DE3620555A1 - Wellenleiterfilter zur verwendung in einem mikrowellenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen zum Kochen und insbesondere einen Wellenleiterfilter zur Verwendung in einem Mikrowellenofen, um störende Oberwellenstrahlung, die von einem Magnetron erzeugt wird, zu beseitigen und die Abstrahlung von Mikrowellen aus einer Heizkammer nach außen zu verhindern.

Die für den Betrieb eines Mikrowellenofens vorgesehene Frequenz der Grundwelle beträgt 2,45 GHz ± 50 MHz. Die von einem Magnetron in einem Mikrowellenofen erzeugte Strahlung umfaßt neben der Grundfrequenz auch Störfrequenzen, die allerdings nur sehr schwach sind. Da diese Störstrahlung bei anderen elektronischen Geräten ernste Störungen hervorrufen kann, ist durch verschiedene Maßnahmen bei der Konstruktion eines solchen Mikrowellenofens versucht worden, das Entweichen von Störstrahlung zu verhindern. Es sind Mikrowellenöfen bekannt, bei denen in einem Wellenleiter, der die Mikrowellenstrahlung aus dem Magnetron in die Heizkammer leitet, ein Filter zur Beseitigung der Störstrahlung vorgesehen ist (beispielsweise JP-PS 59-16 713 und JP-PS 59-16 714). Eine solche Filteranordnung ist zwar gegen Störstrahlungen wirksam, deren Frequenz nahe bei der Grundfrequenz liegt, sie ist aber nicht für die Beseitigung höherfrequenter Oberwellenstrahlung ausgelegt.

In neuerer Zeit werden Fernsehsignale direkt von Nachrichtensatelliten an den privaten Fernsehteilnehmer übertragen. Das den Nachrichtensatelliten zugeordnete Frequenzband reicht von 11,7-12,7 GHz und überschneidet sich mit der fünften Harmonischen bei Mikrowellenöfen, also mit der Frequenz von 12,0-12,5 GHz. Daher stört die Abstrahlung der fünften Oberwelle aus einem Mikrowellenofen Fernsehgeräte, die auf Satellitenrundfunkstationen abgestimmt sind.

Aus der US-PS 37 58 737 ist bekannt, die Störstrahlung aus Mikrowellenöfen durch ein Breitbandfilter zu beseitigen. Diese Technik ist jedoch relativ teuer und überdeckt nicht die Wellenarten höherer Ordnung.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Wellenleiterfilters für einen Mikrowellenofen, der unter den zahlreichen Moden höherer Ordnung, die in dem Wellenleiter erzeugt werden, eine bestimmte Oberwelle, beispielsweise die fünfte Harmonische, wirksam beseitigt und dennoch kostengünstig herzustellen ist.

Wenn ein Wellenleiter, der für die Übertragung einer Grundwelle ausgelegt ist, die Übertragung beispielsweise der fünften Harmonischen erlaubt, dann kann diese, wie allgemein bekannt ist, in vielen Moden übertragen werden. So kann als Beispiel bei einem Standard-Wellenleiter WRJ-2 (EIA-Standard WR-430), der zur Übertragung einer Grundwelle von 2,45 GHz ± 50 MHz dient und einen Querschnitt von 109,22 mm × 54,61 mm aufweist, die fünfte Harmonische bei einer Frequenz von 12,0 GHz bis 12,5 GHz beispielsweise in weit mehr als 10 harmonischen Moden übertragen werden. Ein einziger Filter kann nur schwer die Übertragung einer Mikrowelle mit derartig vielen Moden höherer Ordnung blockieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Übertragung von TEmo-Wellen wird erfindungsgemäß durch gezahnte oder geriffelte Abschnitte verhindert, die in Richtung auf den Ausgang des Wellenleiters auf einem im Inneren des Wellenleiters befestigten Metallblock angeordnet sind, während die Übertragung der TEmn- und TMmn-Wellen durch Basisabschnitte unterbrochen wird, die sich zwischen den geriffelten Abschnitten befinden. Die TEmo-Welle und die TEmn- sowie TMmn-Wellen werden gesondert für sich herausgefiltert, hierdurch wird eine bestimmte Oberwelle, beispielsweise die fünfte Oberwelle vom Typ dieser Wellen, die in den Wellenleiter eingestrahlt wird, vollständig beseitigt.

Anstelle des obengenannten Metallblocks kann auch der folgende Filter verwendet werden. Der Filter umfaßt mehrere Metallplatten, die Fläche an Fläche nebeneinander angeordnet und durch Abstandshalter getrennt sind und die im wesentlichen senkrecht zu der Ausgangsachse des Wellenleiters ausgerichtet sind, wobei die Schlitze der geriffelten Abschnitte periodisch in der oberen und der unteren Kante jeder Metallplatte gebildet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt des Hauptteils des Wellenleiterfilters, wie er erfindungsgemäß in einem Mikrowellenofen verwendet wird;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Filters;

Fig. 3 teilweise im Schnitt den in den Wellenleiter eingebauten Filter;

Fig. 4, 5, 6, 7, 8 und 9 schematische Zeichnungen zur Erläuterung des Verhaltens des elektromagnetischen Feldes und des Oberflächenstroms in dem Wellenleiter;

Fig. 10 eine schematische Zeichnung, die zeigt, wie die Grenzwellenlänge bestimmt wird;

Fig. 11 eine Gruppe von schematischen Zeichnungen zur Erläuterung der Form der Filterelemente und ihres Verhaltens, und zwar in (A) die Form der Filterelemente, in (B) das Ersatzschaltbild des Filters und in (C) die Filtercharakteristik;

Fig. 12 in mehreren schematischen Zeichnungen ein anderes Beispiel für die Form und die Charakteristik des Filters;

Fig. 13 als Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 1 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 in Perspektive eine metallische Platte und einen Abstandshalter des Filters;

Fig. 15 schematisch das elektrische Feld in dem Wellenleiter;

Fig. 16, 17 und 18 schematisch jeweils das elektromagnetische Feld in dem Wellenleiter;

Fig. 19 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung der Bestimmung der Grenzwellenlänge;

Fig. 20 schematisch die Form des Filterelements und den Oberflächenstrom;

Fig. 21 das Ersatzschaltbild für die obengenannte Filterstruktur;

Fig. 22 den Frequenzverlauf der Dämpfung der obengenannten Filterstruktur;

Fig. 23 schematisch den Abstand zwischen der metallischen Platte und dem Abstandshalter der obengenannten Filterstruktur;

Fig. 24 in einem Querschnitt entlang der Linie XXIV-XXIV der Fig. 1, den Hauptteil einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 25 in Perspektive die Hauptkomponente der obengenannten Filterstruktur;

Fig. 26, 27 und 28 schematische Zeichnungen zur Erläuterung des elektromagnetischen Feldes in der obengenannten Filterstruktur;

Fig. 29 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung der Bestimmung der Grenzwellenlänge;

Fig. 30 schematisch die Form des Filterelements und den Oberflächenstrom;

Fig. 31 das Ersatzschaltbild der obengenannten Filterstruktur; und

Fig. 32 den Frequenzverlauf der Dämpfung bei der obengenannten Filterstruktur.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Mikrowellenofens, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet, wobei die von einem Magnetron 1 erzeugte Mikrowellenstrahlung von einer Antenne 2 ausgesendet und durch einen Wellenleiter 3 in eine Heizkammer 4 geleitet wird. Eine Tür 5 ist vorgesehen, um die Nahrungsmittel zum Kochen in die Heizkammer 4 hineinstellen und wiederherausnehmen zu können. Ein Wellenleiterfilter 6 (im folgenden kurz als Filter 6 bezeichnet) soll verhindern, daß die fünfte Harmonische, die von dem Magnetron 1 erzeugt und von der Antenne 2 in den Wellenleiter 3 eingestrahlt wird, in die Heizkammer 4 eingestrahlt wird.

Fig. 2 zeigt den Filter 6 in Perspektive. Der Filter 6 umfaßt 8 längliche metallische Platten 7, die jeweils an beiden Enden spitz zulaufen und mit zwei auf einer Seite der Platte angeschweißten Abstandshaltern 8 versehen sind, wodurch die Platten Fläche an Fläche nebeneinander und parallel zueinander angeordnet sind. Jede Endplatte der Platten 7 der Figur weist Abstandshalter 8 auf beiden Seiten auf. Die Verbindung der 8 metallischen Platten 7 in der parallelen Anordnung erfolgt mittels metallischer Stifte 9, die jeweils durch ein Loch geführt sind, das sich in der Mitte in Höhe des Abstandhalters 8 befindet. Die metallischen Platten 7 sind an beiden Enden pfeilähnlich ausgebildet und weisen wie gezeigt, an ihren oberen und unteren Kanten eine Reihe von Einschnitten oder Schlitzen auf. Der Abstandshalter 8 umfaßt ein flaches metallisches Blech mit kanalförmigem Querschnitt. Der Stift 9 ist ein metallischer Bolzen mit einem Gewinde an beiden Endabschnitten.

Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Filters 6, wie er in dem Wellenleiter 3 eingebaut ist. Der Stift 9 läuft durch die Seitenwände des Wellenleiters 3 und zwar im wesentlichen durch ihren zentralen Teil, und ist durch Muttern 10 befestigt. Der Filter 6 ist in der Mitte des Wellenleiters 3 mit einem lichten Abstand g 1 oben und unten zwischen den Wänden des Wellenleiters und den metallischen Platten 7 und mit einem lichten Abstand g 2 zwischen den Wänden des Wellenleiters und den Abstandshaltern 8 angeordnet.

Im folgenden wird die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei der zuvor erläuterten Anordnung des Filters 6 wird zum einen die Grundwelle praktisch verlustlos übertragen und zum anderen die fünfte Harmonische fast vollständig blockiert, insbesondere werden auch andere als die TEmo-Welle (d.h., die TEmn- und TMmn-Wellen) aus den folgenden Gründen fast vollständig unterdrückt. Außer der TEmo-Welle hat jede andere Welle eine elektrische Feldkomponente parallel zu den oberen und unteren Wänden des Wellenleiters 3, so daß die Oberwelle den Filter 6 nicht durchlaufen kann, es sei denn, daß der Abstand g 2 groß ist. Bei einem Abstand g 2, der kleiner als die Hälfte der (räumlichen) Wellenlänge λ o der fünften Harmonischen ist (was hier angenommen wird), wird die fünfte Harmonische, soweit sie einem Wellentyp mit einer elektrischen Feldkomponente angehört, sehr stark gedämpft und kann, wie allgemein bekannt ist, den Filter nicht passieren. Entsprechend wird durch geeignete Wahl der Höhe des Abstandhalters 89 die Übertragung von Wellen anderen Typs als TEmo ausgeschlossen. Insbesondere hat der Abstandshalter 8 bei der vorliegenden in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform einen kanalförmigen Querschnitt und bildet somit eine vierstufige Sperrstruktur in axialer Richtung, so daß eine zufriedenstellende Wirkung gewährleistet ist.

Im folgenden wird erläutert, warum die Grundwelle ohne Verlust übertragen und die fünfte Harmonische im TEmo-Mode vollständig gesperrt wird. zur besseren Verständlichkeit wird die Übertragung der Grundwelle zunächst für den Fall einer Filterstruktur erläutert, die keine Abstandshalter 8 und keine Schlitze in den Längskantenabschnitten der Metallplatten 7 aufweist, erst dann wird die vollständige Struktur erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Übertragung der Grundwelle im Schnitt. Die Grundwelle breitet sich in der Figur von links nach rechts aus. Wie bekannt ist, ist die Grundwelle vom Typ TE10 und hat dementsprechend den in der Figur gezeigten elektrischen und magnetischen Feldverlauf (12 bzw. 13). Das an den Platten 11 ankommende elektromagnetische Feld wird durch die Spitzen der metallischen Platten 11 unmittelbar in einen oberen und einen unteren Teil aufgeteilt. Da der Abstand g 1 in den oberen und den unteren Abschnitten, wie in Fig. 3 gezeigt ist, praktisch gleich ist, wird das elektromagnetische Feld gleichmäßig in zwei Teile aufgeteilt.

Fig. 5 zeigt das aufgeteilte elektromagnetische Feld im Querschnitt von dem Magnetron her gesehen. Das elektrische Feld und das magnetische Feld sind jeweils in einen unteren und einen oberen Teil (14 bzw. 15) aufgeteilt. Das elektromagnetische Feld erstreckt sich nicht in den Zwischenraum zwischen den benachbarten metallischen Platten 11, da deren Abstand G ausreichend klein gegenüber der für die Grundwelle kritischen Dimension ist. Es ist nicht zu vermeiden, daß das elektromagnetische Feld in die Endabschnitte zwischen den Metallplatten 11 und den Seitenwänden eindringt (siehe Fig. 5). In diesen Abschnitten haben die oberen und unteren Komponenten des elektrischen Feldes gleiche Größe und entgegengesetzte Richtung, so daß sie sich auf der Mittellinie 16 zu Null aufheben. Das magnetische Feld steht in diesen Abschnitten senkrecht zur Zeichenebene (17 und 18). Eine Kurve 19 in der Fig. 5 zeigt die Größe des elektrischen Feldes E _TH an Stellen nahe der oberen Wand und eine Kurve 21 die Größe des elektrischen Feldes E _TE an Stellen nahe an der Innenseite der rechten Wand. Die Größe E _TH fluktuiert, und zwar zeigt sie positive Spitzen bei den metallischen Platten 11 und negative Spitzen jeweils in der Mitte zwischen benachbarten metallischen Platten 11. Eine Einhüllende 20 der positiven Spitzen gibt das Aussehen der ursprünglichen TE10-Welle wieder. Die Größe E _TE zeigt in der Umgebung der länglichen Kantenabschnitte der metallischen Platten 11 Spitzen und ist auf der Mittellinie 16 Null. Aus diesem Grund ist eine Teilung des Wellenleiters 3 mittels eines Metallstücks, das senkrecht zu der Zeichenebene entlang der Mittellinie 16 angeordnet ist, ohne Einfluß auf das Übwertragungsverhalten. Das elektromagnetische Feld konzentriert sich in den äußeren Abschnitten der 8 metallischen Platten 11, daher ist diese Übertragungsleitung gleichwertig mit zwei vertikal aneinandergrenzenden Wellenleitern, deren Kanalquerschnitt entlang der Mittellinie 16 angeordnet ist. Diese Ähnlichkeit wird durch die folgende Erläuterung des Oberflächenstromes noch deutlicher hervortreten.

Fig. 6 zeigt im Querschnitt den Stromfluß in den metallischen Platten 11 von der oberen Wand des Wellenleiters 3 her gesehen. Der gezeigte Querschnitt ist die untere Hälfte der Struktur unterhalb einer Wellenleiterachse 23. Die gestrichelten Pfeile zeigen die Ströme, die auf der Oberfläche der Metallplatten 11 fließen, die durchgezogenen Pfeile zeigen das magnetische Feld. Da sich der Strom und das magnetische Feld unter einem rechten Winkel schneiden muß, fließt ein Strom 22 auf der Kante einer Metallplatte 11 nur in Richtung parallel zur Wellenleiterachse 23, wobei er seine Richtung nach jeweils einer halben Wellenlänge umkehrt.

Fig. 7 zeigt den Oberflächenstrom, der in den äußersten der metallischen Platten 11 fließt. Die gestrichelten Pfeile bezeichnen den Oberflächenstrom und die durchgezogenen Pfeile das magnetische Feld. Wie der Verlauf der Oberflächenströme in den Fig. 6 und 7 zeigt, ist die Struktur äquivalent zu zwei Wellenleitern, die vertikal aneinandergrenzen und einen Kanalquerschnitt für den üblichen Wellenleitermode TE10 aufweisen. Daher überträgt diese Übertragungsleitung die Grundwelle praktisch ohne Verlust.

Im folgenden wird der Einfluß der genannten geriffelten Anordnung, die von den metallischen Platten 7 und den Abstandshaltern 8 gebildet wird, auf die Grundwelle beschrieben. Ein Vergleich der Fig. 3 und 5 zeigt, daß nur die äußersten Abstandshalter 8 einen Einfluß auf die Übertragung der Grundwelle haben. Sie beeinflussen jedoch nur die E _TE -Komponenten in den beiden äußeren Abschnitten, was bezogen auf die Gesamtenergie bedeutend ist und nur eine kleine Unstetigkeit verursacht. Eine Anpassung der Leitung wird durch eine Unstrittigkeit dieser Größe nicht behindert, sondern kann vielmehr automatisch in der Weise erfolgen, daß der Abstand der Abstandshalter 8 geeignet eingestellt wird, d.h. daß die Reflektionen sich aufheben. Die geriffelte Anordnung soll die fünfte Harmonische beseitigen, wie weiter unten näher erläutert ist, wobei ihre Tiefe und ihr Abstand vernachlässigbar klein im Vergleich zur Grundwelle ist. Die einzige zu treffende Vorsichtsmaßnahme ist die Anpassung der Lastimpedanz, da die Wellenlänge etwas reduziert wird.

Das ist der Grund für die verlustfreie Übertragung der Grundwelle. Im folgenden wird erläutert, wie die Übertragung der TEmo-Wellen der fünften Harmonischen unterdrückt wird. Der Einfachheithalber wird zunächst die Filterstruktur ohne die Abstandshalter 8 und mit metallischen Platten 7, die keine Einschnitte in ihren oberen und unteren Kanten aufweisen, und erst dann die vollständige Struktur beschrieben.

Zuerst wird die TE10-Welle der fünften Harmonischen erläutert. Die fünfte Harmonische vom Wellentyp TE10 hat die gleiche Form wie die Grundwelle, der einzige Unterschied liegt in ihrer kürzen Wellenlänge. Entsprechend ist das elektromagnetische Feld im wesentlichen das in Fig. 4 gezeigte, so daß diese Figur das Verhalten der TE10-Welle der fünften Harmonischen mit der Ausnahme der in diesem Fall kürzeren Wellenlänge zeigt. Aus dem gleichen Grund können die Modelle 5, 6 und 7 allgemein auf die fünfte Harmonische vom Wellentyp TE10 angewendet werden. Eine Bedingung für die Anwendung der Fig. 5 besteht darin, daß der Abstand G der Metallplatten 11 so gewählt wird, daß er kleiner als die Hälfte der (räumlichen) Wellenlänge λ05 der fünften Harmonischen ist. Ansonsten könnten elektrische parallel zu den Metallplatten 11 ausgerichtete Feldkomponenten in alle Zwischenräume zwischen den Metallplatten 11 eindringen, was ihre Wirksamkeit beeinträchtigen würde.

Die Übertragung der TE10-Welle der fünften Harmonischen geschieht, wie in Fig. 5 gezeigt ist, im wesentlichen ohne Verlust, das entspricht einer Struktur mit zwei Wellenleitern, deren Kanalquerschnitt an den beiden Seiten der Mittellinie 16 wie oben beschrieben aneinanderstoßen. Daher muß die Fortpflanzung der TE20-Welle, in Fig. 4 von links, zu der Teilung des elektromagnetischen Feldes durch die Metallplatten 11 führen, wie es Fig. 8 zeigt. In der linken Hälfte zeigen die Feldkomponenten 24 das geteilte elektrische Feld und die Feldkomponenten 26 das geteilte magnetische Feld. Ähnlich zeigen in der rechten Hälfte die Feldkomponenten 25 und 27 das geteilte elektrische bzw. magnetische Feld, wobei ihre Richtungen durch die Pfeile angedeutet sind. In diesem Fall dringt das elektromagnetische Feld in den mittleren von den benachbarten Metallplatten 11 gebildeten Raum ein. Dementsprechend ist dieser Fall äquivalent zu vier Wellenleitern, die mit ihrem Kanalquerschnitt jeweils paarweise auf beiden Seiten der Mittellinie 16 aneinanderstoßen, so daß die Übertragung praktisch ohne Verlust möglich ist. Ähnlich ist die Anordnung nach Fig. 9 für den Fall von TE80-Wellen, in dem das elektromagnetische Feld in alle Zwischenräume zwischen den benachbarten Metallplatten 11 eindringt und die Äquivalent zu einer Struktur von 16 Wellenleitern ist, die jeweils paarweise an den beiden Seiten der Mittellinie 16 aneinanderstoßen. Die gleichen Ergebnisse werden für die anderen Wellentypen TE40, TE40, TE50, TE60 und TE70 erzielt, diese Fälle sind aber nicht gezeigt. Die ungeradzahligen Wellentypen TE30, TE50 und TE70 unterscheiden sich etwas von den gezeigten Fällen deshalb, weil es eine geradzahlige (8) Anzahl von Metallplatten 11 gibt, wobei insgesamt aber keine grundsätzlichen Unterschiede vorliegen.

Als ein grundsätzliches Faktum muß festgestellt werden, daß die Oberflächenströme, die auf den oberen und unteren Kanten der Metallplatten 11 fließen, für jeden Wellentyp (TEmo) parallel zu der Wellenleiterachse 23 sind (Fig. 6). Noch wichtiger ist, daß die fünfte Harmonische für jeden Wellentyp im wesentlichen eine einzige Leiterwellenlänge aufweist.

Diese einzige Leiterwellenlänge wird anhand der Fig. 10 näher erläutert. In einem gewöhnlichen Wellenleiter, bei dem keine Metallplatten 7 vorhanden sind, läßt sich die Grenzwellenlänge λcm durch die folgende Gleichung ausdrücken: wobei A die Querabmessung des Wellenleiters bezeichnet. Andererseits ist die Grenzwellenlänge der TE10-Welle, wie anhand der Fig. 5 erläutert worden ist, durch den Wellenleiter mit einem Kanalquerschnitt gegeben, und das ist das gleiche wie ein Wellenleiter mit einer Querabmessung entsprechend durch die Punkte 30, 31, 32 und 33 in Fig. 10 gebildeten Bereich.

Entsprechend ergibt sich die Grenzwellenlänge λ c1 für die TE10-Welle aus folgender Gleichung: wobei a und b die in Fig. 10 angegebenen Abmessungen bezeichnen. Ähnlich die Grenzwellenlänge λ c2 der TE20-Welle durch einen Wellenleiter mit einer Querabmessung gegeben, die sich von dem Punkt 30 nach 31, 34, 35, 35, 32 und 33 (Fig. 8 und 10) erstreckt.

Entsprechend ist auch die Grenzwellenlänge gcm der TEmo-Welle allgemein durch die folgende Gleichung gegeben:

Zum Vergleich der Gleichungen (1) und (4), werden die folgenden groben Näherungen gemacht:

Dann vereinfacht sich die Gleichung (4) auf:

Diese Gleichung bedeutet, daß die Grenzwellenlänge durch A vergrößert wird, und zwar größer als sie durch Gleichung (1) für irgendeinen Wellentyp gegeben ist.

Wie oben beschrieben, hat der Standardwellenleiter WRJ-2 (EIA WR-430), der sich an der Grundwelle orientiert, die folgenden Leiterwellenlängen λ g10 und λ g80 für die TE10- und TE80-Wellen der fünften Harmonischen bei 12,25 GHz:
λ g10 = 24,65 mm und λ g80 = 50,38 mm.

Dagegen liefert die Gleichung (6).
λ g10 = 24,56 mm und λ g80 = 24,89 mm.

Es gibt kaum einen Unterschied zwischen λ g10 und λ g80.

Das bedeutet, daß die 8 Wellentypen TE10-TE80 praktisch die gleiche Leiterwellenlänge haben. Diese Tatsache ist sehr wichtig, da deshalb die Struktur zur Unterdrückung der Übertragung der fünften Harmonischen eine einzige Abmessung für alle Wellentypen aufweisen kann, was weiter unter genauer beschrieben werden wird.

Im folgenden wird die Wirkung der Schlitzanordnung, die in den Abstandshaltern 8 ausgebildet ist, näher beschrieben.

Wie aus der Fig. 9 klar zu sehen ist, verhindern die Abstandshalter 8 (Fig. 2) das Einbringen des elektromagnetischen Feldes in die Räume zwischen den Metallplatten 7, dieser Effekt ist aber noch nicht ausreichend. Gemäß der Erläuterung der Übertragung der Grundwelle anhand der Fig. 5 wird ein geringerer Schutzeffekt der Abstandshalter 8 gegen die TE10-Wellen der fünften Harmonischen erwartet. Daher ist der hauptsächliche Abschirmeffekt gegen die TEmo-Wellen der fünften Harmonischen der Bildung von Schlitzen auf den Metallplatten zuzuschreiben, was im folgenden näher erläutert wird.

Fig. 11 (A) zeigt ein Beispiel für die Schlitze, die in den Metallplatten 7 gebildet sind. Die Schlitze sind regelmäßig angeordnet und weisen einen Abstand von einer 1/4 Leiterwellenlänge λ g, eine relativ kleine Breite w und eine Tiefe on λ g/4 auf. Der in Fig. 6 gezeigte Oberflächenstrom 40 fließt in diesem Teil und erzeugt einen gegengerichteten Oberflächenstrom 41 auf der gegenüberliegenden oberen (und unteren) Wand des Wellenleiters 3. Dementsprechend weist das Ersatzschaltbild für diesen Teil zwei parallele Leitungen auf, die in Fig. 11 (B) gezeigt sind. Jedem Schlitz entspricht ein Oszillatorschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz von λ g erhalten wird und der auf den parallelen Leitungen in Reihe gestaltet ist. Dieser Ersatzschaltkreis hat erwartungsgemäß durch die Einfügungsdämpfung eine äußerst große Sperrwirkung, wenn g g = 5fo (fünfte Harmonische) gewählt wird (Fig. 11 (C)). Die Größe λ g ist, wie oben erläutert wurde, für den Wellentyp TEmo praktisch konstant und man erzielt das gleiche Ergebnis für jeden Wellentyp.

Fig. 12 (A) zeigt ein Beispiel einer Schlitzanordnung, bei der die Schlitze eine Breite von λ g/4, einen Zwischenabstand von λ g/2 und lichte Abstände h 1 und h 2 (wie in Figur definiert) aufweisen. Fig. 12 (B) zeigt das Ersatzschaltbild, das alternierend miteinander verbundene Leitungen der charakteristischen Impedanzen Z 1 und Z 2 aufweist, von denen jede eine Einheitslänge von λ g/4 hat. Der Ersatzschaltkreis weist die in Fig. 12 (C) gezeigte Einfügungsdämpfung auf, seine Sperrwirkung bei der Frequenz 5fo ist kleiner als bei der Anordnung nach Fig. 11, er zeigt aber eine kollaterale Breitbanddämpfung. Die charakteristische Impedanz ist erkennbar proportional zum Abstand der Wand des Wellenleiters 3, wobei sich die folgende Beziehung ergibt:

Dementsprechend ist die Sperrwirkung umso größer, je größer das Verhältnis h 1 zu h 2 ist.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Fig. 13 bis 23 erläutert. Die Hauptunterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform liegen in dem Abstandshalterteil.

Fig. 13 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 1. Metallplatten 7, 7 A, 7 B usw. und metallische Abstandshalter 8, 8 A, 8 B usw. sind alternierend in einer Reihe angeordnet und an den Seitenwänden des Wellenleiters 3 mittels durch diese hindurchgeführte Stifte 50 und Muttern 51 und 51 A befestigt. Die Metallplatten 7, 7 A, 7 B usw. weisen voneinander einen Abstand auf, der kleiner als die Hälfte der (räumlichen) Wellenlänge λ o der Harmonischen ist. Der gleiche Abstand ist zwischen den äußersten Metallplatten und den Seitenwänden des Wellenleiters 3 vorgesehen. Jede Metallplatte 7 hat die in Fig. 14 (A) gezeigte Form. Die Platte läuft an beiden Enden spitz zu und weist eine Reihe von Einschnitten oder Schlitzen in ihren oberen und unteren Kantenbereichen auf. Die Stifte 50 und 50 A (in Fig. 14 (A) nicht gezeigt) sind durch Löcher 52 und 52 A geführt, die sich in den Platten befinden. Die Form jedes Abstandhalters 8 ist in Fig. 14, (B) gezeigt. Die Abstandshalter sind in einer geriffelten oder gewellten Weise ausgebildet und in den beiden Endbereichen mit Verbindungslöchern 53 und 53 A versehen, durch die nach Zusammenbau mit den Metallplatten die Stifte 50 und 50 A geführt sind. Jeder Abstandshalter weist Krümmungs- oder Winkelstücke mit einem konstanten Abstand voneinander auf, der gleich dem Abstand der in den Metallplatten ausgebildeten Schlitze sein kann.

Entsprechend Fig. 13 ist der Stift 50 in der Mitte zwischen der oberen und der unteren Wand des Wellenleiters 3 gehaltert, und deshalb hat ein Raum 54 zwischen der Oberseite des Filters und der Wellenleiterwand praktisch die gleiche Form und Abmessung wie ein Raum 55 zwischen der Unterseite des Filters und einer Decke 57 der Heizkammer. Daher wird die von der Antenne 2 abgestrahlte Grundwelle und die Oberwellen gleichmäßig auf die Räume 54 und 55 aufgeteilt. Im folgenden wird das Verhalten der Grundwelle und der Oberwelle nur in Bezug auf den Raum 54 beschrieben, das Verhalten in dem anderen Raum 55 wird dagegen nicht beschrieben, da es identisch mit dem ersteren ist.

Die zuvor beschriebene Filterstruktur hat die folgenden Eigenschaften, daß erstens die fünfte Harmonische fast vollständig gesperrt und zweitens die Grundwelle praktisch ohne Verlust übertragen wird. Die Gründe hierfür sind dieselben, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläutert worden sind, sie werden daher nicht nocheinmal erläutert.

Wenn die Abmessung h 1 (vgl. Fig. 15) kleiner als die halbe (räumliche) Wellenlänge λ o ist, dann wird eine parallel zur x-Achse gerichtete elektrische Feldkomponente 56 gesperrt und kann sich nicht weiter in axialer Richtung aus den bekannten Gründen ausbreiten. Auf der anderen Seite ist die Querabmessung des Wellenleiters 3 genügend groß, um eine parallel zur y-Achse gerichtete elektrische Feldkomponente 57 durchzulassen. Das heißt, daß durch geeignete Wahl der Höhe der Abstandshalter 8, 8 A, 8 B usw. mit Ausnahme der TEmo-Welle jeder andere Wellentyp vollständig gesperrt wird.

Im folgenden wird beschrieben, warum aufgrund der Schlitze in den Kanten der Metallplatten auch die TEmo-Wellen praktisch vollständig blockiert werden. Der Einfachheit halber wird die Struktur zuerst ohne Schlitze in den Kanten der Metallplatten erläutert und erst anschließend die vollständige Struktur. Zunächst sei angenommen, daß die Schlitze in den Fig. 16 bis 19 fehlen. Fig. 16 zeigt das Verhalten des elektromagnetischen Feldes bei Resonanz der TE10-Welle in dem Raum 54. Die Metallplatten 7, 7 A, 7 B usw. sind so eng aneinander angeordnet, daß ein Magnetfeld 61 nicht zwischen ihnen eindringen kann, mit Ausnahme der beiden äußersten Bereiche (siehe Figur). Die Oberflächenströme konzentrieren sich in dem Kantenbereich der Metallplatten und fließen nur in axialer Richtung. Obwohl auch ein kleiner Strom auf der Seite der äußersten Metallplatten fließt, kann sich die TE10- Welle in axialer Richtung ohne wesentlichen Energieverlust fortpflanzen.

Fig. 17 zeigt das Verhalten des elektromagnetischen Feldes für den Wellentyp TE20. Feldkomponenten 62 und 64 zeigen das elektrische Feld und Feldkomponenten 63 und 65 das magnetische Feld, wobei das elektrische Feld, wie bekannt ist, seine Polarität in der Mitte des Wellenleiters umkehrt. Das elektromagnetische Feld tritt nur in den mittleren Bereich und in die äußersten Bereiche ein. Die Oberflächenströme fließen in axialer Richtung auf den Kanten der Metallplatten, wie es gemäß Fig. 16 der Fall ist, aber die Stromrichtung dreht sich in der Mitte des Wellenleiters um. Die Energie pflanzt sich ohne wesentlichen Verlust in axialer Richtung weiter.

Fig. 18 zeigt den Fall der TE80-Welle, bei dem das elektromagnetische Feld in jeden Zwischenraum zwischen den Metallplatten eindringt. Die Oberflächenströme fließen auf den Metallkantenplatten in axialer Richtung, wie es gemäß der Fig. 16 und 17 der Fall ist, und die Energie breitet sich ohne wesentlichen Verlust aus.

Ähnliche Ergebnisse werden für die verbleibenden Wellentypen TE30, TE40, TE50, TE60, TE70 usw., sie sind aber nicht gezeigt. Wegen der Struktur mit 8 Metallplatten unterscheiden sich die Fälle für die ungeradzahligen Wellentypen TE30, TE50 und TE70 etwas von den Darstellungen, sie sind aber nicht wesentlich verschieden. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß sich alle TEmo-Wellen ohne wesentlichen Verlust fortpflanzen können und die Oberflächenströme in den Kantenbereichen parallel zur Wellenleiterachse fließen, wenn die Kanten der Metallplatten 7, 7 A, 7 B usw. keine Schlitze aufweisen.

Eine weitere wichtige Tatsache ist, daß die Leiterwellenlänge praktisch für alle TEmo-Wellen uanbhängig von dem Wert praktisch konstant ist. In bekannten Filtern dieser Art variiert die Leiterwellenlänge stark abhängig von dem Wellentyp, so daß daher die Abmessungen des Filters dem jeweiligen Wellentyp angepaßt werden müssen, während die erfindungsgemäße Filterstruktur eine praktisch konstante Leiterwellenlänge für jeden Wellentyp aufweist, so daß die Abmessungen nicht geändert werden müssen.

Der Grund für eine konstante Leiterwellenlänge für alle Wellen des Typs TEmo wird anhand der Fig. 19 beschrieben. Bei dem üblichen Wellenleiter fehlen alle Metallplatten 7 und die Abstandshalter 8 und die Grenzwellenlänge λcm der TEmo- Wellen ist durch die folgende Gleichung bestimmt: wobei A die Querabmessung des Wellenleiters 3 und m eine ganze Zahl bezeichnet. Die Grenzwellenlänge λ c1 der TE10- Welle ist, wie im Zusammenhang mit Fig. 16 erwähnt wurde, gleich der Grenzwellenlänge eines Wellenleiters mit einer Querabmessung, die in Fig. 19 durch Punkte 70, 71, 76 und 77 bestimmt ist. Bezeichnet man mit b den Abstand zwischen dem Abstandshalter 8 und der oberen Wand des Wellenleiters 3 und mit c den Abstand zwischen der Metallplatte 7 und der oberen Wand des Wellenleiters 3 und macht man die Annahme, daß c = b/2, dann ist der Abstand zwischen den Punkten 70 und 71 ungefährt 3b/4 und die Grenzwellenlänge λ c1 berechnet sich wie folgt:

Ähnlich ist die Grenzwellenlänge λ c2 der TE20-Welle in Fig. 17 gleich der Grenzwellenlänge eines Wellenleiters mit einer Querabmessung, die sich von dem Punkt 70 nach 71, nach 74, nach 75, nach 74, nach 76 und nach 77 (Fig. 19) erstreckt. Dementsprechend ergibt sich die Grenzwellenlänge wie folgt:

In ähnlicher Weise ergibt sich die Grenzwellenlänge λ c8 der TE80-Welle zu: Entsprechend berechnet sich die Grenzwellenlänge der TEmo-Wellen im allgemeinen wie folgt: Für die Näherung a = A ergibt sich:

Die Gleichung (16) liefert einen um 3 b größeren Wert als die Gleichung (11). Insbesondere ergibt sich aus Gleichung (15), daß die Grenzwellenlänge für irgendeinen Wellentyp TEmo um 3 b größer ist als bei einem gewöhnlichen Wellenleiter.

Wie schon vorhin beschrieben, sind die Leiterwellenlänger λ g10 und λ g80 für die Wellentypen TE10 und TE80 bei der Frequenz 12,25 GHz der fünften Harmonischen in dem auf die Grundwelle abgestimmtem Standardwellenleiter WRJ-2 (EIA WR-430) gleich:

Unter Verwendung der Gleichung (16) lassen sich diese Grenzwellenlängen wie folgt berechnen:

Bei der Berechnung ist der Wert von b gleich 12 mm gesetzt und berücksichtigt, daß dieser Wert kleiner als die Hälfte der Raumwellenlänge (24,49 mm) der fünften Harmonischen (12,25 GHz) ist.

Die Leiterwellenlänge der beiden Wellentypen nach Gleichung (17) liegen um das Doppelte auseinander, während sich die nach Gleichung (18) weniger als 10% unterscheiden, die Wellenleiterlängen für die verschiedenen Wellentypen also nur geringfügige Unterscheide aufweisen.

Soweit also zur Übertragung der fünften Oberwellen in einer Filterstruktur, bei der die Kanten der Metallplatten keine Schlitze aufweisen. Das Ergebnis hierfür ist also, daß sich alle TEmo-Wellen ohne wesentlichen Verlust fortpflanzen, die Oberflächenströme auf den Kanten der Metallplatten immer parallel zur Wellenleiterachse fließen und die Leiterwellenlänge im wesentlichen unabhängig von dem Wellentyp TEmo konstant ist.

Im folgenden wird der Einfluß der Schlitzanordnung der Metallplatten beschrieben. Wie in Fig. 20 gezeigt ist, weisen die Kantenbereiche der Metallplatte 7 Schlitze auf, deren Abstand voneinander gleich der Hälfte der Leiterwellenlänge λ g ist. Wie schon oben beschrieben, fließt auf der Kante ein Oberflächenstrom 58 parallel zur Wellenleiterachse und bewirkt einen Oberflächengegenstrom 59 in entgegengesetzter Richtung auf der Innenwand des Wellenleiters 3. Diese Abschnitte entsprechen elektrisch den zwei in Fig. 21 gezeigten parallelen Leitungen. In diesem Ersatzschaltbild haben die zwei Leitungen mit der charakteristischen Impedanz Z 1 bzw. Z 2 eine Länge von λ g/4 und es sind jeweils abwechselnd hintereinander in Reihe geschaltet. Ein solcher Schaltkreis hat bekannter Weise eine relativ breite Dämpfungscharakteristik, deren Mittelpunkt bei der von λ g abgeleiteten Frequenz fo liegt (siehe Fig. 22). Da λ g wie oben beschrieben praktisch für alle TEmo-Moden konstant ist, ist der Dämpfungseffekt für alle TEmo-Wellen der gleiche. Die charakteristische Impedanz ist proportional zu dem Abstand h 1 bzw. h 2 (Fig. 20) und erfüllt die folgende Verhältnisgleichung:

Dementsprechend wird die Sperrwirkung umso größer je größer das Verhältnis von h 1 zu h 2 ist. Vor allem kann eine gute Sperrwirkung mit einer einfachen Filterstruktur erreicht werden, die die Metallplatten 7, 7 A, 7 B usw. und die Abstandshalter 8, 8 A, 8 B usw. umfaßt und die durch eine billige Blechbearbeitung hergestellt werden kann.

Fig. 23 zeigt die Filterstruktur mit einem freien Zwischenraum g zwischen der Metallplatte 7 und dem Abstandshalter 8. Ein solcher freier Zwischenraum kann leicht bei dem Zusammenbau der Metallplatten und der Abstandshalter, die ja nur einfach mit den Stiften 10 verbunden sind, entstehen. Ein solcher freier Zwischenraum läßt parallel zur x-Achse gerichtete elektrische Feldkomponenten dazwischen eindringen, wie schon unter Bezugnahme auf Fig. 15 erwähnt wurde, und hat die offensichtliche Wirkung, daß die Filterwirkung für die Oberwellen erheblich verschlechtert wird. Tatsächlich aber verhindert die Wirkung der Abstandshalter 8, 8 A, 8 B usw. diesen schädlichen Effekt. Der Zwischenraum g und die Abstandshalterbreite w in Fig. 23 entsprechen dem Verhältnis von h 2 und h 1 in Fig. 20, sodaß das Ersatzschaltbild ebenfalls ähnlich dem in Fig. 21 gezeigten ist und die in der Fig. 22 gezeigte Dämpfung aufweist. Die Größe von g ist unvergleichbar kleiner als w, und damit ist die Wirkung der Übertragungssperre erheblich größer als in dem in Fig. 20 gezeigten Fall. Da kann eine zufriedenstellende Funktionsweise erreicht werden, ohne daß beim Zusammenbau der Metallplatten und der Abstandshalter auf den Stiften, die dann an den Seitenwänden der Wellenleiter befestigt sind, auf die Entstehung von solchen harmlosen Zwischenräumen geachtet wird.

Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der hauptsächlich der Abstandshalter verschieden von dem der ersten und zweiten Ausführungsformen ist.

Fig. 24 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XXIV-XXIV der Fig. 1. Metallplatten 7, 7-1, 7-2, usw. und Absorber 8, 8-1, 8-2, usw., sind alternierend hintereinander in einer Linie angeordnet, wobei an beiden Enden metallische Abstandshalter 80 und 80-1 angesetzt sind. Diese Teile sind auf einem Stift 81 aneinandergereiht und an den Seitenwänden des Wellenleiters 3 mittels Mutter 82 und 82-1 befestigt. Der Abstand der Metallplatten voneinander ist durch die Breite der Absorber bestimmt, die kleiner als die Hälfte der Raumwellenlänge λ o der fünften Harmonischen ist. Die metallischen Abstandshalter 80 und 80-1 haben wie gleiche Breite wie die Absorber. Eine Bezugsziffer 57 zeichnet die Deckfläche der Heizkammer, auf der der Wellenleiter 3 festgeschweißt ist und den Mikrowellenübertragungspfad bildet.

Fig. 25 zeigt die Form der ABsrober und der metallischen Abstandshalter. Beide Teile haben dieselbe Form und unterscheiden sich nur in ihrem Material. Die Absorber bestehen aus einem Material, beispielsweise gesinterte Ferrite oder formbearbeiteter Kohlenstoff, das aktiv die fünfte Oberwelle absorbiert, während die metallischen Abstandshalter aus irgendeinem metallischen Material bestehen, vorzugsweise aus einem Metall, das eine nur geringe Hochfrequenzdämpfung bewirkt. In den Endabschnitten sind wie in den Metallplatten Löcher 84 und 84-1 vorgesehen, durch die die Stifte 81 und 81-1 geführt sind.

Gemäß Fig. 24 ist der Stift in der Mitte zwischen der oberen und der unteren Seite des Wellenleiters 3 gehaltert, so daß die zwischen dem Filter 6 und dem Wellenleiter 3 sowie zwischen dem Filter und der Deckfläche 57 der Heizkammer entstehenden Zwischenräume 87 und 88 praktisch die gleiche Form und Abmessung haben. Dementsprechend werden die Grundwelle und die fünfte Oberwelle bei ihrer Ausbreitung gleichmäßig auf die Zwischenräume 87 und 88 aufgeteilt.

Diese Filterstruktur kann erstens die Übertragung der fünften Oberwelle fast vollständig blockieren und zweitens die Grundwelle praktisch ohne Verlust übertragen. Die Gründe hierfür sind die folgenden.

Zum einen werden andere Wellentypen als TEmo, das sind TEmn- und TMmn-Wellen mit m = 0, 1, 2, . . .; und n = 1, 2, 3, . . ., fast vollständig aus dem folgenden Grund gesperrt. Diese Wellentypen haben elektrische Feldkomponenten, die parallel zu den oberen und unteren Seitenwänden des Wellenleiters 3 (parallel zur x-Achse in Fig. 24) gerichtet sind, und deren Energie von den Absorbern 8, 8-1, 8-2 usw. absorbiert wird. Die zu der x-Achse parallelen elektrischen Feldkomponenten treten zwangsweise in die Zwischenräume zwischen den Metallplatten 7, 7-1, 7-2 usw. und insbesondere in die Absorber 8, 8-1, 8-2 usw. ein. Wie allgemein bekannt ist, gibt es zu jedem elektrischen Feld eine hierzu senkrecht gerichtete magnetische Feldkomponente. Daher absorbiert ein Absorber aus gesinterten Ferrit das magnetische Feld bzw. ein Absorber aus Kohlenstoff das elektrische Feld, so daß in jedem Fall die Energie in dem Wellenleiter absorbiert wird und außer der TEmo-Welle keine Welle anderen Typs übertragen wird. Im Gegensatz hierzu sind die elektrischen Komponenten der TEmo-Wellen nur in y-Richtung, nicht aber in x-Richtung gerichtet. Daher dringen die TEmo-Wellen nicht in die Absorber 8, 8-1, 8-2 usw. ein, sondern breiten sich ausschließlich in den Räumen 87 und 88 in Achsenrichtung aus.

Als nächstes wird die Sperrwirkung der Schlitze, die sich in den Kantenbereichen der Metallplatten befinden, näher beschrieben. Der Einfachheit halber wird zunächst die Struktur mit Metallplatten ohne Schlitze, anschließend die vollständige Struktur erläutert. Aus dem folgenden wird deutlich werden, daß bei vielen der Schlitze die TEmo-Wellen ohne nur mit geringem Verlust (abhängig vom Wellentyp) sich fortpflanzen können, während durch die Schlitze ihre Übertragung fast vollständig unterbunden wird. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die Absorber 8, 8-1, 8-2 usw. und die Stifte 81 in den Fig. 26, 27, 28 und 29 nicht gezeigt.

Fig. 26 zeigt das Verhalten des elektromagnetischen Feldes, wenn in dem Wellenleiter eine Welle des Typs TE10 angeregt ist. Die oberen und unteren elektrischen Felder 85 und 85-1 haben die gleiche Richtung, da sie von einer einzigen TE10-Welle stammen. Das gleiche gilt für die magnetischen Felder 86 und 86-1. Die Metallplatten 7, 7-1, 7-2 usw. haben einen so kleinen Abstand, daß die elektrischen Felder 85 und 85-1 nicht zwischen diese eindringen können (vgl. hierzu die obigen Erläuterungen). Die elektrischen Felder, und genauso auch die magnetischen Felder 86 und 86-1, können aber zwischen die äußersten Metallplatten und die Seitenwände des Wellenleiters 3 eindringen. Daher konzentrieren sich die auf den Metallplatten in axialer Richtung fließenden Oberflächenströme auf die Kantenbereiche, die Oberflächenströme können nur auf den Außenseiten der äußersten Metallplatten schließen. Daher kann sich die TE10-Welle trotz der Absorber ohne wesentlichen Energieverlust in axialer Richtung fortpflanzen.

Fig. 27 zeigt das Verhalten des elektromagnetischen Feldes einer TE20-Welle. Bei diesem Wellentyp kehrt das elektromagnetische Feld seine Richtung in der Mitte des Wellenleiters um, wobei der elektrische Feldverlauf entsprechend 89, 90, 89-1 und 90-1 und der magnetische Feldverlauf entsprechend 91, 92, 91-1 und 92-1 entsteht. Das elektrische und magnetische Feld dringt in den Zwischenraum zwischen den benachbarten Metallplatten in der Mitte des Wellenleiters ein. Wie im Fall einer TE10-Welle fließen die Oberflächenströme auf den Kanten der Metallplatten in axialer Richtung, wobei sich ihre Stromrichtung in der Mitte des Wellenleiters umkehren. Obwohl die Oberflächenströme auf der Seite der beiden mittleren Metallplatten wie auch der äußersten Metallplatten schließen, kann sich die TE20-Welle ohne wesentlichen Energieverlust ausbreiten. Falls ein Absorber vorhanden ist, dringt zwar das elektromagnetische Feld in den mitteleren Absorber ein, der Energieverlust ist aber nur ein kleiner Teil der gesamten übertragenen Energie.

Fig. 28 zeigt den Fall für eine TE80-Welle, bei der die elektrischen Felder 93 und 93-1 sowie die magnetischen Felder 94 und 94-1 in alle Zwischenräume zwischen den Metallplatten eindringt und bei Vorhandensein eines Absorbers einen wesentlichen Energieverlust erleiden. Selbst wenn ein Teil des elektromagnetischen Feldes nicht absorbiert wird, können die Oberflächenströme auf den Kanten der Metallplatten wie in den Fällen nach den Fig. 26 und 27 nur in axialer Richtung fließen.

Ähnliche Ergebnisse werden für die Wellentypen TE30, TE40, TE50, TE60, TE70 usw. erzielt (diese Fälle sind nicht gezeigt). Wegen der geradzahligen Anzahl (8) der Metallplatten ergeben sich für die ungeradzahligen Wellentypen TE30, TE50 und TE70 kleine Unterschiede, die aber keine wesentliche Bedeutung haben. Wie oben beschrieben wurde, steigt der Energieverlust durch die Absorber für den Fall, daß die Metallplatten keine Schlitze aufweisen, mit der Ordnung (m) der TEmo-Wellen an, die TE10-Welle wird praktisch ohne Verlust übertragen und die Oberflächenströme, die auf den Metallplattenkanten fließen, sind parallel zur Wellenleiterachse (entlang der Kante).

Eine weitere wichtige Tatsache bei dieser Ausführungsform ist, daß die Leiterwellenlänge für die Wellentypen TEmo praktisch konstant und unabhängig von dem Wert m ist. Bei konventionellen Filtern dieser Art ist die Leiterwellenlänge sehr stark von dem Wellentyp abhängig, so daß die Abmessungen des Filters dem Wellentyp angepaßt werden müssen, während bei der Filterstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Leiterwellenlänge unabhängig von dem Wellentyp praktisch konstant ist, so daß verschiedene Abmessungen nicht mehr vorgesehen werden müssen.

Im folgenden wird anhand der Fig. 29 diese Besonderheit der Leiterwellenlänge für alle TEmo-Wellen beschrieben. Bei einem gewöhnlichen Wellenleiter wird die Grenzwellenlänge λcm für TEmo-Wellen durch die folgende Gleichung ausgedrückt: wobei A die Querabmessung des Wellenleiters und m eine gerade Zahl bezeichnet.

Andererseits ist entsprechend der Fig. 26 die Grenzwellenlänge λ c1 für eine TE10-Welle gleich der Grenzwellenlänge eines Wellenleiters mit einer Querabmessung, die dem von den Punkten 100, 101, 104, 105 in Fig. 29 abgesteckten Bereich entspricht. Mit den in der Figur definierten Größen a, b, c, A, B läßt sich die Grenzwellenlänge λ c1 aus der folgenden Gleichung berechnen:

Ähnlich hat die in Fig. 27 gezeigte TE20-Welle eine Grenzwellenlänge λ c2, die gleich der eines Wellenleiters mit der Querabmessung ist, die den durch die Punkte 100, 101, 102, 103, 102, 104, 105 in Fig. 29 abgesteckten Bereichen entspricht. Sie beträgt:

Die Grenzwellenlänge λ c8 der TE80-Welle, die in Fig. 28 gezeigt ist, ist gleich der eines Wellenleiters mit einer Abmessung, die einer durch Verbindung aller Punkte in Fig. 29 entstehenden Gesamtlänge entspricht, und ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Mit einer groben Näherung c = b reduzieren sich die obigen Gleichungen zu den folgenden Gleichungen:

Entsprechend läßt sich die Grenzwellenlänge allgemein wie folgt ausdrücken:

Mit den weiteren Näherungen a = A und b = B /2 reduziert sich die Gleichung (24) auf:

Der Vergleich der Gleichung (20) mit (25) zeigt, daß das Ergebnis bei der letzteren Gleichung um 2B größer als bei der ersteren ist. Das bedeutet, daß die Gleichung (25) eine Grenzwellenlänge liefert, die um 2B größer ist als die für einen üblichen Wellenleiter für beliebige Wellentypen TEmo.

Wie schon oben beschrieben wurde, sind die Leiterwellenlängen λ g10 und λ g80 für die TE10- und TE80-Wellen bei der Frequenz 12,25 GHz der fünften Harmonischen für den auf die Grundwelle ausgerichteten Standardwellenleiter WRJ-2 (EIA WR-430) wie folgt:

Im Gegensatz hierzu sind die Leiterwellenlängen, die mit Hilfe der Grenzwellenlänge nach Gleichung (25) berechnet sind, wie folgt:

Die Leiterwellenlängen für die beiden Wellentypen gemäß (26) sind um einen Faktor 2 verschieden, während die nach (27) fast gleich sind, woraus ein nur geringer Unterschied in der Leiterwellenlänge zwischen den TEmo-Wellen folgt.

Als nächstes wird die Schlitzanordnung in den metallischen Platten 7, 7-1, 7-2 usw. beschrieben. Gemäß Fig. 30 weist die Kante der Metallplatte 7 Schlitze auf, die einen Abstand von der Hälfte der Leiterwellenlänge λ g der fünften Harmonischen aufweisen. Ein Oberflächenstrom 95 fließt parallel zur Wellenleiterachse in dem Kantenbereich (vgl. oben), wodurch ein gegengerichteter Oberflächenstrom 95-1 hervorgerufen wird, der in entgegengesetzter Richtung auf der inneren Wand des Wellenleiters 3 fließt. Diese Bereiche können elektrisch äquivalent durch zwei in Fig. 31 gezeigte parallele Leitungen dargestellt werden. In diesem Ersatzschaltbild sind die zwei Leitungen mit den charakteristischen Impedanzen Z 1 und Z 2 und jeweils mit einer Länge von λ g/4 alternierend in Reihe verbunden. Es ist bekannt, daß dieser Schaltkreis eine relativ breite Dämpfungscharakteristik aufweist, deren Mitte bei der von λ g abgeleiteten Frequenz fo liegt (siehe Fig. 32). Da λ g wie oben beschrieben für alle TEmo-Wellen praktisch konstant ist, ergibt sich für jeden Typ TEmo derselbe Dämpfungseffekt. Die charakteristische Impedanz ist proportional zu dem in Fig. 30 gezeigten Abstand h 1 und h 2 und erfüllt die folgende Gleichung:

Entsprechend ist der Dämpfungseffekt umso größer je größer das Verhältnis von h 1 zu h 2 ist.

Damit wird eine gute Sperrwirkung (Dämpfung) gegen die fünfte Harmonische mittels einer einfachen Filterstruktur erhalten, die die metallischen Platten 7, 7-1, 7-2 usw. umfaßt und daher durch billige Blechbearbeitungsverfahren hergestellt werden kann.

Schließlich wird der Grund erläutert, warum die Grundwelle ohne Verlust übertragen wird. Wie bekannt ist, wird die Grundwelle als TE10-Wellentyp übertragen. Andererseits kann auch, falls die Kanten der Metallplatten keine Schlitze aufweisen, die fünfte Harmonische in den Wellentypen TE10 ebenfalls ohne wesentlichen Verlust übertragen werden (Fig. 27). Die Leiterwellenlänge der Grundwelle ist fünfmal größer als die der fünften Oberwelle und sie ist auch gegebenenfalls genügend groß im Vergleich zu den Abmessungen der Schlitze. Aus diesem Grund wird die Grundwelle weniger durch die Schlitze beeinflußt und kann praktisch ohne Verlust übertragen werden.

Durch die folgende Erfindung kann das Eindringen der fünften Harmonischen, die in zahlreichen Wellentypen als Störstrahlung von dem Magnetron erzeugt werden, in die Heizkammer praktisch verhindert werden; damit ein billiger Wellenleiterfilter zur Verwendung in einem Mikrowellenofen bereitgestellt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beseitigung der fünften Harmonischen beschränkt, sondern ist auch bei der Beseitigung anderer Harmonischen anwendbar, in dem die Zahl der Metallplatten und die Abmessungen der geriffelten Abschnitte geeignet gewählt wird.

Claims (6)

1. Wellenleiterfilter zur Verwendung in einem Mikrowellenofen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metallplatten (7) in einem Wellenleiter (3) im wesentlichen parallel zu dessen Seitenwände (3) angeordnet sind und obere und untere Kanten aufweisen, die eine Reihe von geriffelten Abschnitten bei einem konstanten Abstand aufweisen, Vorrichtungen, erste Zwischenstücke (8) umfassen, die die Metallplatten (7) mit einem bestimmten Abstand voneinander und parallel zueinander festhalten, und Vorrichtungen, zweite Zwischenteile (8, 80) umfassen, die aus Metall hergestellt und zwischen den Seitenwänden des Wellenleiters (3) und denjenigen der Metallplatten (7), die den Seitenwänden des Wellenleiters (3) gegenüberliegen, angeordnet sind, um einen im wesentlichen gleichförmigen lichten Abstand (g 1) zwischen den oberen und unteren Kanten der Metallplatten (7) und den oberen und unteren inneren Wänden des Wellenleiters (3) herzustellen und die Metallplatten (7) im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden des Wellenleiters zu halten.

2. Wellenleiterfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der geriffelten Abschnitte in den Metallplatten (7) eine Tiefe und einen Abstand aufweisen, der jeweils im wesentlichen gleich einem Viertel einer harmonischen Wellenlänge ist.

3. Wellenleiterfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der geriffelten Abschnitte in den Metallplatten (7) eine Breite in Längsrichtung des Wellenleiters, die im wesentlichen gleich einem Viertel einer harmonischen Wellenlänge ist, aufweist und die in einem Abstand gebildet ist, der im wesentlichen gleich der Hälfte dieser Wellenlänge ist.

4. Wellenleiterfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichte Weite (g 2) zwischen den oberen und unteren Kanten des ersten Zwischenteils (8) und den oberen und unteren inneren Wänden des Wellenleiters (3) im wesentlichen gleich der Hälfte einer harmonischen Wellenlänge ist.

5. Wellenleiterfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zwischenstücke (8) Mikrowellenabsorber (8-1, 8-2) umfassen und die zweiten Zwischenstücke (8, 80) aus Metall hergestellt sind.

6. Wellenleiterfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenabsorber (8-1, 8-2) Ferrite oder Kohlenstoff umfassen.