DE60208920T2

DE60208920T2 - Mikrowellenapplikator

Info

Publication number: DE60208920T2
Application number: DE60208920T
Authority: DE
Inventors: Olov Per RISMAN
Original assignee: Biotage AB
Current assignee: Biotage AB
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: CA2465932A1; ATE316751T1; JP2005509249A; WO2003040630A2; CA2465932C; EP1444867B1; WO2003040630A3; EP1444867A2; AU2002347715B2; DE60208920D1; JP4330994B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenapplikator, auf ein System von Mikrowellenapplikatoren und auch auf ein Verfahren zum Benutzen des Applikators und des Systems in Übereinstimmung mit den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Weiterhin schließt das Gebiet der Mikrowellenapplikatoren, zu welchem die vorliegende Erfindung gehört, solche Typen ein, welche eine Last (Ladung) haben, welche kontinuierlich durch die Heizkammer oder -kammern des Systems hindurchgeht. Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung von Heizsystemen, welche aus hauptsächlich mehrfachen Einzelmodus-Applikatoranordnungen bestehen, in welchen die Last, die erhitzt werden soll, einen konstanten Querschnitt hat.
Beschreibung des Standes der Technik
Viele unterschiedliche Arten von Mikrowellensystemen für Lasten, welche die oben genannten Charakteristiken erfüllen, existieren. Der einfachste derartige Applikator ist ein großer Multimodus-Hohlraum, welcher in seinen Wänden Löcher haben kann (dann vorzugsweise mit angebrachten Metallrohren, welche die Mikrowellen auf den Hohlraum begrenzen). Für sehr kleine Lasten ist der kurze zirkulare Einzelmodus-TM₀₁₀-Hohlraum wohl bekannt. Dieser hat jedoch den Nachteil, dass er nur Lasten bis zu etwa 10 mm im Durchmesser unter günstigen Bedingungen bei der üblichen Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz aufnehmen kann. Bessere Effizienz kann mit einem längeren zirkularen TM_01p-Applikator erreicht werden.
Nur Einzelmodus-Systeme sind in diesem Zusammenhang von Interesse, so dass die Frage besteht, welche signifikanten anderen Modi als der einfachste TM-Modus (TM₀₁) benutzt werden können und bekannt sind. Es ist dann von Interesse, welche Modus-Typen innerhalb einer Last erzeugt werden können, welche zu diesem Zweck einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Bei der Benutzung der Lastachse als Bezug gibt es dann transversale elektrische (TE) und transversale magnetische (TM) Modi. Jeder TE-Modus, welcher für die Anregung des Lastfeldes benutzt wird, hat inhärent eine hohe Impedanz und die typischen Lasten von Hauptinteresse hierbei haben eine ziemlich hohe Dielektrizitätskonstante, hauptsächliche zwischen 10 und 70, und deswegen eine niedrige Impedanz. Weiterhin ist die Verlustfähigkeit (lossiness) dielektrischer Lasten aufgrund einer äquivalenten elektrischen Leitfähigkeit, da aber TE-Modi an einer axialen elektrischen Feldkomponente ermangeln, besteht weder irgendein effektives Koppeln für kleine Lasten noch irgendeine Möglichkeit, eine minimale axiale Länge des Applikators von etwa der Hälfte einer Freiraum-Wellenlänge zu vermeiden. TE-Modi sind so gegenüber TM für den hier vorliegenden Zweck ungeeigneter: nämlich Zulassen von Veränderungen der Lastpermittivität und Verwenden eines axial kurzen Applikators, während eine hohe Mikrowelleneffizienz beibehalten wird.
Der TM-Modus niedrigster Ordnung in der Last ist vom TM₀-Typ. Dieser hat ein rotationssymmetrisches Feld und führt zu einem maximalen Aufheizen bei der Lastachse. Die am meisten fortgeschrittene Version ist in dem Patent DE-2345706 beschrieben, wo der Lastdurchmesser so groß gewählt ist, dass die Aufheizintensität an der Lastperipherie sehr niedrig ist; der Applikator ist dann von dem TM₀₂-Typ. Ein Nachteil mit diesem System ist, dass die Ausbreitung der begrenzten Wellen an und in der dialektrischen stabförmigen Last derart ist, dass ein sehr großer Anteil ihrer Feldenergie innerhalb des Stabes liegt. Dies führt zu Schwierigkeiten, um das Erhitzen auf nur den Lastteil innerhalb des Applikators zu beschränken, was es umgekehrt erforderlich macht, axiale Zonen außerhalb des Applikators mit einer Länge vergleichbar etwa dem zweifachen der Eindringtiefe für verbleibendes Aufheizen und Leckageschutz zuzulassen. Gutes äußeres Drosseln durch Wellenschlucker unmittelbar außerhalb des Applikators ist wegen der wesentlichen Feldeinschränkung innerhalb der stabförmigen Last unmöglich. Dies ist nachteilig insbesondere, wenn ein oder mehrere axial kurzer) Applikatoren(en) benutzt wird bzw. werden, um eine hohe Leistungsdichte in der Last zu erreichen. Ein anderer Nachteil ist die Notwendigkeit für einen solch großen Applikatordurchmesser, dass eine Anregung des Stör-TM₁-Modus schwierig zu vermeiden ist.
Der TM-Modus nächst höherer Ordnung in der Last ist von dem TM₁-Typ. Das Aufheizmuster in dem Querschnitt einer ziemlich kreisförmigen Last hat dann zwei diametral angeordnete Maxima mit einer diametralen Zone eines Nullaufheizens bei ± 90°. Ein Mikrowellenheizapplikator mit diesem Modus ist z.B. in der Patentschrift US-5,834,744 beschrieben. Der in diesem Patent offenbarte Applikator wird durch zwei diametrale Schlitze angeregt, welche von einem gemeinsamen Wellenleiter versorgt werden, welcher in solcher Weise angeordnet ist, dass die TM₀-Modi unterdrückt sind. Damit dieses besondere Versorgungssystem arbeitet, ist der Applikator kreisförmig oder polygonal, wobei die Last in der Mittelachse angeordnet ist, und der Applikator-Modus ist dadurch gekennzeichnet, dass er von dem TM₁₂₀-Typ ist. Darüber hinaus ist das Applikator-Design dazu bestimmt, mit einer längstmöglichen axialen Länge der Last in der Größenordnung einer Freiraum-Wellenlänge zu funktionieren.
Ein Wellenleiter-Modus-Umsetzer von rechteckigem TE₁₀ zu TE₂₀ ist bspw. in dem Patent GB-1364734 beschrieben. Das Umsetzersystem wird benutzt, um eine breite und flache Last zu erhitzen, welche sich an dem Ende des TE₂₀-Wellenleiters bewegt. Aus diesem Grunde sind Stummel in dem Wellenleiter platziert, um Modus-Unreinheiten zu erzeugen, welche zu einem Aufheizmuster führen würden, welches von einer Kombination dessen durch die TE₁₀- und TE₂₀-Modi in einem zusätzlichen äußeren Hohlraum mit wenigstens zwei derartigen Applikatoren und ausgerüstet mit Lastrotationsmitteln verursacht werden.
Ein Nachteil bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass die Last breit und flach sein muss, was die Möglichkeiten begrenzt, größere Volumina aufzuheizen, und auch die Möglichkeit begrenzt, z.B. die Heizrate zu steuern.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind, einen Applikator und ein System von Applikatoren zu erreichen, welche ein Aufheizen einer Last mit einem großen Querschnitt ermöglichen, was es möglich macht, genau z.B. die Aufheizrate zu steuern, und das Aufheizen besser in der Last zu begrenzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die zuvor erwähnten Ziele werden durch ein Applikator, ein System und auch durch ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
Das System von Mikrowellenapplikatoren nach der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus luftgefüllten Mehrfach-Einzelmodus-Applikatoren, in welchen die Last, welche aufgeheizt werden soll, einen konstanten Querschnitt hat.
Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das TM₁-Typ-Feld in der Last durch Verwendung eines Applikators erzeugt wird, in welchem der grundlegende elektrische Modus zweiter Ordnung, in der Terminologie der Theorie für Multipol-Felder, erzeugt wird. Dieser ist charakterisiert durch zwei Maxima des elektrischen Feldes auf einander gegenüberliegenden Seiten der Achse der Last; in seiner reinen Form geschieht dies in einem geschlossenen zirkularen TE₁₁₀- oder TE₁₂₀-Hohlraum.
Der einfachste rechteckige Wellenleiter oder Resonator, in welchem dieser elektrische Modus existiert, trägt den TE₂₀-Modus.
Der Mikrowellenapplikator dient zum Anlegen von Mikrowellenleistung an eine Last, welche vorzugsweise einen konstanten Querschnitt hat. Der Applikator ist ein Modus-Umsetzer von rechteckigem TE₁₀ an dem Generatorende zu TE₂₀ an dem Anwendungsende und die Last ist annähernd zentriert und nahe einer Kurzschlusswand des letzten Abschnitts angeordnet. In einem System, welches wenigstens zwei Applikatoren verwendet, haben die gegeneinander um 90° versetzten Applikatoren in Mehrfach-Applikator-Stapelanordnungen zwei zusätzliche Funktionen: das Aufheizen zu begrenzen, so dass dieses hauptsächlich innerhalb jedes Applikators durch Drosselwirkung stattfindet, und als Filter zu wirken, welcher das Kreuzkoppeln zwischen benachbarten Applikatoren reduziert. Das Feld in der Last ist vom zylindrischen TM₁-Typ und das Muster wird bspw. durch Hinzufügen von Abstimmstäben zwischen den einander gegenüberliegenden Wellenleiterwänden nahe der Last verbessert.
In Fällen, in denen eine hohe Leistungsdichte in der Last erwünscht ist, wird die Höhe des Applikators gering gemacht; wenn diese Höhe geringer ist als eine halbe Freiraum-Wellenlänge, dann kann dort kein Modus mit höherem Mittelindex als 0 vorhanden sein, d.h. die Applikatorfelder sind grundsätzlich bei allen Pegeln die gleichen. Benutzt man dann eine TE₁₀-Wellenleiter-Zufuhr, werden die Vorteile, welche in der vorliegenden Anwendung angesprochen sind, benutzt, wie Stapeln verschiedener Applikatoren mit einer gemeinsamen Lastachse und dann Versetzen benachbarter Applikatoren um 90°, so dass nicht nur ein verbessertes Gesamtheizmuster in einer fließenden Last erhalten wird, sondern auch eine Dämpfwirkung zwischen benachbarten Applikatoren, so dass die Mikrowellenausbreitung zwischen ihnen durch die Last stark reduziert wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf das Benutzen eines TE₁₀-Wellenleiters mit annähernd der halben Breite des TE₁₀-Teils des Applikators, wie in 1 gezeigt – sondern auch eine verallgemeinerte Zufuhr, wo ein Abschnitt einen dielektrisch gefüllten Wellenleiter einschließt, welcher einen äquivalenten Modus zu der rechteckigen TE₁₀ trägt, welcher auch äquivalent zu dem zirkularen TE₁₁-Modus ist.
Die Erfindung schließt auch Applikatoren größerer Höhe ein, bis zu mehr als einer vollen Freiraum-Wellenlänge. Die Benutzungen derartiger Applikatoren sind typisch nicht für kontinuierlich fließende Lasten sondern stattdessen für stationäre flüssige Lasten in einem runden zylindrischen mikrowellentransparenten Behälter. Derartige Lasten können durch zusätzliche mechanische Mittel umgerührt werden, wie bspw. eine rotierende Schlagvorrichtung oder ein magnetisches Rührsystem, welches kleine magnetisierte Körper in der Flüssigkeit verwendet. Das ungleiche Aufheizmuster mit zwei Maxima in dem kreisförmigen Querschnitt wird dann überwunden. Um die axiale Ebenheit des Heizmusters aufrecht zu erhalten, auch unter Bedingungen, wo die Füllhöhe und die dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit variieren, sind nach der vorliegenden Erfindung zusätzliche Mittel eingeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt perspektivisch einen Applikator nach der Erfindung mit einer stabförmigen Last, welche sich durch diesen erstreckt.
2 zeigt perspektivisch ein System, welches aus einem zweiten Applikator besteht, welcher unmittelbar auf einem ersten Applikator angeordnet ist, wobei sich eine stabförmige Last durch beide Applikatoren erstreckt.
3 zeigt das Heizmuster in der zentralen horizontalen Ebene eines Applikators nach 1 als Wärmediagramm, welches durch Mikrowellenmodellieren erhalten wurde.
4 zeigt ein Lastheizmuster in einer vertikalen Ebene, welche die Lastachse enthält, und die Umlauflage der Heizmaxima eines niedrigen Applikators mit einer sehr geringen Höhe, wobei nur der untere Applikator mit Energie versorgt wurde, in einem System, welches aus zwei gleichen um 90° versetzten Applikatoren nach 2 besteht, als Wärmediagramm, welches durch Mikrowellenmodellieren erhalten wurde.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Applikators, wo der Teil mit der Last signifikant axial kleiner als das Generatorzufuhr-TE₁₀-Ende gemacht worden ist.
6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des Applikators in einem System, wo die Last eine Last mit quadratischem Querschnitt ist.
7 zeigt ein Beispiel eines Heizmusters in der zentralen Querschnittsebene eines Applikators nach der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Applikators, wo der Teil mit der Last signifikant axial größer gemacht worden ist, als das Generatorzufuhr-TE₁₀-Ende.
9 zeigt eine Ansicht von oben, welche die in 8 gezeigte Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Ansicht von oben, welche die in 10 gezeigte Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Einzelbeschreibung der Erfindung
Der gewünschte Anregungstyp ist das zirkulare TM₁-Feld in einer Last, welche so angesehen wird, dass sie einen kleinen Durchmesser für den Zweck dieser Überlegungen hat. In einem runden zylindrischen Hohlraum mit einer zentrierten Achslast und wobei die Zufuhr für den Moment außer Betracht gelassen wird, ist der Modus dann TM₁₁₀. Der einfachste rechteckige Modus-Typ in einem leeren Wellenleiter, welcher denselben Last-Feld-Typ anregen kann, ist der TE₂₀-Wellenleiter-Modus. Das Feld entlang der Mittellinie der Ausbreitung ist dann nur magnetisch in der Richtung der Ausbreitung längs des Wellenleiters.
Auch wenn, grundsätzlich, Wellenleiter und Hohlräume beliebige Gestalt, welche gestatten, dass die Last durch diesen Feld-Typus angeregt wird, im ge schützten Bereich der Erfindung liegen, führen bestimmte Anregungsmethoden und -mittel sowie Einschränkungen in dem mechanischen Aufbau zu praktischen Begrenzungen. Daher haben die Applikatoren nach der Erfindung einzelne Versorgungen an der Peripherie der wellenleiterähnlichen Struktur, welche einen Null-Index in der axialen (Höhen-)Richtung der Last hat. Die einfachste solche Struktur ist somit ein rechteckiger TE₂₀₁-Hohlraum, aber die Versorgungen nach der Erfindung und die Tatsache, dass dort eine Nettoleistungsausbreitung von den Versorgungen in Richtung der Last ist, werden dazu führen, dass der Last-Index etwas unbestimmt und in jedem Fall dieser Abstand größer als die Hälfte einer Führungswellenlänge in dieser Richtung ist.
Daher ist ein erstes Beispiel des Querschnittes des einfachsten Applikators senkrecht zu der Lastachse eine rechteckige Box, welche ein Feld unterstützt, welches am besten als rechteckiges TE₂₀₂ beschrieben werden kann. Zum Verbessern der Modus-Reinheit und zum Kompensieren gegen Feldmodifikationen, welche durch die Versorgung verursacht werden, hat ein Teil der rechteckig geformten Applikatorwand gegenüber und quer zu der Versorgung einen dreieckigen Schnitt. Dieser ist schematisch in 2 veranschaulicht.
Bezieht man sich nun auf die Figuren, und insbesondere auf 1, so betrifft das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen rechteckigen TE₁₀/TE₂₀-Modus-Applikator (oder -Umsetzer) 1 mit dem Generator 2, welcher an dem TE₁₀-Abschnitt angeschlossen ist. Der TE₂₀-Abschnitt, welcher durch eine kurze Metallwand 3 geschlossen ist, und eine zylindrische Last 4 ist annähernd an der Mittellinie des TE₂₀-Abschnittes angeordnet. Eine Einstelleinrichtung 5 (hier in der Form eines Stabes) erstreckt sich über die ganze Strecke zwischen den oberen und unteren Oberflächen in dem TE₂₀-Abschnitt.
Der Applikator ist luftgefüllt und aus Metallwänden nach gut eingeführten Herstellungstechniken für Mikrowellen-Applikatoren erstellt.
Im Falle eines reinen TE₂₀-Modus sorgt die Lastanordnung an der Mittellinie für das gewünschte zylindrische TM₁-Feld in der Last. Der Stab 5 (vorzugsweise aus einem Metall) kann dann nicht erforderlich sein, um ein symmetrisches Heizmuster in der Last zu erhalten. Es ist jedoch von Interesse, ein kompaktes Design vorzusehen, so ist insbesondere der TE₂₀-Abschnitt ganz kurz. Der Stab ist dann sehr bequem für das Einstellen des Heizmusters; darüber hinaus kann der Stab 5 auch bewirken, dass das Heizmuster unter Bedingungen unterschiedlicher Permittivität und dimensionsmäßiger Veränderungen der Last stabilisiert, als auch die Impedanzanpassung verbessert wird.
Die Lage der Lastachse in Beziehung zu der Kurzschlusswand 3 sollte in Übereinstimmung mit der Theorie erster Ordnung eine Viertel-Modus-Wellenlänge entfernt sein. Dies wird jedoch normalerweise durch Experiment oder Mikrowellemodellieren festgelegt. Da der Applikator in erster Linie für Lasten bestimmt ist, welche einen Radius haben, welcher eine halbe Wellenlänge in der Lastsubstanz überschreitet, können beachtliche Abweichungen von dieser Theorie erster Ordnung auftreten, welche dazu führen, dass die optimale Position der Last dichter bei der Kurzschlusswand liegt. Experiment oder Mikrowellenmodellieren wird auch zur Bestimmung des Durchmessers und der Lage des Stabes 5 verwendet.
Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 2 gezeigt ist, bezieht sich auf ein System, welches zwei Applikatoren 1, 1' aufweist, wobei die Applikatoren eine gemeinsame Lastachse haben und wobei die Applikatoren um annähernd 90° um die Lastachse in Beziehung zueinander rotiert werden. Es ist natürlich möglich, zusätzliche Applikatoren anzuordnen, wobei jeder Applikator um 90° um die Lastachse mit Bezug auf einen benachbarten Applikator rotiert wird.
Wie in 3 zu sehen ist, hat das Heizmuster zwei diametrale Maxima (jedes Maximum ist durch ein "+" gekennzeichnet), eines auf jeder Seite der TE₂₀-Wellenleiter-Mittellinie 6; seine Winkelvariation kann durch eine cos²-Funktion nach der bekannten Modus-Theorie beschrieben werden. Durch die 90°-Versetzung ergibt ein zweiter Applikator eine sin²-Variation, so dass die summierte Winkelvariation 1 ist, d.h. überhaupt nicht variiert.
Nach einem ersten Aspekt des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung kann das Energiekoppeln zwischen benachbarten um 90° versetzten Applikatoren durch das Lastfeld sehr klein gemacht werden, so dass das sogenannte Kreuzkoppeln zwischen solchen Applikatoren sehr klein sein wird, auch wenn die zugeordneten Generatoren simultan angeregt werden.
Nach einem zweiten Aspekt des zweiten Ausführungsbeispiels ist der Applikator 1 so gestaltet, dass er auch als eine Dämpfung für die sich ausbreitenden Felder von einem ersten Applikator durch die Last zu einem zweiten Applikator arbeitet. Ein Beispiel hierfür ist in 4 gezeigt, wo nur der untere Applikator 1 angeregt wird und ein zweiter Applikator 1' unmittelbar oberhalb, jedoch keiner unterhalb des ersten Applikators angeregt wird. Eigentlich besteht dieses Merkmal in enger Beziehung zu dem ersten Aspekt des zuvor erwähnten zweiten Ausführungsbeispiels. Um ein effektives Dämpfen zu erreichen, ist es notwendig, dass ein signifikanter Teil der Mikrowellenenergie, welcher an die Last 4 gebunden ist, außerhalb dieser sich befindet. Dies kann der Fall für den TM₁-Modus-Typ sein, nicht jedoch für den TM₀-Typ-Modus. In 4 ist das Heizmuster schematisch in der gleichen Weise veranschaulicht wie in 3. Für die Optimierung des Dämpfens ist als erstes zu bedenken, dass das, was in dem zweiten "passiven" Applikator gedämpft werden muss, ein um 90° rotierendes Lastfeld ist, welches von diesem zweiten Applikator erzeugt wird. Daher ist der Modustyp, welcher zu dämpfen ist, ein TE₁₀.
Die Dämpfwirkung besteht darin, dass die Quelle (gemeint ist in diesem Fall die Last) zunächst durch die Kurzschlusswand 3 fehlangepasst wird, zweitens durch eine Feldfehlanpassung an diesen TE₁₀-Modus in dem TE₂₀-Abschnitt, und drittens, dass ein weiteres Feldfehlanpassen erfolgt, wenn der TE₁₀-Modus in ihm den Umsetzerabschnitt auf den TE₁₀-Abschnitt stößt. Das dritte Phänomen hat typischerweise den stärksten Effekt und das Verfahren zur Dämpfoptimierung geschieht dann durch Veränderung der Länge des TE₂₀-Abschnitts, welcher willkürlich mit Bezug auf die richtige Funktion des Applikators im Heizmodus ist, da der Übergangsabschnitt als solcher für den primären Leistungsfluss angepasst ist.
Der zweite Parameter für das Feinanpassen der zwei Funktionen des Applikators ist das Variieren der Lage der Lastachse in Beziehung zu der Kurzschlusswand 3, in Kombination mit dem Verwenden eines Metallstabes 5 oder mehrerer Metallstäbe 5. Anstelle des Ausführens dieser Co-Optimierung von Heiz- und Dämpffunktionen durch Hardware-Experimente, kann Mikrowellenmodellieren eingesetzt werden und auch Studien der verschiedenen Feldmuster und Intensitäten ermöglichen, um bei der Arbeit zu unterstützen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Design und das Benutzen von vielfachen, niedrigen und dicht gestapelten Applikatoren, um eine hohe Leistungsdichte in langgestreckten oder sich bewegenden Lasten zu erreichen. Der TE₂₀-Modus kann theoretisch in einem Wellenleiter von beliebig kleiner Höhe existieren, aber es gibt da natürlich praktische Grenzen aufgrund der Tatsache, dass die (integrierte) Wellenleiterimpedanz proportional zu seiner Höhe ist, was ein sehr großes Transformationsverhältnis von der typischen Standardhöhe von zwischen einem Viertel und einer Hälfte Freiraumwellenlänge am Magnetron-Generatorübergang zu dem TE₁₀-Abschnitt ist.
Es bestehen jedoch allgemein keine Probleme, wenn die Höhe in einem kurzen Schritt 7, wie in 5 gezeigt, um einen Faktor bis zu 3 verändert wird. Dies ist dann normalerweise in dem TE₂₀-Abschnitt, wie in der gleichen Figur gezeigt. Der Schritt kann auch benutzt werden, um die Dämpffunktion zu verbessern, wie für die Gesamtlänge des TE₂₀-Abschnitts für das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Benutzen sehr geringer Applikatorhöhen ist der, dass die Lastanordnung dort ist, wo das elektrische Feld des TE₂₀-Modus ein Minimum ist (dort ist im Wesentlichen nur ein solches vertikales Feld). Daher ist das Risiko einer Bogenbildung bei Anwendung hoher Leistung sehr viel geringer als bei rechteckigen TE₁₀-Applikatoren (oder, äquivalent, zylindrischen TM_0n0-Applikatoren). Durch das kombinierte Benutzen von mehrfachen um 90° versetzten Applikatoren mit gegenseitiger Dämpffunktion können äußerst hohe Heizintensitäten ganz einfach auch mit typischen Magnetron-Leistungen ohne ein Risiko der Bogenbildung erreicht werden.
Als ein Beispiel bei Verwenden von 2450 MHz resultiert ein TE₂₀-Abschnitt mit einer Höhe von 12 mm mit einem Lastdurchmesser von 30 mm und 3 kW Mikrowellengeneratoren in einem 6-Applikator-System (plus zwei nicht angeregte End-Dämpfapplikatoren) zu 18 kW über eine gesamte Länge von 8 × 14 mm = 112 mm, d.h. 80 mL. Mit einer spezifischen Heizkapazität der Last von der Hälfte derjenigen von Wasser wird die Heizrate über 100 K/Sekunde. Derartige Heizraten können bei pharmazeutischen Mikrowellenchemieanwendungen wünschenswert sein, wo polare Flüssigkeiten mit Reaktanten sehr rasch unter hohem Druck auf über 200°C aufgeheizt werden. Natürlich können größere Systeme, welche das andere übliche Mikrowellenheizfrequenzband mit einer Frequenz um 915 MHz verwenden, die gleiche Heizrate mit handelsüblichen Magnetrons von 30 kW und höher erreichen. Derartige Anwendungen können eine sehr rasche Expansion einschließen, welche eine Zellwandzerstörung in gewissen Typen von Hartholz verursachen, wo eine langsamere Heizrate zu Energieverschwendung durch Druckverlust aufgrund Fusion führen, was eine verlängerte Heizzeit erfordert; oder Fehlfunktion des Prozesses, indem eine Zerstörung überhaupt nicht eintritt.
Ein Beispiel der Dämpffunktion, welche auch das Heizmuster nur auf den angeregten Applikator begrenzt, ist in 4 gezeigt, wo ein oberer und ein unterer Applikator angedeutet sind.
Die zwei gestapelten Wellenleiter-Applikatoren (wie in 2 veranschaulicht) sind 25 mm hoch (b Dimension) und die TE₁₀- und TE₂₀-Abschnitte sind 86 und 172 mm breit (α Dimension). Der Lastdurchmesser ist 40 mm, seine Permittivität 25-j6, die Last in einem Glasrohr einer 5 mm-Materialstärke enthalten mit einer Permittivität 4 und die Betriebsfrequenz ist 2450 MHz. Der Abstand von der TE₂₀-Kurzschlusswand zu der zentral angeordneten Lastachse ist 28 mm; der Metallstab hat einen Durchmesser von 17 mm und ist 10 mm nach links angeordnet (in der Richtung der inneren Ecke des TE₁₀-H-Knies) und 80 mm von der TE₂₀-Kurzschlusswand. Dort ist ein schützendes Metallrohr unterhalb und oberhalb der Last außerhalb des Applikators (angedeutet als 4 in 2). Nur der untere Applikator ist angeregt. Mit einem Modus-Umsetzer, optimiert durch Dreieckeinschnitt in der äußeren H-Knie-Ecke von 29 mm an der TE₁₀-Seite und 86 mm an der TE₂₀-Seite (wie beispielsweise in 4 angezeigt) und einer optimierten Distanz zwischen der TE₂₀-Kurzschlusswand und der gegenüberliegenden Seitenwand von 210 mm, wird der Übertragungsfaktor zwischen den zwei TE₁₀-Durchlässen des Applikators 0,03 (das ist der gleiche wie –30 dB-Übersprechleistung).
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind zusätzliche Metallstäbe 8, wie in 6 gezeigt, benutzt, wobei mit Lasten solcher Querschnittsabmessung oder -gestalt Abweichungen von der sin²-Winkelvariation auftreten. Derartige Variationen sind hauptsächlich durch interne Resonanzeffekte in der Last bedingt, oder durch nicht-resonante Kantenbrechung, wenn die Last axiale Kanten hat. Die Methode zum Bestimmen der Orte und Abmessungen dieser Stäbe erfolgt wiederum hauptsächlich durch Mikrowellenmodellieren. Es ist dann allgemein bevorzugt, vier Stäbe in einem Quadratmuster anzuordnen, wenn der Lastquerschnitt auch quadratisch ist (wie in 6), um die Möglichkeit des Dämpfens durch benachbarte Applikatoren zu behalten. Das Stabmuster kann dann sowohl durch Seitenlänge als auch durch Winkellage in Relation zu der TE₂₀-Wellenleiter-Achsen-Richtung verändert werden.
Ein Beispiel eines Heizmusters in der zentralen Querschnittsebene von einem 100 × 100 mm Quadrat, lange Last mit einer Permittivität 30-j3 bei 915 MHz in einem Applikator von 60 mm Höhe und 500 mm TE₂₀-Abschnittsbreite ist in 7 gezeigt. Das Heizmuster ist durch "++" für den wärmsten Teil veranschaulicht, "+" für die nächst wärmeren Teile usw. bis zum kältesten Teil, welcher mit einem "–" bezeichnet ist. In diesem Fall sind keine Stäbe oder andere Vorrichtungen vorhanden und die Lastachse ist 126 mm bis zur Kurzschlusswand und um 18 mm von der Applikator-Mittellinie versetzt. Man sieht, dass das Heizmuster mit zwei ganz eben und noch ebener mit vier um 90° versetzten Applikatoren ist.
Nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Applikator wenigstens in dem Teil des TE₂₀-Modus-Abschnitts wesentlich dicker, wo die Last angeordnet ist, als in dem TE₁₀-Modus-Abschnitt, in einer Richtung senkrecht zu der Haupt-Wellenausbreitung. Dieses fünfte Ausführungsbeispiel ist in den 8 und 9 veranschaulicht.
Somit schließt die vorliegende Erfindung auch Applikatoren mit größerer Höhe ein, bis zu mehr als eine volle Freiraum-Wellenlänge.
Auch wenn es möglich ist, die Applikatorhöhe (7' in 8) erfolgreich zu erhöhen, indem entweder eine Stufe oder eine Neigung 7, wie in 5 gezeigt (aber jetzt zu einer größeren und nicht zu einer kleineren Höhe), an eine Last anzupassen, welche höher als etwa eine halbe Freiraum-Wellenlänge ist, und dann ein vernünftig gleichmäßiges Aufheizen in der axialen Richtung zu erreichen, führen typische Veränderungen in der Lastpermittivität und Lastfüllhöhe fast unvermeidlich zu Heizkonzentrationen an beiden Lastenden.
Eine Verfeinerung dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht darin, dann Metallplatten parallel zu den Breitseiten (Boden und Decke) des Applikators zu verwenden. Eine Metallplatte 8 ist in den 8 und 9 zu sehen. Diese Platten können in kontinuierlichem galvanischem Kontakt mit den (vertikalen) Applikator-Seitenwänden stehen, dies ist jedoch für eine richtige Funktion nicht notwendig. Eine Platte wirkt als ein Modus-Filter, indem sie ein Ausbreiten von anderen als TE_20p-Modi verhindert, vorausgesetzt, dass der (vertikale) Abstand zwischen irgendeiner Platte und dem Applikatorboden oder der Applikatordecke etwa eine halbe Freiraum-Wellenlänge nicht überschreitet. Somit können mehrere Platten verwendet werden.
Eine Erweiterung dieses Ausführungsbeispiels ist als erstes, eine Aufwärtsneigung 7' von einem Teil des Applikators nahe oder in seiner Versorgung durch einen TE₁₀-Wellenleiter oder nahe der Versorgung mit dem dielektrischen Stab einzusetzen, welcher die Umsetzereinrichtung nach dem unten beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel ist, und zweitens eine Metallplatte zu benutzen, welche sich bis zu einer Position ziemlich dicht an der Neigung erstreckt. Dies ist in 8 dargestellt, wo sich die Metallplatte 8 sich bis dicht zu der Wellenleiterneigung 7' und die gegenüberliegende Applikatorseitenwand in einem Querschnitt erstreckt, und von der Seitenwand des TE₁₀-Wellenleiters nahezu über die gesamte Strecke bis zu der Last in dem rechteckigen Querschnitt.
9 veranschaulicht schematisch das fünfte Ausführungsbeispiel von oben, wo der TE₂₀-Modus-Abschnitt 12 gezeigt ist, welcher mit einer Metallplatte 8, einer Last 4 und Abstimmmitteln 5 versehen ist.
Es ist auch möglich Platten zu verwenden, welche auf- oder abwärts in die Zuführregion gebogen sind, um das gleiche Ziel zu erreichen, welches die hereinkommende Leistung in einer kontrollierten Weise aufspalten soll, um eine verbesserte Heizgleichmäßigkeit in der axialen Richtung der Last zu erreichen. Durch Verwenden einer Metallplatte oder zweier Metallplatten, wie gerade beschrieben, ist es möglich, Applikator- und Lasthöhen bis zu einer und über eine Freiraum-Wellenlänge der Mikrowellen zu verwenden, während ein vernünftig gleichmäßiges Aufheizen in der axialen Richtung beibehalten wird, für begrenzte Interwalle von Flüssigsäulenhöhe, aber für breite Variationen der dielektrischen Eigenschaften, wie einer Last.
Nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine verallgemeinerte Umsetzereinrichtung zwischen Wellenleiter-Übergang zwischen dem TE₁₀-Modus-Abschnitt und dem TE₂₀-Modus-Abschnitt angeordnet. Diese verallgemeinerte Umsetzereinrichtung wird mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben. Die Umsetzereinrichtung ist auf alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die hier beschrieben sind, anwendbar.
10 zeigt eine Querschnittsansicht des sechsten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung und 11 zeigt eine Ansicht von oben schematisch, indem es das gleiche Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
10 ist eine schematische Veranschaulichung, welche den TE₁₀-Modus-Abschnitt 14, eine Umsetzereinrichtung 10 und den TE₂₀-Modus-Abschnitt 12 zeigt. Dieselben Merkmale sind in 11 gezeigt, welche darüber hinaus die Last 4 und die Abstimmmittel 5 zeigt. Die Umsetzereinrichtung 10 schließt einen mit dielektrischem Material gefüllten Wellenleiter ein, welcher den gleichen Modus trägt wie der rechteckige TE₁₀, welcher äquivalent zu dem zirkularen TE₁₁-Modus ist.
Es besteht oft die Notwendigkeit, den Generator- und den Applikatorteil von dem System zu trennen, so dass beispielsweise giftige Gase oder Lastausläufe nicht von dem Applikator in Richtung des Generators und andere Hilfseinrichtungen entkommen können. Dort kann auch die Notwendigkeit bestehen, die flüssige Last auf Temperaturen oberhalb ihres Kochpunktes unter Atmosphärendruck aufzuheizen. Solche unter Druck stehende Fenster sind von variabler Dicke, mikrowellen-transparente Platten unter mechanischem Druck zwischen zwei TE₁₀-Wellenleiter-Flanschen. Das Impedanz-Fehlanpassen entsprechend der Platte ist allgemein so klein (da die Platte relativ dünn ist), dass eine Kompensation durch einfache diskrete Komponenten vorgenommen wird, beispielsweise Metallpfosten in dem Wellenleiter. Für dickere Fenster mag die Tatsache, dass eine Platte der Dicke einer halben Wellenlänge (aus Fenstermaterial) Reflektionen minimieren kann, zur Anwendung führen. Eine konische Verjüngung in beiden Anpasswellenleitern unter Verwendung von Körpern aus Kunststoffmaterial niedriger Permetivität ist eine andere Möglichkeit.
Nach diesem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Modus-Übergang zwischen dem luftgefüllten TE₁₀-Wellenleiter und einem runden TE₁₁- oder rechteckigen TE₁₀-Modus in der Form der Umsetzereinrichtung 10 gegeben, welche ein mit dielektrischem Material gefüllte Metallröhre oder -bohrung ist. Eine solche Umsetzereinrichtung wird von einem symmetrisch angeordneten Loch aus in dem gekürzten Ende des TE₁₀-Wellenleiters versorgt und ist impedanz-angepasst ohne eine zusätzliche Einrichtung. Die Länge des mit dielektrischem Material gefüllten Wellenleiter-Abschnitts kann deswegen beliebig lange sein. Die Gestaltung ist inherent unterschiedlich zu bekannten Fenstern aufgrund des zwischengeschalteten mit dielektrischem Material gefüll ten Wellenleiter-Abschnitts, welcher ist an den mit Luft gefüllten Wellenleiter impedanz-angepasst.
Eine bevorzugte Gestaltung der Umsetzereinrichtung ist in 10 gezeigt, wo ein rechteckiger TE₁₀-Wellenleiter 14 eine niedrigere Höhe (allgemein bezeichnete b Dimension) als der andere ähnliche Wellenleiter 12 hat. Ein runder zylindrischer Keramikkörper 10 ragt bestimmt aber unter unterschiedlichen Abständen in die Wellenleiterenden und ist von Metall zwischen den Wellenleitern umgeben. Dort sind keine zusätzlichen Anpasskomponenten vorhanden.
Dieser Typ von angepasster Umsetzereinrichtung erfordert bestimmte dielektrische Daten und Durchmesser des Körpers in Relation zu den Dimensionen des rechteckigen Wellenleiters und Betriebsfrequenzen, um eine hinreichend breitbandige Impedanz-Anpassung zu erreichen. Als ein erstes Beispiel mit dem Standard WG340 (43 × 86 mm)-Wellenleiter in dem 2450 MHz-ISM-Band muss ein Aluminiumstab mit Permittivität 9 etwa 29 mm im Durchmesser sein und etwa 25,5 mm in den Wellenleiter hineinragen. Als ein zweites Beispiel mit einem 60 × 86 mm Wellenleiter und einem Stab mit einer Permittivität von 6,8 muss sein Durchmesser etwa 38 mm und das Vorragen etwa 28 mm sein.
Das Schaffen optimaler Dimensionen für Wellenleiter und Stäbe mit anderen Daten kann durch Experiment oder numerisches Mikrowellenmodellieren erreicht werden, indem von den zuvor genannten Start-Daten ausgegangen wird. Dies trifft auch zu, wenn der Stab einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat.
Wenn einer der Wellenleiter einem Druck unterworfen ist, beispielsweise durch den Applikator, welcher eine direkte Fortsetzung des Wellenleiters 12 ist, kann der vorspringende Teil des Stabes 10 etwas breiter als der Rest gemacht werden, so dass der Stab nicht weggleiten kann. Die Vorsprungslänge des breiteren Teils muss dann etwas kürzer gemacht werden. Andere Abweichungen von der zylindrischen Gestalt können ebenfalls zu diesem Zweck eingesetzt werden und liegen alle im Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.
Wenn eine Stabzufuhr des Typs verwendet wird, wie sie gerade beschrieben worden ist, ist es nicht notwendig, den Applikator über einen TE₁₀-Wellenleiter zuzuführen. Stattdessen kann der Stab direkt in den TE_20p-Applikator hineinragen. Dies ist in 11 gezeigt, wo der Applikator 12 mit einer Last 4 und Abstimmmitteln 5 offenbart ist.
Nach einer zusätzlichen Verbesserung der vorliegenden Erfindung insbesondere mit Bezug auf die Intensität für Flüssigkeitssäulen-Höhenvariationen sind stabförmige dielektrische Körper mit ziemlich hoher Permittivität einzusetzen, parallel zu dem Metallstab 5. Die Stäbe müssen dann eine Permittivität haben, welche mit der der flüssigen Last vergleichbar ist, und auch einen vergleichbaren Querschnittsbereich. Als ein Beispiel sind zwei Stäbe mit einer Permittivität 20 und einem Durchmesser von 30 mm dicht bei der Last angeordnet, eine auf jeder Seite der TE₂₀-Mittellinie. Die Empfindlichkeit für Flüssigkeitssäulen-Höhenvariationen ebenso wie für Permittivitätsvariationen ist dann reduziert. Auch die Impedanz-Anpassvariationen wegen Variationen dieser Lastparameter ist reduziert.
Ein typischer Applikator für 2450 MHz hat horizontale Abmessungen von etwa 170 × 210 mm, plus die Verlängerung durch einen TE₁₀-Zufuhr-Wellenleiter. Mit einem Durchmesser des Lastbehälters von etwa 55 mm wird der Füllfaktor (Last-Volumen geteilt durch Applikator-Volumen) ganz klein. Es können Fälle vorhanden sein, in denen es wünschenswert ist, die Applikator-Dimensionen zu reduzieren. Dies kann dann durch drei Methoden erfolgen:

1. Herunterfalten oder Herauffalten der äußeren Teile des TE20-Teils (d.h. parallel zu der Kraftflussrichtung), so dass die Gestalt eines umgekehrten U geschaffen wird. Die Applikator-Zufuhr ist dann von unten oder von oben. Diese Methode ist jedoch nicht effektiv, wenn die Wellenleiter-Applikator-Höhe groß ist.
2. Einsetzen von Metallrippen in den TE₂₀-Teil in der gleichen Weise wie in standard-gerippten Wellenleitern. Dies bedeutet, dass zwei Rippen, welche auf jeder Seite der Last enden, eingeführt werden.
3. Einsetzen einer teilweise dielektrischen Füllung in den TE₂₀-Teil. Als ein Beispiel bei Verwenden von PTFE mit etwa 50% Füllfaktor können die Dimensionen von 170 × 210 mm auf etwa 125 × 155 mm reduziert werden.

Als eine weitere Alternative insbesondere mit Bezug auf die oben erwähnte Methode, welche sich auf einen gerippten Wellenleiter bezieht, wird der Wellenleiter (der TE₂₀-Modus-Abschnitt) mit einem dielektrischen Material, beispielsweise PTFE oder einem keramischen Material gefüllt (oder teilweise gefüllt).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des Applikators, des Systems oder der Methode zum Ausführen organischer chemischer Synthesereaktionen, und auch für sehr rasches Aufheizen von Holz, z.B. für eine Zellwandzerstörung oder ähnliches.
Im Rahmen der Erfindung, wie sie in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, sind auch die folgenden beispielhaften Strukturalternativen eingeschlossen:

– Die Metallstäbe müssen sich nicht über die gesamte Strecke zwischen den Hauptebenen der Wellenleiter erstrecken.
– Anstelle des Verwendens von Stäben können Metallplatten verwendet werden.
– Die Metallplatten können durch dielektrische Einsätze oder Rohre, beispielsweise Aluminium-Keramik-Rohre ersetzt sein.
– Um eine verbesserte Beheizung an der Lastachse zu erreichen, kann die Last etwas aus der Position gerückt werden, was ein symmetrisches Heizmuster ergibt.
– Die Last kann in einem transparenten Mikrowellen-Rohr oder -Halter aufgenommen sein.
– Die Last kann kurz und vollständig innerhalb eines einzigen Applikators angeordnet sein.
– Der TE₁₀-Abschnitt kann gebogen und so verlängert sein, so dass genügend Raum für die Generatoren vorhanden ist, auch wenn niedrige gestapelte Mehrfach-Applikatoren eingesetzt werden.
– Systeme können für jegliche Mikrowellenfrequenz gestaltet sein, abhängig von den Last-Dimensionen, dielektrischen Eigenschaften und der erforderlichen Kapazität des Systems. Aus Gründen der Erhältlichkeit von Generatoren und da die Systeme hauptsächlich für Hochleistungsdichte-Anwendungen gedacht sind, werden Standardfrequenzen um 2450 und 915 MHz bevorzugt.

Claims

Mikrowellenapplikator für ein Erhitzen von Lasten (Ladungen), welcher ein Wellenleiterübergang zwischen dem Rechteck-TE₁₀- und -TE₂₀-Modus ist, enthaltend einen TE₁₀-Modus-Abschnitt und einen TE₂₀-Modus-Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass der TE₂₀-Modus-Abschnitt derart angepasst ist, dass er die Last (4) in dem TE₂₀-Modus-Abschnitt aufnehmen kann, und dass die Last so angepasst ist, dass sie mit ihrer Hauptachse senkrecht zu der Hauptausbreitungsrichtung des TE₂₀-Modus in der Nähe einer Kurzschlusswand (3) des TE₂₀-Modus-Abschnitts und auch nahe der Mittellinie der genannten Ausbreitungsrichtung angeordnet ist.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenenergie über eine Zuführeinrichtung, welche an dem TE₁₀-Modus-Abschnitt angeordnet ist, dem Applikator zugeführt wird.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dielektrische Wandlereinrichtung (10) zwischen dem TE₁₀-Modus-Abschnitt (14) und dem TE₂₀-Modus-Abschnitt (12) liegt.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dielektrische Wandlereinrichtung ein mit dielektrischem Material gefülltes Rohr enthält.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator mindestens in dem Teil des TE₂₀-Modus-Abschnittes, in welchem die Last angeordnet ist, in einer Richtung senkrecht zu der Hauptwellenausbreitungsrichtung wesentlich dünner ist als in dem TE₁₀-Modus-Abschnitt.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator mindestens in dem Teil des TE₂₀-Modus-Abschnittes, in welchem die Last angeordnet ist, in einer Richtung senkrecht zu der Hauptwellenausbreitungsrichtung wesentlich dicker ist als in dem TE₁₀-Modus-Abschnitt.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Metallplatte (8) in dem TE₂₀-Modus-Abschnitt angeordnet ist, um als Modusfilter zu wirken.
Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine einzige Abstimmeinrichtung (5) so angeordnet ist, dass sie sich durch den Applikator hindurch erstreckt und sich in der Nähe der Last befindet, um ein im Wesentlichen symmetrisches zylindrisches Modusmuster vom TM₁-Typ in der Last vorzusehen.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmeinrichtung aus Metall hergestellt ist.
Mikrowellenapplikator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmeinrichtung aus einem dielektrischen Metall, z. B. Aluminium, hergestellt ist.
Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder vier Abstimmeinrichtungen (8) paarweise diametral die Last umgebend angeordnet sind.
Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmeinrichtung stabförmig ist.
Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Last einen Querschnitt hat, welcher im Wesentlichen kreisförmig ist.
Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte TE₂₀-Modus-Abschnitt mindestens teilweise mit einem dielektrischen Material gefüllt ist, z. B. PTFE oder einem keramischen Material.
System bestehend aus mindestens zwei Mikrowellenapplikatoren nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatoren eine gemeinsame Lastachse haben, und dass benachbarte Applikatoren um ungefähr 90° um die Lastachse gedreht sind.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Applikatoren mit Energie versorgt ist, und dass benachbarte mit Energie versorgte oder nicht mit Energie versorgte Applikatoren als Drossel für benachbarte mit Energie versorgte Applikatoren dienen.
Verfahren zum Entwerten eines Applikators nach einem der Ansprüche 1– 14 oder eines Systems nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte enthält: – Verwenden einer im Wesentlichen vollständigen Modus-Wandler-Funktion zwischen Rechteck-TE₁₀- und -TE₂₀ des 90° H Knie-Typs – Kurzschließen des TE₂₀-Endes und Anordnen der Last mit ihrer Hauptachse senkrecht zu der Hauptausbreitungsrichtung des TE₂₀-Modus nahe einer Kurzschlusswand des genannten Abschnitts und nahe der Mittellinie der Ausbreitungsrichtung, – Einführen einer Abstimmeinrichtung zwischen einander gegenüberliegenden Hauptwänden des Wellenleiters nahe der Last, – Einrichten eines TM₁-Typ-Feldes in der Last mittels Durchführen von Experimenten oder Mikrowellen-Modellieren unter Verwendung von Durchmesser und Stellungen der Abstimmeinrichtung als Variable.
Verfahren nach Anspruch 17, wenn dieser von Anspruch 15 oder 16 abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin enthält: – Ändern der Länge des TE₂₀-Abschnittes durch Experiment oder Mikrowelle-Modellieren, bis die Kreuzkopplung zwischen den Applikatoren minimal wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin enthält: – Ändern der Dicke des TE₂₀-Abschnitts durch Experiment oder Mikrowellen-Modellieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin enthält: – Hinzufügen eines zweiten, um 90° versetzten, jedoch ansonsten identischen Appliaktors, so dass die Lastachse eine gemeinsame wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin enthält: – Anpassen des Applikators an eine Last mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt durch Verwenden von zwei oder vier Abstimmeinrichtungen, welche mindestens diametral paarweise die Last umgeben, und durch – Verändern der Stellungen dieser Abstimmeinrichtungen durch Experiment oder Mikrowellen-Modellieren, bis ein akzeptabel gleichmäßiges, integriertes Erhitzen erreicht worden ist.
Verwendung eines Applikators, eines Systems oder eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche zum Durchführen von organisch chemischen Synthesereaktionen.
Verwendung eines Applikators, eines Systems oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–21 für sehr schnelles Erhitzen von Holz, für Zellwandunterbrechung oder dergleichen.