电感器组合件、阻抗匹配网络及包括电感器组合件的系统的制作方法

1.本发明总体上涉及电感器。更具体地说，本发明涉及一种用于阻抗 匹配网络的电感器组合件和用于对包括电感器组合件的负载进行除霜的 系统。


背景技术：

2.常规的电容式食物除霜(或解冻)系统包括容纳在加热隔室内的大 型平面电极。将食物负载置于电极与电极之间并使电极与食物负载接触 之后，向电极供应低功率电磁能量以使食物负载平缓地升温。当食物负 载在除霜期间解冻时，食物负载的阻抗改变。因此，在除霜操作期间， 传递到食物负载的功率也会改变。可以例如基于食物负载的重量来确定 除霜操作的时长，并且可以使用计时器来控制操作的停止。
3.虽然使用此类系统可以获得良好的除霜结果，但是食物负载阻抗的 动态变化可能导致除霜效率低下。因此，除霜系统可以实施匹配网络， 以使能除霜系统的射频(rf)信号源与腔加上负载阻抗之间的阻抗匹配。 空芯电感器由于具有低损耗(例如，高q特性)的高电感能力而被广泛 用作此类阻抗匹配网络的一部分，并且阻抗匹配网络对这些空芯电感器 的电感非常敏感。例如，小的电感变化可能在匹配电路中引入大的差异。 空芯电感器可以形成为使用铜线或涂覆有银的铜带构造的螺旋线。电感 由其半径、线径、线匝数以及线匝之间的间隙或间距确定。不幸的是， 相对大且重的空芯电感器可能具有差的电感一致性和差的抗振动性能， 因为其通常在两个焊接点处安装到基板(例如，印刷电路板)。


技术实现要素：

4.所附权利要求中限定了本公开的各方面。
5.在第一方面，提供了一种电感器组合件，所述电感器组合件包括： 固定元件，所述固定元件包括中心芯和支撑结构，所述支撑结构耦接到 所述中心芯并从所述中心芯向外突出，所述支撑结构中的每个支撑结构 具有外边缘，所述外边缘具有朝着所述中心芯延伸的凹陷的凹口轮廓； 以及螺旋电感器，所述螺旋电感器具有多个线匝，所述线匝位于所述至 少两个支撑结构的所述凹陷中。
6.在第二方面，提供了一种阻抗匹配网络，其包括第一输入节点；第 一输出节点；以及第一可变组件和第一电感器组合件，所述第一可变组 件和所述第一电感器组合件串联耦接在所述第一输入节点与所述第一输 出节点之间，所述第一可变组件的值可调整以影响由所述阻抗匹配网络 提供的阻抗变换。所述第一电感器组合件包括：固定元件，所述固定元 件包括中心芯和支撑结构，所述支撑结构耦接到所述中心芯并从所述中 心芯向外突出，所述支撑结构中的每个支撑结构具有外边缘，所述外边 缘具有朝着所述中心芯延伸的凹陷的凹口轮廓；以及螺旋电感器，所述 螺旋电感器具有多个线匝，所述线匝位于所述支撑结构的所述凹陷中， 所述螺旋电感器的输入端耦接到所述第一可变组件的输出，并且输出端 耦接到所述第一输出节点。
7.在第三方面，提供了一种耦接到被配置成容纳负载的腔的热增加系 统，所述热增
加系统包括：射频(rf)信号源，所述rf信号源被配置 成供应rf信号；传输路径，所述传输路径电耦接在所述rf信号源与定 位在所述腔两端的第一电极与第二电极之间；以及阻抗匹配网络，所述 阻抗匹配网络沿着所述传输路径电耦接。所述阻抗匹配网络包括：第一 输入节点；第一输出节点；以及第一可变组件和第一电感器组合件，所 述第一可变组件和所述第一电感器组合件串联耦接在所述第一输入节点 与所述第一输出节点之间，所述第一可变组件的值可调整以影响由所述 阻抗匹配网络提供的阻抗变换。所述第一电感器组合件包括：固定元件， 所述固定元件包括中心芯和支撑结构，所述支撑结构耦接到所述中心芯 并从所述中心芯向外突出，所述支撑结构中的每个支撑结构具有外边缘， 所述外边缘具有朝着所述中心芯延伸的凹陷的凹口轮廓；以及螺旋电感 器，所述螺旋电感器具有多个线匝，所述线匝位于所述支撑结构的所述 凹陷中，所述螺旋电感器的输入端耦接到所述第一可变组件的输出，并 且输出端耦接到所述第一输出节点。
附图说明
8.附图用于进一步示出各个实施例并且用于解释全部根据本发明的 各种原理和优点，在附图中的单独视图中，相似的附图标记指代相同或 功能上类似的元件，附图不一定按比例绘制，并且附图连同以下详细说 明并入本说明书并形成本说明书的一部分。
9.图1示出了根据实施例的电感器组合件的侧视图；
10.图2a示出了螺旋电感器的透视图；
11.图2b示出了螺旋电感器的侧视图；
12.图2c示出了螺旋电感器的端视图；
13.图3a示出了根据示例实施例的电感器组合件的固定元件的透视 图；
14.图3b示出了图3a的固定元件的端视图；
15.图3c示出了图3a的固定元件的侧视图；
16.图4示出了包括图1的电感器组合件的板组合件；
17.图5示出了根据示例实施例的实心圆柱体固定元件的侧视图；
18.图6a示出了根据另一个示例实施例的固定元件的透视图；
19.图6b示出了图6a的固定元件的侧视图；
20.图7a示出了根据另一个示例实施例的固定元件的透视图；
21.图7b示出了图7a的固定元件的端视图；
22.图8示出了根据示例实施例的除霜器具的透视图；
23.图9示出了包括除霜系统的其它示例实施例的冷藏库/冷冻库器具 的透视图；
24.图10示出了根据例子的不平衡除霜系统的简化框图；
25.图11示出了根据例子的单端可变电容匹配网络的示意图；
26.图12示出了根据例子的平衡除霜系统的简化框图；并且
27.图13示出了根据另一个例子的具有可变电容的双端可变阻抗网络 的示意图。
具体实施方式
28.总体而言，本公开涉及一种电感器组合件、包括电感器组合件的阻 抗匹配网络以及包括至少一个阻抗匹配网络与至少一个电感器组合件的 系统。所述系统可以是实施一
个或多个阻抗匹配网络的除霜(或解冻) 系统。电感器组合件包括固定元件，所述固定元件支撑具有多个线匝的 螺旋电感器。固定元件包括围绕中心芯的多个支撑结构，并且每个支撑 结构包括具有凹陷的凹口轮廓的外边缘。螺旋电感器的线匝位于支撑结 构的凹陷中。支撑结构中的凹陷沿支撑结构均匀扩展，以确保螺旋电感 器的每个线匝之间的间隙是均匀的。另外，固定元件保留螺旋电感器的 所有线匝，使得线匝不能自由偏移，并且固定元件可以直接附接到基板， 如印刷电路板(pcb)。因此，固定元件可以确保螺旋电感器的电感的一 致性，并且可以另外地为螺旋电感器提供牢固的支撑以使能良好的抗振 动性能。
29.以下详细描述在本质上仅仅是说明性的并且不旨在限制主题的实 施例或这种实施例的应用和用途。如本文中所使用的，词语“示例性
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和“例子”意指“充当例子、实例或说明”。本文中被描述为“示例性的
”ꢀ
或例子的任何实施方案不一定被解释为比其它实施方案优选或有利。此 外，意图不在于受约束于先前的技术领域、背景技术或以下详细描述中 呈现的任何所表示或所暗示的理论。
30.本文所述主题的实施例涉及可以并入独立器具或其它系统中的固 态除霜设备。如下文更详细地描述的，固态除霜设备的实施例包括“不 平衡”除霜设备和“平衡”设备两者。例如，示例性“不平衡”除霜系 统是使用以下实现的：安置在腔中的第一电极；单端放大器布置(包括 一个或多个晶体管)；耦接在放大器布置的输出端与第一电极之间的单端 阻抗匹配网络；以及可以检测除霜操作何时完成的测量和控制系统。相 比之下，示例性“平衡”除霜系统是使用以下实现的：安置在腔中的第 一电极和第二电极；单端或双端放大器布置(包括一个或多个晶体管)； 耦接在放大器布置的输出端与第一电极和第二电极之间的双端阻抗匹配 网络；以及可以检测除霜操作何时完成的测量和控制系统。在各个实施 例中，阻抗匹配网络包括可以在除霜操作期间进行调整以提高放大器布 置与腔之间的匹配的可变阻抗匹配网络。
31.通常，术语“除霜”意指将冻结负载(例如，食物负载或其它类型 的负载)的温度升高到负载不再冻结的温度(例如，0摄氏度或接近0 摄氏度的温度)。如本文所使用的，术语“除霜”更广泛地意指负载(例 如，食物负载或其它类型的负载)的热能或温度通过向负载提供rf功 率而增加的过程。因此，在各个实施例中，可以在任何初始温度(例如， 在0摄氏度以上或以下的任何初始温度)下对负载执行“除霜操作”，并 且可以在高于初始温度的任何最终温度(例如，包括在0摄氏度以上或 以下的最终温度)下停止除霜操作。也就是说，本文所描述的“除霜操 作”和“除霜系统”可替换地可以被称为“热增加操作”和“热增加系 统”。术语“除霜”不应被解释为将本发明的应用局限于只能将冻结负载 的温度升高到0摄氏度或接近0摄氏度的温度的方法或系统。
32.应当理解的是，对关系术语(如果有的话，如第一和第二、顶部和 底部等)的使用仅用于将实体或动作彼此区分，而不一定需要或暗示这 种实体或动作之间的任何这种实际关系或顺序。另外，本文中包含的各 个附图中示出的任何连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和 /或物理耦接。
33.图1示出了根据实施例的电感器组合件100的侧视图。电感器组合 件100包括固定元件102，所述固定元件102具有中心芯104和支撑结 构106，所述支撑结构106耦接到中心芯104并从所述中心芯104向外 突出。支撑结构106中的每个支撑结构具有外边缘108，所述外边缘108 具有朝着中心芯104延伸的凹陷110的凹口轮廓。电感器组合件100另 外包括具
有多个线匝114的螺旋电感器112，其中线匝114位于支撑结 构106的凹陷110中。
34.现在参考图2a、2b和2c，图2a示出了螺旋电感器112的透视图， 图2b示出了螺旋电感器112的侧视图，并且图2c示出了螺旋电感器 112的端视图。通常，螺旋电感器112是不使用由铁磁材料制成的磁芯 的空芯线圈。螺旋电感器112可以形成为由例如铜线或涂覆有银的铜带 构成的螺旋线。螺旋电感器112的电感由其半径200r、线径202w、 线匝114之间的间距宽度204s和线匝数114确定。
35.用于制造螺旋电感器的机构(如螺旋电感器112)可以有效地产生 具有相同半径200和线径202的螺旋电感器。然而，由于用于生产螺旋 电感器的导电材料的柔性，制造机构可能不在线匝114中的每个线匝之 间产生一致的间距宽度204。这种情况可能导致螺旋电感器中的电感变 化。另外，可能在空芯线圈中发生的副作用是，线匝114在操作期间的 机械振动可能导致电感变化。如以下将详细讨论的，可以通过将螺旋电 感器112支撑在固定元件102上来缓解与螺旋电感器112中的电感变化 相关联的问题。
36.现在参考图3a、3b和3c，图3a示出了根据示例实施例的电感器 组合件100(图1)的固定元件102的透视图，图3b示出了固定元件102 的端视图，并且图3c示出了固定元件102的侧视图。在图3a-3c的例 子中，固定元件102包括总共四个支撑结构106。具体地说，固定元件 102包括绕中心芯104等距地彼此间隔开的第一支撑结构300、第二支撑 结构302、第三支撑结构304和第四支撑结构306。另外，第一支撑结构 300、第二支撑结构302、第三支撑结构304和第四支撑结构306通过气 隙308绕中心芯104彼此间隔开。
37.第一支撑结构300包括朝着中心芯104延伸的第一组310凹陷110。 第二支撑结构302包括朝着中心芯104延伸的第二组312凹陷110。第 三支撑结构304包括朝着中心芯104延伸的第三组314凹陷110。第四 支撑结构306包括朝着中心芯104延伸的第四组316凹陷110。通常， 第一组310、第二组312、第三组314和第四组316中的凹口110中的每 个凹陷展现出第一宽度，所述第一宽度在本文中被称为凹陷宽度318(参 见图3c)、平行于固定元件102的纵长尺寸320。对于凹陷110中的每 个凹糟，凹陷宽度318通常是相同的，并且对应于螺旋电感器112的线 匝14(图2c)中的一个线匝的横截面宽度，例如线径202(图2)。另 外，针对第一组310、第二组312、第三组314和第四组316中的每一组 的凹陷110彼此间隔开间距322。对于间距322中的每个间距，间距322 展现出通常相同的间距宽度324。因此，当螺旋电感器112(图1)驻留 在凹陷110中时，螺旋电感器112的单独线匝114之间的间距宽度204 (图2)保持一致，以由此减少电感变化。
38.在图3c中可以具体观察到，第一组310、第二组312、第三组314 和第四组316中的凹陷110可以在纵向尺寸320上相对于彼此偏移，以 适应螺旋电感器112的线圈配置。例如，偏移配置可以产生第一组310 的凹陷110，所述第一组310的凹陷110直接与第三组314的间距322 相对。将结合图5更详细地讨论用于实现凹陷110的偏移配置的固定元 件102的制造。
39.固定元件102的中心芯104展现出第一长度，例如在本例子中的纵 长尺寸320，所述第一长度大于支撑结构106的第二长度326，使得中心 芯104的第一端328和第二端330纵向延伸超过支撑结构106的对应端 332、334。第一端328和第二端330被配置成附接到基板。
40.图4示出了包括电感器组合件100的板组合件400。板组合件400 包括基板，如印刷电路板402(pcb)。多个有源组件和无源组件可以耦 接到pcb 400。有源组件和无源组件由
围绕更小的矩形和圆形的矩形表 示。各个组件可以通过pcb 400上的导电迹线(未示出)电连接。这些 有源组件和无源组件可以是实现板组合件400的特定功能所需的各种各 样电子结构中的任何一种，如电阻器、电容器、处理元件等。
41.在例子中，开口402延伸穿过pcb 400。电感器组合件100被定位 在开口402中，并且固定元件102的第一端328和第二端330使用例如 粘合剂、紧固件或任何其它合适的方法耦接到pcb 400。形成于pcb 400 中的一个或多个导电迹线可以被形成为将电感器组合件100的螺旋电感 器112适合地电互连到pcb 400的有源组件和/或无源组件。因此，电感 器组合件100的固定元件102可以用于为螺旋电感器112提供牢固的支 撑，并提供螺旋电感器112与pcb 400的安全耦接，以便在操作期间产 生有效的抗振动性能。
42.图5示出了根据示例实施例的实心圆柱体固定元件500的侧视图。 为了设计固定元件102(图3)，示例技术可以用于生成实心圆柱体502， 在实心圆柱体502的表面上切出螺旋槽504，以适应螺旋电感器112(图 2)。另外，可以在实心圆柱体202的相对端处形成安装孔506。
43.在一些实施例中，实心圆柱体固定元件500(以及图1中的固定元 件102和下面描述的其它固定元件)可以由热稳定材料形成，所述热稳 定材料的热稳定性大于例如两百摄氏度。如本文所使用的，热稳定材料 是能够在相对高的温度下抵抗其物理结构中不可逆变化的材料。较不常 用的术语可能是“热稳定塑料”，其可以指在加热时无法重塑的热固性塑 料。一种示例材料可以是聚四氟乙烯(ptfe)，尽管可以可替换地使用 其它热稳定材料。
44.包括实心圆柱体固定元件500(代替固定元件102)的电感器组合 件可以安装到pcb，并且因此可以在一些应用中有效地支撑螺旋电感 器。然而，由于热稳定材料完全填充了螺旋电感器的线匝中的每个线匝 的间距，因此与具有相同尺寸的空芯电感器相比，螺旋电感器的寄生电 容可能不期望地增加。因此，相对于空芯电感器，此类固定元件可能导 致电感减小。另外，螺旋电感器的自谐振频率可能会变低。仍另外地， 实心圆柱体固定元件500可能不期望地重并且可能消耗不期望的大量热 稳定材料，由此导致更高的成本。
45.为了克服实心圆柱体固定元件500的问题，有效地从如实心圆柱体 固定元件500等设计中移除材料，以形成以上描述的具有第一支撑结构 302、第二支撑结构304、第三支撑结构306和第四支撑结构308(图3) 的固定元件102(图3)。某些热塑性材料(相对于固定元件500)的不 存在显著降低了固定元件102相对于固定元件500的重量，并产生了与 空芯电感器的寄生电容类似的寄生电容，因为只涉及四个更薄的支撑结 构302、304、306、308以促进寄生电容增加。然而，四个更薄的支撑结 构302、304、306、308仍可以有效地支撑螺旋电感器112。
46.现在参考图6a和6b，图6a示出了根据另一个示例实施例的固定 元件600的透视图，并且图6b示出了固定元件600的侧视图。在图6a 和图6b的例子中，固定元件600包括总共四个支撑结构。具体地说， 固定元件600包括绕中心芯610等距地彼此间隔开的第一支撑结构602、 第二支撑结构604、第三支撑结构606和第四支撑结构608。另外，第一 支撑结构602、第二支撑结构604、第三支撑结构606和第四支撑结构 608通过气隙612绕中心芯610彼此间隔开。第一支撑结构602、第二支 撑结构604、第三支撑结构606和第四支撑结构608中的每个支撑结构 包括被配置成支撑螺旋电感器112(图2a-2c)的对应组的凹陷614(与 以上结合图3a-3c描述的那些类似)。
47.根据图6a-6b的所展示的实施例，第一支撑结构602、第二支撑结 构604、第三支撑结构606和第四支撑结构608中的每个支撑结构包括 一个或多个延伸穿过其的开口616。固定元件600可以有效地支撑螺旋 电感器112(图1)并且使得能够安全安装到pcb 402(图4)，同时进 一步减小相对于固定元件102(图3a、图3b、图3c)的重量和材料成 本。
48.图7a示出了根据另一个示例实施例的固定元件700的透视图，并 且图7b示出了固定元件700的端视图。在图7a和图7b的例子中，固 定元件700包括总共三个支撑结构。具体地说，固定元件700包括绕中 心芯710等距地彼此间隔开的第一支撑结构702、第二支撑结构704和 第三支撑结构706。另外，第一支撑结构702、第二支撑结构704和第三 支撑结构706通过气隙712绕中心芯710彼此间隔开。第一支撑结构702、 第二支撑结构704和第三支撑结构706中的每个支撑结构包括被配置成 支撑螺旋电感器112(图2a-2c)的对应组的凹陷714(与以上结合图 3a-3c描述的那些类似)。
49.根据图7a-7b的所展示的实施例，第一支撑结构702、第二支撑结 构704和第三支撑结构706中的每个支撑结构包括一个或多个延伸穿过 其的开口716。固定元件700可以仅用三个支撑结构(图1)有效地支撑 螺旋电感器112并且使得能够安全安装到pcb 402(图4)，同时进一步 减小相对于固定元件102、600的重量和材料成本。
50.前述讨论针对用于安全地支撑空气线圈螺旋电感器的固定元件的 各个实施例。包括固定元件和螺旋电感器的电感器组合件可以并入到各 种各样的电路系统和系统中。根据以下讨论的实施例，在用于热增加系 统(例如，除霜系统)的阻抗匹配网络中实施一个或多个电感器组合件。
51.图8示出了根据示例实施例的除霜器具800的透视图。除霜器具800 (在本文中可替换地被称为除霜系统800)包括除霜腔802、控制面板804、 一个或多个射频(rf)信号源(不可见)、电源(不可见)、第一电极806、 第二电极808、阻抗匹配电路系统(不可见)、功率检测电路系统(不可 见)和系统控制器(不可见)。除霜腔802由顶腔壁810、底腔壁812、 侧腔壁814、816和后腔壁818的内表面和门820的内表面限定。在门 820关闭的情况下，除霜腔802限定封闭的空气腔。如本文所使用的， 术语“空气腔”可以意指容纳空气或其它气体(例如，除霜腔802)的 封闭区域。
52.根据“不平衡”配置，第一电极806被布置成靠近腔壁(例如，顶 壁810)，第一电极806与剩余的腔壁(例如，壁812、814、816、818 和门820)电隔离，并且剩余的腔壁接地。在此类配置中，系统可以简 单地建模为电容器，其中第一电极806充当一个导电板(或电极)，接地 腔壁(例如，壁812、814、816、818和门820)充当第二导电板(或电 极)，并且空气腔(包括其中容纳的任何负载)充当第一导电板与第二导 电板之间的电介质。虽然并未在图8中示出，但是除霜系统800中还可 以包括非导电屏障，并且非导电屏障可以用于将负载与底壁812电气且 物理地隔离。虽然图8将第一电极806示出为靠近顶壁812，但是可替 换的是，第一电极806可以靠近其它壁812、814、816、818中的任何壁， 如由电极822、824、826、828所示。
53.根据“平衡”配置，第一电极806被布置成靠近第一腔壁(例如， 顶壁810)，第二电极808被布置成靠近相对的第二腔壁(例如，底壁812)， 并且第一电极806和第二电极808与剩余的腔壁(例如，壁814、816、 818和门820)电隔离。在此类配置中，系统也可以简单地建模为电容器， 其中第一电极806充当一个导电板(或电极)，第二电极808充当第二导 电板
(或电极)，并且空气腔(包括其中容纳的任何负载)充当第一导电 板与第二导电板之间的电介质。虽然并未在图8中示出，但是除霜系统 800中还可以包括非导电屏障，并且非导电屏障可以用于将负载与第二 电极808和底腔壁812电气且物理地隔离。虽然图8将第一电极806示 出为靠近顶壁810并且将第二电极808示出为靠近底壁812，但是可替 换的是，第一电极806和第二电极808可以靠近其它相对的壁(例如， 第一电极可以是靠近壁816的电极824，并且第二电极可以是靠近壁814 的电极826)。
54.根据例子，在除霜系统800的操作期间，用户(未示出)可以在除 霜腔802中放置一个或多个负载(例如，食物和/或液体)并且任选地可 以通过控制面板804提供指定一个或多个负载的特性的输入。例如，指 定的特性可以包括负载的大概重量。此外，指定的负载特性可以指示形 成负载的一种或多种材料(例如，肉类、面包、液体)。在替代性例子中， 负载特性可以通过其它某种方式获得，如通过扫描负载包装上的条形码 或从负载上或嵌入负载内的rfid标签接收射频识别(rfid)信号。无 论哪种方式，如稍后将更加详细地描述的，关于此类负载特性的信息使 系统控制器能够确立系统的阻抗匹配网络在除霜操作开始时的初始状 态，其中初始状态可能相对接近实现最大rf功率传递到负载的最优状 态。可替换的是，在除霜操作开始之前，可能不会进入或接收负载特性， 并且系统控制器可以确立阻抗匹配网络的默认初始状态。
55.为了开始除霜操作，用户可以通过控制面板804提供输入。作为响 应，系统控制器使一个或多个rf信号源在不平衡实施例中向第一电极 806供应rf信号或在平衡实施例中向第一电极806和第二电极808两者 供应rf信号，并且一个或多个电极将电磁能相应地辐射到除霜腔802 中。电磁能增加了负载的热能(即，电磁能使负载升温)。
56.在除霜操作期间，负载的阻抗(以及因此除霜腔802加上负载的总 输入阻抗)在负载的热能增加时改变。阻抗变化改变了吸收到负载中的 rf能，并且因此改变了反射功率的幅值。根据例子，功率检测电路系统 连续或周期性地测量沿rf信号源与一个或多个电极806、808之间的传 输路径的反射功率。基于这些测量，系统控制器可以检测除霜操作的完 成，如以下将详细描述的。根据另外的实施例，阻抗匹配网络是可变的， 并且基于反射功率测量结果(或前向和反射功率测量结果两者)，系统控 制器可以改变阻抗匹配网络在除霜操作期间的状态以增加负载对射rf 功率的吸收。
57.图8的除霜系统800被具体化为台面式器具。在其它配置中，除霜 系统800还可以包括用于执行微波烹饪操作的组件和功能。可替换的是， 除霜系统的组件可以并入其它类型的系统或器具中。
58.图9示出了包括除霜系统902、904的其它示例实施例的冷藏库/冷 冻库器具900的透视图。更具体地说，除霜系统902被示出为并入器具 900的冷冻库隔室906内，并且除霜系统904被示出为并入器具900的 冷藏库隔室908内。实际的冷藏库/冷冻库器具可能将包括除霜系统902、 904中的仅一个，但两者均示出在图9中以简洁地传达这两个实施例。
59.类似于除霜系统800，除霜系统902、904中的每个除霜系统包括除 霜腔、控制面板910、912、一个或多个rf信号源、电源、第一电极、 第二电极、阻抗匹配电路系统、功率检测电路系统和系统控制器(所有 这些在图9中均不可见)。例如，除霜腔可以由抽屉的底壁、侧壁、前壁 和后壁的内表面以及抽屉在其下滑动的固定搁板914、916的内部顶表面 限定。在抽屉完全滑到搁板下的情况下，抽屉和搁板将腔限定为封闭的 空气腔。在各个实施例中，
除霜系统902、904的组件和功能可以与除霜 系统800的组件和功能基本上相同。
60.此外，除霜系统902、904中的每个除霜系统分别可以与冷冻库隔 室906或冷藏库隔室908有足够的热连通，系统902安置在所述冷冻库 隔室906中，系统904安置在所述冷藏库隔室908中。在此类实施例中， 在除霜操作完成之后，可以将负载维持在安全温度(即，延缓食物腐坏 的温度)，直到将负载从系统902、904中移除。更具体地说，在由基于 冷冻库的除霜系统902完成除霜操作时，容纳除霜负载的腔可以与冷冻 库器具906热连通，并且如果负载未及时从腔中移除，则负载可以重新 冻结。类似地，在由基于冷藏库的除霜系统904完成除霜操作时，容纳 除霜负载的腔可以与冷藏库隔室908热连通，并且如果负载未及时从腔 中移除，则负载可以在冷藏室隔室908内的温度下维持在除霜状态。
61.基于本文中的描述，本领域技术人员应理解，除霜系统的实施例也 可以并入具有其它配置的系统或器具中。因此，独立器具、微波炉器具、 冷冻库和冷藏室中的除霜系统的上述实施方案并不意味着将实施例的用 途仅限于那些类型的系统。
62.虽然除霜系统800、902、904被示出为其组件特别是相对于彼此具 有相对朝着，但是应理解，各个组件也可以不同地朝着。此外，各个组 件的物理配置可以不同。例如，控制面板804、910、912可以具有更多、 更少或不同的用户界面元件，和/或用户界面元件可以不同地布置。此外， 虽然图8中展示了基本上立方形的除霜腔802，但是应理解，在其它实 施例中，除霜腔可以具有不同的形状(例如，圆柱形等)。另外，除霜系 统800、902、904可以包括图8和图9中未具体描绘的另外组件(例如， 风扇、固定或旋转板、托盘、电绳等)。
63.图10示出了根据例子的不平衡除霜系统1000(例如，图8的除霜 系统800、图9的除霜系统902、904)的简化框图。在一个实施例中， 除霜系统1000包括rf子系统1002、除霜腔1004、用户界面1006、系 统控制器1008、rf信号源1010、电源和偏置电路系统1012、可变阻抗 匹配网络1014、电极1016、容纳结构1018和功率检测电路系统1020。 应理解，出于解释和易于描述的目的，图10是除霜系统1000的简化表 示，并且实际实施例可以包括其它装置和组件以提供另外的功能和特征， 和/或除霜系统1000可以是更大的电气系统的一部分。
64.用户界面1006可以对应于控制面板(例如，图8的控制面板804、 图9的控制面板910、912)，例如，所述控制面板使用户能够向系统提 供关于除霜操作(例如，待除霜负载的特性等)、启动和取消按钮、机械 控件(例如，门/抽屉开闩)等的参数的输入。此外，用户界面可以被配 置成提供指示除霜操作的状态的用户可感知输出(例如，倒数计时器、 指示除霜操作的进展或完成的可视标记和/或指示除霜操作的完成的可 听音)和其它信息。
65.除霜系统1000的一些实施例可以包括一个或多个温度传感器、一 个或多个ir传感器和/或一个或多个重量传感器1022。一个或多个温度 传感器和/或一个或多个ir传感器可以定位在使负载1024的温度在除霜 操作期间能够被感测到的位置。当提供给系统控制器1008时，温度信息 使系统控制器1008能够改变由rf信号源1010供应的rf信号的功率(例 如，通过控制由电源和偏置电路系统1012提供的偏置和/或电源电压)， 以调整可变阻抗匹配网络1014的状态和/或确定除霜操作应当何时终 止。一个或多个重量传感器定位在负载1024下并且被配置成向系统控制 器1008提供负载1024的重量的估计值。系统控制器1008可以使用此信 息例如来确定由rf信号源1010供应的rf信号的期望功率电平、确定 可变阻抗匹配网络1014的初始设置和/或确定除霜操作的大概时长。
66.在例子中，rf子系统1002包括系统控制器1008、rf信号源1010、 第一阻抗匹配电
路1026(在本文中为“第一匹配电路”)、电源和偏置电 路系统1012以及功率检测电路系统1020。系统控制器1008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 个通信总线和其它组件。根据实施例，系统控制器1008耦接到用户界面 1006、rf信号源1010、可变阻抗匹配网络1014、功率检测电路系统1020 和传感器1022(如果包括的话)。系统控制器1008被配置成接收指示经 由用户界面1006接收的用户输入的信号并且从功率检测电路系统1020 接收指示rf信号反射功率(以及可能rf信号前向功率)的信号。响应 于接收到的信号和测量结果并且如稍后将更加详细地描述的，系统控制 器1008向电源和偏置电路系统1012以及rf信号源1010的rf信号发 生器1028提供控制信号。此外，系统控制器1008向可变阻抗匹配网络 1014提供控制信号，所述控制信号使网络1014改变其状态或配置。
67.除霜腔1004包括电容除霜布置，所述电容除霜布置具有通过空气 腔分开的第一平行板电极和第二平行板电极，所述空气腔内可以放置待 除霜的负载1024。例如，第一电极(例如，电极1016)可以定位在空气 腔上方，并且第二电极可以由容纳结构1018的一部分提供。更具体地说， 容纳结构1018可以包括底壁、顶壁和侧壁，所述底壁、所述顶壁和所述 侧壁的内表面限定除霜腔1004(例如，图8的除霜腔802)。根据实施例， 除霜腔1004可以被密封(例如，用图8的门820或通过滑动在图9的搁 板914、916下闭合的抽屉)以容纳在除霜操作期间引入除霜腔1004中 的电磁能。系统1000可以包括确保密封在除霜操作期间完好的一个或多 个互锁机构。如果互锁机构中的一个或多个互锁机构指示密封被破坏， 则系统控制器1008可以停止除霜操作。根据例子，容纳结构1018至少 部分地由导电材料形成，并且容纳结构1018的一个或多个导电部分可以 接地。可替换的是，至少容纳结构1018的与除霜腔1004的底表面相对 应的部分可以由导电材料形成并接地。无论哪种方式，容纳结构1018(或 至少与第一电极1016平行的容纳结构1018的部分)均充当电容除霜布 置的第二电极。为了避免负载1024与除霜腔1004的接地底表面之间的 直接接触，非导电屏障1030可以定位在除霜腔1004的底表面上方。
68.基本上，除霜腔1004包括电容除霜布置，所述电容除霜布置具有 通过空气腔分开的第一平行板电极1016和第二平行板电极1018(例如， 与第一电极1016平行的容纳结构1018的所述部分)，所述空气腔内可以 放置待除霜的负载1024。在例子中，第一电极1016定位在容纳结构1018 内以限定电极1016与容纳结构1018的相对表面(例如，充当第二电极 的底表面)之间的距离1032，其中距离1032使除霜腔1004成为子谐振 腔。
69.在各个例子中，距离1032在约0.10米到约1.0米的范围内，但是 距离1032也可以更小或更大。根据例子，距离1032可以小于rf子系 统1002产生的rf信号的一个波长。换句话说，如上所述除霜，除霜腔 1004是子谐振腔。在一些例子中，距离1032可以小于rf信号的一个波 长的约一半，距离1032可以小于rf信号的一个波长的约四分之一，距 离1032可以小于rf信号的一个波长的约八分之一，距离1032可以小 于rf信号的一个波长的约50分之一，或者距离352可以小于rf信号 的一个波长的约100分之一。
70.通常，设计用于较低操作频率(例如，介于10mhz与100mhz之 间的频率)的除霜系统1000可以被设计成具有作为一个波长的较小部分 的距离1032。例如，当系统1000被设计成产生操作频率为约10mhz (对应于约30米的波长)的rf信号并且距离1032被选择为约0.5
米时， 距离1032是rf信号的一个波长的约60分之一。相反，当系统1000被 设计用于约300mhz的操作频率(对应于约1米的波长)并且距离1032 被选择为约0.5米时，距离1032是rf信号的一个波长的约一半。
71.在电极1016与容纳结构1018之间的操作频率和距离132被选择成 限定子谐振内除霜腔1004的情况下，第一电极1016和容纳结构1018 电容性地耦接。更具体地说，第一电极1016可以类推为电容器的第一板， 容纳结构1018可以类推为电容器的第二板，并且负载1024、屏障1030 以及除霜腔1004内的空气可以类推为电容器电介质。因此，第一电极 1016可替换地在本文中可被称为“阳极”，并且容纳结构1018可替换地 在本文中可被称为“阴极”。
72.基本上，第一电极1016和容纳结构1018两端的电压加热除霜腔 1004内的负载1024。根据各个实施例，rf子系统1002被配置成生成 rf信号以在电极1016与容纳结构1018之间产生在一个例子中在约90 伏特到约3,000伏特的范围内或在另一个例子中在约3000伏特到约 10,000伏特的范围内的电压，尽管系统也可以被配置成在电极1016与容 纳结构1018之间产生更低或更高的电压。
73.在例子中，第一电极1016通过第一匹配电路1026、可变阻抗匹配 网络1014和导电传输路径电耦接到rf信号源1010。第一匹配电路1026 被配置成执行从rf信号源1010的阻抗(例如，小于约10欧姆)到中 间阻抗(例如，50欧姆、75欧姆或其它某个值)的阻抗变换。根据例子， 导电传输路径包括串联连接并统称为传输路径1034的多个导体1034-1、 1034-2和1034-3。根据例子，导电传输路径1034是“不平衡”路径， 所述不平衡路径被配置成携带不平衡rf信号(即，以接地为参考的单 个rf信号)。在一些实施例中，一个或多个连接器(未示出，但各自具 有公连接器部分和母连接器部分)可以沿着传输路径1034电耦接，并且 连接器之间的传输路径1034的一部分可以包括同轴电缆或其它适合的 连接器。
74.可变阻抗匹配网络1014被配置成执行从上述中间阻抗到如通过负 载1024修改的除霜腔1004的输入阻抗的阻抗变换(例如，大约几百或 几千欧姆，如约1000欧姆到约4000欧姆或更大)。可变阻抗匹配网络 1014可以包括无源组件(例如，电感器、电容器、电阻器)的网络。
75.可变阻抗匹配网络1014可以包括多个可变电容网络(例如，图11)， 所述可变电容网络可以位于除霜腔1004内部或外部。电容网络中的每个 电容网络提供的电容值是使用来自系统控制器1008的控制信号确立的。 通过改变可变阻抗匹配网络1014在除霜操作过程中的状态以动态地匹 配不断变化的腔输入阻抗，尽管除霜操作期间负载阻抗发生变化，但是 负载1024吸收的rf功率量可以维持在高水平。
76.rf信号源1010包括rf信号发生器1028和功率放大器(例如，包 括一个或多个功率放大器级1036、1038)。响应于系统控制器1008通过 连接1040提供的控制信号，rf信号发生器128被配置成产生频率在ism (工业、科学和医疗)频带的振荡电信号，但是系统也可以被修改成支持 在其它频带的操作。在各个实施例中，可以控制rf信号发生器1028以 产生不同功率电平和/或不同频率的振荡信号。例如，rf信号发生器1028 可以产生在约10.0兆赫(mhz)到约100mhz和/或约100mhz到约3.0 千兆赫(ghz)的范围内振荡的信号。一些期望频率可以是例如13.56 mhz( /-5％)、27.125mhz( /-5％)、40.68mhz( /-5％)和2.45ghz ( /-5％)。在一个特定例子中，rf信号发生器1028可以产生在约40.66 mhz到约40.70mhz的
范围内振荡并且功率电平在约10分贝-毫瓦 (dbm)到约15dbm范围内的信号。可替换的是，振荡频率和/或功率电 平可以更低或更高。
77.在图10的例子中，功率放大器包括驱动器放大器级1036和最终放 大器级1038。功率放大器被配置成从rf信号发生器1028接收振荡信号 并将信号放大以在功率放大器的输出产生显著更高功率信号。例如，输 出信号的功率电平可以在约100瓦到约400瓦或更高的范围内。功率放 大器施加的增益可以使用由电源和偏置电路系统1012提供给每个放大 器级1036、1038的栅极偏置电压和/或漏极供电电压来控制。更具体地 说，电源和偏压电路系统1012根据从系统控制器1008接收的控制信号 向每个rf放大器级1036、1038提供偏置电压和电源电压。
78.每个放大器级1036、1038可以被实施为功率晶体管，如场效应晶 体管(fet)，所述功率晶体管具有输入端(例如，栅极或控制端)和两 个载流端(例如，源极端和漏极端)。阻抗匹配电路(未示出)可以耦接 到驱动器放大器级1036的输入(例如，栅极)，耦接在驱动器放大器级 1036与最终放大器级1038之间和/或耦接到最终放大器级1038的输出 (例如，漏极端)。放大器级1036、1038的每个晶体管可以包括横向扩散 金属氧化物半导体fet(ldmosfet)晶体管。然而，应注意，晶体管 不旨在局限于任何特定的半导体技术，并且在其它实施例中，每个晶体 管可以实现为氮化镓(gan)晶体管、另一种类型的mosfet晶体管、 双极性结型晶体管(bjt)或利用另一种半导体技术的晶体管。
79.在图10中，功率放大器布置被描绘成包括以特定方式耦接到其它 电路组件的两个放大器级1036、1038。在其它实施例中，功率放大器布 置可以包括其它放大器拓扑和/或放大器布置可以包括仅一个放大器级 或多于两个放大器级。例如，功率放大器布置可以包括单端放大器、多 尔蒂放大器、开关模式功率放大器(smpa)或另一类型的放大器的各 个实施例。
80.除霜腔1004和定位在除霜腔1004内的任何负载1024(例如，食物、 液体等等)对通过第一电极1016辐射到腔1004中的电磁能(或rf功 率)呈现累积负载。更具体地说，除霜腔1004和负载1024向系统呈现 阻抗，所述阻抗在本文中被称为“腔输入阻抗”。在除霜操作期间，腔输 入阻抗在负载1024的温度增加时改变。腔输入阻抗直接影响沿着rf信 号源1010与电极1016之间的导电传输路径1034的反射信号功率的幅 值。在大多数情况下，期望将传递到除霜腔1004的信号功率的量值最大 化和/或将沿着导电传输路径1034的反射与前向信号功率比最小化。
81.为了使rf信号发生器1028的输出阻抗与腔输入阻抗至少部分地匹 配，第一匹配电路1026可以沿着传输路径1034电耦接。第一匹配电路1026可以具有各种配置中的任何配置。根据例子，第一匹配电路1026 包括固定组件(即，具有非可变组件值的组件)，但是第一匹配电路1026 可以包括一个或多个可变组件。例如，第一匹配电路1026可以包括选自 以下的任何一个或多个网络：电感/电容(lc)网络、串联电感网络、 并联电感网络或带通电路、高通电路和低通电路的组合。基本上，第一 阻抗匹配电路1026被配置成将阻抗升高到在rf信号发射器1028的输 出阻抗与腔输入阻抗之间的中间水平。
82.当食物负载从冻结状态转变为除霜状态时，许多类型的食物负载的 阻抗以某种可预测的方式相对于温度而改变。因此，基于来自功率检测 电路系统1020的反射功率测量结果(和在一些例子中前向功率测量结 果)，系统控制器1008被配置成识别除霜操作期间
在除霜操作过程中的状态以动态地匹配除霜腔1004加上腔1004内的负 载1024的不断变化的阻抗，可以在整个除霜操作过程中将系统效率维持 在高水平。
88.图11示出了根据例子的单端可变电容匹配网络1100(例如，图10 的可变阻抗匹配网络1014)的示意图。单端可变电容匹配网络1110用 作可变阻抗匹配网络，因此在本文中可替换地被称为可变阻抗匹配网络 1100。单端可变阻抗匹配网络1100可以在除霜系统(例如，图8的除霜 系统800、图9的除霜系统902、904、图10的除霜系统1000)中实施。
89.可变阻抗匹配网络1100包括输入节点1102和输出节点1104。呈第 一电容网络1106形式的可变组件和至少一个电感器组合件1108串联耦 接在输入节点1102与输出节点1104之间。电感器组合件1108包括固定 元件1110(例如，图1和图3的固定元件102、图6的固定元件600、 图7的固定元件700中的任何一个)和由固定元件1110支撑的螺旋电感 器1112(例如，图1和图2中的螺旋电感器112)。螺旋电感器1112具 有耦接到第一可变阻抗网络1106的输出的输入端1114和耦接到第一输 出节点1104的输出端1116。
90.在图11的示意图中以高度简化的形式示出了电感器组合件1108的 固定元件1110和螺旋电感器1112。然而，应当理解，固定元件1110包 括中心芯和支撑结构，所述支撑结构耦接到中心芯并从所述中心芯向外 突出，并且支撑结构具有外边缘，所述外边缘具有朝着中心芯延伸的凹 陷。另外，支撑结构通过气隙绕中心芯彼此间隔开。螺旋电感器1112 包括多个线匝，所述多个线匝位于支撑结构的凹陷中。另外，中心芯的 第一端和第二端被配置成附接到基板(例如，图4的pcb 402)。上文结 合图1-7讨论了固定元件1110和螺旋电感器1112的各个细节和实施例， 并且为了简洁，本文中不再重复。
91.当并入到除霜系统(例如，图10的系统1000)中时，匹配网络1110 的输入节点1102电耦接到rf信号源(例如，图10的rf信号源1010) 的输出，并且输出节点1104电耦接到除霜腔(例如，图10的除霜腔1004) 内的电极(例如，图10的第一电极1016)。
92.中间节点1118定位于第一可变电容网络1106与电感器组合件1108 之间。在实施例中，呈第二可变电容网络1120形式的第二可变组件耦接 在中间节点1118与接地参考端(例如，图10的接地容纳结构1018)之 间。在实施例中，在螺旋电感器1112可以设计用于相对较低的频率(例 如，约40.66mhz到约40.70mhz)操作和相对较高的功率(例如，约 50w到约500w)操作时，其尺寸和电感值均相对较大。例如，螺旋电 感器1112的值可以在约200nh到约600nh的范围内，但是在其它实施 例中，所述螺旋电感器1112的值可以更低和/或更高。根据实施例，螺 旋电感器1112是固定值集总电感器(例如，空气线圈)。固定元件1110 适合当地支撑螺旋电感器1112，以实现电感一致性并能够安全附接到基 板(例如，图4的pcb 402)，以在操作期间产生有效的抗振动性能。
93.第一可变电容网络1106耦接在输入节点1102与中间节点1118之 间。第一可变电容网络1106可以被配置成匹配如通过第一匹配电路(例 如，图10的第一匹配电路1026)修改的rf信号源(例如，图10的rf 信号源1010)的阻抗或更具体地说匹配如通过第一匹配电路(例如，图 10的电路1026)修改的末级功率放大器(例如，图10的放大器1038) 的阻抗。因此，第一可变电容网络1106可被称为可变阻抗匹配网络1100 的“rf信号源匹配部分”。
94.在例子中，第一可变电容网络1106包括与第一可变电容器1124并 联耦接的第一固定值电容器1122。第一固定值电容器1122的电容值可 以在约1微微法(pf)到约100pf的范围内。第一可变电容器1124可 以包括可以选择性地耦接起来以提供在0pf到约100pf的
范围内的电 容的电容组件的网络。如此，第一可变电容网络1106提供的总电容值可 以在约1pf到约200pf的范围内，但是范围也可以扩大到更低或更高 的电容值。
95.可变阻抗匹配网络1100的“腔匹配部分”由第二可变电容网络1120 提供，所述第二可变电容网络1120耦接在节点1118(位于第一可变电 容网络1106与螺旋电感器1112之间)与接地参考端之间。在例子中， 第二可变电容网络1120包括与第二可变电容器1128并联耦接的第二固 定值电容器1126。第二固定值电容器1126的电容值可以在约1pf到约 100pf的范围内。第二可变电容器1128可以包括可以选择性地耦接起 来以提供在0pf到约100pf的范围内的电容的电容组件的网络。如此， 第二可变电容网络1120提供的总电容值可以在约1pf到约200pf的范 围内，但是范围也可以扩大到更低或更高的电容值。可以改变第一可变 电容网络1106和第二可变电容网络1120的状态以提供多个电容值，并 且因此所述状态可以是可配置的，以将腔加上负载(例如，图10的除霜 腔1004加上负载1024)的阻抗与rf信号源(例如，图10的rf信号 源1010)最佳地匹配。
96.与图10-11相关联的描述详细讨论了“不平衡”除霜设备，在所述 不平衡除霜设备中，将rf信号施加到一个电极(例如，图10的电极1016) 并且将另一个“电极”(例如，图10的容纳结构1018)接地。如上所述， 除霜设备的替代性实施例包括“平衡”除霜设备。在此类设备中，向这 两个电极提供平衡rf信号。
97.图12示出了根据例子的平衡除霜系统1200(例如，图8的除霜系 统800、图9的除霜系统902、904)的简化框图。在实施例中，除霜系 统1200包括rf子系统1202、除霜腔1204、用户界面1206、系统控制 器1208、rf信号源1210、电源和偏置电路系统1212、可变阻抗匹配网 络1214、两个电极1216、1217(跨腔1204间隔开距离1232)和功率检 测电路系统1220。此外，在其它实施例中，除霜系统1200可以包括一 个或多个温度传感器、一个或多个红外(ir)传感器和/或一个或多个重 量传感器1222，但是这些传感器组件中的一些或全部可以不包括在内。
98.在例子中，rf子系统1202包括系统控制器1208、rf信号源1210、 第一阻抗匹配电路1226(在本文中为“第一匹配电路”)、电源和偏置电 路系统1212以及功率检测电路系统1220。系统控制器1208可操作且通 信地耦接到用户界面1206、rf信号源1210、电源和偏置电路系统1212、 功率检测电路系统1220、可变阻抗匹配网络1214、功率检测电路系统1220以及传感器1222(如果包括的话)。系统控制器1208被配置成接收 指示经由用户界面1206接收的用户输入的信号并且从功率检测电路系 统1220接收指示rf信号反射功率(以及可能rf信号前向功率)的信 号。响应于接收到的信号和测量结果并且如稍后将更加详细地描述的， 系统控制器1208向电源和偏置电路系统1212以及rf信号源1210的 rf信号发生器1228提供控制信号。此外，系统控制器1208向可变匹配 子系统1246(通过控制路径1244)提供控制信号，所述控制信号使子系 统1246改变子系统1246的可变阻抗匹配网络1214的状态或配置。
99.在电极1216、1217之间的操作频率和距离1232被选择成限定子谐 振内除霜腔1204的情况下，第一电极1216和第二电极1217电容性地耦 接。更具体地说，第一电极1216可以类推为电容器的第一板，第二电极 1217可以类推为电容器的第二板，并且负载1224、非导电屏障1230以 及除霜腔1204内的空气可以类推为电容器电介质。因此，第一电极1216 可替换地在本文中可被称为“阳极”，并且第二电极1217可替换地在本 文中可被称为“阴
极”。基本上，第一电极1216和第二电极1217两端的 电压加热腔1204的负载1224。根据各个实施例，rf子系统1202被配 置成生成rf信号以在电极1216、1217两端产生电压。
100.rf子系统1202的rf信号源1210的输出通过导电传输路径电耦接 到可变匹配子系统1246，所述导电传输路径包括串联连接并且统称为传 输路径1234的多个导体1234-1、1234-2、1234-3、1234-4和1234-5。根 据实施例，导电传输路径1234包括“不平衡”部分和“平衡”部分，其 中“不平衡”部分被配置成携带不平衡rf信号(即，相对于接地引用 的单个rf信号)，并且“平衡”部分被配置成携带平衡rf信号(即， 相对于彼此引用的两个信号)。传输路径1234的“不平衡”部分可以包 括rf子系统122内的不平衡第一导体1234-1和不平衡第二导体1234-2、 一个或多个连接器1248、1250(各自具有公连接器部分和母连接器部分) 以及电耦接在连接器1248、1250之间的不平衡第三导体1234-3。第三 导体1234-3包括同轴电缆，但是电气长度也可以更短或更长。在替代性 实施例中，可变匹配子系统1246可以与rf子系统1202一起被容置， 并且在此类实施例中，导电传输路径1234可以不包括连接器1248、1250 和第三导体1234-3。无论哪种方式，导电传输路径1234的“平衡”部 分包括可变匹配子系统1246内的平衡第四导体1234-4以及电耦接在可 变匹配子系统1246与电极1216、1217之间的平衡第五导体1234-5。
101.如图12所示，可变匹配子系统1246容置有被配置成以下的设备： 在设备的输入处通过传输路径的不平衡部分(即，包括不平衡导体 1234-1、1234-2和1234-3的部分)从rf信号源1210接收不平衡rf信 号；将不平衡rf信号转换成两个平衡rf信号(例如，相位差在120 度与240度之间如约180度的两个rf信号)；以及在设备的两个输出处 产生所述两个平衡rf信号。例如，转换设备可以是平衡-不平衡转换器 1252。平衡rf信号通过平衡导体1234-4传送到可变阻抗匹配网络1214 并且通过平衡导体1234-5最终传送到电极1216、1217。如下文将更加 详细地描述的，可变阻抗匹配网络1214为双端可变匹配电路，所述双端 可变匹配电路被配置成接收平衡rf信号(例如，通过连接1234-4)、执 行与双端可变阻抗匹配网络1214的当时电流配置相对应的阻抗变换并 且通过连接1234-5向第一电极716和第二电极717提供平衡rf信号。
102.rf信号源1210包括rf信号发生器1228和功率放大器1238(例 如，包括一个或多个功率放大器级)。响应于系统控制器1208通过连接 1240提供的控制信号，rf信号发生器1228被配置成产生频率在ism(工 业、科学和医疗)频带的振荡电信号，但是系统也可以被修改成支持在 其它频带的操作。可以控制rf信号发生器1228以产生不同功率电平和 /或不同频率的振荡信号。
103.功率放大器1238被配置成从rf信号发生器1228接收振荡信号并 将信号放大以在功率放大器1238的输出处产生显著更高功率信号。功率 放大器1238可以包括一个或多个放大级。在图12中，功率放大器1238 被描绘为包括以特定方式耦接到其它电路组件的一个放大器级。在其它 实施例中，功率放大器1238可以包括其它放大器拓扑和/或放大器布置 可以包括仅两个或多于两个放大器级。
104.除霜腔1204和定位在除霜腔1204中的任何负载1224(例如，食物、 液体等等)对通过电极1216、1217辐射到腔除霜1204中的电磁能量(或 rf功率)呈现累积负载。更具体地说且如前所述，除霜腔1204和负载 1224向系统呈现阻抗，所述阻抗在本文中被称为“腔加上负载阻抗”。 再次，在除霜操作期间，腔加上负载阻抗在负载1224的温度增加时改变。 腔加
上负载阻抗直接影响沿着rf信号源1210与电极1216、1217之间 的导电传输路径1234的反射信号功率的量值。在大多数情况下，期望将 传递到腔1204的信号功率的量值最大化和/或将沿着导电传输路径1234 的反射与前向信号功率比最小化。
105.为了使rf信号发生器1228的输出阻抗与腔输入阻抗至少部分地匹 配，第一匹配电路1226沿着传输路径1234电耦接。第一匹配电路1226 被配置成执行从rf信号源1210的阻抗(例如，小于约10欧姆)到中 间阻抗(例如，50欧姆、75欧姆或其它某个值)的阻抗变换。第一匹配 电路1226可以具有多种配置中的任何一种以将阻抗升高到在rf信号发 生器1228的输出阻抗与腔加上负载阻抗之间的中间水平。
106.如上所述，功率检测电路系统1220沿着rf信号源1210的输出与 电极1216、1217之间的传输路径1234耦接。功率检测电路系统1220 被配置成监测、测量或以其它方式检测沿着rf信号源1210与一个或多 个电极1216、1217中的一个或两个之间的传输路径1234行进的反射信 号的功率。功率检测电路系统1220还可以被配置成检测沿着rf信号源 1210与一个或多个电极1216、1217之间的传输路径1234行进的前向信 号的功率。
107.通过连接1242，功率检测电路系统1220向系统控制器1208供应信 号，所述信号传送反射信号功率的测量量值以及在一些实施例中还有前 向信号功率的测量量值。当反射信号功率幅值超过反射信号功率阈值或 反射与前向信号功率比超过s11参数阈值时，这指示系统1200不足以 匹配腔加上负载阻抗并且腔1204内的负载1224吸收的能量可能是次优 的。在此类情形中，系统控制器1208编排更改可变阻抗匹配网络1214 的状态的过程以驱动反射信号功率或s11参数接近或低于期望水平(例 如，低于反射信号功率阈值和/或反射与前向信号功率比阈值)，由此重 新确立可接受的匹配并促进负载1224的更优能量吸收。例如，系统控制 器1208可以通过控制路径1244向可变阻抗匹配电路1214提供控制信 号，所述控制信号使可变阻抗匹配电路1214改变电路内的一个或多个组 件的电感值、电容值和/或电阻值，由此调整可变阻抗匹配网络1214所 提供的阻抗变换。
108.可变阻抗匹配网络1214可以具有各种配置中的任何配置。例如， 在各个实施例中，可变阻抗匹配网络1214可以包括选自以下的任何一个 或多个电路：电感/电容(lc)网络、仅电感网络、仅电容网络或带通 电路、高通电路和低通电路的组合。在可变阻抗匹配网络1214实施在传 输路径1234的平衡部分中的实施例中，可变阻抗匹配网络1214是具有 两个输入和两个输出的双端电路。在例子中，可变阻抗匹配网络1214 包括可变电容网络(例如，图13的双端网络1300)。然而，在替代性实 施例中，可变阻抗匹配网络1214可以包括可变电感和可变电容元件两 者。可变阻抗匹配网络1214提供的电感值、电容值和/或电阻值可以是 通过来自系统控制器1208的控制信号确立的，所述电感值、所述电容值 和/或所述电阻值进而影响网络1214提供的阻抗变换。通过改变可变阻 抗匹配网络1214在处理操作过程中的状态以动态地匹配腔1204加上腔 124内的负载1224的不断变化的阻抗，可以在整个除霜操作过程中将系 统效率维持在高水平。
109.图13示出了根据例子的具有可变电容的双端可变阻抗匹配网络 1300(例如，图12的可变阻抗匹配网络1214)的示意图。双端可变阻 抗匹配网络1300可以在除霜系统(例如，图8的除霜系统800、图9的 除霜系统902、904、图12的除霜系统1200)中并入。双端可变阻抗匹 配网络1300包括具有固定值和可变无源组件的网络。
110.网络1300包括具有第一输入节点1302和第二输入节点1304的双 端输入以及具有
第一输出节点1306和第二输出节点1308的双端输出。 当连接到系统1200(图12)中时，第一输入节点1302可以连接到平衡 导体1234-4的第一导体，并且第二输入节点1304可以连接到平衡导体 1234-4的第二导体。类似地，第一输出节点1306可以连接到平衡导体1234-5的第一导体，并且第二输出节点1308可以连接到平衡导体1234-5 的第二导体。
111.在图13所示的具体实施例中，电路1300包括呈第一电容网络1310 形式的第一可变组件和串联耦接在第一输入节点1302与第一输出节点 1306之间的第一电感器组合件1312。电路1300另外包括呈第二电容网 络1314形式的第二可变组件和串联耦接在第二输入节点1304与第二输 出节点1308之间的第二电感器组合件1316。第一电感器组合件1312包 括第一固定元件1318(例如，图1和图3的固定元件102、图6的固定 元件600、图7的固定元件700中的任何一个)和由第一固定元件1318 支撑的第一螺旋电感器1320(例如，图1和图2中的螺旋电感器112)。 类似地，第二电感器组合件1316包括第二固定元件1322(例如，图1 和图3的固定元件102、图6的固定元件600、图7的固定元件700中的 任何一个)和由第二固定元件1322支撑的第二螺旋电感器1324(例如， 图1和图2中的螺旋电感器112)。
112.第一螺旋电感器1320具有耦接到第一电容网络1310的输出的第一 输入端1326和耦接到第一输出节点1302的第一输出端1328。第二螺旋 电感器1324具有耦接到第二电容网络1314的输出的第二输入端1330 和耦接到第二输出节点1308的第二输出端1332。
113.在图13的示意图中以高度简化的形式示出了第一电感器组合件 1312的第一固定元件1318和第一螺旋电感器1320以及第二电感器组合 件1316的第二固定元件1322和第二螺旋电感器1324。然而，应当理解， 第一固定元件1318和第二固定元件1322中的每个固定元件包括中心芯 和支撑结构，所述支撑结构耦接到中心芯并从中心芯向外突出，并且支 撑结构具有外边缘，所述外边缘具有朝着中心芯延伸的凹陷。另外，支 撑结构通过气隙绕中心芯彼此间隔开。第一螺旋电感器1320和第二螺旋 电感器1324中的每个螺旋电感器包括多个线匝，所述多个线匝位于支撑 结构的凹陷中。另外，中心芯的第一端和第二端被配置成附接到基板(例 如，图4的pcb 402)。上文结合图1-7讨论了第一固定元件1318和第 二固定元件1322以及第一螺旋电感器1320和第二螺旋电感器1324的各 个细节和实施例，并且为了简洁，本文中不再重复。
114.在实施例中，在第一螺旋电感器1320和第二螺旋电感器1324可以 设计用于相对较低的频率(例如，约40.66mhz到约40.70mhz)操作 和相对较高的功率(例如，约50w到约500w)操作时，所述第一螺 旋电感器1320和所述第二螺旋电感器1324的尺寸和电感值均相对较大。 例如，在其它实施例中，第一电感器1320和第二电感器1324各自可以 具有在约100nh到约1000nh的范围内(例如，在约200nh到约600nh 的范围内)的值，但是所述电感器的值可以更低和/或更高。根据实施例， 电感器1320、1324是固定值集总空气线圈电感器。第一固定元件1318 和第二固定元件1322适合地支撑对应的第一螺旋电感器1320和第二螺 旋电感器1324，以实现电感一致性并能够安全附接到基板(例如，图4 的pcb 402)，以在操作期间产生有效的抗振动性能。
115.第一中间节点1334定位在第一可变电容网络1310与第一电感器组 合件1312之间，并且第二中间节点1336定位在第二可变电容网络1314 与第二电感器组合件1316之间。在实施例中，呈第三可变电容网络1338 形式的第三可变组件耦接在第一中间节点1334与第二中间节点1336之 间。
116.第一可变电容网络1310和第二可变电容网络1314对应于匹配网络 1300的“串联匹配部分”。根据实施例，第一可变电容网络1301包括与 第一可变电容器1342并联耦接的第一固定值电容器1340。第一固定值 电容器1340可以具有在约1pf到约100pf的范围内的电容值，并且第 一可变电容器1342可以包括可以选择性地耦接在一起以提供在0pf到 约100pf的范围内的电容的电容组件的网络。类似地，第二可变电容网 络1314包括与第二可变电容器1346并联耦接的第二固定值电容器 1344。第二固定值电容器1344可以具有在约1pf到约100pf的范围内 的电容值，并且第二可变电容器1346可以包括可以选择性地耦接在一起 以提供在0pf到约100pf的范围内的电容的电容组件的网络。
117.为了确保向第一输出节点1306和第二输出节点1308提供的信号的 平衡，将第一可变电容网络1310和第二可变电容网络1314的电容值控 制为在任何给定时间都基本上相同。例如，第一可变电容器1342和第二 可变电容器1346的电容值可以被控制成使得第一可变电容网络1310和 第二可变电容网络1314的电容值在任何给定时间基本上相同。第一可变 电容器1342和第二可变电容器1346以配对方式操作，这意味着所述第 一可变电容器和所述第二可变电容器在操作期间的电容值在任何给定时 间被控制成确保传送到第一输出节点1306和第二输出节点1308的rf 信号是平衡的。在一些实施例中，第一固定值电容器1340和第二固定值 电容器1344的电容值可以基本上相同，但是在其它实施例中，所述电容 值可以不同。
118.可变阻抗匹配网络1300的“并联匹配部分”由第三可变电容网络 1338和固定第一螺旋电感器1320和固定第二螺旋电感器1324提供。在 例子中，第三可变电容网络1338包括与第三可变电容器1350并联耦接 的第三固定值电容器1348。第三固定值电容器1348可以具有在约1pf 到约500pf的范围内的电容值，并且第三可变电容器1350可以包括可 以选择性地耦接在一起以提供在0pf到约200pf的范围内的电容的电 容组件的网络。
119.因为可以改变可变电容网络1310、1314、1338的状态以提供多个 电容值，所以可变电容网络1310、1314、1338可以被配置成将腔加上负 载(例如，图12的腔1204加上负载1224)的阻抗与rf信号源(例如， 图12的rf信号源1210)最佳地匹配。通过改变匹配网络1300中的可 变电容器1342、1346、1350的电容值，系统控制器(例如，图12的系 统控制器1208)可以增大或减小匹配网络1300提供的阻抗变换。令人 期望的是，电容值变化提高rf信号源1210与腔加上负载的阻抗之间的 整体阻抗匹配，这应当导致反射信号功率和/或反射与前向信号功率比降 低。在大多数情况下，系统控制器1208可以力图将匹配网络1300配置 成处于这样的状态：在除霜腔1204中达到最大电磁场强度和/或由负载 1224吸收最大功率量和/或由负载1224反射最小功率量。
120.应当理解，图11和图13所示的可变阻抗匹配网络1100、1300是 可以执行期望的单端和双端可变阻抗变换的两个可能的电路配置。单端 和双端可变阻抗匹配电路的其它实施例可以包括不同地布置的电感或电 容网络或可以包括无源网络，所述无源网络包括电感器、电容器和/或电 阻器的各种组合，其中一些无源组件可以是固定值组件并且一些无源组 件可以是可变值组件(例如，可变电感器、可变电容器和/或可变电阻器)。 在这些其它实施例中的任何一个实施例中，相对大的空气线圈螺旋电感 器可以并入到电感器组合件中，所述电感器组合件中的每个电感器组合 件包括如上述的那些用于支撑螺旋电感器的固定元件，以实现电感一致 性并且使得能够安全附接到基板(例如，图4的pcb 402)以在
操作期 间产生有效的抗振动性能。
121.前面的描述涉及“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。 如本文所使用的，除非另有明确规定，否则“连接”意指一个元件直接 地并且不一定是机械地接合到另一个元件(或与另一个元件直接连通)。 同样，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件直接地或间接地并且不 一定是机械地接合到另一个元件(或与另一个元件直接或间接连通)。因 此，虽然附图中所示的示意图描绘了元件的一个示例性布置，但是所描 绘主题的实施例中可以存在另外的中间元件、装置、特征或组件。
122.本文中公开的实施例需要一种电感器组合件、包括电感器组合件的 阻抗匹配网络以及包括阻抗匹配网络与电感器组合件的系统。所述系统 可以是实施一个或多个阻抗匹配网络的除霜(或解冻)系统。电感器组 合件包括固定元件，所述固定元件支撑具有多个线匝的螺旋电感器。固 定元件包括围绕中心芯的多个支撑结构，并且每个支撑结构包括具有凹 陷的凹口轮廓的外边缘。螺旋电感器的线匝位于支撑结构的凹陷中。支 撑结构中的凹陷沿支撑结构均匀扩展，以确保螺旋电感器的每个线匝之 间的间隙是均匀的。另外，固定元件保留螺旋电感器的所有线匝，使得 线匝不能自由偏移，并且固定可以直接附接到基板，如印刷电路板 (pcb)。因此，固定元件可以确保螺旋电感器的电感的一致性，并且可 以另外地为螺旋电感器提供牢固的支撑以使能良好的抗振动性能。
123.本公开旨在解释如何设计并使用根据本发明的各个实施例，而不旨 在限制本发明的真实、预期且合理的范围和精神。上述说明不旨在是详 尽的或将本发明限制于所公开的确切形式。鉴于以上教导，修改或变化 是可能的。选择并描述了一个或多个实施例，以便提供对本发明的原理 及其实际应用的最佳展示并且使本领域的技术人员能够在各个实施例中 且连同如适合于所设想的特定用途的各种修改而利用本发明。在根据公 平、合法和合理授权的范围来解释时，所有这种修改和变化都处于本发 明的如由可在本专利申请未决期间加以修改的所附权利要求及其所有等 效物确定的范围内。