JP2009130926A - Ferrite phase shifter and automatic matching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、矩形導波管の外部からコイルに電流を流して磁界を発生させることにより、フェライトの磁気特性を変化させて高周波の導波管内波長を変化させ、伝搬する高周波の位相を変化させるフェライト移相器及びそのフェライト移相器を備える自動整合装置に関する。 In the present invention, a magnetic field is generated by passing a current from the outside of a rectangular waveguide to generate a magnetic field, thereby changing the magnetic properties of the ferrite to change the wavelength in the high-frequency waveguide and changing the phase of the propagating high-frequency. The present invention relates to a ferrite phase shifter and an automatic matching apparatus including the ferrite phase shifter.
導波管内にフェライトを設け、磁界を発生させ、導波管内を伝搬する高周波の位相を変化させるフェライト移相器が知られており、前記フェライト移相器は例えば図18〜図20のように構成される。図18〜図20のフェライト移相器100は、上面101a、下面101b及び両側の側面101cで形成される略角筒状の矩形導波管101を有し、その長手方向両端には他の矩形導波管と連結する際の連結部分となる鍔状のフランジ101dが形成されている。矩形導波管101の略中央にはコイル102が略螺旋状に巻回されている。矩形導波管101内の上下には、誘電体で構成される平板状のスペーサ103がそれぞれ設けられ、スペーサ103は矩形導波管101の長手方向に沿って配設されている。上下のスペーサ103・103間には直方体状のフェライト104が挟持するようにして固定されている。
Ferrite phase shifters are known in which ferrite is provided in a waveguide to generate a magnetic field and change the phase of a high frequency wave propagating in the waveguide. The ferrite phase shifter is, for example, as shown in FIGS. Composed. The
前記フェライト移相器を使用する際には、例えば矩形導波管101を他の矩形導波管と連結して導波管路を構成し、前記導波管路を介して矩形導波管101内に高周波を伝搬すると共に、矩形導波管101の外部からコイル102に電流を流して磁界を発生させることにより、フェライトの磁気特性を変化させて高周波の導波管内波長を変化させ、伝搬する高周波の位相を変化させる(非特許文献1参照)。
When using the ferrite phase shifter, for example, the
ところで、フェライト移相器では、入力電力が大きくなるとフェライトの損失が増大して発熱するが、上記フェライト移相器100はフェライト104をスペーサ103・103を介して固定しているため、発生した熱がスムーズに放熱されず、フェライトの温度が上昇してしまう。斯様なフェライトの温度上昇はフェライトの特性を大幅に変化させ、移相器としての機能を損なう要因となる。
By the way, in the ferrite phase shifter, when the input power increases, the loss of the ferrite increases and heat is generated. However, since the
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、高電力で使用した場合にも、フェライトの温度上昇を抑制してフェライトの特性を維持することが可能であり、移相器として良好な機能を安定して発揮することができるフェライト移相器及びそのフェライト移相器を備える自動整合装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above problems, and even when used at high power, it is possible to suppress the temperature rise of the ferrite and maintain the properties of the ferrite, and to function well as a phase shifter. It is an object of the present invention to provide a ferrite phase shifter capable of stably exhibiting the above and an automatic matching device including the ferrite phase shifter.
本発明のフェライト移相器は、矩形導波管と、前記矩形導波管の対向する広面の内壁面に取付面をそれぞれ密着して対向配設される略平板状のフェライトと、前記フェライトと略対応する位置で前記矩形導波管の外周に巻回され、電流が流されるコイルと、を備えることを特徴とする。また、本発明のフェライト移相器は、前記略平板状のフェライトの対向面に誘電体層を設けることを特徴とする。前記誘電体層は、前記略平板状のフェライトの対向面にそれぞれ設け、前記誘電体層を対向して設ける構成とすることが好ましい。 The ferrite phase shifter according to the present invention includes a rectangular waveguide, a substantially flat ferrite disposed in close contact with an inner surface of a wide surface facing the rectangular waveguide, and the ferrite. And a coil that is wound around the outer periphery of the rectangular waveguide at a substantially corresponding position and through which a current flows. The ferrite phase shifter of the present invention is characterized in that a dielectric layer is provided on the opposing surface of the substantially flat ferrite. It is preferable that the dielectric layers are provided on opposing surfaces of the substantially flat ferrite, and the dielectric layers are provided to face each other.
また、本発明のフェライト移相器は、前記略平板状のフェライトを、複数のフェライト片を隙間を開けて並設して構成することを特徴とする。また、本発明のフェライト移相器は、前記矩形導波管の広面の外壁面に於ける前記略平板状のフェライトと略対応する位置にヨークを設けることを特徴とする。また、本発明のフェライト移相器は、前記ヨークの一部に永久磁石を設けることを特徴とする。 The ferrite phase shifter according to the present invention is characterized in that the substantially flat ferrite is formed by arranging a plurality of ferrite pieces in parallel with a gap. The ferrite phase shifter according to the present invention is characterized in that a yoke is provided at a position substantially corresponding to the substantially flat ferrite on the outer wall surface of the wide surface of the rectangular waveguide. The ferrite phase shifter according to the present invention is characterized in that a permanent magnet is provided in a part of the yoke.
また、本発明のフェライト移相器は、前記矩形導波管の広面の各々に、前記矩形導波管長手方向を長手方向とするスリットを有する細長角筒部を、少なくとも一つ外方に突出して設けることを特徴とする。また、本発明のフェライト移相器は、前記スリットの長手方向の外側に絶縁層を設けることを特徴とする。また、本発明のフェライト移相器は、前記矩形導波管の広面の各々に、前記スリットを有する細長角筒部を並設することを特徴とし、好適には前記スリットの長手方向の外側に絶縁層を設けることを特徴とする。また、本発明のフェライト移相器は、前記スリットに誘電体を内装することを特徴とする。 In the ferrite phase shifter of the present invention, at least one elongated rectangular tube portion having a slit whose longitudinal direction is the longitudinal direction of the rectangular waveguide protrudes outwardly from each of the wide surfaces of the rectangular waveguide. It is characterized by providing. The ferrite phase shifter according to the present invention is characterized in that an insulating layer is provided outside the slit in the longitudinal direction. The ferrite phase shifter according to the present invention is characterized in that an elongated rectangular tube portion having the slit is arranged in parallel on each of the wide surfaces of the rectangular waveguide, and preferably on the outer side in the longitudinal direction of the slit. An insulating layer is provided. The ferrite phase shifter according to the present invention is characterized in that a dielectric is provided in the slit.
また、本発明のフェライト移相器は、前記略平板状のフェライトの前記矩形導波管長手方向の両端位置に、伝搬する高周波に対してカットオフとなる構造の穴を少なくとも一対設け、前記各穴の内部に前記略平板状のフェライトと別のフェライトを内装し、前記別のフェライトの内端を前記略平板状のフェライトと接続すると共に、前記別のフェライトの外端相互をヨークを介して接続することを特徴とする。前記カットオフとなる構造の穴は、例えば穴の内径と深さで定まる高周波の遮断周波数が矩形導波管内を伝搬する高周波の周波数帯より高くなるように、その内径と深さを定めて設ける。 Further, the ferrite phase shifter of the present invention is provided with at least one pair of holes having a structure that is cut off with respect to a propagating high frequency at both end positions in the longitudinal direction of the rectangular waveguide of the substantially flat ferrite, Inside the hole, the substantially flat ferrite and another ferrite are housed, the inner end of the other ferrite is connected to the substantially flat ferrite, and the outer ends of the other ferrite are connected to each other via a yoke. It is characterized by connecting. The hole having the cut-off structure is provided with a predetermined inner diameter and depth so that a high-frequency cutoff frequency determined by, for example, the inner diameter and depth of the hole is higher than a high-frequency frequency band propagating in the rectangular waveguide .
また、本発明の自動整合装置は、本発明のフェライト移相器を少なくとも一つ整合素子として用いる整合器を、電源と負荷との間の伝送線路に備えることを特徴とする。 The automatic matching device of the present invention is characterized in that a matching line using at least one ferrite phase shifter of the present invention as a matching element is provided in a transmission line between a power source and a load.
尚、本明細書開示の発明には、各発明や各実施形態の構成の他に、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものも含まれる。 The invention disclosed in this specification includes, in addition to the configurations of each invention and each embodiment, those specified by changing these partial configurations to other configurations disclosed in this specification, or these configurations. To which other configurations disclosed in the present specification are added and specified, or those partial configurations deleted and specified to the extent that partial effects can be obtained are included.
本発明のフェライト移相器及び自動整合装置は、フェライトの形状を略平板状にして熱が蓄積されにくくすると共に、略平板状のフェライトを矩形導波管の広面の内壁面に密着して配設して放熱抵抗を小さくし、フェライトで発生した熱を矩形導波管の壁面を通してスムーズに放熱し、高い冷却効果を得ることができる。従って、高電力で使用した場合にも、フェライトの温度上昇を抑制してフェライトの特性を維持することが可能であり、移相器として良好な機能を安定して発揮することができる。 The ferrite phase shifter and the automatic matching device of the present invention make the shape of the ferrite substantially flat so that heat is hard to accumulate, and the substantially flat ferrite is closely attached to the wide inner wall surface of the rectangular waveguide. It is possible to reduce the heat radiation resistance and smoothly radiate the heat generated by the ferrite through the wall surface of the rectangular waveguide, thereby obtaining a high cooling effect. Therefore, even when used at high power, it is possible to suppress the temperature rise of the ferrite to maintain the properties of the ferrite, and to stably exhibit a good function as a phase shifter.
また、前記略平板状のフェライトの対向面に誘電体層を設けることにより、矩形導波管の内部に生ずる電磁界分布をフェライトに集中させ、フェライトに於ける高周波の電磁界強度を高めることができる。従って、フェライトの位相変化率を改善することができる。 Further, by providing a dielectric layer on the opposing surface of the substantially flat ferrite, the electromagnetic field distribution generated inside the rectangular waveguide can be concentrated on the ferrite, and the high-frequency electromagnetic field strength in the ferrite can be increased. it can. Therefore, the phase change rate of ferrite can be improved.
また、前記矩形導波管の広面の外壁面に於ける略平板状のフェライトと略対応する位置にヨークを設けることにより、フェライトとヨークで磁気回路を構成し、コイルに流す電流の量を少なくする、或いはコイルの巻き数を少なくすることができる。 Also, by providing a yoke at a position substantially corresponding to the substantially flat ferrite on the wide outer wall surface of the rectangular waveguide, a magnetic circuit is constituted by the ferrite and the yoke, and the amount of current flowing through the coil is reduced. Or the number of turns of the coil can be reduced.
また、前記略平板状のフェライトを複数のフェライト片を隙間を開けて並設して構成することにより、矩形導波管とフェライトとの膨張率の相違により、略平板状のフェライトに大きな熱応力が発生することを防止し、割れを防ぐことができる。 Further, by forming the substantially flat ferrite by arranging a plurality of ferrite pieces in parallel with a gap, a large thermal stress is applied to the substantially flat ferrite due to the difference in expansion coefficient between the rectangular waveguide and the ferrite. Can be prevented and cracking can be prevented.
また、前記ヨークの一部に永久磁石を設けることにより、磁気バイアスを加え、位相変化の量を減少し、応答性を良好にすることができる。 Further, by providing a permanent magnet in a part of the yoke, it is possible to apply a magnetic bias, reduce the amount of phase change, and improve the responsiveness.
また、前記矩形導波管の広面の各々に、矩形導波管長手方向を長手方向とするスリットを有する細長角筒部を、少なくとも一つ外方に突出して設けることにより、可変磁界に対する電気抵抗を大きくし、可変磁界により前記広面の外壁面に発生する渦電流を抑制することができる。 Each of the wide surfaces of the rectangular waveguide is provided with at least one elongated rectangular tube portion having a slit whose longitudinal direction is the longitudinal direction of the rectangular waveguide, thereby providing an electric resistance against a variable magnetic field. And an eddy current generated on the outer wall surface of the wide surface by the variable magnetic field can be suppressed.
また、前記スリットの長手方向の外側に絶縁層を設けることにより、前記スリットを有する細長角筒部による渦電流の抑制効果を一層高めることができる。 Further, by providing an insulating layer on the outer side in the longitudinal direction of the slit, the effect of suppressing eddy currents by the elongated rectangular tube portion having the slit can be further enhanced.
また、前記矩形導波管の広面の各々に、前記スリットを有する細長角筒部を並設することにより、可変磁界に対する電気抵抗をより大きくし、可変磁界により前記広面の外壁面に発生する渦電流を一層抑制することができる。 Further, by arranging the elongated rectangular tube portion having the slit in parallel on each of the wide surfaces of the rectangular waveguide, the electric resistance against the variable magnetic field is further increased, and the vortex generated on the outer wall surface of the wide surface by the variable magnetic field. The current can be further suppressed.
また、前記スリットに誘電体を内装することにより、スリットに容量性を持たせ、高周波に対するインピーダンスを下げ、高周波の漏洩を防ぐことができる。 Also, by providing a dielectric in the slit, the slit can be made capacitive, the impedance to high frequency can be lowered, and high frequency leakage can be prevented.
また、前記略平板状のフェライトの前記矩形導波管長手方向の両端位置に、伝搬する高周波に対してカットオフとなる構造の穴を少なくとも一対設け、各穴の内部に略平板状のフェライトと別のフェライトを内装し、別のフェライトの内端を略平板状のフェライトと接続すると共に、別のフェライトの外端相互をヨークを介して接続することにより、略平板状のフェライトと別のフェライトとヨークとで磁気回路を構成し、コイルに流す電流の量を少なくする、或いはコイルの巻き数を少なくすることができる。更に、コイルに流す制御電流の時間変化率に対する可変磁界の応答性を良好にすることができる。 Further, at least one pair of holes having a structure that cuts off the high frequency propagating at both ends of the substantially flat ferrite in the longitudinal direction of the rectangular waveguide, the substantially flat ferrite and By installing another ferrite, connecting the inner end of another ferrite to a substantially flat ferrite, and connecting the outer ends of the other ferrites via a yoke, a substantially flat ferrite and another ferrite are connected. The yoke and the magnetic circuit can be configured to reduce the amount of current flowing through the coil or to reduce the number of turns of the coil. Furthermore, the responsiveness of the variable magnetic field to the time change rate of the control current flowing through the coil can be improved.
また、本発明の自動整合装置は、従来の自動整合装置が機械的駆動であるのに対し、電気(電子)的駆動とすることができる。従って、整合速度を速めて整合時間を短縮することができ、従来は1〜2secであった整合時間を10〜20msecにすることができる。更に、非常に故障しにくいことから、メンテナンスフリーとすることが可能である。 The automatic alignment apparatus of the present invention can be electrically (electronic) driven while the conventional automatic alignment apparatus is mechanically driven. Accordingly, the matching speed can be increased to shorten the matching time, and the matching time, which was conventionally 1 to 2 seconds, can be set to 10 to 20 msec. Furthermore, since it is very difficult to break down, it can be made maintenance-free.
本発明の実施形態のフェライト移相器及び前記フェライト移相器を備える自動整合装置の例を説明する。 An example of a ferrite phase shifter according to an embodiment of the present invention and an automatic matching device including the ferrite phase shifter will be described.
〔第1実施形態のフェライト移相器〕
第1実施形態のフェライト移相器10は、図1及び図2に示すように、上面11a、下面11b及び両側の側面11cで形成される略角筒状の矩形導波管11を有し、その長手方向両端には他の矩形導波管と連結する際の連結部分となる鍔状のフランジ11dが形成されている。矩形導波管11の外周の略中央には電流を流されるコイル12が略螺旋状に巻回され、コイル12は上面11a及び下面11bの外側で傾斜するように、側面11cで略垂直方向に延びるようにして巻回されている。コイル12は、後述するフェライト13と略対応する位置で巻回されている。
[Ferrite Phase Shifter of First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
矩形導波管11の対向する広面にそれぞれ相当する上面11a及び下面11bの各内壁面には、矩形で細長平板状のフェライト13が設けられる。フェライト13は、一方側の広面を取付面とし、前記取付面を上面11a或いは下面11bの各内壁面にそれぞれ密着して配設され、その長手方向を高周波の伝搬方向等となる矩形導波管11の長手方向と揃えて設けられる。上面11a側のフェライト13と下面11b側の13は対向するようにして内壁面に配設され、フェライト13・13の他方側の広面(前記取付面と逆側の広面)は互いに対向している。
On the inner wall surfaces of the
フェライト13の素材は適用可能な範囲で適宜であるが、例えばガーネット系フェライト等とすると好適である。また、フェライト13を矩形導波管11に固定する構成も適用可能な範囲で適宜であり、例えば放熱性に優れる接着剤で固着する、或いは螺子止めすること等が可能である。
The material of the
第1実施形態のフェライト移相器10で導波管路を構成する場合には、矩形導波管11の前後に他の矩形導波管を配置し、その両端のフランジ11d・11dを介して他の矩形導波管と連結する。前記導波管路を使用する際には、例えば前記導波管路により矩形導波管11内に高周波を伝搬すると共に、矩形導波管11の外周に巻回されているコイル12に電流を流して磁界を発生させ、或いはコイル12に流れる電流を変化させて磁界を変化させることにより、フェライトの磁気特性を変化させて高周波の導波管内波長を変化させ、伝搬する高周波の位相を変化させる。
When the waveguide path is constituted by the
第1実施形態のフェライト移相器10は、フェライト13の形状が平板状であるから熱がフェライト13の蓄積されにくいと共に、フェライト13を矩形導波管11の広面(本例では上面11a、下面11b)の内壁面に密着することにより、フェライト13で発生した熱を矩形導波管11の壁面を通してスムーズに放熱し、高い冷却効果を得ることができる。従って、高電力で使用した場合にも、フェライト13の温度上昇を抑制してフェライト13の特性を維持することが可能であり、フェライト移相器10として良好な機能を安定して発揮することができる。
In the
尚、上記第1実施形態の例では略平板状のフェライトを細長平板状の一枚板のフェライト13で構成したが、本発明の略平板状のフェライトは前記構成に限定されず、例えば図3の例に示すように、略平板状のフェライトを複数のフェライト片を隙間を開けて並設して構成してもよく、係る構成は後述の各実施形態にも適用可能である。図3(a)は、細長短冊状のフェライト片131aを相互間に僅かな隙間132aを開けて列状に複数並設して、全体として長方形で略平板状のフェライト13aを構成するものである。図3(b)は、短冊状のフェライト片131bを相互間に僅かな隙間132bを開けて行列状に複数並設して、全体として長方形で略平板状のフェライト13bを構成するものである。図3(c)は、矩形平板状のフェライト片131cを相互間に僅かな隙間132cを開けて行列状に複数並設して、全体として長方形で略平板状のフェライト13cを構成するものである。図3(d)は、円板を所定方向に所定間隔毎にスライスした形状の短冊状のフェライト片131dを相互間に僅かな隙間132dを開けて列状に複数並設して、全体として円形で略平板状のフェライト13dを構成するものである。
In the example of the first embodiment, the substantially flat ferrite is constituted by the single
前記構成により、矩形導波管11とフェライト13a〜13dとの膨張率の相違により、略平板状のフェライト13a〜13dに大きな熱応力が発生することを防止し、割れを防ぐことができる
By the said structure, it can prevent that a large thermal stress generate | occur | produces in the substantially
〔第2実施形態のフェライト移相器〕
第2実施形態のフェライト移相器10は、図4に示すように、フェライト13・13のそれぞれの他方側の広面(取付面と逆側の広面)、即ちフェライト13・13の対向面のそれぞれの全面に亘って誘電体層14が設けられ、誘電体層14・14が対向するように設けられるものである。本実施形態の誘電体層14は平板状の誘電体をフェライト13に固着して設けているが、誘電体層14を設ける構成は適宜であり、例えば誘電体層14をフェライト13に塗布して設けてもよい。また、誘電体層14の素材は適用可能な範囲で適宜であるが、高周波損失が少なく、耐熱性が良好な素材とすることが好ましく、例えばアルミナ磁器等とすると好適である。第2実施形態のフェライト移相器10のその他の構成は第1実施形態のフェライト移相器10と同一である。
[Ferrite Phase Shifter of Second Embodiment]
As shown in FIG. 4, the
第2実施形態のフェライト移相器10は、第1実施形態と同様の効果を得られることに加え、誘電体層14を設けることにより、矩形導波管11の内部に生ずる電磁界分布をフェライト13の部分に集中させ、フェライト13の部分に於ける高周波の電磁界強度を高めることができ、これによって、フェライト13による位相変化率を改善することができる。
The
〔第3実施形態のフェライト移相器〕
第3実施形態のフェライト移相器10は、図5及び図6に示すように、コイル12が第1実施形態よりも少ない巻き数で矩形導波管11に巻回されていると共に、矩形導波管11の広面に相当する上面11aと下面11bの各外壁面に於いて、細長平板状のフェライト13と対応する位置にヨーク15が設けられている。
[Ferrite Phase Shifter of Third Embodiment]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
ヨーク15は、側面視コ字形の板状に形成され、前記コ字形でコイル12の外側を囲うように配置されており、その両端は、矩形導波管11の長手方向に倣う各々フェライト13の長手方向の両端に対応して配置され、上面11a、下面11bの各外壁面に固定されている。また、本実施形態に於けるヨーク15は、その略中央部分に永久磁石151が設ける構成としているが、前記永久磁石151に相当する部位を他の部分と同じ素材のヨーク15としてもよい。また、本実施形態に於けるヨーク15、永久磁石151は、長方形状のフェライト13と略同一幅で形成されているが、その幅は必要に応じて適宜設定することが可能である。また、永久磁石151はヨーク15の一部として設けられる構成であれば、その大きさや配置する位置は適宜である。また、ヨーク15、永久磁石151の素材は適用可能な範囲で適宜であるが、ヨーク15は例えばフェライトコア等とすると良く、永久磁石151は例えばフェライト系磁石、希土類系磁石等とすると良い。第3実施形態のフェライト移相器10のその他の構成は第1実施形態のフェライト移相器10と同一である。
The
第3実施形態のフェライト移相器10は、第1実施形態と同様の効果を得られることに加え、フェライト13とヨーク15で磁気回路を構成することにより、コイル12に流す電流の量を少なくする、或いはコイル12の巻き数を少なくすることができる。また、ヨーク15の一部に永久磁石151を設けることにより、磁気バイアスを加え、位相変化の量を減少し、応答性を良好にすることができる。
The
〔第4実施形態のフェライト移相器〕
第4実施形態のフェライト移相器10は、図7及び図8に示すように、矩形導波管11の長手方向に相当するフェライト13の長手方向の両端位置に於いて、矩形導波管11に四角筒状の角筒部11eが外方へ突出するように形成され、角筒部11e内の穴11fが、伝搬する高周波に対して大きさや深さがカットオフとなる穴になっている。本実施形態では、一つのフェライト13に対して一対の穴11f・11fが形成され、両側のフェライト13・13に対して2対の穴11fが設けられている。
[Ferrite Phase Shifter of Fourth Embodiment]
As shown in FIGS. 7 and 8, the
各穴11fの内部には、穴11fの形状及び大きさに対応する四角柱状のフェライト16が内装され、フェライト16の内端は矩形導波管11内のフェライト13の端部に接続されている。また、同方向に突出する角筒部11e・11eの先端間には細長平板状のヨーク152が架設されており、ヨーク152の両端部は各々フェライト16と当接し、同方向に突設するフェライト16・16の外端相互はヨーク152を介して接続される。
Inside each
コイル12は第1実施形態よりも少ない巻き数で矩形導波管11に巻回されており、巻回されたコイル12は、角筒部11eとヨーク152で構成されるコ字形の部分で外側を囲まれている。尚、フェライト16の素材、ヨーク152の素材は適用可能な範囲で適宜であり、フェライト16は例えばガーネット系フェライト等とすると良く、ヨーク152は例えばフェライトコア等とすると良い。また、フェライト16、ヨーク152、穴11fの幅は、本実施形態ではフェライト13の幅と略同一幅に形成しているが、これらの幅は必要に応じて適宜設定することが可能である。尚、ヨーク152は、その中央部分など一部を第3実施形態と同様に永久磁石にすることも可能である。第4実施形態のフェライト移相器10のその他の構成は第1実施形態のフェライト移相器10と同一である。
The
第4実施形態のフェライト移相器10は、第1実施形態と同様の効果が得られることに加え、平板状のフェライト13と四角柱状の別のフェライト16とヨーク152とで磁気回路を構成することにより、コイル12に流す電流の量を少なくする、或いはコイル12の巻き数を少なくすることができる。また、カットオフ構造の穴11fにより、高周波の不要輻射や外部からの電磁波の侵入を防止できると共に、コイル12に流す制御電流の時間変化率に対する可変磁界の応答性を良好にすることができる。また、ヨーク152の一部に永久磁石を設ける場合には、磁気バイアスを加え、位相変化の量を減少し、応答性を一層良好にすることができる。
In the
〔第5実施形態のフェライト移相器〕
第5実施形態のフェライト移相器10は、図9〜図11に示すように、矩形導波管11の広面の各々に相当する上面11aと下面11bに、高周波の伝搬方向を長手方向(矩形導波管11の長手方向)とする細長角筒部11gが外方に突出して設けられ、細長角筒部11g内のスリット11hが矩形導波管11の長手方向を長手方向にして配置されている。細長角筒部11g、スリット11hは、矩形導波管11内のフェライト13に略対応する位置に設けられており、本実施形態では上面視でフェライト13内に配置されているが、スリット11hの長さをフェライト13の長さよりも長く形成してもよい。コイル12は細長角筒部11gの外端にかけ回して巻回され、第1実施形態のコイル12よりも少ない巻き数で螺旋状に巻回されている。
[Ferrite Phase Shifter of Fifth Embodiment]
As shown in FIGS. 9 to 11, the
矩形導波管11の長手方向両端のフランジ11dの内側部分では内壁11iと外壁11jが二重に設けられ、外壁11jは内壁11iの外側に所定間隔を開けて設けられている。内壁11iと外壁11jとの間は断面視L字形で周状の間隙11kになっており、間隙11kは外壁11jの先端に対応する箇所で矩形導波管11の外側に開口し、内壁11iの先端に対応する箇所で矩形導波管11の内側に開口し、矩形導波管11の内外に貫通している。間隙11kには、間隙11kの形状に対応する形状の絶縁体17が内装されている。内壁11i、絶縁体17、フランジ11dと一体化している外壁11jの固定は、例えば相互に嵌合して固定するなど適宜である。第5実施形態のフェライト移相器10のその他の構成は第1実施形態のフェライト移相器10と同一である。
An
第5実施形態のフェライト移相器10は、第1実施形態と同様の効果が得られることに加え、細長角筒部11g及びスリット11hを設けることにより、可変磁界に対する磁気抵抗を大きくし、可変磁界により前記広面の外壁面に発生する渦電流を抑制することができる。また、スリット11hの長手方向の両外側に絶縁体17を設けることにより、フェライト移相器10を構成する矩形導波管11をその前後に接続する矩形導波管と絶縁し、渦電流の抑制効果を一層高めることができる。
The
尚、上記第5実施形態の例では、矩形導波管11の上面11aと下面11bの各々に、スリット11hを有する細長角筒部11g或いはスリット11hを各一つ設ける構成としたが、例えば図9の実線のスリット11hを有する細長角筒部11gの両外側に、二点鎖線のスリット11hを有する細長角筒部11gを設け、矩形導波管11の上面11aと下面11bの各々に、スリット11hを有する細長角筒部11g或いはスリット11hを各3つ並設する構成とする等、矩形導波管11の上面11aと下面11bの各々に、スリット11hを有する細長角筒部11g或いはスリット11hを複数並設する構成とすると、可変磁界に対する磁気抵抗をより大きくし、可変磁界により前記広面の外壁面に発生する渦電流を一層抑制することができて好適である。前記スリット11hを有する細長角筒部11g或いはスリット11hを上面11aと下面11bの各々に並設する構成は、スリット11hを有する細長角筒部11gを備える各実施形態に適用することが可能である。
In the example of the fifth embodiment, each of the
〔第6実施形態のフェライト移相器〕
第6実施形態のフェライト移相器10は、図12に示すように、第5実施形態のフェライト移相器10のスリット11hに誘電体18を内装したものであり、スリット11hに対応する形状及び大きさのシート状の誘電体18がスリット11h内に挿入され、誘電体18の内端はフェライト13の上面と当接している。誘電体18の素材は適用可能な範囲で適宜であるが、例えばテフロンシート等とすると好適である(テフロンは登録商標)。第6実施形態のフェライト移相器10のその他の構成は第5実施形態のフェライト移相器10と同一である。
[Ferrite Phase Shifter of Sixth Embodiment]
As shown in FIG. 12, the
第6実施形態のフェライト移相器10は、第5実施形態と同様の効果が得られることに加え、スリット11hに誘電体18を内装することにより、スリット11hの部分を容量性とし、高周波に対するインピーダンスを下げ、高周波の漏洩を防止することができる。
The
〔第7実施形態のフェライト移相器〕
第7実施形態のフェライト移相器10は、基本的に、第2、第3、第4実施形態の構成と、第5実施形態の構成を備える第6実施形態の構成とを組み合わせたものであり、下記で特に言及しない構成は第1〜第6実施形態の構成を用いている。第7実施形態のフェライト移相器10は、図13及び図14に示すように、上面11a、下面11b、側面11c、フランジ11dで構成される矩形導波管11を有し、矩形導波管11の上面11a及び下面11bの各内壁面には矩形で細長平板状のフェライト13が対向するように取り付けられている。フェライト13・13の取付面と逆側の面には誘電体層14・14が設けられ、誘電体層14・14は対向配置されている。
[Ferrite Phase Shifter of Seventh Embodiment]
The
フェライト13の矩形導波管11の長手方向両端位置に於ける上面11a及び下面11bには、角筒部11eが外方へ突出するように形成されており、角筒部11e内の穴11fが、伝搬する高周波に対して大きさや深さがカットオフとなる穴になっている。各穴11fには、穴11fの形状に対応し且つ穴11fの深さより長い四角柱状のフェライト16が内装され、フェライト16の内端はフェライト13の端部に接続されている。また、フェライト16の外端は角筒部11eの外側に若干突出しており、同方向に突出するフェライト16・16の外端相互はヨーク152及びヨーク152の一部に設けられている永久磁石151を介して接続される。
On the
更に、上面11a及び下面11bには、矩形導波管11の長手方向を長手方向とする細長角筒部11gが外方に突出して設けられ、細長角筒部11g内には前記長手方向に延びるスリット11hが形成されている。本実施形態の細長角筒部11gは、一対の角筒部11e・11e間に設けられ、角筒部11e・11eと一体的に形成されており、スリット11hは角筒部11e・11eの穴11f・11fと連通している。スリット11hには誘電体18が挿入して設けられ、誘電体18の内端はフェライト13の上面と当接し、誘電体18の矩形導波管11の長手方向両端は穴11f・11f内のフェライト16・16と当接している。
Further, an elongated
コイル12は、細長角筒部11g及び誘電体18とヨーク152との間に挿入するようにして、細長角筒部11g及び誘電体18の外側にかけ回して巻回され、第1実施形態のコイル12よりも少ない巻き数で螺旋状に巻回されている。
The
スリット11hの長手方向の両外側には絶縁体17が設けられている。矩形導波管11の長手方向の一端側(図14の右端)では、フランジ11dと隣接するフランジ11dの内側部分に於いて、第5実施形態と同一構成により絶縁体17が設けられている。また、矩形導波管11の長手方向の他端側(図14の左端)では、フランジ11dと所定距離離間した内側部分に於いて、第5実施形態と同一構成により絶縁体17が設けられている。即ち、前記他端側の所定位置に於いて、内壁11iと外壁11jが二重に設けられ、外壁11jは内壁11iの外側に所定間隔を開けて設けられている。内壁11iと外壁11jとの間は断面視L字形で周状の間隙11kになっており、間隙11kは外壁11jの先端に対応する箇所で矩形導波管11の外側に開口し、内壁11iの先端に対応する箇所で矩形導波管11の内側に開口し、矩形導波管11の内外に貫通している。間隙11kには、間隙11kの形状に対応する形状の絶縁体17が内装されている。
第7実施形態のフェライト移相器10は、第1〜第6実施形態のフェライト移相器10と同様の効果を奏する。
The
〔実施形態のフェライト移相器を備える自動整合装置の例〕
次に、上記実施形態のフェライト移相器10を備える自動整合装置の例について説明する。尚、本例の自動整合装置に於けるフェライト移相器10には、第1〜第7実施形態の適宜のフェライト移相器10を用いることが可能である。
[Example of automatic matching apparatus including ferrite phase shifter of embodiment]
Next, an example of an automatic matching apparatus including the
本例の自動整合装置は、図15に示すように、電源21と負荷22との間の矩形導波管11、後述の矩形導波管32等で構成される導波管路(伝送線路)に、進行波/反射波検出器23と、整合素子としてフェライト移相器10を用いた整合器25を順に設け、進行波/反射波検出器23の検出結果を制御回路24に取り込み、制御回路24がその検出結果に応じて整合器25に流す制御電流の量を変化させ、変化した制御電流に応じてフェライト移相器10の位相を変化させて、電源21と負荷22の整合を自動的にとるものである。進行波/反射波検出器23は、自動整合装置の電源入力側に配置され、進行波と反射波の信号から反射係数の絶対値|Γ|と位相角θの信号を演算取得し、制御回路24に入力する。制御回路24は設定記憶されている制御プログラムに従い、設定記憶されているスミスチャートのテーブル等の対応テーブルを参照して、制御電流を前記入力結果に対応する値に変化させる。
As shown in FIG. 15, the automatic matching device of this example is a waveguide (transmission line) composed of a
ここで、フェライト移相器10を整合素子として用いる整合器25の例について説明する。
Here, an example of the matching unit 25 using the
第1例の整合器25aは、図16に示すように、矩形導波管32を連結して導波管路を構成し、電源21から負荷22に向かって前記導波管路に高周波信号HFを流すと共に、前記導波管路を構成する矩形導波管32の側部に、複数のフェライト移相器10の各一端を連結して接続し、各フェライト移相器10の他端に短絡板31をそれぞれ設けている。第1例の整合器25aは、各フェライト移相器10の他端にそれぞれ対応する点Pに於いて位相を変化させ、インピーダンスの整合状態を変化させるものである。
As shown in FIG. 16, the
第2例の整合器25bは、図17に示すように、矩形導波管32とフェライト移相器10を連結して導波管路を構成し、電源21から負荷22に向かって前記導波管路に高周波信号HFを流すと共に、前記導波管路を構成するフェライト移相器10の前に連結されている矩形導波管32の側部に、フェライト移相器10の一端を連結して接続し、そのフェライト移相器10の他端に短絡板31を設けている。第2例の整合器25bは、前記側部に連結するフェライト移相器10の他端に対応する点Pと、前記導波管路を構成するフェライト移相器10とで位相を変化させ、インピーダンスの整合状態を変化させるものである。
As shown in FIG. 17, the
図17の例では、導波管路を構成する矩形導波管32の側部に接続するフェライト移相器10の位置を、導波管路を構成するフェライト移相器10よりも電源側としているが、前記位置を、前記導波管路を構成するフェライト移相器10よりも負荷側としてもよい。
In the example of FIG. 17, the position of the
上記自動整合装置は、従来の自動整合装置が機械的駆動であるのに対し、電気(電子)的駆動とすることができる。従って、整合速度を速めて整合時間を短縮することができ、従来は1〜2secであった整合時間を10〜20msecにすることができる。更に、非常に故障しにくいことから、メンテナンスフリーとすることが可能である。 The automatic alignment device can be electrically (electronic) driven while the conventional automatic alignment device is mechanically driven. Accordingly, the matching speed can be increased to shorten the matching time, and the matching time, which was conventionally 1 to 2 seconds, can be set to 10 to 20 msec. Furthermore, since it is very difficult to break down, it can be made maintenance-free.
尚、上記第1〜第7実施形態のフェライト移相器10など本発明のフェライト移相器は、上記第1例、第2例以外にも適宜の自動整合装置に於ける整合器の整合素子として設置することが可能であり、又、自動整合装置の整合器以外にも、適用可能な範囲で各種の装置或いは回路に設置することが可能である。
The ferrite phase shifter of the present invention, such as the
本発明は、例えば導波管内を伝搬する電磁波の位相を変化させる移相器等として利用することができる。 The present invention can be used as, for example, a phase shifter that changes the phase of an electromagnetic wave propagating in a waveguide.
10、100…フェライト移相器 11、101、32…矩形導波管 11a、101a…上面 11b、101b…下面 11c、101c…側面 11d、101d…フランジ 11e…角筒部 11f…穴 11g…細長角筒部 11h…スリット 11i…内壁 11j…外壁 11k…間隙 12、102…コイル 13、16、104…フェライト 14…誘電体層 15、152…ヨーク 151…永久磁石 17…絶縁体 18…誘電体 103…スペーサ 21…電源 22…負荷 23…進行波/反射波検出器 24…制御回路 25、25a、25b…整合器 31…短絡板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 ...
Claims (5)
前記矩形導波管の対向する広面の内壁面に取付面をそれぞれ密着して対向配設される略平板状のフェライトと、
前記フェライトと略対応する位置で前記矩形導波管の外周に巻回され、電流が流されるコイルとを備え、
前記略平板状のフェライトの対向面にそれぞれ誘電体層を設け、前記誘電体層を対向して設けることを特徴とするフェライト移相器。 A rectangular waveguide;
A substantially plate-like ferrite disposed in close contact with the inner surface of the opposing wide surface of the rectangular waveguide in close contact with each other;
A coil that is wound around the outer periphery of the rectangular waveguide at a position substantially corresponding to the ferrite and through which a current flows,
A ferrite phase shifter, wherein a dielectric layer is provided on each of opposing surfaces of the substantially flat ferrite, and the dielectric layers are provided to face each other.
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