Brevet FR2471117A1 — publié le 19810612

L'invention concerne un dispositif de chauffage à micro-ondes. Le chauffage par micro-ondes d'un matériau à pertes micro-ondes relativement faibles, c'est-à-dire d'un matériau à faible effet d'absorption, conduit dans la plupart des cas à utiliser un applicateur de micro-ondes peu pratique du fait de sa trop grande longueur. De plus il est difficiles lorsqu'on veut chauffer des objets oblongs, à faibles pertes micro-ondes, d'obtenir un effet d'absorption uniforme. L L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus. La puissance P, transportée le long d'un applica- teur diminue suivant l'expression e 2è0rú,> dans laquelle A est une constante dépendant des pertes micro-ondes du matériau et de la géométrie de l'applicateur, et f la coordonnée de longueur de l'applicateur. La puissance absorbée par unité de longueur dans le matériau peut s'écrire = 2ie2 expression dans laquelle k est un nombre relativement petit pour des matériaux à faibles pertes micro-ondes. A titre d'exemple on peut indiquer qu'un matériau à faible constante diélectrique E = 2g présentant un angle de pertes tg 6 = 0,001, chauffé dans un guide droit de largeur mm à une fréquence de 2.450 MHz, n'a absorbé au bout de mètres qu'environ 65 % seulement de la puissance appliquée. La puissance transportée PT peut s'exprimer par le produit de l'énergie emmagasinée (W) par unité de longueur (-t>, par la vitesse de propagation (V > PT V9 A puissance transportée constante, l'énergie W emmagasinée par unité de longueur augmente donc lorsque la vitesse de propagation V diminue. g On trouvera par exemple la formule ci-dessus dans le livre de Collin: "Théorie générale des ondes guidées", chapitre 9-6. En maintenant V9 à une-valeur suffisamment faible, il est donc possible d'augmenter a à une valeur acceptable 'pour obtenir une longueur d'application raisonnable. Cependant, un guide d'ondes tend vers la coupure lorsque V tend vers zéro, et ce guide d'ondes se trouve donc g très près de la coupure lorsque V9 est très petit. Le risque est alors très grand que la puissance appliquée se récléchisse totalement avant meme de parvenir au matériau à chauffer. L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus de l'art antérieur, et concerne à cet effet un dis- positif de chauffage à micro-ondes comprenant un guide d'ondes dans lequel passe le matériau à chauffer, et une source de micro-ondes branchée à ce guided'ondes, dispositif caractérisé en ce que le guide d'ondes comporte une partie au moins dont la section diminue progressivement en partant de l'extrémité située du c8té de la source de micro-ondes, pour aller vers l'autre extrémité, la géométrie du guide d'ondes dans cette partie étant déterminée de manière à obtenir un point d'arrêt au-delà duquel l'énergie micro-onde injectée dans le guide d'ondes ne peut plus se propager, c'est-à-dire de façon que le guide d'ondes tende progressivement vers ce qu'on appelle la coupure, cette coupure étant située à une certaine distance de l'extrémité la plus étroite de la partie de guide d'ondes ci- dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est un diagramme représentant la puissance absorbée et la puissance résiduelle dans un exemple de dispositif de chauffage selon l'invention; et - la figure 2 représente à titre d'exemple une forme de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif de chauffage à micro-ondes selon l'invention est constitué par un guide d'ondes dont une partie diminue lentement et progressivement jusqu'à la coupure. Dans l'exemple de la figure 2, cette partie de guide d'ondes 1 constitue la totalité de la longueur du guide d'ondes. La puissance hyperfréquence est injectée dans le guide d'ondes 1 par l'intermédiaire d'un second guide d'ondes 3 alimenté par un générateur hyperfréquence 2. Ce second guide d'ondes 3 et ce générateur 2 sont représentés schématiquement en traits interrompus, et se montent à l'extrémité la plus large 4 du guide d'ondes 1. L'invention ne se limite cependant pas au type d'excitation représenté sur la figure 2, mais peut utiliser d'autres moyens convenables d'injection d'énergie micro-onde dans le guide 1. L'extrémité la plus grande 4 du guide d'ondes 1 peut par exemple avoir une largeur de 60 mm, son extrémité la plus petite 5 ayant une largeur de 30 mm, et sa longueur étant de 1.000 mm. La partie 1 correspondant à la présente forme préférée de réalisation de l'invention présente une section rectangulaire ou carrée diminuant progressivement de l'extrémité 4 vers l'autre extrémité 5,1la section du guide d'ondes 1 pouvant également être circulaire. La géométrie du guide d'ondes 1 varie ainsi en permanence sur toute sa longueur ou sur une partie au moins de sa longueur, de façon qu'on tende lentement et progressivement vers la coupure sans provoquer de réflexion vers la source de micro-ondes. L'effet d'absorption d'énergie du matériau chauffé dans le guide d'ondes 1 dépend de la forme de ce guide d'ondes, et cette absorption est maximum à l'endroit de la coupure du guide d'ondes. On peut respectivement étendre ou concentrer la zone d'absorption d'énergie en diminuant ou en augmentant la variation de géométrie du guide d'ondes par unité de longueur. On précisera ici pour plus de clarté que le terme de "coupure" désigne la géométrie pour laquelle, indépendamment des pertes, l'énergie hyperfréquence cesse de pouvoir se pro- pager dans le guide d'ondes. En cours d'utilisation, le matériau à chauffer est introduit par une extrémité 6 du guide d'ondes 3 injectant (énergie hyperfréquence dans le guide d'ondes 1 selon l'inven- tion. En faisant avancer le matériau à vitesse parfaitement constante vers la petite extrémité 5 du guide d'ondes 1, on obtient un chauffage parfaitement uniforme de ce matériau. On peut, si on le désire, utiliser le guide d'ondes 1 comme guide d'entrée du matériau à chauffer, la petite extrémité 5 du guide d'ondes 1 constituant dans ce cas l'extré- mité d'entrée. Cette dernière solution permet d'éviter très efficacement les pertes de rayonnement, même à l'extrémité d'entrée. - Sur la figure 1, la courbe EA représente, sur une échelle verticale, la puissance absorbée par centimètre en % de la puissance d'entrée, et la courbe E R représente, sur l'autre échelle verticale, la puissance résiduelle dans le guide d'onde en % de la puissance d'entrée. L'axe horizontal représente la longueur longitudinale axiale L du guide d'ondes comptée en cm à partir de l'extrémité d'introduction. Les courbes de la figure 1 correspondent à l'exemple d'un matériau de ú = 2 et de tg & = 0,001 chauffé dans un guide d'ondes présentant les dimensions illustrées sur la figure 2. Il apparatt clairement sur la figure 1 que la plus grande partie de la puissance hyperfréquence est absorbée par le matériau à chauffer sur une distance relativement courte se terminant à peu près à l'endroit de la coupure du guide d'ondes. Il apparaît également que la puissance absorbée et la puissance résiduelle tendent toutes les deux vers zéro avant l'extrémité du guide d'ondes, ce qui veut dire qu'aucune éner- gie hyperfréquence ne sort de l'extrémité étroite du guide d'ondes. Il est donc possible, en utilisant un guide d'ondes tendant progressivement vers la coupure, de transférer sur une courte distance de l'énergie micro- onde à un matériau à faibles pertes. De plus, on obtient par ce procédé un guide d'ondes insensible aux variations de charge. En effet une variation des constantes diélectriques de la charge a pour simple conséquence de déplacer, suivant la longueur du guide d'ondes, la position de la coupure du guide, ce qui entraîne une variation corréla- tive de la position du point d'absorption maximum. Le guide d'ondes est de préférence conçu de façon que son point de coupure soit situé nettement à l'intérieur de celui-ci, c'est-à-dire de façon qu'on ait une certaine distance entre la position de coupure du guide et la petite extrémité 5 de celui-ci. Suivant une forme préférée de variante de l'inven- tion, cette distance peut se situer à 20 à 60 % de la longueur du guide d'ondes, et de préférence à 30 à 50 % de cette longueur. Cette forme permet d'éviter tout risque de pertes de rayonnement par la petite extrémité 5 du guide d'ondes. Le principe de l'invention décrit ci-dessus, permettant d'obtenir un chauffage très efficace sur une dis- tance courte en utilisant un guide d'ondes tendant progressi- vement vers la coupure, ce guide étant relativement insensible aux variations de la charge et les pertes de rayonnement étant supprimées, ne se limite bien entendu pas à la forme particu- lière de réalisation représentée icic à laquelle on peut apporter de nombreuses variantes. R E V E N D I C A T I0 N S ) Dispositif de chauffage à micro-ondes compre- nant un guide d'ondes dans lequel passe le matériau à chauffer, et une source de micro-ondes (2) branchée à ce guide d'ondes, dispositif caractérisé en ce que le guided'ondes (1) comporte une partie au moins dont la section diminue progressivement en partant de l'extrémité (4) située du coté de la source de micro-ondes (2), pour aller vers l'autre extrémité (5), la géométrie du guide d'ondes (1) dans cette partie étant déter- minée de manière à obtenir un point d'arrgt au-delà duquel l'énergie micro-onde injectée dans le guide d'ondes (1) ne peut plus se propager, c'est-à-dire de façon que le guide d'ondes (1) tende progressivement vers ce qu'on appelle la coupure, cette coupure étant située à une certaine distance de l'extrémité la plus étroite (5) de la partie de guide d'ondes ci-dessus. ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la distance du point de coupure se situe à 20 à % de la longueur du guide d'ondes (1), et de préférence à 30 à 50 % de cette longueur. ) Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie amincie du guide d'ondes (1) présente une section rectangulaire ou carrée diminuant progressivement et régulièrement entre l'extrémité (4) et l'autre extrémité (5). ) Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie dont la section diminue progressivement constitue la totalité du guide d'ondes (1).