所述至少一個(gè)所選物理特性包括所述等離子體的狀態(tài)特性。17.如權(quán)利要求1所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述信號(hào)定向器設(shè)置有擴(kuò)散所述信號(hào)定向器工作積聚的熱量的冷卻裝置。18.一種變頻微波加熱裝置，用于處理所選材料，所述變頻微波加熱裝置包括微波爐，它限定有一多波模腔，用于處理所述所選的材料，所述變頻微波加熱裝置包含微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第一信號(hào)和一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第二信號(hào)；信號(hào)放大器，用于放大所述第一和第二信號(hào)，所述信號(hào)放大器在所選頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生第一和第二組微波，并限定一中心頻率，所述第一組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述第二組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述信號(hào)放大器包含微波電子器件；電源，用于向所述信號(hào)放大器提供電力；傳輸器，用于把所述第一和第二組微波傳送到所述微波爐內(nèi)；信號(hào)定向器，把所述第一和第二組微波信號(hào)引向所述微波爐內(nèi)，把從所述微波爐內(nèi)反射的微波引向反射負(fù)載消耗器，所述反射負(fù)載消耗器用于消耗從所述微波爐反射的所述微波，從所述微波爐反射的所述微波的功率與所述幅度相關(guān)；系統(tǒng)監(jiān)視器，監(jiān)視與傳送給所述微波爐的所述第一和第二組微波相關(guān)的所述功率的所述大小以及與從所述微波爐反射的所述微波相關(guān)的所述功率，所述系統(tǒng)監(jiān)視器用于監(jiān)視所述變頻微波加熱裝置的效率；和數(shù)據(jù)處理器，用于處理所述系統(tǒng)監(jiān)視器的輸出。19.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述信號(hào)放大器把有用的帶寬限定在至少是所述信號(hào)放大器的中心頻率的5％。20.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述微波電子器件從下面的組中選擇行波管、行波速調(diào)管、速調(diào)管、相交場(chǎng)所放大器、同軸磁控管和陀螺振子。21.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理器至少包括中性網(wǎng)絡(luò)。22.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器至少包括一在多個(gè)頻率上測(cè)量微波信號(hào)的裝置，所述數(shù)據(jù)處理器至少包括把所述測(cè)得的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成特征符號(hào)的轉(zhuǎn)換器和至少對(duì)所述符號(hào)進(jìn)行分類(lèi)的裝置。23.如權(quán)利要求22所述的變頻加熱裝置，其特征在于，所述測(cè)量微波信號(hào)的裝置至少包括一模數(shù)轉(zhuǎn)換器。24.如權(quán)利要求22所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述至少對(duì)所述符號(hào)進(jìn)行分類(lèi)的裝置至少包括中性網(wǎng)絡(luò)。25.如權(quán)利要求18所述的變頻加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器至少包括一容納在所述多波模腔內(nèi)的天線(xiàn)，所述天線(xiàn)設(shè)置成把微波能量傳輸至所述多波模腔內(nèi)，并從所述多波模腔接收微波能量。26.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器包括鑒頻器。27.如權(quán)利要求26所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述鑒頻器包括從下面組中選出的器件高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、頻譜分析器、跟蹤帶通濾波器、標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析器和頻率合成器。28.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述電源是可調(diào)的，因而可選擇地調(diào)制所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的所述信號(hào)的所述幅度。29.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含信號(hào)幅度控制器，用于可選擇地調(diào)制所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的所述信號(hào)的所述幅度。30.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)視器的所述輸出包括與至少一個(gè)正在處理的所述所選材料的所選物理特性相關(guān)的信息。31.如權(quán)利要求30所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，正在處理的所述所選材料為聚合物，所述至少一個(gè)所選物理特性至少包括從下面組中選擇的一個(gè)特性所述聚合物的聚合度、固化度和交聯(lián)度。32.如權(quán)利要求30所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，正在處理的所述所選的材料為陶瓷，所述至少一個(gè)所選特理特性至少包括一個(gè)從下面組中選擇的特性密度、溫度、晶粒大小和狀態(tài)分布。33.如權(quán)利要求30所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，正在處理的所述所選材料的至少一部分轉(zhuǎn)換成等離子狀態(tài)，所述至少一個(gè)所選物理特性包括所述等離子體的狀態(tài)特性。34.如權(quán)利要求18所述的變頻微波加熱裝置，其特征在于，所述信號(hào)定向器設(shè)置有擴(kuò)散所述信號(hào)定向器工作積聚的熱量的冷卻裝置。35.一種處理所選材料的方法，其特征在于，包含下列步驟a、把所述所選材料放到包括微波爐的變頻加熱裝置內(nèi)，所述微波爐包括有多波模腔；b、用至少兩種帶有由至少兩種微波信號(hào)限定的至少兩種頻率的微波信號(hào)照射所述所選的材料；c、在所述多波模腔內(nèi)測(cè)量微波信號(hào)；d、處理在所述測(cè)量微波信號(hào)步驟時(shí)檢測(cè)到的測(cè)結(jié)果；和e、根據(jù)所述處理在所述測(cè)量微波信號(hào)的所述步驟內(nèi)檢測(cè)到的測(cè)量結(jié)果的步驟得到的結(jié)果控制所述至少兩種頻率中的至少一種頻率。36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述用頻率變化的微波照射所述所選材料的步驟是在所述變頻微波加熱裝置內(nèi)進(jìn)行的，所述變頻微波加熱裝置包含第一微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第一信號(hào)；第二微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第二信號(hào)；第一信號(hào)放大器，用于放大所述第一信號(hào)，所述第一信號(hào)放大器在所選頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生第一組微波，并限定一中心頻率，所述第一組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述第一信號(hào)放大器包含第一微波電子器件；第二信號(hào)放大器，用于放大所述第二信號(hào)，所述第二信號(hào)放大器在所選頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生第二組微波，并限定一中心頻率，所述第二組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述第二信號(hào)放大器包含第二微波電子器件；第一電源，用于向所述第一信號(hào)放大器提供電力；第二電源，用于向所述第二信號(hào)放大器提供電力；傳輸器，用于把所述第一和第二組微波傳送到所述微波爐內(nèi)；信號(hào)定向器，把所述第一和第二組微波信號(hào)引向所述微波爐內(nèi)，把從所述微波爐內(nèi)反射的微波引向反射負(fù)載消耗器，所述反射負(fù)載消耗器用于消耗從所述微波爐反射的所述微波，從所述微波爐反射的所述微波的功率所述幅度相關(guān)；系統(tǒng)監(jiān)視器，監(jiān)視與傳送給所述微波爐的所述第一和第二組微波相關(guān)的所述功率的所述大小以及與從所述微波爐反射的所述微波相關(guān)的所述功率，所述系統(tǒng)監(jiān)視器用于監(jiān)視所術(shù)變頻微波加熱裝置的效率；和數(shù)據(jù)處理器，用于處理所述系統(tǒng)監(jiān)視器的輸出。37.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述用頻率變化的微波照射所述所選材料的步驟是在所述變頻微波加熱裝置內(nèi)進(jìn)行的，所述變頻微波加熱裝置包含微波信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生至少一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第一信號(hào)和一個(gè)具有所選波形、頻率和幅度的第二信號(hào)；信號(hào)放大器，用于放大所述第一和第二信號(hào)，所述信號(hào)放大器在所選頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生第一和第二組微波，并限定一中心頻率，所述第一組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述第二組微波的功率與所選幅度相關(guān)，所述信號(hào)放大器包含微波電子器件；電源，用于向所述信號(hào)放大器提供電力；傳輸器，用于把所述第一和第二組微波傳送到所述微波爐內(nèi)；信號(hào)定向器，把所述第一和第二組微波信號(hào)引向所述微波爐內(nèi)，把從所述微波爐內(nèi)反射的微波引向反射負(fù)載消耗器，所述反射負(fù)載消耗器用于消耗從所述微波爐反射的所述微波，從所述微波爐反射的所述微波的功率與所述幅度相關(guān)；系統(tǒng)監(jiān)視器，監(jiān)視與傳送給所述微波爐的所述第一和第二組微波相關(guān)的所述功率的所述大小以及與從所述微波爐反射的所述微波相關(guān)的所述功率，所述系統(tǒng)監(jiān)視器用于監(jiān)視所述變頻微波加熱裝置的效率；和數(shù)據(jù)處理器，用于處理所述系統(tǒng)監(jiān)視器的輸出。全文摘要一種用于測(cè)試或者其它所選應(yīng)用的變頻微波加熱裝置(10)，設(shè)計(jì)成可以調(diào)制引入到爐腔(34)內(nèi)的微波的頻率。該變頻加熱裝置(10)用在本發(fā)明的方法中，以監(jiān)視爐腔(34)內(nèi)隨加工成工件(36)的材料(包括其狀態(tài))變化的諧振處理頻率。變頻微波加熱裝置(10)包括微波信號(hào)發(fā)生器(12)和高功率微波放大器(20)或者壓控微波振蕩器(14)。設(shè)置有一電源(22)以使高功率微波振蕩器(14)或者微波放大器(20)工作。設(shè)置一定向耦合器(24)用于檢測(cè)入射到和反射出微波腔(34)的信號(hào)的方向和幅度。設(shè)置第一功率表(30)用于測(cè)量傳送給微波爐(32)的功率。第二功率表(26)用于檢測(cè)反射功率的幅度。反射功率由反射功率負(fù)載(28)消耗。一種用于測(cè)試或者其它所選應(yīng)用的變頻微波加熱裝置，設(shè)計(jì)成可以調(diào)制引入到爐腔內(nèi)的微波的頻率。在本發(fā)明的方法中使用了該變頻微波加熱裝置，以監(jiān)視爐腔內(nèi)隨加工成工件的材料(包括其狀態(tài))變化的諧振處理頻率。變頻微波加熱裝置包括微波信號(hào)發(fā)生器和高功率微波放大器或者壓控微波振蕩器。設(shè)置有定向耦合器用于檢測(cè)入射到和反射出微波腔的信號(hào)的方向和幅度。第一功率表用于測(cè)量傳送給微波爐的功率。第二功率表用于檢測(cè)反射功率的幅度。反射功率由反射功率負(fù)載消耗。文檔編號(hào)H05B6/80GK1166262SQ95193061公開(kāi)日1997年11月26日申請(qǐng)日期1995年3月30日優(yōu)先權(quán)日1994年3月31日發(fā)明者阿維德·C·約翰遜,羅伯特·J·勞夫,唐·W·拜布爾,羅伯特·J·馬庫(kù)納斯申請(qǐng)人:馬丁·馬零塔能源系統(tǒng)有限公司