DE8610138U1

DE8610138U1 - Mikrowellenabsorber

Info

Publication number: DE8610138U1
Application number: DE8610138U
Authority: DE
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1986-04-14
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1986-11-13
Also published as: US4754238A; JPS62245803A; JPH0462601B2

Description

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BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellenabsorber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Betreiben von Hochfrequenz-Hochleistungsgeneratoren im Mikrowellenbereich (z. B. Gyrotrons) werden reflexionsfreie Lasten zur Absorption der Strahlungsenergie benötigt, einerseits um die Betriebspärämeter in Bezug auf Schwingungsform und Leistung optimieren, andererseits um die Leistung messen zu können.

Bisher werden hierzu Wasserlasten mit Wasser als Absorber und Kühlmittel verwendet, siehe z. B. die OE-OS 34 27 288. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen immer weiter ab, so daß bei Millimeter-Wellen schließlich nur noch Oberflächenabsorption stattfindet. Bei hoher Leistung kann dies zur Blasenbildung und zum Sieden des Wassers führen/ was eine starke Reflexion der Leistung zur Folge hat, wodurch unter Umständen der Generator oder die Last oder beides zerstört werden können. Man muß daher, insbesondere zur Optimierung der Betriebsparameter des Generators, mit relativ großen Wasserdurchsätzen (z. B. 500 l/min) arbeiten, um eventuell entstehende Blasen in der Strömung fortzuführen. In den meisten Fällen ist dies jedoch aufwendig und unprakti sch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach handzuhabenden und extrem reflexionsarmen Absorber für Mikrowellen, insbesondere für Millimeter- Wellen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst«

Ein Mikrowellenabsorber gemäß einer Ausführungsform der Erfindung

enthält einen in einem Gehäuse oder einer Abschirmung angeordneten/ aus mikroWeLLenabsorbierendem MateriaL bestehenden Hohlkörper,
in dessen HöhLung durch die Wandung des Behälters ein Mikrowellenleiter geführt ist. Der Behälter ist mit jeweils mindestens einem Ein- und Auslaß für ein durch den Behälter strömendes, die absorbierte MikrowelLenenergie vom Absorberkörper fortführendes, vorzugsweise gasförmiges Kühlfluid versehen. Die Strömung des Kühlfluids wird durch eine den Strömungswiderstand überwindende Vorrichtung, z. B. durch eine Pumpe oder ein Gebläse, aufrechterhalten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das den Absorberkörper umgebende Gehäuse aus einem für Mikrowellen undurchdringbarem Material gefertigt, wobei die Ein- und Auslässe für das Kühlmedium mit für Mikrowellen undurchdringbarem MateriaL verdeckt sind, so daß ein Austreten von Mikrowellenstrahlung durch die Ein- und Auslässe des Behälters verhindert wird.

Vorzugsweise ist ferner die Symmetrie des Absorberkörpers an die Symmetrie der zu absorbierenden Wellentypen angepaßt.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen findet als WerkstoVf für den Absorberkörper hochwarmfestes keramisches Material Verwendung, insbesondere Schamotte.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Mikrowellenabsorber gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Mikrowellenabsorber gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch einen im wesentlichen zylihdersymmetrisch aufgebauten Mikrowellenabsorber für axial symmetrische TE
-Moden. Ein aus mikröwellenäbscrbierendem Schamotte gefertigter Hohlzylinder (101) befindet sich in einem aus Edelstahl gefertigten Zylindrischen Abschirm-Gehäuse (102). In den Hohlraum (103) des Absorberkörpers (IOD ragt koaxial ein zylindrischer, axial verschiebbarer Hohlleiter (1Q4) hinein, welcher die zu absorbierenden Mikrowellen abstrahlt. An dem dem Hohlleiter (104) gegenüberliegenden Ende des Absorberkörpers (101) befindet sich ein Abschlußelement in Form eines zylindersymmstrischen metallischen Reflektors (105), der in seiner Form dem Schwingungstyp der zu absorbierenden Mikrowellenstrahlung angepaßt ist. Die durch den Hohlleiter (104) eintretenden Mikrowellen werden durch Reflexion an der Oberfläche des metallischen Reflektors (105) auf die innere Oberfläche des Absorberkörpers (101) verteilt und dort absorbiert. Der Absorberbehälter (102) ist mit Eintrittsöffnungen (106) und einer Austrittsöffnung (108) versehen, durch die mittels eines Gebläses (109) eine den Absorberkörper (101) kühlende Luftströmung (107) erzeugt wird. Die durch das Gebläse (109) angesaugte Luft t*itt durch öffnungen (106) in den Wänden einer mit Metallspänen (112) gefüllten, eine Stirnwand des Gehäuses bildenden Kammer in das Gehäuse (102) ein, strömt durch das Innere (103) des Absorberkörpers (101) sowie durch einen zwischen dem Absorberkörper (101) und dem Absorbergehäuse

(102) gebildeten Luftspalt (110) und kühlt damit die innere und äußere Oberfläche des Absorberkörpers (101). Die durch das Innere

(103) des Absorberkörpers (101) strömende Luft tritt durch einen Ringspalt (111) zwischen dem Absorberkörper (101) und dem metallischen Reflektor (105) aus und verläßt zusammen mit der durch den Ringspalt (110) geströmten Luft das Absorbergehäuse (102) durch den Luftauslaß (108). Der Luftstrom (107) führt die durch die Absorption der Mikröwellenstrahlung im Absorber (101) entstehende Wärme ab. Zur Erhöhung des Wärmeübergangs können die innere und/oder äußere

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ZyLinderfLache des Absorbers (101) mit (nicht eingezeichnet) Längsnuten zur Vergrößerung der Oberfläche versehen sein. Das Austreten von Mikrowellenstrahlung aus dem Absorber wird durch das Gehäuse (102) verhindert, welches eine im wesentlichen geschlossene MetalL-umhüllung bildet und im Bereich der Lufteintrittsöffnungen (106) aus einer mikrowellenundurchlässige/lSchicht aus den Metallspänen (112) besteht. Das Austreten der Mikrowellenstrahlung durch den Kühlluftaustritt (108) wird entweder durch eine geeignete geometrische Anordnung des Ringspaltes (111) bezüglich der metallischen Umhüllung oder durch eine weitere (nicht eingezeichnete) mikrowellenundurchlässige Schicht aus Metallspänen im Bereich der Luftaustrittsöffnung (108) verhindert.

In Fig. 2 ist der Schnitt durch einen Mikrowellenabsorber zur Absorption linear polarisierter Strahlung z. B. von TE₁₁- und HE₁₁ -Moden dargestellt. Ein aus mikrowellenabsorbierendem Schamotte bestehender Absorberkörper (201) befindet sich in einem aus einer metallischen Umhüllung bestehenden Gehäuse (202). In das Innere (203) des Absorberkörpers (201) erstreckt_A ein axial verschiebarer Hohlleiter (204), durch welchen die zu absorbierende Mikrowellenstrahlung zugeführt wird. An dem dem Hohlleiter gegenüberliegenden Ende des Absorberkörpers ist unter dem Brewster-Winkel eine ebenfalls aus mikrowellenabsorbierendem Schamotte hergestellte Absorberplatte (205) angebracht. Durch diese Art der Anordnung wird bewirkt, daß die mit entsprechender Schwingungsrichtung unter dem Brewster-Winkel auf die Platte auftreffende Mikrowellenstrahlung reflexionsfrei in das Absorbermaterial der Absorberplatte (205) eintritt und in dieser absorbiert wird. Um für bestimmte Anwendungsfälle zu erreichen, daß nur linear polarisierte Strahlung die Absorberplatte (205) erreicht, kann im Absorberkörper (201) vor der Absorberplatte (205) ein Polarisationsfilter (21 v, angeordnet werden, das einen eventuell nicht linear polarisiertän Anteil der Strahlung an die Innenfläche des Absorberkörpers (201) reflektiert, Wo er absorbiert wird. Das Gehäuse (202) ist mit Eintrittsöffnung (2Ü6) und einer

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Austrittsöffnung (208) versehen, zwischen welchen durch die Wirkung eines Gebläses (209) ein Luftstrom (207) aufrechterhalten wird. Ein Teil der bei den Eintrittsöffnungen (206) eintretenden Luft strömt durch das Innere (203) des Absorberkörpers (201), um diesen dann durch öffnungen (210) der Absorberplatte (205) zu verlassen, ein anderer Teil der durch die Eintrittsöffnungen (206) eintretenden Luft umströmt den Absorberkörper (201) durch den diesen umgeb^siden Spalt (212), so daß von der inneren und äußeren Oberfläche des Absorberkörpers (201) und von der Oberfläche der Absorberplatte (205) die bei der Absorption der Mikrowellenstrahlung freiwerdende Wärme durch den Kühlluftstrom (207) abgeführt wird. Das Austreten von Mikrowellenstrahlung aus dem Absorber wird durch das de»v Absorberkörper (201) umgebende, aus einer mikrowellenundurchlässigen metallischen Umhüllung bestehende Gehäuse (202) verhindert, dessen Wand im Bereich der Lufteintrittsöffnungen (206) aus einer mikrowellenundurchlässigen Schicht von Metallspänen (211) und im Bereich der Luftaustrittsöffnung (208) ebenfalls aus einer mikrowellenundurchlässigen Schicht von Metallspänen (213) besteht.

Als festes, mikrowellenabsorbierendes Material eignet sich besonders Schamotte, da sie ein gutes Absorptionsvermögen hat und hochwarmfest sowie temperaturwechselbeständig ist. Es können jedoch auch andere mikrowellenabsorbierende feste Werkstoffe, insbesondere eisenoxidhaltige Grobkeramik verwendet werden. Anstatt Luft können auch andere Kühlgase, wie z. B. Wasserstoff oder Helium verwendet werden, oder auch Flüssigkeiten, die ein relativ geringes Absörptutisvermögen für Mikrowellen aufweisen, so daß die Absorption in erster Linie im festen Absorberkörper stattfindet und ein etwaiges Sieden der Flüssigkeit die Absorptionseigenschaften des Absorbers nicht wesentlich beeinflußt.

Bei einem Hohlleiter (104) mit Kreisquerschnitt und Durchmessern von 63,4 mm bzw. 27,8 mm wurde ein Schamottezylinder (101) mit einem Innendurchmesser von 160 mm und einem Außendurchmesser von 250 mm verwendet.

Claims

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DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

zugelassen beim PATENTANWÄLTE telefon |O891 4706006

EUROPÄISCHEN PATENTAMT TELEX 522 638

MARIA-THERESIA-STRASSE 22 Telex 522 asa

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MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS D-8OOO MUENCHEN 86 FAX GR.I ₊ .I. (089. 2716063

10. April 1986
11952 A.v.P/Schä/88

Max-PLanck-GeseLLschaft zur

Förderung der Wissenschaften e.V.,

Bunsenstrasse 10, 3400 Göttingen

MikroweLLenabsorber

SCHUTZANSPRÜCHE

1. MikroweLLenabsorber mit einem MikroweLLen absorbierenden MateriaL, einem dieses umgebenden Abschirm-Gehäuse und einem in das Abschirm-Gehäuse führenden HohLLeiter durch den die zu absorbierenden MikroweLLen dem absorbierenden Material zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- das mikroweLlenabsorbierende Material einen festen Körper (101, 201) mit einem Hohlraum bildet, an dessen einer Seite der Hohlleiter (104, 204) mündet,

- auf der dem Hohlleiter gegenüberliegenden Seite des Hohlraums ein Abschlußelement (105, 205) angeordnet ist, und

- das Gehäuse einen Einlaß (106, 206), und einen Auslaß (108, 208) für ein KühlfLuid aufweist.

2. MikrowelLenabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung eine metallische Umhüllung (102, 202) bildet und daß der Einlaß 106, 206) sowie der Auslaß (108, 208) eine das Austreten von Mikrowellenstr'ahlung aus der metallischen Umhüllung (1Ö1, 201) verhindernde Abdichtung aufweisen.

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3. MikroweLLenabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das AbschLußeLement (105) aus einem mikroweLLenrefLektierenden MateriaL besteht.

4. MikroweLLenabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß das AbschLußeLement (205) aus einem festen mikroweL-Lenabsorbierenden MateriaL besteht.

5. MikroweLLenabsorber nach einem der vorangehendem Ansprüche, gekennzeichnet durch, einen bezug Lieh der Achse des HohLLeiters (104) im wesentLichen zyLindersymmetrischen Aufbau.

6. MikroweLLenabsorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das AbschLußeLement die Form einer pLanparaLLeLen PLatte hat, deren NormaLe mit der Achse des HohLLeiters (204) den BrewsterwinkeL einnimmt.

7. MikroweLLenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das AbschLußeLement (205) mit öffnungen (211) zum Durchtritt des KühLfLuids (207) versehen ist.

8. MikroweLlenabsorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das AbschLußeLement (105) wenigstens annähernd die Form eines mit der Spitze zu.i HohLLeiter (104) gerichteten KegeLs hat, der durch mindestens einen SpaLt (111) vom Absorberkörper (101) getrennt ist.

9. MikroweLLenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im HohLraum (203) des Absorberkörpers (201) zwischen HohLLeiter (204) und AbschLußeLement (205) ein PoLarisationsfiLter (213) unter einem soLchen WinkeL zwischen HohLLeiter (204) und AbschLußeLement (205J angeordnet ist, daß eine vorgegebene poLarisierte Komponente der durch den HohLLeiter (204) eintretenden MikroweLLen zum AbschLußelement durchgeLassen, andere Komponenten dagegen vor dem Auftreffen auf das AbschLußeLement (205) auf den Absorberkörper (201) refLektiert werden*

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10. MikroweLLenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß der HohLLeiter (104> 204) bezügLich des Gehäuses axiaL verschiebbar angeordnet ist*

11. MikroweLLenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein GebLäse (108> 208) zum Fördern von Gas, wie Luft aLs KühLfLuid durch die Abschirmung.

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keramischen Werkstoff enthäLt.

dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (101, 201) einen §

13. MikroweLLenabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (101, 201) mindestens teiLweise aus Schamotte besteht.

14. MikroweLLenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper CiOi, 201) mit Längsnuten zur Vergrößerung der kühLenden OberfLäche versehen ist.

15. MikroweLLenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der EinLaß und/oder der AusLaß MetaLL-späne zur Abdichtung (112, 212, 213) gegen das Austreten von MikroweLLenstrahLung enthäLt.

16. MikroweLLenabsorber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zyLindrisch ist und an einer Stirnwand, durch die der fiohlLeiter (104) in das Gehäuse eintritt, eine Kammer aufweist, die perforierte Wände hat und mit MetaLLspänen gefüLLt ist.

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