ES2968735T3 - Oscilador de microondas y oscilador de microondas de tipo matriz basado en el mismo - Google Patents

Abstract

La invención se refiere al campo de los equipos emisores de microondas, en particular a los osciladores de microondas. Las variantes propuestas de un oscilador y un oscilador de microondas de tipo matriz permiten dirigir eficientemente la radiación de microondas desde una o más fuentes de microondas y sumar las radiaciones de microondas, asegurando así altos valores de eficiencia y potencia de salida, capacidades funcionales superiores del dispositivo, una alta grado de sincronización de las radiaciones emitidas por dichas fuentes de microondas. El oscilador de microondas comprende una fuente de microondas y un resonador con un canal de microondas formado en el mismo. El resonador comprende una caja y una base conectadas eléctricamente entre sí, mientras que el canal de microondas aloja un medio de supresión para suprimir una onda inversa. El oscilador de tipo matricial comprende una pluralidad de dichos osciladores de microondas conectados eléctricamente entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Oscilador de microondas y oscilador de microondas de tipo matriz basado en el mismo

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de equipos de frecuencia de microondas, en particular a osciladores de radiación de microondas, u osciladores de microondas.

Técnica anterior

Un alto coste de fuentes de radiación de microondas potentes dificulta significativamente el desarrollo de tecnologías de microondas potenciales y su implementación a escala industrial. Al mismo tiempo, la producción de fuentes de radiación de microondas de potencia media, o fuentes de microondas, se desarrolla globalmente, tales como magnetrones para hornos microondas de consumidor, en donde el coste de la unidad de potencia es significativamente menor que el de las fuentes de microondas de alta potencia. Por lo tanto, la suma eficiente de radiación de microondas emitida por una pluralidad de fuentes de microondas de potencia media es una tarea real desde el punto de reducir el coste de dispositivos para la generación de radiación de microondas potente acumulativa, reducir su peso y dimensiones, encontrar soluciones para la retirada de calor. Sin embargo, la suma de radiación emitida por una pluralidad de fuentes de microondas con el fin de aumentar la potencia total de radiación de microondas puede enfrentarse a graves problemas debido a la complejidad de cumplir con los requisitos de sincronización mutua de fuentes de microondas sin una reducción significativa de la eficiencia total de un dispositivo de este tipo cuando tales fuentes se hacen funcionar conjuntamente.

El análogo más cercano de esta invención es un oscilador de microondas que es un dispositivo para sumar potencia de varias fuentes de microondas, concretamente, magnetrones, que se da a conocer en el documento RU2394357 (publicado el 7 de octubre de 2010, IPC H03B9/10). El dispositivo conocido comprende el resonador en forma de una pieza de guía de ondas rectangular con cortocircuito en sus bordes y que tiene los magnetrones instalados en el mismo. Los magnetrones están ubicados cerca uno del otro en la pared ancha del resonador, de modo que las salidas de energía de los magnetrones entran en el resonador a través de la parte media de la pared ancha. Los elementos de inserción selectivos de cortocircuito se instalan simétricamente entre las salidas de energía de los magnetrones dentro del resonador. Las ranuras de radiación para la salida de energía a un espacio circundante están ubicadas en la otra pared ancha del resonador, opuesta a cada magnetrón. El tamaño de la pared ancha de resonador es igual a la mitad de longitud de onda correspondiente a la frecuencia de funcionamiento de los magnetrones. Este dispositivo conocido en la técnica permite la suma de potencia de una pluralidad de magnetrones que tienen una potencia predeterminada, cada uno con el fin de producir una mayor potencia total de radiación de microondas en el modo de sincronización mutua y radiación coherente.

En esencia, el dispositivo descrito en el documento RU2394357 es un oscilador de microondas de tipo matriz, es decir, un dispositivo que combina varias fuentes de microondas (magnetrones).

La suma de radiaciones de microondas emitidas por varias fuentes de microondas ocurre cuando dichas radiaciones de microondas se sincronizan, para lo cual tales fuentes de microondas deben disponerse en un espacio de tal manera que oscilaciones de ondas de microondas generadas se suman en fase con debida consideración a la excitación de fase contraria de las fuentes de microondas vecinas.

Generalmente, la condición para sincronizar radiaciones emitidas por varias fuentes de microondas es la siguiente:

donde 9 es la diferencia de fase instantánea entre oscilaciones de una fuente de microondas y una señal de sincronización; n es el número de las fuentes de microondas. Sin embargo, dicha condición no tiene en cuenta un método de acoplamiento entre las fuentes de microondas.

Normalmente, para sincronizar el funcionamiento de varias fuentes de microondas, se usa un resonador de estabilización que es una guía de ondas rectangular alargada con cortocircuito en ambos extremos de la misma, como se describe en el documento RU2394357 mencionado anteriormente. En el resonador de estabilización de este tipo, una de las ondas H (101-104) formada en una resonancia puede considerarse como el tipo principal de oscilaciones. Para seleccionar oscilaciones de este tipo, los elementos de inserción selectivos de cortocircuito en forma de polos se instalan en un intervalo igual en el resonador entre las paredes anchas del mismo.

En el análogo más cercano, incluso cuando solo se disponen cuatro magnetrones en una fila y sus frecuencias de radiación de microondas están cerca entre sí, es bastante difícil lograr un alto grado de sincronización de radiaciones de microondas emitidas por los magnetrones y, por consiguiente, un valor alto de la eficiencia del dispositivo, que se sigue claramente a partir de la tabla 1 del documento RU2394357. Sin embargo, una mayor deficiencia de este análogo es la imposibilidad de lograr de manera práctica valores aceptables de la eficiencia del dispositivo cuando varios osciladores lineales de radiación de microondas de este tipo se disponen en paralelo entre sí, es decir, uno al lado del otro (pero no uno después de otro), formando de ese modo una matriz bidimensional de magnetrones. Este hecho pone una restricción en un número de fuentes de microondas que pueden disponerse en un área pequeña y, por consiguiente, limita la potencia total de radiación de microondas emitida por este dispositivo conocido para sumar radiaciones de microondas.

Otros osciladores conocidos se dan a conocer en los documentos RU2392733 C1, US2003/106891 A1, US2008/099447 A1 o US2006/249705 A1.

Sumario de la invención

El objetivo de esta invención es proporcionar un oscilador de microondas capaz de combinar una pluralidad de fuentes de microondas no solo en una fila, sino también en una matriz bidimensional, al tiempo que se garantiza un alto valor de eficiencia y una alta potencia de radiación de microondas.

Los efectos técnicos de la invención son capacidades funcionales expandidas de un oscilador de microondas, un alto grado de sincronización de radiación emitida por varios osciladores de microondas, mayor eficiencia y mayor capacidad del dispositivo.

Según el primer aspecto de la invención, un oscilador de microondas comprende una fuente de microondas y un resonador según la reivindicación 1.

Se forma un canal de microondas en el resonador con el fin de dirigir la radiación desde la fuente de microondas. El resonador comprende una caja en la que se instala la fuente de microondas y en la que se forma un primer canal, y una base con un segundo canal formado en la misma. La caja y la base están conectadas eléctricamente entre sí. El segundo canal es una extensión del primer canal, y, por lo tanto, dichos canales primero y segundo forman el canal de microondas. El canal de microondas puede alojar unos medios de supresión para suprimir una onda de retorno. El canal de microondas puede hacerse sustancialmente recto, es decir, sin curvas suficientes típicas para los dispositivos conocidos en la técnica.

En el oscilador de microondas, el resonador consiste en dos elementos, concretamente, la caja y la base, y el canal de microondas que pasa a través de las mismas. La radiación de microondas emitida por la fuente de microondas pasa a lo largo del canal de microondas a través del primer canal formado en la caja y sirve para el guiado previo de esa radiación de microondas. Entonces, la radiación de microondas finalmente se forma cuando esa radiación de microondas pasa a través del segundo canal.

Dado que la caja y la base están conectadas eléctricamente entre sí, las corrientes que surgen cuando la radiación de microondas pasa a través del canal de microondas influyen en la radiación de microondas durante su paso a través del primer canal y el segundo canal.

Además, los medios de supresión también pueden influir en la radiación de microondas. Por un lado, dichos medios de supresión permiten que la radiación de microondas salga del oscilador de microondas sin pérdidas significativas, siempre que una forma, un tamaño y una posición de los medios de supresión se seleccionen correctamente. Por otro lado, los medios de supresión no permiten que la radiación de microondas, cuando se refleja desde objetos externos (por ejemplo, objetos que se calientan por la radiación emitida por el oscilador de microondas), regrese al canal de microondas, provocando una reducción significativa de la capacidad de salida total del oscilador de microondas, calentamiento del oscilador de microondas y otros efectos indeseables bien conocidos por los expertos en la técnica.

Como resultado, la radiación de alta potencia se forma en un elemento de salida del segundo canal, es decir, el elemento de salida del canal de microondas, y el oscilador de microondas se caracteriza por una alta eficiencia y una distribución espacial estrecha de radiación de microondas en un espacio bidimensional y tridimensional.

Se puede usar un ensanchamiento (guía de ondas) en el oscilador de microondas, que puede disponerse en un lado de la base que es opuesto a otro lado de la misma en contacto con la caja. El ensanchamiento permite concentrar la radiación de microondas saliente con pérdidas mínimas, mientras se mantiene la eficiencia y la potencia de salida de radiación de microondas.

Con el fin de garantizar una mejor retirada de calor, la fuente de microondas puede instalarse a una distancia de la caja. En tal caso, la fuente de microondas se instala preferiblemente en la caja a través de una guía de ondas para minimizar las pérdidas de radiación y garantizar una distribución uniforme de un campo.

Con el fin de transferir eficientemente la radiación de microondas emitida por la fuente de microondas y, por consiguiente, aumentar la eficiencia del oscilador de microondas, los canales de microondas pueden tener una sección transversal variable.

La superficie del canal de microondas puede recubrirse con una capa de un material eléctricamente conductor. Puede lograrse mediante diversos métodos, tal como fabricando la caja y la base de un material eléctricamente conductor; o aplicando recubrimientos eléctricamente conductores (similares o diferentes por sus características, tales como el grosor, conductividad, comportamiento termomecánico, etc.) sobre superficies del primer canal y el segundo canal en forma de una película, hoja y similares; o instalando blindajes eléctricamente conductores en dichas superficies de los canales; o por cualquier otro método conocido por los expertos en la técnica.

La caja y la base se pueden fabricarse o bien como piezas individuales o bien como una sola pieza. La fabricación de la caja y la base como piezas individuales, es decir, fabricar un resonador compuesto, permite seleccionar una forma de este tipo de la caja y la base que garantiza la eficiencia requerida del dispositivo y una buena retirada de calor. Si la caja y la base están fabricadas como una sola pieza, es decir, el resonador se hace integral, esto aumentará la eficiencia y la potencia de salida del oscilador de microondas.

El oscilador de microondas también puede comprender al menos un canal de enfriamiento destinado a enfriar el dispositivo. Esto permite mantener la estabilidad de funcionamiento del oscilador de microondas.

Según el segundo aspecto de la invención, se propone un oscilador de microondas de tipo matriz que comprende al menos dos osciladores de microondas descritos anteriormente, cuyos resonadores están conectados eléctricamente entre sí.

Como ya se ha dicho, el problema relacionado con la sincronización eficiente de radiaciones emitidas por una pluralidad de fuentes de microondas incluidas en el dispositivo de microondas es una razón directa de la eficiencia relativamente baja de dispositivos convencionales conocidos en la técnica. Además, tales dispositivos convencionales requieren el uso de fuentes de microondas que tienen una potencia de radiación y frecuencias de radiación similares o bastante cercanas.

Debido al hecho de que en la presente invención los resonadores de los osciladores de microondas están conectados eléctricamente entre sí, corrientes que surgen cuando la radiación de microondas pasa a través de todos los canales de microondas del oscilador de tipo matriz interactúan y, por consiguiente, influyen en la radiación de microondas en los canales de microondas. Esto garantiza un alto grado de sincronización de radiación de microondas emitida por todas las fuentes de microondas incluidas en el oscilador de tipo matriz de este tipo y, por consiguiente, alta eficiencia del mismo.

Incluso se puede lograr un mayor grado de sincronización de radiación emitida por varias fuentes de microondas si el oscilador de tipo matriz comprende además canales de sincronización formados entre los osciladores de microondas y que conectan los canales de microondas vecinos. Alternativamente, el oscilador de tipo matriz puede comprender elementos de inserción de sincronización ubicados en las bases y/o las cajas entre los canales de microondas vecinos; dichos elementos de inserción pueden ser similares a los utilizados en el dispositivo del documento RU2394357.

Es preferible que el oscilador de tipo matriz comprenda un ensanchamiento común (guía de ondas) instalado en las bases, lo que permite concentrar la radiación de microondas saliente de manera más eficiente y sin perder potencia de radiación.

Son posibles diversas implementaciones de las cajas y las bases de los osciladores de microondas incluidos en el oscilador de tipo matriz. Por lo tanto, en el oscilador de tipo matriz, al menos algunas bases de los osciladores de microondas, o al menos algunas cajas de los osciladores de microondas, o al menos algunos resonadores de los osciladores de microondas pueden fabricarse como una sola pieza.

El grado de sincronización mencionado anteriormente influye directamente en la eficiencia del oscilador de tipo matriz y puede determinarse comparando una cantidad de energía eléctrica suministrada al oscilador de tipo matriz (es decir, a todas las fuentes de microondas incluidas en el oscilador de tipo matriz) con una cantidad de trabajo eficaz producido por el oscilador de tipo matriz. Con el fin de determinar la cantidad de trabajo eficaz de este tipo producido, se puede medir, por ejemplo, en qué medida se elevará la temperatura de una sustancia calentada por el oscilador de tipo matriz. Cuanto más se eleve la temperatura, mayor será el grado de sincronización y, por consiguiente, mayor será la eficiencia del oscilador de tipo matriz.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, los osciladores de microondas reivindicados se comentarán con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos que muestran algunas posibles realizaciones de la invención, en los que:

• la figura 1 a muestra una vista general de una realización del oscilador de microondas;

• la figura 1 b muestra una vista general de otra realización del oscilador de microondas con una guía de ondas;

• la figura 2a muestra una vista en sección transversal de un ejemplo comparativo del oscilador de microondas con un primer canal de una sección transversal variable y un segundo canal de una sección transversal constante;

• la figura 2 b muestra una vista en sección transversal de un ejemplo comparativo del oscilador de microondas con un segundo canal de una sección transversal variable;

• la figura 2c muestra una vista en sección transversal de una realización de la invención del oscilador de microondas con unos medios de supresión para suprimir una onda de retorno;

• la figura 2d muestra una vista en sección transversal de otro ejemplo comparativo más del oscilador de microondas con canales de enfriamiento;

• la figura 2e muestra una vista en sección transversal ampliada de una porción de un ejemplo comparativo del oscilador de microondas que tiene una capa eléctricamente conductora en superficies de un primer canal y un segundo canal;

• la figura 3a muestra una realización del oscilador de microondas con una caja que tiene una forma cilíndrica;

• la figura 3b muestra una realización del oscilador de microondas con una caja que tiene una forma esférica;

• la figura 4a muestra una vista general de una realización del oscilador de microondas de tipo matriz, en la que los osciladores de microondas están dispuestos a lo largo de una línea recta;

• la figura 4b muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz, en la que los osciladores de microondas están dispuestos a lo largo de una línea curva;

• la figura 4c muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz con un ensanchamiento común, en la que los osciladores de microondas están dispuestos a lo largo de una línea recta; • la figura 4d muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz con un ensanchamiento común, en la que los osciladores de microondas están dispuestos a lo largo de una línea curva; • la figura 5a muestra esquemáticamente la distribución de un campo de radiación de microondas emitida por cuatro osciladores de microondas independientes;

• la figura 5b muestra esquemáticamente la distribución de un campo de radiación de microondas emitida por el oscilador de microondas de tipo matriz según la invención que comprende cuatro osciladores de microondas de la invención;

• la figura 6a muestra la dependencia de la eficiencia de un dispositivo que comprende varios osciladores de microondas independientes (similar al mostrado en la figura 5a) en un número de fuentes de microondas;

• la figura 6b muestra la dependencia de la eficiencia del oscilador de microondas de tipo matriz según la invención (similar al mostrado en la figura 5b) en un número de fuentes de microondas;

• la figura 7a muestra una vista en sección transversal de una realización del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 7b muestra una vista ampliada de la figura 7a, que muestra canales de sincronización;

• la figura 8a muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8b muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8c muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8d muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8e muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8f muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8g muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8h muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz;

• la figura 8i muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz; • la figura 9 muestra una vista general de otra realización más del oscilador de microondas de tipo matriz con fuentes de microondas que tienen diferente potencia y diferentes frecuencias de radiación de microondas.

Mejores modos de llevar a cabo la invención

En un caso general, un oscilador de microondas 1 comprende una fuente de microondas 2 instalada en una caja 3, y una base 4 adyacente a la caja 3. La fuente 2 puede instalarse o bien directamente en la caja 3 (figura 1a) o bien a través de una guía de ondas 5 que conecta la fuente 2 y la caja 3 (figura 1 b).

La caja 3 y la base 4 forman un resonador del oscilador 1. El resonador puede estar fabricado como una sola pieza o como la caja 3 y la base 4 que están separadas y conectadas eléctricamente entre sí.

Las figuras 2a-2e muestran vistas en sección transversal que dan a conocer la disposición interior del oscilador 1.

En la caja 3, se forma un primer canal 6 a través del cual la radiación de microondas emitida por la fuente 2 pasa a la base 4. La caja 3 puede ser hueca, y luego el primer canal 6 puede ser una cavidad interior de la caja 3 (figuras 2a-2c). Alternativamente, la caja 3 puede ser masiva, es decir, sólida (figura 2d), y entonces el primer canal 6 será un canal pasante que pasa a través de la caja 3. El primer canal 6 puede tener una sección transversal constante, como se muestra en las figuras 2 b, 2c, 2d, o una sección transversal variable, por ejemplo, en forma de un canal pasante cónico de que se estrecha o se expande, como se muestra en la figura 2a. También son posibles otras formas del primer canal 6.

En la base 4, se forma un segundo canal 7 a través del cual la radiación de microondas procedente del primer canal 6 pasa a través de la base 4. De esta manera, el primer canal 6 y el segundo canal 7 forman juntos un canal de microondas 8 que se extiende a través del resonador. La radiación de microondas emitida por la fuente 2 pasa a través de y sale del oscilador 1 a través de un elemento de salida del canal de microondas 8.

Preferiblemente, la base 4 se hace masiva, es decir, sólida (figuras 2b, 2c, 2d), aunque puede hacerse hueca (figura 2a). De manera similar al primer canal 6, el segundo canal 7 puede ser una cavidad interior de la base 4 (figura 2a) o un canal pasante que atraviesa la base 4 (figuras 2b, 2c, 2d). El segundo canal 7 puede tener una sección transversal constante como se muestra en las figuras 2a, 2c, 2d, o una sección transversal variable como se muestra, por ejemplo, en la figura 2b. Se permiten diversas formas de secciones transversales del primer canal 6 y el segundo canal 7, que se seleccionan dependiendo de la fuente 2 usada, condiciones de aplicación específicas del oscilador 1 , eficiencia requerida, etc. Es preferible, sin embargo, que el segundo canal 7 se fabrique expandiéndose desde el primer canal 6 hasta el elemento de salida del canal de microondas 8.

El oscilador 1 comprende además unos medios de supresión 9 para suprimir una onda de retorno, que está, al menos parcialmente, ubicada en el canal de microondas 8, por ejemplo, en el segundo canal 7, como se muestra en la figura 2c. Los medios de supresión 9 están destinados a suprimir un microondas reflejado por un objeto externo (una superficie del mismo) cuando es irradiado por radiación emitida por el oscilador 1.

La entrada de microondas reflejadas de vuelta al oscilador 1 provoca una serie de efectos indeseables. En primer lugar, las microondas reflejadas provocan un calentamiento adicional de la base 4 y la caja 5, y luego es necesario tomar medidas para enfriar el oscilador 1. En segundo lugar, provocan una reducción en la potencia de salida total del oscilador 1. En tercer lugar, la penetración de las microondas reflejadas de vuelta a través del canal de microondas 8 a lo largo del primer canal 6 hasta la fuente 2 conduce a una carga aumentada en la fuente 2 y a un fallo de la misma.

Como descubrieron los inventores, los efectos indeseables enumerados anteriormente pueden reducirse usando los medios de supresión 9 que deben disponerse, al menos parcialmente, en el canal de microondas 8. Además de otras ventajas, esto permite, en el modo preferido de la invención, hacer que el canal de microondas 8 sea sustancialmente recto y relativamente corto, mientras que los dispositivos conocidos en la técnica requieren canales largos y curvados (es decir, hechos de varias porciones colocadas perpendicularmente entre sí) para rechazar una onda de retorno que, sin embargo, reduce significativamente la eficiencia y la potencia de salida total de tales dispositivos conocidos.

Preferiblemente, los medios de supresión 9 están dispuestos, al menos parcialmente, en el segundo canal 7, como se muestra en la figura 2c. En tal caso, las microondas reflejadas se suprimen en el elemento de salida del oscilador 1 y, prácticamente, no entran en el segundo canal 7. Una forma (por ejemplo, alargada, cilíndrica, cónica, esférica), un método de unión (por ejemplo, por medio de uno o más puentes, abrazaderas, suspensiones, hacer integral con el canal de microondas 8), parámetros físicos (por ejemplo, un material usado, su conductancia) para los medios de supresión 9 deben seleccionarse de tal manera que se garantiza una posible influencia en la radiación de microondas que pasa a lo largo del canal de microondas 8 y que sale del oscilador 1 y se evita, hasta el máximo grado posible, que las microondas reflejadas penetren en el segundo canal 7. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán que es posible disponer los medios de supresión 9 en el primer canal 6, o parcialmente en el primer canal 6 y parcialmente en el segundo canal 7, o parcialmente fuera del segundo canal 7.

Como han mostrado los experimentos, hay una relación óptima de secciones transversales del canal de microondas 8 y los medios de supresión 9. Por lo tanto, los mejores resultados se han logrado cuando el área mínima de la sección transversal del canal de microondas 8 en la porción del mismo donde sale la radiación de microondas, es decir, en el área del elemento de salida del canal de microondas 8, es aproximadamente 8-12 veces mayor que el área máxima de la sección transversal de los medios de supresión 9. Valores inferiores de dicha relación, es decir, cuando los medios de supresión 9 ocupan un área mayor de la sección transversal del canal de microondas 8, provocan una reducción en la eficiencia del oscilador 1. Valores mayores de dicha relación, es decir, cuando los medios de supresión 9 ocupan un área menor de la sección transversal del canal de microondas 8, provocan una penetración aumentada de las microondas de retorno al interior del canal de microondas 8, seguido de calentamiento aumentado y eficiencia reducida del oscilador 1.

Pueden hacerse canales de enfriamiento 10 en el resonador. Los canales de enfriamiento 10 permiten monitorizar la temperatura de calentamiento del oscilador 1 , para no aumentar la misma a un valor crítico en el que el funcionamiento de la fuente 2 puede interrumpirse o puede ser indeseable. Los expertos en la técnica entenderán que pueden hacerse también los canales de enfriamiento 10 solo en la caja 3, o solo en la base 4, o en la caja 3 y en la base 4 (solo esta disposición se muestra en la figura 2d).

Con el fin de hacer que el oscilador 1 funcione y logre las ventajas anteriores con respecto a soluciones análogas conocidas en la técnica, es necesario que la caja 3 y la base 4 estén conectadas eléctricamente. A continuación, las corrientes que surgen en el resonador cuando la radiación de microondas pasa desde la fuente 2 fluirán tanto sobre la base 4 como sobre la caja 5 y, por consiguiente, influirán en radiación de microondas que pasa a través del primer canal 6 y el segundo canal 7. Para conectar eléctricamente la caja 3 y la base 4, al menos la superficie del canal de microondas 8, es decir, las superficies del primer canal 6 y del segundo canal 7, debe hacerse eléctricamente conductora. Esto se puede hacer mediante diversos métodos comprensibles para los expertos en la técnica, es decir, haciendo que la caja 3 y la base 4 sean solo de materiales eléctricamente conductores; o aplicando una capa eléctricamente conductora 11 sobre la superficie del canal de microondas 8, como se muestra en la figura 2e (en este caso, un recubrimiento sobre la superficie de la caja 3 y el de la superficie de la base 4 pueden ser diferentes en materiales, grosores y otras características); o instalando blindajes eléctricamente conductores adicionales sobre o al lado de la superficie del canal de microondas 8; o similares.

Las formas y diseños de la caja 3 y la base 4 pueden variar. Como ya se comentó anteriormente, la base 4 puede hacerse masiva (sólida), y la caja 3 puede hacerse hueca, pero preferiblemente la caja 3 y la base 4 se hacen ambas masivas. La forma de la caja 3 puede ser rectangular o cilíndrica (figura 3a), esférica (figura 3b), cónica, etc.

Si se combinan varios osciladores 1 para que sus resonadores estén conectados eléctricamente entre sí, esto permite formar un oscilador de microondas de tipo matriz comentado a continuación con más detalle.

En aras de una mejor comprensión de la esencia de la invención, además, un oscilador de tipo matriz de radiación de microondas puede entenderse como dos o más osciladores de microondas 1 conectados entre sí. Estos dos o más osciladores 1 pueden estar conectados en serie, es decir, dispuestos uno tras otro a lo largo de una línea convencional. Esta línea convencional puede ser recta o curva. Ejemplos de un oscilador de tipo matriz de este tipo se muestran en las figuras 4a-4d. Otra posible variante de conexión de varios osciladores 1 pueden ser matrices de osciladores 1, que están dispuestas en una superficie convencional que puede ser plana o curvada. Ejemplos de tales osciladores de tipo matriz se muestran en las figuras 8a-8i, 9. Es obvio que también son posibles otras variantes de conexión de dos o más osciladores 1 , y algunas de las mismas se comentarán a continuación.

Las figuras 4a-4d muestran realizaciones de un oscilador de tipo matriz 12, en donde el oscilador de tipo matriz 12 puede estar fabricado en forma de una banda recta mostrada en la figura 4a, o como una banda curvada mostrada en 4b, o de cualquier otra forma.

Se puede realizar una conexión eléctrica de los resonadores de los osciladores 1, por ejemplo, por medio de conectores 13 que conectan, en particular, los osciladores vecinos 1 (figuras 4a, 4b), o por medio de un ensanchamiento común 14 (figuras 4c, 4d), o una caja y/o base común (figuras 7a, 7b). Los expertos en la técnica entenderán que otras variantes, aparte de las mostradas en las figuras, de conectar eléctricamente los osciladores vecinos 1 también son posibles.

Los osciladores 1 en el oscilador de tipo matriz 12 pueden tener el ensanchamiento común 14 que sirve para formar una distribución espacial requerida de radiación de microondas saliente. En este caso, los osciladores 1 pueden estar dispuestos o bien a lo largo de una línea recta (figura 4c) o bien formando un ángulo entre sí (figura 4d).

La figura 5a muestra esquemáticamente una distribución de un campo de radiación de microondas desde cuatro fuentes de microondas (por ejemplo, las fuentes 2) dispuestas una al lado de la otra. Las áreas oscurecidas corresponden a una alta potencia específica de radiación de microondas (es decir, potencia de radiación de microondas por unidad de área), y las áreas claras corresponden a una baja potencia específica de radiación de microondas. Se ve claramente que la radiación de microondas total es altamente no homogénea.

Como revelaron los inventores tras los experimentos, incluso el uso del resonador según el documento RU2394357 no permite aumentar suficientemente la homogeneidad de la distribución de la radiación de microondas total. En su lugar, el valor de potencia de salida total de radiación de microondas se ha reducido significativamente, es decir, el dispositivo conocido se caracteriza por una baja eficiencia: según la tabla 1 del documento RU2394357, la suma de potencias proporcionadas por cuatro magnetrones es 3036 W, mientras que la potencia de salida del dispositivo de suma según el documento RU2394357 es solo 2200 W, es decir, la eficiencia del mismo es de aproximadamente el 72 %.

En aras de comparación, la figura 5b muestra esquemáticamente la distribución de un campo de radiación de microondas emitida por el oscilador de microondas de tipo matriz 12 según esta invención, en donde el número de las fuentes 2 usadas es igual al de la figura 5a. El campo de radiación microondas total emitida por el oscilador de tipo matriz 12 se caracteriza por compactibilidad y alta homogeneidad espacial de la distribución de potencia, que es una ventaja importante de la invención con respecto a soluciones análogas conocidas en la técnica.

Sin embargo, existe una ventaja más de la invención con respecto a soluciones análogas conocidas en la técnica; se muestra en las figuras 6a, 6b como curvas. Estas figuras representan la dependencia de la eficiencia de un dispositivo que comprende varias fuentes de microondas (figura 6a) dispuestas cerca una de otra (en lo sucesivo denominado “el dispositivo de microondas conocido”) y la eficiencia del oscilador de microondas de tipo matriz 12 según la invención (figura 6b) en un número de fuentes 2. En las figuras 6a, 6b, el número de las fuentes 2 se representa gráficamente a lo largo del eje horizontal, y los valores de eficiencia se representan gráficamente a lo largo del eje vertical.

En dispositivos conocidos en la técnica, incluyendo el análogo más cercano según el documento RU2394357, la adición de una fuente 2 más da como resultado una caída de la eficiencia del dispositivo de microondas conocido (véase la figura 6a). Por el contrario a esto, la eficiencia del oscilador de tipo matriz 12 según la invención no disminuye, sino que incluso aumenta cuando se añaden las fuentes 2 (véase la figura 6b). Además, el valor de eficiencia absoluto del oscilador de tipo matriz 12 es mayor que el del dispositivo de microondas conocido.

Por lo tanto, los expertos en la técnica apreciarán las ventajas del dispositivo de tipo matriz 12 con respecto a los dispositivos de microondas conocidos que comprenden dos o más fuentes de microondas.

Según la opinión de los inventores, dichas ventajas se logran debido al hecho de que, en primer lugar, corrientes que surgen en cada resonador del dispositivo de tipo matriz 12 cuando la radiación de microondas pasa desde las fuentes 2 a través de los canales de microondas 8 (es decir, los primeros canales 6 y los segundos canales 7) influyen en dicha radiación de microondas. Teniendo en cuenta que los resonadores de los osciladores 1 están conectados eléctricamente entre sí, dichas corrientes fluyen no solo en los resonadores “en sí mismos”, sino también en los resonadores vecinos, lo que da como resultado la sincronización de radiación de microondas en todos los canales de microondas 8 del dispositivo de tipo matriz 12.

En segundo lugar, el logro de estas ventajas se ve facilitado por la presencia de los medios de supresión 9 en los canales de microondas 8, que, aparte de la supresión directa de microondas de retorno, también proporciona la ecualización del campo de radiación de microondas total y, posiblemente, sincronización de radiaciones de microondas en todos los canales de microondas 8 del dispositivo de tipo matriz 12.

Numerosos experimentos han demostrado que se puede lograr una eficiencia aún mayor y una mejor homogeneidad del campo de radiación de microondas total si el oscilador de tipo matriz 12 está dotado de canales de sincronización 15 que conectan los canales de microondas vecinos 8, como se muestra en la figura 7a y en una escala ampliada en la figura 7b. En tal caso, una superficie de los canales de sincronización 15, así como la superficie de los canales de microondas 8, deben ser eléctricamente conductoras, lo que puede lograrse mediante diversos métodos, por ejemplo, los métodos descritos anteriormente en relación con garantizar la conductividad eléctrica de las superficies de los primeros canales 6 y los segundos canales 7. Alternativa o adicionalmente a hacer que las superficies de los canales de sincronización 15 sean eléctricamente conductoras, los canales de sincronización 15 pueden llenarse con un líquido conductor, metal, polvo conductor, o con cualquier otra sustancia conductora.

Los canales de sincronización 15 se pueden realizar o bien en las cajas 3 para conectar los primeros canales 6, o bien en las bases 4 para conectar los segundos canales 7, o bien en las cajas 3 y las bases 4 para conectar los primeros canales 6 y los segundos canales 7, o bien en los conectores 13.

En otra posible realización, los canales de sincronización 15 pueden implementarse en forma de elementos de inserción de sincronización en las cajas 3 y/o las bases 4, como se hace en el resonador según el documento RU2394357.

Son posibles diversas realizaciones de las cajas 3 y las bases 4 del oscilador de tipo matriz 12. Por lo tanto, las cajas 3 de todos o algunos osciladores 1 que forman el oscilador de tipo matriz 12 pueden ser una (sola) pieza integral en la que los primeros canales 6 se realizan mediante perforación, molienda, quemadura por láser o plasma o por cualquier otro método adecuado. Alternativa o adicionalmente, las bases 4 de todos o algunos osciladores 1 que forman el oscilador de tipo matriz 12 pueden ser una (sola) pieza integral en la que los segundos canales 7 y, cuando sea aplicable, los canales de sincronización 15 y/o los canales de enfriamiento 10 se realizan mediante perforación, molienda, quemadura por láser o plasma o por cualquier otro método adecuado.

Fabricar al menos una de las cajas 3 y las bases 4 del oscilador de tipo matriz 12 como pieza integral permite garantizar un alto grado de sincronización de radiaciones de microondas debido a una distribución más óptima de corrientes inducidas en las cajas 3 y las bases 4, así como una buena retirada de calor, lo cual es una ventaja importante mientras se usa incluso un número relativamente pequeño de los osciladores 1 en el oscilador de tipo matriz 12.

Además, las cajas 3 y las bases 4 pueden, juntas, fabricarse como una (sola) pieza integral, que, además de dicha ventaja anterior, aumenta adicionalmente la producibilidad del oscilador de tipo matriz 12.

Como ya se ha dicho, el oscilador de microondas de tipo matriz 12 según esta invención comprende dos o más osciladores 1 conectados eléctricamente entre sí. Dicha conexión puede ser en serie, como se muestra en las figuras 4a-4d, o de cualquier tipo, como se comenta a continuación con referencia a las figuras 8, 9.

Por lo tanto, las figuras 8a-8i muestran algunas otras realizaciones del oscilador de tipo matriz 12. Es importante que todos los osciladores 1 estén conectados eléctricamente entre sí, por ejemplo, por medio de los conectores 13 que conectan las bases vecinas 4 (figuras 8a, 8f, 8h), o las cajas vecinas 3 (no mostradas en las figuras), o los conectores 13a, 13b que conectan las bases vecinas 4 y las cajas vecinas 3, respectivamente (figura 8b).

La conexión eléctrica de los osciladores 1 también se puede llevar a cabo por medio de un ensanchamiento común (guía de ondas) (figura 8c), o una base común (figuras 8d, 8e, 8i), o una caja común (no mostrada en las figuras). Además, es posible una variante combinada, en la que algunos osciladores 1 están conectados eléctricamente, por ejemplo, por medio de las bases 4, y los otros osciladores 1 están conectados por medio de los conectores 13, como se muestra en la figura 8g. Los expertos en la técnica entenderán que también son posibles otras variantes de conexiones eléctricas de los osciladores 1.

Debe indicarse que los conectores 13, 13a, 13b pueden ser rígidos, elásticos, móviles, flexibles, lo que permite formar el oscilador de tipo matriz 12 de tal manera que forme un campo requerido de la radiación de microondas total.

Es esencial que los resonadores de los osciladores 1 que forman el oscilador de tipo matriz 12 estén conectados eléctricamente entre sí. Esto, como ya se ha dicho, garantiza la sincronización de radiaciones de microondas en todos los canales de microondas 8 y, por consiguiente, alta homogeneidad del campo de la radiación de microondas total y alta eficiencia del dispositivo.

Un alto grado de sincronización de radiación de microondas en el oscilador de tipo matriz propuesto 12 permite no solo obtener un campo homogéneo de la radiación de microondas total y una alta eficiencia del dispositivo, sino también usar las fuentes 2 que difieren significativamente en potencia y/o longitud de onda de las mismas. Por lo tanto, los inventores han conseguido lograr un funcionamiento estable del oscilador de tipo matriz 12 mostrado esquemáticamente en la figura 9, en donde se usan un oscilador 1a con la frecuencia de funcionamiento de 915 MHz y doce osciladores 1b con la frecuencia de funcionamiento cercana a 2400 MHz. En este caso, se logró una eficiencia aproximada del 80 %. Sin embargo, los mejores valores de eficiencia para el oscilador de tipo matriz 12 pueden lograrse cuando una variación de las frecuencias de funcionamiento de los osciladores 1 no supera el 25 %. Y el aumento de eficiencia es inversamente proporcional a dicha variación de las frecuencias de funcionamiento.

Además, como han mostrado los experimentos, los mejores resultados en sincronización de la radiación de una pluralidad de osciladores 1 y en el aumento de la eficiencia del oscilador de tipo matriz 12 pueden lograrse si las superficies de los canales de microondas 8 son lo suficientemente uniformes. Cuanto menor es la rugosidad de la superficie, menor es la radiación de microondas que pasa a través de los canales de microondas 8, que se dispersa desde las superficies de los canales de microondas 8 y que se absorbe por dichas superficies. En particular, los mejores resultados se han logrado cuando el parámetro Rz relacionado con la rugosidad de las superficies de los canales de microondas 8 no es superior a 2 micrómetros, mientras que el aumento de eficiencia es inversamente proporcional al valor de rugosidad.

Por lo tanto, las variantes propuestas de los dispositivos de radiación de microondas, concretamente, el oscilador de microondas 1 y el oscilador de microondas de tipo matriz 12 , permiten dirigir eficientemente la radiación de microondas emitida por una o más fuentes de microondas 2 y sumar dichas radiaciones de microondas, garantizar una alta eficiencia y potencia de salida total, proporcionando capacidades funcionales extendidas de los dispositivos, y un alto grado de sincronización de las radiaciones de microondas emitidas por las fuentes de microondas 2.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   i.Un oscilador de microondas (1), que comprende:

   una fuente de microondas (2), y

   un resonador que tiene un canal de microondas para guiar radiación desde dicha fuente de microondas, comprendiendo dicho resonador:

   una caja (3) que tiene un primer canal (6), estando instalada dicha fuente de microondas en dicha caja; y una base (4) que tiene un segundo canal (7), estando dicha base conectada eléctricamente a dicha caja, en el que el segundo canal (7) es una extensión del primer canal, y dicho primer canal (6) y dicho segundo canal (7) forman un canal de microondas que tiene un elemento de salida a través del cual se emite radiación de microondas,

   en el que dicho canal de microondas aloja, al menos parcialmente, unos medios de supresión (9) para suprimir una onda de retorno, y

   caracterizado porque el área de sección transversal mínima del canal de microondas en el elemento de salida es de 8 a 12 veces mayor que un área de sección transversal máxima de los medios de supresión (9).
2. 2. El oscilador según la reivindicación 1, que comprende además una guía de ondas (5) que conecta la fuente de microondas (2) y la caja (3).
3. 3. El oscilador según la reivindicación 1, en el que el resonador está fabricado como una sola pieza.
4. 4. El oscilador según la reivindicación 1, en el que el canal de microondas tiene una sección transversal que varía a lo largo de su eje longitudinal.
5. 5. El oscilador según la reivindicación 4, en el que el segundo canal (7) se expande en una dirección desde el primer canal (6) hasta el elemento de salida del canal de microondas.
6. 6. El oscilador según la reivindicación 1, en el que una superficie del canal de microondas está recubierta con una capa de un material eléctricamente conductor.
7. 7. El oscilador según la reivindicación 1, que comprende además al menos un canal de enfriamiento (10) hecho en el resonador.
8. 8. Un oscilador de microondas de tipo matriz, que comprende:

   al menos dos osciladores de microondas (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los resonadores de dichos al menos dos osciladores de microondas están conectados eléctricamente entre sí.
9. 9. El oscilador de tipo matriz según la reivindicación 8, que comprende además ensanchamientos dispuestos sobre las bases de dichos al menos dos osciladores de microondas (1).
10. 10. El oscilador de tipo matriz según la reivindicación 9, en el que todos los ensanchamientos (14) de dichos al menos dos osciladores de microondas (1) están fabricados como una sola pieza.
11. 11. El oscilador de tipo matriz según la reivindicación 8, en el que todas las bases (4) de dichos al menos dos osciladores de microondas (1) están fabricadas como una sola pieza.
12. 12. El oscilador de tipo matriz según la reivindicación 8, que comprende además canales de sincronización (15) que conectan los canales de microondas de dichos al menos dos osciladores de microondas (1).
13. 13. El oscilador de tipo matriz según la reivindicación 8, que comprende además elementos de inserción de sincronización dispuestos en las cajas (3) y/o las bases (4) de dichos al menos dos osciladores de microondas (1).
14. 14.El oscilador de tipo matriz según la reivindicación 8, en el que al menos algunos de dichos al menos dos osciladores de microondas están conectados eléctricamente entre sí por medio de conectores (13).