DE2819762A1

DE2819762A1 - Resonanter mikrowellenapplikator

Info

Publication number: DE2819762A1
Application number: DE19782819762
Authority: DE
Inventors: Andre-Jean Berteaud; Georges Roussy; Jean-Marie Thiebaut
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-11-30
Also published as: US4259561A

Description

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28197G2

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenapplikator, d.h., eine leitende Umgrenzung, welche mit einem Generator zur Erzeugung elektromagnetischer Mikrowellen gekoppelt wird und zur Aufnahme einer Probe bestimmt ist, die auf diese Weise einem elektromagnetischen Mikrowellenfeld ausgesetzt wird.

Ausgehend von den Maxwell-Gleichungen läßt sich zeigen, daß jeder von einem homogenen Dielektrikum erfüllte Mikrowellenhohlraum stationäre Resonanzzustände ("Eigenmoden") für eine Folge diskreter Frequenzen, die man Resonanzfrequenzen nennt, zuläßt. Für Hohlräume allgemeiner Zylinderform kann man daher das elektrische und das magnetische Feld, die im Hohlraum herrschen, für die verschiedenen Eigenmoden berechnen.

Die Schwierigkeit besteht darin, daß das Verhalten eines Mikrowellenapplikators, der eine Probe enthält, von demjenigen eines von einem homogenen Dielektrikum erfüllten Hohlraums abweicht. Der Applikator enthält letztlich ein erstes dielektrisches Volumen - dasjenige der Probe - und ein zweites dielektrisches Volumen, welches durch die die Probe umgebende Luft gebildet ist. Die dielektrischen Eigenschaften der Probe unterscheiden sich nennenswert von denjenigen von Luft, und das Einführen der Probe ändert den stationären Zustand ab, den man berechnen kann, wenn der Applikator allein von Luft erfüllt ist.

In der Praxis berechnet man, wenn das Volumen der Probe klein verglichen mit dem des Hohlraums ist - Fall der Messung von Dielektrizitätskonstanten von Materie -, die geringe Änderung die sich aus dem Einführen der Probe

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ergibt durch ein iteratives Nährungsverfahren, was zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt.

Wenn es sich im Gegensatz dazu nicht um eine Messung sondern um eine Mikrowellenbehandlung handelt, ist die Größe der Probe notwendigerweise erheblich. Das iterative

Nährungsverfahren ist also für die Mikrowellenapplikatoren nicht tauglich.

Im einfachen und gängigen Fall der Mikrowellenherde für die Küche, wo die Abmessungen des Behandlungsguts von vorneherein beliebig sind und das Volumen des Herds nennenswert ist, ist die Anzahl der möglichen Eigenmoden hinreichend groß. Anstelle den energetischen Wirkungsgrad der verschiedenen Moden als Funktion der verschiedenen Größen der Proben zu optimalisieren, erstellt man einen Mittelwert aller möglichen Moden mit Hilfe eines Modendurchwirblers. Dieser wird meistens durch einen Ventilator gebildet, dessen Metallflügel bei der Drehung eine Verformung des den Mikrowellen angebotenen Volumens erzeugen. Der so gewonnene Mikrowellenapplikator bietet ein erhebliches Volumen, er ist jedoch nicht resonant, und daher nicht in der Lage, das behandelte Gut einem nennenswerten elektrischen Feld zu unterwerfen.

Außerdem ist die Verwirklichung von resonanten Mikrowellenapplikatoren möglich: zylindrischer Hohlraum mit kreisförmigem Querschnitt für eine ebenfalls zylindrische Probe, die koaxial im Hohlraum angeordnet ist; quaderförmiger Hohlraum, der von einer zylindrischen Probe vollkommen durchsetzt ist. In allen Fällen ist die Größe dieser Applikatoren notwendigerweise beschränkt, wenn man will, daß sie resonant bleiben. Sie erlauben daher nicht die Behandlung von Proben nennenswerter Abmessungen durch ein starkes elektromagnetisches Mikrowellenfeld.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen resonanten Mikrowellenapplikator allgemein zylindrischer Form zu schaffen, der für langgestreckte Proben, die in Querrichtung angeordnet sind, geeignet ist.

Dieser Applikator bewahrt vor allem seinen resonanten Charakter, wenn man seine Abmessungen proportional vergrößert, um Proben großen Querschnitts zu behandeln. Darüber hinaus ist das Profil des über die Länge der Probe angelegten elektrischen Feldes getreu und gänzlich durch Versuch bestimmbar - namentlich als Temperaturmessungen im Fall einer Wärmebehandlung. Dieses Profil des elektrischen Feldes kann durch Wahl der Proportionen des Applikators gemäß den Erfordernissen eingestellt werden.

Darüber hinaus ist der Applikator abstimmbar, ohne daß die Mittel zur Abstimmung nennenswerte Schwankungen des elektrischen Feldes am Ort der Probe hervorrufen. Dies ist sehr wichtig. In vielen Fällen ist es nämlich in der Tat so, daß sich die elektrischen Eigenschaften des die Probe bildenden Materials während der Mikrowellenbehandlung ändern, beispielsweise wegen einer Temperaturerhöhung. Die Resonanzfrequenz des Hohlraums verändert sich dann ebenfalls; da man als Regel nicht die Frequenz der Mikrowellenquelle einstellen kann, führt man das Einstellen der Frequenz über den Hohlraum durch. Und bei dem Hohlraum gemaß der Erfindung ist es so, daß diese Abstimmung des Hohlraums nur eine geringe Veränderung des elektrischen Felds am Ort der Probe hervorruft, was ein wesentlicher Vorteil ist.

Der Mikrowellenapplikator gemäß der Erfindung umfaßt zwei leitende Hauptwände, die sich parallel zur einer gemeinsamen Axialrichtung erstrecken, wobei jede der Hauptwände zwei Flügel aufweist, die über einen Mittelteil ver-

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bunden sind, und die Flügel der zwei Wände einander paarweise gegenüberliegen, während die Mittelteile der beiden Wände einander ebenfalls gegenüber liegen und eine Einsenkung, d.h., eine Zone lokaler Vergrößerung des Ab-Standes zwischen den zwei Hauptwänden, definieren; er umfaßt außerdem eine erste leitende, einen Kurzschluß bildende Endwand, die sich gemäß einem Querschnitt der Hauptwände erstreckt, und eine zweite leitende Endwand, die einen weiteren Kurzschluß bildet und sich gemäß einem Querschnitt der Hauptwände erstreckt. Schließlich gestattet wenigstens eine Koppelöffnung das Anbieten von Mikrowellenenergie. Die Abmessungen des durch die Hauptwände und durch die Endwände gebildeten Hohlraums sind so gewählt, daß er quasi-ausschließlich im Schwingungsmodus TEii resonant schwingt, in welchem das elektrische Feld längs des Querschnitts der Hauptwände orientiert ist.

Geometrisch ist der Applikator also als zylindrische Oberfläche auf einem offenen Querschnitt definiert, dessen Rand zwei getrennte Teile umfaßt. Jeder Randteil umfaßt zwei Streckenabschnitte bzw. zwei Gruppen von Streckenabschnitten, die die Flügel definieren und über eine gekrümmte oder geknickte Linie, genannt Einsenkung bzw. Nut, miteinander verbunden sind, die eine Konkavität darstellt, die zum anderen Teil des Randes hin orientiert ist. Die beiden konkaven Nuten sind einander zugekehrt und sie sind es auch, die die lokale Vergrößerung des Abstandes zwischen den Hauptwänden definieren. Schließlich ist die zylindrische Oberfläche des Applikators durch zwei querverlaufende Wände beschränkt, die sich längs des Querschnitts erstrecken.

Die auf dem so definierten Querschnitt liegende zylindrische Oberfläche ist auf ihren beiden Seiten offen. Allerdings ist der Abstand zwischen den parallelen Strecken-

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abschnitten deutlich kleiner als die Länge dieser Abschnitte. Die so definierten öffnungen sind daher, verglichen mit der gesamten zylindrischen Oberfläche klein. Diese öffnungen gestatten das Einführen der Probe. Höchst vorteilhaft 1st die zylindrische Oberfläche durch zwei seitliche Wände abgeschlossen, die sich in Axialrichtung erstrecken und die beiden freien Enden der Hauptwände zwischen den beiden Endwänden miteinander verbinden. Wenigstens eine dieser seitlichen Wände weist eine Einführungsöffnung für die Probe auf.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die beiden Hauptwände zueinander bezüglich einer Axialebene, genannt Modenebene, die parallel zu deren Axialrichtung und zur Hauptrichtung von deren großer Querabmessung ist, symmetrisch sind. In dieser Modenebene ist das elektrische Feld zur Hauptrichtung der großen Abmessung der Hauptwände im Querschnitt derselben parallel.

In diesem Applikator wird die zu behandelnde Probe zwischen den beiden Hauptwänden an einer Stelle zwischen den beiden Endwänden angeordnet. Die Probe ist vorzugsweise langgestreckt und ihre große Abmessung im wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Hauptwände angeordnet, die gleich der Achse der Zylinderoberfläche ist. Schließlich wird die Probe im wesentlichen in gleichem Abstand von den beiden Hauptwänden angeordnet.

Vorzugsweise ist die zweite leitende Endwand in Axialrichtung der Hauptwände beweglich, was die Abstimmung des Applikators auf eine bestimmte Frequenz als Funktion der Mikrowellen-Behandlungsbedingungen gestattet.

Die quasi-einzige Resonanz im Modus TE-j-j läßt sich dadurch erhalten, daß die Abmessungen der Zone lokaler Vergrößerung des Abstands bezüglich des normalen Abstands

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zwischen den Hauptflächen geeignet gewählt werden, um allein die Moden TE-j-] und TM-] ι zu bevorzugen, und daß der Abstand zwischen den leitenden Endwänden im wesentlichen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der zum Schwingungsmodus TE-]-] gehörigen halben Wellenlänge gewählt wird, so daß der Applikator nur auf dem Schwingungsmodus TE-] -j in Resonanz ist.

Was die Einkopplung der Versorgung anbelangt, kann die öffnung bzw. können die öffnungen, die sie bilden, an verschiedenen Stellen der Wand des Applikators angeordnet sein, um diesen mit einer elektromagnetischen Mikrowellenfeldverteilung zu speisen, die dem gewünschten Schwingungsmodus im Applikator in der Umgebung der öffnung oder öffnungen entspricht.

Es wurden verschiedene Kopplungen dieser Art realisiert. Für eine von ihnen ist die öffnung in der Mitte einer der Endwände des Applikators angeordnet; vorteilhafterweise verwendet man eine Reihe von Kopplungsöffnungen kleiner Oberfläche anstelle einer einzigen zentralen öffnung großer Oberfläche. Bei einer anderen Kopplung ist die öffnung in einer der Einsenkungen bzw. Nuten des Applikators angeordnet.

Um im einen oder anderen Fall eine variable Kopplung zu erhalten, kann man die öffnung in einer Seitenwand des Mikrowellenleiters anordnen, der die Mikrowellenenergie zuführt. Dieser Wellenleiter ist mit einem Endkolben in der Umgebung der Koppelöffnung versehen. Durch Versetzung des Kolbens kann man auf sehr einfache Weise die Kopplung zwischen dem Wellenleiter und dem Applikator verändern.

Zur Bildung einer variablen Kopplung kann man auch in der Umgebung der Koppelöffnung eine Hilfsplatte versetzen, die die Mikrowellen teilweise reflektiert.

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Bevorzugt ist ein Koppelübergang vorgesehen, der einen stufenlosen übergang der elektromagnetischen Feldverteilung, die zum Ausbreitungsmodus in einem rechteckigen Standard-Wellenleiter gehört, in den im Applikator in der Umgebung der Koppelöffnung gewünschten Schwingungsmodus sicherstellt. Der im Applikator gewünschte Schwingungsmodus ist derjenige, der der Resonanzgrundschwingung TE-]·] entspricht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Mikrowellenapplikators gemäß der Erfindung, mit Ausnahme seiner vorderen Endwand, wobei die hin

tere Endwand abgenommen dargestellt ist,

Fig. 1A eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, mit

zusätzlich der vorderen Endwand, wobei die hintere Endwand eine Koppelöffnung geringfügig

abgeänderter Form zeigt,

Fig. 2 ebenfalls eine perspektivische Ansicht des

Mxkrowellenapplxkators gemäß der Erfindung, der hier mit seiner vorderen Endwand aber ohne Probe

gezeigt ist,

Fig. 3 wiederum eine perspektivische Ansicht, die den

Applikator gemäß der Erfindung ohne vordere und hintere Endwand, aber mit einer die Probe halten

den Mittelwand zeigt,

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Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Abwandlung des Querschnitts des Applikators gemäß der Erfindung,

Fign. 5A zwei Schnittansichten, die eine erste bevorzugte und 5B Abwandlung der Speisungseinkopplung zeigen,

Fig. 5C eine graphische Darstellung, die die Qualität der Kopplung des Applikators an einen Wellenleiter wiedergibt,

Fig. 6 eine Ausfuhrungsform mit veränderbarer Kopplung der ersten bevorzugten Abwandlung,

Fig. 6A eine perspektivische Darstellung des Schemas der

Geometrie des Übergangs in der ersten Abwandlung, und

Fign. 7A zwei Schnittansichten, die eine zweite bevorzug- und 7B te Abwandlung der Speisungseinkopplung zeigen.

Gemäß den Fign. 1 und 1A weist der Applikator zwei leitende Hauptwände auf, die einander gegenüberliegen und mit 1 und 2 bezeichnet sind. Diese beiden Wände sind längs ihrer Axialrichtung Oz parallel. Sie sind allgemein parallel längs der großen Querabmessung ihres Querschnitts (Richtung Oy). Sie zeigen jedoch eine lokale Vergrößerung ihres Abstands in der Umgebung der Mitte des Querschnitts, wobei dieser Abstand in Richtung Ox genommen ist. Auf diese Weise weist die Hauptwand 1 zwei seitliche Flügel 11 und 12 auf, während die Hauptwand 2 zwei seitliche Flügel 21 und 22 aufweist, die den Flügeln 11 und 12 der ersten Wand entsprechen. Die vier Flügel 11, 12, 21 und

3 0 9 iU 8 / 0 fi Γ. 3

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22 sind untereinander parallel und in konstantem Abstand jeweils zu zweien angeordnet. Andererseits umfaßt die Wand 1 in der Umgebung der Mitte des Applikators eine Einsenkung bzw. Nut 10 im wesentlichen in Form eines U auf, und ebenso weist die Wand 2 eine Nut 20/ ebenfalls in Form eines U/ auf. An dieser Stelle ist der Abstand zwischen den Hauptwänden größer, weil er ja zwischen den Rücken der beiden Nuten 10 und 20 zu nehmen ist.

Die beiden Hauptwände sind hier bezüglich einer Axialebene, die man Modenebene nennt, zueinander symmetrisch. Modenebene ist parallel zur Axialrichtung Oz sowie zur Hauptrichtung Oy der großen Querabmessung der Hauptwände.

Darüber hinaus ist jede der Hauptwände 1 und 2 selbst symmetrisch bezüglich einer zweiten Axialebene, die senkrecht zur Modenebene ist und durch die Richtungen Oz und Ox geht. Insgesamt ist der Applikator also symmetrisch bezüglich einer in Richtung Oz und durch seinen Mittelpunkt gehenden Achse. In dieser Ausführungsform bezeichnen 2 1 die gemeinsame Breite der Nuten 10 und 20, b den Maximalabstand zwischen den Hauptwänden, genommen zwischen den Rücken der Nuten, und c den Abstand zwischen den betreffenden Flügel der Hauptwände. Alle diese Abstände sind zwischen den Innenwänden genommen. Man kann daher als Funktion dieser Abstände die weiter oben dargelegte hinreichende Bedingung dafür ausdrücken, daß der Applikator quasi-ausschließlieh im Schwingungsmodus TE-|i resonant ist. Diese Bedingung drückt sich in zwei Schritten aus.

Allein die Moden TE-] -j und ΤΜ·| ι sind bevorzugt, wenn sie die beiden folgenden Ungleichungen erfüllt sind:

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_ ₁₇ _ 28Ί97Γ52

b/3

c² b² * 4.1²

Danach wird, um allein den Schwingungsmodus TE-j ι zu bevorzugen, der Abstand zwischen leitenden Endwänden 3 und 4 im wesentlichen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der zum Schwingungsmodus TE^ gehörenden halben Wellenlänge gemacht. Es ist darauf hinzuweisen, daß sich für die beschriebene Ausführungsform diese halbe Wellenlänge mathematisch berechnen läßt.

Die Rückseite des Applikators, auf dem hinteren Teil der Fig. 1, ist durch eine leitfähige Endwand 3 gebildet, die einen Kurzschluß bildet, der sich über einen Querschnitt der Hauptwände 1 und 2 erstreckt. Die Außenform der leitfähigen Endwand 3 folgt daher der Innenform des durch die zwei Hauptwände 1 und 2 definierten Querschnitts. Darüber hinaus ist die Wand 3 vorteilhafterweise auf der Innenseite mit einer Furche 37 versehen, die sich längs der Modenebene erstreckt.

Auf seiner Vorderseite ist der Hohlraum durch eine zweite leitfähige Endwand 4 verschlossen, die einen weiteren Kurzschluß bildet, der sich, wie die erste Endwand 3,längs eines Querschnitts der Hauptwände erstreckt. Diese zweite Endwand 4 ist beweglich (Fign. 1A und 2) und kann zwischen den zwei Hauptwänden des Applikators gleiten. Auf der dem Inneren des Applikators zugekehrten Seite ist die zweite Endwand 4 ebenfalls mit einer Furche versehen, die wie die Furche 37 der Endwand 3 angeordnet ist.

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Vorteilhafterweise sind die Furchen mit einem Mikrowellen absorbierenden Material ausgefüllt. Auf diese Weise vermeidet man nicht nur die Erzeugung von Störmoden durch die Endwände, sondern man absorbiert zusätzlich wenigstens teilweise diejenigen Moden, die außerdem im Hohlraum möglicherweise entstanden sind.

Darüber hinaus muß, um einen guten Mikrowellenkurzschluß zu verwirklichen, diese bewegliche Endwand bzw. der Kolben 4 über ihren ganzen Rand in gutem elektrischem Kontakt mit dem übrigen Applikator stehen. Man kann diese Bedingung erfüllen, indem man den Rand des Kolbens 4 als "^/4-FaIIe" einrichtet, d.h., so, daß dieser Rand den übrigen Applikator über eine Dicke von mindestens einem Viertel der zum Schwingungsmodus TE₁ -| gehörigen Wellenlänge gegenüberliegt. Dies läßt sich insbesondere erreichen, indem man die Dicke des Kolbens 4 entsprechend wählt oder indem man seinen Rand durch eine leitfähige axiale Borte, beispielsweise in Form eines Kamms, verbreitert.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung (Fign. und 1A) ist die Endwand 3 einstückig mit einem Standard-Wellenleiter 35 rechteckigen Querschnitts. Außerdem ist sie mit einer öffnung 36 versehen, die eine induktive Kopplung des Einspeisungswellenleiters 35 mit dem in den Hauptwänden 1 und 2 existierenden Hohlraum gestattet. Der Wellenleiter 35 ist so gewählt, daß er dem Hohlraum ein elektrisches Feld, das in Richtung Oy orientiert ist, zuführt. Die Koppelöffnung 36 ist dabei vorgesehen, um die genannte induktive Kopplung des Wellenleiters 35 mit dem Hohlraum des Applikators zu verwirklichen. Zu diesem Zweck erstreckt sich die öffnung 36 über die gesamte Breite des Wellenleiters 35, jedoch nur über einen Teil von dessen Höhe. Der Wellenleiter 35 und die öffnung

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kommen symmetrisch bezüglich der bereits genannten Modenebene Ozy an.

Die bis jetzt beschriebenen Elemente genügen zur Bildung eines resonanten Mikrowe1lenapp1ikators. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der durch den Applikator definierte Hohlraum durch Seitenwände 5 und 6 abgeschlossen. Diese Seitenwände 5 und 6 erstrecken sich in Axialrichtung Oz und verbinden die freien Enden der Flügel der Hauptwände. Hier sind außerdem die Seitenwände 5 und 6 senkrecht zur Hauptrichtung Oy der großen Querabmessung der Hauptwände. Die Seitenwände 5 und 6 sind mit entsprechenden öffnungen 50 und 60 versehen, die den Durchtritt einer im Applikator zu behandelnden zylindrischen Probe 7 gestatten.

Mit Hilfe dieser öffnungen 50 und 60, oder jedem anderen geeigneten Mittel, definiert man eine Probenanordnung, die zwischen den zwei Hauptwänden 1 und 2 in genau gleichem Abstand von ihnen angelegt ist, d.h., symmetrisch bezüglich der bereits genannten Modenebene. Der Applikator erweist sich insbesondere für die Behandlung einer langgestreckten Probe als zweckmäßig, deren große Abmessung senkrecht zur Axialrichtung der beiden Hauptwände und parallel zur Hauptrichtung Oy der großen Querabmessung der Hauptwände orientiert ist. Auf diese Weise erstreckt sich die große Abmessung der Probe 7 in der Modenebene des Hohlraums in Richtung des elektrischen Feldes. Es wurde bereits angegeben, daß man die quasi-ausschließliche Resonanz im Schwingungsmodus TE-ji erhält, indem man den Abstand der Endwände 3 und 4 so festlegt, daß er gleich einem ganzzahligen Vielfachen der zum Schwingungsmodus TE-ji gehörigen halben Wellenlänge ist. Da der Hohlraum mehrere Halbwellenlängen enthält, liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß der Hohlraum der Sitz von Knoten und Bäuchen des

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elektrischen Feldes ist. Es ist natürlich wünschenswert, daß die Anordnung der Probe im wesentlichen an einem Bauch des elektrischen Feldes sein soll.

Die Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform der Fign. 1, 1A und 2. In Fig. 3 sind die Endwände 3 und 4 aus Gründen der Klarheit der Darstellung nicht gezeigt. Man findet wieder die Hauptwände 1 und 2 sowie die Seitenwände 5 und 6 und die zylindrische Probe 7. Im Inneren des Applikators ist längs der bereits erwähnten vertikalen Symmetrieebene eine Metallplatte 8 angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß diese so längs der vertikalen Symmetrieebene angeordnete Platte das elektrische Wellenfeld im Inneren des Hohlraums praktisch nicht verändert. Darüber hinaus gestattet sie, die Probe 7 in ihrem Mittelabschnitt zu unterstützen, wo das elektrische Feld am stärksten ist. Dies ist sehr wichtig für die Anwendungsfälle der Aufheizung durch Mikrowellen, weil die Probe in der Heizzone eine Kriechneigung haben kann. Die Wand teilt den Hohlraum praktisch in zwei Hälften. Allerdings erstreckt sie sich nicht bis zum Ende vor dem Hohlraum und läßt auf diese Weise die Möglichkeit einer Bewegung der Endwand 4 zu. In einer einfachen Abwandlung kann man natürlich die Wand 8 sich bis zum Ende des Applikators erstrecken lassen, dann aber ist die Endwand 4 aus zwei Teilen gebildet, die sich zu beiden Seiten dieser Innenwand 8 befinden. Schließlich kann man sich ebenso damit begnügen, eine Wand 8 in der Zone der Probe anzuordnen, die allein dazu dient, diese abzustützen, wo dies notwendig ist.

Im folgenden werden nun Aufheizbeispiele angegeben, die mit Hilfe eines Mikrowellenapplikators gemäß der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung verwirklicht werden.

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BEISPIEL 1

Die Abmessungen des Hohlraums sind durch die gleichen Symbole wie oben bezeichnet, wozu die Dimension 2L, die
die große Querabmessung des Hohlraums zwischen seinen
Seitenwänden 5 und 6 darstellt, und seine Länge Z, die
längs der Achse Oz genommen ist, treten. Der verwirklichte Hohlraum hatte die folgenden Abmessungen, jeweils zwischen den Innenseiten der Wände genommen: b = 132 mm; c = 88 mm; 2 1= 100 mm; 2L = 700 mm; Z = 310 mm.

Die Koppelöffnung 36 hat eine Breite von 38 mm (Richtung Ox), wobei diese Breite durch eine einstellbare Irisblende festgelegt ist. Die Resonanz des Hohlraums wurde
zuerst in Abwesenheit einer Probe bei einer Frequenz von

2,45 GHz geprüft. Der erhaltene Überspannungsfaktor Q

liegt in der Umgebung von 6000. Der Koppelfaktor ß beträgt 0,9.

Der Koppelfaktor ß definiert die Qualität der Kopplung des Hohlraums an seinen Speisungswellenleiter. Wenn er

gleich 1 ist, absorbiert der Hohlraum die gesamte Mikrowellenenergie, die ihm angeboten wird. Die Differenz des
Koppelfaktors in Bezug auf 1 ergibt den Anteil der in den
Speisungswellenleiter zurückreflektierten Energie an. Ein
Koppelfaktor von 0,9 wird als gutes Resultat veranschlagt.

Der Überspannungsfaktor Q ist noch wichtiger, weil er die Qualität der Resonanz im Inneren des Hohlraums definiert. Resonanz liegt vor, sobald der Faktor Q gleich oder größer als 2 ist. Die Mikrowellenbehandlung, die ihm Hohlraum verwirklicht ist, ist um so viel besser, wie der über-Spannungsfaktor größer ist. Der Wert 6000 zeigt an, daß
der Hohlraum eine ausgezeichnete Resonanz besitzt.

Hierauf wurde eine Mikrowellenbehandlung an einer
ungesinterten Aluminiumprobe von 15 mm Durchmesser und

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80 cm Länge durchgeführt. Die Abmessungen des Hohlraums waren die gleichen wie vorhin, außer daß seine Länge durch Veränderung der Lage der Endwand 4 eingerichtet wird. Zunächst wurde die Länge Z so eingestellt, daß man für den Hohlraum in Gegenwart der Probe Resonanz erzielte. Die Einstellung wurde dann fortgesetzt, um die Resonanz als Funktion der Temperatur aufrechtzuerhalten. Im Laufe dieser Einjustierung betrug die Länge Z ungefähr 280 mm. Für eine Mikrowellenleistung von 1,8 kW erzielt man eine Erwärmung der Probe bis auf 1773 K (1500° C) über eine Länge von 3 cm in der Mitte des Hohlraums.

BEISPIEL 2

Beispiel 2 wurde mit Proben aus Polytetrafluoräthylenharz (Teflon) durchgeführt. Um den Materieverbrauch zu beschränken, verwendeteman eine Frequenz von 26,6 GHz (Wellenlänge im Vakuum 11,2 mm). Die Resultate sind denen des Beispiels 1 vergleichbar, unter der Bedingung, daß an die Abmessungen eine Homothetie im Verhältnis der Wellenlängen, das gleich dem Kehrwert des Verhältnisses der Frequenzen ist, gelegt wird.

Die Abmessungen des in Beispiel 2 verwendeten Applikators sind die folgenden:

	b =	17	nun
	c =	11	mm
2	1 =	8	mm
2	L =	60	mm
	Z =	42,7	mm

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Ohne Probe und für einen Koppelfaktor ß sehr nahe bei 1 besitzt der Hohlraum einen Überspannungsfaktor von 1240/ was als sehr gutes Resultat zu betrachten ist.

Es läßt sich die "Ausbreitungslänge" des Schwingungsmodus TEii in diesem Applikator berechnen; sie beträgt 12,2 mm. Die Länge Z des Applikators ist 42,7 mm, d.h., 3,5-mal die Ausbreitungslänge. Da es zwei Bäuche und zwei Knoten innerhalb der Ausbreitungslänge gibt, handelt es sich daher um einen Schwingungsmodus TE-- der Ordnung (mit sieben Bäuchen und sechs Knoten).

Unbelastet ist der Hohlraum gleichermaßen gut mit oder ohne die Seitenwände 5 und 6 in Fig. 1 in Resonanz.

Danach wurden aufeinanderfolgend Stäbchen aus PoIytetrafluoräthylenharz (Teflon) (elektrische Eigenschaften:

«5= 2,3; £.'· = 10~⁴) mit Durchmessern von 11 mm und 5 mm eingeführt. Man erinnert sich, daß der scheinbare Durchmesser eines solchen Stäbchens für die Mikrowellen durch \|£," ¹ .d gegeben ist, was ziemlich genau 1 1/2 Wellenlängen bei 26,6 GHz für die Stäbchen von 11 mm Durchmesser ergibt. Mit diesen Stäbchen zeigt der an den Seiten offene Applikator, d.h., der Applikator ohne die Seitenwände 5 und 6, einen ziemlich kleinen Überspannungsfaktor, der nicht meßbar war, und auf weniger als 5 geschätzt wurde. Mit dem Applikator gemäß der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung, der an den Seiten geschlossen ist, wurde die Resonanz im allgemeinen beobachtet. Die Resultate sind auf den folgenden Tabellen I und II wiedergegeben, in denen ζ den Abstand des Stäbchens vom Wellenleiter, Z die Gesamtlänge des Hohlraums und Q den Faktor der gemessenen überspannung bezeichnen. In allen Fällen ist das Stäbchen gut senkrecht zur Achse Oz und liegt im gleichen Abstand zu den Hauptwänden des Applikators.

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TABELLE I: Stäbchen mit 11 mm Durchmesser

Z	19	,5	13	,5	11,	5
Z	31	,4	31	,4	31,	4
Q	1200		430		830

Es scheint, daß das Vorliegen der Resonanz unabhängig von der Lage des Stäbchens ist. Im Gegensatz dazu hängt der Überspannungsfaktor und damit die Qualität der Resonanz davon ab. Es ist also ratsam, die Lage der Probe, die den gewünschten Überspannungsfaktor und eine passende elektromagnetische Feldverteilung liefert, experimentell zu bestimmen.

TABELLE II: Stäbchen mit 5 mm Durchmesser

30

Z	24	,6	21	Spitze	sauberer	Resonanz
Z	41		keine
Q	740	<10

Aus all diesen Resultaten ergibt sich, daß man so die durch das Stäbchen in den Hohlraum hineingetragene Störung und damit die Leistungsfähigkeit des Applikators beherrscht. Es ist zu beachten, daß man mit Probe einen Überspannungsfaktor erhält, der nahezu genau so hoch ist wie der des leeren Applikators. Dies bedeutet, daß die

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zusätzlichen Verluste durch Beugung, die man im allgemeinen in den Mikrowellenapplikatoren fürchtet, beim erfindungsgemäßen Applikator vermindert und beherrscht bzw. niedergehalten sind. In dieser Hinsicht ist es von Bedeutung, daß die Probe gut im rechten Winkel zur Achse Oz liegt.

Die vorstehenden Beispiele zeigen auch, daß das Funktionieren des Applikators klar besser ist, wenn er mit Seitenwänden versehen ist, und diese nur an Stellen durchbohrt sind, wo es für den Durchtritt der Probe notwendig ist. Allerdings werden diese Durchtrittsöffnungen in gewissen Anwendungsfällen ziemlich groß sein, beispielsweise für eine flache und breite Probe oder für den Durchtritt eines Transportbandes, auf dem sich zu behandelndes Material befindet.

Was die Form der Probe anbelangt, ist die Verwendung von langgestreckten, zylindrischen, im wesentlichen regelmäßigen Proben auf kreisförmiger oder polygonaler Basis am wirkungsvollsten. Eine Durchsicht der Tabelle I zeigt jedoch, daß die Querschnittsform von sekundärer Bedeutung wird, wenn die Abmessungen dieses Querschnitts im wesentlichen gleich der Wellenlänge werden. Man kann also Schüttgut auf einem Transportband (beispielsweise Zement) behandeln.

Außerdem hat die Erfahrung gezeigt, daß die Abnahme des elektrischen Feldes in den Flügeln mit dem Abstand c der Flügel verknüpft ist: je kleiner dieser Abstand ist, desto schneller die Feldabnahme. Darüber hinaus bestimmt die Breite 2 1 der Nut die Breite des starken elektrischen Feldes. Indem man auf diese beiden Parameter einwirkt, kann man also das Profil des elektrischen Feldes, dem die Probe unterworfen wird, einstellen. Diese Einstellung läßt sich experimentell verfeinern, indem man im Applikator eine Probe aufheizt, deren Temperatur, beispielsweise durch

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optische Pyrometrie, gemessen wird.

Bei den zahlreichen industriellen Anwendungen, beispielsweise den Wärmebehandlungen, ist es wünschenswert, daß der Temperaturanstieg und die Temperaturabnahme mit verschiedenen Geschwindigkeiten bzw. Gradienten vor sich gehen. Man verwendet daher vorteilhafterweise unterschiedliche Abstände zwischen den Flügeln des Applikators. Das ist in Fig. 4 dargestellt, wo sich die gleichen Elemente wie in Fig. 1 wiederfinden, wobei aber die Bezugsziffern um 6 0 erhöht sind. Es ist klar, daß die Abstände zwischen den Flügeln 71 und 81 einerseits und zwischen den Flügeln 72 und 82 andererseits verschieden sind. Die grundlegenden Eigenschaften des Applikators gemäß der Erfindung sind weiterhin vorhanden, und insbesondere die mittlere Vergrößerung des Abstandes zwischen den Rückseiten 70

und 80 der U-förmigen Nuten, die einander gegenüberliegen. Diese Abwandlung ist unsymmetrisch bezüglich der Ebene xOz, bleibt aber symmetrisch bezüglich der Modenebene yOz. Es wurde bereits unterstrichen, daß der resonante Applikator gemäß der Erfindung groß ist. über den Querschnitt erstreckt sich die Verteilung des elektrischen Feldes in der Tat auch weit in die Richtung Oy, wobei sein Profil, wie gerade beschrieben, einstellbar ist. Eine so breite Ausdehnung in Querrichtung der Zone des starken elektrischen Feldes ist ganz und gar ungewöhnlich bei den bekannten Applikatoren.

Schließlich wurde bisher angegeben, daß die Wände des Applikators leitfähig sein müssen. Es genügt natürlich, daß die innere Oberfläche dieser Wände über eine Dicke leitfähig ist, die dem "Skin-Effekt", der bei Mikrowellen wohl bekannt ist, entspricht, während der übrige Teil des Aufbaus, der nicht metallisch ist, seinerseits die mechanische Festigkeit der Anordnung sicherstellt.

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Die Worte leitfähige Wand haben daher diese Innenwand im Auge, deren Dicke dem Skin-Effekt entspricht.

Der Querschnitt des erfindungsgemäßen Applikators ist ähnlich demjenigen des Nuten-Wellenleiters, der in der Technik bekannt ist (F.J. Tischer, The Groove Guide, a low-loss waveguide for millimeter waves, I.E.E.E. Trans. M.T.T. IJE (1963) S. 291-295; T. Nakahara, N. Kurauchi, Transmission mode in Groove Guide I. Inst. Elec. Com. Japan j47 (1964), S. 1029-1036), aber die Anwendung ist völlig verschieden. Außerdem sind die Nuten-Wellenleiter seitlich nicht geschlossen, was das Auftreten eines Schwingungsmodus TEM, entsprechend der Mikrowellenausbreitung zwischen zwei ebenen Wänden, nach sich zieht. Bei dem erfindungsgemäßen Applikator schließt man vorzugsweise die Seitenwände, was die Ausbreitung des Schwingungsmodus TEM verhindert. Darüber hinaus tendiert dann wegen der leitenden Seitenwände das elektrische Feld, in den Flügeln verstärkt zu werden, was als vorteilhaft betrachtet wird, weil sich daraus eine größere Amplitude des die Probe durchsetzenden elektrischen Feldes ergibt.

Das Vorhandensein der leitfähigen Seitenwände ist, wie in Beispiel 2 gezeigt, für Proben mit einer Größe, die der Wellenlänge vergleichbar ist, notwendig.

Im Gegensatz dazu ist es für Proben mit gegenüber der Wellenlänge kleinem Querschnitt nicht notwendig, die Seitenwände des Applikators durch ein leitfähiges Material abzuschließen. Man kann dann sogar zulassen, daß die durch die Probe hereingetragene Ströung schwach ist.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die gerade beschriebene bevorzugte Ausführungsform des Applikators, bei welchem die Hauptwände eine Nut tragen, deren Seiten senkrecht zur Rückseite sind". Sie erstreckt sich auf alle Arten von Hauptwänden, die eine lokale Ver-

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größerung ihres Abstandes in der Umgebung der Mitte des Querschnitts, den sie definieren, zeigen.

Sie erstreckt sich auch auf alle Kopplungsarten für die Speisung: Um die Mikrowellenenergie an den Applikator zu führen, genügt es, eine öffnung (oder eine nicht leitende Zone) in einer seiner Wände vorzusehen, in deren Nähe das elektromagnetische Feld in Resonanz von Bedeutung ist, und durch diese öffnung über eine Wellenleitervorrichtung ein elektromagnetisches Erregerfeld zu leiten, das eine Komponente gleicher Richtung wie das Feld des Applikators in der Umgebung der öffnung hat.

Der vorstehend beschriebene Kopplungstyp hat gute Resultate gebracht. Allerdings wurde beobachtet, daß diese Kopplung eine Neigung hat, im Applikator Störmoden zu verursachen. Im Leerzustand kann man diese in Kauf nehmen. Das Vorhandensein der zu behandelnden Probe macht sie vom Grundschwingungsmodus schwierig zu unterscheiden. Eine fehlerhafte Wahl des Modus führt aber zu einem niedrigen Wirkungsgrad des Applikators.

Im folgenden werden nun bevorzugte Kopplungen beschrieben, die in starkem Maße diese Störmoden vermindern, indem ein stufenloser übergang zwischen dem Wellenleiter und dem Applikator vorgesehen wird. Der Übergang ist so gewählt, daß die elektromagnetische Feldverteilung zu beiden Seiten der Wand, in der die Koppelöffnung vorgesehen ist, (in Abwesenheit der öffnung) praktisch identisch ist. Vorteilhafterweise wird anstelle einer einzigen großen Koppelöffnung eine Reihe von öffnungen kleiner Größe vorgesehen dergestalt, daß die Feldverteilung durch das Durchbohren der Wand nicht zu sehr verändert wird.

Die Fign. 5A und 5B zeigen eine erste Art von bevorzugter Kopplung. Die leitende Endwand 3 des Applikators ist mit einer Anzahl von öffnungen kleiner Oberfläche 36 versehen, die im wesentlichen regelmäßig, mindestens sta-

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tistisch, verteilt sind, außer eventuell an den Enden der Flügel in der Nähe der Wände 5 und 6, wo das Feld schwach ist (Fig. 5A). Der Wellenleiter 35 ist nicht direkt mit dem Applikator gekoppelt, sondern über ein Ubergangsteil 39, welches kontinuierlich vom rechteckigen Querschnitt des Wellenleiters in den Querschnitt des Applikators übergeht (Fig. 5B).

Die Form des Übergangsteils 39 ist in Fig. 6A schematisch wiedergegeben. Jede Ecke, wie 100, des Innenrechtecks der Nut ist mit einer entsprechenden Ecke, wie 130, des Innenrechtecks des Wellenleiters 35 verbunden; man hat auf diese Weise einen pyramidenförmigen Übergang zwischen der Nut und dem Wellenleiter. Auf ihrer Seite sind die stumpfen Ecken, wie 110, der Nut mit Punkten, wie 140, in der Mitte der großen Seiten des Wellenleiters 35 verbunden. Diese gleichen Mittelpunkte, wie 140, bilden die Ausgangspunkte von zwei parallelen Kanten in Richtung Oy (Fig. 1), die sich zu beiden Seiten des Wellenleiters 35 bis zu zwei Außenpunkten, wie 146, erstrecken, die im Abstand 2 L voneinander liegen. Schließlich sind die Flügelecken des Applikators, wie 116, mit den Endpunkten, wie 146, dieser Kanten verbunden. Ein solcher Übergang ist ähnlich den Übergängen zwischen einem Rechteck-Wellenleiter und einem Nuten-Wellenleiter, die in der Veröffentlichtung von J. M. Ruddy "Experimental results in grooved guide, I.E.E.E. transactions, Microwave Theory Tech. Bd. MTT 13, S. 880-881 (1965)" beschrieben sind.

Fig. 5C stellt die reflektierte Leistung als Funktion der Frequenz dar: Nur die Grundmoden treten auf. Die so erhaltene Kopplung ist also sehr selektiv und für hohe Koppelfaktoren geeignet. Der Aufbau des Applikators war folgender: b = 17 mm; c = 11 mm; 1=4 mm; L = 30 mm; Z = 60 mm; 50 Löcher mit einem Durchmesser von 2,5 mm ver-

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teilt über die Wand; Wellenleitertyp RG 96 U (7,1 χ 3,55 mm) Die Experimente haben gezeigt, daß die genaue Form der öffnungen 36 kaum von Einfluß ist, vorausgesetzt daß sie im wesentlichen die gleiche Einzeloberfläche wahren. Fig. 6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie der Fign. 5A und 533. Allerdings weist das Übergangsteil 39 hier nahe bei der Wand 3 eine Querschnittszone auf, die mit derjenigen des Applikators identisch ist, und schließt sich an diesen Querschnitt etwas vor der Wand 3 an. Dies läßt Raum zur Anordnung einer Hilfsplatte 40, welche die Mikrowellen partiell reflektiert und beispielsweise aus nicht durchbohrtem Polytetrafluoräthylenharz (Teflon) oder einem in ähnlicher Weise wie Platte 3 durchbohrten leitfähigen Material sein kann. Die Platte 40 zeigt einen Umriß, der dem Querschnitt des Applikators entspricht und läßt sich versetzen, um sie mehr oder weniger nahe an die Wand 3 zu bringen. Auf diese Weise läßt man ohne Schwierigkeit die Kopplung zwischen dem Wellenleiter 35 und dem Applikator variieren.

Mit dem oben angegebenen Abmessungen liegt der Uberspannungsfaktor im Leerzustand (ohne Probe) etwa bei 10 000. Und unter Versetzung der Platte aus Polytetrafluoräthylenharz mit einer Dicke von 1,7 mm zwischen den zwei Positionen im Abstand von 2,5 mm und 5 mm von der Platte 3 variiert der Koppelfaktor zwischen 0,6 und 1.

Die Hilfsplatte kann zwar auf der Seite des Applikators angeordnet sein, es ist jedoch vorteilhaft, sie auf der Seite des Übergangs teils anzuordnen, wie gerade beschrieben wurde.

Es ergibt sich also, daß bei den Ausführungsformen der Fign. 5 und 6 die Kopplung ausgezeichnet ist, wobei für einen großen Koppelfaktor große Selektivität und geringe Verluste durch Beugung eingeschlossen sind.

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Man schätzt auch, daß die Tatsache, daß der Applikator an den Flügeln durch die zur Ebene xOz parallelen Wände 5 und 6 abgeschlossen ist, zu einer Verminderung des querverlaufenden elektrischen, magnetischen Schwingungsmodus, der zu einer Strahlung in seitlicher Richtung fähig ist, beiträgt.

Genau so wie oben angegeben, kann man diese Wände 5 und 6 zumindest teilweise dort, wo es nützlich ist, insbesondere für das Durchführen der Probe, weglassen.

Ebenso sieht man in der Ausführungsform der Fig. mit Hilfsplatte 40 eine öffnung in wenigstens einem der Flügel des Übergangsteils 39 vor, durch welche man die Positioniereinrichtung für die Hilfsplatte 40 führt.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Koppeleinrichtung ist in den Fign. 7A und 7B gezeigt.

Ein Wellenleiter 45 kommt parallel zum Mittelteil 1ü der oberen Hauptwand des Applikators und oberhalb dieser an. In diesem Mittelteil 10 ist eine öffnung großer Oberfläche 46 (unter Umständen eine Reihe von Öffnungen kleiner Oberfläche) angeordnet. Unmittelbar über dem Teil des Applikators ist ein bezüglich des Wellenleiters 45 der einfallenden Welle überdimensionierter rechteckiger Wellenleiter 48 angeordnet, wobei die öffnung 46 in eine kleine Seite des überdimensionierten Wellenleiters 48 mündet. Zwischen dem Wellenleiter 45 der einfallenden Welle und dem überdimensionierten Wellenleiter 48 ist ein fortschreitender pyramidenförmiger übergang 4 9 angebracht. Bei diesen Übergangsstücken zwischen zwei rechteckigen Wellenleitern handelt es sich um klassische Elemente, die in der Weise verwirklicht sein können, wie sie in Paragraph III-A des Artikels von John B. Quine mit dem Titel OVERSIZE TUBULAR METALLIC WAVEGUIDES,

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beschrieben sind, der den Abschnitt 2 des Kapitels 3 der von Ernest C. Okress geleiteten Schrift "Microwave Power Engineering", Bd. 1, Electrical Science Series, Academic Press New York und London, 1968, bildet. Die Höhe h und die Breite d des überdimensionalen Wellenleiters sind im wesentlichen gleich den Abmessungen b und 2 1 des Applikators.

Die öffnung 46 ist im wesentlichen auf einem Viertel der Wellenlänge der festen Wand 3 des Applikators durchgebohrt (die Wellenlänge ist hier diejenige, die im Betrieb befindlichen Applikator herrscht). Schließlich ist das freie Ende des überdimensionalen Wellenleiters durch einen beweglichen Kolben 50 verschlossen, welcher ein Einstellen des Koppelfaktors zwischen dem Wellenleiter 45 der einfallenden Welle und dem Applikator gestattet.

Die Kopplung der Fign. 7A und 7B hat ebenfalls gute Resultate ergeben, selbst mit einer einzigen Koppelöffnung großer Abmessung.

Man kann natürlich noch weitere Kopplungsausführungsformen sich vorstellen. So kann beispielsweise die Anordnung der Kopplung auf einer kleinen Seite eines überdimensionalen Wellenleiters (Fign. 7A und 7B) auf einer Endwand des Applikators verwendet werden, und zwar mit der öffnung 46 der Fig. 1, oder aber mit einer Reihe von öffnungen kleiner Größe. Eine variable Kopplung läßt sich dann mit Hilfe des Kolbens 4 erzielen.

Umgekehrt läßt sich eine variable Kopplung mit Hilfe einer Hilfsplatte anstelle des Kolbens 4 im Aufbau der Fign. 7A und 7B verwirklichen.

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Claims

WILHELMS & KlLIAN

DB. ROLF E. WILHELMS DR. HELMUT KILIAN

QEBELGTFtASSE O

8000 MÜNCHEN

TELEFON (O Θ0) 474O73· TELEX 62 3*07 (vvfp-d) TELEGRAMME PATRANS MÜNCHEN

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AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE
NEUILLY-SUR-SEINE, FRANKREICH

Priorität: 6. MAI 1977 - FRANKREICH - 77 13 903

Resonanter Mikrowellenapplikator

PATENTANSPRÜCHE

<1.) Mikrowellenapplikator, gekennzeichnet durch zwei leitende Hauptwände (1, 2; 61, 62), die sich parallel zu einer gemeinsamen Axialrichtung erstrecken und jeweils zwei über ein Mittelteil miteinander verbundene Flügel (11, 12; 21, 22 71, 72; 81, 82) aufweisen, wobei

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die Flügel der beiden Wände einander paarweise gegenüberliegen und die Mittelteile der zwei Wände ebenfalls einander gegenüberliegen und ein Gebiet lokaler Vergrößerung des Abstandes zwischen den zwei Hauptwänden bestimmen,

durch eine erste leitfähige Endwand (3), die einen Kurzschluß bildet, der sich über einen von den Hauptwänden eingeschlossenen Querschnitt erstreckt,

durch eine zweite leitfähige Endwand (4), die einen wei- -jQ teren Kurzschluß bildet, der sich über einen von den Hauptwänden eingeschlossenen Querschnitt erstreckt,

durch eine Koppeleinrichtung zur Zufuhr von Mikrowellenenergie an den Applikator, und

dadurch, daß die Abmessungen des durch die Hauptwände und die Endwände gebildeten Hohlraums so gewählt sind, daß er quasi-ausschließlich im Schwingungsmodus TE-- resonant ist, wo das elektrische Feld gemäß dem Querschnitt der Hauptwände orientiert ist.
2. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die Abmessungen des Gebiets lokaler Vergrößerung des Abstands bezüglich der Abstände zwischen den Flügeln (11, 12; 21, 22 71, 72; 81,

82) der Hauptwände (1, 2; 61, 62) so gewählt sind, daß 25

allein die Schwingungsmoden TE-ji und TM₁-] bevorzugter sind, und daß der Abstand zwischen dem leitenden Endwänden (3, 4) im wesentlichen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der zum Schwingungsmodus TE-| -| gehörigen halben Wellenlänge gewählt ist, so daß der Applikator nur im Schwingungsmodus TE-,* resonant schwingt.

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3. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittelteile der Hauptwände (1, 2; 61, 62) einander entsprechende Nuten (10, 20; 70, 80) sind und daß sich die Flügel (11, 12; 21, 71, 72; 81, 82) im Querschnitt als paarweise parallele Strecken darbieten.
4. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Nuten (10, 20) identisch und U-förmig sind und daß mit 2 1 als der gemeinsamen Breite der Nuten, b dem Maximalabstand zwischen den Hauptwänden (1, 2), genommen zwischen den Rückseiten der Nuten, und mit c dem Abstand zwischen den entsprechenden Flügeln (11, 12; 21, 22) der Hauptwände diese Abmessungen die folgenden Bedingungen erfüllen:

b/3 < c < b

c^z b² 4l2
5. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei Hauptwände (1, 2; 61, 62) zueinander bezüglich einer Axialebene, der sogenannten Modenebene, die zu deren Axialrichtung und der Hauptrichtung von deren großer Querabmessung parallel ist, symmetrisch sind.
6. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jede der zwei Hauptwände (1, 2) auch bezüglich einer zweiten.Axialebene, die senkrecht zur Modenebene und parallel zur Axialrichtung der Hauptwände ist, symmetrisch ist.

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7. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstände zwischen den Flügeln (71, 72; 81, 82) der Hauptwände (61, 62) zu beiden Seiten des Mittelbereichs verschieden sind, was eine asymmetrische Verteilung des elektrischen Feldes im Querschnitt ergibt.
8. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite leitfähige Endwand (4) in Axialrichtung der Hauptwände (1, 2; 61, 62) beweglich ist, was die Abstimmung des Applikators auf eine feste Frequenz als Funktion der Mikrowellen-Behandlungsbedingungen ermöglicht.
9. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß er von zwei Seitenwänden (5, 6; 65, 66) abgeschlossen ist, die sich in Axialrichtung erstrecken und die freien Enden der Hauptwände (1, 2; 61, 62) zwischen den zwei Endwänden (3, 4) verbinden, wobei wenigstens eine der Seitenwände einen Probendurchlaß aufweist.
10. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei Seitenwände (5, 6) zwei einander entsprechende öffnungen (50, 60) als Probendurchlaß aufweisen.
11. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 9, oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Seitenwände (5, 6; 65, 66) sich senkrecht zur Hauptrichtung der

großen Querabmessung der Hauptwände (1, 2_; 61, 62) erstrecken.

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12. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß er einen zwischen den zwei Hauptwänden (1, 2) und im wesentlichen in gleichem Abstand von ihnen angeordneten Proben-Standort aufweist, der im wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der beiden Hauptwände verläuft und zwischen den beiden Endwänden (3/ 4) angeordnet ist.
13. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (7) eine allgemein zylindrische Form mit kreisförmiger oder im wesentlichen regelmäßiger polygonaler Basis hat.
14. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Mittelwand (8) aufweist, die sich in Axialrichtung der Hauptwände (1, 2) und senkrecht zur Hauptrichtung ihrer großen Querabmessung erstreckt, was eine Unterstützung der Probe (7) in der Zone starken elektrischen Feldes ermöglicht.
15. Mikrowellenapplikator nach einem der Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der beiden Endwände (3, 4) eine zur Hauptrichtung der großen Querabmessung im Querschnitt der Hauptwände (1, 2) parallele Furche (37) zur Verhinderung von Strömen in der Endwand senkrecht zu den Hauptwänden und von mit solchen Strömen verbundenen Störmoden aufweist.
16. Mikrowellenapplikator gemäß einem der Ansprüche bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Koppeleinrichtung zur Einspeisung der Mikrowellen wenigstens eine öffnung (36; 46) in einer der Wände des Applikators und einen mit der öffnung gekoppelten Wellenleiter (35; 45, 48) der einfallenden Welle aufweist.

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17. Mikrowellenapplikator gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnung (36) in einer der Endwände (3) vorgesehen ist.
18. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnung (4 6) in der Mitte des Mittelteils einer der Hauptwände (1, 2) vorgesehen ist.
19. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kopplungsübergangsteil (39; 49) zur Sicherstellung eines kontinuierlichen Übergangs des im Wellenleiter (35; 45) der einfallenden Welle vorliegenden Schwingungsmodus in die im Applikator in der Umgebung der öffnung (36; 46) erwünschte elektromagnetische Verteilung vorgesehen ist.
20. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnung (46) auf einer Seitenwand des die Mikrowellenenergie dem Applikator zuführenden Wellenleiters (48) vorgesehen ist.
21. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (48) etwas hirter der Kopplungsöffnung (46) endet und mit einem beweglichen, einen Kurzschluß bildenden Kolben (50) versehen ist, wobei das Verschieben des Kolbens eine Veränderung der durch den Applikator übertragenen Mikrowellenleistung gestattet.

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22. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Kopplung eine Reihe von öffnungen (36) kleiner Fläche aufweist, die zumindest statistisch gleichmäßig über eine Zone einer der Wände des Applikators verteilt sind.
23. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnungen (36) kleiner Fläche in einer Endwand (3) des Applikators vorgesehen sind und daß der Kopplungsübergang (39) einen kontinuierlichen Durchgang vom Querschnitt des die Mikrowellenenergie heranführenden Wellenleiters (35) auf den Querschnitt des Applikators sicherstellt.
24. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Hilfsplatte (40) in der Nähe der Reihe von öffnungen kleiner Fläche zur teilweisen Reflexion der Mikrowellen aufweist.
25. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsplatte (40) eine Platte aus Polytetrafluoräthylenharz ist.
26. Mikrowellenapplikator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsplatte (40) eine leitfähige Platte ist, die selbst öffnungen kleiner Fläche aufweist.
27. Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß die Koppelöffnung in induktiver Kopplung eingerichtet ist.

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