산업용 마이크로웨이브설비의 GMP

마이크로 시스템의 설계는 그림 1 에 나와 있다. 마그네트론이 웨이브가이드 런처에 설치되어 있다. 전자석에너지는 웨이브가이드 구조 내에서 유도가 되고 applicator(cavity)로 커플링 된다. 반사된 전자석에너지는 가열제품의 유전가열적인 특성과 cavity의 크기에 좌우 된다. 최상의 효율을 올리기 위하여는 반사된 전자석 에너지의 양이 튜너를 사용하여 최소화 될 수 있다.

설치된 circulator는 마그네트론의 load 보호장치로서 역할을 한다. 사용하는 circulator의 품질은 water load에 의한 반사에너지 흡수를 결정한다.

Circulator를 사용하지 않을 때에는 반사 에너지는 마그네트론으로 다시 돌아 움직인다. 이는 magnetron의 수명을 단축시키는 결과를 가져 오며 magnetron의 파워출력이 감소한다(그림 2를 볼 것). 이것은 공정에 필요한 power의 양을 불안정하게 한다. 이렇게 하여, 공정상 재생산이 불가능하게 된다.

이러한 배경으로 하여 circulator를 사용하여 magnetron을 보호할 필요가 있다. 고품위의 circulators는 20dB(21-26dB가 전형적임)보다 더 좋은 isolation을 갖는다.

Schematic Design of a industrial Microwave Plant according to GMP microwave

그림 1. GMP 마이크로웨이브에 따르는 각 개별 마이크로웨이브장비의 개념도

Generator Diagram (Rieke) for an industrial YJ1540 Magnetron

그림 2. 산업용 YJ1540 마그네트론의 제너레이터 다이어그램(Rieke).

GMP 마이크로웨이브의 이점들은:

  • Magnetron의 수명이 특정 시간 동안 지속된다.
  • 시스템을 위한 magnetron의 incident power가 항상 꾸준하다(magnetron이 이 specs내에서 작동이 된다).
  • directional coupler나 detector diode를 이용하여 반사 power를 측정할 수 있다. Magnetron의 측정 incident power로 calibration이 된 마이크로웨이브 시스템은 제품에 의한 흡수 power를 계산할 수 있다.

 

Pab = Pvor - Prefl

산업용마이크로웨이브시스템의 마이크로웨이브파워는 국제표준인 IEC60307에 따라 측정되고 표시되어야 한다.

보호되지 않는 multi system의 불리한 점들

Protection과 tuning을 사용하지 않고 다수의 single magnetrons를 사용하는 시스템의 불리한 점을 이해하기 위한 차원에서 그림 3이 4개의 magnetron을 써서 cavity로 직접 coupling시켜주는 multimode cavity의 설계를 보여 준다.

3차원의 mode distribution이 multimode cavity내를 지나 갈 때(distribution은 cavity의 load condition에 좌우됨) 그림3의 E field distribution은 4 magnetron의 단면도의 한 면에서 보인다.

마그네트론 안테나 위치에서 E field의 정상파비율(standing wave ratio)의 값에 의하여 마그네트론은 다른 반사의 결과를 가져 오는 다른 부하조건(load conditions)을 만나게 된다.

따라서 공정에서의 실제필요파워는 최종적으로 재생산이 되지 않는 공정을 야기하는 특정하지 않은 변화에 의해 결정된다.

그림3의 마그네트론 작동 중에 moding과 같은 조건이 발생할 수 있다. 마그네트론은 power supply로 유지될 수 없는 높은 anode current를 소비한다. 이것은 마그네트론과 power supply 의 두 부분에 손상을 입힐 수 있다.

Design of Microwave System

그림 3. 멀티모드 캐비티에서 보호와 튜닝이 없는 4개의 마그네트론으로 구성된 마이크로웨이브시스템의 도해.