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WO2002009134A2 - Method and device for generating electromagnetic fields having high field intensity and field homogeneity - Google Patents

Method and device for generating electromagnetic fields having high field intensity and field homogeneity Download PDF

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WO2002009134A2
WO2002009134A2 PCT/DE2001/002808 DE0102808W WO0209134A2 WO 2002009134 A2 WO2002009134 A2 WO 2002009134A2 DE 0102808 W DE0102808 W DE 0102808W WO 0209134 A2 WO0209134 A2 WO 0209134A2
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waveguide structure
electromagnetic waves
feed point
point
fed
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Udo Krohmann
Torsten Neumann
Bernd Neumann
Georg Böck
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Knn Systemtechnik Gmbh
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    • 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
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/701—Feed lines using microwave applicators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/705—Feed lines using microwave tuning

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity by means of waves advancing in one direction in areas of any size in which objects as well as solid, liquid and gaseous substances or substance mixtures (hereinafter called substances) in a ring-shaped closed waveguide waveguide structure for the purpose of changing its properties, nature, geometry, structure and composition under atmospheric or non-atmospheric conditions such as.
  • substances substance mixtures
  • Example overpressure, vacuum and gas composition can be treated, as well as for the purpose of energy storage and extraction.
  • Microwaves are used in many areas. For example, in radio and television, in radar technology, in meteorology, in news transmission via satellites, in so-called radio relay, in material testing and for heating food.
  • the microwave treatment of materials of a non-polar character is also known.
  • a very high electrical field strength is required, which can either be achieved with a correspondingly high generator output or by using a resonator which, depending on the material to be treated, must be calculated and designed so that an area of high field strength is created.
  • Both methods are very complex and usually only create small areas of high field strength or areas with high field strength inhomogeneities. Energy that is not converted in the material to be treated is reflected and extracted from the process by suitable means (circulator) and thus represents a loss.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity in arbitrarily large areas for low-loss and uniform treatment of substances and objects and / or low-loss energy storage and removal ,
  • This problem is solved by a method in which electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity are generated in the following manner by waves advancing in one direction within a wave-guiding ring-shaped closed waveguide structure: 1) The electromagnetic waves become a wave-guiding ring-shaped closed waveguide structure in a preferred direction fed. 2) The feeding of the feeding electromagnetic waves takes place at two points of the waveguide structure, in which the electromagnetic waves are divided up in such a way that the The share for the first feed point, viewed in the preferred direction, is smaller than the share for the second feed point.
  • the electromagnetic waves that have passed through the waveguide structure in the preferred direction are divided at the first feed point in such a way that the fraction for the splitting point is smaller than the fraction for the second feed point.
  • the share for the second feed point is divided at the second feed point in such a way that the share that runs in the direction of the split point is equal to the share that is fed from the first feed point to the split point and these two equally large shares with one Phase difference of 180 ° meet at the splitting point, so that a spreading of these parts at the splitting point is not possible and spreading in the waveguide structure is only forced in the preferred direction.
  • At least a portion of the progressive electromagnetic waves running in the waveguide structure is fed to the first feed point with each revolution.
  • substances and objects are introduced and exported into the waveguide structure, the substances and objects being treated under atmospheric or non-atmospheric conditions.
  • the method also includes the removal of electromagnetic waves from the waveguide structure in order in this way to treat substances and objects that are located outside the waveguide structure with electromagnetic fields of high field strength.
  • the device for performing the method is specified in claim 5.
  • Fig. 2 shows a ring resonator with feedback of the reflected energy.
  • the ring resonator 1 shows the basic structure of the device.
  • the ring resonator 1 consists of a wave-guiding ring-shaped waveguide structure 2, directional coupler 5, treatment chamber 6 and phase shifter 7.
  • the treatment chamber ⁇ is arranged in the area outside the directional coupler 5.
  • the electromagnetic waves S fed into the ring resonator 1 by the generator 3 via the circulator 4 are largely forwarded via the directional coupler 5 only in one direction (preferred direction V), counterclockwise in FIG. 1. In this way, the ring resonator 1 does not remain converted energy after each revolution, due to the directivity of the directional coupler 5, in the ring resonator 1 and thus contributes to the in-phase amplification of the electric field.
  • the directional coupler 5 consists of a waveguide waveguide structure with the splitting point A, the first feed point B and the second feed point C (points A, B and C), the lengths and the wave resistances of the waveguide sections between the points A, B and C, are dimensioned as a function of the working frequency used so that the required division and phase relationship of the electromagnetic waves at points A, B and C is realized
  • the waveguides at points A, B and C can preferably be brought together at an angle of 120 ° to one another.
  • a circulator 4 Arranged in the waveguide structure 2 is a circulator 4, which couples out reflected electromagnetic waves generated in the waveguide structure 2 from the waveguide structure 2.
  • the treatment chamber 6 arranged in the waveguide structure 2 is at least partially formed from materials which are permeable to electromagnetic waves.
  • phase shifter 7 angeord ⁇ net which, adjusts the resonant length is changed by the introduced into the treatment chamber 6 load 8 again.
  • the device functions as follows:
  • the electromagnetic waves S generated by the generator 3 are directed to the splitting point A, at which the splitting of the electromagnetic waves takes place in such a way that a portion is directed to the first feed point B and the further portion to the feed point C.
  • the electromagnetic waves are fed to the waveguide structure 2 at the feed points B and C.
  • the first feed point B is located in the preferred direction V before the second feed point C.
  • the proportion for the first feed point B is smaller than the proportion for the second feed point C.
  • the electromagnetic waves at the second feed point C are divided in such a way that the portion which runs counter to the preferred direction V is the same size as the portion which is fed to the first feed point B and these two equally large portions with a phase difference of 180 ° meet at the first feed point B, so that a spread of these portions at the first feed point B is not possible and a spread is only forced in the preferred direction V.
  • the electromagnetic waves that have passed through the waveguide structure in the preferred direction are divided at the first feed point B in such a way that the fraction for the splitting point A is smaller than the fraction for the second feed point C.
  • the portion for the second feed point C is divided at this second feed point C such that the portion that runs in the direction of the split point A is the same size as the portion that is fed from the first feed point B to the split point A and these two are of equal size Shares with a phase difference of 180 ° meet at the splitting point A, so that ne spreading of these parts at the distribution point is not possible and spreading in the waveguide structure is only forced in the preferred direction V.
  • the electromagnetic waves running in the waveguide structure 2 in the preferred direction and the electromagnetic waves fed to the waveguide structure 2 are brought together in phase and add up, since at least a portion of the advancing electromagnetic waves traveling in the waveguide structure 2 reaches the first feed point B with each revolution.
  • Fig., 2 shows a ring resonator 1 with feedback of the reflected electromagnetic waves R.
  • a circulator 4 is arranged in the ring resonator 1, which reflects the reflected electromagnetic waves R couples out of the waveguide structure 2.
  • These outcoupled electromagnetic waves R can be consumed in a termination load or can be fed back into the system in phase via a further directional coupler 5.
  • the treatment chamber 6 should be dimensioned such that a linearly polarized waveform is retained in order to obtain a largely homogeneous electric field.
  • the treatment chamber 6 must be adapted to the waveguide system in such a way that reflections of the electromagnetic waves are avoided. Electromagnetic waves of any frequency, eg 2.45 GHz, must be used for the power feed.
  • the ring resonator 1 is to be dimensioned exactly in accordance with the operating frequency used.
  • the effective running length changed by the load (substance / object to be treated) introduced into the treatment chamber can be adjusted again by a phase shifter 7 arranged in the ring resonator.
  • the adaptation can preferably take place automatically during the treatment phase.
  • the advantage of the method and the device according to the invention is in particular that the electromagnetic waves S fed into the ring resonator preferably travel only in one direction V and the energy components which are not converted in the load 8 located in the ring resonator via the waveguide structure 2 of the load 8 are fed back in, so that practically no energy losses occur.
  • the electric field strength increases with each revolution until the field strength is reached, which guarantees a conversion of the entire feed power according to the load conditions.
  • Another major advantage is that, depending on the frequency used, a larger spatial homogeneous zone of the electric field can be generated with advancing waves, which leads to a uniform treatment of the substances and objects.
  • the ring resonator according to the invention can be used for storing and extracting energy.

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Abstract

The invention relates to a method and to a device for generating electromagnetic fields that have high field intensity and field homogeneity in areas of any chosen size in which articles as well as solid, liquid or gaseous substances or substance mixtures can be treated in a waveguiding annular closed waveguide structure under atmospheric or non-atmospheric conditions such as pressure and vacuum for the purpose of modifying their properties, nature, geometry, structure and composition. The figure shows the basic structure of the annular resonator (1). The device comprises a waveguiding annular waveguide structure (2), a generator (3), a circulator (4), a directional coupler (5), a treatment chamber (6) and a phase shifter (7). The electromagnetic waves (S) fed by the generator (3) are transmitted via the directional coupler (5) in substantially only one sense (V). In this manner, the energy not converted in the annular resonator (1) remains in the annular resonator (1) after every circulation, thereby contributing to the reinforcement of the electrical field.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder hoher Feldstärke und Feldstärkehomogenität Method and device for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity
[Beschreibung][Description]
[Stand der Technik][State of the art]
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder hoher Feldstärke und Feldstärkehomogenität mittels in eine Richtung fortschreitender Wellen in beliebig großen Bereichen, in de- nen Gegenstände sowie feste, flüssige und gasförmige Stoffe oder Stoffgemische (im Folgenden Stoffe genannt) in einer ringförmig geschlossenen wellenleitenden Hohlleiterstruktur zum Zweck der Veränderung ihrer Eigenschaften, Beschaffenheit, Geometrie, Struktur und Zusammensetzung unter atmosphä- rischen oder nichtatmosphärischen Bedingungen wie z. Beispiel Überdruck, Vakuum und GasZusammensetzung behandelt werden können, sowie zum Zweck der Energiespeicherung und -entnähme.The invention relates to a method and a device for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity by means of waves advancing in one direction in areas of any size in which objects as well as solid, liquid and gaseous substances or substance mixtures (hereinafter called substances) in a ring-shaped closed waveguide waveguide structure for the purpose of changing its properties, nature, geometry, structure and composition under atmospheric or non-atmospheric conditions such as. Example overpressure, vacuum and gas composition can be treated, as well as for the purpose of energy storage and extraction.
^Mikrowellen finden auf vielen Gebieten Verwendung. So bei- spielsweise bei Rundfunk und Fernsehen, in der Radartechnik, bei der Meteorologie, Nachrichtenübertragung über Satelliten, beim sogenannten Richtfunk, in der Materialuntersuchung und zum Erwärmen von Lebensmitteln. ^ Microwaves are used in many areas. For example, in radio and television, in radar technology, in meteorology, in news transmission via satellites, in so-called radio relay, in material testing and for heating food.
Bekannt ist auch die Mikrowellenbehandlung von Materialien unpolaren Charakters. Um die gewünschte Wirkung zu erzielen ist jedoch eine sehr hohe elektrische Feldstärke erforderlich, die entweder mit einer entsprechend hohen Generatorleistung erzielt werden kann oder durch die Verwendung eines Re- sonators, der in Abhängigkeit vom zu behandelnden Gut so zu berechnen und zu gestalten ist, daß ein Bereich hoher Feldstärke entsteht. Beide Verfahren sind sehr aufwendig und schaffen in der Regel nur kleine Bereiche hoher- Feldstärke bzw. Bereiche mit hohen Feldstärkeinhomogenitäten. Nicht im Behandlungsgut umgesetzte Energie wird reflektiert und über geeignete Mittel (Zirkulator) aus dem Prozeß ausgekoppelt und stellt somit einen Verlustanteil dar.The microwave treatment of materials of a non-polar character is also known. In order to achieve the desired effect, however, a very high electrical field strength is required, which can either be achieved with a correspondingly high generator output or by using a resonator which, depending on the material to be treated, must be calculated and designed so that an area of high field strength is created. Both methods are very complex and usually only create small areas of high field strength or areas with high field strength inhomogeneities. Energy that is not converted in the material to be treated is reflected and extracted from the process by suitable means (circulator) and thus represents a loss.
Bekannt ist die Anordnung einer ringförmigen wellenleitenden Struktur mit einem Viertorrichtkoppler als Ringresonator in der Nachrichtentechnik und für meßtechnische Aufgaben der EMV-Prüfung. Nachteilig ist, daß die mit diesem System prin- zipiell erreichbare hohe Feldstärke im Belastungsfall nicht aufrechterhalten werden kann, sondern zusammenbricht und somit nicht für die Behandlung der Last zur Verfügung steht.It is known to arrange a ring-shaped wave-guiding structure with a four-port directional coupler as a ring resonator in telecommunications and for measurement tasks in EMC testing. The disadvantage is that the high field strength that can in principle be achieved with this system cannot be maintained in the event of a load, but collapses and is therefore not available for handling the load.
[Aufgabe der Erfindung] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder hoher Feldstärke und Feldstärkehomogenität in beliebig großen Bereichen zur verlustarmen und gleichmäßigen Behandlung von Stoffen und Gegenständen und/oder der verlustarmen Energie- speicherung und -entnähme anzugeben.The object of the invention is to provide a method and a device for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity in arbitrarily large areas for low-loss and uniform treatment of substances and objects and / or low-loss energy storage and removal ,
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem elektromagnetische Felder hoher Feldstärke und Feldstärkehomogenität mittels in eine Richtung fortschreitender Wellen inner- halb einer wellenleitenden ringförmig geschlossenen Hohlleiterstruktur in folgender Weise erzeugt werden: 1) Die elektromagnetischen Wellen werden einer wellenleitenden ringförmig geschlossenen Hohlleiterstruktur in eine Vorzugsrichtung zugeführt. 2) Die Zuführung der speisenden elektromagnetischen Wellen erfolgt an zwei Stellen der Hohlleiterstruktur, in dem vor der Einspeisung an der Aufteilstelle eine Aufteilung der elektromagnetischen Wellen in der Weise erfolgt, dass der Anteil für die erste Zuführstelle in Vorzugsrichtung gesehen kleiner ist als der Anteil für die zweite Zuführstelle .This problem is solved by a method in which electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity are generated in the following manner by waves advancing in one direction within a wave-guiding ring-shaped closed waveguide structure: 1) The electromagnetic waves become a wave-guiding ring-shaped closed waveguide structure in a preferred direction fed. 2) The feeding of the feeding electromagnetic waves takes place at two points of the waveguide structure, in which the electromagnetic waves are divided up in such a way that the The share for the first feed point, viewed in the preferred direction, is smaller than the share for the second feed point.
3) Die elektromagnetischen Wellen an der zweiten Zuführstelle werden so aufgeteilt, dass der Anteil, der entgegengesetzt zur Vorzugsrichtung läuft gleich groß ist mit dem Anteil, der der ersten Zuführstelle von der Aufteilstelle zugeführt wird und diese beiden gleich großen Anteile mit einem Phasenunterschied von 180° an der ersten Zuführstelle zusammentreffen, so dass eine Ausbreitung dieser Anteile an der ersten Zuführstelle nicht möglich ist und eine Ausbreitung nur in Vorzugsrichtung erzwungen wird.3) The electromagnetic waves at the second feed point are divided so that the portion that runs opposite to the preferred direction is the same size as the portion that is fed to the first feed point from the dividing point and these two equally large portions with a phase difference of 180 ° meet at the first feed point, so that a spread of these portions is not possible at the first feed point and a spread is only forced in the preferred direction.
4) Die elektromagnetischen Wellen, die die Hohlleiterstruktur in der Vorzugsrichtung durchlaufen haben, werden an der ersten Zuführstelle in der Weise geteilt, dass der Anteil für die Aufteilstelle kleiner ist als der Anteil für die zweite Zuführstelle.4) The electromagnetic waves that have passed through the waveguide structure in the preferred direction are divided at the first feed point in such a way that the fraction for the splitting point is smaller than the fraction for the second feed point.
5) Der Anteil für die zweiten Zuführstelle wird an der zweiten Zuführstelle so aufgeteilt, dass der Anteil, der in Richtung der Aufteilstelle läuft gleich groß ist mit dem Anteil, der von der ersten Zuführstelle der Aufteilstelle zugeführt wird und diese beiden gleich großen Anteile mit einem Phasenunterschied von 180° an der Aufteilstelle zusammentreffen, so dass eine Ausbreitung dieser Anteile an der Aufteilstelle nicht möglich ist und eine Ausbreitung in der Hohlleiterstruktur nur in Vorzugsrichtung erzwungen wird.5) The share for the second feed point is divided at the second feed point in such a way that the share that runs in the direction of the split point is equal to the share that is fed from the first feed point to the split point and these two equally large shares with one Phase difference of 180 ° meet at the splitting point, so that a spreading of these parts at the splitting point is not possible and spreading in the waveguide structure is only forced in the preferred direction.
6) Die in der Hohlleiterstruktur in der Vorzugsrichtung laufenden elektromagnetischen Wellen und die der Hohlleiter- Struktur zugeführten elektromagnetischen Wellen werden phasengleich zusammengeführt und summieren sich.6) The electromagnetic waves running in the waveguide structure in the preferred direction and the electromagnetic waves supplied to the waveguide structure are brought together in phase and add up.
7) Mindestens ein Anteil der in der Hohlleiterstruktur laufenden fortschreitenden elektromagnetischen Wellen wird der ersten Zuführstelle bei jedem Umlauf zugeführt. In die Hohlleiterstruktur werden zur Behandlung Stoffe und Gegenstände ein- und ausgeführt, wobei die Behandlung der Stoffe und Gegenstände unter atmosphärischen oder nichtatmo- sphärischen Bedingungen erfolgt.7) At least a portion of the progressive electromagnetic waves running in the waveguide structure is fed to the first feed point with each revolution. For treatment, substances and objects are introduced and exported into the waveguide structure, the substances and objects being treated under atmospheric or non-atmospheric conditions.
Das Verfahren umfaßt auch die Entnahme von elektromagnetischen Wellen aus der Hohlleiterstruktur um auf dieser Weise Stoffe und Gegenstände, die sich außerhalb der Hohlleiterstruktur befinden, mit elektromagnetische Felder hoher Feld- stärke zu behandeln.The method also includes the removal of electromagnetic waves from the waveguide structure in order in this way to treat substances and objects that are located outside the waveguide structure with electromagnetic fields of high field strength.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 5 angegeben.The device for performing the method is specified in claim 5.
[Beispiele][Examples]
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels erläutert. Es zeigenThe invention is explained below on the basis of an exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ringreso- nators,1 shows the basic structure of a ring resonator,
Fig. 2 einen Ringresonator mit Rückführung der reflektierten Energie.Fig. 2 shows a ring resonator with feedback of the reflected energy.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Vorrichtung darge- stellt. Der Ringresonator 1 besteht aus einer wellenleitenden ringförmigen Hohlleiterstruktur 2, Richtkoppler 5, Behandlungskammer 6 und Phasenschieber 7. Die Behandlungskammer β ist im Bereich außerhalb des Richtkopplers 5 angeordnet. Die vom Generator 3 über den Zirkulator 4 in den Ringresonator 1 eingespeisten elektromagnetischen Wellen S werden über den Richtkoppler 5 weitestgehend nur in eine Richtung (Vorzugsrichtung V) weitergeleitet, in Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn. Auf diese Weise verbleibt die im Ringresonator 1 nicht umgesetzte Energie nach jedem Umlauf, bedingt durch die Richtwirkung des Richtkopplers 5, im Ringresonator 1 und trägt somit zur phasengleichen Verstärkung des elektrischen Feldes bei.1 shows the basic structure of the device. The ring resonator 1 consists of a wave-guiding ring-shaped waveguide structure 2, directional coupler 5, treatment chamber 6 and phase shifter 7. The treatment chamber β is arranged in the area outside the directional coupler 5. The electromagnetic waves S fed into the ring resonator 1 by the generator 3 via the circulator 4 are largely forwarded via the directional coupler 5 only in one direction (preferred direction V), counterclockwise in FIG. 1. In this way, the ring resonator 1 does not remain converted energy after each revolution, due to the directivity of the directional coupler 5, in the ring resonator 1 and thus contributes to the in-phase amplification of the electric field.
Der Richtkoppler 5 besteht aus einer wellenleitenden Hohlleiterstruktur mit der Aufteilstelle A, der ersten Zuführstelle B sowie der zweiten Zuführstelle C (Stellen A, B und C) , wobei die Längen und die Wellenwiderstände der Hohlleiterab- schnitte zwischen den Stellen A, B und C, in Abhängigkeit von der verwendeten Arbeitsfrequenz so dimensioniert sind, dass die geforderte Aufteilung und Phasenbeziehung der elektromagnetischen Wellen an den Stellen A, B und C realisiert wirdThe directional coupler 5 consists of a waveguide waveguide structure with the splitting point A, the first feed point B and the second feed point C (points A, B and C), the lengths and the wave resistances of the waveguide sections between the points A, B and C, are dimensioned as a function of the working frequency used so that the required division and phase relationship of the electromagnetic waves at points A, B and C is realized
Die Zusammenführung der Hohlleiter an den Stellen A, B und C kann vorzugsweise jeweils in einem Winkel von 120° zueinander erfolgen.The waveguides at points A, B and C can preferably be brought together at an angle of 120 ° to one another.
In der Hohlleiterstruktur 2 ist ein Zirkulator 4 angeordnet, der in der Hohlleiterstruktur 2 entstandene reflektierte elektromagnetische Wellen aus der Hohlleiterstruktur 2 auskoppelt .Arranged in the waveguide structure 2 is a circulator 4, which couples out reflected electromagnetic waves generated in the waveguide structure 2 from the waveguide structure 2.
Die in der Hohlleiterstruktur 2 angeordnete Behandlungskammer 6 ist mindestens teilweise aus für elektromagnetische Wellen durchlässigen Materialien gebildet.The treatment chamber 6 arranged in the waveguide structure 2 is at least partially formed from materials which are permeable to electromagnetic waves.
In der Hohlleiterstruktur 2 ist ein Phasenschieber 7 angeord¬ net, der die resonante Länge, die durch die in der Behand- lungskammer 6 eingebrachte Last 8 verändert wird, wieder anpaßt.In the waveguide structure 2 is a phase shifter 7 angeord ¬ net, which, adjusts the resonant length is changed by the introduced into the treatment chamber 6 load 8 again.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt: Die vom Generator 3 erzeugten elektromagnetischen Wellen S werden zur Aufteilstelle A geleitet, an der eine Aufteilung der elektromagnetischen Wellen in der Weise erfolgt, dass ein Anteil zur ersten Zuführstelle B und der weitere Anteil zur Zuführstelle C geleitet wird. An den Zuführstellen B und C erfolgt die Zuführung der elektromagnetischen Wellen zur Hohlleiterstruktur 2. Die erste Zuführstelle B liegt in Vorzugsrichtung V gesehen vor der zweiten Zuführstelle C. Der Anteil für die erste Zu- führstelle B ist kleiner als der Anteil für die zweite Zuführstelle C. Die elektromagnetischen Wellen an der zweiten Zuführstelle C werden so aufgeteilt, dass der Anteil, der entgegengesetzt zur Vorzugsrichtung V läuft gleich groß ist mit dem Anteil, der der ersten Zuführ- stelle B zugeführt wird und diese beiden gleich großen Anteile mit einem Phasenunterschied von 180° an der ersten Zuführstelle B zusammentreffen, so dass eine Ausbreitung dieser Anteile an der ersten Zuführstelle B nicht möglich ist und eine Ausbreitung nur in Vorzugs- richtung V erzwungen wird.The device according to the invention functions as follows: The electromagnetic waves S generated by the generator 3 are directed to the splitting point A, at which the splitting of the electromagnetic waves takes place in such a way that a portion is directed to the first feed point B and the further portion to the feed point C. The electromagnetic waves are fed to the waveguide structure 2 at the feed points B and C. The first feed point B is located in the preferred direction V before the second feed point C. The proportion for the first feed point B is smaller than the proportion for the second feed point C. The electromagnetic waves at the second feed point C are divided in such a way that the portion which runs counter to the preferred direction V is the same size as the portion which is fed to the first feed point B and these two equally large portions with a phase difference of 180 ° meet at the first feed point B, so that a spread of these portions at the first feed point B is not possible and a spread is only forced in the preferred direction V.
Die elektromagnetischen Wellen, die die Hohlleiterstruktur in der Vorzugsrichtung durchlaufen haben, werden an der ersten Zuführstelle B in der Weise geteilt, dass der Anteil für die Aufteilstelle A kleiner ist als der Anteil für die zweite Zuführstelle C.The electromagnetic waves that have passed through the waveguide structure in the preferred direction are divided at the first feed point B in such a way that the fraction for the splitting point A is smaller than the fraction for the second feed point C.
Der Anteil für die zweite Zuführstelle C wird an dieser zweiten Zuführstelle C so aufgeteilt, dass der Anteil, der in Richtung der Aufteilstelle A läuft gleich groß ist mit dem Anteil, der von der ersten Zuführstelle B der Aufteilstelle A zugeführt wird und diese beiden gleich großen Anteile mit einem Phasenunterschied von 180° an der Aufteilstelle A zusammentreffen, so dass ei- ne Ausbreitung dieser Anteile an der Aufteilstelle nicht möglich ist und eine Ausbreitung in der Hohlleiterstruktur nur in Vorzugsrichtung V erzwungen wird.The portion for the second feed point C is divided at this second feed point C such that the portion that runs in the direction of the split point A is the same size as the portion that is fed from the first feed point B to the split point A and these two are of equal size Shares with a phase difference of 180 ° meet at the splitting point A, so that ne spreading of these parts at the distribution point is not possible and spreading in the waveguide structure is only forced in the preferred direction V.
Die in der Hohlleiterstruktur 2 in der Vorzugsrichtung laufenden elektromagnetischen Wellen und die der Hohlleiterstruktur 2 zugeführten elektromagnetischen Wellen werden phasengleich zusammengeführt und summieren sich, da mindestens ein Anteil der in der Hohlleiterstruktur 2 laufenden fortschreitenden elektromagnetischen Wellen die erste Zuführstelle B bei jedem Umlauf erreicht.The electromagnetic waves running in the waveguide structure 2 in the preferred direction and the electromagnetic waves fed to the waveguide structure 2 are brought together in phase and add up, since at least a portion of the advancing electromagnetic waves traveling in the waveguide structure 2 reaches the first feed point B with each revolution.
Fig., 2 zeigt einen Ringresonator 1 mit Rückführung der reflektierten elektromagnetischen Wellen R. Um Reflexionen, die durch das Behandlungsgut (Last) 8 hervorgerufen werden, aus dem Ringresonator 1 auszukoppeln, ist im Ringresonator 1 ein Zirkulator 4 angeordnet, der die reflektierten elektromagnetischen Wellen R aus der Hohlleiterstruktur 2 auskoppelt. Diese ausgekoppelten elektromagnetischen Wellen R können in einer Abschlußlast verbraucht werden oder über einen weiteren Richtkoppler 5 dem System phasengleich wieder zugeführt werden.Fig., 2 shows a ring resonator 1 with feedback of the reflected electromagnetic waves R. In order to couple reflections, which are caused by the material to be treated (load) 8, out of the ring resonator 1, a circulator 4 is arranged in the ring resonator 1, which reflects the reflected electromagnetic waves R couples out of the waveguide structure 2. These outcoupled electromagnetic waves R can be consumed in a termination load or can be fed back into the system in phase via a further directional coupler 5.
Die Dimensionierung der Behandlungskammer 6 sollte so erfol- gen, daß eine linear polarisierte Wellenform erhalten bleibt, um ein weitestgehend homogenes elektrisches Feld zu erhalten. Die Anpassung der Behandlungskammer 6 an das Hohlleitersystem hat so zu erfolgen, daß Reflexionen der elektromagnetischen Wellen vermieden werden. Für die Leistungseinspeisung sind elektromagnetische Wellen beliebiger Frequenz, z.B. 2,45 GHz, zu verwenden. Der Ringresonator 1 ist entsprechend der ver- i wendeten Arbeitsfrequenz exakt zu dimensionieren. Die durch die in der Behandlungskammer eingebrachte Last (zu behandelnde Stoff/Gegenstand) veränderte wirksame Lauflange, kann durch einen im Ringresonator angeordneten Phasenschieber 7 wieder angepasst werden. Die Anpassung kann vorzugsweise automatisch während der Behandlungsphase erfolgen.The treatment chamber 6 should be dimensioned such that a linearly polarized waveform is retained in order to obtain a largely homogeneous electric field. The treatment chamber 6 must be adapted to the waveguide system in such a way that reflections of the electromagnetic waves are avoided. Electromagnetic waves of any frequency, eg 2.45 GHz, must be used for the power feed. The ring resonator 1 is to be dimensioned exactly in accordance with the operating frequency used. The effective running length changed by the load (substance / object to be treated) introduced into the treatment chamber can can be adjusted again by a phase shifter 7 arranged in the ring resonator. The adaptation can preferably take place automatically during the treatment phase.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung besteht insbesondere darin, daß sich die in den Ringresonator eingespeisten elektromagnetischen Wellen S vorzugsweise nur in eine Richtung V fortbewegen und die in der im Ringresonator befindlichen Last 8 nicht umgesetzten Energie- anteile über die Hohlleiterstruktur 2 der Last 8 wieder zugeführt werden, so dass praktisch keine Energieverluste entstehen. Somit erhöht sich die elektrische Feldstärke mit jedem Umlauf, bis die Feldstärke erreicht ist, die eine Umsetzung der gesamten Speiseleistung entsprechend den Lastbedingungen gewährleistet.The advantage of the method and the device according to the invention is in particular that the electromagnetic waves S fed into the ring resonator preferably travel only in one direction V and the energy components which are not converted in the load 8 located in the ring resonator via the waveguide structure 2 of the load 8 are fed back in, so that practically no energy losses occur. Thus, the electric field strength increases with each revolution until the field strength is reached, which guarantees a conversion of the entire feed power according to the load conditions.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß in Abhängigkeit der verwendeten Frequenz eine größere räumliche homogene Zone des elektrischen Feldes bei fortschreitenden Wellen erzeugt werden kann, welches zu einer gleichmäßigen Behandlung der Stoffe und Gegenstände führt.Another major advantage is that, depending on the frequency used, a larger spatial homogeneous zone of the electric field can be generated with advancing waves, which leads to a uniform treatment of the substances and objects.
Bei Realisierung eines Höchstvakuums im Ringresonator und Aufbau einer Verlustfreien Hohlleiterstruktur 2 (Supralei- tung) kann der erfindungsgemäße Ringresonator zur Speicherung und Entnahme von Energie verwendet werden. When a maximum vacuum is realized in the ring resonator and a loss-free waveguide structure 2 (superconductor) is built up, the ring resonator according to the invention can be used for storing and extracting energy.
Bezugszeichenliste]REFERENCE LIST]
1 Ringresonator 2 Hohlleiterstruktur1 ring resonator 2 waveguide structure
3 Generator3 generator
4 Zirkulator4 circulator
5 Richtkoppler5 directional couplers
6 Behandlungskammer 7 Phasenschieber6 treatment chamber 7 phase shifter
8 Behandlungsgut (Last)8 material to be treated (load)
A AufteilstelleA distribution point
B erste ZuführstelleB first feed point
C zweite Zuführstelle S eingespeiste elektromagnetische WellenC second feed point S fed electromagnetic waves
V Vorzugsrichtung V Preferred direction

Claims

[Patentansprüche] [Claims]
1. Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Felder hoher Feldstärke und Feldstärkehomogenität mittels in eine Rich- tung fortschreitender elektromagnetischer Wellen innerhalb einer wellenleitenden ringförmig geschlossenen Hohlleiterstruktur, bei dem a) elektromagnetische Wellen in eine Vorzugsrichtung der Hohlleiterstruktur zugeführt werden, indem i) eine Zuführung der speisenden elektromagnetischen Wellen an zwei Stellen der Hohlleiterstruktur erfolgt, in dem vor der Einspeisung eine Aufteilung der elektromagnetischen Wellen in der Weise erfolgt, dass der Anteil für die erste Zuführstelle in Vorzugsrich- tung gesehen kleiner ist als der Anteil für die zweite Zuführstelle, ii) die elektromagnetischen Wellen an der zweiten Zuführstelle so aufgeteilt werden, dass der Anteil, der entgegengesetzt zur Vorzugsrichtung läuft gleich groß ist mit dem Anteil, der der ersten Zuführstelle zugeführt wird und iii) diese beiden gleich großen Anteile mit einem Phasenunterschied von 180° an der ersten Zuführstelle zusammentreffen, so dass eine Ausbreitung dieser An- teile an der ersten Zuführstelle nicht möglich ist und eine Ausbreitung nur in Vorzugsrichtung erzwungen wird, b) die elektromagnetischen Wellen, die die Hohlleiter¬ struktur in der Vorzugsrichtung durchlaufen haben, an der ersten Zuführstelle in der Weise geteilt werden, dass i) der Anteil für die Aufteilstelle kleiner ist als der Anteil für die zweite Zuführstelle, ii) der Anteil für die zweiten Zuführstelle an der zweiten Zuführstelle so aufgeteilt wird, dass der Anteil, der in Richtung der Aufteilstelle läuft gleich groß ist mit dem Anteil, der von der ersten Zuführ- stelle der Aufteilstelle zugeführt wird und iii) diese beiden gleich großen Anteile mit einem Phasenunterschied von 180° an der Aufteilstelle zusammentreffen, so dass eine Ausbreitung dieser Anteile an der Aufteilstelle nicht möglich ist und eine Aus- breitung in der Hohlleiterstruktur nur in Vorzugsrichtung erzwungen wird, c) die in der Hohlleiterstruktur in der Vorzugsrichtung laufenden elektromagnetischen Wellen und die der Hohlleiterstruktur zugeführten elektromagnetischen Wellen phasengleich zusammengeführt werden und sich summieren, d) mindestens ein Anteil der in der Hohlleiterstruktur laufenden fortschreitenden elektromagnetischen Wellen der ersten Zuführstelle bei jedem Umlauf zugeführt wird.1. A method for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity by means of electromagnetic waves progressing in one direction within a waveguiding ring-shaped closed waveguide structure, in which a) electromagnetic waves are fed in a preferred direction of the waveguide structure by i) supplying the feeding electromagnetic waves at two points in the waveguide structure, by dividing the electromagnetic waves before the feed in such a way that the portion for the first feed point, viewed in the preferred direction, is smaller than the portion for the second feed point, ii) the electromagnetic waves the second feed point in such a way that the portion that runs opposite to the preferred direction is the same size as the portion that is fed to the first feed point and iii) these two equally large portions with a phase difference of 1 Meet at the first feed point 80 ° so that a spread of arrival parts is not possible and the spread is enforced only in a preferred direction, b) have completed structure in the preferred direction of the electromagnetic waves ¬ the waveguide at the first feed point, to the first feed point are divided in such a way that i) the share for the distribution point is smaller than the share for the second feed point, ii) the share for the second feed point at the second feed point is divided so that the share that runs in the direction of the split point is equal to the share that is fed from the first feed point to the split point and iii) these two are the same large portions meet with a phase difference of 180 ° at the splitting point, so that a spreading of these portions at the splitting point is not possible and spreading in the waveguide structure is only forced in the preferred direction, c) the electromagnetic ones running in the waveguide structure in the preferred direction Waves and the electromagnetic waves fed to the waveguide structure are brought together in phase and add up, d) at least a portion of the progressive electromagnetic waves running in the waveguide structure is fed to the first feed point with each revolution.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Behandlung Stoffe und Gegenstände in die Hohlleiterstruktur ein- und ausgeführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that substances and objects are introduced and executed for treatment in the waveguide structure.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Stoffe und Gegenstände unter atmosphärischen oder nichtatmosphärischen Bedingungen erfolgt. 3. The method according to claim 2, characterized in that the treatment of the substances and objects takes place under atmospheric or non-atmospheric conditions.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entnahme von elektromagnetischen Wellen aus der Hohlleiterstruktur erfolgt. 4. The method according to claim 1, characterized in that electromagnetic waves are removed from the waveguide structure.
5, Vorrichtung zum Erzeugen elektromagnetischer Felder hoher Feldstärke und Feldstärkehomogenität bestehend aus einem Ringresonator 1 mit einer wellenleitenden ringförmig geschlossenen Hohlleiterstruktur 2, Generator 3, Richtkoppler 5. 5, device for generating electromagnetic fields of high field strength and field strength homogeneity consisting of a ring resonator 1 with a wave-guiding ring-shaped closed waveguide structure 2, generator 3, directional coupler 5.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtkoppler 5 aus einer wellenleitenden Hohlleiterstruktur mit den Stellen A, B und C besteht, wobei die Längen und die Wellenwiderstände der Hohlleiterabschnitte zwischen den Stellen A, B und C, in Abhängigkeit von der verwendeten Arbeitsfrequenz so dimensioniert sind, dass die geforderte Aufteilung und Phasenbeziehung der elektromagnetischen Wellen an den Stellen A, B und C realisiert wird. 6. The device according to claim 5, characterized in that the directional coupler 5 consists of a waveguide waveguide structure with the positions A, B and C, the lengths and the wave resistances of the waveguide sections between the positions A, B and C, depending on the used Working frequency are dimensioned so that the required division and phase relationship of the electromagnetic waves at points A, B and C is realized.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hohlleiterstruktur 2 wenigstens ein Zirkulator 4 angeordnet ist, der in der Hohlleiterstruktur 2 entstandene reflektierte elektromagnetische Wellen aus der Hohlleiterstruktur 2 auskoppelt. 7. Device according to one of claims 5 to 6, characterized in that at least one circulator 4 is arranged in the waveguide structure 2, which couples out reflected electromagnetic waves formed in the waveguide structure 2 from the waveguide structure 2.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zirkulator 4 ausgekoppelten elektromagnetischen Wellen über einen zweiten Richtkoppler 5 der Hohlleiterstruktur 2 phasengleich wieder zugeführt werden. 8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the electromagnetic waves coupled out by the circulator 4 are fed in phase again via a second directional coupler 5 to the waveguide structure 2.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlleiterstruktur 2 eine Behandlungskammer 6 angeordnet ist, die mindestens teilweise aus für elektromagnetische Wellen durchlässigen Materialien gebildet ist . 9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that a treatment chamber 6 is arranged in the waveguide structure 2, which is at least partially formed from materials permeable to electromagnetic waves.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlleiterstruktur 2 ein Phasenschieber 7 angeordnet ist.10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that a phase shifter 7 is arranged in the waveguide structure 2.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenführung der Hohlleiterstruk- tur an den einzelnen Stellen A, B und C vorzugsweise in einem Winkel von jeweils 120° erfolgt.11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the merging of the waveguide structure at the individual points A, B and C is preferably carried out at an angle of 120 °.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringresonator 1 evakuiert ist, mit einer verlustfreien Hohlleiterstruktur 2 (Supraleitung) und/oder mit einer Entnahmevorrichtung für elektromagnetische Wellen ausgeführt ist. 12. The apparatus according to claim 5, characterized in that the ring resonator 1 is evacuated with a lossless Waveguide structure 2 (superconductivity) and / or with a removal device for electromagnetic waves.
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