Brevet FR2493661A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne un nouveau type d'applicateur microondes destiné aux traitements thermiques de matériaux par dissipation d'énergie calorifique en leur sein. Les dispositifs connus de ce genre ne permettent pas d'obtenir un champ électrique rayonné constant en amplitude en direction et en phase. Les systèmes utilisant un guide muni de fentes rayonnantes permettent d'obtenir tout le long du guide une densité de puissance plus ou moins constante. Malheureusement, le fait que ces fentes ne constituent pas des sources en phase avec une polarisation fixe du champ électrique n'est pas là pour simplifier le problème. Les systèmes à antennes rayonnantes réparties par paires espacées de ,\ /4 tous lesS possèdent un rayonnement beaucoup plus isotrope. Néanmoins les g - g antennes sont fragiles et demandent a être protégées; de plus au voisinage immédiat des antennes le champ ne semble pas très constant. Le dispositif suivant l'invention élimine ces inconvénients. Il permet d'obtenir un champ électrique constant en amplitude en direction et en phase sur toute la longueur de l'applicateur et dirigé suivant l'axe de l'applicateur cela sans qu'il soit nécessaire de se placer à distance du système rayonnant. L'adjonction d'un réflecteur plan dans le cas d'un traitement au défilé ou d'un réflecteur à section parabolique dans le cas du traitement statique d'un jonc permet de créer une résonance améliorant l'interaction onde matériau. Le dispositif objet de l'invention comprend un guide d'onde principal 1 couplé sur sa grande face par des iris convenables 2 distants de A /4, à des g guides secondaires 3 accolés les uns aux autres par leurs grandes faces et perpendiculaires au guide principal. Les iris étant distants de,\ /4, les petits g côtés des guides secondaires devront également être égaux à A /4 (à l'épaisseur g des parois d'un guide près). Il se trouve que pour les guides d'onde standards cette condition est vérifiée : la longueur d'onde guidée valant à peu près quatre fois le petit côté d'un guide. Le guide principal est relié d'un côté à un générateur micro-onde de l'autre il est courcircuité. Le couplage guide principal guides secondaires est réalisé par fente ou par trou.La largeur des fentes ou le diamètre des trous croît quand on s'éloigne du générateur. En effet, si le générateur micro-ondes débite dans le guide principal une puissance P , la première fente en rayonne une fraction otP. La seconde devra pour rayonner la même puissance la prélever sur (1- ) P et ainsi de suite pour chaque fente.Le coefficient de couplage rapport de la puissance rayonnée par un guide secondaire sur la puissance incidente au niveau de ce guide secondaire s'écrit : dP oc (l-nd)P l-no( où n désigne le numéro d'un iris, l'iris le plus proche du générateur portant le numéro O ; les fentes ou les trous étant espacés de ,\ /4 le générateur voit g une charge adaptée même si une réflexion se produit au niveau de chaque fente. En effet, considérons deux fentes successives les réflexions à leur niveau seront en opposition de phase (différence de trajet ss /2) et d'amplitude à peu g près égale. On peut donc dire que les réflexions produites par deux fentes successives s' annulent sensiblement deux à deux. Considérons la phase des ondes de deux guides secondaires accolés, par exemple les guides n et ntl. Si l'on veut remettre en phase les ondes émergeants de ces deux guides la seule solution possible consistearetarder des/2 l'onde issue du guide n en remplissant ce guide d'une longueur convenable de diélectrique à faibles pertes.Si l'on veut que toutes les ondes issues des N guides secondaires soient en phase à k21r près on est conduit au schéma de la figure 1 où l'on voit apparaître trois longueurs de diélectrique provoquant des retards der/2, 2fi/2, 3tT/2. Une variante consisterait au lieu d'utiliser des blocs diélectriques à réduire la largeur des guides de façon appropriée pour, compte tenu de la variation de obtenir les déphasages nécessaires. Dans les deux cas blocs diélectriques g ou variation de largeur de guide les discontinuités se font progressivement. Une façon simple de réaliser le dispositif objet de l'invention est donné par la figure 2. Elle consiste - à souder deux joues parallèles sur le guide principal 1 - à river entre ces deux joues une feuille de laiton pliée en créneaux comme le montre le dessin et qui formera le grand côté des guides secondaires. Si lton désire doubler la puissance rayonnée par l'applicateur élémentaire tel qu'il vient d'être décrit, il est possible de placer un générateur à chaque extrémité du guide principal en obstruant celui-ci au milieu. Cette solution revient à mettre bout à bout en tête bêche deux applicateurs élémentaires. On peut obtenir un découplage entre les deux parties en alimentant les magnétrons l'un après l'autre grâce à un montage redresseur mono alternance. En juxtaposant côte à côte plusieurs applicateurs élémentaires, il est possible d'obtenir un panneau rayonnant de dimensions quelconques. Pour éviter la pénétration de poussière ou, de façon générale, de tous polluants dans les guides secondaire on peut recouvrir leurs embouchures par une plaque diélectrique. La figure 3a montre la répartition du champ électrique de l'applicateur élémentaire. Le champ reste constant en amplitude, direction et phase lorsque l'on se déplace suivant la direction XX'. La figure 3b donne, vue de X en coupe, le diagramme de rayonnement de cet applicateur. La figure 4 donne la répartition du champ électrique dans le cas d'un panneau rayonnant à trois applicateurs élémentaires.Pour éviter des interactions entre applicateurs voisins, il est possible de considérer l'applicateur total comme formé de groupement de trois applicateurs élémentaires, chaque magnétron du groupement élémentaire étant alimenté successivement grâce à trois montages redresseurs mono alternance alimentés sur les phases 1, 2, et 3 du triphasé. I1 est possible, compte tenu que le rayonnement de l'applicateur est équiphase, de provoquer grâce à un réflecteur plan un phénomène d'ondes stationnaires et de positionner le matériau à traiter dans un ventre d'ondes stationnaires améliorant ainsi le couplage onde matériau. Dans le cas d'un matériau filiforme on fera défiler celui-ci paralèllement à l'axe du guide principal. Le réflecteur sera du type parabolique, l'axe de la parabole étant parallèle au guide principal, le fil étant situé sur la ligne foyer figure 5. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé pour les applications énergétiques des micro-ondes lorsqu'il est nécessaire pour un traitement thermique (séchage, vulcanisation, polymérisation, enduction, collage, ect.) d'appliquer une densité de puissance uniforme, ou suivant un profil prévu à l'avance sur un matériau se présentant sous forme de fil, feuille, nappe ou en masse. Un des avantages du système est de fournir un champ constant même à très faible distance de l'applicateur et de pouvoir créer un phénomène de résonance entre l'applicateur et un réflecteur. REVENDICATIONS 1 - Applicateur micro-ondes à champ constant en amplitude direction et phase. : caractérisé par le fait que l'on obtient un champ électrique uni forme en amplitude direction et phase par la juxtaposition de champs élé mentaires remis en phase fournis par des guides d'ondes accolés entre eux par leurs grandes faces couplés à un guide principal d'alimentation fonction nant en mode TE 10. 2 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que la remise en phase des ondes issues des guides secondaires est assurée par des longueurs définies de diélectrique à faibles pertes placées dans ces guides. 3- - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que la remise en phase des ondes issues des guides secondiares est assurée par une diminution adéquate de la largeur de certains guides secondaires. 4 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que les guides secondaires prélèvent leur alimentation en des points espacés de > /4 sur le guide principal ce qui g permet d'annuler deux à deux les reflexions produites dans le guide au niveau des iris de couplage, autrement dit, fait que le générateur micro ondes débite sur une charge adaptée. 5 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que les guides secondaires peuvent être réalisés par la réunion de deux plaques parallèles en laiton ef d'une feuille en laiton pliée en serpentin formant séparation. 6 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que le choix de la largeur des fentes ou du diamètre des trous permet de séparer l'énergie également entre tous les guides secondaires ou suivant un profil quelconque déterminé à l'avance. 7 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que la mise côte à côte d'applicateurs élémentaires permet d'obtenir un panneau. rayonnant. 8 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que l'adjonction d'un réflecteur plan parallèle à l'applicateur permet d'obtenir un phénomène d'ondes stationnaires et ainsi de positionner l'échantillon en feuille ou en nappe dans un ventre d'ondes stationnaires améliorant ainsi le couplage onde matériau. 9 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait que l'utilisation d'un résonateur cylindri que à section parabolique permet de concentrer l'énergie micro-onde sur la ligne foyer d'où la possibilité de traitement de fil défilant suivant cette ligne foyer. 10 - Dispositif selon la revendication 1, : caractérisé par le fait qu'il est possible pour augmenter la densité de puissance de l'applicateur de mettre bout à bout en tête bêche deux applicateurs élémentaires.