DE3131213A1

DE3131213A1 - Mikrowellenheizvorrichtung

Info

Publication number: DE3131213A1
Application number: DE19813131213
Authority: DE
Inventors: Yoshio Hirakata Osaka Yasuoka
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1980-08-06
Filing date: 1981-08-06
Publication date: 1982-04-08
Also published as: US4399341A; NL185887C; GB2081559B; DE3131213C2; GB2081559A; NL185887B; NL8103715A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Mikrowellenheizvorrichtung. Speziell betrifft die Erfindung eine Mikrowellenheizvorrichtung, die in der Lage ist, ein blattförmiges Material, wie z. B. ein Papierblatt, und die Oberfläche eines anderen zu heizenden Materials gleichförmig aufzuheizen.

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Herkömmlich ist es bekannt, daß aufzuheizendes Material mit Hilfe von Mikrowellen aufgeheizt wird. Wenn aber beim Aufheizen ein Material aufgeheizt wird, das im Vergleich zu seinem Volumen eine sehr große Oberflä-

ehe hat, wie ζ. B. ein Papierblatt, wird bei der Verwendung von herkömmlichen Mikrowellenheizvorrichtungen die Effizienz erniedrigt und folglich muß die elektrische Feldstärke der Mikrowelle vergrößert werden. Entsprechend war es kaum möglich,durch konventionelle Mikrowellenheizvorrichtungen blattförmiges aufzuheizendes Material effektiv und gleichförmig aufzuheizen.

Kürzlich wurde eine Mikrowellenheizvorrichtung vorgeschlagen, die in der Lage ist, blattförmiges Material aufzuheizen, welche einen rechteckigen Hohlleiter verwendet und welche in der japanischen Patentschrift Nr. 873/1980 z. B. offenbart ist. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Beispiels einer herkömmlichen Mikrowellenheizvorrichtung, welche den Hintergrund der Erfindung bildet. Die herkömmliche Mikrowellenheizvorrichtung weist einen rechteckigen Hohlleiter 1 auf, der Streuöffnungen 2 in seiner oberen Fläche aufweist. Wenn eine Mikrowelle von z, B. 2450 MHz an den rechteckigen Wellenleiter 1 angelegt wird, streut die Mikrowelle durch die Öffnungen 2. Deshalb wird ein blattförmiges Materials wie z. B, ein Papierblatt, das nahe an den Hohlleiter 1 herangebracht wird, durch die ausgetretenen Mikrowellen aufgeheizt. Mit dieser herkömmlichen Lösung ist es möglich, ein blattförmiges Material oder die Oberfläche eines aufzuheizenden Materials einer bestimmten Dicke gleichförmig aufzuheizen.

Die herkömmliche Lösung gemäß Fig. 1 weist aber noch die zu lösenden Nachteile auf, die im folgenden dargestellt werden. Die Größe des rechteckigen Hohlleiters von Fig. 1 hängt von der Abschneidefrequenz und Mode ab und vorausgesetzt die gewählte Frequenz ist2450 MHz, wie oben beschrieben, müssen die inneren Abmessungen 109,2 mm χ 54,6 mm sein . Folglich wird die Mikrowellenheizvorrichtung, die den rechteckigen Hohlleiter von Fig. 1 verwendet, groß im Volumen. Auf der anderen Seite war es auch bekannt, Mikrowellenheizvorrichtungen zu verwenden zum Einschmelzen eines Toners in einem elektrofotografischen Gerät. Mit Blick auf die neue Nachfrage nach kleinen oder kompakten elektrofotografischen Geräten macht der Einbau von Mikrowellenheizvorrichtungen, die die oben beschriebenen rechteckigen Hohlleiter mit großem Volumen verwenden, es unmöglich, der Anforderung nach kleinen oder kompakten Geräten gerecht zu werden.

Kurz gesagt,weist die erfindungsgemäße Mikrowellenheizvorrichtung eine Mikr©streifenleitung auf, die einen Zentralleiter und mindestens einen Masseleiter aufweist, wobei ein Leiterschaltkreis auf dem Mittelleiter oder dem Masseleiter ausgebildet ist, wobei die Mikrostreifenleitung mit einer Mikrowelle versorgt wird, wodurch ein aufzuheizendes Material, wie z. B. ein blattförmiges Material oder die Oberfläche eines Materials mit einer gegebenen

Dicke, welches auf dem Leiterschaltkreis angeordnet oder daran vorbeigeführt wird, gleichmäßig aufgeheizt wird.

Erfindungsgemäß kann der rechteckige Hohlleiter mit großem Volumen, der herkömmlich verwendet wurde, fortgelassen werden. Dadurch ist eine Mikrowellenheizvorrichtung von im Vergleich zu den herkömmlichen sehr kleinen Abmessungen geschaffen. Die erfindungsgemäße Mikrowellenheizvorrichtung kann deshalb vorteilhaft z. B.

als Tonerfixiervorrichtung eines elektrofotografischen Kopiergerätes verwendet werden. Es ist aber selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße Mikrowellenheizvorrichtung weitläufig in den Fällen verwendet werden kann, wo ein blattförmiges Material oder die Oberfläche eines Materials mit gegebener Dicke gleichförmig aufgeheizt werden soll. Ferner reduziert die Verwendung der Mikrostreifenleitung statt des rechteckigen Hohlleiters die Materialkosten und Herstellungskosten im Vergleich zu den herkömmlichen erheblich.

In einer bevorzugten Äusführungsform der Erfindung wird eine Koaxialleitung verwendet, um die Mikrowelle an die Mikr©streifenleitung anzulegen. Die Koaxialleitung weist einen inneren und einen äußeren Leiter auf und der Zentralleiter oder der Masseleiter der Mikro-

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_ η.

streifenleitung ist mit dem Zentralleiter der Koaxialleitung verbunden, während der Masseleiter oder der Zentralleiter der Mikrostreifenleitung mit dem äußeren Leiter der Koaxialleitung verbunden ist. Mindestens an einem von Mikrostreifenleitung und Koaxialleitung sind auch Mittel zur Impedanzanpassung vorgesehen.

Um eine Impedanzanpassung auf der Seite der Mikrostreifenleitung zu erreichen, ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung so gestaltet, daß die Breite des Mittel- leiters oder Masseleiters am Verbindungspunkt zwischen Mikrostreifenleitung und Koaxialleitung schmaler gemacht ist als die Breite des Leiterschaltkreisteils und vorzugsweise ist die Breite des Zentralleiters oder Masseleiters der Mikrostreifenleitung so zugespitzt, daß sie sich in Richtung zur Koaxialleitung hin verengt. Durch die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann eine Impedanzanpassung der charakteristischen Impedanzen der Mikrostreifenleitung und der Koaxialleitung leicht erreicht werden, wodurch die Mikrowellen effektiv durch die Verbindung zwischen Mikrostreifenleitung und Koaxialleitung übertragen werden können.

Im Falle, daß die Impedanzanpassung auf der Seite der Koaxialleitung erreicht wird, ist ein dielektrisches Teil mit einer vorbestimmten Dielektrizitätskonstante am Kupp-

lungsteil und zwischen dem inneren und äußeren Leiter der Koaxialleitung befestigt. Die Länge des dielektrischen Materials ist vorzugsweise zu einem Viertel der effektiven Wellenlänge der benutzten Mikrowelle gewählt. Durch das Einfügen eines dielektrischen Materials zwischen innerem und äußerem Leiter der Koaxialleitung ist der Nachteil der Notwendigkeit einer vergrößerten Länge der Mikrostreifenleitung durch Impedanzanpassung auf der Seite der Mikrostreifenleitung vermieden und folglich kann die Impedanzanpassung der charakteristischen Impedanzen der Mikrostreifenleitung und der Koaxialleitung leicht erreicht werden. Wird zusätzlich der innere Leiter der Koaxialleitung zugespitzt ausgestaltet, um in Richtung der Mikrostreifenleitung allmählich breiter zu werden, so werden unerwünschte Funken zwischen innerem und äußerem Leiter als Punktion des dielektrischen Materials vermieden.

Wird die Endfläche des dielektrischen Materials zwischen innerem und äußerem Leiter der Koaxialleitung auf der der Mikrostreifenleitung gegenüberliegenden Seite so gewählt, daß sie bezüglich der Achse der Koaxialleitung einen spitzen Winkel bildet, so werden Reflexionen der Mikrowellen am dielektrischen Material vermieden und folglich die Mikrowellen effektiver übertragen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mikrostreifenleitung in einer Heizkammer untergebracht. Die Kammer weist eine Einführungsöffnung für das aufzuheizende Material in die Kammer auf und eine Auslaßöffnung zum Herausführen desselben aus der Kammer. Eine Vielzahl von dielektrischen Resonatoren des TE-Modes sind in der Heizkammer in Verbindung mit der Einlaß- und/oder Auslaßöffnung vorgesehen, um ein Herausstreuen von Mikrowellen zu vermeiden. Die Resonanzfrequenz der dielektrischen Resonatoren ist verknüpft mit der Frequenz der Mikrowelle, deren Abstrahlung vermieden werden soll. So kann durch Verwendung der dielektrischen Resonatoren zum Vermeiden des Herausleckens von Mikrowellen eine Leckverhinderungsvorrichtung von extremer Kleinheit im Vergleich zu den zum gleichen Zweck verwendeten sogenannten Drosselkavities eingebaut werden.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Mikrowellenheizvorrichtung von geringer Grösse und geringen Kosten zu schaffen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Mikrostreifenleitung zu verwenden, die einen Leiterschaltkreisteil in einem Teil des Zentral- oder Masseleiters aufweist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Anordnung vor zum Impedanzanpassen zwischen einer Koaxialleitung und einer Mikrostreifenleitung zum Zuführen von Mikrowellen zu der Mikrostreifenleitung.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen Aufbau vor zum Vermeiden eines Herausleckens von Mikrowellen aus einer Heizkammer.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen?

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines herkömmlichen Mikrowellenheizgerätes, welches den Hintergrund der Erfindung bildet;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;

Fig. 3 einen Querschnitt einer Variante der Ausführungsform von Fig. 2;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 5 und 6 Querschnitte des Hauptteiles einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 7 bis 9 Querschnitte zur Erläuterung der Anpassung der charakteristischen Impedanz auf der Seite der Koaxialleitung, wobei Fig. 8 und 9 Querschnitte entlang der Linien VIII-VIII und IX-IX von Fig. 7 sind.

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform;

Fig. 11, 12A und 12B Schnittansichten weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsformen;

Fig. 13 einen Schnitt durch eine Modifikation der Ausführungsform von Fig. 11;

Fig. 14 und 15 perspektivische Ansichten einer weiteren Modifikation, wobei Fig. 14 eine Draufsicht und Fig. 15 eine Bodenansicht sind;

Fig. 16 bis 18 eine erfindungsgemäße Heizkammer, wobei Fig. 16 ein Schnitt, Fig. 17 eine Draufsicht und Fig. 18 eine perspektivische Ansicht ist; und

Fig. 19 eine Variante der Ausführungsform von Fig. 16.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung. Die gezeigte Ausführungsform weist eine Mikrostreifsileitung 10, eine Koaxialleitung 20 zum Zuführen der Mikrowellen zur Mikrostreifenleitung 10 und eine Ersatzlast 30 auf. Die Mikrostreifenleitung 10 weist eine dielektrische Grundplatte 11 aus z. B. Aluminiumkeramik auf und auf der Oberfläche der dielektrischen Grundplatte 11 ist ein Zentralleiter ausgebildet. Der Zentralleiter 12 ist aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, wie z. B. Silber gebildet und in einem Teil des Zentralleiters 12 ist in Längsrichtung ein Leiterschaltkreisteil 13 ausgebildet. Der Leiterschaltkreisteil 13 weist eine Vielzahl von Streuöffnungen oder Schlitzen 14 auf, die in Längsrichtung, d. h.

der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle angeordnet verteilt sind. Die Mikrostreifenleitung 10 weist ferner eine Grundplatte oder einen Masseleiter 15 aus Silber oder Kupfer z. B. auf, der auf der Rückseite der dielektrischen Grundplatte 11 ausgebildet ist und daran anhaftet.

Die Koaxialleitung 20 weist einen inneren Leiter 21 und einen äußeren Leiter 22 auf und der innere Leiter 21 ist mit dem Zentralleiter 20 der Mikrostreifenleitung und der äußere Leiter 22 mit dem Masseleiter 15 verbunden. Alternativ können der Zentralleiter 12 der Mikrostreifenleitung 10 und der äußere Leiter 22 der Koaxialleitung und der Masseleiter 15 und der innere Leiter 21 miteinan-

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ό'ϊό \ Z \ό

At.

der verbunden sein, da das durch die Mikrowellen angelegte elektrische Feld ein Wechselspannungsfeld ist. Genauer gesagt gibt es keine Beschränkung der Polarität zwischen innerem und äußerem Leiter 21 bzw. 22 der Koaxialleitung 20 und zwischen dem Zentralleiter 12 und dem Masseleiter 15 der Mikrostreifenleitung. Ein Mikrowellenoszillator, wie z. B. ein (nicht gezeigtes) Magnetron, ist auf der Eingangsseite, d. h. in Fig. 2 links, der Koaxialleitung 20 vorgesehen, so daß die Koaxialleitung 20 mit Mikrowellen vom Mikrowellenoszillator versorgt wird, um dieselben an die Mikrostreifenleitung 10 zu leiten. Eine Scheinlast 30 ist auf der der Eingangsseite gegenüberliegenden Seite der Mikrοstreifenleitung vorgesehen. Die Scheinlast 30 ist so bemessen, daß sie die nicht vom Leiterschaltkreis 13 verbrauchten Mikrowellen absorbiert, um dadurch den Mikrowellenoszillator zu schützen. Die Länge, der Streuöffnungen oder Schlitze 14, d. h. die Länge in die Richtung, die die Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle kreuzt, ist so gewählt, daß sie ein wenig kürzer als die Hälfte der effektiven Wellenlänge der benutzten Mikrowellen ist.

Durch die Koaxialleitung 20 werden bei Einschalten des nicht gezeigten Mikrowellenoszillators Mikrowellen an die Mikrostreifenleitung im oben beschriebenen Aufbau geliefert. Ein Teil der zugeführten Mikrowellen stret

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durch die jeweiligen Schlitze 14 im Leiterschaltkreisteil 13 im Zentralleiter 12 aus. Polglich wird ein "blattförmiges aufzuheizendes Material 40, wie z. B. ein auf dem Leiterschaltkreisteil 13 angeordnetes Papierblatt durch die herausleckende Mikrowelle erhitzt. Durch Vorsehen einer, nicht gezeigten, Vorschubvorrichtung, wie z. B. eines nicht gezeigten Band- oder Walzenförderers, durch den das aufzuheizende Material in Pfeilrichtung transportiert wird, kann das aufzuheizende Material 40 nacheinander und kontinuierlich aufgeheizt werden.

Fig. 3 ist eine Schnittänsicht einer Variation der Ausführungsform von Fig. 2. In der Ausführungsform von Fig. 3 sind die Mikrostreifenleitung 10 und Koaxialleitung 20 rechtwinklig miteinander verbunden. Eine Öffnung 15a ist im Masseleiter 15 der Mikrostreifenleitung 10 vorgesehen. Der innere Leiter 21 der Koaxialleitung 20 ist mit dem Zentralleiter 12 der Mikrostreifenleitung 10 durch die Öffnung 15a verbunden. Der äußere Leiter 22 der Koaxialleitung 20 ist mit dem Masseleiter 15 der Mikrostreifenleitung 10 mit Hilfe eines Flanschteils z. B. verbunden. So müssen die Mikrostreifenleitung 10 und die Koaxialleitung 20 nicht unbedingt, wie in Fig. 2 gezeigt, in einer Ebene verbunden sein,

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sondern können auch rechtwinklig miteinander verbunden sein. Die oben beschriebene Verbindungsöffnung 15a ist vorzugsweise vom gleichen Durchmesser wie der innere Durchmesser des äußeren Leiters 22 der Koaxialleitung 20.

Da die vorliegende Erfindung die Mikrostreifenleitung K mit dem Leiterschaltkreisteil 13 verwendet, kann diese im Vergleich zu herkömmlichen mit einem Hohlleiter arbeitenden Geräten mit geringen Kosten und geringer Größe eingebaut werden. Da das elektrische Feld konzentriert ausgebil· det wird mit Hilfe des oben beschriebenen Leiterschaltkrei teils kann auch Material in Blattform, wie z. B. Papierblätter effektiv aufgeheizt werden.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Im Vergleich zur Ausführungsform von Fig. 2 zeichnet sich die gezeigte Ausführungsform aus durch eine Vorrichtung zum Erreichen einer Impedanzanpassung zwischen der Mikrostreifenleitung und der Koaxialleitung 20. Die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung 20 wird approximativ durch folgende Gleichung (1) ausgedrückt:

zo = y^; log I (D

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wobei £ die relative Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter, a der Durchmesser des inneren Leiter und b der Durchmesser des äußeren Leiters sind. Die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung 20 ist eine Funktion des Durchmessers a des inneren Leiters 21 und des inneren Durchmesser b des äußeren Leiters 22 und beträgt gewöhnlich etwa 5OD-. Eine zu kleine charakteristische Impedanz vergrößert nur den Leiterwiderstand beim Zuführen von Mikrowellenleistung.

Auf der anderen Seite ist die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung ungefähr durch die folgende Gleichung (2) beschrieben:

ZO = —-y (2)

[7 + 8.83 (§)}

wobei £ die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Grundplatte 11, h die Dicke der dielektrischen Grundplatte und c die Breite des Zentralleiters, d. h. die Länge in Querrichtung zur Mikrowellenausbreitungsrichtung sind. So wächst die charakte- ristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 10, wenn die Dicke h der Basisplätte 11 vergrößert oder die Breite c des Zentralleiters 12 verringert wird, vorausge·=

setzt, daß die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Grundplatte 11 konstant ist. Angenommen, daß Aluminium als Material der dielektrischen Grundplatte 11 verwendet wird, beträgt die Dielektrizitätskonstante 9. Angenommen, daß die Dicke h der dielektrischen Grundplatte 11 bzw. die Breite des Zentralleiters 2 mm sind, ist die charakteristische Impedanz ungefihr 50IL , was bedeutet, daß eine Impedanzanpassung zur oben beschriebenen Koaxialleitung 20 erreicht ist. Die vorliegende Erfindung verwendet aber den Leiterschaltkreisteil 14, der eine größere Breite als der Zentralleiter hat. Die Länge der Schlitze im Leiterschaltkreisteil 13 ist so gewählt, daß sie etwas kurzer ist als die Hälfte der effektiven Wellenlänge der verwendeten Mikrowelle, wie oben beschrieben. Folglich ist, vorausgesetzt, daß die Frequenz der verwendeten Mikrowellen 2450 MHz z. B. ist, die Breite des Zentralleiters 12 im Leiterschaltkreisteil 13 mindestens 20 mm. Folglich wird die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 10 beim Leiterschaltkreisteil 13 extrem klein im Vergleich zum Teil ohne den Leiterschaltkreisteil 13 mit der Folge, daß die Impedanz der Koaxialleitung 20 und der Mikrostreifenleitung·1 mit dem Leiterschaltkreisteil 13 verstimmt sind.

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Die Beispiele von Pig. 4 und folgende zielen auf eine spezielle Struktur zum erreichen einer Impedanzanpassung zwischen der Mikrostreifenleitung 10 und der Koaxialleitung 20.

In Fig. 4 ist im Zentralleiter 12 der Mikrostreifenleitung 10 ein schmaler Teil 12a ausgebildet. Der enge Teil 12a ist zugespitzt ausgebildet, um vom Leiterschaltkreisteil 13 zum Verbindungspunkt 12b, de h. zur Koaxialleitung 20 hin allmählich enger zu werden.

Die Breite ist im Verbindungspunkt 12b ungefähr 2 mm. Da der enge Teil 12a im Zentralleiter 12 ausgebildet ist und dieser zugespitzt ist, um zum Verbindungspunkt mit der Koaxialleitung 20 hin allmählich enger zu werden, wächst die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 10, wie aus der oben beschriebenen Gleichung (2) zu sehen ist, so daß diese ungefähr mit der charakteristischen Impedanz der koaxialen Leitung übereinstimmt. So kann die Mikrowelle effizient von der Koaxialleitung 20 zur Mikrostreifenleitung 10 übertragen werden.

Fig. 5 und 6 zeigen im Schnitt den Hauptteil einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform der Fig. 5 und 6 zielt darauf, eine Impedanzanpassung an die charakteristische Impedanz der Koaxiallei-

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tung 20 durch Veränderung der Dicke h der dielektrischen Grundplatte 11 in der oben beschriebenen Gleichung (2) zu erreichen und durch Vergößerung der charakteristischen Impedanz der Mikrostreifenleitung Im Fall der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform wird die Dicke der dielektrischen Grundplatte 11 in der Mikrostreifenleitung 10 vom Leiterschaltkreisteil in Richtung auf die Verbindungsstelle 12b allmählich vergrößert. Durch das allmähliche Vergrößern der Dicke der dielektrischen Grundplatte 11 kann die charakteristische Impedanz am Eingangsende der Mikrostreifenleitung 10 ungefähr gleich der der Koaxialleitung 10 gemacht werden. Im Falle der Ausführungsform von Fig. 5 wird der Zentralleiter 12 der Mikrostreifenleitung 10 flach gehalten, während die Dicke der Grundplatte 11 so geändert wird, daß der Masseleiter 15 einen geneigten Teil 15b aufweist. Umgekehrt wird in der Ausführungsform von Fig. 6 die Dicke der dielektrischen Grundplatte 11 so geändert, daß der Masseleiter 15 flach bleibt und der Zentralleiter 12 geneigt ist. Durch Änderung der Dicke der dieeltrischen Grundplatte 11, so daß der Masseleiter 15 das geneigte Teil 15b bildet, wie im Falle der Ausführungsform von Fig. 5, hat der geneigte Teil 15b die Funktion eines Stegs und folglich kann die elektrische Feldstärke der Mikrowellen, die aus dem Leiterschaltkreisteil 13 herausstreuen, vergrößert werden. Das gleiche gilt für die Ausführungsform von Fig. 6.

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Fig, 7 zeigt einen Querschnitt einer anderen Lösung zum Vermeiden der Nachteile der Ausführungsformen von Fig. 4 bis 6 und bildet den Hintergrund der Erfindung. Im Falle, daß die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung 20 auf ungefähr 50 XI gehalten wird und die charakteristische Impedanz am Verbindungspunkt der Mikrostreifenleitung 10 daran angepaßt ist oder dem angenähert ist, wird die Länge der Mikrostreifenleitung in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen, d. h. der Abstand zwischen dem Leiterschaltkreisteil 13 und dem Verbindungspunkt 12b, groß. Deshalb kann eine andere Lösung in Erwägung gezogen werden, in welcher ein Teil 21a mit großem Durchmesser im inneren Leiter 21 der Koaxialleitung 20 vorgesehen ist, wie in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist. Der innere Leiter 21 der Koaxialleitung 20 ist so gestaltet, daß sein Durchmesser a am Eingang und am Ausgang der Mikrowelle verschieden ist, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt ist, und daß der Durchmesser am Ausgang größer ist als am Eingang. Da die Impedanzanpassung zwischen beiden erreicht wird nicht durch Veränderung der charakteristischen Impedanz der Mikrostreifenleitung 10, wenn die oben beschriebene Ausführungsform verwendet wird, wird der Abstand zwischen dem Leiterschaltkreisteil 13 der Mikrostreifenleitung 10 und dem Verbindungspunkt 12b nicht unerwünscht verlängert, wie in Fig. 7 gezeigt. Ein zu grosser Durchmesser des inneren Leiters 21 und damit ein zu

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geringer Unterschied zwischen den Durchmessern des inneren Leiters 21 und dem inneren Durchmesser des äußeren Leiters 20 kann aber Funkenüberschläge zwischen dem inneren Leiter 21 und dem äußeren Leiter 22 aufgrund der Mikrowellenleistung verursachen.

Deshalb zeigen die Fig. 10 bis 13 Ausführungen, die auf der Seite der Koaxialleitung Impedanzanpassungsvorrichtungen vorsehen, die keine Funken befürchten lassen. Die Ausführungsform von Fig. 10 weist die dielektrischen Materialien 23a, 23b und 23c auf, die am Ausgangsende des Koaxialkabels 20 eingefügt sind. Diejjeweiligen dielektrischen Teile 23a, 23b und 23c haben unterschiedliche dielektrische Konstanten £_a, ^ und £_c, welche so gewählt sind, daß £_a< ^t₃ < £ _c· Allgemein treten, wenn verschiedene dielektrische Materialien laminiert geschichtet werden und eine Mikrowelle in der Laminationsrichtung sich ausbreitet, in der Lamellierung Vielfach-Reflexionen auf. Wenn aber die Dicke des dielektrischen Materials, d. h. die Länge in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle so gewählt ist, daß sie ein Viertel der effektiven Wellänge der Mikrowelle ist, werden die oben beschriebenen Reflexionen, von den jeweiligen Lamellenebenen gelöscht, wodurch unerwünschte Reflexionen nicht auftreten. Deshalb sind in der Ausfüh- rungsform von Fig. 10 die jeweiligen Längen der dielektri-

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sehen Teile 23a, 23b und 23c so gewählt, daß sie 111

χ Xa, τ· Xb bzw. -r Xc betragen. Xa, Xb und Xc bezeichnen jeweils eine effektive Wellenlänge einer durch das dielektrische Material propagierenden Mikrowelle. So werden durch Einfügen eines dielektrischen Materials zwischen dem inneren Leiter 21 und dem äußeren Leiter 22 der Koaxialleitung 20 die charakteristische Impedanz Zo der Koaxialleitung 20 vermindert, wie aus der oben beschriebenen Gleichung (i) zu sehen ist. Durch geeignete Auswahl der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials kann die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung 20 weiterhin kleiner gemacht werden als die oben beschriebenen 50 Ώ. und kann an die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 10 angenähert werden. In der gezeigten Ausführungsform kann eine Impedanzanpassung an die Koaxialleitung 20 leicht erreicht werden, auch wenn der Abstand zwischen LeIterschaltkreisteil 13 und dem Verbindungspunkt 12 in der Mikrostreifenleitung 10 langgestreckt ist. Ferner ist es nicht notwendig, den Durchmesser des inneren Leiters zu verändern und folglich können auch keine unerwünschten Funken zwischen dem inneren Leiter 21 und dem äußeren Leiter 22 auftreten. Auch wenn keramische Materialien, wie Aluminium, Titanoxid usw. vorzuziehen sind, kann dielektrisches Material eines jeden Typs benutzt werden.

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Fig. 11 zeigt einen wesentlichen Teil einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch im Falle der Ausführungsform von Fig. 11 ist ein dielektrisches Teil 23 zwischen dem inneren Leiter 21 und dem äußeren Leiter 22 am Ausgangsende der Koaxialleitung 20 eingefügt. Die Mikrowelleneingangsendfläche 23( des dieelektrischen Teils 23 ist von konischer Form, so daß der Durchmesser in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle allmählich wächst, wobei der innere Leiter 21 im Mittelpunkt liegt, wie aus Fig. 12A und 12B klar wird. Mit anderen Worten:die Endfläche 23d des dieelöctrisehen Teils 23 ist so geformt, daß die Oberfläche den inneren Leiter 21 der Koaxialleitung 20 in einem spitzen Winkel kreuzt. In der Ausführungsform von Fig. 11 wird eine Mikrowelle, die von einem nicht gezeigten Mikrowellenoszillator zugeführt wird, in Abhängigkeit von der Endoberfläche 23d zur Mikrostreifenleitung 10 zugeführt, ohne daß sie am dielektrischen Teil 23 reflektiert wird und folglich mit hoher Effizienz. Auch im Falle der gezeigten Ausführungsform kann die Impedanzanpassung mit Hilfe des dielektrischen Teils 23 leicht erreicht werden.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform von Fig.13 ist eine Kombination der Ausführungsformen von Fig. 7 und von Fig. 11. Im inneren Leiter 21 der Koaxialleitung 20

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ist ein vergrößerter Teil 21a ausgebildet und ein dielektrisches Teil 23 ist in der Koaxialleitung 20 untergebracht. Dadurch kann die Länge L des dielektrischen Teils 23 im Vergleich zur Ausführungsform von Fig. 11 verkürzt werden. Der Grund dafür ist, daß der Verringerungseffekt der charakteristischen Impedanz in Abhängigkeit vom Teil 21a mit großem Durchmesser im

der

inneren Leiter 21 und das Herabsetzen / charakteristischen Impedanz durch Einfügen des dielektrischen Teils miteinander zusammenwirken. In der Ausführungsform von Fig. 13 können unerwünschte Funken zwischen innerem Leiter 21 und äußerem Leiter 22 durch das dielektrische Teil 23 vermieden werden, auch wenn ein Teil 21a mit größerem Durchmesser im inneren Leiter 21 ausgebildet ist. Die Neigungsrichtung der Oberfläche auf der Seite des Mikrowelleneintritts des dielektrischen Teils 23 von Fig. 11 und 13 kann natürlich auch umgekehrt zur gezeigten sein.

Fig. 14 und 15 zeigen perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 14 eine Draufsicht und Fig. 15 eine Bodenansicht sind,, Wie aus den Figuren zu sehen ist, weist die Ausführungsform ein Leiterschaltkreisteil 13" auf, welches im Masseleiter 15 der Mikrostreifenleitung 10 ausgebildet ist, wobei der Zentralleiter 12 mit konstanter Breite ausgebil-

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det ist, wie im Falle einer normalen Mikrostripleitung, im Gegensatz zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen.

Als Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsfor-

sind
menI in den Ausführungsformen von Fig. 14 und 15 die Schlitze I4^f und somit der Leiterschaltkreisten. 13' in einem Teil oder im ganzen des Masseleiters 15 ausgebildet.

Wie von der vorbeschriebenen Gleichung (2) klar wird, hängt die charakteristische Impedanz der Mikrοstreifenleitung von der Breite c des Zentralleiters ab. Je schmaler die Breite c wird, desto größer wird die charakteristische Impedanz. Deshalb wird durch Schmalmachen des Zentralleiters 12 auf einen konstanten Wert, wie im Falle der Ausführungsform, die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 10 so vergrößert, daß sie etwa 50-O. wird, im Vergleich zu dem Fall, wo die Breite durch Ausbilden des Leiterschaltkreisteils 13 im Zentralleiter 12 vergrößert wurde, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen. Auf der anderen Seite ist die charakteristische Impedanz der koaxialen Leitung wie oben beschrieben, auch ungefähr 50_fl . Deswegen kann in der gezeigten Ausführungsform jegliche spezielle Struktur oder Vorrichtung zum Erreichen einer Impedanzanpassung zwischen Koaxialleitung 20 und Mikrostreifenleitung 10 weggelassen werden. Z. B. ist im Falle der

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oben beschriebenen Ausführungsformen die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 10 des Leiterschaltkreisteils 13 ungefähr 15Ώ und die charakteristische Impedanz der eben beschriebenen Ausführungsform un» gefahr 50 fl .

Auf der anderen Seite ist es wohl bekannt, daß die

charakteristische Impedanz Zo der Mikrostreifenleitung 10

E
Zo = τ?, wobei E eine elektrische Feldkomponente und H eine magnetische Feldkomponente sind. Die Mikrostreifenleitung der oben beschriebenen charakteristischen Impedanz von ungefähr 50 I~L weist eine große elektrische Feldkomponente E im Vergleich zu der charakteristischen Impedanz von ungefähr 15XL auf. So bedeutet die Tatsache, daß die elektrische Feldkomponente der propagierten Mikrowelle groß ist, daß die elektrische Feldkomponente der aus den Schlitzen 14' des Leiterschaltkreisteils 13 herausstreuenden Mikrowelle entsprechend groß wird. Deshalb ist die auf das aufzuheizende Material 40, z„ B. das Papierblatt, übertragene elektrische Energie entsprechend groß. So ist in der Ausführungsform von Fig. 14 und 15, in denen der

im
Leiterschaltkreisteil 13' nicht/Zentralleiter 12, sondern im Masseleiter 15 ausgebildet ist, die Heizeffizienz vergrößert. In den Experimenten der Erfinder wurde beobachtet, daß die Mikrowellenleistung, die zum Übertragen der gleichen Energie notwendig ist, in der diskutierten Aus-

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führungsform ungefähr ein Zehntel der Mikrowellenleistung ist, die in den Ausführungsformen von Fig. 2 bis 13 nötig war. Es soll hervorgehoben werden, daß die vorliegende Erfindung sowohl den Fall überdeckt, wo der Leiterschaltkreisteil 13 im Zentralleiter 12 untergebracht ist, wie auch den Fall, wo er im Masseleiter 15 untergebracht ist.

Die Fig. 16 bis 18 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die gezeigte Ausführungsform zeigt eine Anwendung der Heizvorrichtung, die die Mikrostreifenleitung 10 verwendet, als Tonerfixiervorrichtung eines elektrofotografischen Geräts. Die Mikrostreifenleitung 10 ist in einer Heizkammer untergebracht und die Heizkammer ist aus zwei Halbgehäusen 51 und 52 gebildet. Die Halbgehäuse 52 bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, wie z. B. Metall, leitfähigem Plastik od. dgl. mit Blick auf eine Abschirmfunktion. Das Halbgehäuse 51 enthält und hält die Mikrostreifenleitung 10 über dem Papierblatt 40, welches mit Hilfe der Vorschubvorrichtung 55 vorgeschoben wird. Das Papierblatt ' wird in eine Einlaßöffnung 53 der Heizkammer eingeführt un< aus der Auslaßöffnung 54 ausgeführt. Der Transport des Papierblattes 40 wird mit Hilfe der Vorschubvorrichtung 55 durchgeführt, welche im Halbgehäuse 52 untergebracht ist. Im Falle der gezeigten Ausführungsform haften Tonerschich ten 41 teilweise auf dem Papierblatt 40. An beiden Enden

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des Halbgehäuses 51 in Transportrichtung des Papiers A-O sind Nuten 56 ausgebildet. Die Nuten 56 erstrecken sich in eine Richtung senkrecht zur Transportrichtung des Papiers 40, d. h. in der Äusbreitungsrichtung der Mikrowellen. Eine Vielzahl von dielektrischen Resonatoren 60 des TE-Modes sind in den Nuten 56 untergebracht und befestigt. Diese dielektrischen Resonatoren 60 sind vorgesehen, um ein Herauslecken von Mikrowellen aus der Hei-zkammer zu vermeiden und die Resonanzfrequenz und somit die räumlichen Abmessungen sind optimal gewählt mit Blick auf die Frequenz der Mikrowellen, deren Herauslecken verhindert werden soll. Mikrowellen werden durch die Koaxialleitung 20 an die Mikrostreifenleitung dieses Aufbaus geliefert. Das Papierblatt 40 mit den nicht fixierten Tonerschichten 41 wird nacheinander von der Einlaßöffnung 53 zur Auslaßöffnung 54 mit Hilfe der Vorschubvorrichtung 55 transportiert. Wenn die Mikrowellen an die Mikrostreifenleitung 10 angelegt werden, heizen die Mikrowellen, die aus dem Leiterschaltkreisteil 13 austreten, das Papier 40 und die Tonerschichten Die aufgeheizten Tonerschichten 41 schmelzen und werden auf das Papierblatt 40 fixiert. Die aus dem Leiterschaltkreisteil 13 ausgetretenen Mikrowellen neigen dazu, aus der Einlaßöffnung 53 und/oder der Auslaßöffnung 54 auszutreten. Diese werden aber mit Hilfe der dielektrischen Resonatoren 60 des TE-Modes eingefangen, welcher in der

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Nähe der Öffnungen angeordnet sind und folglich besteht keine Gefahr, daß Mikrowellen durch die normalerweise geöffneten Einlaßöffnung 53 und/oder Auslaßöffnung 54 austreten können. Auch wenn es bekannt ist, sogenannte Drosselkavities zum Vermeiden des Herausleckens von Mikrowellen vorzusehen, erlaubt die Verwendung einer Vielzahl von dielektrischen Resonatoren 60 des TE-Modes wie im oben gezeigten Ausführungsbeispiel eine Leckverhinderung auf sehr engem Raum im Vergleich zum Fall wo Drosselkavities verwendet werden, was zusammen mit der Verwendung der Mikrostreifenleitung 10 die Verwirklichung des Gerätes in kleiner Größe ermöglicht. Es ist überflüssig zu erwähnen, daß jede der Ausführungsformen von Fig. 2 bis 15 in der Ausführungsform von Fig. 16 verwendet werden kann.

Fig. 19 zeigt eine Variante der Ausführungsform von Fig. 16. In der Ausführungsform von Fig. 19 ist die Mikrostreifenleitung 10 unterhalb des Papierblattes 40, welches transportiert wird, angeordnet und folglich sind auch die Vielzahl von dielektrischen Resonatoren 60 unterhalb des Papierblattes in der Nähe der Einlaßöffnung 5: und Auslaßöffnung 54 angeordnet. Die Vorschubvorrichtung \ ist außerhalb der Heizkammer angeordnet. Die anderen Teile des Aufbaus und die Mikrowellenleckverhinderung sind die gleichen wie in der vorbeschriebenen Ausführungsform von Fig. 16.

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- c- . β β η

Im vorangegangenen wurden die "bevorzugten Ausführungsformen so beschrieben, daß die erfindungsgemäße Mikrowellenheizvorrichtung als Heizvorrichtung für
ein elektrofotografisches Gerät verwendet wurde. Natürlich kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung aber auch in jeder geeigneten Modifikation verwendet werden, um einen ganzen Teil eines blattförmigen Materials aufzuheizen oder um die Oberfläche eines Materials mit vorgegebener Dicke gleichförmig aufzuheizen Z„ B, kann die Erfindung vorteilhafterweise auch verwendet werden in einem Verfahren zum Vulkanisieren von Gummi.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 AMikrowelleriheizvorrichtung, g e k e η η zeichnet durch eine Mikrostreifenleitungsvorrichtung mit einem Zentralleiter und mindestens einem Masseleiter, wobei mindestens einer von Zentral- oder Masseleiter einen Leiterschaltkreisteil (1-3,13') aufweist, eine Mikrowellenzufuhrvorrichtung zum Zuführen von Mikrowellen zu der Mikrostreifenleitungsvorrichtung und eine Vorrichtung, um das aufzuheizende Material dem Leiterschaltkreisteil auszusetzen.

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J i ό I Z I
2. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrowellenzuführvorrichtung eine Mikrostreifenleitungsvorrichtung aufweist, die mit der ersten Mikrostreifenleitung verbunden ist.
3. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie ferner eine Impedanzanpassungsvorrichtung aufweist zum Anpassen der Impedanz zwischen den "beiden Mikrostreifenleitungsvorrichtungen.
4. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die Mikrowellenzufuhrvorrichtung eine Koaxialleitung mit einem inneren und einem äußeren Leiter aufweist, die an die Mikrostreifenleitungsvorrichtung gekoppelt ist.
5. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Zentralleiter der Mikrostreifenleitung mit dem in-

und neren Leiter der Koaxialleitung« der Masseleiter der Mikrostreifenleitung mit dem äußeren Leiter der Koaxialleitungsvorrichtung verbunden ist.

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6. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Zentralleiter der Mikrostreifenleitung mit dem äußeren Leiter der Koaxialleitung und der Masseleiter der Mikrostreifenleitungen mit dem inneren Leiter der Koaxialleitung verbunden ist.
7. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 4„ dadurch gekennzeichnet , daß sie ferner aufweist eine Impedanzanpassungsvorrichtung zum Anpassen der Impedanz zwischen der Mikrostreifenleitung und der Koaxialleitung.
8. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzanpassungsvorrichtung auf der Seite der Mikrostreifenleitungsvorrichtung vorgesehen ist„
9. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Impedanzanpassungsvorrichtung einen Schmalteil aufweist, der in mindestens dem Zentralleiter oder dem Masseleiter der Mikrostreifenleitungsvorrichtung ausgebildet ist und daß das Schmalteil so ausgestaltet ist, daß es auf der Seite, die mit der Koaxialleitung

als
verbunden wird, schmaler|der Leiterschaltkreisteil ist.

3 -

JIJIZIJ
10. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Schmalteil vom Leiterschaltkreisteil in Richtung zur Koaxialleitung allmählich schmaler wird.
11. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrostreifenleitung eine dielektrische Schicht zwischen dem Zentralleiter und dem Masseleiter aufweist und daß die dielektrische Schicht einen Teil zunehmender Dicke aufweist, dessen Dicke vom Leiterschaltkreisteil in Richtung zur Koaxialleitung allmählich zunimmt.
12. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Teil zunehmender Dicke der dielektrischen Schicht so ausgebildet ist, daß der Zentralleiter der Mikrostreifenleitung flach bleibt, während der Masseleiter durch die Dickenänderung geneigt ist.
13. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Teil zunehmender Dicke der dielektrischen Schicht so ausgebildet ist, daß der Masseleiter der Mikrostreifenleitung flach gehalten ist, während der Zentralleiter durch die Dickenänderung geneigt ist.
14. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Impedanzanpassungvorrichtung auf der Seite der Koaxialleitung angeordnet ist.
15. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Koaxialleitungsvorrichtung eine dielektrische Schicht aufweist, die zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter am Verbindungspunkt zwischen Koaxialleitung und"Mikrostreifenleitung angeordnet ist.
16. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 15? dadurch gekennzeichnet , daß die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht so gewählt ist, daß die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung an die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung angepaßt ist.
17· Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der dielektrischen Schicht zu einem Viertel der effektiven Wellenlänge der verwendeten Mikrowellen gewählt ist.

JIJIZIJ
18. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die dielektrische Schicht zwei oder mehr in Längsrichtung unterteilte Teile aufweist, die jeweils eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante haben, wobei die Dielektrizitätskonstante der verschiedenen dielektrischen Schichtteile so gewählt sind, daß die Dielektrizitätskonstante des Teils, der an die Mikrostreifenleitungsvorrichtung gekoppelt ist, größer ist als die des anderen Teils.
19. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätsschicht eine Endfläche aufweist, die die Achse der Koaxialleitung auf der Mikrowelleneingangsseite spitzwinklig kreuzt.
20. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Leiter der Koaxialleitung einen Teil zunehmenden Durchmessers aufweist, der am Verbindungspunkt zwischen Koaxialleitung und Mikrostreifenleitung vorgesehen ist.
21. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Teil zunehmenden Durchmessers so ausgebildet ist, daß der Durchmesser allmählich in Richtung zum Verbindungspunkt zwischen Koaxialleitung und Mikrostreifenleitung zunimmt.
22. Mkrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie ferner aufweist eine Heizkammer mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, die in Verbindung mit dem Leiterschaltkreisteil vorgesehen sind, wo-

in bei das aufzuheizende Material/die Einlaßöffnung eingeführt und aus der Auslaßöffnung ausgeführt wird, und eine Mikrowellenleckschutzvorrichtung, die in der Heizkammer vorgesehen ist, in Verbindung mit Einlaß- und/oder Auslaßöffnung.
23. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckverhinderungsvorrichtung eine Vielzahl von dielektrischen Resonatoren des TE-Modes aufweist, deren Resonanzfrequenz in Verbindung mit der effektiven Wellenlänge der Mikrowellen gewählt ist, deren Auslecken verhindert werden soll.
24. Mikrowellenheizvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23s, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizkammer aus elektrisch leitfähigem Material besteht.