EP4512212A1 - Vorrichtung zum zuführen von mikrowellen in einen behandlungsraum - Google Patents

Vorrichtung zum zuführen von mikrowellen in einen behandlungsraum

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Publication number
EP4512212A1
EP4512212A1 EP23720801.2A EP23720801A EP4512212A1 EP 4512212 A1 EP4512212 A1 EP 4512212A1 EP 23720801 A EP23720801 A EP 23720801A EP 4512212 A1 EP4512212 A1 EP 4512212A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
treatment room
waveguide
radiation
microwaves
radiation element
Prior art date
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Pending
Application number
EP23720801.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Moritz Johann GORATH
Daniel Baars
Matthias Johannes Dr. STEEG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Muegge GmbH
Original Assignee
Muegge GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Muegge GmbH filed Critical Muegge GmbH
Publication of EP4512212A1 publication Critical patent/EP4512212A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/72—Radiators or antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/686—Circuits comprising a signal generator and power amplifier, e.g. using solid state oscillators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/702—Feed lines using coaxial cables
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/707—Feed lines using waveguides

Definitions

  • the invention relates to a device for supplying microwaves into a treatment room, the device having a treatment room and at least one waveguide for supplying the microwaves to the treatment room.
  • microwaves are fed into a treatment room in order to be able to treat objects there with the energy supplied via the microwaves.
  • the energy supplied via the microwaves can be used, for example, to warm or heat objects.
  • a plasma is generated with the microwaves and the plasma is used to treat the objects, for example to provide an object with a coating or to change a surface of the object.
  • the treatment room is regularly surrounded by an electrically conductive covering in order to prevent unwanted escape of the microwaves that were previously supplied to the treatment room.
  • an electrically conductive covering there are various practical options for how the microwaves can be supplied to the treatment room in order to be able to carry out the intended treatment in the treatment room.
  • Some treatment rooms have a shape and corresponding dimensions that are adapted to the microwaves intended to carry out the treatment, thereby forming a resonance chamber for the supplied microwaves. Inside the resonance chamber can then... advantageously form standing waves and areas with a very high power density within the treatment room.
  • the microwaves can be fed to the treatment room, for example, via waveguides that open into the treatment room or its enclosure. It is also known that a treatment room has one or more windows and that horn emitters are arranged outside the treatment room, via which the microwaves are emitted and irradiated through the windows into the treatment room.
  • the spatial distribution of the field strengths and thus also the power density of the irradiated microwaves within the treatment room is largely determined by the resonance conditions within the treatment room independently of the supply of the microwaves to the treatment room. Changing this intensity distribution and thereby making it possible to adapt to different objects that are to be treated with the microwaves in the treatment room is not possible with such resonance chambers or only possible with a lot of effort.
  • DE 10 2017 121 732 A1 and DE 10 2017 121 731 A1 describe various variants of a device for treating a product with microwaves, in which the microwaves are supplied to a treatment room via a coaxial conductor. One end of the coaxial conductor protrudes into the treatment room. The microwaves are coupled out of the coaxial conductor and emitted through a side opening of the coaxial conductor in the treatment room. In this way, microwaves can be emitted within the treatment room in a direction predetermined by the opening of the coaxial conductor and used specifically to treat an object arranged in the treatment room.
  • the intensity distribution of the microwaves within the treatment room is independent of the
  • the spatial design of the treatment room is not significantly determined by any resonance conditions that may not be present within the treatment room, but predominantly by the directed radiation of the microwaves from the coaxial conductors protruding into the treatment room.
  • microwave generating devices which can generate a sufficiently high microwave power that could be supplied to the treatment room.
  • the method of supply often limits the maximum microwave power that can be supplied when the device is used as intended.
  • the waveguide is connected at one end to a radiation element or opens into a radiation element, the radiation element being designed in such a way that circularly polarized electromagnetic waves are emitted into the treatment room from the waveguide via the radiation element.
  • the radiation element is designed in such a way that circularly polarized electromagnetic waves are emitted into the treatment room from the waveguide via the radiation element.
  • the radiating element should therefore be designed such that the electromagnetic waves emitted by the radiating element contain a high proportion of circularly polarized electromagnetic waves. It is effective if predominantly or exclusively circularly polarized electromagnetic waves are emitted by the radiation element.
  • a person skilled in the art is aware of various design options for a radiation element with which circularly polarized electromagnetic waves are emitted, in particular predominantly or exclusively circularly polarized waves. Any necessary adaptation of known radiating elements to the properties of microwaves with a vacuum wavelength between 35 cm and 1 mm as well as to the highest possible power emitted by the radiating element can be carried out with the specialist knowledge of a person skilled in the art.
  • the device has a microwave generating device which is connected to the treatment room via the waveguide without an additional protective device, with which the microwave generating device would be protected from microwaves which extend from the treatment room via the waveguide in the direction of Spread microwave generation device.
  • a microwave generating device which is connected to the treatment room via the waveguide without an additional protective device, with which the microwave generating device would be protected from microwaves which extend from the treatment room via the waveguide in the direction of Spread microwave generation device.
  • Moderately protective devices such as an isolator are arranged between the microwave generating device and the treatment chamber, with which undesirable propagation of microwaves in the direction of the microwave generating device is reduced or prevented. Due to the radiation element emitting circularly polarized electromagnetic waves, a proportion of the electromagnetic waves that can be coupled from the treatment room back into the waveguide is largely reduced in the treatment room to a power range that is no longer relevant, so that the use of a separate protective device to protect the microwave generating device from feedback microwaves is not possible more is required.
  • the microwave generating device is designed such that the microwave generating device can generate a microwave power of more than 250 watts. It has been shown that such a high power can easily be supplied to the treatment chamber with a suitably designed radiation element. In order to be able to supply the treatment chamber with a high overall power, only one microwave generating device with a waveguide or at least only a few microwave generating devices are required, which means that the required space can be further reduced compared to conventional devices.
  • the microwave generating device has at least one solid-state microwave generator.
  • Solid-state microwave generators are already known from practice, which can generate and emit microwaves with a power that is sufficiently high for many areas of application.
  • a solid-state microwave generator or a solid-state based system Compared to a magnetron or a magnetron-based system for microwave generation, microwave generation requires less installation space, is considerably easier to operate and can be better adapted over a larger range to the properties of a device with a treatment room relevant to microwave transmission.
  • the microwave generating device is set up so that the microwaves generated with the microwave generating device can be controlled with regard to the phase and/or frequency of the microwaves.
  • Solid-state microwave generators already offer easy control and adjustment of essential properties such as frequency or phase position within a comparatively large range, without the need for additional components.
  • the product treatment area is an area within the treatment room in which a product can be arranged for carrying out a treatment in the treatment room.
  • the product treatment area can be specified by a platform or a storage area within the treatment room.
  • the product treatment room can also be specified via a conveyor belt, with which a product can be conveyed into the treatment room for treatment and then conveyed out again.
  • the multiple waveguides can be arranged as required with regard to the irradiation of the product. duct treatment area appears advantageous without having to take other waveguides or a spatial specification of the treatment room into account.
  • the product treatment area can, for example, be irradiated as homogeneously as possible with microwaves from the multiple waveguides.
  • the plurality of waveguides may be connected to a shared microwave generating device.
  • the product treatment area can be irradiated with different microwaves or different powers via several waveguides, so that an adaptation to different requirements within the product treatment area can be made in a simple manner.
  • the treatment space is surrounded by a casing made of an electrically conductive material and/or that a product treatment area within the treatment space is at a distance of from the mouth or an axial end of a waveguide within the treatment space or from the radiation element has less than three wavelengths and preferably less than one wavelength.
  • a product arranged in the product treatment area is irradiated directly by the radiation element and undesirable reflections or overlays of microwaves within the treatment room do not or only insignificantly influence the irradiation of the product.
  • the waveguide is optionally a waveguide and preferably a coaxial guide.
  • Microwaves can be transmitted shielded from the environment via waveguides or coaxial conductors.
  • Suitable waveguides are known from practice in a variety of designs and can be easily adapted, for example, to spatial specifications or to planned use and corresponding operation of the device.
  • the radiation element has a radiation plane oriented transversely to a longitudinal direction of the waveguide, in which an electrically conductive radiation structure is arranged.
  • the radiation plane is preferably parallel and optionally flush with an adjacent area of an enclosure of the treatment room.
  • the radiation plane can also be aligned perpendicular to a preferred wave propagation direction of the emitted microwaves in the direction of the product treatment room.
  • the radiation element is connected eccentrically relative to a cross-sectional area of the waveguide.
  • the off-center and therefore asymmetrical connection of the radiation element to the waveguide causes or supports the radiation of circularly polarized electromagnetic waves and suppresses unwanted feedback of microwaves from the treatment room back into the waveguide.
  • the emission of a circularly polarized electromagnetic wave has various advantages over the emission of a non-circularly polarized electromagnetic wave.
  • the radiation characteristic of an off-center plate-shaped radiating element differs from the radiation characteristic of a radiating element connected centrally to the waveguide.
  • the changed radiation characteristics of the off-center radiating element can advantageously be used for directed radiation of the microwave power within the treatment room.
  • the radiating element has a plate-shaped radiating body with a surface oriented transversely to the longitudinal direction of the waveguide, the peripheral edge of which is predetermined such that circularly polarized electromagnetic waves, in particular predominantly or exclusively circularly polarized waves, are emitted.
  • Various advantageous shapes of patch antenna elements which are usually arranged on a circuit board, are known from practice, with which the properties of the electromagnetic waves emitted via this patch antenna element can be influenced and specified.
  • relevant knowledge gained from such patch antenna elements can be used to specify the peripheral edge of a plate-shaped radiation element in an analogous manner so that a desired radiation characteristic is achieved and in particular that predominantly or almost exclusively circularly polarized electromagnetic waves from are emitted from the plate-shaped radiating element.
  • the radiation structure has a plate-shaped radiation body with a recess arranged at a distance from a peripheral edge, a radiation antenna protruding into the recess and a recess peripheral edge being designed such that circularly polarized electromagnetic waves, in particular predominantly or exclusively circularly polarized electromagnetic waves Waves are emitted.
  • the radiating element is embedded in a dielectric material such as a plastic material, glass or ceramic in order to reduce the wavelength of the electromagnetic waves propagating from the waveguide to the radiating element.
  • a dielectric material such as a plastic material, glass or ceramic
  • the installation space required for the arrangement and functioning of the radiating element is reduced.
  • Power that is radiated from the waveguide via the radiation element and fed to the treatment room, an electrical short circuit as well as an electrical flashover or undesirable ionization and the resulting damage to the radiation element or the area of the waveguide adjacent to it are avoided despite the small installation space.
  • Suitable dielectric materials that do not absorb electromagnetic waves propagating through the plastic material or only absorb them to a very small extent and at the same time significantly reduce the wavelength of the electromagnetic waves propagating through the dielectric material are known from practice.
  • the radiation element for radiating the microwaves supplied through the coaxial conductor into the treatment room is arranged at an end of the coaxial conductor facing the treatment room, the radiation element having a plate-shaped radiation body which is electrically is conductively connected to the inner conductor, is not electrically conductively connected to the outer conductor, and is preferably aligned transversely to a longitudinal direction of the coaxial conductor, so that electromagnetic waves supplied via the coaxial conductor are radiated from the plate-shaped radiating body into the treatment room. It has been shown that such a plate-shaped radiating body is advantageously suitable for radiating high microwave power and thereby supplying it to the treatment room.
  • the plate-shaped radiating body is expediently adapted to the maximum microwave power provided when the device is used as intended and which is to be supplied to the treatment room via the coaxial conductor.
  • the dimensions of a surface of the plate-shaped radiating body are adapted to the wavelength of the microwaves in a known and advantageous manner.
  • a thickness of the plate-shaped radiating body is predetermined depending on the material used for the plate-shaped radiating body so that the plate-shaped radiating body can withstand the microwave power supplied and will not become excessively heated or damaged during operation.
  • the plate-shaped radiating body can, for example, be made of metal and have a thickness of a few millimeters. With such a plate-shaped radiation element, microwave powers of more than 250 watts can be supplied to the treatment room.
  • microwave powers of more than 500 watts, 750 watts or more than 1,000 watts can also be emitted into the treatment room via a single radiation element and, if necessary, via a single plate-shaped radiation body. In this way it is possible for a high microwave power to be supplied to the treatment room via a single coaxial conductor.
  • the dielectric material is arranged between an end face of an outer conductor of the coaxial conductor and the radiation element, which is arranged at a distance from this end face of the outer conductor and is not electrically conductive connected to the external conductor.
  • the dielectric material can also be arranged around the radiating element and largely or enveloping it on all sides and can be located in the area of the radiation opening of a waveguide shaped as a coaxial conductor, so that the radiating element is not connected in an electrically conductive manner to the coaxial conductor or at least not directly to an outer conductor of the coaxial conductor, but is, for example, only connected to a coaxial conductor via an inner conductor.
  • the dielectric material can extend from a peripheral edge of the plate-shaped radiating element towards the outer conductor of the coaxial conductor and thus form electrical insulation between the radiating element and the outer conductor, or a surrounding housing area.
  • the radiating element is connected to the waveguide in a non-electrically conductive manner and, if necessary, to the dielectric material from the environment is shielded. It is also possible for the dielectric material to also form a thin coating on the surface of the radiation element facing the treatment room. It has proven to be advantageous to avoid thin air gaps in the immediate vicinity of the radiation element and in particular in the area of the plate-shaped radiation body and, if possible, to fill them with the dielectric material in order to achieve a to provide sufficient electrical insulation with a high dielectric strength.
  • the microwave power supplied to the treatment room is advantageous or necessary for the microwave power supplied to the treatment room to be used to generate a plasma in the treatment room, which can be used for the treatment of objects.
  • the treatment room is surrounded by a casing made of an electrically conductive material, that the casing has an irradiation opening on which or in which the waveguide ends or opens and on or in which the radiation element is arranged and is not electrically conductively connected to the casing, and / or that a cover made of a microwave-transparent dielectric solid material is arranged between the radiation element and the treatment room.
  • the cover of the radiation element prevents a plasma generated in the treatment room from coming into contact with the radiation element and thereby damaging the radiation element.
  • the cover made of the microwave-transparent dielectric solid material expediently also extends over the entire irradiation opening and over adjacent areas of the casing, so that a plasma which is generated in the vicinity of the irradiation opening by the radiation of the microwaves emitted by the radiation element through the irradiation opening is not immediately included the adjacent zenden covering can come into contact and the degree of ionization of the plasma generated is not reduced excessively quickly by a recombination of the electrons and ions of the plasma with the electrically conductive covering.
  • the cover made of the microwave-transparent dielectric solid-state material may completely cover the enclosure and thereby shield it from the plasma in the treatment room in all areas.
  • dielectric solid-state materials suitable for microwave applications such as plastics or ceramics
  • Quartz glass or aluminum oxide or sapphire are particularly suitable as microwave-transparent dielectric solid-state materials, as they can withstand the high thermal load that is often unavoidable in a plasma particularly well. If necessary, separate cooling of the cover can be provided.
  • Covering the irradiation opening or the entire casing can also be useful and advantageous for those applications in which no plasma is generated in the treatment room.
  • the cover can also be made from a suitable dielectric material that is less temperature-resistant than quartz glass.
  • the cover can, for example, facilitate cleaning of the treatment room, which is often required at intervals, or shield the covering from the treatment room and protect it from impairment or damage that could be caused, for example, by by-products or side effects during the treatment of the objects.
  • a cylindrical treatment room is advantageous for many areas of application.
  • the cover can then be, for example, a tube made of quartz glass that is fitted into the cylindrical treatment room.
  • one embodiment of the inventive concept can provide that the cover has a curved outer lateral surface in the area of the radiation opening, and/or that the radiation element has a curved outer lateral surface has adapted shape. Due to the curved shape of the radiating element or the shape adapted to the outer lateral surface of the cover, it can be achieved that the radiating element with its surface facing the treatment room rests on the cover in the area of the irradiation opening without a gap. This avoids undesirable air gaps, which could enable ionization of air or gas or an electrical flashover in the area surrounding the plate-shaped radiating element and, in particular at high microwave powers, lead to undesirable impairment or damage to the radiating element or its surroundings. By curved shaping of the surface of the radiation element, an advantageous radiation characteristic and, if necessary, a focusing of the microwaves emitted by the radiation element can be specified in the treatment room.
  • two or more radiation elements are arranged at a distance from one another in the treatment room.
  • the radiation elements designed according to the invention enable high microwave power to be coupled into the treatment room.
  • Waveguides connected without a radiation element according to the invention or, for example, waveguides with conventional radiation elements without circularly polarizing radiation characteristics would be used to radiate the microwaves into the treatment room it could not easily be ruled out that microwaves reflected in the treatment room or emitted by another radiation element feed back to the radiation element in question and are transmitted back into the waveguide, in which they could propagate away from the treatment room and to one of the treatment room can emerge from the opposite end of the waveguide or damage electrical or electronic components arranged there.
  • the undesirable feedback of microwaves from the treatment room back into the coaxial conductor is reduced and, if necessary, largely prevented.
  • Two or more radiation elements can therefore be arranged at a distance from one another on the treatment room and can be used at the same time to feed microwaves into the treatment room.
  • the radiation elements With an off-center arrangement of the radiation elements relative to the respective supplying waveguide, it can be provided that two radiation elements are arranged on opposite sides of the treatment room.
  • circularly polarized electromagnetic waves in particular predominantly or exclusively circularly polarized electromagnetic waves
  • the proportion of electromagnetic waves in the treatment room that can be picked up via a radiation element and transmitted back into the waveguide connected to it can be reduced to such an extent that that the feedback of the electromagnetic waves from the treatment room into the connected coaxial conductors can be neglected and no additional shielding devices or protective measures are required.
  • each radiation element may be controlled individually and used independently of other antenna elements to feed microwaves into the treatment room.
  • An intensity and field distribution of the microwaves radiated into the treatment room can then be specified individually and very variably.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a device according to the invention with a microwave generating device, with a treatment room and with a waveguide which is connected to the microwave generating device and opens into the treatment room via a radiation element,
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a differently designed device according to the invention for supplying microwaves into a treatment room, the waveguide being designed as a coaxial conductor,
  • Figure 3 is a perspective sectional view of a coaxial conductor with a radiating element connected to it with a plate-shaped radiating body
  • Figure 4 is a top view of a plate-shaped radiating body
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a partial area of a treatment room, on which an antenna element according to the invention is arranged, which is connected to a microwave generating device via a coaxial conductor
  • Figure 6 is a perspective sectional view of a differently designed device
  • Figure 8 shows a further representation of a radiating element with a different design
  • Figure 9 shows a further representation of a radiating element with a different design.
  • a device 1 according to the invention for treating products in a treatment room 2 is shown schematically in FIG.
  • the treatment room 2 is cylindrical and surrounded by a casing 3 made of an electrically conductive material, for example metal.
  • the device has a waveguide 4, which is connected at one end 5 to a microwave generating device 6, and whose other, opposite end 7 opens into the treatment room 2 or ends in it.
  • a radiation element 8 is arranged and connected or coupled to the waveguide 4.
  • the radiation element 8 is designed so that it - preferably predominantly or exclusively - emits circularly polarized electromagnetic waves into the treatment room 2.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of a device 1 designed according to the invention for supplying microwaves into the treatment room 2.
  • a cover 10 made of a microwave-transparent dielectric solid-state material.
  • the cover 10 can be, for example, a tube made of quartz glass.
  • Two radiation openings 11 are formed in the casing 3 on opposite sides.
  • a waveguide 4 designed as a coaxial conductor opens into each radiation opening 11, via which microwaves can be supplied to the treatment room 2.
  • An end 12 of an electrically conductive outer conductor 13 of the waveguide 4 protruding/opening into the treatment room 2 is connected to the casing 3 in an electrically conductive manner.
  • An electrically conductive inner conductor 14 of the waveguide 4 is brought up to the cover 10 and opens into the radiation element 8 or is connected to it.
  • the plate-shaped radiating body 16 has a treatment surface 17 facing lung space 2.
  • the plate-shaped radiating body 16 is electrically conductively connected to the inner conductor 14, but not electrically conductively connected to the outer conductor 13.
  • Microwaves can be supplied to the treatment room 2 via the waveguide 4 during operation of the device 1, which pass through the cover 10 via the radiating element 8 be irradiated into the treatment room 2.
  • the radiation element 8 with the plate-shaped radiation body 16 arranged at an end 12 of the waveguide 4 facing the treatment room 2 causes the radiation of circularly polarized electromagnetic waves.
  • the radiating element 8 shown in a detailed view in Figure 3 is shown enlarged in a sectional perspective view in a surrounding housing.
  • the plate-shaped radiating body 16 is surrounded by a pot-shaped radiating element housing 18, which is made of an electrically conductive material such as metal for contact with the casing 3 and for shielding the environment.
  • the outer conductor 13 of the waveguide 4 designed as a coaxial conductor opens into the radiating element housing 18, which can be connected to the casing 3 in an electrically conductive manner via a fastening flange 19.
  • the plate-shaped radiating body 16 is arranged at a distance from a rear side 20 of the cup-shaped radiating element housing 18.
  • a distance is formed between the back 20 of the radiating element housing 18 and a surface 21 of the radiating body 16 facing away from the treatment room 2.
  • An interior 22 of the cup-shaped radiating element housing 18 is filled with a dielectric solid material, not shown in FIG. 3, such as plastic or ceramic.
  • the surface 17 of the plate-shaped radiating body 16 facing the treatment room 2 has a predominantly rectangular peripheral edge 23, also shown in FIG. 3, which has a diagonally extending section 24 at two opposite corners.
  • the plate-shaped one Radiating body 16 is arranged off-center relative to the waveguide 4 and connected off-center to the inner conductor 14 of the waveguide 4. In this way it is achieved that predominantly to almost exclusively circularly polarized electromagnetic waves are emitted from the plate-shaped radiation body 16 into the treatment room 2.
  • electromagnetic waves that come from the treatment room and strike the radiation element 8 with the plate-shaped radiation body 16 only a correspondingly oppositely circularly polarized portion can couple into the waveguide 4 via the radiation element 8 and then spread away from the treatment room 2 in the waveguide 4 . In this way, unwanted feedback from microwaves supplied to the treatment room 2 out of the treatment room 2 and back into the waveguide 4 is largely suppressed.
  • FIG 4 a top view of an identically designed radiating element 8 with a rectangular cup-shaped radiating element housing 18 is shown merely as an example.
  • the waveguide 4 covered by the plate-shaped radiating body 16 with the outer conductor 13 and the inner conductor 14 is shown in dashed lines for clarity.
  • the off-center arrangement of the plate-shaped radiating body 16 relative to the waveguide 4 designed as a coaxial conductor is clearly visible.
  • the microwave generating device 6 has a solid-state microwave generator and is suitable and designed to generate a microwave power of more than 1,000 watts in continuous operation, which is supplied to the treatment room 2 via the waveguide 4 can be supplied and is irradiated from the radiation element 8 into the treatment room 2.
  • a further device 1 designed according to the invention for supplying microwaves into the treatment room 2 is shown in a perspective sectional view with only one area of the treatment room 2.
  • the waveguide 4 for supplying microwaves is designed as a rectangular waveguide 25.
  • the waveguide 25, which is made of an electrically conductive material, is connected to the casing 3 of the treatment room 2 in an electrically conductive manner.
  • the plate-shaped radiating body 16 of the radiating element 8 is connected to a transition element 26, which is arranged in a mouth region in the waveguide 25.
  • the transition element 26 advantageously supports and promotes the transition of the microwaves from the waveguide 25 via the radiation element 8 into the treatment room 2.
  • the radiating body 16 which is arranged at a distance from the cover 10, can be surrounded in an area 27 at the irradiation opening 11 by a dielectric material, which is held in position by the waveguide 25, the cover 10 and the casing 3.
  • FIG. 7 to 9 show examples of various embodiments of radiation elements 8, each of which is intended and designed for the radiation of circularly polarized electromagnetic waves.
  • those in Figures 7 to 9 shown radiating elements 8 each have electrically conductive planar radiating structures 28, which are applied, for example, to a circuit board 29 or to a carrier plate made of a suitable dielectric material.
  • the two radiation elements 8 shown in Figures 7 and 8 have an electrically conductive frame 30 with a recess 31 in which a radiation antenna 32 is arranged, which is connected to the waveguide 4 in a suitable manner.
  • the exemplary embodiment shown in Figure 9 has, starting from a centrally arranged electrically conductive contact 33 with the waveguide 4, two radiation arms 34 projecting spirally radially outwards.
  • planar radiation elements 8 shown as examples in FIGS. 7 to 9 are particularly suitable for a combination with waveguides 4 that are also planar.
  • Such radiation elements 8 can also be combined with waveguides 4 designed as waveguides or coaxial guides with suitable adjustment and dimensioning, a suitable transition for the microwaves from the waveguide into the planar structures 28 is useful.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Zuführen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum (2) weist einen Behandlungsraum (2) und mindestens einen Wellenleiter (4) zum Zuführen der Mikrowellen zu dem Behandlungsraum (2) auf. Der Wellenleiter (4) 5 mündet in ein Abstrahlelement (8), welches derart ausgestaltet ist, dass von dem Wellenleiter zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen in den Behandlungsraum (2) abgestrahlt werden können.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung zum Zuführen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum, wobei die Vorrichtung einen Behandlungsraum und mindestens einen Wellenleiter zum Zuführen der Mikrowellen zu dem Behandlungsraum aufweist.
Aus der Praxis sind zahlreiche verschiedene Vorrichtungen bekannt, bei denen Mikrowellen in einen Behandlungsraum eingespeist werden, um dort mit der über die Mikrowellen zugeführten Energie eine Behandlung von Objekten durchführen zu können. Die über die Mikrowellen zugeführte Energie kann beispielsweise zu einer Erwärmung oder Erhitzung von Objekten verwenden werden. Es ist ebenfalls bekannt, dass mit den Mikrowellen ein Plasma erzeugt wird und das Plasma zur Behandlung der Objekte verwendet wird, beispielsweise um ein Objekt mit einer Beschichtung zu versehen oder eine Oberfläche des Objekts zu verändern.
Der Behandlungsraum ist dabei regelmäßig von einer elektrisch leitenden Umhüllung umgeben, um ein unerwünschtes Austreten der Mikrowellen aus dem Behandlungsraum heraus zu verhindern, die zuvor dem Behandlungsraum zugeführt wurden. Es sind verschiedene Möglichkeiten aus der Praxis bekannt, wie die Mikrowellen dem Behandlungsraum zugeführt werden können, um die vorgesehene Behandlung in dem Behandlungsraum durchführen zu können.
Manche Behandlungsräume weisen eine Formgebung und entsprechende Abmessungen auf, die an die für die Durchführung der Behandlung vorgesehenen Mikrowellen angepasst sind, und bilden dadurch eine Resonanzkammer für die zugeführten Mikrowellen. Innerhalb der Resonanzkammer können sich dann in vorteilhafter Weise stehende Wellen und Bereiche mit einer sehr hohen Leistungsdichte innerhalb des Behandlungsraums ausbilden.
Die Mikrowellen können bei derartigen Resonanzkammern beispielsweise über Hohlleiter, die in den Behandlungsraum bzw. in dessen Umhüllung münden, dem Behandlungsraum zugeführt werden. Es ist ebenfalls bekannt, dass ein Behandlungsraum ein oder mehrere Fenster aufweist und außerhalb des Behandlungsraums Hornstrahler angeordnet sind, über welche die Mikrowellen abgestrahlt und durch die Fenster hindurch in den Behandlungsraum eingestrahlt werden.
Die räumliche Verteilung der Feldstärken und damit auch der Leistungsdichte der eingestrahlten Mikrowellen innerhalb des Behandlungsraums wird weitgehend unabhängig von der Zuführung der Mikrowellen zu dem Behandlungsraum durch die Resonanzbedingungen innerhalb des Behandlungsraums vorgegeben. Eine Veränderung dieser Intensitätsverteilung und eine dadurch ermöglichte Anpassung an unterschiedliche Objekte, die mit den Mikrowellen in dem Behandlungsraum behandelt werden sollen, ist bei derartigen Resonanzkammern nicht oder nur mit sehr viel Aufwand möglich.
In DE 10 2017 121 732 A1 und DE 10 2017 121 731 A1 sind verschiedene Varianten einer Vorrichtung zur Behandlung eines Produkts mit Mikrowellen beschrieben, bei denen die Mikrowellen über einen Koaxialleiter einem Behandlungsraum zugeführt werden. Dabei ragt der Koaxialleiter mit einem Ende in den Behandlungsraum hinein. Die Mikrowellen werden durch eine seitliche Öffnung des Koaxial leiters in dem Behandlungsraum aus dem Koaxialleiter ausgekoppelt und abgestrahlt. Auf diese Weise können Mikrowellen innerhalb des Behandlungsraums in einer durch die Öffnung des Koaxialleiters vorgegebenen Richtung abgestrahlt und gezielt zu einer Behandlung eines in dem Behandlungsraum angeordneten Objekts verwendet werden. Die Intensitätsverteilung der Mikrowellen innerhalb des Behandlungsraums wird dabei unabhängig von der räumlichen Ausgestaltung des Behandlungsraums nicht maßgeblich durch gegebenenfalls nicht vorliegende Resonanzbedingungen innerhalb des Behandlungsraums vorgegeben, sondern überwiegend durch die gerichtete Abstrahlung der Mikrowellen aus den in den Behandlungsraum hineinragenden Koaxialleitern.
Für zahlreiche Behandlungen wird es als vorteilhaft angesehen, dass eine möglichst hohe Mikrowellenleistung dem Behandlungsraum zugeführt werden kann. Es sind Mikrowellenerzeugungseinrichtungen bekannt, die eine ausreichend hohe Mikrowellenleistung erzeugen können, die dem Behandlungsraum zugeführt werden könnte. Die Art und Weise der Zuführung beschränkt jedoch oftmals die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung maximal zuführbare Mikrowellenleistung.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Vorrichtung zum Einspeisen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum so auszugestalten, dass dem Behandlungsraum eine möglichst hohe Mikrowellenleistung zugeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wellenleiter an einem Ende mit einem Abstrahlelement verbunden ist oder in ein Abstrahlelement mündet, wobei das Abstrahlelement derart ausgestaltet ist, dass von dem Wellenleiter über das Abstrahlelement zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen in den Behandlungsraum abgestrahlt werden. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Abstrahlelements kann von dem Wellenleiter eine hohe Leistung in den Behandlungsraum eingespeist und zur Durchführung einer Behandlung in dem Behandlungsraum genutzt werden.
Eine Rückkopplung von elektromagnetischen Wellen aus dem Behandlungsraum zurück in den Wellenleiter wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abstrahlelements erheblich reduziert und ist in vielen Anwendungsfällen nicht mehr relevant, da nur passend zu dem Abstrahlelement zirkular polarisierte und ausgerichtete elektromagnetische Wellen über das Abstrahlelement zurück in den Wellenleiter einkoppeln könnten, deren Anteil in dem Behandlungsraum verschwindend gering ist. In bevorzugter Weise sollte daher das Abstrahlelement so ausgebildet sein, dass die von dem Abstrahlelement abgestrahlten elektromagnetischen Wellen einen hohen Anteil an zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen enthalten. Zielführend ist es, wenn überwiegend oder ausschließlich zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen von dem Abstrahlelement abgestrahlt werden. Einem Fachmann sind verschiedene konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten für ein Abstrahlelement bekannt, mit welchem zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden, insbesondere überwiegend oder ausschließlich zirkular polarisierte Wellen. Eine gegebenenfalls erforderliche Anpassung von bekannten Abstrahlelementen an die Eigenschaften von Mikrowellen mit einer Vakuumwellenlänge zwischen 35 cm und 1 mm sowie an möglichst hohe mit dem Abstrahlelement abgestrahlte Leistungen kann mit dem Fachwissen eines Fachmanns durchgeführt werden.
Die Verwendung eines geeignet ausgestalteten Abstrahlelements bietet darüber hinaus weitere Vorteile. Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Mikrowellenerzeugungseinrichtung aufweist, die über den Wellenleiter ohne eine zusätzliche Schutzeinrichtung mit dem Behandlungsraum verbunden ist, mit welcher die Mikrowellenerzeugungseinrichtung von Mikrowellen geschützt würde, die sich von dem Behandlungsraum über den Wellenleiter in Richtung der Mikrowellenerzeugungseinrichtung ausbreiten. Bei herkömmlich bekannten Zuführungen von Mikrowellen über einen Wellenleiter in den Behandlungsraum muss regelmäßig damit gerechnet werden, dass ein nicht unerheblicher Anteil der von der Mikrowellenerzeugungseinrichtung erzeugten Leistung nach der Zuführung in den Behandlungsraum wieder zurück in den Wellenleiter einkoppelt und zu der Mikrowellenerzeugungseinrichtung hin übertragen wird. Um eine Beschädigung der Mikrowellenerzeugungseinrichtung auszuschließen werden deshalb regel- mäßig Schutzeinrichtungen wie beispielsweise ein Isolator zwischen der Mikrowellenerzeugungseinrichtung und der Behandlungskammer angeordnet, mit denen eine unerwünschte Ausbreitung von Mikrowellen in Richtung der Mikrowellenerzeugungseinrichtung reduziert oder verhindert wird. Auf Grund des zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abstrahlenden Abstrahlelements wird ein Anteil der aus dem Behandlungsraum zurück in den Wellenleiter einkoppelfähigen elektromagnetischen Wellen in dem Behandlungsraum weitgehend auf einen nicht mehr relevanten Leistungsbereich reduziert, sodass die Verwendung von einer gesonderten Schutzeinrichtung zum Schutz der Mikrowellenerzeugungseinrichtung vor rückgekoppelten Mikrowellen nicht mehr erforderlich ist.
Dadurch können sowohl der erforderliche Bauraum als auch die Herstellungskosten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung erheblich reduziert werden.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist die Mikrowellenerzeugungseinrichtung derart ausgestaltet, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung eine Mikrowellenleistung von mehr als 250 Watt erzeugen kann. Es hat sich gezeigt, dass mit einem geeignet ausgestalteten Abstrahlelement ohne weiteres eine derart hohe Leistung der Behandlungskammer zugeführt werden kann. Um der Behandlungskammer eine hohe Gesamtleistung zuführen zu können sind dann nur eine Mikrowellenerzeugungseinrichtung mit einem Wellenleiter oder jedenfalls nur wenige Mikrowellenerzeugungseinrichtungen erforderlich, wodurch sich der benötigte Raumbedarf weiter im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen verringern lässt.
Optional ist vorgesehen, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung mindestens einen Festkörpermikrowellengenerator aufweist. Aus der Praxis sind bereits Festkörpermikrowellengeneratoren bekannt, die Mikrowellen mit einer für viele Anwendungsbereiche ausreichend hohen Leistung erzeugen und abgeben können. Ein Festkörpermikrowellengenerator bzw. ein Festkörper basiertes System zur Mikrowellenerzeugung benötigt im Vergleich zu einem Magnetron bzw. einem Magnetron basierten System zur Mikrowellenerzeugung weniger Bauraum, ist erheblich einfacher zu betreiben und lässt sich besser und über einen größeren Bereich an die für die Mikrowellenübertragung relevanten Eigenschaften einer Vorrichtung mit einem Behandlungsraum anpassen.
Im Hinblick auf eine einfache Anpassung der zugeführten Mikrowellen an den Behandlungsraum ist optional vorgesehen, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung dazu eingerichtet ist, dass die mit der Mikrowellenerzeugungseinrichtung erzeugten Mikrowellen hinsichtlich der Phase und/oder Frequenz der Mikrowellen gesteuert werden können. Festkörpermikrowellengeneratoren bieten bereits eine einfache Steuerung und Anpassung wesentlicher Eigenschaften wie beispielsweise der Frequenz oder der Phasenlage innerhalb eines vergleichsweise großen Bereichs, ohne dass zusätzliche Komponenten sind.
Um die Mikrowellen möglichst variabel anpassbar dem Behandlungsraum zuführen zu können ist optional vorgesehen, dass mehrere Wellenleiter im Abstand zueinander angeordnet in den Behandlungsraum münden. Auf diese Weise ist es möglich, unabhängig von der räumlichen Ausgestaltung des Behandlungsraums einen Produktbehandlungsbereich über mehrere Wellenleiter mit jeweils einem Abstrahlelement gezielt mit Mikrowellen zu bestrahlen. Der Produktbehandlungsbereich ist dabei ein Bereich innerhalb des Behandlungsraums, in welchem ein Produkt für die Durchführung einer Behandlung in dem Behandlungsraum angeordnet werden kann. Der Produktbehandlungsbereich kann durch ein Podest oder durch eine Abstellfläche innerhalb des Behandlungsraums vorgegeben werden. Der Produktbehandlungsraum kann auch über ein Förderband vorgegeben werden, mit welchem ein Produkt zur Behandlung in den Behandlungsraum hineingefördert und anschließend wieder herausgefördert werden kann. Da sich die aus den mehreren Wellenleitern abgestrahlten Mikrowellen nicht nennenswert gegenseitig beeinflussen, können die mehreren Wellenleiter so angeordnet werden, wie es im Hinblick auf die Bestrahlung des Pro- duktbehandlungsbereichs vorteilhaft erscheint, ohne dass auf andere Wellenleiter oder auf eine räumliche Vorgabe des Behandlungsraums Rücksicht genommen werden muss.
Der Produktbehandlungsbereich kann dabei beispielsweise möglichst homogen mit Mikrowellen aus den mehreren Wellenleitern bestrahlt werden. In diesem Fall können die mehreren Wellenleiter mit einer gemeinsam genutzten Mikrowellenerzeugungseinrichtung verbunden sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Produktbehandlungsbereich über mehrere Wellenleiter mit unterschiedlichen Mikrowellen oder unterschiedlichen Leistungen bestrahlt werden kann, sodass in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen innerhalb des Produktbehandlungsbereichs vorgenommen werden kann. Insbesondere in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn jeder Wellenleiter mit einer nur diesem Wellenleiter zugeordneten Mikrowellenerzeugungseinrichtung verbunden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Behandlungsraum von einer Umhüllung aus einem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist und/oder dass ein Produktbehandlungsbereich innerhalb des Behandlungsraums von der Mündung oder einem axialen Ende eines Wellenleiters innerhalb des Behandlungsraums oder von dem Abstrahlelement einen Abstand von weniger als drei Wellenlängen und vorzugsweise von weniger als einer Wellenlänge aufweist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein in dem Produktbehandlungsbereich angeordnetes Produkt unmittelbar von dem Abstrahlelement bestrahlt wird und unerwünschte Reflexionen oder Überlagerungen von Mikrowellen innerhalb des Behandlungsraums die Bestrahlung des Produkts nicht oder nur unwesentlich beeinflussen.
Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, dass der Wellenleiter optional ein Hohlleiter und vorzugsweise ein Koaxialleiter ist. Über Hohlleiter bzw. Koaxialleiter können Mikrowellen abgeschirmt von der Umgebung übertragen werden. Geeignete Hohlleiter sind aus der Praxis in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt und können in einfacher Weise beispielsweise an räumliche Vorgaben oder an eine geplante Nutzung und einen entsprechenden Betrieb der Vorrichtung angepasst werden.
Um eine möglichst effiziente und vorteilhafte Abstrahlung von Mikrowellen aus dem Wellenleiter in den Behandlungsraum zu ermöglichen ist einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge vorgesehen, dass das Abstrahlelement eine quer zu einer Längsrichtung des Wellenleiters ausgerichtete Abstrahlebene aufweist, in welcher ein elektrisch leitfähiges Abstrahlgebilde angeordnet ist. Die Abstrahlebene liegt vorzugsweise parallel und optional flächenbündig zu einem angrenzenden Bereich einer Umhüllung des Behandlungsraums. Die Abstrahlebene kann auch senkrecht zu einer bevorzugten Wellenausbreitungsrichtung der abgestrahlten Mikrowellen in Richtung des Produktbehandlungsraums ausgerichtet sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Abstrahlelement außermittig relativ zu einer Querschnittsfläche des Wellenleiters verbunden ist. Durch die außermittige und damit unsymmetrische Verbindung des Abstrahlelements mit dem Wellenleiter wird die Abstrahlung von zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen bewirkt beziehungsweise unterstützt und eine unerwünschte Rückkopplung von Mikrowellen aus dem Behandlungsraum zurück in den Wellenleiter unterdrückt. Die Abstrahlung einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle weist verschiedene Vorteile gegenüber der Abstrahlung einer nicht zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle auf. Die Strahlungscharakteristik eines außermittig angeordneten plattenförmigen Abstrahlelements unterscheidet sich von der Strahlungscharakteristik eines mittig mit dem Wellenleiter verbundenen Abstrahlelement. Die veränderte Strahlungscharakteristik des außermittig angeordneten Abstrahlelements kann in vorteilhafterweise für eine gerichtete Abstrahlung der Mikrowellenleistung innerhalb des Behandlungsraums genutzt werden. Es wird als eine weitere vorteilhafte Option angesehen, dass das Abstrahlelement einen plattenförmigen Abstrahlkörper mit einer quer zu der Längsrichtung des Wellenleiters ausgerichteten Oberfläche aufweist, deren Umfangsrand so vorgegeben ist, dass zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen, insbesondere überwiegend oder ausschließlich zirkular polarisierte Wellen, abgestrahlt werden. Aus der Praxis sind verschiedene vorteilhafte Formgebungen von üblicherweise auf einer Leiterplatte angeordneten Patch-Antennenelementen bekannt, mit denen die Eigenschaften der über dieses Patch-Antennenelement abgestrahlten elektromagnetischen Wellen beeinflusst und vorgegeben werden können. In vielen Fällen können diesbezügliche Erkenntnisse, die bei derartigen Patch-Antennenelementen gewonnen wurden, dazu verwendet werden, den Umfangsrand eines plattenförmigen Abstrahlelements in analoger Weise so vorzugeben, dass eine gewünschte Abstrahlcharakteristik bewirkt wird und insbesondere, dass überwiegend oder nahezu ausschließlich zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen von dem plattenförmigen Abstrahlelement abgestrahlt werden.
Es kann optional ebenso vorgesehen sein, dass das Abstrahlgebilde einen plattenförmigen Abstrahlkörper mit einer beabstandet von einem Umfangsrand angeordneten Ausnehmung aufweist, wobei in die Ausnehmung eine Abstrahlantenne ragt und ein Ausnehmungsumfangsrand so ausgebildet ist, dass zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen, insbesondere überwiegend oder ausschließlich zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen, abgestrahlt werden.
Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass das Abstrahlelement in ein dielektrisches Material wie beispielsweise in ein Kunststoffmaterial, in Glas oder in Keramik eingebettet ist, um die Wellenlänge der sich von dem Wellenleiter zu dem Abstrahlelement ausbreitenden elektromagnetischen Wellen zu reduzieren. Auf diese Weise ist es möglich, dass der für die Anordnung und für die Funktionsweise des Abstrahlelements notwendige Bauraum reduziert werden kann. Zudem kann insbesondere bei hohen Mikrowellen- leistungen, die von dem Wellenleiter über das Abstrahlelement abgestrahlt und dem Behandlungsraum zugeführt werden, ein elektrischer Kurzschluss sowie ein elektrischer Überschlag bzw. eine unerwünschte Ionisierung und eine dadurch verursachte Beschädigung des Abstrahlelements oder des daran angrenzenden Bereichs des Wellenleiters trotz des geringen Bauraums vermieden werden. Geeignete dielektrische Materialien, die sich durch das Kunststoffmaterial ausbreitende elektromagnetische Wellen nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil absorbieren und gleichzeitig die Wellenlänge der sich durch das dielektrische Material ausbreitenden elektromagnetischen Wellen deutlich reduzieren, sind aus der Praxis bekannt.
Bei der Verwendung eines Koaxial leiters als Wellenleiter kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Abstrahlelement zum Abstrahlen der durch den Koaxialleiter zugeführten Mikrowellen in den Behandlungsraum hinein an einem dem Behandlungsraum zugewandten Ende des Koaxial leiters angeordnet ist, wobei das Abstrahlelement einen plattenförmigen Abstrahlkörper aufweist, welcher elektrisch leitend mit dem Innenleiter verbunden ist, nicht elektrisch leitend mit dem Außenleiter verbunden ist, und der vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Koaxialleiters ausgerichtet ist, sodass über den Koaxialleiter zugeführte elektromagnetische Wellen von dem plattenförmigen Abstrahlkörper in den Behandlungsraum abgestrahlt werden. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger plattenförmiger Abstrahlkörper in vorteilhafter Weise dazu geeignet ist, eine hohe Mikrowellenleistung abzustrahlen und dadurch dem Behandlungsraum zuzuführen. Der plattenförmige Abstrahlkörper ist dabei zweckmäßigerweise an die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung vorgesehene maximale Mikrowellenleistung angepasst, die über den Koaxialleiter dem Behandlungsraum zugeführt werden soll. Die Abmessungen einer Oberfläche des plattenförmigen Abstrahlkörpers sind dabei in bekannter und vorteilhafter Weise an die Wellenlänge der Mikrowellen angepasst. Eine Dicke des plattenförmigen Abstrahlkörpers ist in Abhängigkeit von dem verwendeten Material des plattenförmigen Abstrahlkörpers so vorgegeben, dass der plattenförmige Abstrahlkör- per der zugeführten Mikrowellenleistung standhalten kann und während des Betriebs nicht übermäßig erhitzt oder beschädigt wird. Der plattenförmige Abstrahlkörper kann beispielsweise aus Metall hergestellt sein und eine Dicke von einigen Millimetern aufweisen. Mit einem derartigen plattenförmigen Abstrahlelement können Mikrowellenleistungen von mehr als 250 Watt dem Behandlungsraum zugeführt werden. Bei einer geeigneten Ausgestaltung des Koaxialleiters und des an dessen Ende angeordneten plattenförmigen Abstrahlelements können auch Mikrowellenleistungen von mehr als 500 Watt, 750 Watt oder mehr als 1 .000 Watt über ein einziges Abstrahlelement und gegebenenfalls über einen einzigen plattenförmigen Abstrahlkörper in den Behandlungsraum abgestrahlt werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass über einen einzelnen Koaxialleiter eine hohe Mikrowellenleistung dem Behandlungsraum zugeführt werden kann.
Insbesondere bei der Verwendung eines Koaxialleiters ist es im Hinblick auf einen geringen erforderlichen Bauraum zweckmäßig, dass das dielektrische Material zwischen einer Stirnseite eines Außenleiters des Koaxial leiters und dem Abstrahlelement angeordnet ist, welches in einem Abstand zu dieser Stirnseite des Außenleiters angeordnet ist und nicht elektrisch leitend mit dem Außenleiter verbunden ist. Das dielektrische Material kann auch um das Abstrahlelement herum und dieses weitgehend oder allseitig umhüllend angeordnet sein und im Bereich der Einstrahlöffnung eines als Koaxialleiter ausgeformten Wellenleiters befinden, sodass das Abstrahlelement nicht elektrisch leitend mit dem Koaxialleiter verbunden ist oder zumindest nicht direkt mit einem Außenleiter des Koaxialleiters, sondern beispielsweise nur über einen Innenleiter mit einem Koaxialleiter verbunden ist. Das dielektrische Material kann sich von einem Umfangsrand des plattenförmigen Abstrahlelements hin zum Außenleiter des Koaxialleiters erstrecken und so eine elektrische Isolierung zwischen dem Abstrahlelement und dem Außenleiter, bzw. einem umgebenden Gehäusebereich bilden. Auch bei der Verwendung eines Hohlleiters ist es vorteilhaft, dass das Abstrahlelement nicht elektrisch leitend mit dem Hohlleiter verbunden ist und zudem gegebenenfalls mit dem dielektrischen Material von der Umgebung zusätzlich abgeschirmt ist. Es ist ebenfalls möglich, dass das dielektrische Material auch eine dünne Beschichtung der dem Behandlungsraum zugewandten Oberfläche des Abstrahlelements bildet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dünne Luftspalte in der unmittelbaren Umgebung des Abstrahlelements und insbesondere in der Umgebung des plattenförmigen Abstrahlkörpers zu vermeiden und nach Möglichkeit mit dem dielektrischen Material auszufüllen, um insbesondere bei hohen Mikrowellenleistungen, die über das plattenförmige Abstrahlelement abgestrahlt werden sollen, eine ausreichende elektrische Isolierung mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit zu bewirken.
In vielen Anwendungsbereichen ist es vorteilhaft oder notwendig, dass mit der dem Behandlungsraum zugeführten Mikrowellenleistung ein Plasma in dem Behandlungsraum erzeugt wird, welches für die Behandlung von Objekten verwendet werden kann. Um möglichst effizient ein Plasma erzeugen und in dem Behandlungsraum für die vorgesehene Behandlung verwenden zu können ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass der Behandlungsraum von einer Umhüllung aus einem elektrisch leitfähigem Material umgeben ist, dass die Umhüllung eine Einstrahlöffnung aufweist, an welcher oder in welcher der Wellenleiter endet oder mündet und an oder in welcher das Abstrahlelement angeordnet und nicht elektrisch leitend mit der Umhüllung verbunden ist, und/oder dass zwischen dem Abstrahlelement und dem Behandlungsraum eine Abdeckung aus einem mikrowellentransparenten dielektrischen Festkörpermaterial angeordnet ist. Durch die Abdeckung des Abstrahlelements wird verhindert, dass ein in dem Behandlungsraum erzeugtes Plasma mit dem Abstrahlelement in Kontakt kommen kann und dadurch das Abstrahlelement beschädigt werden könnte. Die Abdeckung aus dem mikrowellentransparenten dielektrischen Festkörpermaterial erstreckt sich zweckmäßigerweise auch über die gesamte Einstrahlöffnung und über angrenzende Bereiche der Umhüllung, sodass ein Plasma, welches durch die Einstrahlung der von dem Abstrahlelement durch die Einstrahlöffnung eingestrahlten Mikrowellen in der Umgebung der Einstrahlöffnung erzeugt wird, nicht sofort mit der angren- zenden Umhüllung in Kontakt kommen kann und der lonisierungsgrad des erzeugten Plasmas nicht übermäßig rasch durch eine Rekombination der Elektronen und Ionen des Plasmas mit der elektrisch leitenden Umhüllung reduziert wird.
Es kann zweckmäßig sein, dass die Abdeckung aus dem mikrowellentransparenten dielektrischen Festkörpermaterial die Umhüllung vollständig bedeckt und dadurch in allen Bereichen von dem Plasma in dem Behandlungsraum abschirmt.
Aus der Praxis sind zahlreiche für Mikrowellenanwendungen geeignete dielektrische Festkörpermaterialien wie beispielsweise Kunststoffe oder Keramiken bekannt. Als mikrowellentransparentes dielektrisches Festkörpermaterial sind insbesondere auch Quarzglas oder Aluminiumoxid oder Saphir geeignet, welche der bei einem Plasma oftmals unvermeidbaren hohen thermischen Belastung besonders gut standhalten können. Gegebenenfalls kann eine gesonderte Kühlung der Abdeckung vorgesehen sein.
Eine Abdeckung der Einstrahlöffnung oder der gesamten Umhüllung kann auch für diejenigen Anwendungsfälle zweckmäßig und vorteilhaft sein, bei denen kein Plasma in dem Behandlungsraum erzeugt wird. In diesen Fällen kann die Abdeckung auch aus einem geeigneten dielektrischen Material hergestellt sein, welches weniger temperaturbeständig als Quarzglas ist. Die Abdeckung kann beispielsweise eine oftmals in zeitlichen Abständen erforderliche Reinigung des Behandlungsraums erleichtern oder die Umhüllung gegenüber dem Behandlungsraum abschirmen und vor einer Beeinträchtigung oder Beschädigung bewahren, die beispielsweise durch Nebenprodukte oder Begleiterscheinungen bei der Behandlung der Objekte verursacht werden könnte. Für viele Anwendungsbereiche ist ein zylinderförmig ausgestalteter Behandlungsraum vorteilhaft. Die Abdeckung kann dann beispielsweise eine Röhre aus Quarzglas sein, die in den zylinderförmigen Behandlungsraum eingepasst ist.
Im Hinblick auf eine möglichst effiziente und gezielte Abstrahlung der Mikrowellen in den Behandlungsraum hinein kann einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zu Folge vorgesehen sein, dass die Abdeckung im Bereich der Einstrahlöffnung eine gekrümmte äußere Mantelfläche aufweist, und/oder dass das Abstrahlelement eine an die gekrümmte äußere Mantelfläche angepasste Formgebung aufweist. Durch die gekrümmte bzw. an die äußere Mantelfläche der Abdeckung angepasste Formgebung des Abstrahlelements kann erreicht werden, dass das Abstrahlelement mit seiner dem Behandlungsraum zugewandten Oberfläche spaltfrei an der Abdeckung im Bereich der Einstrahlöffnung anliegt. Unerwünschte Luftspalte, welche eine Ionisierung von Luft oder Gas oder einen elektrischen Überschlag in der Umgebung des plattenförmigen Abstrahlelements ermöglichen könnten und insbesondere bei hohen Mikrowellenleistungen zu einer unerwünschten Beeinträchtigung oder Beschädigung des Abstrahlelements oder dessen Umgebung führen könnten, werden dadurch vermieden. Durch eine gekrümmte Formgebung der Oberfläche des Abstrahlelements kann zudem eine vorteilhafte Strahlungscharakteristik und gegebenenfalls eine Fokussierung der von dem Abstrahlelement abgestrahlten Mikrowellen in dem Behandlungsraum vorgegeben werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass zwei oder mehr Abstrahlelemente beabstandet zueinander an dem Behandlungsraum angeordnet sind. Die erfindungsgemäß ausgestalteten Abstrahlelemente ermöglichen die Einkopplung einer hohen Mikrowellenleistung in den Behandlungsraum. Würden ohne ein erfindungsgemäßes Abstrahlelement angebundene Wellenleiter oder beispielsweise Wellenleiter mit herkömmlichen Abstrahlelementen ohne zirkular polarisierende Abstrahlcharakteristik für die Abstrahlung der Mikrowellen in den Behandlungsraum verwendet werden, so könnte nicht ohne Weiteres ausgeschlossen werden, dass in dem Behandlungsraum reflektierte oder von einem anderen Abstrahlelement abgestrahlte Mikrowellen mit dem betreffenden Abstrahlelement rückkoppeln und zurück in den Wellenleiter übertragen werden, in welchem sie sich von dem Behandlungsraum weg ausbreiten könnten und an einem dem Behandlungsraum entgegengesetzten Ende des Wellenleiters austreten oder dort angeordnete elektrische oder elektronische Komponenten beschädigen können. Durch die Verwendung der erfindungsgemäß ausgestalteten Abstrahlelemente wird die unerwünschte Rückkopplung von Mikrowellen aus dem Behandlungsraum zurück in den Koaxialleiter reduziert und gegebenenfalls weitestgehend verhindert. Es können deshalb zwei oder mehr Abstrahlelemente beabstandet zueinander an dem Behandlungsraum angeordnet sein und gleichzeitig zur Einspeisung von Mikrowellen in den Behandlungsraum verwendet werden.
Insbesondere bei einer außermittigen Anordnung der Abstrahlelemente relativ zu dem jeweils zuführenden Wellenleiter kann vorgesehen sein, dass zwei Abstrahlelemente auf einander gegenüberliegenden Seiten an dem Behandlungsraum angeordnet sind. Durch die Abstrahlung von zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen, insbesondere von überwiegend oder ausschließlich zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen, kann der Anteil von elektromagnetischen Wellen in dem Behandlungsraum, die über ein Abstrahlelement aufgenommen und in den daran angeschlossenen Wellenleiter zurück übertragen werden können, so weit reduziert werden, dass die Rückkopplung der elektromagnetischen Wellen aus dem Behandlungsraum in die angeschlossenen Koaxialleiter vernachlässigt werden kann und keine zusätzlichen Abschirmvorrichtungen oder Schutzmaßnahmen erforderlich sind.
Es kann zweckmäßig sein, dass jedes Abstrahlelement individuell angesteuert und unabhängig von anderen Antennenelementen für die Einspeisung von Mikrowellen in den Behandlungsraum verwendet werden kann. Eine Intensität und Feldverteilung der in den Behandlungsraum eingestrahlten Mikrowellen kann dann individuell und sehr variabel vorgegeben werden. Durch die Anordnung von mindestens zwei Abstrahlelementen auf derselben Seite des Behandlungsraums kann die von dieser Seite des Behandlungsraums bewirkte Einstrahlung der Mikrowellen und die von dieser Seite des Behandlungsraums aus erzeugte Intensität und Feldverteilung innerhalb des Behandlungsraums in einfacher Weise sehr vielfältig variiert und vorgegeben werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mikrowellenerzeugungseinrichtung, mit einem Behandlungsraum und mit einem Wellenleiter, der mit der Mikrowellenerzeugungseinrichtung verbunden ist und über ein Abstrahlelement in den Behandlungsraum mündet,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer abweichend ausgestalteten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum, wobei der Wellenleiter als Koaxialleiter ausgebildet ist,
Figur 3 eine perspektivische Schnittansicht eines Koaxial leiters mit einem damit verbundenen Abstrahlelement mit einem plattenförmigen Abstrahlkörper,
Figur 4 eine Draufsicht auf einen plattenförmigen Abstrahlkörper,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Teilbereichs eines Behandlungsraums, an welchem ein erfindungsgemäßes Antennenelement angeordnet ist, das über ein Koaxialleiter mit einer Mikrowellenerzeugungseinrichtung verbunden ist, Figur 6 eine perspektivische Schnittansicht einer abweichend ausgestalteten Vorrichtung,
Figur ? eine Darstellung eines abweichend ausgestalteten Abstrahlelements,
Figur 8 eine weitere Darstellung eines wiederum abweichend ausgestalteten Abstrahlelements, und
Figur 9 eine weitere Darstellung eines wiederum abweichend ausgestalteten Abstrahlelements.
In Figur 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Behandlung von Produkten in einem Behandlungsraum 2 dargestellt. Der Behandlungsraum 2 ist zylinderförmig ausgebildet und von einer Umhüllung 3 aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Metall, umgeben. Die Vorrichtung weist einen Wellenleiter 4 auf, der an einem Ende 5 mit einer Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 verbunden ist, und dessen anderes gegenüberliegendes Ende 7 in den Behandlungsraum 2 mündet bzw. in diesem endet. An dem in den Behandlungsraum 2 mündenden Ende 7 des Wellenleiters 4 ist ein Abstrahlelement 8 angeordnet und mit dem Wellenleiter 4 verbunden bzw. gekoppelt. Das Abstrahlelement 8 ist so ausgebildet, dass es - bevorzugt überwiegend oder ausschließlich - zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen in den Behandlungsraum 2 abstrahlt. Eine unerwünschte Rückkopplung von Mikrowellen aus dem Behandlungsraum 2 zurück in den Wellenleiter 4, die dann zu der Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 hin weitergeleitet werden könnten und diese beschädigen könnten, wird durch die Ausgestaltung des Abstrahlelements 8 weitgehend reduziert. Es ist deshalb nicht erforderlich, dass zwischen dem Behandlungsraum 2 und der Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 eine Schutzeinrichtung angeordnet wird, mit welcher solche rückgekoppelten und sich in Richtung der Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 ausbreitende Mikrowellen unterdrückt oder von der Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 ferngehalten werden.
In Figur 2 ist schematisch eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung 1 zum Zuführen von Mikrowellen in den Behandlungsraum 2 dargestellt. Die jeweiligen Formgebungen und Abmessungen dienen wie in allen Figuren lediglich der Veranschaulichung und sind insbesondere nicht maßstäblich dargestellt. Eine Innenseite 9 der Umhüllung 3 ist vollständig von einer Abdeckung 10 aus einem mikrowellentransparenten dielektrischen Festkörpermaterial abgedeckt. Die Abdeckung 10 kann beispielsweise ein Rohr aus Quarzglas sein. In der Umhüllung 3 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten zwei Einstrahlöffnungen 11 ausgebildet.
In jede Einstrahlöffnung 11 mündet ein als Koaxialleiter ausgebildeter Wellenleiter 4, über den Mikrowellen dem Behandlungsraum 2 zugeführt werden können.
Ein in den Behandlungsraum 2 ragendes/mündendes Ende 12 eines elektrisch leitenden Außenleiters 13 des Wellenleiters 4 ist elektrisch leitend mit der Umhüllung 3 verbunden. Ein elektrisch leitender Innenleiter 14 des Wellenleiters 4 ist bis an die Abdeckung 10 herangeführt und mündet in das Abstrahlelement 8 bzw. ist mit diesem verbunden. In dem Behandlungsraum 2 befindet sich ein mit einer lang gestrichelten Linie dargestellter und umrandeter Produktbehandlungsbereich 15, der einen vergleichsweise geringen Abstand von weniger als einer Wellenlänge der eingestrahlten Mikrowellen zu den jeweiligen Abstrahlelementen 8 aufweist.
Das in Figur 3 in einer Detailansicht vergrößert dargestellte Abstrahlelement 8 weist einen plattenförmigen Abstrahlkörper 16 auf, der quer zu einer Längsrichtung des Wellenleiters 4 im Mündungsbereich der Einstrahlöffnung 11 oder einem Übergangsbereich von der Einstrahlöffnung 11 zum Behandlungsraum 2 angeordnet ist. Der plattenförmige Abstrahlkörper 16 weist eine dem Behänd- lungsraum 2 zugewandte Oberfläche 17 auf. Der plattenförmige Abstrahlkörper 16 ist elektrisch leitend mit dem Innenleiter 14 verbunden, aber nicht elektrisch leitend mit dem Außenleiter 13. Über den Wellenleiter 4 können während eines Betriebs der Vorrichtung 1 Mikrowellen dem Behandlungsraum 2 zugeführt werden, die über das Abstrahlelement 8 durch die Abdeckung 10 hindurch in den Behandlungsraum 2 eingestrahlt werden. Das an einem dem Behandlungsraum 2 zugewandten Ende 12 des Wellenleiters 4 angeordnete Abstrahlelement 8 mit dem plattenförmigen Abstrahlkörper 16 bewirkt die Abstrahlung von zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen.
Das in Figur 3 in einer Detailansicht gezeigte Abstrahlelement 8 ist in einem umgebenden Gehäuse in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht vergrößert dargestellt. Der plattenförmige Abstrahlkörper 16 ist von einem topfförmig ausgestalteten Abstrahlelementgehäuse 18 umgeben, welches zur Kontaktierung mit der Umhüllung 3 und zur Abschirmung der Umgebung aus einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Metall hergestellt ist. Der Außenleiter 13 des als Koaxialleiter ausgebildeten Wellenleiters 4 mündet in das Abstrahlelementgehäuse 18, welches über einen Befestigungsflansch 19 elektrisch leitend mit der Umhüllung 3 verbunden werden kann. Der plattenförmige Abstrahlkörper 16 ist beabstandet zu einer Rückseite 20 des topfförmigen Abstrahlelementgehäuses 18 angeordnet. Zwischen der Rückseite 20 des Abstrahlelementgehäuses 18 und einer von dem Behandlungsraum 2 abgewandten Oberfläche 21 des Abstrahlkörpers 16 ist ein Abstand ausgebildet. Ein Innenraum 22 des topfförmigen Abstrahlelementgehäuses 18 ist mit einem in Figur 3 nicht dargestellten dielektrischen Festkörpermaterial wie beispielsweise Kunststoff oder Keramik aufgefüllt.
Die dem Behandlungsraum 2 zugewandte Oberfläche 17 des plattenförmigen Abstrahlkörpers 16 weist einen auch in Figur 3 gezeigten überwiegend rechteckig verlaufenden Umfangsrand 23 auf, der an zwei gegenüberliegenden Ecken einen diagonal verlaufenden Abschnitt 24 aufweist. Der plattenförmige Abstrahlkörper 16 ist außermittig relativ zu dem Wellenleiter 4 angeordnet und außermittig mit dem Innenleiter 14 des Wellenleiters 4 verbunden. Auf diese Weise wird erreicht, dass hier überwiegend bis nahezu ausschließlich zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen von dem plattenförmigen Abstrahlkörper 16 in den Behandlungsraum 2 abgestrahlt werden. Von elektromagnetischen Wellen, die aus dem Behandlungsraum kommend auf das Abstrahlelement 8 mit dem plattenförmigen Abstrahlkörper 16 auftreffen, kann nur ein entsprechend gegenläufig zirkular polarisierter Anteil über das Abstrahlelement 8 in den Wellenleiter 4 einkoppeln und sich anschließend in dem Wellenleiter 4 von dem Behandlungsraum 2 weg ausbreiten. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Rückkopplung von dem Behandlungsraum 2 zugeführten Mikrowellen aus dem Behandlungsraum 2 heraus und zurück in den Wellenleiter 4 weitestgehend unterdrückt.
In Figur 4 ist lediglich beispielhaft eine Draufsicht auf ein identisch ausgestaltetes Abstrahlelement 8 mit einem rechteckigen topfförmigen Abstrahlelementgehäuse 18 dargestellt. In dieser Draufsicht ist zur Verdeutlichung der von dem plattenförmigen Abstrahlkörper 16 verdeckte Wellenleiter 4 mit dem Außenleiter 13 und dem Innenleiter 14 gestrichelt dargestellt. Die außermittige Anordnung des plattenförmigen Abstrahlkörpers 16 relativ zu dem als Koaxialleiter ausgebildeten Wellenleiter 4 ist deutlich erkennbar.
In Figur 5 ist lediglich zur Veranschaulichung ein Bereich des Behandlungsraums 2 mit einer Einstrahlöffnung 11 , einem darin angeordneten Abstrahlelement 8 und einem in das Abstrahlelement 8 mündenden und als Koaxialleiter ausgebildeten Wellenleiter 4 dargestellt, wobei ein von dem Behandlungsraum 2 abgewandtes Ende des Wellenleiters 4 unmittelbar mit der Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 verbunden ist. Die Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 weist einen Festkörpermikrowellengenerator auf und ist dazu geeignet und ausgelegt, in einem dauerhaften Betrieb eine Mikrowellenleistung von mehr als 1.000 Watt zu erzeugen, die über den Wellenleiter 4 dem Behandlungsraum 2 zugeführt werden kann und von dem Abstrahlelement 8 in den Behandlungsraum 2 eingestrahlt wird. Durch den Verzicht auf zusätzliche Schutzeinrichtungen für die Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 vor rückgekoppelten und sich über den Wellenleiter 4 von dem Behandlungsraum 2 in Richtung der Mikrowellenerzeugungseinrichtung 6 ausbreitenden Mikrowellen ist eine sehr raumsparende und effiziente Zuführung von Mikrowellen zu dem Behandlungsraum 2 möglich.
In Figur 6 ist zur Veranschaulichung in einer perspektivischen geschnittenen Ansicht eine weitere erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung 1 zum Zuführen von Mikrowellen in den Behandlungsraum 2 mit nur einem Bereich des Behandlungsraumes 2 dargestellt. Im Unterschied zu der in Figur 5 dargestellten Ausgestaltung ist der Wellenleiter 4 zum Zuführen von Mikrowellen als rechteckförmiger Hohlleiter 25 ausgeführt. Der aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende Hohlleiter 25 ist elektrisch leitend mit der Umhüllung 3 des Behandlungsraumes 2 verbunden. Der plattenförmige Abstrahlkörper 16 des Abstrahlelements 8 ist im Unterschied zu Figur 1 mit einem Übergangselement 26 verbunden, welches in einem Mündungsbereich in dem Hohlleiter 25 angeordnet ist. Das Übergangselement 26 unterstützt und begünstigt in vorteilhafter Weise den Übergang der Mikrowellen aus dem Hohlleiter 25 über das Abstrahlelement 8 in den Behandlungsraum 2.
Der Abstrahlkörper 16, der in einem Abstand zur Abdeckung 10 angeordnet ist, kann ein einem Bereich 27 bei der Einstrahlöffnung 11 von einem dielektrischen Material umgeben sein, welches von dem Hohlleiter 25, der Abdeckung 10 und der Umhüllung 3 in Position gehalten wird.
In den Figuren 7 bis 9 sind beispielhaft verschiedene Ausgestaltungen von Abstrahlelementen 8 gezeigt, die jeweils für die Abstrahlung von zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen vorgesehen und ausgelegt sind. Im Unterschied zu den vorangehend gezeigten Abstrahlelementen 8 weisen die in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Abstrahlelemente 8 jeweils elektrisch leitende planare Abstrahlgebilde 28 auf, die beispielsweise auf einer Leiterplatte 29 oder auf einer Trägerplatte aus einem geeigneten dielektrischen Material aufgebracht sind. Die beiden in den Figuren 7 und 8 gezeigten Abstrahlelemente 8 weisen einen elektrisch leitfähigen Rahmen 30 mit einer Ausnehmung 31 auf, in der eine Abstrahlantenne 32 angeordnet ist, die in geeigneter Weise mit dem Wellenleiter 4 verbunden ist. Das in Figur 9 gezeigte Ausführungsbeispiel weist ausgehend von einer mittig angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktierung 33 mit dem Wellenleiter 4 zwei spiralförmig radial nach außen abstehende Abstrahlarme 34 auf.
Die in den Figuren 7 bis 9 exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele für planare Abstrahlelemente 8 eignen sich insbesondere für eine Kombination mit ebenfalls planar ausgebildeten Wellenleitern 4. Derartige Abstrahlelemente 8 können mit einer geeigneten Anpassung und Dimensionieren aber auch mit als Hohlleiter oder Koaxialleiter ausgebildeten Wellenleitern 4 kombiniert werden, wobei ein geeigneter Übergang für die Mikrowellen aus dem Hohlleiter in die planaren Gebilde 28 zweckdienlich ist.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zum Zuführen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum (2), wobei die Vorrichtung (1) einen Behandlungsraum (2) und mindestens einen Wellenleiter (4) zum Zuführen der Mikrowellen zu dem Behandlungsraum (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (4) an einem Ende mit einem Abstrahlelement (8) verbunden ist oder in ein Abstrahlelement (8) mündet, wobei das Abstrahlelement (8) derart ausgestaltet ist, dass von dem Wellenleiter (4) über das Abstrahlelement (8) zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen in den Behandlungsraum (2) abgestrahlt werden.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) aufweist, die über den Wellenleiter (4) ohne eine zusätzliche Schutzeinrichtung mit dem Behandlungsraum (2) verbunden ist, mit welcher die Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) vor Mikrowellen geschützt würde, die sich von dem Behandlungsraum (2) über den Wellenleiter (4) in Richtung der Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) ausbreiten.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) eine Mikrowellenleistung von mehr als 250 Watt und vorzugsweise von mehr als 500 Watt, 30 mehr als 750 Watt oder mehr als 1 .000 Watt erzeugen kann.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) mindestens einen Festkörpermikrowellengenerator aufweist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) dazu eingerichtet ist, dass die mit der Mikrowellenerzeugungseinrichtung (6) erzeugten Mikrowellen hinsichtlich der Phase und/oder Frequenz der Mikrowellen gesteuert werden können.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wellenleiter (4) im Abstand zueinander angeordnet in den Behandlungsraum (2) münden.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum (2) von einer Umhüllung (3) aus einem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist, und/oder dass ein Produktbehandlungsbereich (15) innerhalb des Behandlungsraums (2) von der Mündung oder einem axialen Ende eines Wellenleiters oder von dem Abstrahlelement (8) einen Abstand von weniger als drei Wellenlängen und vorzugsweise von weniger als einer Wellenlänge aufweist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (4) ein Hohlleiter (25) oder ein Koaxialleiter ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstrahlelement (8) eine vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Wellenleiters (4) ausgerichtete Abstrahlebene aufweist, in welcher ein elektrisch leitfähiges Abstrahlgebilde angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstrahlelement (8) außermittig relativ zu einer Querschnittsfläche des Wellenleiters (4) angeordnet ist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstrahlelement (8) einen plattenförmigen Abstrahlkörper (16) mit einer vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Wellenleiters (4) ausgerichteten Oberfläche (17) aufweist, deren Umfangsrand (23) so vorgegeben ist, dass zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstrahlelement (8) ein planares Abstrahlgebilde (28) mit einer beabstandet von einem Umfangsrand angeordneten Ausnehmung (31) aufweist, wobei in die Ausnehmung (31) eine Abstrahlantenne (32) ragt und ein Ausnehmungsumfangsrand so ausgebildet ist, dass zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstrahlelement (8) in ein dielektrisches Festkörpermaterial eingebettet ist.
14. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum (2) von einer Umhüllung (3) aus einem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist, dass die Umhüllung (3) eine Einstrahlöffnung (11) aufweist, an welcher oder in welcher der Wellenleiter (4) endet oder mündet und an oder in welcher das Abstrahlelement (8) angeordnet und nicht elektrisch leitend mit der Umhüllung (3) verbunden ist.
15. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abstrahlelement (8) und dem Behandlungsraum (2) eine Abdeckung (10) aus einem mikrowellentransparenten dielektrischen Festkörpermaterial angeordnet ist.
16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (10) im Bereich der Einstrahlöffnung (11) eine gekrümmte äußere Mantelfläche aufweist, und/oder dass das Abstrahlelement (8) eine an die gekrümmte äußere Mantelfläche angepasste Formgebung aufweist.
17. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Abstrahlelemente (8) beabstandet zueinander an dem Behandlungsraum (2) angeordnet sind.
18. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Abstrahlelemente (8) auf einander gegenüberliegenden Seiten an dem Behandlungsraum (2) angeordnet sind.
19. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Abstrahlelemente (8) beabstandet zueinander auf derselben Seite an dem Behandlungsraum (2) angeordnet sind.
20. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (4) ein Übergangselement (26) im Bereich der Einstrahlöffnung (11) aufweist, wobei das Übergangselement (26) so angeordnet und ausgebildet ist, dass das Übergangselement (26) eine Einkopplung der elektromagnetischen Wellen aus dem Wellenleiter (4) in das Abstrahlelement (15) begünstigt.
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