DE2650681A1

DE2650681A1 - Mikrowellenofen

Info

Publication number: DE2650681A1
Application number: DE19762650681
Authority: DE
Inventors: Jan Olov Appelquist; Kurt Haakan Carlsson; Bengt Uno Imberg; Frans Christiaan De Ronde
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-11-05
Publication date: 1977-05-18
Also published as: JPS5276751A; CA1086831A; US4165454A; FR2331234A1; FR2331234B1; GB1573112A; DE2650681C3; DE2650681B2; IT1073769B

Description

PHN. 8379

WIJ/WR/

3O.IO.I976

H.V. Philips* GWilampenfabrteken
Mikrowellenofen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenofen mit einem Ofenraum und einer Mikrowellenquelle, die über ein Speisesystem mit dem Ofenraum gekoppelt ist, welches System zum direkten Zuführen von Energie zu einer in den Ofenraum über dem Speisesystem gestellten zu erhitzenden dielektrischen Substanz, wie Nahrung, eingerichtet ist.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Mikrowellenöfen, die auf dem Hohlraumresonanz-Prinzip beruhen und wobei eine möglichst gleichmässige Feldverteilung im ganzen Ofenraum angestrebt wird, beruhen die Mikrowellenöfen der eingangs erwähnten Art. auf dem sogenannten Nahfeld-Prinzip,

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wobei danach, gestrebt wird, nur in einem Teil des Ofenraums esa Feld zu erzeugen und zwar ausschliesslieh dort, wo die 2IU. erhitzende Ware in den Ofenraum gestellt wird. Die "bekannten Mikrowellenofen dieser Art sind dazu mit einem Speisesystem versehen, das eine oder mehrere Antennen umfasst. So ist in der deutschen Offenlegungsschrift 2,^10.105 ein Mikrowellenofen beschrieben worden, wobei das Speisesystem einen Primärstrahler in Form einer DipoX-äntennenkombination umfasst, die in einer unterhalb des eigentlichen Ofenraums befindlichen Antennenkammer untergebrauch, t ist und eine Anzahl Sekundärstrahler in Form von Schlitzstrahlern, die in der Wand angeordnet sind, die die Antennenkammer von dem eigentlichen Ofenraum trennt und auf die die zu erhitzende Ware hingestellt werden kann. Diese bekannte Konstruktion weist den Nachteil auf, dass im Ofenraum nicht nur das erwünschte Nahfeld sondern auch durch Auftritt unerwünschter Resonanzen bestimmte Stehwellenmuster auftreten, die bekanntlich Randverbrennungserscheinungen herbeiführen könraen. Damit die letztgenannten Erscheinungen vermieden werden, wird die Primärantenne, bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform dieser bekannten Konstruktion, während der Wärmebehandlung ständig gedreht, was die Konstruktion jedoch wesentlich verwickelter macht. Ausserdem weist dieses bekannte Speisesystem den Nachteil auf, dass das .von den Antennen abgegebene Strahlungsfeld eine bräunende. Wirkung auf die zu erwärmende Nahrung ausübt, was bei der Bereitung von Fleisch meistens erwünscht ist,

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jedoch bei vielen anderen Nahrungsarten als unerwünscht betrachtet wird. Ähnliche Nachteile treten bei einem aus der deutschen Offenlegungsschrift 24.36120 bekannten Mikrowellenofen auf, der mit einem Speisesystem mit einem oder mehreren Strahlern in Form von Spiralantennen ausgerüstet ±st.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen Mikrowellenofen der eingangs erwähnten Art zu schaffen mit einem Speisesystem, das die obengenannten Nachteile weitgehend verringert und ausserdem von einfacher Konstruktion ist.

Nach der Erfindung ist ein derartiger Mikrowellenofen dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwand des Ofenraumes mit einem Speisesystem versehen ist, das aus einer Uebertragungsleitung in Form einer flachen Drahtoder Streifenleiterkonfiguration besteht, die sich parallel zu und in der Nähe von einer niedriger liegenden leitenden flachen Platte erstreckt und welche flache Draht- oder Streifenleiterkonfiguration sich praktisch symmetrisch gegenüber einem zentralen Speisepunkt erstreckt und zwar fiber nahezu die ganze Oberfläche der genannten unteren Wand des Ofenraumes.

An dieser Stelle sei auf die U.S. Patentschrift ²·937·259 hingewiesen, woraus ein Mikrowellenofen bekannt ist mit einem Speisesystem, das aus einer Uebertragungsleitung besteht, die durch einen in einem bestimmten Abstand von der oberen Wand des Ofenraumes vorgesehenen Drahtleiter gebildet wird. Der betreffende Mikrowellenofen ist jedoch von einem Typ, der auf dem Hohlraumresonator-

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Prinzip beruht und mit dem Gebrauch der Uebertragungsleitung als Speisesystem wird das Erhalten einer gleichmässigeren Feldverteilung im Ofenraum beabsichtigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schaubildliche Darstellung eines Mikrowellenofens nach der Erfindung,

Figur 2a eine schaubildliche Darstellung des

Ofenraumes in dem Ofen aus Figur 1 und mit einem Speisesystem nach einer ersten möglichen Ausfuhrungsform,

Figur 2b und 2c einen horizontalen bzw. vertikalen Schnitt durch desselben Raum mit dem Speisesystem,

Figur 3^a und 3t> einen horizontalen bzw. vertikalen Schnitt durch einen Ofenraum mit einer zweiten möglichen Ausführungsform des Speisesystems,

Figur 3c eine detaillierte Darstellung des Speisesystems nach den Figuren 3^a und 3^»»

Figur h einen horizontalen Schnitt durch einen Ofenraum mit einer dritten möglichen Ausfuhrungsform des Speisesystems,

Figur 5 und 6 schematische Darstellungen

verschiedener Arten, wie eine unmittelbare Kopplung zwischen einer Magnetronantenne und der Draht- oder Streifenleiterkonfiguration ausgebildet werden kann.

• · Figur 1 zeigt einen Mikrowellenofen, der aus einer Aussenhülle 10 mit einem Bedienungsspult 11 und einem

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Ofenraum 12 besteht, der durch leitende Wände begrenzt wird, von denen die untere ¥and 13 als Träger für die zu erhitzende Nahrung 14 dient. ¥ie Figur 2a zeigt befindet sich im Raum unmittelbar unterhalb des Platzes, wo die Nahrung hingestellt wird, eine Uebertragungsleitung 15» die bei der dargestellten Ausführungsform durch zwei spiralförmige Draht- oder Streifenleiter 15'» 15'' gebildet wird. Diese Draht- bzw. Streifenleiter 15'» 15'' sind in der Mitte mit einem Metallstift 16 verbunden. Der Metallstift 16 ragt durch die Bodenplatte 20 des Ofens 12 in einen Wellenleiter 17 (siehe auch Figur 2c), an dessen gegenüberliegendem Ende die Auskopplungsantenne 18 eines Magnetrons 19 bis in den Wellenleiter 17 ragt. Die spiralförmige Uebertragungsleitung 15 befindet sich auf der Unterseite der als Träger wirksamen unteren Wand 13 in einem bestimmten Abstand von der leitenden Bodenplatte 20. Diese Bodenplatte 20 dient als Erdfläche und die spiralförmigen Draht- bzw. Streifenleiter 15^f» 15'' bilden zusammen mit" der Erdfläche eine sogenannte Mikrostrexfenleitung. Die Kopplung zwischen dem Metallstift und den Draht- bzw. Streifenleitern lässt sich mit Hilfe eines galvanischen Kontaktes, einer kapazitiven Kopplung- oder eines Impedanztransformators (Drosselspule) herstellen.

Die vom Stift 16 abgewandten Enden der Leiter sind in dem obengenannten Beispiel offen. Es ist auch möglich, die Leiter mit angepassten energieabführenden Impedanzen, beispielsweise in Form von Ferritelementen, abzuschliessen, damit immer eine Belastung im Ofen ist

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aich. in dem Fall, wo der Ofenraum leer ist.

Der Abstand zwischen den Draht- bzw. Streifenleitern 15'ι 15 ^!t und der als Erdfläche wirksamen Bodenplatte 20 soll derart sein, dass dieser zwischen dem Wert ■ , der zu einer optimalen Uebertragungsleitung (minimale Strahlung führt, und dem ¥ert liegt, der zu einer optinalen Antennenfunktion (maximale Strahlung) führt. Der Abstand zwischen den Draht- und Streifenleitern und der Erdfläche kann einen ¥ert haben, der zwischen ■ und -~— liegt. Für einen Ofen mit einer Arbeitsfrequenz von 2450 MHz stellte es sich heraus, dass ein Wert ■ = 15 n¹¹³ eine richtige Wahl war. Ausser durch eine richtige Wahl des Abstandes zwischen den Leitern und der Erdfläche kann die gewünschte Sirahlungsmenge durch eine richtige Wahl der Breite der Streifenleiter, falls streifenförmige Leiter verwendet werden, erhalten werden.

Energie des Magnetrons wird über den Wellenleiter 17 zum Metallstift 16 übertragen und von dort zur Mitte der Uebertragungsleitung 15» die aus den "zwei spiral-' förmigen Mikrostreifenleitern 15'» 15'' besteht. Von der Mitte pflanzt sich die Energie durch die zwei Leiter 15' und 15¹¹ zu den offenen Enden derselben fort. Zur selben Zeit, wo die Energie sich durch die Leiter fortpflanzt, wird im Ofenraum ein Nahfeld erzeugt, dessen Stärke von dem zentralen Speisepunkt in radialer Richtung schnell abnimmt. Dabei hat es sich herausgestellt, dass, wenn die zu erhitzende Nahrung an den dazu bestimmten Platz mitten in den Ofen gestellt wird, die gerichtete Strahlung, die auf den Mittenteil des Ofens konzentriert ist, von der

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Nahrung praktisch völlig absorbiert wird. Es stellte sich heraus, dass der Ofenraum an sich praktisch nicht angeregt wurde.

Wenn die untere ¥and des Raumes nicht quadratisch sondern rechteckig ist, können die Spiralen eine ovale Form haben statt der dargestellten kreisrunden Form, so dass die Leiter zusammen den grössten Teil der rechteckigen unteren Wand bedecken. Statt zweier Spirale, wie in dem dargestellten Beispiel, kann jede beliebige Anzahl Spiralen gewählt werden, beispielsweise vier Spiralen, die verflochten sind oder sogar nur eine Spirale. Jede Spirale kann dabei den zentralen Speisepunkt völlig oder teilweise umgeben, wie in dem dargestellten Beispiel. Die ausstrahlenden Mikrostreifenleiter können an der Unterseite der zugleich als Träger der zu erhitzenden Substanz wirksamen unteren Wand 13 angeordnet werden.

Die untere ¥and I3 kann aus dielektrischem

Material mit geringem Verlust bestehen, kann jedoch auch völlig oder teilweise aus dielektrischem Material mit viel Verlust bestehen, damit ausserdem eine Erhitzung durch direkten Kontakt zwischen der unteren Wand I3 und der darauf gestellten Nahrung erhalten wird. Die Draht bzw. Streifenleiter können an der Unterseite der untei-en Wand des Ofenraumes mit Hilfe eines dazu geeigneten Zementes befestigt werden. Auch können die Draht- bzw. Streifenleiter auf der Unterseite der unteren Wand 13 durch Metallisierung bzw. Metallabscheidung gebildet werden. Es ist auch möglich, die ausstrahlende Uebertragungsleitung von der unteren Wand des Ofenraumes mittels Unterstützungen tragen zu lassen,

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die an einigen geeigneten Stellen an den Leitern befestigt sind.

Die Figuren 3^a und Jh zeigen noch ein Aus—

ftihrungsbeispiel des Speisesystems in einem Ofen nach, der Erfindung. In Figur Jb ist der Ofenraum 12 mit der unteren ¥and 13 oberhalb der Bodenplatte 20 und mit der zu erwärmenden Nahrung 14, die auf der unteren Wand 13 steht, ersichtlich. An der Unterseite der unteren Wand befindet sie eine Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration 21, die jedoch nicht spiralförmig ist sondern wie Figur Ja zeigt, aus einer Anzahl konzentrischer kreisförmiger Leiter 21·, 21¹¹, 21"·, 21 ι« ιt und 21«''* ^f besteht, die in einer Ebene liegen und von einem zentral liegenden Speisepunkt 22 aus über einen Metallstift 23 gespeist werden, der unmittelbar mit einer Magnetron gekoppelt ist und der über vier radial verlaufende Leiter 24, 25, 26 und 27 mit dem konzentrischen kreisförmigen Leitern verbunden ist. Die Leiter 24 - 27 befinden sich dicht- an der Bodenplatte 20 und strahlen infolge der Tatsache, dass sie sich so nahe an der leitenden Bodenplatte befinden, nicht aus. Die Leiter 24 - 27 können beispielsweis wie die Zeichnung zeigt, an jeder Kreuzung mit den konzentrischen ringförmigen Strahlungsleitern 21' ~ 21''''' verbunden werden. Figur 3c zeigt die Form einer derartigen Kreuzverbindung. Das ganze Leitungssystem wird von der unteren Wand mittels Α/^-Träger 28, 29, 30 und 31 getragen.

Die Aufgabe des Speisesystems aus Figur J ist Im Grunde dieselbe wie die der obenstehend beschriebenen

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Anordnung. So pflanzt sich eine laufende Welle aus dem zentralen Speisepunkt über die radialen Leitern 2h - ZJ zu jedem der ringförmigen Leiter 21' - 21'»»»« fort. Diese Leiter leiten die laufende Welle einander zu und geben gleichzeitig durch Strahlung Energie ab. Infolge dieser Ausstrahlung nimmt die Energie an den strahlenden Leitern ±n der Auswärtsrichtung gerechnet von dem zentralen Speisepunkt schnell ab und der grösste Teil der Strahlung erfolgt im zentralen Teil des Ofens. Wenn zu erhitzende Nahrung in die Mitte des Ofens gestellt wird, nimmt diese Nahrung praktisch alle Energie auf und der Ofenraum wird nicht angeregt.

In dem Falle, wo die untere Wand 13 des Of enraunes nicht quadratisch sondern rechteckig ist, können die dargestellten kreisrunden Leiter gewünschtenfalls durch ellipsenförmige Leiter ersetzt werden, so dass sie sich über die ganze Oberfläche der unteren Wand 13 erstrecken. Es ist auch nicht notwendig, dass die Leiter an jeder Kreuzung des jeweiligen radialen Leiters und der ringförmigen bzw. ellipsenförmigen Leiter an die radiale Leitung angeschlossen ■werden. Es ist ausreichend, dass jeder ringförmige bzw. ellipsenförmige Leiter an mindestens einem Punkt mit einem radialen Leiter verbunden wird, der mit dem zentralen Speisepunkt verbunden ist und die Anzahl radialer Leiter kann jeden geeigneten Wert haben.

Figur 4 zeigt einen horizontalen Schnitt durch einen Ofen nach der Erfindung, der eine andere Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration aufweist. Wie im vorhergehenden

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Beispiel bildet ein Metallstift 23 einen zentralen Speisepunkt 2. Der Metallstift 23 ragt durch ein Loch in der unteren Wand des Ofenraumes und ist unmittelbar mit einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Magnetronantenne gekoppelt. Aus diesem zentralen Speisepunkt erstrecken sich zwei Streifenleiter 32 und 33» die im dargestellten Ausführungs"beispiel die Form von "eckigen Spiralen" aufweisen. Weiter sind eine Anzahl Strahlungselemente, die alle durch y\ /2 lange Streifen gebildet werden, mit diesen Leitern gekoppelt. Die Zeichnung zeigt einige Beispiele, wie diese Strahlungselemente angeordnet und mit den spiralförmigen Leitern gekoppelt werden können. Entsprechend dem rechten Teil aus Figur 4 ragen die Strahlungselemente 3h praktisch senkrecht aas den Leitern und sind mit diesen Leitern galvanisch verbunden. Der linke Teil aus Figur h zeigt eine andere Möglichkeit, nach der die Strahlungselemente 35 sich parallel zu den jeweiligen Leitern erstrecken und in einem geringen Abstand davon vorgesehen sind. In diesem Fall sind die Strahlungselemente mit den Leitern induktiv gekoppelt. Die spiralförmigen Leiter und die Strahlungselemente liegen in derselben Ebene und sind beispielsweise auf -der Unterseite der unteren Wand des •Ofenraumes in einem geringen Abstand von der Bodenplatte des Ofens angeordnet.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: eine laufende Welle pflanzt sich aus dem zentralen Speisepunkt über die Leiter fort und versetzt die Strahlungselemente ins Schwinger,

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In diesem Fall geben die Leiter sowie die Strahlungselemente Energie in Form von Strahlung ab. Diese Ausführungsform bietet durch die Verwendung der zusätzlichen Strahlungselemente die Möglichkeit, die ausgestrahlte Energie über die Bodenoberfläche des Ofens zu verteilen. Parameter, die die örtliche Energiestrahlung an jeder beliebigen Stelle bestimmen, sind der Abstand zwischen nebeneinander liegenden Strahlungselementen und die Breite der Elemente. ¥enn die Strahlungselemente sich parallel zu den Leitern erstrecken, ist der Abstand zwischen dem Strahlungselement und dem Leiter ein weiteres Parameter, das die örtliche Strahlung bestimmt. Ein anderes Parameter, das die örtliche Strahlung bestimmt ist selbstverständlich das Muster, in dem die Strahlungsleiter angeordnet sind. ¥enn diese Parameter auf geeignete Weise kombiniert werden, kann eine sehr genaue Energieverteilung erhalten werden.

Figur 5 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer unmittelbaren Kopplung zwischen dem Magnetron und den Draht- bzw. Streifenleitern, wodurch der ¥ellenleiter (17 in Figur 2c) fortgelassen werden kann. ¥ie der Figur 5 zeigt ist eine Ausnehmung 42 in der unteren Wand 43. des Ofenraumes vorgesehen und die Antenne 44 des Magnetrons ragt in diese Ausnehmung. Die Magnetronantenne 44 ist von einer leitenden Büchse 45 umgeben. Am abgeschlossenen Ende ist diese Büchse mit einem Draht- bzw. Streifenleiter 46 verbunden, der sich in einer dielektrischen Platte 47 befindet. Die Länge A der Büchse ist etwa /Λ/4, beispielsweise etwa 30 mm, wodurch die unendliche Impedanz %M offenen Ende der Büchse in eine sehr niedrige Impedanz

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am abgeschlossenen Ende verwandelt wird, wo die Magnetronantenne in die Draht-bzw. Streifenleiter übergeht. Der Abstand a_ zwischen der Magnetronantenne 44 xxnd der umhüllenden Büchse 45 ist vernaltnismässig klein, beispielsweise etwa 1 mm, während der Abstand b_ zwischen der Büchse 45 xind der Seitenwand der Ausnehmung 42 verhältnismässig gross ist, beispielsweise über 10 mm.

Figur 6 zeigt noch ein Verfahren zur xxnmittelbaren Kopplung zwischen dem Magnetron und den Draht- bzw. Streifenleitern. In Figur 6 ist die untere Wand 43 des Ofenraumes, die Magnetronantenne 44, die dielektrische Platte 47 und der Draht- bzw. Streifenleiter 46 ersichtlich. In diesem Fall ist jedoch die Antenne 44 von einer Büchse 48 umgeben, die auf beiden Enden offen ist und aus welcher Büchse dex" Draht- bzw. Streifenleiter 46 an dem Ende, das an die untere Seite der unteren Wand des Ofenraumes grenzt, hinausragt. Die Länge der Büchse ist auch in diesem Fall /\/4, wodurch die unendliche Impedanz an dem offenen Ende, das nach innen zeigt, auf eine sehr niedrxge Impedanz <amj gegenüberliegenden Ende, wo die Magnetronantenne in den Draht- bzw. Streifenleiter übergeht, verwandelt wird.

In beiden Fällen können die Draht- bzw. Streifer leiter radial aus den leitenden Büchsen 45 bzw. 48 hinausragen und sie können spiralförmig sein, beispielsweise wie.dies in Figur 2b oder Figur 4 dargestellt ist.

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Claims

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1 . «' Mikrowellenofen mit einem Ofenraum und einer

Mikrowellenquelle, die über ein Speisesystem mit dein Ofenraum gekoppelt ist, welches System zum unmittelbaren Zuführen von Energie zu einer in den Ofenraum Über dem Speisesystem gestellten zu erhitzenden dielektrischen Substanz eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Wand des Ofenraumes mit dem Speisesystem versehen ist, das aus einer Uebertragungsleitung in Form . einer flachen Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration besteht, die sich parallel zu und in der Nähe von einer niedriger liegenden leitenden flachen Platte erstreckt und welche flache Draht— bzw. Streifenleiterkonfiguration sich praktisch symmetrisch, gegenüber einem zentralen Speisepunkt erstreckt und zwar über nahezu die ganze Oberfläche der genannten unteren ¥and des Ofenraumes.

2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration eine Anzahl in derselben Ebene liegender spiralförmiger Leiter umfasst, die je aus dem zentralen Speisepunkt nach aussen sich erstreckend den Speisepunkt völlig oder teilweise umgeben.

3· Mikrowellenofen nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass jeder der spiralförmigen Leiter den zentralen Speisepunkt mindestens einmal umgibt. h. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die genannte Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration eine Anzahl Leiter umfasst, die konzentrische Kreise um den zentralen Speisepunkt bilden und

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je mindestens an einem Punkt mit dem zentralen Speisepunkt verbunden sind.

5. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die untere Wand des Ofenraumes, an deren unterer Seite die Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration vorgesehen ist, durch eine Platte aus dielektrischem Material gebildet wird.

6. Mikrowellenofen nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass das genannte dielektrische Material eine verhältnismässig hohe dielektrische Konstante aufweist,

7. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 und/oder 5j dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Platte aus dielektrischem Material den Trager für die zu erhitzende Substanz bildet.

8. Mikrowellenofen nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der unteren Seite der unteren Wand des Ofenraumes vorgesehene Leiterkonfiguration durch Drahtleiter gebildet wird.

9. Mikrowellenofen nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der unteren Seite der unteren Wand des Ofenraumes vorgesehene Leiterkonfiguration durch durch Niederschlag kleiner Metallteilchen (Metallisierung) erhaltene Streifenleiter gebildet ist.

10. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Draht- bzw. Wellenleiterkonfiguration und der niedriger liegenden leitenden Platte zwischen A/25 und A/5 und vorzugsweise beträgt.

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•11. Mikrowellenofen nach Anspruch 10, dadurch

gekennzeichnet, dass die genannte niedriger liegende leitende Platte durch die Bodenplatte der Ofenhiille gebildet wird. 12. Mikrowellenofen, nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Draht- bzw. Streifenleiterkonfiguration mit mehreren Schwingungseiementen in Form leitender
Drahtteile bzw. Streifen mit einer Länge gleich der
halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz oder gleich einer
geraden Anzahl Male der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz verbunden und/oder gekoppelt ist.

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