SE458493B - Mikrovaagsugn - Google Patents

Description

458 4,95 10 15 20 25 2 effekten från generatorn kopplas direkt till en ytvágledare av väsent- ligen fördröjningsledningstyp, som ger ett koncentrerat yttre randfält.

Strukturen är metallisk och avstâllningsytan av ett förlustfattigt ma- terial fyller ingen specifik vâgteknisk funktion, d v s modifiera: inte fältet på något våglängdsberoende sätt.

Diverse varianter på ovanstående finns beskrivna i DE 25.04.860.

Samtliga innefattar anordningar med dielektrikum och metall för åstadkom- mande av vad som benämns ytvâg men snarare kan betecknas som läckande íördröjningsledningsstruktui. ¿šI:bS 3.941.968 beskrivs ett tillbehör i form av ett kärl med en periodisk netallstruktur, avsett att ge en fältkoncentration intill den- samma för uppnáende av kraftig ytvärmning som kan be bryningseffekt. Även denna struktur är väsentligen metallisk. Hatning sker dock från det i ugnsutrymmet existerande rymdresonansfältet.

I GB 1.464.293 beskrivs ett system där den periodiska strukturen utgörs av avlånga dielektriska stavar. Funktionen är dock väsentligen densamma som den som beskrivs i US 3.941.968.

I US 4.165.454 beskrivs ett mer generaliserat system, som kan verka som både fördröjningsledning och ren resonansstruktur vilken bestämmer fältet i sin närhet. Strukturen är väsentligen metallisk och excitationen sker från generatorn direkt till strukturen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att utan komplicerade åt- gärdeš, som skulle ledföra en fördyring av ugnskonstruktionen, göra en sådan nodifikation av en ugnskavitet, som pá vanligt sätt arbetar enligt multiresonansprincipen med matning uppifrån, att en avsevärt förbättrad energifördelning i lasten eller lívsmedlet uppnås, i synnerhet bättre värmning av de centrala undre delarna av stora laster.

Detta uppnås enligt uppfinningen vid en mikrovågsugn av inlednings- vis beskrivet slag därigenom att bottenplattan av dielektriskt material tillsammans med den metalliska kavitetsbotten begränsar ett huvudsakligen planparallellt resonansrum, som vid vardera änden har från kavitetsbotten utskifitände upphöjningar av ledande material, varvid bottenplattansïtjock- lek är så vald i förhållande till dess dielektricitetskonstant att i det nämnda rummet mellan bottenplattan och kavitetsbotten bildas en innestängd .TM-rësonansmod, som exciteras via bottenplattan från fältet ovanför plat- tan och frân vilken energi tas upp av ett på plattan anbragt livsmedel med en dielektricitetskonstant lika med eller högre än den hos plattan. 10 15 20 25 30 35 458 493 Uppfinningen bygger således på att en eller flera i princip separa- ta resonansmoder excíteras i och under bottenplattan av dielektriskt ma- terial frán volymresonansfältet i ugnskaviteten ovanför bottenplattan och att en del av energin i dessa resonansmoder överföres underifrån till lasten i dennas centrala delar. Detta resulterar i en förbättrad värm- ningseffekt, i synnerhet för stora utbredda laster.

Låmpligen kan upphöjningarna vara två till antalet, belägna en vid vardera änden av nämnda rum mellan bottenplattan och kavitetsbotten, och de är vidare lämpligen uppifrån sett väsentligen raka och parallella med kavitetens kortsioor samt har en längd av i huvudsak nk/2, där n är ett heltäl och A är våglängden i det dielektrikum som omger upphöjningarna.

Detta ger en maximalt enkel kavitetskonstruktion och effektiv excitering av resonansmoderna i och under bottenplattan via nämnda upphöjningar, från fältet ovanför bottenplattan.

För att få så enkel och billig konstruktion som möjligt görs vidare bottenplattan med mindre tjocklek än avståndet från plattans översida till den metalliska kavitetsbotten så att mellan plattan och kavitets- botten bildas ett utrymme utan dielektrikum.

För att bottenplattan av dielektriskt material skall förmå stänga in svängningsmoderna i och under plattan (utan last på plattan) maste dock plattan ha en viss minimitjocklek, som star i relation till dielek- tricitetskonstanten för materialet i plattan. I ett föredraget utförande är därför bottenplattans dielektricitetskonstant er' minst 4,5 och dess tjodklek ca A/8, där A är A0/far' och A 0 = Förutom bottenplattans tjocklek. som är en kritisk parameter, är våglängden i luft. även avståndet mellan bottenplattan och den metalliska kavitetsbotten av betydelse. I ett föredraget utförande är nämnda avstånd sådant att det plus bottenplattans elektriska höjd är väsentligen A0/4.

För att alstra effektiv excitering av rummet mellan bottenplattan och kavitetsbotten via de från kavitetsbotten utskjutande upphöjningarna skall dessa upphöjningar vidare ligga på ett avstånd av i huvudsak A0/2 från en kant av bottenplattan, som längs randen anligger mot en metallisk del ax kaviteten. _ I en mikrovågsugn för 2450 MHz är upphöjningarna, som lämpligen är gjorda i ett stycke med den metalliska kavitetsbotten, t.ex. genom in- pressning, 7-10 mm höga. ca. 10 mm breda och 100-130 mm långa samt beläg~ na 50-60 mm innanför bottenplattans kant som an1igger'mot en metallisk del av kaviteten. 458 493 10 15 20 25 30 35 4 Uppfinningen åskådliggöres med hjälp av exempel under hänvisning till bifogade ritningar, där fig_1 visar ett förenklat vertikalsnitt ge- nom en mikrovågsugn som är utförd i enlighet med uppfinningen, §ig_¿ vi- sar ett horisontalsnitt genom samma ugn, och §ig_§ åskådliggör fältbilden i bottenresonansrummet i ugnen enligt fig 1 och 2.

I fig 1 och 2 betecknar 10 en ugnskavitet, som begränsas av sido- väggar 11-14 samt tak- och bottenplåtar 15 resp. 16. 17 är en mikrovågs- källa i form av en magnetron med antenn 18, 19 är en roterbar fältförde- laie,avfmetall och 20 är en bottenplatta som tjänar att bära upp en last 21 bâstående av livsmedel som skall värmas. I det visade utförandet är kavitetens metalliska bottenplåt utbildad med en trappstegsformad avsats 22 resp. 23 vid kavitetens kortsidor och mot dessa avsatser vilar botten- plattan 20.

Enligt uppfinningen är bottenplattan 20 gjord av dielektriskt mate- rial, såsom keramik eller borsilikatglas, och så placerad och dimensione- rad i relation till dess dielektricitetskonstant att den i kombination med två ryggåsformade upphöjningar 24 och 25 belägna vid kavitetens me- talliska bottenplát, vilka löper parallellt med kavitetens kortsidor, förmår åstadkomma och upprätthålla en instängd TH-resonansmod i rummet mellan bottenpláten 16 och bottenplattan 20 samt i densamma. Upphöj- ningarna 24 och 25, som lämpligen är gjorda i ett stycke med den metal- liska bottenpláten och framställda genom inpressning i denna, tjänar där- vid ält koppla energi från fältet ovanför bottenplattan till resonans- rummet mellan bottenplattan och kavitetsbotten, medan bottenplattan 20 själv tjänar att stänga in den svängande energin, s.k. trapped mode. När ett livsmedel placeras ovanpå bottenplattan 20 kommer energi att 'lâcka' genom plattan in i livsmedlet till följd av dettas högre dielektricitets- konstant, så att livsmedlet utsättes för en avsevärd värmning underifrån.

Funktionen kan förklaras på följande sätt.

En våg som utbreder sig uppifrån i olika riktningar ned mot en upp- höjning 24 sprids av denna i olika riktningar, varvid vissa av dessa riktningar uppfyller villkoren för att den fältbíld som skisserats i_fig 3 skall kunna uppstå. - En förutsättning är givetvis att området ovanför upphöjningen 24 är fritt belägen och inte täcks av lasten som skall vär- mas. Därför skall upphöjningen placeras i det läge närmast den lodräta kavitetsväggen som uppfyller villkoren för bottenresonans; en upphöjning vid varje sidovägg är tillräckligt. 10 15 20 25 30 35 458 493 Bottenresonansen är av TM-typ, d.v.s. H-fältet är parallellt med kavitetsbottnen, se fig 4. För att vágtypen skall bibehállas fordras att den svängande energin i form av ett stående vágmönster är väsentligt större än den energi som läcker ut under en svängníngsperiod. Vågen mäste således koppla dåligt till omgivningen. För att så skall kunna ske mäste geometrin hos systemets bottenplatta (inklusive dess dielektricitetskons- tant och tjocklek) och omrâdet under densamma vara sådan att villkoren för s.k. 'trapped mode", d.v.s. i stort sett totalreflekterat fält vid plattans,övre hegrä.sninçsyta, uppfylls. Den enklaste typen av sådant vågmöíster är uppritat i fig 4, där linjerna E representerar det elekt- riska fältet och H representerar det magnetiska fältet, och kännetecknas av att det elektriska avståndet mellan kavitetsbotten och plattans övre begränsningsyta är ca 1/4 mikrovâglängd samt vissa villkor är uppfyllda avseende plattans dielektricitetskonstant och tjocklek. Är plattan för tunn interakterar den för dåligt, d.v.s. innestänger inte moden. Detsamma gäller om den har för låg dielektricitetskonstant. Är denna för hög blir genomsläppligheten för excitationen för dålig, förutom att rent praktiska problem såsom absorption och kostnad ökar, eftersom det blir svårare att välja lämpligt material. - Exempel på lämpliga data för ë45O MHz är di- elektricitetskonstant 6-7, tjocklek 5-7 mm och avstånd till kavitetsbott- nen 12-14 mm. Dessa data ger en tjocklek motsvarande en elektrisk längd av ca A0/4. ?Äbsorptionen i värmningsobjektet (lasten) förutsätter att den inne- stängda moden kan läcka uppåt. Detta möjliggörs av att dielektricitets- konstanten för materialet i de kärl som normalt används är jämförbar med den hos materialet i bottenplattan samt att dielektricitetskonstanten normalt är ännu högre för själva livsmedlet. Totalreflexion sker därför inte i de områden där last finns utan energin från resonansen kan där läcka ut. - I det fall lasten eller kärlet inte står tätt mot bottenytan utan befinner sig mer än nâgra mm därovanför kan kopplingen mellan bot- tenresonans och last bli svag. Försvagningen blir dock normalt liten, eftersgm en "kapacitiv överföring* av energi sker. - : Förutom de nämnda parametrarna: bottenplattans 20 dielektricitets- konstant, tjocklek och höjd ovanför kavitetsbottnen är även dimensione- ringen och placeringen av upphöjningarna 24, 25 av betydelse. För att få en effektiv excitering av rummet mellan bottenplattan och kavitetsbpttnen via upphöjningarna i bottenplâten skall dessa upphöjningar närmare be- stämt ha en längd av ett helt antal halva våglängder av den exciterande 458 493 10 20 25 30 35 6 mikrovàgsenergin och ett avstånd från bottenplattans kant som är ungefär en halv våglängd. Det inbördes avståndet mellan upphöjningarna uppgår lämpligen till ett jämnt antal halva våglängder, korrigerat för den något kortare stående -våglängden med hänsyn till plattans dielektricitetskon- stant.

I ett modifierat utförande sträcker sig bottenplattan ända ned till den metalliska kavitetsbottnen. Den mikrovågstekniska vinsten med detta utförande, som innebär en mera komplicerad och dyrbar plattkonstruktion, är emellertid liten eftersom den mesta energin ändå lagra: dä; E-fältet är ššort, d.v.s. upptill i plattan. En lämplig kompromiss är således att ha ca. 1/8 våglängd i plattan och ett lika högt luftrum mellan plattan och kavítetsbottnen elektriskt sett.

Claims (7)

, ~ 7 458 493 Patentkrav

1. Mikrovågsugn innefattande en av ledande väggar bestående kavitet, en mikrovågskälla för inmatning av mikrovågsenergi i kaviteten och en bottenplatta av dielektriskt material belägen ovanför kavitetens ledan- de bottenplåt och avsedd att uppbära ett livsmedel som skall värmas, var- vid inmatningsstället för mikrovågsenergin ligger ovanför bottenplattan, företrädesvis i kavitetstaket, k ä n n e t e c k n a d av att botten- plattan av dielektriskt material tillsammans med den ledande bottenplå- ten begräfisa; ett huvudsakligen planparallellt resonansrum, som vid var- dera änden har från bottenplåten utskjutande upphöjningar av ledande ma- terial, varvid bottenplattans tjocklek är så vald i förhållande till dess dielektricitetskonstant att i det nämnda rummet mellan bottenplattan och den metalliska kavitetsbottnen bildas en innestängd TM-resonansmod, som ex- citeras via plattan från fältet ovanför bottenplattan och från vilken ener- gi tas upp av ett på plattan anbragt livsmedel med en dielektricitetskonstant, lika med eller högre än den hos plattan.

2. Mikrovågsugn enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att upphöjningarna är två till antalet, en vid vardera änden av nämnda rum, är uppifrån sett väsentligen raka och parallella med kavitetens kortsidor samt har en längd av i huvudsak nlä/2, där n är ett heltal och Ä är våglängden i det dieiektrikum som omger upphöjningarna.

3. Mikrovågsugn enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att bottenplattan har mindre tjocklek än avståndet från plattans översida till kavitetens bottenplåt, så att mellan plattan och bottenplåten bildas ett utrymme fyllt av ett material, som har lägre dielektricitetskonstant än plattan, lämpligen luft.

4. Mikrovågsugn enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att bottenplaštaps dielektricitetskonstant iår är minst 4,5 och dess tjocklek är ca A/B, där AO/.fár och Åg = våglängden i luft. :-

5. Mikrovågsugn enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellan bottenplattan och kavitetens bottenplât är sådant att dess elektriska höjd plus bottenplattan är väsentligen.Ä 0/4, där2\0 är våglängden i luft. z 458 493

6. Mikrovågsugn enïigt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att upphöjningarna befinner sig på ett avstånd av i huvudsak P\0/2 från en kant av bottenpïattan, som anïígger mot en metaïlisk deï av kaviteten.

7. Mikrovågsugn enïígt patentkraven 2 och 3, víïken arbetar vid en frekvens av 2 450 MHz, k ä n n e t e c k n a d av att de tvâ upphöjningarna, som ïämp- 1igen är gjorda i ett stycke med kavitetens bottenpïàt, t ex genom inpress- ning, är 7-10 mm höga, ca 10 mm breda och 100-130 mm Iânga samt beïägna 50-60 mm innanför bottenpïattans kant som anïigger mot en metalïísk deï av kaviteten. .- > 5 .fl