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INSTALLATION MICRO-ONDE A DEUX MAGNETRONS AU MOINS ET
PROCEDE DE CONTROLE D'UNE TELLE INSTALLATION
Réaliser un applicateur micro-onde pour chauffer un produit donné,
ayant une géométrie donnée, est toujours un cas d'espèce. Bien que de
nombreuses solutions aient été proposées, aucune n'est suffisamment générale
pour résoudre tous les problèmes que se pose l'ingénieur. La cavité multimode,
qui
est à la base de la construction des fours domestiques, fonctionne de façon
i o optimale pour des produits dont le volume est proche de 1 dm3. Pour des
produits
de plus petit ou de plus gros volume, le rendement du four est médiocre. Le
temps
de chauffage doit alors être augmenté de façon prohibitive pour beaucoup
d'applications semi-industrielles.
Comparons, par exemple, le cas du réchauffage d'un petit pain
contenant une tranche de viande ou de fromage qui sort du congélateur où il a
été
conservé à -18 C. Pour en ramener la température à 35 , avec un four
domestique
micro-onde, de puissance nominale 800 W, il faut chauffer cinq minutes.
Supposons qu'on sache guider le rayonnement émis par un générateur
dans un guide de même dimension que l'objet, la pénétration des ondes dans le
produit est voisine de 2 cm. Ceci veut dire que si on néglige la réflexion des
ondes
sur la face d'entrée de l'objet, ou si on adapte la puissance reçue en
disposant
devant elle un adaptateur d'impédance convenable, l'objet sera parcouru par
une
onde dont l'atténuation sera de moitié tous les 4 cm. Compte tenu de
l'épaisseur de
l'objet, un tiers de la puissance incidente sortira de l'objet par la face
opposée. Bien
qu'il soit possible de réfléchir cette puissance vers l'objet, la face
d'entrée sera
toujours mieux chauffée que la face opposée. Le produit pourra éventuellement
brûler sur la face d'entrée, avant qu'il soit chaud sur la face opposée.
Dans EP 0 136 453, il est proposé, pour remédier à cette situation, de
diviser la puissance émise par le magnétron en deux parties égales et
d'irradier
chaque face de l'objet avec celle-ci. La distribution du champ
électromagnétique, à
l'intérieur de l'objet, est alors symétrique et peut être ajustée au mieux. On
peut
transmettre toute la puissance émise par le magnétron par une double
adaptation,
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une devant chaque face. Les adaptateurs neutralisent les réflexions sur les
faces et
les ondes transmises à travers le produit.
Le problème se complique cependant si le chauffage de l'objet nécessite
d'utiliser deux magnétrons à la fois,- parce que la puissance émise par un
seul
magnétron est trop faible. Si on irradie chaque face par un magnétron, les
ondes
transmises peuvent gêner le fonctionnement de l'autre magnétron, parfois
jusqu'à la
destruction des tubes. La solution qui consiste à polariser les ondes
incidentes et à
tourner la polarisation des ondes l'une par rapport à l'autre a été souvent
décrite.
Elle est bien connue, mais n'est pas toujours applicable, ni efficace, car les
ondes
transmises ont une polarisation souvent multiple à cause des phénomènes de
diffraction qui ont lieu sur les faces de l'objet.
De même, on a préconisé des solutions où les sources n'émettent pas
leur puissance continûment dans le temps, mais alternativement selon un régime
pulsé, de sorte que l'onde émise par l'un des magnétrons et reçue par l'autre
arrive
pendant des instants où ce dernier est éteint. Ce découplage est efficace,
mais
présente aussi des limites.
L'invention qui suit permet de découpler, d'une façon complète, les
ondes émises par chaque magnétron avec un Té magique ou autre coupleur
directif.
Ainsi, pour fixer les idées et reprendre l'exemple plus haut, un petit pain
contenant une tranche de viande ou de fromage qui sort du congélateur où il a
été
conservé à -18 C est selon l'invention réchauffé en 30 secondes environ au
lieu de 5 minutes.
Elle concerne une installation de chauffage ou de traitement micro-onde
d'un matériau, alimentée par deux magnétrons séparés. Les magnétrons sont
montés sur les branches conjuguées d'un Té magique ou d'un coupleur directif ;
les
autres branches conjuguées, formant un anneau, irradient le matériau et des
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adaptateurs d'impédance sont situés dans les branches latérales et/ou devant
les
magnétrons pour découpler le fonctionnement des magnétrons et transmettre
toute
la puissance émise par les magnétrons au matériau ou à l'objet.
L'invention concerne aussi un procédé de contrôle d'une installation à
deux magnétrons à l'aide de doubles mélangeurs équilibrés pour séparer des
distributions électromagnétiques générées par les deux magnétrons les
contributions venant de chacun d'entre eux.
Ce procédé est avantageusement automatisé et les doubles mélangeurs
équilibrés, ajustent en permanence les réglages des adaptateurs pour optimiser
les
paramètres de fonctionnement des magnétrons, selon un processus
d'asservissement.
De la sorte, on peut obtenir une distribution homogène et constante sur
le matériau ou l'objet. S'il y a lieu, on peut aussi mettre à profit les
réglages pour
distribuer le champ d'une façon modulée ou inhomogène, par exemple un maximum
au coeur de l'objet et un champ moindre en surface.
L'installation correspondante pour le chauffage ou le traitement micro-
onde d'un matériau comprend un applicateur ou four alimenté par deux ou
plusieurs
magnétrons et plusieurs adaptateurs d'impédance permettant d'annuler les ondes
réfléchies par l'applicateur, que chacun des magnétrons reçoit. Un ou
plusieurs
doubles mélangeurs équilibrés, dont les références sont alimentées par un
magnétron, détectent la part des ondes émises par celui-ci, parmi toutes
celles
reçues, afin de régler les adaptateurs d'impédance et transmettre toute la
puissance
émise par les magnétrons au matériau.
Dans un autre aspect encore, l'invention concerne une installation de
chauffage ou de traitement micro-onde d'un matériau, comprenant un applicateur
alimenté par deux ou plusieurs magnétrons et plusieurs circuits de réglages
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permettant de modifier la distribution des ondes émises par chacun des
magnétrons, transmises à l'applicateur et réfléchies par celui-ci. Un ou
plusieurs
doubles mélangeurs équilibrés dont les voies de référence sont alimentées par
un
magnétron, détectent la contribution des ondes émises par chacun des autres
magnétrons, parmi toutes les ondes reçues, afin de régler les circuits
modifiant la
répartition du champ électromagnétique appliqué au matériau et lui transmettre
toute la puissance émise par les magnétrons.
Dans les deux derniers cas, les voies de référence des doubles
mélangeurs peuvent être alimentées par un générateur annexe dont la fréquence
est stabilisée sur la fréquence d'un des magnétrons, ou par un générateur
annexe
dont la fréquence est décalée de celle d'un magnétron d'une valeur fixe.
Alternativement, les voies de référence des doubles mélangeurs
équilibrés sont alimentées par un magnétron après égalisation du niveau du
signal.
Dans ce contexte et comme on le verra en détail plus loin, on peut
utiliser quatre doubles mélangeurs équilibrés. Pour une meilleure optimisation
encore, les doubles mélangeurs équilibrés seront au nombre total de six, les
deux
doubles mélangeurs supplémentaires étant utilisés pour des mesures faites à
proximité immédiate ou directement au coeur du matériau ou de l'objet ou
produit
soumis aux micro-ondes.
L'invention sera mieux comprise en référence aux dessins annexés,
donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans ces dessins :
- la figure 1 est un schéma de montage de principe d'un exemple
d'applicateur d'une installation de chauffage ou de traitement micro-onde qui,
selon
l'invention, comprend un Té magique (T) et son anneau associé,
- la figure 2 est une vue schématique en perspective (tel qu'un
observateur le verrait selon l'axe matérialisé par la flèche P) du Té magique
de
l'applicateur esquissé dans la figure 1,
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4a
- la figure 3 est une vue de détail d'un adaptateur d'impédance à tige
plongeant pour un applicateur tel que sur la figure 1,
- la figure 4 montre les distributions stationnaires des champs
électromagnétiques créés par chacun des magnétrons, et par la conjugaison des
deux dans ('anneau,
- la figure 5 est une vue en perspective géométrique d'une première
réalisation d'une installation selon l'invention répondant au schéma de
principe de la
figure 1,
- la figure 6 correspond à la figure 5, où sont indiqués les capteurs
permettant le réglage du fonctionnement des magnétrons,
- la figure 7 illustre une autre disposition spatiale d'une installation selon
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l'invention, aompi es as, dam guides d'onde suaires, intercalés entre les
branches et l'applicateur, à i'errtrée de celui-ci,
- la figure 8 décrit une autre disposition spatiale encore pour une
installation selon l'invention employant quatre magnétrons (deux fois deux
5 magnétrons).
- la figure 9 décrit encore un autre mettarrt en oeuvre un
applicateur micro-onde à fente, avantageuse pour le traitemerit en continu de
matériaux défilant devant-la-fente-délivrant l'énergie1Tricro-onde, et
- les figures 10s (10a à 10d) regroupent sous forme d'un croquis
1o schématique les principes des mesures et des calculs utilisés dans les
doubles
mélangeurs équilibrés pourle-réglage-du fonctionnement-de l'anneau.
On comprendra aisément le fonctionnemerrt du montage à l'aide des
figures 1 et 2. L'objet ou le matériau à chauffer.. 10 placé à l'intérieur
d'un applicateur
ou four micro-onde 5, est irradié par les branches conjuguées symétriques
(guides
d'ondes) 1 et 2 d'un Té magique M. Les autres branches conjuguées (guides
d'ondes) 3 et 4, usdioguu i les aux deux autres comme illustré sur la figure
2,
comportent les sources microsonde ou magnétrons 11 et 12 matérialisés par une
double flèche (p). Les branches 1 et 2 ont des langueurs égales et le montage
est
totalement symétrique. L'ensemble des guides d'ondes 1, 2 forment un guide
d'ondes en forme d'ormeau ou anneau-guide.
L'énergie émise- parle-rrragnétron 11, en-provenance de la branche 3 ne
sort pas parla branche 4. Elle est-réparti au niveau du Té en deux ondes de
même
phase dans les branches 1 et 2. Ces ondes se réfléchissent chacune sur les
faces
13 et 14 du matériau 10. Elles restent en phase et-se combinent dans le Té
pour
s'additionner-dans la branche 3. Ces-ondes réfléchies-s'annulent dans la
branche 4
par raison de symétrie. Il suffit doric-de disposer de deux adaptateurs
d'impédance
6,7 symétriquement-dans les branches 1 et 2, en avant des faces de l'objet 10
pour
les annuler. Si l'objet-n'absorbe pas-totalemerrt l'énergie, les ondes-
transmises sont
elles-mêmes en phase. Elles s'additionnent au niveau du Té dans la branche 3
également. Il suffit donc de disposer-d'un troisième adaptateur 8 dans la
branche 3
en avant du magnétnm 11 pour-éviter-que celles-ci ne paffViennerrt et
perturbent le
fonctionnement du magnétrorn 11.
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Le magnétron 12, qui est situé dans la branche 4 fonctionne de même. Il
émet des ondes dans les branches 1 et 2 ayant des phases opposées, qui se
réfléchissent sur les faces 101 et 102 avec des phases évidemment opposées.
Dans le Té elles s'annulent dans la branche 3 et s'additionnent dans la
branche 4
comme précédemment, si des adaptateurs symétriques 6,7 devant les faces 101 et
102 éliminent ces réflexions. Le magnétron 12 ne reçoit par d'énergie. Comme
précédemment aussi, les ondes transmises qui proviennent du magnétron 12 sont
en opposition de phase l'une par rapport à l'autre. Elles s'annulent également
dans
la branche 3 du Té et se combinent dans la branche 4 du magnétron 12 qui les a
émises. Un quatrième adaptateur d'impédance 9, placé devant le magnétron 12,
évite qu'elles parviennent jusqu'à lui.
Le découplage entre les deux magnétrons est ainsi aussi parfait que
possible. Aucune onde émise par le magnétron 11 ne parvient au magnétron 12 et
vice-versa. De plus, il est possible de réduire la réflexion des ondes émises
par
chaque magnétron et reçues par lui-même au moyen d'adaptateurs d'impédance qui
fonctionnent de façon séparée.
De tels adaptateurs d'impédance 6,7,8,9 sont représentés à la figure 3.
Ils sont du type plongeur, à vis par exemple, et jouissent de 2 degrés de
liberté, en
hauteur et pénétration dans le guide d'onde selon f1, et longitudinalement
selon f2
(tige 6 et fente 6' dans l'exemple de l'adaptateur placé sur le guide d'onde
1).
Le montage présente en plus l'avantage de procurer une distribution
homogène du champ électromagnétique dans le produit, comme on le voit sur la
figure 4, qui représente en ordonnées et en mV les amplitudes El et E2 des
champs électriques rayonnées séparément par les magnétrons 11, respectivement
12, et le champ associé à l'énergie totale résultant de leur conjugaison, soit
E*= E1+E2 . Dans les cas idéaux, E* est une droite horizontale.
La distribution stationnaire du champ électromagnétique produite par
l'émission du magnétron 11 est symétrique entre les deux adaptateurs
d'impédance
6,7 Le champ présente un maximum au centre de l'objet 10, par exemple tel que
la
courbe (11) de la figure 3 le représente. La distribution présente des maxima
et des
minima plus ou moins prononcés suivant l'atténuation des ondes dans le
produit. La
distance entre deux maxima consécutifs est égale à la longueur d'onde dans le
matériau, divisée par 2.
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La distribution stationnaire du champ électromagnétique produit par le
magnétron 12 correspond à des ondes de même amplitude mais l'une des ondes
est en opposition de phase par comparaison à la distribution précédente. Il
s'ensuit
que la distribution stationnaire est décalée d'un quart de la longueur d'onde
de sorte
que ses maxima sont situés aux endroits où sont situés les minima de la
distribution
stationnaire du champ émise par le magnétron 11.
L'énergie totale E* dissipée dans le produit étant proportionnelle à la
somme des carrés des champs des distributions séparées, on voit que le
chauffage
est bien plus homogène, si on prend en compte les deux distributions qu'avec
1o chacune d'elles. Si les amplitudes relatives des deux distributions ne sont
pas telles
qu'on le souhaite, on peut ajuster la répartition locale d'énergie sans sortir
du cadre
de l'invention, en déréglant légèrement les adaptateurs d'impédance latéraux
6,7,
situés dans les branches 1 et 2. Il s'ensuivra, certes, que les ondes
réfléchies sur
les magnétrons ne seront plus nulles mais comme le montage comporte des
adaptateurs d'impédance 8,9 devant chaque magnétron, on saura rattraper les
réglages avec ceux-ci, parce que les ondes à compenser en avant de chaque
magnétron sont bien émises par chaque magnétron.
Il est à noter que l'invention décrite, qui utilise un Té magique (T) pour,
découpler le fonctionnement de deux magnétrons émettant en continu, s'applique
aussi à des magnétrons qui fonctionneraient alternativement l'un par rapport à
l'autre. L'invention renforce le découplage que cette solution pourrait
apporter. De
même, l'invention se combine aussi avec les moyens classiques signalés, qui
reviennent à tourner les plans de polarisation des ondes transmises et
réfléchies ou
émises.
On ne sort pas du cadre de l'invention si l'on dispose les magnétrons
dans les branches 1 et 2 du Té magique en alimentant l'applicateur par les
branches 3 et 4. Le fonctionnement peut être décrit de la même façon.
On peut aussi utiliser des Tés magiques autres que le Té dessiné à la
figure 2, qui sont différents par leur forme mais qui fonctionnent de façon
identique.
De même, on peut utiliser un coupleur directif 3 db appelé Té à 90 ,
constitué par deux guides ayant une ouverture commune sur le petit côté
commun.
Ce Té a un plan de symétrie différent du Té magique ; les ondes sortant par
les
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branches conjuguées 1 et 2 sont en quadrature de phase l'une par rapport à
l'autre,
quelle que soit la source en 3 ou 4. Cette différence revient à la situation
décrite
pour le Té magique classique à condition de choisir des longueurs de branche 1
et 2
différentes (de x.g/4).
De même, on peut utiliser sans sortir du cadre de l'invention, un
coupleur directif, ayant un coefficient de couplage différent de 3 db, par
exemple 10
db, avec deux générateurs de même puissance nominale ou de puissance nominale
différente. La circulation des ondes a lieu comme décrit. Les distributions
stationnaires sont évidemment modifiées en amplitude, on pourra par exemple en
1o tirer partie pour surchauffer, éventuellement pendant un temps donné, une
face de
l'objet.
D'une façon générale et sachant que le prix de revient des magnétrons
industriels croît beaucoup plus rapidement que la puissance nominale, l'usage
de
deux magnétrons de plus faible puissance est une solution très économique par
rapport à l'utilisation d'un seul magnétron.
Il convient de noter ici que l'invention n'a rien de commun avec les
dispositifs appelés combineurs ou assembleurs de plusieurs sources hautes
fréquences ou micro-onde. Ces dispositifs ont trois ou plusieurs branches. Ils
servent à brancher deux ou plusieurs amplificateurs et des sources synchrones,
c'est-à-dire alimentées par un même préamplificateur. Avec ces dispositifs, la
combinaison des ondes n'a lieu que parce que les sources sont synchrones.
L'invention n'utilise pas non plus, et s'en distingue par là même, un Té
magique avec un seul générateur qui alimente un applicateur séparé en deux
parties ou deux applicateurs fonctionnant de façon identique. Ce montage dont
les
ondes réfléchies séparées varient fortement au cours du traitement, de façon
identique, utilise un Té magique pour optimiser l'absorption dans les deux
applicateurs, sans réglage, comme décrit par exemple dans FR 2 316 761.
Une première disposition spatiale pour une installation selon l'invention
est représentée par exemple sur la figure 5, dans laquelle on a repris les
chiffres de
référence des figures 1 à 3 pour les organes identiques ou remplissant une
même
fonction. L'applicateur micro-onde 5 ou four renfermant le produit à traiter
10, est
dessiné avec un porte permettant d'y introduire et d'en retirer ce produit 10.
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On retrouve le té magique (T) à la jonction des branches 3 et 4, guides
d'ondes provenant respectivement des magnétrons 11 et 12, et débouchant dans
l'anneau-guide constitué des branches ou guides d'ondes 1 et 2, lequel conduit
à
l'applicateur 5. Les guides d'ondes sont par exemple d'un type standard
rectangulaire de 86 x 43 mm. L'anneau peut être circulaire ou ovoïde, ou
encore
coudé avec des parties droites.
Dans ce cas, on peut régler une fois pour toutes la position des
adaptateurs 6,7,8,9 pour une répartition optimale et conforme à l'invention de
l'énergie micro-onde reçue par le produit 10, en provenance des magnétrons
11,12.
Le montage décrit dans l'invention peut être aussi automatisé et son
utilisation peut être justifiée par ce seul fait. En effet, si les propriétés
diélectriques
du produit traité varient ou si le produit a une forme qui varie, les réglages
des
adaptateurs du montage des figures 1 et 2 peuvent être complètement
automatisés,
comme on peut le voir en référence à la figure 6.
C'est souvent le cas par exemple en cours de chauffage ou de cuisson
où le produit traité peut gonfler ou au contraire se racornir, les propriétés
diélectriques se modifiant alors généralement, et il est alors avantageux de
pouvoir
modifier en conséquence et en fonction du temps les réglages et ainsi les
puissances appliquées.
Pour ce faire, on dispose devant chaque magnétron 11,12 des capteurs
sous forme de coupleurs directifs de mesure 13, respectivement 14, permettant
la
mesure de la puissance incidente Pi et de la puissance réfléchie Pr par chaque
magnétron 11 et 12, et on utilisera alors quatre doubles mélangeurs équilibrés
pour
détecter les signaux micro-onde. Incidemment, ce montage comprend aussi une
antenne ou capteur 15 à proximité immédiate du produit 10 à traiter ou
enfichée au
coeur de celui-ci. Ceci sera décrit avec plus de détails plus loin, c'est-à-
dire après la
présentation d'autres dispositions géométriques de l'installation selon
l'invention, les
chiffres de références correspondants indiquant des organes identiques ou de
même fonctionnalité.
De fait, la figure 7 illustre un autre montage de l'installation, dans lequel
le four 5 est parallélépidique au lieu de pyramidal et où entre celui-ci et
les guides
d'ondes (branches 1,2) sont intercalés deux guides d'ondes 16, respectivement
17,
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Inclinés par rapport aux branches 1 et 2, mais orthogonaux entre eux. Ces deux
guides d'ondes cornptémeritain s 16,17 permettent d'agir sur Porientation des
vecteurs champ électrique, de régler ainsi les valeurs relatives des
coefficients de
réflexion et de trartssuisbian complexes et, si besoin est, de parfaire le
découplage
5 des magnétrons.
La figure 8 ralrée+enie un autre montage encor, cette fois-ci à quatre
magnétrons 11, 12; 11',12' alimentani-par pair e deux Tés magiques T,T' avec
leurs
quatre branches 1,2,3,4 (premier anneau-guide), respectivement 1,'2,'3',4'
(deuxième anneau-guide). Les deux anneaux débouchent côte-à-côte dans un four
lo cylindrique 5'.
En variante non icpt enitée, il est possible d'adjoindre un troisième
anneau-guide alimenté par deux autres magnétrons et placé dans un plan
orthogonal par rapport aux-deux autres, d'est-à-dire dans un plan hvrizo,, 1
si on se
rapportait à la figure 8.
La figure 9 représente schématiquemerit un autre montage encore où
l'énergie micro-on est-délivrée-parune-fénte 18 dans une structure
d'applicateur 5
ouverte permettarii-le défilement-du-produit à t aiter-devant la fente.
Les guides à fente, irradiant un matériau ou objet placé dans une
enceinte, sont à la base de nombreux applicateurs performants, bien qu'il soit
2o difficile d'obtenir une répartition - homogène du champ électromagnétique
au
voisinage des fentes (voir notamment Sébastien Keller, Thèse de Doctorat,
Université de Henri Poincaré (Nancy 1), 6 novembre 1997). En alimentant un
guide à
fente par deux magnétrons, le-problème-se simplifie.
Dans un tel montage, reprdrue, té sur la figure 9, on réalise un radiateur
de champ électromagnétique procurant-une distribution 1 tomogèrtè dans le sens
de
la longueur et homogène dans le sens perpendiculaire à la fente. Il permet un
traitement en continu, contrairement aux mvrrtages des figures précédentes qui
concernent plutôt des-taitenmseriis lots par lots. A noter que la fente 18
n'est pas
située à mi-hauteur, mais plutôt à une hauteur située entre les 213 et les 314
de la
3o hauteur. De préférence, le guide à fente rayonnant est muni de volets
inclinés
19,20.
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Revenons maintenant et avec plus de détails aux doubles mélangeurs
équilibrés dont le rôle est de suivre et de traiter en continu les variations
des
paramètres mesurés par les capteurs 13,14, selon les principes illustrés à la
figure
10.
Ces doubles mélangeurs équilibrés sont alimentés par un signal micro-
onde de référence R sur leur entrée. Ils détectent alors, de façon
vectorielle, toutes
les ondes synchrones au signal de référence et seulement les ondes synchrones
à
la référence. On peut alors combiner les signaux Pi11, Pr11, Pi12 et Pr12 pour
obtenir
- soit une image des ondes réfléchies dans chaque branche 3 et 4;
- soit une image du signal de déséquilibre des ondes réfléchies par
chaque face de l'objet ;
soit une image du déséquilibre des ondes transmises par chaque
magnétron.
Pi11 représente la puissance incidente délivrée par le magnétron 11,
Pi12 par le magnétron 12, Pr11 représente la puissance réfléchie en direction
du
magnétron 11, Pr12 en direction du magnétron 12, etc.
Ces informations, qui caractérisent les amplitudes et les phases des
ondes concernées, permettent d'agir sur les réglages des quatre adaptateurs
selon
un régime défini, en fonction du traitement souhaité. Un régime peut être
clairement
appliqué parce qu'on sait comment les ondes élémentaires circulent dans le
circuit
et comment on veut qu'elles circulent.
Avantageusement les adaptateurs délivrent leurs signaux de sortie à un
calculateur, qui peut se réduire un simple ordinateur portable, lequel envoie
des
ordres de commandes sur les adaptateurs 6,7,8,9 de façon à rester toujours en
régime optimal en faisant varier, si nécessaire, les positions absolues ou
relatives
de ceux-ci.
On peut aussi compléter la procédure par la mesure de la distribution du
champ électromagnétique directement dans le produit au moyen d'une (voir plus
haut) ou plusieurs antennes en utilisant à nouveau des doubles mélangeurs
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équilibrés dont les signaux de référence sont les ondes incidentes émises par
chaque magnétron. On pourra isoler les valeurs du champ électrique produit par
chaque magnétron.
Il est possible d'alimenter les voies de référence des doubles
mélangeurs équilibrés par des signaux émis par un seul magnétron 11 sans
utiliser
les coupleurs directifs de mesure. Généralement, les magnétrons sont plantés
dans
un guide rectangulaire devant un court-circuit, dont la position est choisie
avec soin
pour que le magnétron 11 fonctionne de façon nominale et émette toute sa
puissance dans le guide dans la direction opposée. On peut monter une boucle
dans le fond du court-circuit pour capter par influence magnétique une onde
d'amplitude proportionnelle à l'émission du magnétron 11. Cette boucle peut
alimenter les doubles mélangeurs équilibrés.
Le contrôle automatique des réglages d'un four tel que décrit ci-dessus
dans ses versions différentes, est compliqué parce que le four comporte au
moins
quatre adaptateurs d'impédance, c'est-à-dire au moins huit réglages au total,
parce
que chaque adaptateur possède deux degrés de liberté, à savoir sa position
latérale
et son enfoncement. Il faut tenir compte de ce que le four est alimenté par
deux
magnétrons au moins, c'est-à-dire que le champ électromagnétique qui règne
dans
le four ou dans toutes les branches de l'anneau, est une combinaison linéaire
variable des champs électromagnétiques émis par chaque magnétron. Il faut donc
que les capteurs sélectionnent la part du champ électromagnétique émise par
chaque magnétron et qu'ils fournissent une information double en amplitude et
en
phase.
On ne peut assurer ces conditions avec des détecteurs ordinaires, à
diodes, qui mesurent seulement l'amplitude du champ électromagnétique total.
Par
contre, on peut atteindre l'objectif fixé en utilisant des mélangeurs simples.
Un
mélangeur est un détecteur qui est alimenté par deux signaux électriques, l'un
est
appelé signal S, l'autre est appelé référence R. Cette entrée est souvent
désignée
dans la littérature technique par l'expression "oscillateur local". Un
mélangeur simple
3o fournit une tension non nulle, seulement si les deux signaux R et S ont la
même
fréquence et sont synchrones. La tension est proportionnelle à l'amplitude de
S et
au cosinus de la phase de S par rapport à R, soit V = S.coscp.
Avec deux mélangeurs simples, montés en parallèle et avec un
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déphaseur convenable, on sait faire un double mélangeur équilibré. Le double
mélangeur équilibré fournit deux tensions de sorties pi aportionnelles à S.cos
( et
S.sin cp quand on ails rierrte le double-mélangeur équilibré par-des signaux.S
et de
référence R synchrones.
On voit, ainsi, que si le signal R est une onde du magnétron 11 (par
exemple), on peut-appliquer-sur l'entrée S d'un double mélangeur-équilibré un
signal
complexe venant des deux magnétrons. On obtient que les sorties du double
mélangeur équilibré ne détectent que la part du champ électromagnétique
synchrone au signal R ; c'est-à-dire à l'onde émise-par le magnétnvrn 11. De
plus, le
lo double mélangeur équilibré fournit l'amplitude et la phase de la part
détectée. Les
deux sorties permettes,-de-néglercomme on veut un adaptateur d'impédance.
En revenant à la figure 10, organigramme des réglages des quatre
adaptateurs d'impédance 6-7-8-9, on peut disposer deux coupleurs directifs de
mesure 13,14 dans les branches conjuguées 3 et 4 du Té, entre les magnétrons
et
les adaptateurs d'impédance 8 et 9.
Chaque coupleur de mesure fournit deux signaux praporiiunnels
respectivement à l'onde incidente et à l'onde réfléchie qui circulent dans les
branches considérées, notés Pli 1, Pr12, Pj11, Pr12.
Si un double mélangeur équilibré a pour signal de référence R l'onde
incidente Pi11 et poursignal S l'onde Pr12, ses sorties indiqueront
l'amplitude et la
phase de l'onde synchrone avec l'émission du magnétron 11. Ces sorties
permettront de régler les adaptateurs 6 et 7 pour qu'elles soient nulles,
sachant que
les adaptateurs 6 et 7 doivent- être positionnés symétriquement de façon à ce
que,
comme vu précédemment, l'onde émise par le magnétron 11 qui est réfléchie sur
la
face 13 de l'objet ou du matériau 10, soit nulle.
Le réglage de la symétrie des adaptateurs peut être aussi commandé
par les sorties S d'un autre double mélangeur équilibré dont la référence R
serais
fournie par le signal P112 et dont la voie signal serait alimentée par le
signal Pr11,
en s'arrangeant pourque ces-serties-svient-égalemes, nulles.
Si on alimente la voie référence R d'un troisième double mélangeur
équilibré par le signai Pi11 et sa voie signal 8 par PrI1, on obtient à sa
sortie
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directement des informations, en amplitude et en phase, qui mesurent l'onde
réfléchie que reçoit le magnétron 11, et qui a été émise par lui-même. On peut
donc
obtenir que celle-ci soit nulle en réglant l'adaptateur d'impédance 8 de façon
à ce
que ces tensions soient nulles.
Selon la même procédure et dans le même esprit, si on alimente la voie
de référence R d'un quatrième mélangeur équilibré par le signal Pi12 et sa
voie
signal S par le signal Pr12, on obtient en sortie des informations qui
permettent de
régler l'adaptateur d'impédance situé devant le magnétron 12 pour qu'il ne
reçoive
aucune onde réfléchie.
Dans l'organigramme des réglages des quatre adaptateurs d'impédance
présentés précédemment, on utilise quatre doubles mélangeurs équilibrés dont
les
voies de référence R sont alimentées par les signaux recueillis par deux
coupleurs
directifs situés devant les magnétrons. Le réglage des adaptateurs d'impédance
revient à chercher à rendre nulles les sorties de ces doubles mélangeurs
équilibrés.
En d'autres termes, les réglages se font en annulant les signaux de
sortie des doubles mélangeurs équilibrés obtenus en :
a) croisant le signal incident Pi du magnétron 11, soit Pi11, avec le
signal réfléchi Pr du magnétron 12, soit Pr12,
b) croisant le signal incident Pi du magnétron 12, soit Pi12, avec le
signal réfléchi Pr du magnétron 11, soit Pr11,
c) combinant les signaux Pi11 avec Pr11, et
d) combinant les signaux Pi12 avec Pr12.
Les figures 10a à 10d correspondent à chacune des combinaisons
précédentes de lettres a) à d). Dans la figure 1Oa et dans la figure 1 Ob, on
procède
aux réglages de symétrie en commandant les adaptateurs 6, respectivement 7,
situés sur les branches 1, respectivement 2 de l'anneau, en amont du four 5 ;
dans
la figure 10c, on règle l'adaptateur 8 situé sur la branche 3 et dans la
figure 10b,
l'adaptateur 9 situé sur la branche 4.
Cet organigramme peut être modifié sans qu'on sorte du cadre de
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l'invention présentée. On peut d'abord alimenter les voies de référence R des
doubles mélangeurs équilibrés par des signaux prélevés au plus près des
magnétrons 11 et 12 par des antennes situées au fond des pistons de courts-
circuits comme mentionné déjà plus haut.
5 On peut aussi évaluer la distribution du champ électromagnétique global
appliquée au produit et agir sur les réglages des quatre adaptateurs
d'impédance
pour obtenir le meilleur résultat. Considérons en effet une antenne 15
agissant
comme capteur comme l'indique la figure 6, située au centre du produit ; elle
indique
le champ total. Pour évaluer la composante 11 du champ électromagnétique,
c'est-
1o à-dire la part émise par le magnétron 11, il suffit de connecter cette
antenne à la
voie signal S d'un cinquième double mélangeur équilibré dont la voie de
référence R
est alimentée par Pil1. Cette fois-ci, évidemment, on réglera alors les quatre
adaptateurs d'impédance ensemble pour que l'amplitude de la composante 11 de
la
distribution de champ électromagnétique soit maximale.
15 De même, un sixième double mélangeur équilibré dont la voie de
référence R est Pi12 et dont la voie signal S est branchée à l'antenne 15,
fournit des
informations en amplitude et en phase qui concernent la composante 12 (émise
par
le magnétron 12), du champ électromagnétique qui règne au centre du produit.
Elle
doit être minimale si les quatre adaptateurs d'impédance sont bien réglés.
Les réglages, tels qu'ils sont détaillés ci-dessus, visent à délivrer au
matériau ou à l'objet placé dans l'applicateur 5 une distribution maximale et
homogène, comme indiqué dans la figure 4. En gérant différemment les réglages,
on peut également, comme mentionné plus haut, établir une distribution ad hoc
et
non homogène spatialement.
Comme indiqué plus haut, l'invention concerne donc aussi une
installation de chauffage, qui comprend des moyens de réglage susvisés, et des
moyens de commande des adaptateurs (6,7,8,9) pour les ajuster continûment en
fonction des signaux délivrés par les doubles adaptateurs équilibrés et
assurer une
distribution optimale sur le matériau ou l'objet.
Les doubles mélangeurs équilibrés sont des dispositifs disponibles dans
le commerce. Ils sont par exemple fabriqués par ANAREN ou MINI-CIRCUITS aux
Etats-Unis d'Amérique.
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La présente invention peut être mise en oeuvre dans des installations
micro-onde de tout type, pour des installations électro-ménagères pour
décongeler
ou cuire des aliments ou chauffer des boissons, comme pour des installations
industrielles dans le domaine alimentaire ou plus généralement du traitement
des
matériaux.
Une application particulièrement intéressante est celle du traitement des
déchets comme décrit par exemple dans WO 97/44069, en particuliers des déchets
infectieux, afin de pouvoir les mettre en décharge ou les recycler plutôt que
de les
incinérer, opération toujours extrêmement coûteuse. Une telle installation
pourra en
lo constituer la pièce maîtresse.
