Filtro multimodo de microondas abierto en tecnología de guía de onda mediante la combinación de postes e iris para hornos de calentamiento por microondas que comprende una entrada (1) del filtro,

en forma de apertura, una salida (2) del filtro, unos medios de transporte (3) para los materiales, una pluralidad de iris (4), una pluralidad de filas de postes (5), y una carcasa metálica (6) con dos aperturas para entrada y salida de materiales que rodea los elementos internos anteriormente citados, en donde se elimina simultáneamente múltiples modos mediante la combinación alterna de las filas de postes (5) y de iris (4) metálicos o dieléctricos y sus combinaciones, estando dichos postes (5) e iris (4) optimizados minimizando la función**FIGURA01**donde N representa el número total de modos que deben ser filtrados en el interior del filtro y S{sub,2(i)1(j)} representa el parámetro de dispersión de transmisión cuando en el puerto de entrada del filtro se excita el modo j-ésimo y se mide en el puerto de salida del filtro la energía transferida mediante el modo i-ésimo

Filtro multimodo de microondas abierto en tecnología de guía de onda mediante la combinación de postes e iris para hornos de calentamiento por microondas.

La presente invención tiene por objetivo una estructura de filtro reactivo provisto de una combinación alterna de filas de pivotes metálicos y láminas metálicas o iris junto con la línea de transporte de material y el propio material, que permita atenuar los modos de campo electromagnético que intentan propagarse desde el interior del horno de microondas hacia el exterior, a través de las aperturas de entrada y salida del proceso en línea.

La presente invención se encuadra dentro de los filtros de entrada y salida necesarios en los hornos de calentamiento por microondas con funcionamiento continuo donde deben existir aperturas que permitan la entrada y salida de los materiales sin ningún tipo de interrupción. Dichos filtros suelen encuadrarse dentro del tipo "elimina-banda", lo cual indica que deben eliminar todas o gran parte de las señales dentro de un determinado ancho de banda.

Antecedentes de la invención

El calentamiento de materiales en procesos industriales continuos, mediante la utilización de hornos de microondas emplazados en algún punto de la línea de producción son una realidad con cada vez mayor presencia en la industria. Este tipo de hornos industriales de microondas están constituidos habitualmente como una cavidad multimodo alimentada con fuentes de microondas (magnetrones), tratándose los distintos materiales en el interior de la cavidad.

Las potencias utilizadas en dichos hornos se suelen encontrar en torno a niveles de kilowatios por lo que pueden resultar perjudiciales para la salud de los operarios si no se confinan dentro de la cavidad y se evita la radiación al exterior del recinto en el que se ubica el horno.

Los hornos de microondas con funcionamiento continuo poseen al menos dos aperturas que conforman un puerto de entrada y otro de salida por donde se introducen y se recuperan los materiales. Normalmente los materiales se trasladan a través de una cinta transportadora de un cierto material transparente a las microondas o un material metálico. Estas aperturas suponen, en la práctica, antenas con mayor o menor capacidad de radiación de acuerdo a sus dimensiones de modo que por sus puertos es posible la fuga hacia el exterior de la radiación de microondas producida en dichos hornos.

Por lo tanto, la radiación de los hornos microondas industriales podría presentar un problema de seguridad por la exposición ante radiaciones electromagnéticas de elevadas potencias, lo que ha motivado la aprobación de recientes normativas y especificaciones que limitan las radiaciones que se emiten al exterior en procesos industriales, de forma que se garantice la seguridad del personal que participa en estos procesos, siendo necesario un mecanismo de control de estas fugas electromagnéticas.

Existen diferentes tipos de mecanismos de control de las radiaciones en procesos industriales. Estos van desde orificios para la entrada/salida del material con guías de onda al corte, los cuales son muy sencillos pero tienen limitaciones tanto de geometría como de las características del proceso de calentamiento, hasta otros elementos que se utilizan con este fin, como son los stubs o sintonizadores (pequeñas cavidades resonantes) de un cuarto de onda de altura, que se utilizan en serie a la entrada y a la salida de los hornos, ajusfando la longitud de cada stub en función del modo de propagación que se va a eliminar. El problema de estos últimos es el estrecho ancho de banda en el que pueden trabajar, las críticas dimensiones de la asociación y su dependencia con la anchura del material a tratar. Adicionalmente los stubs solamente permiten eliminar los modos transversales eléctricos sin permitir la eliminación de los modos transversales magnéticos.

Otra tecnología utilizada es el uso de filtros reactivos de microondas como herramientas de control, que se basan en la teoría reactiva de filtros para atenuar el campo electromagnético tanto en el puerto de entrada como en el de salida de este tipo de aplicaciones, ajustándose a una geometría determinada y fija en función de proceso que se realice en cada momento. El principal problema de estos filtros es que sólo son efectivos para unos pocos modos de propagación y tienen una estructura fija, lo cuál sólo garantiza un adecuado funcionamiento para un tipo de proceso, un tipo y tamaño de material, una velocidad de producción fijada y una potencia del horno. Esto implica que cualquier cambio en el proceso productivo, obliga a redefinir y volver a fabricar todas las estructuras comentadas anteriormente.

La bibliografía referente a filtros de microondas en guía de onda es muy amplia. En concreto si nos centramos en desarrollos que hacen uso de configuraciones de filtros que presentan algún tipo de iris o poste, podemos encontrar una amplia base tanto teórica como experimental que ha originado multitud de artículos de investigación. En particular, el inicio del estudio de la influencia que tienen los postes cilindricos en el interior de una guía de onda se remonta más de 40 años atrás, en [1], que sirvió de base para toda la investigación posterior desde los años 80 hasta la actualidad. Así, surgieron nuevas investigaciones referentes al estudio general de múltiples postes inductivos [2], las primeras aplicaciones más concretas empleando postes metálicos o dieléctricos para implementar filtros [3], y a partir de aquí numerosas alternativas de diseño y modelado (mediante circuitos equivalentes [4], modelado full wave [5] o diseño CAD [6]) que culminan en desarrollos como los que se presentan en [7] y en [8], en los que se hace uso de postes en el interior de una guía de onda para implementar filtros elimina-banda y pasa-banda, respectivamente.

En lo relativo al empleo de iris para implementar filtros, la bibliografía es algo más reducida, sobre todo si nos centramos en los filtros elimina-banda. La primera referencia encontrada, muy teórica, data de 1976 [9], a la que le siguen algunos estudios en los que se tratan cavidades con iris asimétricos [10], métodos de diseño CAD en [11] y en [12], iris multiapertura [13] o tiras ranuradas [14].

Además, es importante señalar que la mayoría de la bibliografía consultada hace referencia únicamente a filtros monomodo. Así, solamente se han encontrado 3 referencias relativas a filtros abiertos multimodo específicos para hornos microondas. En ninguno de ellos se incluye en la estructura la cinta de transporte dentro del horno. El primer filtro doblemente corrugado abierto para hornos microondas se puede encontrar en [15]. El comportamiento de dichos filtros se constató en [16]. En ambas referencias se trata de filtros que no incorporan la cinta de transporte y que únicamente utilizan postes metálicos sin introducir entre las filas de los mismos iris o discontinuidades metálicas finas y que resulten en la oclusión de alguna de las dimensiones de la guía de onda. Por último en [17] se indica que se pueden realizar filtros multimodo elimina banda mediante la utilización de saltos de impedancia realizados mediante la combinación de estructuras guía de onda pequeña-guía de onda grande-guía de onda pequeña. El tamaño de las cavidades así creadas permitirá eliminar los modos mediante reflexiones adecuadas. Sin embargo, cuando los modos a eliminar son muchos (más de 10 o 15), lo cual es habitual en los puertos de entrada/salida hornos microondas, estas estructuras pueden tener dimensiones excesivas.

Se han localizado algunas patentes, semejantes en su intencionalidad, pero no relevantes en cuanto a su parecido con el presente invento, son:

- El documento US 4182946 A presenta un método para eliminar las emisiones de microondas al exterior en un horno de microondas industrial de procesamiento en línea en el que el material se introduce y extrae del horno de manera continua a través de una cinta transportadora que se compartimenta con paneles transversales separadores. El puerto de entrada y el de salida al horno lo constituyen sendas guías de ondas huecas a modo de filtro con las paredes internas recubiertas con resonadores cilíndricos dispuestos en hileras.

- El documento US 5105174 A presenta un filtro banda-eliminada tipo guía onda para microondas con al menos un elemento resonador con un componente inductivo constituido por una línea coaxial cortocircuitada y un elemento capacitivo constituido por el conductor central de la línea coaxial. Ambos elementos se controlan ajustando la inserción del elemento central...

1. Filtro multimodo de microondas abierto en tecnología de guía de onda mediante la combinación de postes e iris para hornos de calentamiento por microondas que comprende una entrada (1) del filtro, en forma de apertura, una salida (2) del filtro, unos medios de transporte (3) para los materiales, una pluralidad de iris (4), una pluralidad de filas de postes (5), y una carcasa metálica (6) con dos aperturas para entrada y salida de materiales que rodea los elementos internos anteriormente citados, caracterizado porque elimina simultáneamente múltiples modos mediante la combinación alterna de las filas de postes (5) y de iris (4) metálicos o dieléctricos y sus combinaciones, estando dichos postes (5) e iris (4) optimizados minimizando la función

donde N representa el número total de modos que deben ser filtrados en el interior del filtro y S_2(i)1(j) representa el parámetro de dispersión de transmisión cuando en el puerto de entrada del filtro se excita el modo j-ésimo y se mide en el puerto de salida del filtro la energía transferida mediante el modo i-ésimo.

2. Filtro de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la combinación de postes (5) e iris (4) es una seleccionada entre:

filas de postes (5) e iris (4) metálicos;

filas de postes (5) e iris (4) dieléctricos;

filas de postes (5) metálicos e iris (4) dieléctricos; y

filas de postes (5) dieléctros e iris (4) metálicos.