Línea de transmisión cuasi-óptica con modos gaussianos de orden superior para sistemas basados en gyrotrones tecnológicos para aplicaciones cerámicas. Carlos del Río†‡, Ramón Gonzalo†, Arnold Möbius‡, Mario Sorolla† y Manfred Thumm‡ (†) DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD PUBLICA DE NAVARRA CAMPUS ARROSADIA S/N, 31006 PAMPLONA Correo electrónico: carlos@upna.es (‡) FORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE INSTUTUT FÜR TECHNISCHE PHYSIK POSTFACH 3640, D-76021 KARLSRUHE, ALEMANIA Abstract: In this paper, a description of a new compact microwave oven system based on a tecnological gyrotron for material processing applications is presented. The whole system has been designed by the Institute of Applied Physics in Nizhny Novgorod (Russia) and nowadays is installed in the Forschungszentrum (Karlsruhe, Germany). It consists ot a technological gyrotron working at 30 GHz giving 10 Kw CW in the TE 02 circular waveguide mode, a quasi-optical transmission line (optimized in this work) and the final very oversized cavity or applicator. The original transmission line had a transmission efficiency of about 70%, by using a Vlasov launcher to generate a fundamental gaussian beam from the TE 02 mode. The power was driven through a total of three mirrors. The improved design presented here increases the transmission efficiency up to 91%, by using a higher order gaussian beam mode, azimuthaly polarized and conical profile, by using only two ellipsoidal mirrors. 1. Introducción Hasta hoy en dia, las aplicaciones de microondas con cierto nivel de potencia estaban limitadas a aplicaciones relacionadas con el calentamiento de plasmas, radar, comunicaciones, ya sean espaciales o terrestres, o con los hornos de cocina a 2.45 GHz., ya casi convencionales. Actualmente, se están realizando muchos estudios para poder aplicar las microondas a materiales cerámicos, consiguiendo unas mejores condiciones de acabado, tiempos de secado menores, “sinterización” de nuevos materiales, etc. En concreto, la aplicación que se presenta en esta comunicación es la de un prototipo de horno de microondas de mediana potencia, 10 kW CW a 30 GHz., con el que se pretende “sinterizar” materiales cerámicos mediante una distribución de campo uniforme en la cavidad o aplicador final. Con esta distribución uniforme del campo, conseguimos un secado uniforme de las piezas, evitando asi posibles grietas debidas a gradientes de temperatura en el proceso de secado. Controlando, como es posible hacerlo modulando el generador, la curva de temperatura, se pueden llegar a conseguir unos tamaños de grano muy pequeños, consiguiendo materiales mucho mas duros, en unos tiempos realmente cortos. El sistema completo ha sido diseñado por el Instituto de Física Aplicada de Nizhny Novgorod (Rusia), y se encuentra en la actualidad instalado en el Forschungszentrum Karlsruhe (Alemania). Sin embargo, en esta comunicación nos queremos centrar en el diseño de la línea de transmisión empleada. El diseño original incluía una linea de transmisión con unas pérdidas del 30% de la potencia. La utilización de modos gaussianos de orden superior para el transporte de la potencia a traves de una línea cuasi-óptica, ha permitido el poder diseñar una nueva línea de transmisión, disminuyendo las pérdidas hasta un 9% [1]. 2. Línea cuasi-óptica En este tipo de sistemas de calentamiento, la distribución de la potencia a la entrada de la cavidad final no tiene ninguna relevancia. Lo único que se pretende es introducir la mayor cantidad de potencia posible en el aplicador. Una vez allí, y con la ayuda de un dispositivo metálico rotatorio, se procederá a la aleatorización de los campos, buscando una distribución uniforme de la densidad de potencia. A este respecto, se deberán tener en cuenta varios factores. El más importante, es el tamaño de la cavidad que deberá ser realmente grande en relación con la longitud de onda de trabajo, con tal de permitir la presencia de un número muy grande de modos. De hecho, debido a este problema, el método empleado en la actualidad para calcular estas cavidades tan sobredimensionadas, son los basados en un trazado de rayos. Hoy en dia, gracias a los estudios realizados en el Forschungszentrum de Karlsruhe, se ha podido llegar a un diseño sistemático de las paredes de estas cavidades, así como a la manera óptima de introducir la potencia en la cavidad, asegurando una distribución uniforme. brought to you by CORE View metadata, citation and similar papers at core.ac.uk provided by Academica-e