EP2215890B1

EP2215890B1 - Abschirmvorrichtung für elektromagnetische strahlung

Info

Publication number: EP2215890B1
Application number: EP08803839.3A
Authority: EP
Inventors: Dipl.-Ing. Horst Kriszio
Original assignee: Aft Microwave GmbH
Current assignee: Aft Microwave GmbH
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: DE102007042342A1; EP2215890A1; WO2009030778A1

Description

I. Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung unerwünschter Abstrahlung bzw. zur elektromagnetischen Abschirmung bei der Beaufschlagung von Produkten mit hochfrequenter Strahlung, insbesondere Mikrowellen.

II. Technischer Hintergrund

Der Einsatz von hochfrequenter Strahlung, insbesondere von Mikrowellen zum Erhitzen, zur Trocknung, zum Aushärten und/oder zur sonstigen Bearbeitung von verschiedensten Produkten ist heutzutage weit verbreitet. In der Lebensmittelindustrie werden unter Einsatz von hochfrequenter Strahlung beispielsweise auf schonende Weise Fruchtstückchen getrocknet und für eine weitere Verwendung aufbereitet. Auch in anderen Industriebereichen, in denen ein volumenbezogen gleichmäßiges Einbringen von Energie in Produkte erwünscht ist, hat sich die Behandlung mit hochfrequenter Strahlung als erfolgreich erwiesen. Als Beispiel kann hier die Härtung von Faserstoffen, z.B. Mineralwolle, genannt werden, bei der ein in das Mineralwollfasermaterial eingebrachtes, flüssiges Bindmittel durch die mittels Mikrowellen bewirkte Erhitzung durch Polymerisation ausgehärtet wird.
Üblicherweise werden die zu behandelnden Produkte hierbei kontinuierlich oder in diskreten Portionen in einen Applikator eingebracht, in dem die Beaufschlagung mit hochfrequenter Strahlung erfolgt.
Diese Applikatoren müssen insbesondere bei einem kontinuierlichen Produkteintrag über beispielsweise Förderbänder o. ä. entsprechende Produkt-Durchtrittöffnungen aufweisen. Sowohl aus Gründen der Betriebssicherheit, als auch im Sinne einer möglichst effektiven Nutzung der in den Applikator eingebrachten Strahlungsleistung ist eine Abstrahlung der eingebrachten hochfrequenten Strahlung durch diese Öffnungen unerwünscht, so dass eine elektromagnetische Abschirmung dieser Öffnungen erforderlich ist.
Zur Vermeidung einer Abstrahlung hochfrequenter Strahlung aus entsprechenden Öffnungen von Applikatoren werden üblicherweise zwei Verfahren angewendet.
Zum einen können die Öffnungen als gerade oder mäanderförmige Schächte oder Rohre ausgestaltet sein, wobei die Wände derart beschaffen sind, dass sie die hochfrequente Strahlung absorbieren (Absorber-Choke). Ein Beispiel einer derartigen Lösung einer elektromagnetischen Abschirmung wird in der EP 0299365 A1 dargestellt. Da derartige Absorber-Chokes mit der Strahlung auch die entsprechende Energie aufnehmen und sich dabei erhitzen, ist es notwendig, diese Energie abzuführen, was üblicherweise mittels einer Wasserkühlung erfolgt.
Zum anderen können die metallischen Schachtwände der Öffnungen geometrisch so gestaltet werden, dass sie innerhalb des Betriebsfrequenzbereichs der hochfrequenten Strahlung als Sperrfilter wirken (verlustfreies Reaktanzfilter).
Ein derartiges Sperrfilter wird z.B. in dem Artikel "Doubly Corrugated Chokes for Microwave Heating Systems" von A. L. Van Koughnett und J. G. Dunn in "Journal of Microwave Power", 8(1), 1973, beschrieben.
Dieses auf der Geometrie einer zweidimensional periodischen Struktur aufbauende Filter ist gut geeignet, die Abstrahlung von hochfrequenter Strahlung aus einem schachtförmigen Applikator zu verhindern, sofern dessen Aperturweite in mindestens einer der beiden Ausdehnungsrichtungen (z. B. Höhe) kleiner ist als die halbe Wellenlänge einer ebenen Welle bei der höchsten Betriebsfrequenz. Bei der Bestimmung der Wellenlänge müssen hierbei die Eigenschaften des den Filterschacht ausfüllenden Dielektrikums berücksichtigt werden.
Der oben zitierte Artikel von A. L. Van Koughnett und J. G. Dunn, insbesondere die darin enthaltenen Skizzen, suggerieren, dass ein derartiges Filter auch zur elektromagnetischen Abschirmung gegenüber einem Austreten hochfrequenter Strahlung aus Applikatoren beliebiger Geometrie geeignet ist, sofern nur die lichte Aperturgröße des Filters selbst die vorgenannte Bedingung erfüllt.
Der Anmelder hat hingegen festgestellt, dass ein derartiges Filter nur den Austritt von Wellen in den Moden TE_m0 (m>0) verhindern kann. Andere in einem Applikator beliebiger Abmessungen ausbreitungsfähige Moden der hochfrequenten Strahlung können hingegen das entsprechende Sperrfilter unter Umständen ungedämpft passieren.
Selbst wenn ein derartiges Sperrfilter eine lichte Weite von z. B. 0,4 Wellenlängen bei der höchsten Betriebsfrequenz aufweist, d. h. die oben dargestellte Bedingung erfüllt, können sich in diesem Sperrfilter Moden TE_m1 (m≥0) ungedämpft ausbreiten und durch die Öffnung des Applikators nach außen austreten. In der US-A-4,488,027 wird ein Mikrowellenofen mit einem umlaufenden Förderband beschrieben. Der Ofen weist zwei Tunnel zum Unterdrücken von Leckstrahlung auf. Der erste Tunnel umfasst einen Sperrfilter, während der zweite Tunnel eine ferromagnetische Schicht aufweist. Der erste Tunnel stellt eine hohe Impedanz für Mikrowellenenergie in der Betriebs- oder Grundfrequenz dar, während der zweite Tunnel Störstrahlung außerhalb der Bandfrequenzen, die sich durch den ersten Tunnel ausbreitet und gewöhnlich an den Harmonischen konzentriert ist, dämpft.
Weiter sind Modenfilter und deren Wirkungsweise und Verwendung auch aus dem US-A-35 64 458 , der EP-A-03 09 850 und der GB 590 302 A bekannt.
Aus der CH 375 460 ist weiter eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung einer Öffnung eines mit hochfrequenter Strahlung beaufschlagten Applikators unter Verwendung eines im Frequenzbereich der hochfrequenten Strahlung wirkenden Sperrfilters bekannt, wobei die Vorrichtung weiterhin ein Modenfilter aufweist, das die von dem Sperrfilter nicht gedämpften Moden blockiert.
Aus der WO 2005/022956 A1 ist eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung einer Öffnung mit einem Chokesperrfilter bekannt, die von einem nichtausbreitungsfähigen Modus gespeist wird. Dabei geht es aber um die offene Abstrahlung von Mikrowellenenergie auf einen zu behandelnden Gegenstand.
Ähnliche Filtervorrichtungen gemäß dem Stand der Technik ergeben sich aus der Veröffentlichung "P SOTO "Analysis, desing and experimental verification of microwave filters for safety issues in open-ended waveguide systems"" in den IEEE transactions on microwave theory and techniques Volume 48, Nr. 11, Seite 2133 bis 2139 vom 11. November 2000 (XP000969922) und der US 2 684 469 A . Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Raumbedarf für elektromagnetische Abschirmung des Applikators deutlich zu vermindern.
Hierbei hat die vorliegende Erfindung zum ersten Mal erkannt, dass bei Verwendung eines Modenfilters, welches die Energie nicht durch Absorption in Wärme umsetzt, sondern lediglich speziell diejenigen Moden blockiert, die von dem Sperrfilter nicht gedämpft werden können, eine umgekehrte Anordnung von Modenfilter und Sperrfilter möglich ist, d.h., dass das Modenfilter näher an dem Behandlungsraum als das Sperrfilter bzw. zwischen Sperrfilter und Behandlungsraum angeordnet wird. Dies ist natürlich nur dann sinnvoll möglich, wenn das Modenfilter nicht mit Absorption, sondern mit Blockierung bestimmter Moden arbeitet. Es muss also ein Modenfilter ohne verlustbehaftetes Material an den Wänden, nämlich ein Modenfilter in Form eines verlustarmen metallischen Hohlleiters Verwendung finden. Dann hat man den Vorteil, dass dieses Modenfilter die Grundmoden im Betriebsfrequenzbereich der hochfrequenten Strahlung nicht dämpft, und dadurch der Bereich des Modenfilters zusätzlich noch als Raum zur Beaufschlagung des Materials mit hochfrequenter Strahlung genutzt werden kann dadurch kann überraschenderweise eine ganz erhebliche Platzeinsparung erzielt werden.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung einer Öffnung eines mit hochfrequenter Strahlung beaufschlagten Applikators vorgeschlagen, die ein im Betriebsfrequenzbereich der hochfrequenten Strahlung wirkendes Sperrfilter verwendet, wobei die Vorrichtung weiterhin ein Modenfilter aufweist, das die von dem Sperrfilter nicht gedämpften Moden blockiert.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass nicht nur die von dem Sperrfilter gedämpften Moden der hochfrequenten Strahlung an einem Austreten aus dem Applikator gehindert werden, sondern dass zusätzlich auch eine Abstrahlung in den sonstigen in dem Applikator gegebenenfalls ausbreitungsfähigen Moden effektiv verhindert wird.
Hierbei blockiert das erfindungsgemäß zusätzlich verwendete Modenfilter die Moden TE_mn (m≥0, n>0) und TM_mn (m>0, n>0), während das Sperrfilter entsprechend seiner gängigsten Anwendung die Moden TE_m0 (m>0) blockiert.
Das Modenfilter ist hierzu als Schacht vorbestimmter Länge mit metallisch leitenden Wänden ausgeführt. Dieser Schacht weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei wenigstens die schmale Seite der rechteckigen Apertur des Modenfilters kürzer ist als die Hälfte der der maximalen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge. Bei der Bestimmung dieser Wellenlänge einer ebenen Welle sind die dielektrischen Eigenschaften des im Betrieb den Applikator durchlaufenden und somit im Modenfilter befindlichen Materials entsprechend zu berücksichtigen. Folglich kann sich die diesbezügliche Abstimmung des Filters je nach dem in dem Applikator zu behandelnden Material ändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wände des das Modenfilter bildenden Schachts glatt. Jedoch können die Wände auch eine bestimmte Oberflächenstruktur aufweisen, falls dies zum Erreichen der gewünschten Blockierung und/oder Dämpfung von Moden notwendig sein sollte.
Erfindungsgemäß ist das Modenfilter zwischen dem Applikator und dem Sperrfilter angeordnet. Folglich liegen am Eintritt in das Sperrfilter nur noch die von diesem zu dämpfenden Moden vor, wobei diese Dämpfung auf die aus dem Stand der Technik und der entsprechenden Fachliteratur bekannte Weise erfolgt.
Das Sperrfilter kann hierbei als Schacht vorbestimmter Länge ausgeführt sein, dessen metallisch leitende Wände vorzugsweise zumindest teilweise eine zweidimensional periodische Struktur aufweisen, um die erwünschte Dämpfung zu erreichen.
Besonders bevorzugt hat das Sperrfilter in diesem Fall einen rechteckigen Querschnitt, wobei wenigstens eine der breiten Seitenwände des Sperrfilters, d.h. beispielsweise die Deckenfläche und/oder die Bodenfläche des Schachts, auf ihrer Innenseite zumindest teilweise eine zweidimensional periodische Struktur aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist hierbei die schmale Seite der rechteckigen Apertur des Sperrfilters kürzer als ein Viertel der der maximalen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge. Auch hier sind bei der Bestimmung dieser Wellenlänge einer ebenen Welle die dielektrischen Eigenschaften des im Betrieb den Applikator durchlaufenden und somit im Sperrfilter befindlichen Materials zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Sperrfilter ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei jedoch wenigstens die beiden sich gegenüber liegenden breiten Seitenwände des Sperrfilters, d.h. beispielsweise die Deckenfläche und die Bodenfläche des Schachts, auf ihrer Innenseite zumindest teilweise eine zweidimensional periodische Struktur aufweisen.
In diesem Fall ist dann vorzugsweise die schmale Seite der rechteckigen Apertur des Sperrfilters kürzer als die Hälfte der der maximalen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge einer ebenen Welle, wobei diese erneut unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des beim Betrieb den Applikator durchlaufenden Materials bestimmt wird.
In beiden vorstehend genannten Alternativen erstreckt sich die zweidimensionale periodische Struktur vorzugsweise über die gesamte Innenseite der Decken- und/oder Bodenfläche des das Sperrfilter bildenden Schachts.
Die zweidimensionale Struktur kann hierbei z.B. aus metallisch leitenden Stiften bestehen, die leitend mit der Innenseite verbunden sind und ein regelmäßiges Raster bilden. Auch wäre eine integral bei der Herstellung in die jeweiligen Seitenwände eingebrachte periodische Struktur denkbar.
Weiterhin werden bei einer Verwendung von metallisch leitenden Stiften in einer bevorzugten Ausführungsform zylindrische Stifte verwendet, die in vertikaler Ausrichtung an der jeweiligen Innenseite leitend befestigt, z.B. aufgeschraubt werden.
Vorzugsweise ist die Dämpfung a_s des Modenfilters derart angepasst, dass sie für den niedrigsten zu blockierenden Mode mit der Dämpfung des Sperrfilters im Wesentlichen übereinstimmt. Insbesondere wird die Dämpfung des Modenfilters a_s in diesem Fall derart angepasst, dass die Dämpfung des Modenfilters für den Mode TE₀₁ mit der Dämpfung des Sperrfilters für die Moden TE_m0 (m>0) im Wesentlichen übereinstimmt.
Die Dämpfung a_s der im Modenfilter der Länge λ gedämpften Moden TE_mn (m≥0, n>0) und TM_mn (m>0, n>0) kann in diesem Zusammenhang unter Zugrundelegung der Dämpfung des Modes TE₀₁, der von allen im Modenfilter zu dämpfenden Moden die niedrigste Grenzfrequenz besitzt, mit Hilfe folgender Gleichung abgeschätzt werden: $a_{s} = α_{s} l = 54, 575 dB \cdot \frac{l}{λ_{ε}} \sqrt{{({}^{λ_{ε}}{/_{2 h}})}^{2} - 1}$
In dieser Gleichung steht α _s für die Dämpfungskonstante des Modenfilters, und λ_ε für die der Betriebsfrequenz entsprechende Wellenlänge einer ebenen Welle unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des im Sperrfilter befindlichen Materials.
λ _ε lh bezeichnet das Verhältnis dieser Wellenlänge λ _ε zur schmalen Seite h der Apertur des Querschnitts des Modenfilters im Fall eines rechteckigen Schachtquerschnitts.
Die Länge des Modenfilters wird dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart dimensioniert, dass die nach der vorgenannten Gleichung bestimmte Dämpfung a_s ungefähr gleich der Dämpfung a_f des Sperrfilters für die Moden TE_m0 (m>0) ist.
Stellt man die vorstehend genannte Gleichung entsprechend um, so bedeutet dies, dass die Länge l des Modenfilters in Abhängigkeit der erwünschten Dämpfung a_s des Modenfilters, der schmalen Seite h der Apertur des Querschnitts des Modenfilters und der der Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge λ _ε derart gewählt wird, dass die Beziehung $l = \frac{a_{s} \cdot λ_{ε}}{54, 575 dB \cdot \sqrt{{({}^{λ_{ε}}{/_{2 h}})}^{2} - 1}}$
im Wesentlichen erfüllt ist.
Hierdurch wird erreicht, dass sämtliche im Applikator ausbreitungsfähige Moden mindestens um Min(a_s, a_f ) gedämpft werden.
Die vom Sperrfilter nicht gedämpften und folglich erfindungsgemäß vom Modenfilter blockierten Moden tragen üblicherweise nur einen Bruchteil der in den Applikator eingebrachten Leistung. Somit liegt innerhalb des Modenfilters trotz der Blockierung der jeweiligen Moden ein relativ hohes Leistungsniveau an hochfrequenter Strahlung vor, da sich beispielsweise mindestens einer der Moden TE_m0 (m>0) in dem Modenfilter unbeeinträchtigt ausbreiten können.
Somit ist es erfindungsgemäß möglich, dass das Modenfilter bei einer Verwendung des Applikators mit kontinuierlich eingebrachten Produkten einen Teil des zur Beaufschlagung der Produkte mit hochfrequenter Strahlung genutzten Wirkbereichs des Applikators bildet. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass bei einer erfindungsgemäßen Verwendung eines Modenfilters zur effektiven Abschirmung elektromagnetischer Strahlung die gesamte Baulänge des Applikators nur unerheblich länger wird.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung einer Öffnung eines mit hochfrequenter Strahlung beaufschlagten Applikators bezüglich ihrer von der Betriebswellenlänge unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des im Betrieb in der Vorrichtung angeordneten Materials abhängigen geometrischen Abmessungen derart angepasst, dass eine erfindungsgemäße Abschirmung bei einem Betrieb des Applikators mit einer hochfrequenten Strahlung in einem der Bereiche 2400 - 2500 MHz, 433,05 - 434,79 MHz, 890-906 MHz, 902 - 928 MHz oder 5725 - 5875 MHz gewährleistet ist.

c) Ausführungsbeispiele

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1:: einen vertikalen Schnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2:: eine teilweise weggebrochene horizontale Aufsicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1,.

Die Figuren 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur elektromagnetischen Abschirmung in Verbindung mit einem Applikator 10.
Der Applikator 10 weist zur Aufnahme des in seinem Inneren mit hochfrequenter Strahlung zu beaufschlagenden Produkts 4 eine Eintrittsöffnung 11 auf.
Bei dem in dem Applikator 10 zu behandelnden Produkt 4 handelt es sich in der dargestellten Ausführungsform um eine Lage aus einem leichten, verlustbehafteten Dielektrikum (z.B. Mineralwolle). Dieses Produkt 4 soll durch die mittels hochfrequenter Strahlung volumenmäßig eingebrachte Leistung erwärmt werden.
Das Produkt 4 wird hierbei mittels einer nicht dargestellten Transporteinrichtung in der mit dem Pfeil T bezeichneten Richtung in den Applikator 10 eingebracht, durch diesen entlang einer Transportstrecke transportiert und schließlich am anderen Ende des Applikators 10 über eine entsprechende Austrittsöffnung ausgetragen. Diese Austrittsöffnung ist vorliegend ebenfalls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen.
Der Applikator 10 kann hierbei beliebige Abmessungen haben und wird durch eine metallisch leitende Hülle begrenzt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 setzt sich in der dargestellten Ausführungsform aus dem direkt an die Eintrittsöffnung 11 des Applikators 10 anschließenden Modenfilter 2 und dem Sperrfilter 3, das sich direkt an das Modenfilter 2 anschließt, zusammen, d.h. das Modenfilter 2 ist zwischen dem Applikator 10 und dem Sperrfilter 3 angeordnet.
Die Eintrittsöffnung 11 weist in dem dargestellten Beispiel eine rechteckige Querschnittsfläche mit einer Höhe H1 von ca. 55 mm und einer Breite B1 von ca. 550 mm auf.
Das Modenfilter 2 besteht vorliegend aus einem Schacht aus metallisch leitenden Material, dessen Querschnittsfläche im wesentlichen mit der der Eintrittsöffnung 11 übereinstimmt, also ebenfalls eine Rechteckform mit der Breite B2 und der Höhe H2 aufweist, wobei B2 ≈ B1 und H2 ≈ H1 sind. Die Länge L2 des Modenfilters 2 beträgt in der dargestellten Ausführungsform ca. 660 mm.
Das Sperrfilter 3 besteht ebenfalls aus einem metallisch leitenden Material und weist auch einen rechteckigen Querschnitt auf. Während die Breite B3 des Sperrfilters 3 im Wesentlichen mit der Breite B1 der Eintrittsöffnung 11 und somit der Breite B2 des Modenfilters 2 übereinstimmt, weist das Sperrfilter 3 eine Höhe H3 von ungefähr 106 mm auf. Die Länge L3 des Sperrfilters 3 beträgt in dem dargestellten Beispiel ca. 460 mm.
An seinen Enden in Längsrichtung besitzt das Sperrfilter 3 zum Durchtritt des Materials 4 jeweils eine Öffnung 30, deren Abmessung im Wesentlichen der Breite B1 und der Höhe H1 der Eintrittsöffnung 11 des Applikators 10 bzw. der Breite B2 und der Höhe H2 des Modenfilters 2 entspricht.
Auf den Innenseiten der jeweils metallisch leitenden Deckenfläche 3a und Bodenfläche 3b des Sperrfilters 3 sind jeweils metallisch leitende Stifte 5 aufgeschraubt. In der horizontalen Ebene bilden die Stifte 5 vorliegend jeweils eine sich über die gesamte Fläche der Deckenfläche 3a bzw. der Bodenfläche 3b erstreckende zweidimensionale periodische Struktur 6 in Form eines quadratischen Rasters mit einer Maschenweite M von 25,5 mm.
In dem dargestellten Beispiel weisen die Stifte 5 eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von ca. 15 mm sowie einer Länge von ca. 25,5 mm auf und sind in vertikaler Ausrichtung an den jeweiligen Innenseiten der Deckenfläche 3a bzw. der Bodenfläche 3b angeschraubt, d.h. sie liegen mit ihrer kreisförmigen Grundfläche an den Innenflächen an.
Zwischen den beiden aus den Zylinderstiften 5 gebildeten periodischen Strukturen 6 verbleibt somit ein lichter Abstand von ca. 55 mm entsprechend der Höhe H31 der Öffnung 30 des Sperrfilters 3, so dass das Produkt 4 zwischen den Zylinderstiften 5 geführt werden kann.
Bei einer relativen Permittivität der sich vom Applikator 10 durch das Modenfilter 2 und das Sperrfilter 3 bis in die Umgebung erstreckenden Produktschicht 4 von ε _r = 1,1 und einer Betriebsfrequenz der benutzten hochfrequenten Strahlung von 2450 MHz, entsprechend einer Freiraumwellenlänge von ca. 122 mm, ist das Sperrfilter 3 aufgrund seiner zweidimensionalen periodischen Struktur dazu geeignet, die Wellenmoden TE_m0 in der Umgebung der Betriebsfrequenz 2450 MHz zu blockieren.
Das Modenfilter 2 blockiert hierbei den Austritt jener im Applikator 10 ggf. ausbreitungsfähigen Wellenmoden TE_mn (n>0) und TM_mn aus dem Applikator 10, die vom Sperrfilter 3 nicht blockiert werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 lässt sich mit entsprechend angepasster Geometrie selbstverständlich auch bei anderen Frequenzen betreiben, z.B. in einem der ISM-Bänder bei 434 MHz, 896 bzw. 915 MHz oder 5800 MHz. Maßgeblich für die Skalierung der Abmessungen ist das Verhältnis der den Frequenzen entsprechenden Wellenlängen zueinander.
Im vorliegenden Beispiel kann durch die erfindungsgemäße Kombination des Sperrfilters 3 mit dem Modenfilter 2 eine Dämpfung der aus dem Applikator 10 austretenden Leckstrahlung um mehr als 100 dB erreicht werden.

Die im Sperrfilter 3 blockierten Wellenmoden TE_m0 werden in der vorliegenden Ausführungsform in dem dem Sperrfilter 3 vorgeschalteten Modenfilter 2 im Wesentlichen nicht gedämpft. Folglich kann die Länge L3 des Modenfilters 3 bei einer Bestimmung der Auslegung der gesamten wirksamen Länge des Applikators 10 im Hinblick auf die erwünschte Leistungseinbringung in das Produkt 4 nahezu vollständig miteinbezogen werden, d.h. die in diesem Sinne benötigte Baulänge des Applikators 10 kann um die Länge L3 des Modenfilters 3 verringert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1	Vorrichtung	B1	Breite von 11
2	Modenfilter	H1	Höhe von 11
3	Sperrfilter	B2	Breite von 2
3a	Deckenfläche von 3	H2	Höhe von 2
3b	Bodenfläche von 3	L2	Länge von 2
30	Öffnungen in 3	B3	Breite von 3
4	Produkt	H3	Gesamthöhe von 3
5	Stifte	H31	Lichte Höhe von 3
6	Periodische Struktur	L3	Länge von 3
10	Applikator	M	Maschenweite Raster
11	Eintrittsöffnung	T	Transportrichtung

Claims

Applikatorvorrichtung,
mit einem Applikator (10) zur Beaufschlagung von in den Applikator (10) kontinuierlich eingebrachtem Material (4) mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung,
die eine Vorrichtung (1) zur elektromagnetischen Abschirmung aufweist;
wobei der Applikator (10) mindestens eine Öffnung (11) aufweist, die mit der Vorrichtung (1) verbunden ist,
wobei die Vorrichtung (1) ein im Betriebsfrequenzbereich der hochfrequenten Strahlung wirkendes Sperrfilter (3) umfasst,
das für die Blockierung der Moden TEm0 (m>0) angepasst ist,
gekennzeichnet dadurch,
dass die Vorrichtung (1) weiterhin ein Modenfilter (2) aufweist,
das zwischen der mindestens einen Öffnung (11) des Applikators (10) und dem Sperrfilter (3) angeordnet ist,
wobei das Modenfilter (2) für die Blockierung von ausschließlich den von dem Sperrfilter (3) nicht gedämpften Moden TEmn (m>=0, n>0) und TMmn (m>0, n>0) angepasst ist,
wobei das Modenfilter (2) als Schacht vorbestimmter Länge (L2) mit metallisch leitenden Wänden ausgeführt ist,
und das Modenfilter (2) angepasst ist, eine Erweiterung des zur Beaufschlagung des Materials (4) mit hochfrequenter Strahlung genutzten Wirkbereichs des Applikators (10) zu bilden.
Applikatorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modenfilter (2) rechteckigen Querschnitt besitzt.
Applikatorvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die schmale Seite (H2) der rechteckigen Apertur des Querschnitts des Modenfilters (2) kürzer ist als die Hälfte der der maximalen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge einer ebenen Welle unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des im Modenfifter (2) befindlichen Materials (4).
Applikatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrfilter (3) als Schacht vorbestimmter Länge (L3) ausgeführt ist, dessen Wände zumindest teilweise eine zweidimensional periodische Struktur (6) aufweisen.
Applikatorvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrfilter (3) rechteckigen Querschnitt hat, wobei wenigstens eine der breiten Seitenwände des Sperrfilters (3) zumindest teilweise eine zweidimensional periodische Struktur (6) aufweist.
Applikatorvorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die schmale Seite (H31) der rechteckigen Apertur des Querschnitts des Sperrfilters (3) kürzer ist als
ein Viertel der der maximalen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge einer ebenen Welle unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des im Sperrfilter (3) befindlichen Materials (4).
Applikatorvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrfilter (3) rechteckigen Querschnitt hat, wobei wenigstens die sich gegenüber liegenden breiten Seitenwände des Sperrfilters (3) zumindest teilweise eine zweidimensional periodische Struktur (6) aufweisen.
Applikatorvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die schmale Seite (H31) der rechteckigen Apertur des Querschnitts des Sperrfilters (3) kürzer ist als die Hälfte der der maximalen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge einer ebenen Welle unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des im Sperrfilter (3) befindlichen Materials (4).
Applikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die periodische Struktur (6) durch in einem regelmäßigen Raster angeordnete metallisch leitende Stifte (5) gebildet wird.
Applikatorvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dämpfung des Modenfilters (2) derart angepasst ist, dass sie für den niedrigsten zu blockierenden Mode mit der Dämpfung des Sperrfilters (3) im Wesentlichen übereinstimmt.
Applikatorvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
Modenfilter (2) und Sperrfilter (3) rechteckigen Querschnitt besitzen und die Dämpfung des Modenfilters (2) derart angepasst ist, dass die Dämpfung des Modenfilters (2) für den Mode TE₀₁ mit der Dämpfung des Sperrfilters (3) für die Moden TE_m0 (m>0) im Wesentlichen übereinstimmt.
Applikatorvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge (L2) des Modenfilters (2) in Abhängigkeit der erwünschten Dämpfung a des Modenfilters (2), der schmalen Seite (H2) der Apertur des Querschnitts des Modenfilters (2) und der der Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge λ_s derart gewählt ist, dass die Beziehung $L 2 = \frac{a \cdot λ_{ε}}{54, 575 dB \cdot \sqrt{{({}^{λ_{ε}}{/_{2 \cdot H 2}})}^{2} - 1}}$
im Wesentlichen erfüllt ist.
Applikatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie bezüglich ihrer von der Betriebswellenlänge unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des in der Vorrichtung angeordneten Materials (4) abhängigen geometrischen Abmessungen (H2, B2, L2, H3, B3, L3, H31) auf eine hochfrequente Strahlung in einem der Bereiche 2400 - 2500 MHz, 433,05 - 434,79 MHz, 890-906 MHz, 902 - 928 MHz oder 5725 - 5875 MHz angepasst ist.