特許 6741304 インピーダンス回路網調整のための位相検出を備えたＲＦ加熱システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6741304

(24)【登録日】2020年7月29日

(45)【発行日】2020年8月19日

(54)【発明の名称】インピーダンス回路網調整のための位相検出を備えたＲＦ加熱システム

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/66 20060101AFI20200806BHJP

   H03H 7/40 20060101ALI20200806BHJP

   H03H 7/38 20060101ALI20200806BHJP

【ＦＩ】

   H05B6/66 Z

   H03H7/40

   H03H7/38 B

【請求項の数】20

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2018-185578(P2018-185578)

(22)【出願日】2018年9月28日

(65)【公開番号】特開2019-96600(P2019-96600A)

(43)【公開日】2019年6月20日

【審査請求日】2019年5月27日

(31)【優先権主張番号】15/816,802

(32)【優先日】2017年11月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504199127

【氏名又は名称】エヌエックスピー ユーエスエイ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＸＰ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ライオネル モンジャン

(72)【発明者】

【氏名】ピエール マリー ジーン ピール

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムズ エリック スコット

【審査官】 河内 誠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１６５０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００４７００９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００００８８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２４８３９６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ６／６６

Ｈ０３Ｈ ７／３８

Ｈ０３Ｈ ７／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
高周波（ＲＦ）信号を供給するように構成されたＲＦ信号源と、
前記ＲＦ信号源の出力に電気的に結合されたインピーダンス整合回路網であって、
第１の可変インダクタンス回路網と、
第２の可変インダクタンス回路網と、
を含む前記インピーダンス整合回路網と、
前記インピーダンス整合回路網と電極との間に電気的に結合された伝送路であって、前記ＲＦ信号により前記伝送路に沿って伝送信号が生成される、前記伝送路と、
前記伝送路に沿った前記伝送信号と反射信号との位相角度を判定するように構成された電力検出回路と、
コントローラと、を備え、前記コントローラが、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度が閾値位相角度よりも大きいと判定し、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づき、前記第１の可変インダクタンス回路網を変更して前記インピーダンス整合回路網の直列インダクタンスを変化させることにより前記伝送信号と前記反射信号との位相角度を前記閾値位相角度よりも小さい第１の位相角度に減少させ、
前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比が閾値電力比よりも大きいと判定し、
前記インピーダンス整合回路網の直列インダクタンスを変化させた後に、前記第２の可変インダクタンス回路網を変更して前記インピーダンス整合回路網の分路インダクタンスを変化させることにより前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比を前記閾値電力比よりも小さい第１の電力比に低減させる
ように構成されている、システム。

【請求項2】

前記インピーダンス整合回路網はさらに、前記電極に結合され固定インダクタンス値を有する複数の固定値インダクタを含み、
前記第１の可変インダクタンス回路網は、前記固定インダクタンス値を有する前記複数の固定値インダクタのうちの１つと接地基準ノードとの間に結合されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第２の可変インダクタンス回路網は、前記インピーダンス整合回路網の入力と接地基準ノードとの間に結合されている、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記第１の可変インダクタンス回路網と前記第２の可変インダクタンス回路網のうちの少なくとも１つを変更する際に前記ＲＦ信号源により１００ワット未満の電力を有する前記ＲＦ信号を生成させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記コントローラはさらに、前記第１の可変インダクタンス回路網と前記第２の可変インダクタンス回路網のうちの少なくとも１つを変更した後に、前記ＲＦ信号源により前記ＲＦ信号の電力を増加させて１０００ワットよりも大きい電力を有する第２のＲＦ信号を出力させるように構成されている、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記閾値位相角度は５度未満である、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記閾値電力比は−１５デシベル未満である、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記コントローラは、
前記伝送路に沿って前記伝送信号と前記反射信号との位相角度を繰り返し判定し、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変インダクタンス回路網を繰り返し変更することにより前記ＲＦ信号源と前記電極との間のインピーダンス整合を改善する
ように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

システムであって、
伝送路を介して電極に高周波（ＲＦ）信号を供給するように構成されたＲＦ信号源であって、前記伝送路が、固定インダクタンス値を有する固定値インダクタを含み、前記固定値インダクタが第１端と第２端とを有する、前記ＲＦ信号源と、
前記固定値インダクタの第２端と接地基準ノードとの間に結合された第１の可変インダクタンス回路網と、
前記ＲＦ信号源の出力端子に結合された前記固定値インダクタの第１端と前記接地基準ノードとの間に結合された第２の可変インダクタンス回路網と、
コントローラと、を備え、前記コントローラが、
前記伝送路に沿って伝送信号と反射信号との位相角度を判定し、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変インダクタンス回路網を変更して前記ＲＦ信号源と前記電極との間のインピーダンス整合を改善し、
前記第１の可変インダクタンス回路網を変更した後に、
前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比を判定し、
前記第２の可変インダクタンス回路網を変更して前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比を低減させる
ように構成されている、システム。

【請求項10】

前記コントローラはさらに、
前記伝送路に沿って前記伝送信号と前記反射信号との位相角度を繰り返し判定し、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変インダクタンス回路網を繰り返し変更することにより前記ＲＦ信号源と前記電極との間のインピーダンス整合を改善する
ように構成されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記コントローラは、
前記位相角度と目標位相角度との差を判定し、
前記第１の可変インダクタンス回路網のインダクタンスを変化させて前記位相角度と前記目標位相角度との差を低減させる
ことによって前記第１の可変インダクタンス回路網を変更するように構成されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項12】

前記第１の可変インダクタンス回路網はさらに、前記電極に結合され固定インダクタンス値を有する複数の固定値インダクタを含む、請求項９に記載のシステム。

【請求項13】

前記コントローラは、前記第１の可変インダクタンス回路網と前記第２の可変インダクタンス回路網のうちの少なくとも１つを変更する際に前記ＲＦ信号源により１００ワット未満の電力を有する前記ＲＦ信号を生成させるように構成されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項14】

前記コントローラは、前記第１の可変インダクタンス回路網と前記第２の可変インダクタンス回路網のうちの少なくとも１つを変更した後に、前記ＲＦ信号源により前記ＲＦ信号の電力を増加させて１０００ワットよりも大きい電力を有する第２のＲＦ信号を出力させるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記電極は、負荷を含むように構成された前記システムの空胴内に配置されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項16】

方法であって、
第１の可変構成要素と第２の可変構成要素とを含むインピーダンス整合回路網に接続された伝送路を介して、空胴に近接した電極に高周波（ＲＦ）信号源によりＲＦ信号を供給すること、
前記伝送路に沿った伝送信号と反射信号との位相角度を判定すること、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変構成要素を変更することにより前記ＲＦ信号源と前記電極との間のインピーダンス整合を改善すること、
前記第１の可変構成要素を変更した後に、
前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比を判定すること、
前記第２の可変構成要素のインダクタンスを変更して、前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比を低減させること、
を備える方法。

【請求項17】

前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変構成要素を変更することにより前記ＲＦ信号源と前記電極との間のインピーダンス整合を改善することは、
前記位相角度と目標位相角度との差を判定すること、
前記第１の可変構成要素のインダクタンスを変化させて前記位相角度と前記目標位相角度との差を低減させること、
を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記伝送路に沿った前記伝送信号と前記反射信号との位相角度を繰り返し判定すること、
前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変構成要素を繰り返し変更することにより前記ＲＦ信号源と前記電極との間のインピーダンス整合を改善すること、
をさらに備える請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の可変構成要素と前記第２の可変構成要素とのうちの少なくとも１つを変更した後に前記ＲＦ信号の電力を増加させることをさらに備える請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

前記ＲＦ信号の電力を増加させることは、前記ＲＦ信号の電力を増加させることにより１０００ワットよりも大きな電力を有する第２のＲＦ信号を出力することを含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載の主題の実施形態は、広くは、高周波（ＲＦ）エネルギーを負荷に供給するための負荷インピーダンスを調整する装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

容量式食品加熱システムは、加熱室内に収容された大型平板電極を備える。電極間に食品負荷を配置した後、その食品負荷を加温するために、電磁エネルギーが電極に供給される。加熱運転中に食品負荷が融解または調理されるにつれて、食品負荷のインピーダンスが変化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６７８４４０５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

食品負荷のインピーダンスが動的に変化することによって、結果的に、食品負荷の加熱が非効率的となることがある。食品負荷全体にわたり効率的にかつ均一に加熱し得る食品負荷（または他の種類の負荷）を加熱するための装置および方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態のシステムは、高周波（ＲＦ）信号を供給するように構成されたＲＦ信号源と、前記ＲＦ信号源の出力に電気的に結合されたインピーダンス整合回路網とを含む。前記インピーダンス整合回路網は、第１の可変インダクタンス回路網と、第２の可変インダクタンス回路網とを含む。前記システムは、前記インピーダンス整合回路網と電極との間に電気的に結合された伝送路を含む。前記ＲＦ信号は前記伝送路に沿って伝送信号を生成する。前記システムは、前記伝送路に沿った前記伝送信号と反射信号との位相角度を判定するように構成された電力検出回路と、コントローラとを含む。前記コントローラは、前記伝送信号と前記反射信号との位相角度が閾値位相角度よりも大きいと判定し、その前記伝送信号と前記反射信号との位相角度に基づいて前記第１の可変インダクタンス回路網を変更して前記インピーダンス整合回路網の直列インダクタンスを変化させることにより前記伝送信号と前記反射信号との位相角度を前記閾値位相角度よりも小さい第１の位相角度に減少させ、前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比が閾値電力比よりも大きいと判定し、前記インピーダンス整合回路網の直列インダクタンスを変化させた後に前記第２の可変インダクタンス回路網を変更して前記インピーダンス整合回路網の分路インダクタンスを変化させることにより前記伝送信号の電力に対する前記反射信号の電力の比を前記閾値電力比よりも小さい第１の電力比に低減させるように構成されている。

【0006】

本主題のより完全な理解は、以下の図面を併用することで、詳細な説明および請求項の参照によって得られる。図面全体を通して、類似の要素は同様の参照符号で示している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】例示的な一実施形態による加熱機器の斜視図。

【図2】他の例示的な実施形態の加熱システムを含む冷蔵／冷凍機器の斜視図。

【図3】例示的な一実施形態による加熱装置の簡略ブロック図。

【図4】例示的な一実施形態による可変インピーダンス整合回路網の概略図。

【図5】例示的な一実施形態による可変インダクタンス回路網の概略図。

【図6】可変インピーダンス整合回路網の一実施形態における複数のインダクタンスによって、どのように入力空胴インピーダンスをＲＦ信号源に整合させ得るのかの一例を示すスミスチャート。

【図7】例示的な一実施形態による解凍システムの断面側面図。

【図8】例示的な一実施形態による解凍システムの一部の斜視図。

【図9】例示的な一実施形態による、動的負荷整合を用いて解凍システムを運転する方法のフローチャート。

【図10】可変インピーダンス整合回路網のインピーダンスを調整して負荷整合を行う方法のフローチャート。

【図11】インピーダンス整合を行うための、可変インピーダンス整合回路網のインピーダンス調整を示すスミスチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の詳細な説明は、本質的に、単なる例示的なものにすぎず、本主題の実施形態またはかかる実施形態の応用および使用を限定するものではない。本明細書で使用される「例示的」および「例」という表現は、「例、事例、または実例としての役目を果たす」ことを意味する。本明細書において「例示的」または「例」として記載される実施形態はいずれも、他の実施形態に比して好適もしくは効果的であると必ずしも解釈されるべきではない。また、前述の技術分野、背景、または以下の詳細な説明で提示するいずれかの明示的または黙示的理論に限定されることは意図していない。

【0009】

本明細書で使用される「加熱」、「加熱する」などの用語は、負荷の熱エネルギーを増加させることを意味する。加熱運転は、解凍運転、調理運転、または負荷の熱エネルギーを増加させる任意の他の運転を含み得る。本明細書に記載される主題の実施形態は、スタンドアロン機器またはその他のシステムに組み込まれ得るソリッドステート加熱装置に関する。以下でさらに詳細に説明するように、例示的な加熱システムは、空胴内に配置された第１の電極と、（１つ以上のトランジスタを含み得る）増幅器装置と、増幅器装置の出力と第１の電極との間に結合されたインピーダンス整合回路網と、インピーダンス整合回路網の特性を調整することによって加熱運転を変更可能な計測制御システムとを用いて実現され得る。このように、インピーダンス整合回路網は、増幅器装置と空胴との整合を改善するために加熱運転中に調整可能な可変インピーダンス整合回路網である。このような可変インピーダンス整合回路網によって整合性が改善されることで、信号源と出力との間におけるより効率的な伝送が可能となる。具体的には、整合性を改善することによって、可変インピーダンス整合回路網は、装置の信号源に戻される反射信号の大きさを低減するとともに、可変インピーダンス整合回路網に接続された出力ノードへの電力電送を最大化するように動作可能となる。

【0010】

種々の実装において、インピーダンス整合回路網は、比較的多数の潜在的インピーダンス状態を有し得る。つまり、インピーダンス整合回路網は、そのインピーダンス整合回路網の入力と出力との間において多数の異なるインピーダンスを有し得る。例えば、インピーダンス整合回路網に（例えば、システムコントローラによって供給される）異なる制御信号を供給することによって、異なるインピーダンス状態が選択され得る。制御信号は、インピーダンス整合回路網の１つまたは複数の内部構成要素の状態を構成設定するように選択される。このように、これらの内部構成要素の状態が構成設定されることで、インピーダンス整合回路網のインピーダンスを制御することができる。

【0011】

加熱システムにおいて、インピーダンス整合回路網のインピーダンスは、加熱システムの負荷に最適なＲＦ電力供給を行うように構成設定される。これは概して、加熱システムの加熱空胴内での反射エネルギーの量を最小化または低減するインピーダンス整合回路網のインピーダンス値を選択することを伴い得る。加熱空胴内における反射エネルギーの量
を低減することによって、このアプローチは、加熱空胴内に置かれた負荷に供給されるＲＦエネルギーの量を最大化または増加させることができる。

【0012】

可変インピーダンス整合回路網は、多数の状態に構成設定され得る。各状態は、異なるインピーダンス値を有するか、またはその回路網の入力と出力との間で異なるインピーダンス変換をもたらす。例えば、回路網は、数千（例えば、２０４８またはその他の数）の可能なインピーダンス整合状態を有し得る。各インピーダンス整合状態は、異なるインピーダンス値を有する。負荷へのＲＦエネルギー伝送を最大化または増加させるインピーダンス整合回路網の適切な状態を選択する（すなわち、システムを「調整する」）とき、可変インピーダンス整合回路網の各状態を試験して最適な整合を決定するためにかなりの時間が必要となり得る。そこで、加熱運転が不所望に長くなることを避けるために、可変インピーダンス整合回路網のすべての状態を試験するのに必要な調整動作の回数、つまり、インピーダンス整合を改善するためにインピーダンス整合回路網のインピーダンスを調整する回数を加熱運転中に望まれる回数よりも少ない回数とすることができる。これは、加熱運転の効率を低下させるものとなり得る。本質的に、現在の方法を用いると、加熱効率と加熱時間との間でトレードオフが必要となる。

【0013】

そこで、ＲＦ加熱用途において可変インピーダンス整合回路網の効率的な調整を可能にし得るシステムおよび方法が提供される。このアプローチは、加熱システムの加熱空胴に可変インピーダンス整合回路網を介して入射ＲＦ試験信号を供給することを伴う。入射または伝送ＲＦ試験信号が加熱空胴に伝送されると、反射ＲＦ信号が加熱空胴内で生成される。伝送および反射ＲＦ信号は電力検出システムによって検出される。伝送ＲＦ試験信号と反射ＲＦ試験信号との位相角度の差が計算される。その位相角度の差に基づいて可変インピーダンス整合回路網の第１の調整要素が調整されることでインピーダンス整合回路網によって導入される実効直列インダクタンスの量が調整される。これにより、分路インダクタンスについての第２の調整が行われることで可変インピーダンス整合回路網の整合が最適化される。その結果、インピーダンス整合回路網のインピーダンスが加熱システムの負荷（すなわち、空胴内の負荷を加えた加熱空胴）に対して整合される。別の方法では、負荷反射係数の位相が測定され、負荷を、その負荷を整合するために直列インダクタンスが用いられ得る場所の点に変換するために必要な分路インダクタンスの量が計算される。一実施形態の固有の探索アルゴリズムは、試験されるシステム状態の数を大幅に減らし、許容し得るインピーダンス整合システム状態をより迅速に決定する。言い換えれば、複素インピーダンスの知識が与えられれば、加熱中に負荷がインピーダンスを変化させる際に適切な調整パラメータを迅速に特定することができる。

【0014】

図１は、例示的な一実施形態による加熱システム１００の斜視図である。加熱システム１００は、空胴１１０と、操作パネル１２０と、１つ以上の高周波（ＲＦ）信号源（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）と、電源（例えば、図３の電源３５０）と、第１の電極１７０と、電力検出回路（例えば、図３の電力検出回路３８０）と、システムコントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）とを備える。加熱空胴１１０は、天側、底側、側方、後方の空胴壁１１１，１１２，１１３，１１４，１１５の内面、およびドア１１６の内面によって画定される。ドア１１６を閉じた状態で、加熱空胴１１０は、密閉された空気空胴を画成している。本明細書で使用される「空気空胴」という用語は、空気またはその他のガスを収容する密閉領域（例えば、加熱空胴１１０）を意味し得る。

【0015】

一実施形態によれば、第１の電極１７０は、空胴壁（例えば、天壁１１１）に近接して配置されている。第１の電極１７０は、残りの空胴壁（例えば、壁１１２〜１１５およびドア１１６）から電気的に絶縁されており、それらの残りの空胴壁は接地されている。このような構成では、本システムは、コンデンサとして単純化してモデル化されてよく、その場合、第１の電極１７０は、１つの導電板（または電極）として機能し、接地された空
胴壁（例えば、壁１１２〜１１５）は、第２の導電板（または電極）として機能し、空気空胴（その中に収容された任意の負荷を含む）は、第１および第２の導電板の間の誘電体媒質として機能する。図１には示していないが、システム１００は、非導電性バリア（例えば、図３のバリア３１４）を含んでもよく、非導電性バリアは、負荷を空胴底壁１１２から電気的かつ物理的に隔離するように機能し得る。図１では、天壁１１１に近接した第１の電極１７０を示しているが、代替的に、第１の電極１７０は、代替の電極１７２〜１７５で示すように、他の壁１１２〜１１５のいずれかに近接していてもよい。

【0016】

一実施形態によれば、加熱システム１００の運転時、ユーザ（図示せず）は、１つ以上の負荷（例えば、食品および／または液体）を加熱空胴１１０内に配置し得るとともに、任意で負荷（群）の特性を指定する入力を操作パネル１２０で提示し得る。例えば、指定される特性は、負荷の概略重量を含み得る。さらに、指定される負荷特性は、負荷を形成する材料（群）（例えば、肉、パン、液体）を示し得る。別の実施形態では、負荷パッケージのバーコードをスキャンするか、または負荷上のＲＦＩＤタグもしくは負荷内に埋め込まれたＲＦＩＤタグから無線周波数識別（ＲＦＩＤ）信号を受信するなどして、他の何らかの方法で負荷特性を取得することができる。いずれの場合も、さらに詳細に後述するように、このような負荷特性に関する情報によって、システムコントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）は、加熱運転の開始時にシステムのインピーダンス整合回路網の初期状態を設定することが可能となり得る。この場合における初期状態は、負荷への最大限のＲＦ電力伝送を可能とする最適状態に比較的近いものとすることができる。あるいは、加熱運転の開始前に負荷特性が入力または受信されないことがあり、システムコントローラは、インピーダンス整合回路網のデフォルト初期状態を設定し得る。

【0017】

加熱運転を開始するために、ユーザは、操作パネル１２０で入力を提示し得る。これに応えて、システムコントローラは、第１の電極１７０へのＲＦ信号の供給を、ＲＦ信号源（群）（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）に実行させ、これに応じて、加熱空胴１１０内に電磁エネルギーが放射される。この電磁エネルギーによって、負荷の熱エネルギーは増加する（すなわち、電磁エネルギーによって負荷は加温される）。

【0018】

加熱運転中には、負荷の熱エネルギーが増加するにつれて、負荷のインピーダンス（ひいては、加熱空胴１１０と負荷を合わせた全入力インピーダンス）が変化する。このインピーダンスの変化によって、負荷へのＲＦエネルギーの吸収が変化し、ひいては反射電力の大きさが変化して、加熱運転の効率が経時的に低下し得る。一実施形態によれば、ＲＦ信号源（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）と第１の電極１７０との間の伝送路（例えば、図３の伝送路３４８）に沿った伝送電力および反射電力を電力検出回路（例えば、図３の電力検出回路３８０）によって連続的または周期的に測定する。これらの測定値に基づいて、システムコントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）は、可変インピーダンス整合回路網の状態を変化させるアルゴリズムを実行することで、負荷への最適なＲＦ電力供給を行い得る。このように、伝送電力および反射電力の測定値に基づいて、可変インピーダンス整合回路網が調整され得る。

【0019】

図１の加熱システム１００は、卓上型機器として具現化されている。さらなる実施形態では、加熱システム１００は、電子レンジ調理運転を実行するための構成要素および機能をさらに備えてもよい。あるいは、加熱システムの構成要素を、他のタイプのシステムまたは機器に組み込んでもよい。例えば、図２は、他の例示的な実施形態の加熱システム２１０，２２０を含む冷蔵／冷凍機器２００の斜視図である。具体的に、加熱システム２１０は、システム２００の冷凍室２１２内に組み込まれる（この場合、加熱システム２１０は、食品を解凍するために主に使用され得る）ものとして示され、加熱システム２２０は、システムの冷蔵室２２２内に組み込まれる（この場合、加熱システム２２０は食品を解凍および／または調理するために主に使用され得る）ものとして示されている。実際の冷
蔵／冷凍機器は、加熱システム２１０，２２０のうちの一方のみを備える可能性が高いが、図２では、両方の実施形態について簡潔に伝えるために両方とも示している。

【0020】

加熱システム１００と同様に、加熱システム２１０，２２０のそれぞれは、加熱空胴と、操作パネル２１４，２２４と、１つ以上のＲＦ信号源（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）と、電源（例えば、図３の電源３５０）と、第１の電極（例えば、図３の電極３７０）と、電力検出回路（例えば、図３の電力検出回路３８０）と、システムコントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）とを備えている。例えば、加熱空胴は、引き出しの底壁、側壁、前壁、後壁の内面、および引き出しがその下でスライドする固定棚２１６，２２６の内側天面によって画定され得る。引き出しを棚の下に完全にスライドさせた状態で、引き出しおよび棚は、その空胴を密閉された空気空胴として画成している。加熱システム２１０，２２０の構成要素および機能は、種々の実施形態では加熱システム１００の構成要素および機能と略同じとすることができる。

【0021】

さらに、一実施形態によれば、冷凍庫に搭載された加熱システム２１０による加熱処理が完了すると、負荷を収容している空胴を冷凍室２１２と熱的に連通させることができ、負荷が空胴から速やかに取り出されない場合、負荷が再凍結し得る。同様に、冷蔵庫に搭載された加熱システム２２０による加熱処理が完了すると、解凍済み負荷を収容している空胴を冷蔵室２２２と熱的に連通させることができ、負荷が空胴から速やかに取り出されない場合、負荷が冷蔵室２２２内の温度に戻り得る。

【0022】

当業者であれば、本明細書の記載に基づいて、他の構成を有するシステムまたは機器に同様に加熱システムの実施形態を組み込んでもよいことを理解し得る。従って、スタンドアロン機器、電子レンジ機器、冷凍庫、および冷蔵庫での、上記実施形態の加熱システムは、実施形態の使用をこの種のシステムのみに限定するものではない。

【0023】

加熱システム１００，２１０，２２０は、それらの構成要素が互いに特定の相対的位置付けにある状態で示されているが、それらの各種構成要素を異なる位置付けとしてもよいことが理解され得る。さらに、各種構成要素の物理的構成は異なるものであってもよい。例えば、操作パネル１２０，２１４，２２４は、より多数の、より少数の、もしくは異なるユーザインタフェース要素を有するものであってもよく、さらに／またはそれらのユーザインタフェース要素は異なる配置であってもよい。また、図１には略立方体の加熱空胴１１０を示しているが、他の実施形態では、加熱空胴は異なる形状（例えば、円筒状など）を有し得ることが理解され得る。さらに、加熱システム１００，２１０，２２０は、図１および図２に明示していない追加の構成要素（例えば、ファン、固定皿または回転皿、トレイ、電気コードなど）を含んでもよい。

【0024】

図３は、例示的な一実施形態による加熱システム３００の簡略ブロック図である。加熱システム３００は、一実施形態において、加熱空胴３１０と、ユーザインタフェース３２０と、システムコントローラ３３０と、ＲＦ信号源３４０と、電源バイアス回路３５０と、可変インピーダンス整合回路網３６０と、電極３７０と、電力検出回路３８０とを備えている。さらに、他の実施形態では、加熱システム３００は、温度センサ（群）、赤外線（ＩＲ）センサ（群）、および／または重量センサ（群）３９０を備え得るが、これらのセンサ部品の一部またはすべてを省略してもよい。なお、図３は、説明および簡単な記載を目的とした加熱システム３００の簡略図であり、実際の実施形態では、追加の機能および特徴を提供するために、他のデバイスおよび構成要素を含み得ること、さらに／または、加熱システム３００は、より大きな電気系統または電気機器の一部であってもよいことが理解され得る。

【0025】

ユーザインタフェース３２０は、例えば、ユーザが加熱運転のためのパラメータ（例え
ば、加熱対象の負荷の特性など）に関する入力をシステムに提示することを可能とする操作パネル（例えば、図１および図２の操作パネル１２０，２１４，２２４）、スタートボタンおよび取消しボタン、メカニカルコントロール（例えば、ドア／引き出しオープンラッチ）などに相当し得る。さらに、ユーザインタフェースは、加熱運転の状態（例えば、カウントダウンタイマ、加熱処理の進行もしくは完了を示す可視インディシア、および／または加熱処理の完了を示す可聴音）およびその他の情報を示す、ユーザが知覚可能な出力を提示するように構成され得る。

【0026】

システムコントローラ３３０は、１つ以上の汎用または専用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など）と、揮発性および／または不揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、各種レジスタなど）と、１つ以上の通信バスと、その他の構成部品とを有し得る。一実施形態によれば、システムコントローラ３３０は、ユーザインタフェース３２０、ＲＦ信号源３４０、可変インピーダンス整合回路網３６０、電力検出回路３８０、および（備える場合）センサ３９０に結合されている。システムコントローラ３３０は、ユーザインタフェース３２０を介して受け取るユーザ入力を示す信号を受信するとともに、伝送電力および反射電力の測定値を電力検出回路３８０から受信するように構成されている。受信した信号および測定値に応じて、システムコントローラ３３０は、さらに詳細に後述するように、電源バイアス回路３５０、およびＲＦ信号源３４０のＲＦ信号発生器３４２に対して、制御信号を供給する。さらに、システムコントローラ３３０は、可変インピーダンス整合回路網３６０に対して、回路網３６０の状態または構成設定を変更させる制御信号を供給する。

【0027】

加熱空胴３１０は、加熱対象の負荷３１６を配置し得る空気空胴によって隔離された第１および第２の平行平板電極を有する容量式加熱装置を含む。例えば、第１の電極３７０は空気空胴の上方に配置されてもよく、第２の電極は閉じ込め構造３１２の一部によって提供されてもよい。具体的に、閉じ込め構造３１２は、底壁、天壁、および側壁を有してもよく、それらの内面によって加熱空胴３１０（例えば、図１の加熱空胴１１０）が画定される。一実施形態によれば、加熱空胴３１０は、加熱運転中に加熱空胴内３１０に導入される電磁エネルギーを閉じ込めるために、（例えば、図１のドア１１６によって、または図２の棚２１６、２２６の下に引き出しをスライドさせて閉じることによって）封止されてもよい。加熱システム３００は、加熱運転中に封止が保たれることを保証する１つ以上のインタロック機構を備え得る。それらのインタロック機構の１つ以上が、封止が破壊されたことを示す場合には、システムコントローラ３３０は加熱運転を停止し得る。一実施形態によれば、閉じ込め構造３１２は少なくとも部分的に導電性材料で形成され、閉じ込め構造３１２の導電部（群）は接地されてもよい。あるいは、少なくとも加熱空胴３１０の底面に対応する閉じ込め構造３１２の部分を導電性材料で形成するとともに接地してもよい。いずれの場合も、閉じ込め構造３１２（または、少なくとも第１の電極３７０に平行な閉じ込め構造３１２の部分）は、容量式加熱装置の第２の電極として機能する。負荷３１６と、加熱空胴３１０の接地された底面との間の直接接触を避けるために、加熱空胴３１０の底面上に非導電性バリア３１４を配置してもよい。

【0028】

一実施形態では、第１の電極３７０は、可変インピーダンス整合回路網３６０および伝送路３４８を介してＲＦ信号源３４０に電気的に結合されている。可変インピーダンス整合回路網３６０は、ＲＦ信号源３４０のインピーダンスから、負荷３１６によって変化する加熱空胴３１０の入力インピーダンスへの、インピーダンス変換を実行するように構成されている。一実施形態では、可変インピーダンス整合回路網３６０は、受動部品（例えば、インダクタ、コンデンサ、抵抗器）からなる回路網を含む。具体的な一実施形態によれば、可変インピーダンス整合回路網３６０は、加熱空胴３１０内に配置されるとともに第１の電極３７０に電気的に結合された複数の固定値インダクタを含む。さらに、可変イ
ンピーダンス整合回路網３６０は、加熱空胴３１０の内部または外部に配置され得る複数の可変インダクタンス回路網を含む。可変インダクタンス回路網の各々が提供するインダクタンス値は、以下で説明するように、システムコントローラ３３０からの制御信号を用いて設定される。

【0029】

加熱空胴３１０と、加熱空胴３１０内に配置される任意の負荷３１６（例えば、食品、液体など）は、第１の電極３７０によって加熱空胴３１０内に放射される電磁エネルギー（またはＲＦ電力）に対して積算負荷を呈する。具体的に、加熱空胴３１０と負荷３１６は、システムに対して、本明細書では「空胴入力インピーダンス」と呼ぶインピーダンスを呈する。空胴入力インピーダンスは、加熱運転中に、負荷３１６の温度が上昇するにつれて変化する。空胴入力インピーダンスが変化するにつれて、加熱運転の効率、具体的には、食品負荷に供給されるＲＦエネルギーの量が変化する。このため、システムコントローラ３３０は、食品負荷にＲＦエネルギーが効率的に供給されるように、電力検出回路３８０からの反射電力および伝送電力の測定値に基づいてインピーダンス整合回路網３６０の状態を調整するように構成されている。従って、加熱運転中における負荷インピーダンスの変動にかかわらず、負荷３１６によって吸収されるＲＦ電力の量を高いレベルに維持することができる。

【0030】

一実施形態によれば、ＲＦ信号源３４０は、ＲＦ信号発生器３４２と、電力増幅器（例えば、１つ以上の電力増幅器段３４４，３４６を含む）とを含む。ＲＦ信号発生器３４２は、システムコントローラ３３０が供給する制御信号に応じて、ＩＳＭ（産業科学医療）バンドの周波数を有する発振電気信号を生成するように構成されるが、他の周波数帯での動作をサポートするようにシステムを変更することもできる。ＲＦ信号発生器３４２は、種々の実施形態では、種々の異なる電力レベルおよび／または異なる周波数の発振信号を生成するように制御され得る。例えば、ＲＦ信号発生器３４２は、約１．０メガヘルツ（ＭＨｚ）〜約５００ＭＨｚの範囲で発振する信号を生成し得る。いくつかの望ましい周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚ（＋／−５％）、２７．１２５ＭＨｚ（＋／−５％）、および４０．６８ＭＨｚ（＋／−５％）であり得る。具体的な一実施形態において、ＲＦ信号発生器３４２は、例えば、約１０デシベル（ｄＢ）〜約１５ｄＢの範囲の電力レベルで約４０．６６ＭＨｚ〜約４０．７０ＭＨｚの範囲で発振する信号を生成し得る。あるいは、発振周波数および／または電力レベルは、より低くてもよいし、より高くてもよい。

【0031】

図３の実施形態では、電力増幅器は、ドライバ増幅器段３４４および最終増幅器段３４６を含む。電力増幅器は、ＲＦ信号発生器３４２から発振信号を受信するとともに、その信号を増幅することで、それよりもかなり高電力の信号を電力増幅器の出力に生成するように構成されている。例えば、その出力信号は、約１００ワット〜約４００ワットまたは１０００ワットよりも高い範囲の電力レベルを有し得る。電力増幅器によって付与される利得は、電源バイアス回路３５０が各々の増幅器段３４４，３４６に供給するゲートバイアス電圧および／またはドレイン電源電圧を用いて制御されてもよい。具体的には、電源バイアス回路３５０は、システムコントローラ３３０から受信する制御信号に従って、バイアス電圧および電源電圧を各々のＲＦ増幅器段３４４，３４６に供給する。

【0032】

一実施形態では、各々の増幅器段３４４，３４６は、入力端子（例えば、ゲート端子または制御端子）と２つの通電端子（例えば、ソース端子およびドレイン端子）とを有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のようなパワートランジスタとして実現される。種々の実施形態において、ドライバ増幅器段３４４の入力（例えば、ゲート）に対して、および／またはドライバ増幅器段と最終増幅器段３４６との間に、および／または最終増幅器段３４６の出力（例えば、ドレイン端子）に対して、インピーダンス整合回路（図示せず）を結合してもよい。一実施形態では、それらの増幅器段３４４，３４６の各トランジスタ
は、横型拡散金属酸化膜半導体ＦＥＴ（ＬＤＭＯＳＦＥＴ）トランジスタを含む。ただし、それらのトランジスタはいずれかの特定の半導体技術に限定されるものではなく、他の実施形態では、各トランジスタは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）（例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系トランジスタ）、他のタイプのＭＯＳＦＥＴトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、または他の半導体技術を利用したトランジスタとして実現されてもよい。

【0033】

図３では、他の回路部品に特定の形態で結合される２つの増幅器段３４４，３４６を含むものとして電力増幅器装置を示している。他の実施形態では、電力増幅器装置は、他の増幅器トポロジを含んでいてもよく、さらに／または増幅器装置は、１つの増幅器段のみを含んでいてもよく、もしくは２つよりも多くの増幅器段を含んでいてもよい。例えば、電力増幅器装置は、種々の実施形態の、シングルエンド増幅器、ダブルエンド増幅器、プッシュプル増幅器、ドハティ増幅器、スイッチモード電力増幅器（ＳＭＰＡ）、または他のタイプの増幅器を含み得る。

【0034】

一実施形態では、電力検出回路３８０は、ＲＦ信号源３４０の出力と可変インピーダンス整合回路網３６０の入力との間の伝送路３４８に沿って結合されている。別の実施形態では、電力検出回路３８０は、可変インピーダンス整合回路網３６０の出力と第１の電極３７０との間の伝送路３４９に結合され得る。いずれの場合も、電力検出回路３８０は、伝送路３４８に沿って伝わる伝送信号（すなわち、ＲＦ信号源３４０から第１の電極３７０に向かう信号）および反射信号（すなわち、第１の電極３７０からＲＦ信号源３４０に向かう信号）の電力を、監視、測定、またはその他の方法で検出するように構成されている。電力検出回路３８０はさらに、伝送信号および反射信号の位相を検出するように構成されてもよく、これにより、伝送信号と反射信号との位相角度を特定することが可能となる。

【0035】

電力検出回路３８０は、伝送信号電力および反射信号電力の大きさと位相角度を伝える信号をシステムコントローラ３３０に供給する。これにより、システムコントローラ３３０は、反射信号電力対伝送信号電力の比、またはＳ１１パラメータとともに、伝送信号と反射信号との位相角度を計算することができる。以下で詳細に説明するように、伝送信号と反射信号との位相角度が加熱システムの目標位相角度と等しくない（または、目標位相角度の閾値内にある）とき、それは加熱システム３００が適切に整合されていないことを示し得る。同様に、反射対伝送電力比が閾値を超えている場合、それは加熱システム３００が適切に整合されておらず、負荷３１６によるエネルギー吸収が最適ではない可能性があることを示している。このような状況において、システムコントローラ３３０は、可変インピーダンス整合回路網の状態を変更するプロセスを調整することにより、許容し得る整合を再設定して負荷３１６へのより最適なエネルギー伝送を促進する。

【0036】

上述のように、いくつかの実施形態の加熱システム３００は、温度センサ（群）、ＩＲセンサ（群）、および／または重量センサ（群）３９０を備え得る。温度センサ（群）および／またはＩＲセンサ（群）は、加熱運転中に負荷３１６の温度の検知を可能とする位置に配置され得る。その温度情報がシステムコントローラ３３０に供給されると、システムコントローラ３３０は、可変インピーダンス整合回路網３６０の状態を調整するために、（例えば、電源バイアス回路３５０によって供給されるバイアス電圧および／または電源電圧を制御することにより）ＲＦ信号源３４０によって供給されるＲＦ信号の電力を変更し、および／または加熱運転を終了すべき時点を決定することが可能となる。重量センサ（群）は、負荷３１６の下に配置されて、負荷３１６の重量の推定値をシステムコントローラ３３０に供給するように構成されている。システムコントローラ３３０は、この情報を、例えば、ＲＦ信号源３４０によって供給されるＲＦ信号の望ましい電力レベルを決定するため、および／または可変インピーダンス整合回路網３６０の初期設定を決定する
ため、および／または加熱運転の概略継続時間を決定するために用いてもよい。

【0037】

上述のように、可変インピーダンス整合回路網３６０は、負荷３１６へのＲＦ電力伝送を可能な限り最大化するための、加熱空胴３１０と負荷３１６を合わせた入力インピーダンスの整合のために用いられる。加熱空胴３１０と負荷３１６の初期インピーダンスは、加熱運転の開始時に正確に把握されていないことがある。さらに、負荷３１６のインピーダンスは、加熱運転中に負荷３１６が加温されるにつれて変化する。一実施形態によれば、システムコントローラ３３０は、可変インピーダンス整合回路網３６０に対して、可変インピーダンス整合回路網３６０の状態を変更させる制御信号を供給し得る。これにより、システムコントローラ３３０は、加熱運転の開始時に可変インピーダンス整合回路網３６０の初期状態（例えば、反射対伝送電力比が相対的に低く、ひいては、負荷３１６によるＲＦ電力の吸収が相対的に高い初期状態）を設定することが可能となる。さらに、これにより、システムコントローラ３３０は、加熱運転中を通して、負荷３１６のインピーダンスが変化するにも関わらず適切な整合を維持し得るように、可変インピーダンス整合回路網３６０の状態を変更することが可能となる。

【0038】

一実施形態によれば、可変インピーダンス整合回路網３６０は、受動部品からなる回路網を含み得る。具体的に、可変インピーダンス整合回路網３６０は、いくつかの実施形態では、固定値インダクタ（例えば、固定値インダクタンス部品）と可変インダクタ（または、可変インダクタンス回路網）との回路網を含み得る。本明細書で使用される「インダクタ」という用語は、ディスクリートインダクタを意味するか、または他のタイプの部品（例えば、抵抗器またはコンデンサ）を介在させることなく相互に電気的に結合されたインダクタンス部品のセットを意味する。本明細書で使用される「回路網」とは、１つまたは複数の受動電気部品および能動電気部品を含み得る回路である。いくつかの実施形態において、「可変インピーダンス整合回路網」とは、少なくとも１つの受動部品（例えば、インダクタンス、キャパシタンス、抵抗、および／またはそれらの組み合わせを含む）と、通常は１つまたは複数の能動部品（例えば、トランジスタ）とを含む回路である。同様に、「可変インピーダンス回路網」とは、少なくとも１つのインダクタンスを含む回路であり、１つ以上の他の受動および／または能動部品（例えば、キャパシタンス、抵抗、トランジスタ）を含み得る。

【0039】

図４は、例示的な一実施形態による可変インピーダンス整合回路網４００（例えば、図３の可変インピーダンス整合回路網３６０）の概略図である。以下で詳細に説明するように、可変インピーダンス整合回路網４００は、基本的に２つの部分を有し、一方は、ＲＦ信号源（または、最終段の電力増幅器）を整合させるための部分であり、他方は、空胴と負荷を合わせたものを整合させるための部分である。図４のインピーダンス整合回路網４００は単に、例示的なインピーダンス整合回路網であり、他の回路網構成も利用することができる。例えば、整合回路網４００は、正の入力電圧と接地との間に接続される。他の実施形態では、インピーダンス整合回路網は、正の入力電圧と、同じ大きさの負の電圧とに接続されるように実装され得る。さらに他の可変インピーダンス整合回路網では、図４に示されたインダクタのうちの１つ以上によって提供される機能が、適切に構成されたキャパシタまたは他の構成部品によって置換され得る。

【0040】

一実施形態によれば、可変インピーダンス整合回路網４００は、入力ノード４０２と、出力ノード４０４と、第１および第２の可変インダクタンス回路網４１０，４１１と、複数の固定値インダクタ４１２〜４１５のセット４３０とを含む。加熱システム（例えば、図３のシステム３００）に組み込まれる場合、入力ノード４０２は、ＲＦ信号源（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）の出力に電気的に結合され、出力ノード４０４は、加熱空胴（例えば、図３の加熱空胴３１０）内の電極（例えば、図３の第１の電極３７０）に電気的に結合される。

【0041】

本明細書で使用される整合回路網の「直列インダクタンス」とは、回路網の入出力ノード間に結合されたインダクタンスである。これに対し、整合回路網の「分路インダクタンス」とは、入出力ノード間の経路に沿ったノードと電圧基準ノード（例えば、接地基準）との間に結合されたインダクタンスである。従って、回路網４００において、インダクタ４１２，４１４は、ノード４０２，４０４間において直列インダクタンスを形成し、インダクタ４１０は第１の分路インダクタンスを形成し、インダクタ４１１，４１３は第２の分路インダクタンスを形成し、インダクタ４１５は第３の分路インダクタンスを形成する。

【0042】

一実施形態では、可変インピーダンス整合回路網４００は、入力ノード４０２と出力ノード４０４との間において、直列結合された第１および第２の固定値インダクタ４１２，４１４を含む。第１および第２の固定値インダクタ４１２，４１４は直列インダクタンスを有し、以下で詳細に説明するように、この直列インダクタンスの実効値は、測定および計算された負荷反射係数の位相に基づいて、加熱運転中に変更される。具体的に、直列インダクタンスの実効値は、１つまたは複数の分路インダクタンスによって変更されるインダクタ４１２，４１４の値によって規定される。システムは、負荷を、実効直列インダクタンスが負荷に適切に整合する点に変換するのに必要な分路インダクタンスの値を計算する。そして、システムは、分路インダクタンスを、その計算された値に（例えば、可変インダクタ４１０，４１１によるインダクタンス値を変更することによって）変更する。一実施形態では、第１および第２の固定値インダクタ４１２，４１４は、相対的に低い周波数（例えば、約４．６６ＭＨｚ〜約４．６８ＭＨｚ）かつ高い電力（例えば、約５０ワット（Ｗ）〜約１０００Ｗ）の動作用に設計され得るので、そのサイズおよびインダクタンス値はともに比較的大きい。例えば、インダクタ４１２，４１４は、約２００ナノヘンリ（ｎＨ）〜約６００ｎＨの範囲の値を有し得るが、他の実施形態では、それらの値は、それより低くてもよいし、またはそれより高くてもよい。例示的な実施形態では、回路網４００によって提供される直列インダクタンスは、インダクタ４１２，４１４によって与えられるインダクタンスを含み、回路網４００はさらに３つの分路インダクタンスを含み、これら３つの分路インダクタンスのうちの２つは、可変分路インダクタンスである。別の実施形態において、直列インダクタンスは、単一のインダクタまたは３つ以上のインダクタ（および／または可変インダクタンス）を含んでいてもよいし、さらに／あるいは、２つ以下もしくは４つ以上の分路インダクタンスを含んでいてもよく、この場合には、１つもしくは３つ以上を可変分路インダクタンスとすることができる。

【0043】

第１の可変インダクタンス回路網４１０は、入力ノード４０２と接地基準端子（例えば、図３の接地された閉じ込め構造３１２）との間に結合された第１の分路インダクタンス回路網である。一実施形態によれば、第１の可変インダクタンス回路網４１０は、ＲＦ信号源（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）のインピーダンスを整合させるように、あるいは具体的には、最終段の電力増幅器（例えば、図３の増幅器３４６）を整合させるように、構成設定可能である。従って、第１の可変インダクタンス回路網４１０は、可変インピーダンス整合回路網４００の「電力増幅器整合部」と呼ぶことができる。この開示において、第１の可変インダクタンス回路網４１０は、可変インピーダンス整合回路網４００の可変分路インダクタンスとも呼ぶことができる。一実施形態によれば、図５に関連してさらに詳細に説明するように、第１の可変インダクタンス回路網４１０は、約２０ｎＨ〜約４００ｎＨの範囲のインダクタンスを提供するために選択的に相互に結合され得るインダクタンス部品からなる回路網を含むが、このインダクタンスの範囲は、それよりも低いインダクタンス値に及んでいてもよいし、またはそれよりも高いインダクタンス値に及んでいてもよい。

【0044】

一方、可変インピーダンス整合回路網４００の「空胴整合部」は、第１および第２のイ
ンダクタ４１２，４１４の間のノード４２０と接地基準端子との間に結合された第２の分路インダクタンス回路網４１６によって提供される。一実施形態によれば、第２の分路インダクタンス回路網４１６は、第３のインダクタ４１３と第２の可変インダクタンス回路網４１１とを含み、これらは、第３のインダクタ４１３と第２の可変インダクタンス回路網４１１との間の中間ノード４２２で直列結合されている。この開示において、第２の可変インダクタンス回路網４１１は、可変インピーダンス整合回路網４００の可変直列インダクタンスとも呼ぶことができる。この第２の可変インダクタンス回路網４１１の状態を様々なインダクタンス値を提供するように変化させることができるため、第２の分路インダクタンス回路網４１６は、空胴と負荷を合わせた（例えば、図３の空胴３１０と負荷３１６を合わせた）インピーダンスを最適に整合させるように構成設定可能である。例えば、インダクタ４１３は、約４００ｎＨ〜約８００ｎＨの範囲の値を有し得るが、他の実施形態では、その値はそれより低い範囲に及んでいてもよいし、またはそれより高い範囲に及んでいてもよい。一実施形態によれば、図５に関連してさらに詳細に説明するように、第２の可変インダクタンス回路網４１１は、約５０ｎＨ〜約８００ｎＨの範囲のインダクタンスを提供するために選択的に相互に結合され得るインダクタンス部品からなる回路網を含むが、その範囲はそれより低いインダクタンス値に及んでいてもよいし、またはそれより高いインダクタンス値に及んでいてもよい。

【0045】

最後に、可変インピーダンス整合回路網４００は、出力ノード４０４と接地基準端子との間に結合された第４のインダクタ４１５を含む。例えば、インダクタ４１５は、約４００ｎＨ〜約８００ｎＨの範囲の値を有し得るが、他の実施形態では、その値はそれより低い範囲に及んでいてもよいし、またはそれより高い範囲に及んでいてもよい。

【0046】

図７および図８に関連して以下で詳細に説明するように、インダクタ４１２〜４１５のセット４３０は、空胴（例えば、図３の空胴３１０）内に物理的に配置されてもよく、または、少なくとも閉じ込め構造（例えば、図３の閉じ込め構造３１２）の範囲内に物理的に配置されてもよい。これにより、インダクタ４１２〜４１５によって発生する放射を、周囲環境に放出するのではなくシステム内に問題なく閉じ込めることが可能となる。一方、可変インダクタンス回路網４１０，４１１は、種々の実施形態では、空胴内または閉じ込め構造内に収容されてもよいが、収容されていなくてもよい。

【0047】

一実施形態によれば、図４の可変インピーダンス整合回路網４００の実施形態は、加熱空胴３１０と負荷３１６を合わせた入力インピーダンスの整合を提供するために、「インダクタのみ」を含む。従って、この可変インピーダンス回路網４００は、「インダクタのみ」の整合回路網とみなし得る。本明細書において可変インピーダンス整合回路網の構成部品を説明する際に使用される「インダクタのみ」または「インダクタ限定」という表現は、その回路網が有意な抵抗値を有するディスクリート抵抗器または有意な容量値を有するディスクリートコンデンサを含まないことを意味する。場合によっては、整合回路網の構成部品間の導電伝送線路は、抵抗が最小限のものであってもよく、さらに／または、回路網内で生じる寄生容量は最小限であってもよい。このような最小限の抵抗および／または最小限の寄生容量は、「インダクタのみ」の回路網の実施形態を、抵抗器および／またはコンデンサも含む整合回路網に転換するものと解釈されるべきではない。しかしながら、他の実施形態の可変インピーダンス整合回路網は、異なる構成のインダクタのみの整合回路網、ならびに、ディスクリートインダクタ、ディスクリートコンデンサ、および／またはディスクリート抵抗器の組み合わせを含む整合回路網を含み得ることは、当業者であれば理解し得る。図６に関連してさらに詳細に説明するように、「インダクタのみ」の整合回路網は、インダクタンス部品のみを用いて、または主にインダクタンス部品を用いて、容量性負荷のインピーダンス整合を可能とする整合回路網と、代替的に定義し得る。

【0048】

図５は、可変インピーダンス整合回路網に（例えば、図４の可変インダクタンス回路網
４１０および／または４１１として）組み込むことができる例示的な一実施形態による可変インダクタンス回路網５００の概略図である。この回路網５００は、入力ノード５３０と、出力ノード５３２と、入力ノード５３０と出力ノード５３２との間に相互に直列結合された複数Ｎ個のディスクリートインダクタ５０１〜５０４とを有し、ここで、Ｎは、２〜１０の間またはさらに大きい整数とすることができる。さらに、この回路網５００は、複数Ｎ個のスイッチ５１１〜５１４を有し、各々のスイッチ５１１〜５１４は、インダクタ５０１〜５０４のうちの１つのインダクタの両端子間に並列結合されている。これらのスイッチ５１１〜５１４は、例えば、トランジスタ、メカニカルリレー、またはメカニカルスイッチとして実現され得る。各々のスイッチ５１１〜５１４の導電状態（すなわち、開または閉）は、システムコントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）からの制御信号５２１〜５２４を用いて制御される。

【0049】

並列なインダクタ／スイッチの組み合わせのそれぞれでは、対応するスイッチが開状態または非導電状態にあるときには、略すべての電流がインダクタを通って流れ、そのスイッチが閉状態または導電状態にあるときには、略すべての電流がスイッチを通って流れる。例えば、図５に示すように、すべてのスイッチ５１１〜５１４が開いているときには、入力ノード５３０と出力ノード５３２との間に流れる略すべての電流は、直列接続されたインダクタ５０１〜５０４を通って流れる。この構成は、回路網５００の最大インダクタンス状態（すなわち、入力ノード５３０と出力ノード５３２との間に最大インダクタンス値を示す、回路網５００の状態）を表している。一方、すべてのスイッチ５１１〜５１４が閉じているときには、入力ノード５３０と出力ノード５３２との間に流れる略すべての電流は、インダクタ５０１〜５０４を迂回して、代わりにスイッチ５１１〜５１４、ならびにノード５３０，５３２およびスイッチ５１１〜５１４間の導電性相互接続を通って流れる。この構成は、回路網５００の最小インダクタンス状態（すなわち、入力ノード５３０と出力ノード５３２との間に最小インダクタンス値を示す、回路網５００の状態）を表している。最小インダクタンス値は、略ゼロインダクタンスとなるのが理想的である。しかしながら、実際には、スイッチ５１１〜５１４、ならびにノード５３０，５３２およびスイッチ５１１〜５１４間の導電性相互接続の積算インダクタンスによって、最小インダクタンス状態では「トレース」インダクタンスが発生する。例えば、最小インダクタンス状態で、可変インダクタンス回路網５００のトレースインダクタンスは、約２０ｎＨ〜約５０ｎＨの範囲であり得るが、このトレースインダクタンスは、それより小さい範囲に及んでいてもよいし、またはそれより大きい範囲に及んでいてもよい。また、他の回路網状態のそれぞれにおいても同様に、それより大きい範囲に及ぶか、それより小さい範囲に及ぶか、または略同等のトレースインダクタンスが本質的に発生することがあり、その場合、どの回路網状態でも、トレースインダクタンスは、回路網５００に流れる電流が主に流れる導体とスイッチの配列のインダクタンスの総和である。

【0050】

すべてのスイッチ５１１〜５１４が開いている最大インダクタンス状態から開始して、システムコントローラは、任意の組み合わせのスイッチ５１１〜５１４を閉じることで対応する組み合わせのインダクタ５０１〜５０４を迂回させることにより回路網５００のインダクタンスを低減する結果となる制御信号５２１〜５２４を供給し得る。一実施形態では、各インダクタ５０１〜５０４は、本明細書では正規化値Ｉと呼ぶ、略同じインダクタンス値を有する。例えば、各インダクタ５０１〜５０４は、約１００ｎＨ〜約２００ｎＨの範囲の値、または他の何らかの値を有し得る。そのような実施形態では、回路網５００の最大（すなわち、すべてのスイッチ５１１〜５１４が開状態であるときの）インダクタンス値は、約Ｎ×Ｉに、この最大インダクタンス状態にあるときの回路網５００で発生し得るトレースインダクタンスを加えたものとなる。任意のｎ個のスイッチが閉状態にあるときには、回路網５００のインダクタンス値は、約（Ｎ−ｎ）×Ｉ（さらにトレースインダクタンスを加えたもの）となる。そのような実施形態では、回路網５００の状態を、Ｎ＋１通りのインダクタンス値のいずれかを有するように構成設定し得る。

【0051】

別の実施形態では、インダクタ５０１〜５０４は、互いに異なる値を有し得る。例えば、入力ノード５３０から出力ノード５３２に向かって、第１のインダクタ５０１は、正規化インダクタンス値Ｉを有し得るとともに、直列の後続のインダクタ５０２〜５０４の各々は、より大きいインダクタンス値またはより小さいインダクタンス値を有し得る。例えば、後続のインダクタ５０２〜５０４の各々は、最も近い上流側のインダクタ５０１〜５０３のインダクタンス値の倍数（例えば、約２倍）のインダクタンス値を有し得るが、その差は必ずしも整数倍でなくてもよい。そのような実施形態では、回路網５００の状態を、２^N通りのインダクタンス値のいずれかを有するように構成設定し得る。例えば、Ｎ＝４であって、各インダクタ５０１〜５０４は異なる値を有する場合に、回路網５００を、１６通りのインダクタンス値のいずれかを有するように構成設定し得る。限定するものではない例として、インダクタ５０１は値Ｉを有し、インダクタ５０２は値２×Ｉを有し、インダクタ５０３は値４×Ｉを有し、インダクタ５０４は値８×Ｉを有すると仮定すると、以下の表１は、回路網５００の１６通りの可能なすべての状態についての（トレースインダクタンスを考慮しない）総インダクタンス値を示している。

【0052】

【表1】

再び図４を参照すると、一実施形態の可変インダクタンス回路網４１０は、上記の例の特性を有する（すなわち、Ｎ＝４であって、後続の各インダクタは、前のインダクタの約２倍のインダクタンスである）可変インダクタンス回路網５００の形態で実現され得る。最小インダクタンス状態でのトレースインダクタンスは約２０ｎＨであって、回路網４１０で実現できるインダクタンス値の範囲は約２０ｎＨ（トレースインダクタンス）〜約４００ｎＨであると仮定すると、インダクタ５０１〜５０４の値は、例えば、それぞれ、約３０ｎＨ、約５０ｎＨ、約１００ｎＨ、約２００ｎＨであり得る。同様に、一実施形態の可変インダクタンス回路網４１１を同じ形態で実現する場合に、トレースインダクタンスは約５０ｎＨであって、回路網４１１で実現できるインダクタンス値の範囲は約５０ｎＨ（トレースインダクタンス）〜約８００ｎＨであると仮定すると、インダクタ５０１〜５０４の値は、例えば、それぞれ、約５０ｎＨ、約１００ｎＨ、約２００ｎＨ、約４００ｎＨであり得る。勿論、いずれの可変インダクタンス回路網４１０，４１１も、４つよりも多数または少数のインダクタ５０１〜５０４を含んでもよく、それぞれの回路網４１０，４１１のインダクタの値は異なっていてもよい。

【0053】

上記の例示的な実施形態では、回路網５００のスイッチ付きインダクタンスの数が４であること、かつ各インダクタ５０１〜５０４が値Ｉの数倍の値を有することを規定しているが、別の実施形態の可変インダクタンス回路網は、４つよりも多数または少数のインダクタ、異なる相対値のインダクタ、異なる数の可能な回路網状態、および／または異なる構成のインダクタ（例えば、接続形態が異なる、並列結合および／または直列結合されたインダクタのセット）を有し得る。いずれの場合も、加熱システムのインピーダンス整合回路網内に可変インダクタンス回路網を設けることによって、システムを、加熱運転中に絶えず変化する空胴入力インピーダンスにより良く整合させることが可能となり得る。

【0054】

実装では、可変インダクタンス回路網５００は、数百またはそれ以上のインダクタを用いて実装され得る。各インダクタは対応するスイッチを有し、これらのインダクタは可変インダクタンス回路網５００が多数（例えば、数千）のインダクタンス状態を取り得ることを可能にする。例えば、１１個の異なるスイッチ付きインダクタを有し、各々が異なるインダクタンス値を有する可変インダクタンス回路網５００の実装は、数千の異なるインピーダンス値を生成するように用いられ得る。

【0055】

図６は、可変インピーダンス整合回路網（例えば、図３、４の回路網３６０、４００）の一実施形態における複数のインダクタンスによって、いかに入力空胴インピーダンスをＲＦ信号源に整合させ得るのかを示すスミスチャート６００の一例である。図６のチャートは、システムのインピーダンスを示している。この例のスミスチャート６００は、システムは５０オーム・システムであり、ＲＦ信号源の出力は５０オームであることを想定している。当業者であれば、本明細書の記載に基づき、異なる特性インピーダンスを有するシステムおよび／またはＲＦ信号源の場合にスミスチャートをいかに変更できるのかを理解し得る。

【0056】

このスミスチャート６００では、点６０１は、（例えば、加熱運転の開始時に）可変インピーダンス整合回路網（例えば、図３および図４の回路網３６０，４００）によって提供される整合がないときに（例えば、図３の空胴３１０と負荷３１６を合わせた）負荷が位置する点に相当する。スミスチャート６００の右下の象限にある負荷点６０１の位置によって示されるように、この負荷は容量性負荷である。一実施形態によれば、可変インピーダンス整合回路網の分路インダクタンスおよび直列インダクタンスによって、略容量性の負荷インピーダンスを、負荷へのＲＦエネルギー伝送が最小限の損失で実現し得る最適整合点６０６（例えば、５０オーム）に向かって順に遷移させる。具体的には、図４も参照すると、分路インダクタンス４１５によってインピーダンスを点６０２に遷移させ、直列インダクタンス４１４によってインピーダンスを点６０３に遷移させ、分路インダクタ
ンス４１６によってインピーダンスを点６０４に遷移させ、直列インダクタンス４１２によってインピーダンスを点６０５に遷移させ、分路インダクタンス４１０によってインピーダンスを最適整合点６０６に遷移させる。

【0057】

なお、いくつかの実施形態の可変インピーダンス整合回路網により提供されるインピーダンス変換の組み合わせによって、インピーダンスは、スミスチャート６００の右下の象限内またはそれに極めて近い任意の点に維持される。スミスチャート６００のこの象限は、相対的に高いインピーダンスかつ相対的に低い電流により特徴付けられるので、このインピーダンス変換は、回路の構成部品に損傷を与える可能性のある相対的に高い電流を受けることなく実現される。従って、本明細書で使用される「インダクタのみ」の整合回路網の代替的な定義は、インダクタンス部品のみを用いて、または主にインダクタンス部品を用いて、容量性負荷のインピーダンス整合を可能とする整合回路網であり得るが、この場合、インピーダンス整合回路網は、概ねスミスチャートの右下の象限内で変換を行う。

【0058】

前述のように、加熱運転中に負荷のインピーダンスは変化する。従って、それに応じて点６０１は加熱運転中に移動する。この負荷点６０１の移動を、上述の実施形態によれば、第１および第２の分路インダクタンス４１０，４１１のインピーダンスを変化させることによって補償することで、可変インピーダンス整合回路網が提供する最終的な整合は、依然として最適整合点６０６またはその付近に達し得る。本明細書では特定の可変インピーダンス整合回路網について図示および記載しているが、当業者であれば、本明細書の記載に基づき、スミスチャート６００で伝えるのと同じ結果または同様の結果を、異なる構成の可変インピーダンス整合回路網によって実現し得ることを理解し得る。例えば、別の実施形態の可変インピーダンス整合回路網は、それよりも多数または少数の分路インダクタンスおよび／もしくは直列インダクタンスを有していてもよく、さらに／またはそれらのインダクタンスのうち可変インダクタンス回路網として構成されるものは（例えば、直列インダクタンスのうちの１つまたは複数を含む）異なるものであってもよい。従って、本明細書では特定の可変インピーダンス整合回路網について図示および記載しているものの、本発明の主題は、図示および記載した実施形態に限定されない。

【0059】

図７および図８に関連して、加熱システムの特定の物理的構成について以下に説明する。具体的には、図７は、例示的な一実施形態による加熱システム７００の断面側面図であり、図８は、加熱システム７００の一部の斜視図である。一実施形態では、加熱システム７００は、主に、加熱空胴７７４と、ユーザインタフェース（図示せず）と、システムコントローラ７３０と、ＲＦ信号源７４０と、電源バイアス回路（図示せず）と、電力検出回路７８０と、可変インピーダンス整合回路網７６０と、第１の電極７７０と、第２の電極７７２と、を備える。さらに、いくつかの実施形態では、解凍システム７００は、重量センサ（群）７９０、温度センサ（群）、および／またはＩＲセンサ（群）７９２を備え得る。

【0060】

一実施形態では、加熱システム７００は、閉じ込め構造７５０内に収容される。一実施形態によれば、閉じ込め構造７５０は、３つの内部領域、すなわち、加熱空胴７７４と、固定インダクタ領域７７６と、回路収容領域７７８とを画成し得る。閉じ込め構造７５０は底壁、天壁、および側壁を有する。閉じ込め構造７５０の壁のうちのいくつかの内面の一部によって、加熱空胴７７４を画定し得る。加熱空胴７７４は、負荷７１６を配置し得る空気空胴によって隔離された第１および第２の平行平板電極７７０，７７２を有する容量式加熱装置を含む。例えば、第１の電極７７０が空気空胴の上方に配置されてもよく、第２の電極７７２が、閉じ込め構造７５０の導電部（例えば、閉じ込め構造７５０の底壁の一部）によって提供されてもよい。あるいは、第２の電極７７２が閉じ込め構造７５０とは別の導電板で形成されてもよい。一実施形態によれば、第１の電極７７０を空気空胴の上方に懸架するため、第１の電極７７０を閉じ込め構造７５０から電気的に絶縁するた
め、および空気空胴に対して第１の電極７７０を固定された物理的な向きに保持するために、非導電性支持構造（群）７５４を採用し得る。

【0061】

一実施形態によれば、閉じ込め構造７５０は、少なくとも部分的に導電性材料で形成され、システムの各種電気部品に対して接地基準を提供するために、閉じ込め構造の導電部（群）は接地され得る。あるいは、少なくとも第２の電極７７２に対応する閉じ込め構造７５０の部分を導電性材料で形成するとともに接地してもよい。負荷７１６と第２の電極７７２との直接接触を避けるために、第２の電極７７２上に非導電性バリア７５６を配置してもよい。

【0062】

重量センサ（群）７９０は、システム７００に備えられる場合には、負荷７１６の下に配置される。重量センサ（群）７９０は、負荷７１６の重量の推定値をシステムコントローラ７３０に供給するように構成されている。温度センサ（群）および／またはＩＲセンサ（群）７９２は、加熱運転中と加熱運転の前後のいずれでも負荷７１６の温度の検知を可能とする位置に配置され得る。一実施形態によれば、温度センサ（群）および／またはＩＲセンサ（群）７９２は、負荷温度の推定値をシステムコントローラ７３０に供給するように構成されている。

【0063】

一実施形態において、システムコントローラ７３０の各種構成部品の一部またはすべてと、ＲＦ信号源７４０、電源バイアス回路（図示せず）、電力検出回路７８０、および可変インピーダンス整合回路網７６０の部分７１０，７１１は、閉じ込め構造７５０の回路収容領域７７８内で共通基板７５２に結合され得る。一実施形態によれば、システムコントローラ７３０は、共通基板７５２上または共通基板７５２内で、種々の導電性相互接続を介して、ユーザインタフェース、ＲＦ信号源７４０、可変インピーダンス整合回路網７６０、および電力検出回路７８０に結合されている。さらに、一実施形態では、電力検出回路７８０は、ＲＦ信号源７４０の出力と可変インピーダンス整合回路網７６０の入力７０２との間の伝送路７４８に沿って結合されている。例えば、基板７５２として、マイクロ波積層基板もしくはＲＦ積層基板、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）基板、プリント回路基板（ＰＣＢ）材料基板（例えば、ＦＲ−４）、アルミナ基板、セラミックタイル、または他のタイプの基板を含んでもよい。種々の代替実施形態では、それらの構成部品のうちの様々な部品を、基板および構成部品の間に電気的相互接続を用いて様々に異なる基板に結合してもよい。さらに他の代替実施形態では、それらの構成部品の一部またはすべてを、別の基板に結合するのではなく、空胴壁に結合してもよい。

【0064】

一実施形態では、第１の電極７７０は、可変インピーダンス整合回路網７６０および伝送路７４８を介してＲＦ信号源７４０に電気的に結合されている。前述のように、可変インピーダンス整合回路網７６０は、可変インダクタンス回路網７１０，７１１（例えば、図４の回路網４１０，４１１）と、複数のインダクタ７１２〜７１５（例えば、図４のインダクタ４１２〜４１５）とを含む。一実施形態では、可変インダクタンス回路網７１０，７１１は、共通基板７５２に結合されて、回路収容領域７７８内に配置されている。一方、インダクタ７１２〜７１５は、閉じ込め構造７５０の固定インダクタ領域７７６内（例えば、共通基板７５２と第１の電極７７０との間）に配置される。導電性構造（例えば、導電性ビアまたは他の構造）によって、回路収容領域７７８内の回路と固定インダクタ領域７７６内のインダクタ７１２〜７１５との間の電気通信を提供してもよい。

【0065】

システム７００についての理解を深めるために、以下で、図７および８に示す可変インピーダンス整合回路網７６０のノードおよび構成部品を、図４に示す可変インピーダンス整合回路網４００のノードおよび構成部品と相関付ける。具体的には、一実施形態によれば、可変インピーダンス整合回路網７６０は、入力ノード７０２（例えば、図４の入力ノード４０２）と、出力ノード７０４（例えば、図４の出力ノード４０４）と、第１および
第２の可変インダクタンス回路網７１０，７１１（例えば、図４の可変インダクタンス回路網４１０，４１１）と、複数のインダクタ７１２〜７１５（例えば、図４のインダクタ４１２〜４１５）とを含む。入力ノード７０２は、種々の導電性構造（例えば、導電性ビアおよび導電性トレース）を介してＲＦ信号源７４０の出力に電気的に結合されており、出力ノード７０４は、第１の電極７７０に電気的に結合されている。

【0066】

一実施形態では、可変インピーダンス整合回路網７６０は、入力ノード７０２と出力ノード７０４（例えば、図４の入力ノード４０２と出力ノード４０４）との間に、固定インダクタ領域７７６内に配置された４つの固定値インダクタ７１２〜７１５（例えば、図４のインダクタ４１２〜４１５）を含む。インダクタ７１２〜７１５は集中インダクタであり得る。図７と固定インダクタ領域７７６の上面斜視図を示す図８との両方を同時に参照することで、固定インダクタ領域７７６内のインダクタ７１２〜７１５の物理的構成の一実施形態についての理解を深めることができる。図８において、インダクタ７１２〜７１５の下にある不規則な形状の網掛け領域は、第１の電極７７０の上方の空間においてインダクタ７１２〜７１５は浮いて懸吊されていることを表している。すなわち、それらの網掛け領域は、インダクタ７１２〜７１５が空気によって第１の電極７７０から電気的に絶縁されている位置を示している。なお、空気誘電体ではなく、これらの領域に非導電性スペーサを備えてもよい。

【0067】

一実施形態では、第１のインダクタ７１２は、入力ノード７０２に（ひいては、ＲＦ信号源７４０の出力に）電気的に結合された第１の端子と、第１の中間ノード７２０（例えば、図４のノード４２０）に電気的に結合された第２の端子とを有する。第２のインダクタ７１３は、第１の中間ノード７２０に電気的に結合された第１の端子と、第２の中間ノード７２２（例えば、図４のノード４２２）に電気的に結合された第２の端子とを有する。第３のインダクタ７１４は、第１の中間ノード７２０に電気的に結合された第１の端子と、出力ノード７０４（ひいては、第１の電極７７０）に電気的に結合された第２の端子とを有する。第４のインダクタ７１５は、出力ノード７０４（ひいては、第１の電極７７０）に電気的に結合された第１の端子と、接地基準ノードに（例えば、接地された閉じ込め構造７５０に１つ以上の導電性相互接続を介して）電気的に結合された第２の端子とを有する。

【0068】

第１の可変インダクタンス回路網７１０（例えば、図４の回路網４１０）は、入力ノード７０２と接地基準端子（例えば、接地された閉じ込め構造７５０）との間に電気的に結合されている。最後に、第２の分路インダクタンス回路網７１１は、第２の中間ノード７２２と接地基準端子との間に電気的に結合されている。

【0069】

以上、加熱システムの電気的側面および物理的側面の実施形態について説明したが、このような加熱システムを運転する方法の種々の実施形態について、図９を参照して以下に説明する。具体的には、図９は、例示的な一実施形態による、動的負荷整合を用いて加熱システム（例えば、図１〜図３、図７のシステム１００，２１０，２２０，３００，７００）を運転する方法のフローチャートである。

【0070】

ブロック９０２で、加熱運転を開始すべきであるという指示をシステムコントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）が受信すると、本方法は開始し得る。このような指示は、例えば、ユーザがシステムの加熱空胴（例えば、図３の空胴３１０）内に負荷（例えば、図３の負荷３１６）を配置して、（例えば、ドアまたは引き出しを閉じることにより）空胴を封止し、その後（例えば、図３のユーザインタフェース３２０の）スタートボタンを押した後に、受信され得る。一実施形態では、空胴の封止によって、１つ以上の安全インタロック機構を係合させてよく、これが係合しているときには、空胴に供給されるＲＦ電力が空胴の外の環境に概ね漏洩しないことを示している。後述するように
、安全インタロック機構の係合が外れると、システムコントローラは、直ちに加熱運転を一時停止または終了させ得る。

【0071】

種々の実施形態により、システムコントローラは、任意で、負荷タイプ（例えば、肉、液体、もしくは他の材料）、初期負荷温度、および／または負荷重量を示す追加の入力を受け取り得る。例えば、負荷タイプに関する情報は、ユーザインタフェースを用いた対話によって（例えば、認められた負荷タイプのリストからユーザが選択することにより）ユーザから受け取ることができる。あるいは、システムは、負荷の外装に表示されているバーコードをスキャンするように、または負荷上のＲＦＩＤデバイスもしくは負荷内に埋め込まれたＲＦＩＤデバイスあるいは負荷のパッケージ内のＲＦＩＤデバイスから電子信号を受信するように構成され得る。初期負荷温度に関する情報は、例えば、システムの１つ以上の温度センサおよび／またはＩＲセンサ（例えば、図３および図７のセンサ３９０，７９２）から受け取ることができる。負荷重量に関する情報は、ユーザインタフェースを用いた対話によってユーザから、またはシステムの重量センサ（例えば、図３および図７のセンサ３９０，７９０）から、受け取ることができる。上述のように、負荷タイプ、初期負荷温度、および／または負荷重量を示す入力を受け取ることは、任意であり、システムは、それらの入力の一部またはすべてを受け取らない場合もある。

【0072】

ブロック９０４において、システムコントローラは、可変インピーダンス整合回路網の初期構成または初期状態を設定するために、可変インピーダンス整合回路網（例えば、図３および図４の回路網３６０，４００）に制御信号を供給する。図４および５に関連して詳述したように、それらの制御信号は、可変インピーダンス整合回路網内の可変インダクタンス回路網（例えば、図４の回路網４１０，４１１）のインダクタンスに影響を及ぼす。例えば、制御信号は、システムコントローラからの制御信号（例えば、図５の制御信号５２１〜５２４）に応じるバイパススイッチ（例えば、図５のスイッチ５１１〜５１４）の状態に影響を及ぼし得る。

【0073】

同様に、前述したように、可変インピーダンス整合回路網の第１の部分は、ＲＦ信号源（例えば、図３のＲＦ信号源３４０）または最終段の電力増幅器（例えば、図３の電力増幅器３４６）を整合させるように構成され、可変インピーダンス整合回路網の第２の部分は、空胴（例えば、図３の空胴３１０）と負荷（例えば、図３の負荷３１６）を合わせたものを整合させるように構成され得る。例えば、図４を参照すると、第１の可変分路インダクタンス回路網４１０は、ＲＦ信号源を整合させるように構成され、第２の可変分路インダクタンス回路網４１６は、空胴と負荷を合わせたものを整合させるように構成され得る。

【0074】

システムコントローラは、システムコントローラに事前に把握される負荷タイプ／重量／温度情報に基づいて可変インピーダンス整合回路網の初期構成を決定し得る。システムコントローラが利用できる負荷タイプ／重量／温度情報が事前にない場合には、システムコントローラは、ＲＦ信号源整合用に相対的に低いデフォルトのインダクタンスと、空胴整合用に相対的に高いデフォルトのインダクタンスを選択し得る。

【0075】

可変インピーダンス整合回路網の初期構成が設定された後、システムコントローラは、可変インピーダンス整合回路網の構成設定を必要に応じて調整するプロセス９１０を実行することにより、整合の品質を示す実際の測定値に基づいて、許容し得る整合または最良の整合を見つけ得る。システムコントローラが可変インピーダンス整合回路網の構成設定を調整して許容し得る整合または最良の整合を見つけるための例示的なアルゴリズムについては、図１０にさらに示され、以下で説明する。

【0076】

可変インピーダンス整合回路網の許容し得る整合または最良の整合が決定された後に、
加熱運転が開始され得る。加熱運転の開始は、ブロック９２０において、ＲＦ信号源（例えば、ＲＦ信号源３４０）が供給するＲＦ信号の電力を相対的に高い電力のＲＦ信号まで高めることを含み得る。システムコントローラは、電源バイアス回路（例えば、図３の回路３５０）への制御信号によって、ＲＦ信号の電力レベルを制御し得る。この場合、それらの制御信号によって、電源バイアス回路は、所望の信号電力レベルに適合する電源電圧およびバイアス電圧を増幅器（例えば、図３の増幅器段３４４，３４６）に供給する。例えば、相対的に高い電力のＲＦ信号は、約１００Ｗ〜約１０００Ｗまたはそれ以上の範囲の電力レベルを有する信号であり得るが、異なる電力レベルを代わりに用いてもよい。

【0077】

ブロック９２４において、システムコントローラは、可変インピーダンス整合回路網を再較正する基準が満たされているか否かを判定する。この基準は、例えば、ブロック９１０の整合アルゴリズムが最後に実施または実行されてから所定時間が経過したときに満たされ得る。あるいは、この基準は、計算された１つの反射対伝送信号電力比またはＳ１１パラメータと閾値（所定の閾値かもしくは以前の信号電力比に基づく閾値）とをシステムコントローラによって比較することを伴い得る。また、この比較では、以前に計算された多数の反射対伝送電力比もしくはＳ１１パラメータの平均（または他の計算値）をシステムコントローラによって求めることを伴い得る。この基準が満たされているか否かを判定するために、システムコントローラは、その計算した比および／またはＳ１１パラメータを、例えば閾値と比較し得る。例えば、一実施形態において、システムコントローラは、計算した反射対伝送信号電力比を、閾値である１０％（または他の何らかの値）と比較し得る。比が１０％未満である場合、その整合が許容し得るものに維持されており、基準が満たされていないことを示し得る。一方、比が１０％超である場合には、基準が満たされており、その整合はもはや許容し得ないものであることを示し得る。

【0078】

潜在的に許容し得ない整合であることを示す再較正基準が満たされる場合には、システムコントローラは、プロセス９１０を再度実行することによって可変インピーダンス整合回路網の再較正を開始し得る。これにより、加熱処理をより効率的に行うことが可能となる。これは、前述のように、加熱運転の過程では、負荷（例えば、図３の負荷３１６）の加温に伴い負荷のインピーダンスが変化することにより、可変インピーダンス整合回路網によってもたらされる整合が劣化または変化し得るためである。例えば、食品が解凍または調理されると、食品の内部構造変化によって食品のインピーダンスが変化する。これにより、可変インピーダンス整合回路網によって達成される整合性が低下し、食品へのエネルギー伝送の効率が低下する。

【0079】

ブロック９２４を再び参照すると、可変インピーダンス整合回路網の再較正基準が満たされていないとシステムコントローラが判定すると、システムは、ブロック９２６において、終了条件が発生しているか否かを評価し得る。実際には、終了条件が発生しているかどうかの判断は、加熱処理中の任意の時点で生じ得る割り込み駆動による処理とすることができる。しかしながら、この判断を図９のフローチャートに組み入れる目的のために、その処理がブロック９２４の後に生じるものとして示されている。

【0080】

いずれの場合も、いくつかの条件が、加熱運転の停止の根拠となり得る。例えば、システムは、安全インタロックが破られたときに、終了条件が発生していると判断し得る。あるいは、システムは、ユーザが（例えば、図３のユーザインタフェース３２０を介して）設定したタイマが満了すると、または加熱運転をどのくらい実施すべきかの時間についてのシステムコントローラによる推定値に基づいてシステムコントローラが設定したタイマが満了すると、終了条件が発生していると判断し得る。さらに他の代替実施形態では、システムは、その他の方法で加熱処理の完了を検出し得る。

【0081】

終了条件が発生していない場合には、システムコントローラは、ブロック９２０，９２
４（さらには、必要に応じて整合回路網再構成プロセス９１０）を反復的に実行することにより、加熱運転を継続し得る。終了条件が発生しているときには、ブロック９２８で、システムコントローラは、ＲＦ信号源によるＲＦ信号の供給を停止させる。例えば、システムコントローラは、ＲＦ信号発生器（例えば、図３のＲＦ信号発生器３４２）をディスエーブルし、および／または電源バイアス回路（例えば、図３の回路３５０）による電源電流の供給を停止し得る。さらに、システムコントローラは、ユーザが知覚可能な終了条件を示すインディシアを（例えば、表示装置に「ドアオープン」もしくは「終了」を表示することにより、または可聴音を提示することにより）ユーザインタフェースに生成させる信号を、ユーザインタフェース（例えば、図３のユーザインタフェース３２０）に送信し得る。これにより、本方法は終了し得る。

【0082】

図９に示されたブロックに関連付けられた動作の順序は、例示的な実施形態に対応するものであり、図示された順序のみにその動作シーケンスを制限するものと解釈されるべきではない。これに代えて、いくつかの動作を異なる順序で実行してもよく、さらに／またはいくつかの動作を並行して実行してもよい。

【0083】

ステップ９１０を再度参照すると、システムは、可変インピーダンス整合回路網を較正するためのいくつかのアプローチを実装し得る。例えば、システムコントローラは、可変インピーダンス整合回路網の異なる構成設定を反復的に試験することで所望のインピーダンス整合および食品負荷への所望の電力電送を達成する許容し得る構成設定を特定しようと試み得る。例えば、上記表１を再度参照すると、現在の構成において、空胴整合回路網が状態１２に対応し、ＲＦ信号源整合回路網が状態３に対応している場合、システムコントローラは、空胴整合回路網について状態１１および／または状態１３を試験し得るとともに、ＲＦ信号源整合回路網について状態２および／または状態４を試験し得る。これらの試験で肯定的な結果（すなわち、許容し得る整合）が得られない場合、システムコントローラは、空胴整合回路網について状態１０および／または状態１４を試験し得るとともに、ＲＦ信号源整合回路網について状態１および／または状態５を試験し得る。以下、同様にして反復的に試験し得ることが続く。

【0084】

ただし、多数（例えば、２０４８もしくは他の数）の状態を有するインピーダンス整合回路網では、このような反復アプローチ（すなわち、可変インピーダンス整合回路網のそれぞれ取り得る状態を反復的に試験すること）は、加熱処理の時間を容認できない長さに延長し得る延長時間を必要とし得る。例えば、可変インピーダンス整合回路網の十分の数の状態を試験して満足できる整合を達成するために１０秒以上もかかる場合がある。わずか２秒間の加熱処理が可変インピーダンス整合回路網の較正に多くの（例えば、３秒もしくはそれ以上の）時間を必要とする場合があり、加熱時間を顕著に増加させる可能性がある。

【0085】

図１０は、システムコントローラが可変インピーダンス整合回路網を較正する方法のフローチャートである。図１０によって示された方法は、例えば、図９の較正ステップ９１０の一部としてシステムコントローラにより実施され得る。図１０の方法は、加熱または解凍運転が開始される前において、可変インピーダンス整合回路網の初期設定中に実行され得るか、または加熱システムにおいて食品負荷のインピーダンスが時間とともに変化する際に図９のフローチャートに示される再較正処理の一部として加熱または解凍運転中に複数回実施され得る。このため、図１０の方法は、解凍処理中に反復的に実行されてもよい。

【0086】

一実施形態によれば、可変インピーダンス整合回路網が較正／再較正されている時間中に入力信号の電力レベルが低減される。従って、この処理により、ステップ１００２で、ＲＦ信号源（例えば、ＲＦ信号源３４０）は可変インピーダンス整合回路網を介して第１
の電極（例えば、第１の電極３７０）に相対的に低い電力のＲＦ信号を供給し得る。システムコントローラは、電源バイアス回路（例えば、図３の回路３５０）への制御信号によりＲＦ信号電力レベルを制御し得る。この制御信号により、電源バイアス回路は、所望の信号電力レベルに相当する電源バイアス電圧を増幅器（例えば、図３の増幅器段３４４，３４６）に供給する。例えば、相対的に低い電力のＲＦ信号は、約１０Ｗから約２０Ｗの範囲の電力レベルを有する信号であり得るが、これに代えて、異なる電力レベルが使用されてもよい。整合調整処理９１０における相対的に低い電力レベルの信号は、空胴または負荷を損傷するリスク（例えば、初期整合によって高い反射電力が生じる場合など）や、可変インピーダンス整合回路網のスイッチング部品を損傷するリスク（例えば、スイッチ接点間のアーク放電による損傷）を低減するために望ましい場合がある。低電力ＲＦ信号は、加熱システムの典型的な動作周波数における連続波信号とすることができる。なお、このステップは一般には、加熱チャンバへの高電力ＲＦ信号の供給を指示する図９の方法のステップ９２０を中断する。

【0087】

ステップ１００４において、コントローラ（例えば、図３のシステムコントローラ３３０）は、ステップ１００２で生成された低電力ＲＦ信号から生じる伝送ＲＦ信号（または「入射」ＲＦ信号）と加熱空胴で反射した反射ＲＦ信号との位相角度、すなわち反射係数（Γ）を決定する。システムコントローラ３３０は、図３の電力検出回路３８０を用いて、例えばＲＦ信号源３４０と電極３７０との間に位置する伝送路内の伝送および反射信号を測定し得る。反射係数Γ（ガンマ）は、この伝送路に沿って測定される伝送および反射ＲＦ信号の位相差（度またはラジアン）として計算することができる。例えば、反射係数Γ_Ｌは、次式、
Γ_Ｌ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ＋／Ｖ−）
で計算され得る。ここで、Ｖ＋は、入射ＲＦ信号の電圧を示し、Ｖ−は、反射ＲＦ信号の電圧を示す。

【0088】

位相角度（すなわち、ガンマ）がステップ１００４で決定された後に、ステップ１００６において、その位相角度が所定の閾値と比較される。概して、それぞれの加熱システムは、加熱中の食品負荷への許容し得る電力電送を（それが観測された場合に）示す所定の目標位相角度に関連付けられ得る。この好ましい位相角度は、任意の適切な技術を用いて決定することができ、例えば、典型的な食品負荷が置かれたサンプル加熱システムの動作を試験またはシミュレーションすることにより、その特定の加熱システムの効率的な動作を示す位相角度を直接測定することを伴い得る。一実施形態によれば、目標位相角度は、５度未満の範囲から約４５度未満の範囲までであるが、この目標位相角度は、より小さな角度であってもよいし、より大きな角度であってもよい。所定の閾値は、例えば最大目標位相角度とすることができる。

【0089】

入射ＲＦ信号と反射ＲＦ信号との比から計算されたガンマ（Γ_Ｌ）の値が所定の閾値と比べて好ましくないとき、システムコントローラは、可変インピーダンス整合回路網（例えば、回路網４００）によって導入されている実効直列インダクタンスの量を調整する。この較正処理を、スミスチャートを参照して以下に説明する。

【0090】

図１１は、図９の方法によって実行され得る例示的な較正処理を示すスミスチャートである。図１１のチャートは、システムのアドミッタンスを示している。図１１において、例えばライン１１０２は、較正された加熱システムの好ましい位相角度を表し得る。装置の一つのタイプにおいて、例えば目標位相角度は５度に等しいものとすることができる。

【0091】

加熱システムにおいて計算された位相角度と目標位相角度との差が閾値未満である（測定された位相角度が目標位相角度に近いことを示す）とき、方法は、ステップ１０１２に進み得る。しかしながら、加熱システムにおいて計算された位相角度と目標位相角度との
差が閾値より大きいとき、方法はステップ１０１０に進み得る。

【0092】

図１１を参照すると、点１１０４は、伝送ＲＦ信号と反射ＲＦ信号との位相角度が大きく、ステップ１００６で設定される閾値を超える点（例えば、Γ_Ｌ）に相当する。典型的なシステムでは、閾値の位相角度は５度未満から約４５度未満までとすることができる。

【0093】

図１０に戻り、位相角度が所定の目標位相角度を超えているとコントローラがステップ１００６において判定すると、コントローラは、ステップ１０１０において、可変インピーダンス整合回路網内の可変インダクタンス回路網を調整することにより、ステップ１００４で測定された位相角度をシステム目標値に向けて変化させる（例えば、図４に示されるような整合回路網の場合、コントローラは可変インダクタンス４１０，４１１の一方または両方を調整し得るが、他の整合回路網では、異なるインダクタンス（またはキャパシタンス）が調整され得る）。これは、Γ_Ｌを点Γ_Ｍに変換することに相当し、ここで、Γ_Ｍは図１１のチャートの円に整合するＧ＝１上の点である。ステップ１０１０は、例えば、コントローラが図４の可変インピーダンス整合回路網４００の可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを変更することを伴い得る。従って、ステップ１０１０は、コントローラが可変インピーダンス整合回路網４００を調整して十分な直列インダクタンスを提供することにより、位相角度を加熱システムの好ましい値に向けて変化させることを伴い得る。

【0094】

このステップを説明するために、図１１を参照すると、測定された位相角度が点１１０４に対応する（測定された位相角度がライン１１０２で示された目標位相角度とは実質的に異なることを示す）場合、コントローラは、可変インピーダンス整合回路網の直列インダクタンスの実効インダクタンスを（例えば可変インピーダンス整合回路網４００の可変インダクタンス回路網４１１を変更することによって）調整することで、その位相角度を図１１の点１１０６に向けて変化させ得る。図示されるように、点１１０６は、加熱システムの目標位相角度を表すライン１１０２に位置する。具体的に、コントローラは、分路インダクタンス回路網（例えば、回路網４１１）を調整することにより、Γ_Ｌを点１１０６に変換する。ここで、点１１０６は、Γ_Ｌと同じ一定抵抗の円上（または実質的にその円上であるかもしくはその円の近く）にある。

【0095】

一般には、コントローラは、制御信号を送ることにより、加熱システムの目標位相角度を達成する任意の適切な方法で可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを調整することができる。例えば、システムコントローラは、可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスをランダムに変化させる制御信号を送信し得る。そして、システムコントローラは、インダクタンスの変化毎に、伝送ＲＦ信号および反射ＲＦ信号を再測定するとともに位相角度を再計算して、位相角度が所定の目標位相角度と比べてどの程度であるか（すなわち、測定された位相角度が所定の目標位相角度よりも大きいのかそれとも小さいのか）を判定する。別の実施形態では、コントローラは、制御信号を送り、ステップ１００４で決定された位相角度とシステム目標位相角度との比較によって少なくとも部分的に特定される方法で可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを調整し得る。例えば、ステップ１００４で決定された位相角度が加熱システムの目標位相角度よりも大きい場合（例えば、位相角度が閾値と比べて好ましくない場合）、コントローラは、検出された位相角度が目標位相角度に十分近づいている（すなわち、閾値となっているまたは閾値を下回っている）と判定するまで、可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを反復的に減少（または変化）させ得る。逆に、ステップ１００４で決定された位相角度が加熱システムの目標位相角度未満である場合（例えば、位相角度が閾値と比べて好ましい場合）、コントローラは、検出された位相角度が目標位相角度に十分近づいている（すなわち、閾値内にある）と判定するまで、可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを反復的に増加（または変化）させ得る。

【0096】

このように可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを調整する反復処理は、可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを反復的に変化させ、低電力ＲＦ信号を再供給して、ＲＦ源からの伝送路における伝送ＲＦ信号と反射ＲＦ信号との位相角度を再決定することを伴い得る。

【0097】

ステップ１０１０の実行中において可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスが調整される間は、可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスのみが変化するように、可変インピーダンス整合回路網４００内における他の可変インダクタンス回路網が変更されないようにされ得る（すなわち、一貫したインダクタンスに維持され得る）。一つの可変インダクタンス回路網のみが変更されるので、その一つの可変インダクタンス回路網の利用可能なインダクタンス状態のみが変化するものとなり、これによりステップ１０１０において可変インピーダンス整合回路網４００のすべての可変インダクタンス回路網の潜在的状態を試験することが課される場合に比べて、ステップ１０１０をより効率的にすることができる。

【0098】

ステップ１０１０が完了すると、加熱システムの位相角度は、ライン１１０２上にまたはライン１１０２の近傍に位置するものとなり、その位相角度が加熱システムの目標位相角度の閾値内に入る状態となる。しかし、このような場合でも、可変インピーダンス整合回路網がインピーダンス整合の最良値または好ましい値に達するまで十分に調整されていないことがある。具体的には、位相角度が目標値にある場合でも、伝送ＲＦ信号に対する反射ＲＦ信号の電力の比（すなわち、Ｓ１１パラメータ）が大きすぎて、システムが食品負荷にエネルギーを効率的に伝送していないことを示す場合がある。

【0099】

例えば、図１１において、点１１０８は、可変インピーダンス整合回路網４００が許容し得る状態に整合しており、エネルギーが空胴および負荷に効率的に伝送されている点を示している。従って、点１１０６は、位相角度要件を満たしているものの、加熱システムのＳ１１パラメータが相対的に大きく、加熱システムの負荷へのエネルギー伝送が効率的ではないことを示す非効率的な整合であることを示している。

【0100】

従って、図１０に戻り、ステップ１０１２において、コントローラは、伝送信号電力に対する反射信号電力の比が特定の閾値を超えているかを判定する。例えば、コントローラは、計算された反射対伝送信号電力比を閾値１０％（またはその他の値）と比較し得る。比が１０％を下回っている場合、その比は、整合が許容状態を維持しており、ステップ１０１２の閾値には達していないことを示し得る。一方、比が１０％を超えている場合、その比は、条件が満たされて整合がもはや許容し得ない状態にあることを示し得る。一般には、コントローラは、電力検出回路（例えば、図３の電力検出回路３８０）を用いて反射対伝送信号電力比を判定することで、ＲＦ信号源と第１の電極との間の伝送路（例えば、図３の伝送路３４８）に沿った伝送電力および反射電力を測定する。コントローラは、その２つの値を受け取ると、比較を行って反射信号電力と伝送信号電力との比を決定し、その比に基づくシステムのＳ１１パラメータを決定し得る。一実施形態では、コントローラは、さらなる評価または比較のために、その計算した比および／またはＳ１１パラメータを記憶し得る。

【0101】

ステップ１０１２において閾値を超えていない場合、可変インピーダンス整合回路網４００の現在の構成設定が食品負荷への最適なエネルギー伝送を行うものであることを示しており、可変インピーダンス整合回路網４００の整合が加熱システム内において最適化されているとみなされ得る。このため、方法は、ステップ１００８に進んで終了する。

【0102】

しかしながら、ステップ１０１２において閾値を超えている場合、可変インピーダンス
整合回路網４００の現在の構成設定が食品負荷への最適なエネルギー伝送を行うものではないことを示している。このため、方法は、可変インピーダンス整合回路網４００内における第２の可変インダクタンス回路網のインダクタンス値を最適化するべく、ステップ１０１４に進む。

【0103】

図１１を参照すると、点１１０６は、Ｓ１１パラメータ（伝送ＲＦ信号に対する反射ＲＦ信号の比）が所定の閾値を超える十分に大きなものである点に相当する。典型的なシステムでは、Ｓ１１パラメータの閾値は−１０ｄＢ、−１５ｄＢ、−２０ｄＢ、またはそれ以下である。

【0104】

図１０を参照すると、ステップ１０１２においてＳ１１パラメータが閾値を超えているとコントローラが判定すると、コントローラは、ステップ１０１４において、可変インピーダンス整合回路網内における第２の可変インダクタンス回路網を調整して、閾値を下回る値までＳ１１パラメータを減少させ得る（例えば、図４に示されるような整合回路網の場合、コントローラは可変インダクタンス４１０，４１１の一方または両方を調整し得るが、他の整合回路網では、異なるインダクタンス（またはキャパシタンス）が調整され得る）。

【0105】

ステップ１０１４は、例えば、コントローラが図４の可変インピーダンス整合回路網４００の可変インダクタンス回路網４１１のインダクタンスを変更することを伴い得る。従って、ステップ１０１４は、コントローラが可変インピーダンス整合回路網４００を調整して十分な分路インダクタンスを提供することにより、加熱システムのＳ１１パラメータを所望の値（例えば、図１１の点１１０８）に向けて減少させることを伴い得る。これは、Γ_ＭをインピーダンスΓ_Ｔに変換するのに必要な分路インダクタンスの量を達成するように可変インピーダンス整合回路網４００を変更することに相当する。インピーダンスΓ_Ｔは、図１１のアドミッタンスチャートでＧ＝１がΓ＝０の点と交差する点である。したがって、コントローラは、可変インピーダンス整合回路網内において、Γ_Ｔを、アドミッタンス／インピーダンスチャート上でＧ＝１がΓ＝０の点と交差する場所である点１１０８のインピーダンスまで変化させるのに必要な分路インダクタンスの量を達成するように、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスを調整する。

【0106】

例えば、図１１を参照すると、測定されたＳ１１パラメータが点１１０６に対応する（伝送ＲＦ信号電力に対する反射ＲＦ信号電力の比が閾値を超えていることを示す）場合は、コントローラは、可変インピーダンス整合回路網の分路インダクタンス（例えば、可変インピーダンス整合回路網４００の可変インダクタンス回路網４１０）のインダクタンスを調整して、Ｓ１１パラメータを図１１の点１１０８に向けて減少させる。

【0107】

概して、コントローラは、任意の適切な方法で可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスを調整することで、加熱システムの所望のＳ１１パラメータを達成し得る。例えば、システムコントローラは、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスをランダムに変化させる制御信号を可変インダクタンス回路網４１０に供給し得る。そして、インダクタンスの変化毎に、システムコントローラは、伝送ＲＦ信号電力および反射ＲＦ信号電力を再測定するとともにＳ１１パラメータを再計算して、新たなＳ１１パラメータが閾値内に入るかどうかを判定する。別の実施形態では、コントローラは、ステップ１０１２で決定されたＳ１１パラメータの値によって少なくとも部分的に特定される方法で、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスを調整し得る。例えば、ステップ１０１２で決定されたＳ１１パラメータが加熱システムの目標値よりも大きい場合は、コントローラは、検出されたＳ１１パラメータが目標値に十分近づいている（すなわち、閾値内にある）と判定するまで、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスを反復的に減少させ得るが、他の実施形態では、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンス
をむしろ増加させ得る。

【0108】

このように可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスを調整する反復処理は、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスを反復的に変化させ、低電力ＲＦ信号を再供給して、ＲＦ源からの伝送路における伝送ＲＦ信号と反射ＲＦ信号に関するＳ１１パラメータを再決定することを伴い得る。いくつかの実施形態では、位相角度よりも前に信号電力比が測定され抑制されるように、ステップ１００６，１０１０，１０１２，１０１４の順番が逆とされ得る。しかしながら、そのような実施はこうした再較正シーケンスの間に相対的に高い電力信号を生じさせ得るため比較的非効率となり得る。

【0109】

ステップ１０１４において、コントローラは、可変インダクタンス回路網４１０の値の範囲が与えられると、整合が「最良」な整合かどうかを判定するように構成され得る。例えば、可変インダクタンス回路網４１０のすべての可能な構成設定について伝送ＲＦ電力と反射ＲＦ電力を繰り返し測定し、どの構成設定であれば最も低い反射対伝送電力比となるのかを判定することによって、「最良」な整合を決定することができる。

【0110】

ステップ１０１４の実行中において可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスが調整される間は、可変インダクタンス回路網４１０のインダクタンスのみが変化するように、可変インピーダンス整合回路網４００内における他の可変インダクタンス回路網が変更されないようにされ得る（すなわち、一貫したインダクタンスに維持され得る）。一つの可変インダクタンス回路網のみが変更されるので、その一つの可変インダクタンス回路網の利用可能なインダクタンス状態のみが変化するものとなり、これによりステップ１０１４において可変インピーダンス整合回路網４００のすべての可変インダクタンス回路網の潜在的状態を試験することが課される場合に比べて、ステップ１０１４をより効率的にすることができる。

【0111】

ステップ１０１４が完了すると、可変インピーダンス整合回路網４００によってもたらされる整合が許容し得るものとなるように可変インピーダンス整合回路網４００のインピーダンスが最適化される。そして、方法は、ステップ１００８に進み、終了する。このとき、図１０の方法が図９の方法のステップ９１０の一部として実行されている場合には、図９の方法は、ステップ９２０に進み、この新たに最適化された可変インピーダンス整合回路網を通じて高電力信号が供給されることで加熱システムの負荷にエネルギーが供給される。

【0112】

概して、図１０の方法の実行中、コントローラは、可変インピーダンス整合回路網４００にその回路網内の可変インダクタンスを増加および／または減少させる制御信号を送ることによって、ステップ１０１０，１０１４において可変インダクタンス回路網４１０，４１１の構成設定を（例えば、可変インダクタンス回路網４１０，４１１を異なるインダクタンス状態とすることによって）調整する。

【0113】

一実施形態のシステムは、高周波（ＲＦ）信号を供給するように構成されたＲＦ信号源と、ＲＦ信号源の出力に電気的に結合されたインピーダンス整合回路網とを含む。インピーダンス整合回路網は、第１の可変インダクタンス回路網と、第２の可変インダクタンス回路網とを含む。また、システムは、インピーダンス整合回路網と電極との間に電気的に結合された伝送路を含む。ＲＦ信号は伝送路に沿って伝送信号を生成する。また、システムは、伝送路に沿った伝送信号と反射信号との位相角度を判定するように構成された電力検出回路と、コントローラとを含む。コントローラは、伝送信号と反射信号との位相角度が閾値位相角度よりも大きいと判定し、その伝送信号と反射信号との位相角度に基づいて第１の可変インダクタンス回路網を変更してインピーダンス整合回路網の直列インダクタンスを変化させることにより伝送信号と反射信号との位相角度を閾値位相角度よりも小さ
い第１の位相角度に減少させ、伝送信号の電力に対する反射信号の電力の比が閾値電力比よりも大きいと判定し、インピーダンス整合回路網の直列インダクタンスを変化させた後に第２の可変インダクタンス回路網を変更してインピーダンス整合回路網の分路インダクタンスを変化させることにより伝送信号の電力に対する反射信号の電力の比を閾値電力比よりも小さい第１の電力比に低減させるように構成されている。

【0114】

一実施形態のシステムは、伝送路を介して電極に高周波（ＲＦ）信号を供給するように構成されたＲＦ信号源を含む。伝送路は、固定インダクタンス値を有する固定値インダクタを含む。固定値インダクタは、第１端と第２端を有する。また、システムは、固定値インダクタの第２端と接地基準ノードとの間に結合された第１の可変インダクタンス回路網と、固定値インダクタの第１端と接地基準ノードとの間に結合された第２の可変インダクタンス回路網とを含む。固定値インダクタの第１端は、ＲＦ信号源の出力端子に結合されている。また、システムは、コントローラを含む。コントローラは、伝送路に沿って伝送信号と反射信号との位相角度を判定し、伝送信号と反射信号との位相角度に基づいて第１の可変インダクタンス回路網を変更してＲＦ信号源と電極との間のインピーダンス整合を改善し、第１の可変インダクタンス回路網を変更した後に、伝送信号の電力に対する反射信号の電力の比を判定し、第２の可変インダクタンス回路網を変更して伝送信号の電力に対する反射信号の電力の比を低減させるように構成されている。

【0115】

一実施形態の方法は、空胴に近接した電極に、インピーダンス整合回路網に接続された伝送路を介して高周波（ＲＦ）信号源によりＲＦ信号を供給することを含む。インピーダンス整合回路網は、第１の可変構成要素と第２の可変構成要素とを含む。また、方法は、伝送路に沿った伝送信号と反射信号との位相角度を判定すること、伝送信号と反射信号との位相角度に基づいて第１の可変構成要素を変更することによりＲＦ信号源と電極との間のインピーダンス整合を改善すること、第１の可変構成要素を変更した後に、伝送信号の電力に対する反射信号の電力の比を判定すること、第２の可変構成要素のインダクタンスを変更して、伝送信号の電力に対する反射信号の電力の比を低減させることを含む。

【0116】

本明細書に含まれる各種図面に示される接続線は、各種要素間の例示的な機能的関係および／または物理的結合を表す。なお、本主題の実施形態では、多くの代替的もしくは追加的な機能的関係または物理的結合があり得る。さらに、単なる参照を目的として、特定の用語が本明細書で使用されることもあるが、それらは限定するものではなく、構造を指す「第１の」、「第２の」という用語、およびそのような他の数的用語は、文脈で明確に示していない限り、順序または順番を意味するものではない。

【0117】

本明細書で使用される「ノード」とは、任意の内部または外部の基準点、接続点、結合部、信号線、導電素子などを意味し、このノードには、所与の信号、論理レベル、電圧、データパターン、電流、または量が存在する。また、２つ以上のノードを、１つの物理的要素で実現する場合もある（さらに、２つ以上の信号を、共通ノードで受信または出力しても、多重化、変調、またはその他の方法で識別が可能である）。

【0118】

上記の説明では、相互に「接続されている」もしくは「結合されている」要素またはノードまたは特徴に言及したが、本明細書で使用される「接続されている」とは、特に明記されない限り、ある１つの要素が、必ずしも機械的にではなく、他の要素と直接的につながっている（または直接的に連通している）ことを意味する。同様に、「結合されている」とは、特に明記されない限り、ある１つの要素が、必ずしも機械的にではなく、他の要素と直接的もしくは間接的につながっている（または直接的もしくは間接的に連通している）ことを意味する。従って、図面に示す概略図では、１つの例示的な配置で要素を示しているが、図示の主題の実施形態では、追加の介在要素、デバイス、特徴、または構成要素が存在し得る。

【0119】

少なくとも１つの例示的な実施形態について、上記の詳細な説明で提示したが、多数の変形例があることが理解され得る。また、本明細書に記載の１つ以上の例示的な実施形態は、請求項に係る主題の範囲、適用可能性、または構成を決して限定するものではないことが理解され得る。むしろ、上記の詳細な説明は、１つ以上の記載の実施形態を実施するための簡便な指針を当業者に与えるものである。請求項で規定する範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置において種々の変更を実施できることが理解され、その範囲は、本特許出願の出願時に周知の均等物および予測可能な均等物を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】