JP2006112791A

JP2006112791A - Power monitor for microwave power

Info

Publication number: JP2006112791A
Application number: JP2004297193A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kobayashi; 伸一小林
Original assignee: Micro Denshi Co Ltd
Current assignee: Micro Denshi Co Ltd
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-04-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To fix the monitoring performance in the frequency band, the frequency variation of microwave power is allowable for the power monitor for monitoring the microwave power. SOLUTION: The power monitor 16 constituted of the directional coupler of frequency characteristics becoming peak in the lower frequency side to the specific frequency fr=2,450 MHz of the micro wave power, and the detector of the frequency characteristics becoming peak in the higher frequency side to the fr=2,450 MHz. The monitoring performance in the frequency band, the frequency variation of the microwave power is allowed, by the synthesis effect of the frequency characteristics of the directional coupler and the frequency characteristics of the detector. COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、パワ−モニタの周波数特性を改善してモニタ精度を高めたマイクロ波電力のパワ−モニタに関する。 The present invention relates to a power monitor for microwave power in which the frequency characteristics of a power monitor are improved to improve monitoring accuracy.

図９は、マイクロ波電力を利用した加熱装置の従来例を示した簡略図である。
この加熱装置は、マイクロ波発振器１１から発振させたマイクロ波電力を導波管１２を通して加熱炉１３内に供給し、このマイクロ波電力を加熱炉１３内の被加熱物１４に照射させる。
これにより、被加熱物１４がマイクロ波電力による誘電作用によって加熱される。 FIG. 9 is a simplified diagram showing a conventional example of a heating device using microwave power.
This heating device supplies the microwave power oscillated from the microwave oscillator 11 into the heating furnace 13 through the waveguide 12, and irradiates the object to be heated 14 in the heating furnace 13 with the microwave power.
Thereby, the to-be-heated material 14 is heated by the dielectric effect by microwave electric power.

また、このような加熱装置では、マイクロ波電力の供給路にアイソレ−タ１５とパワ−モニタ１６とを備えたものがある。
なお、アイソレ−タ１５とパワ−モニタ１６については、それらの一方を備えた加熱装置やそれら両方を備えない加熱装置もある。 In addition, such a heating apparatus includes an isolator 15 and a power monitor 16 in a microwave power supply path.
In addition, about the isolator 15 and the power monitor 16, there exists a heating apparatus provided with one of them, and a heating apparatus not provided with both of them.

アイソレ−タ１５は、加熱炉１３からマイクロ波発振器１１に向かうマイクロ波電力の反射波ＰＲをカットする働きをする。
パワ−モニタ１６は、マイクロ波電力の進行波ＰＳと反射波ＰＲとを検出し、その検出結果に基づいて加熱装置の運転状態や被加熱物１４の加熱状態などをモニタ（監視）するものである。 The isolator 15 functions to cut the reflected wave PR of the microwave power from the heating furnace 13 toward the microwave oscillator 11.
The power monitor 16 detects the traveling wave PS and the reflected wave PR of the microwave power, and monitors (monitors) the operation state of the heating device, the heating state of the object to be heated 14 and the like based on the detection result. is there.

マイクロ波電力には、マイクロ波発振器１１から導波管１２を通って加熱炉１３に進む進行波ＰＳの他に、加熱炉１３の壁などにぶつかって反射したり、被加熱物１４で吸収されないで反射して導波管１２を通ってマイクロ波発振器１１に戻ってくる反射波ＰＲとがある。 In addition to the traveling wave PS that travels from the microwave oscillator 11 through the waveguide 12 to the heating furnace 13, the microwave power is reflected by the wall of the heating furnace 13 and is not absorbed by the object to be heated 14. And the reflected wave PR that returns to the microwave oscillator 11 through the waveguide 12.

したがって、進行波ＰＳをモニタすることにより、マイクロ波発振器１１が正常に発振動作しているか、アイソレ−タ１５が正常であるかなどについて判断することができる。 Therefore, by monitoring the traveling wave PS, it can be determined whether the microwave oscillator 11 is oscillating normally, the isolator 15 is normal, or the like.

また、反射波ＰＲをモニタすることにより、加熱炉１３が異常となったときや被加熱物１４の性質や特性変化などについて判断することができる。 In addition, by monitoring the reflected wave PR, it is possible to determine when the heating furnace 13 becomes abnormal or the property or characteristic change of the object to be heated 14.

上記したパワ−モニタ１６は、図１０に示したように、進行波パワ−モニタと反射波パワ−モニタとからなり、進行波パワ−モニタは、方向性結合器１７、検波器１８、表示器１９から構成され、反射波パワ−モニタは、方向性結合器２０、検波器２１、表示器２２から構成されている。
また、これら進行波パワ−モニタと反射波パワ−モニタは次に述べるように同様の構成となっている。
なお、パワ−モニタ１６については、進行波パワ−モニタと反射波パワ−モニタのいずれか一方を設けたものもある。 As shown in FIG. 10, the power monitor 16 includes a traveling wave power monitor and a reflected wave power monitor. The traveling wave power monitor includes a directional coupler 17, a detector 18, and a display. The reflected wave power monitor includes a directional coupler 20, a detector 21, and a display 22.
The traveling wave power monitor and the reflected wave power monitor have the same configuration as described below.
The power monitor 16 may be provided with either a traveling wave power monitor or a reflected wave power monitor.

図１１、図１２は方向性結合器１７、２０を示す。
図示するように、進行波ＰＳの方向性結合器１７は、基板２３の板面に導電性材をコ字形にプリント形成した結合素子２４と、この結合素子２４の両端部に設けたアンテナピン２５ａ、２５ｂとから構成されている。
そして、アンテナピン２５ａ、２５ｂを導波管１２内に突出させるようにして、基板２３が導波管１２の外側面に固定されている。 11 and 12 show the directional couplers 17 and 20.
As shown in the drawing, the directional coupler 17 for the traveling wave PS includes a coupling element 24 in which a conductive material is printed in a U-shape on the plate surface of the substrate 23, and antenna pins 25a provided at both ends of the coupling element 24. 25b.
The substrate 23 is fixed to the outer surface of the waveguide 12 so that the antenna pins 25 a and 25 b protrude into the waveguide 12.

この方向性結合器１７は、結合素子２４の一端部２４ａから出力する結合電力ＰＳＯを検波器１８に送る。
なお、この方向性結合器１７によって検出される結合電力ＰＳＯは、マイクロ波電力に影響しない僅かな電力（例えば、マイクロ波電力の１／１０万程度）となっている。 The directional coupler 17 sends the coupling power PSO output from the one end 24 a of the coupling element 24 to the detector 18.
The combined power PSO detected by the directional coupler 17 is a slight power that does not affect the microwave power (for example, about 1 / 100,000 of the microwave power).

反射波ＰＲの方向性結合器２０は、上記した進行波ＰＳの方向性結合器１７と同様の構成となっており、基板２６に形成した結合素子２７と、アンテナピン２８ａ、２８ｂとを有し、基板２６が導波管１２に固定され、アンテナピン２８ａ、２８ｂが導波管１２内に突出している。 The directional coupler 20 of the reflected wave PR has the same configuration as the directional coupler 17 of the traveling wave PS described above, and includes a coupling element 27 formed on the substrate 26 and antenna pins 28a and 28b. The substrate 26 is fixed to the waveguide 12, and the antenna pins 28 a and 28 b protrude into the waveguide 12.

この方向性結合器２０は、結合素子２７の他端部２７ｂから出力する結合電力ＰＲＯを検波器２１に送る。
この結合電力ＰＲＯもマイクロ波電力の反射波ＰＲに比べて僅かな電力となる。 The directional coupler 20 sends the coupling power PRO output from the other end 27 b of the coupling element 27 to the detector 21.
This combined power PRO is also slightly less than the reflected wave PR of the microwave power.

図１３は、上記した進行波ＰＳの検波器１８の回路を示す。
図示する如く、この検波器１８は、方向性結合器１７によって検出した結合電力ＰＳＯを入力して電圧検波し、その電圧整流するダイオ−ド２９と、電圧平滑するコンデンサ３０及び抵抗３１とからなり、進行波ＰＳの上記結合電力ＰＳＯに相応する直流電圧ＶＳを出力する構成となっている。 FIG. 13 shows a circuit of the traveling wave PS detector 18 described above.
As shown in the figure, this detector 18 is composed of a diode 29 that receives the combined power PSO detected by the directional coupler 17 and performs voltage detection, rectifies the voltage, a capacitor 30 that smoothes the voltage, and a resistor 31. The DC voltage VS corresponding to the combined power PSO of the traveling wave PS is output.

なお、反射波ＰＲの検波器２１は、上記した進行波ＰＳの検波器１８と同じ構成であり、反射波ＰＲの結合電力ＰＲＯを入力し、その結合電力ＰＲＯに相応する直流電圧ＶＲを出力する。 The reflected wave PR detector 21 has the same configuration as the traveling wave PS detector 18 described above, and receives the combined power PRO of the reflected wave PR and outputs a DC voltage VR corresponding to the combined power PRO. .

また、進行波ＰＳの検波器１８が出力する直流電圧ＶＳは、表示器１９である電圧計に送り、この電圧計の表示を目視し、進行波ＰＳの供給状態を判断する。 Further, the DC voltage VS output from the traveling wave PS detector 18 is sent to a voltmeter which is a display 19 and the display of the voltmeter is visually observed to determine the supply state of the traveling wave PS.

同様に反射波ＰＲの検波器２１が出力する直流電圧ＶＲを表示器２２である電圧計によって表示させ、その電圧計の表示を目視して反射波ＰＲの発生状態を判断する。 Similarly, the direct current voltage VR output from the detector 21 of the reflected wave PR is displayed by a voltmeter which is a display 22 and the display of the voltmeter is visually observed to determine the state of occurrence of the reflected wave PR.

図１４は、上記した進行波ＰＳの方向性結合器１７の動作を説明するための説明図である。
この方向性結合器１７は、アンテナピン２５ｂから入力し、結合素子２４を通って一端部２４ａから出力する検出電力ＰＳ１と、アンテナピン２５ａから入力して直接に一端部２４ａから出力する検出電力ＰＳ２とが合成され、進行波ＰＳの結合電力ＰＳＯとして出力される。 FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the operation of the traveling wave PS directional coupler 17 described above.
The directional coupler 17 is input from the antenna pin 25b, passes through the coupling element 24 and is output from the one end 24a, and detection power PS2 is input from the antenna pin 25a and directly output from the one end 24a. Are combined and output as the combined power PSO of the traveling wave PS.

すなわち、検出電力ＰＳ１と検出電力ＰＳ２とを同相の電力波形となし、これら検出電力ＰＳ１、ＰＳ２が加算されて結合電力ＰＳＯとして出力されるようになっている。 That is, the detected power PS1 and the detected power PS2 are in the same phase power waveform, and the detected power PS1 and PS2 are added and output as the combined power PSO.

また、この方向性結合器１７は、結合素子２４の他端部２４ｂには検出電力が発生しない。
すなわち、結合素子２４の一端部２４ａには、アンテナピン２５ａから入力するマイクロ波電力ＰＳ１が直接に現われるが、アンテナピン２５ｂから入力するマイクロ波電力ＰＳ２は結合素子２４を通って一端部２４ａに達するため、マイクロ波電力ＰＳ１に対して１８０°の位相差が生じ、これらマイクロ波電力ＰＳ１、ＰＳ２とが互いに打ち消し合う関係となる。 The directional coupler 17 does not generate detected power at the other end 24 b of the coupling element 24.
That is, the microwave power PS1 input from the antenna pin 25a appears directly at the one end 24a of the coupling element 24, but the microwave power PS2 input from the antenna pin 25b reaches the one end 24a through the coupling element 24. Therefore, a phase difference of 180 ° is generated with respect to the microwave power PS1, and the microwave powers PS1 and PS2 cancel each other.

具体的には、アンテナピン２５ａ、２５ｂの間隔をλ／４、結合素子２４の長さを（３／４）×λとしてある。
なお、λはマイクロ波電力の波長である。 Specifically, the interval between the antenna pins 25a and 25b is λ / 4, and the length of the coupling element 24 is (3/4) × λ.
Note that λ is the wavelength of the microwave power.

図１５は、反射波ＰＲの方向性結合器２０の動作説明図ある。
この方向性結合器２０は、上記した進行波ＰＳの方向性結合器１７と同様の動作となる。
すなわち、結合素子２７の他端部２７ｂには、反射波ＰＲの検出電力ＰＲ１とＰＲ２とが同相に現われ、これら検出電力ＰＲ１とＰＲ２の加算電力が結合電力ＰＲＯとして出力する。
なお、結合素子２７の一端部２７ａでは検出電力ＰＲ１とＰＲ２とが打ち消し合うため、検出電力が現われない。 FIG. 15 is an explanatory diagram of the operation of the directional coupler 20 of the reflected wave PR.
The directional coupler 20 operates in the same manner as the traveling wave PS directional coupler 17 described above.
That is, the detected powers PR1 and PR2 of the reflected wave PR appear in the same phase at the other end 27b of the coupling element 27, and the added power of the detected powers PR1 and PR2 is output as the combined power PRO.
Note that the detected power PR1 and PR2 cancel each other at the one end 27a of the coupling element 27, so that the detected power does not appear.

上記した進行波ＰＳの方向性結合器１７が出力する結合電力ＰＳＯが検波器１８に送られ、この検波器１８によって電圧検波される。
したがって、検波器１８により整流・平滑された直流電圧ＶＳが表示器（電圧計）１９によって表示される。 The combined power PSO output from the directional coupler 17 of the traveling wave PS described above is sent to the detector 18, and voltage detection is performed by the detector 18.
Accordingly, the DC voltage VS rectified and smoothed by the detector 18 is displayed on the display (voltmeter) 19.

同様に、反射波ＰＲの方向性結合器２０が出力する検波電力ＰＲＯが検波器２１によって電圧検波され、この検波器２１が出力する直流電圧ＶＲが表示器（電圧計）２２によって表示される。 Similarly, the detected power PRO output from the directional coupler 20 of the reflected wave PR is voltage-detected by the detector 21, and the DC voltage VR output from the detector 21 is displayed on the display (voltmeter) 22.

この結果、表示器１９の表示により、導波管１２によって供給されるマイクロ波電力の進行波ＰＳの状態が分かる。
また表示器２２の表示により、マイクロ波電力の反射波ＰＲの状態が分かる。 As a result, the state of the traveling wave PS of the microwave power supplied by the waveguide 12 can be known from the display of the display 19.
The state of the reflected wave PR of the microwave power can be understood from the display on the display 22.

一方、この種の加熱装置で使用するマイクロ波電力の周波数は、２４５０ＭＨｚであるが、マイクロ波発振器１１として備えるマグネトロンの精度誤差などのために２４５０ＭＨｚ／±５０ＭＨｚの周波数範囲のマイクロ波電力が許容されている。 On the other hand, the frequency of the microwave power used in this type of heating device is 2450 MHz, but microwave power in the frequency range of 2450 MHz / ± 50 MHz is allowed due to the accuracy error of the magnetron provided as the microwave oscillator 11. ing.

このことから、パワ−モニタ１６は２４５０ＭＨｚのマイクロ波電力に対して最も感度を高めるように構成されている。
すなわち、方向性結合器１７、２０については、図１６（Ａ）に示すように、ｆｒ＝２４５０ＭＨｚでピ−クとなる周波数特性となっており、また、検波器１８、２１についても、図１６（Ｂ）に示すように、ｆｒ＝２４５０ＭＨｚで最も高い検波電圧となる周波数特性となっている。
なお、進行波ＰＳと反射波ＰＲとの方向性結合器１７、２０と、検波器１８、２１は同じ周波数特性となっている。 For this reason, the power monitor 16 is configured to have the highest sensitivity to microwave power of 2450 MHz.
That is, the directional couplers 17 and 20 have a frequency characteristic having a peak at fr = 2450 MHz as shown in FIG. 16A, and the detectors 18 and 21 are also shown in FIG. As shown in (B), the frequency characteristic is the highest detection voltage at fr = 2450 MHz.
The directional couplers 17 and 20 for the traveling wave PS and the reflected wave PR and the detectors 18 and 21 have the same frequency characteristics.

具体的には、図示する如く、方向性結合器１７、２０は、ｆｒを境に低周波側と高周波側に向かって大きく降下する周波数特性の結合電力となる。 Specifically, as shown in the figure, the directional couplers 17 and 20 have coupled power having a frequency characteristic that greatly drops toward the low frequency side and the high frequency side with fr as a boundary.

また、検波器１８、２１は、マイクロ波電力の特定の周波数ｆｒを境に低周波側と高周波側に向かって緩やかに降下する周波数特性の検波電圧となっている。
なお、ｆ１は、マイクロ波電力の周波数帯域である２４５０ＭＨｚ／±５０ＭＨｚの下限周波数２４００ＭＨｚを、ｆ２は上限周波数２５００ＭＨｚを各々示す。 In addition, the detectors 18 and 21 are detection voltages having frequency characteristics that gradually drop toward the low frequency side and the high frequency side at a specific frequency fr of the microwave power.
Note that f1 indicates a lower limit frequency 2400 MHz of 2450 MHz / ± 50 MHz that is a frequency band of the microwave power, and f2 indicates an upper limit frequency 2500 MHz.

この結果、パワ−モニタ１６は、方向性結合器１７、２０の周波数特性と検波器１８、２１の周波数特性の合成効果によって図１６（Ｃ）に示すようなモニタ特性（表示特性）となる。 As a result, the power monitor 16 has monitor characteristics (display characteristics) as shown in FIG. 16C due to the combined effect of the frequency characteristics of the directional couplers 17 and 20 and the frequency characteristics of the detectors 18 and 21.

このことから、マイクロ波電力の電力量が同じであっても、周波数が変化すると、検波器出力である直流電圧ＶＰ、ＶＲが変るため、表示器１９、２２の表示値が変る。 From this, even if the amount of microwave power is the same, if the frequency changes, the DC voltages VP and VR that are detector outputs change, so that the display values of the indicators 19 and 22 change.

したがって、マイクロ波発振器１１がｆ１〜ｆ２の許容範囲内の一定周波数で発振すると、表示器１９、２２がその周波数にしたがって表示することから、パワ−モニタ１６の信頼度が問題となる。
言い換えれば、パワ−モニタ１６は、マイクロ波電力を測定する電力計の役割を果たすためのものであるから、表示器１９、２２がマイクロ波電力量の変動で表示変化しているのか、マイクロ波電力の周波数変化で表示変化しているのかの区別がつかない。 Therefore, when the microwave oscillator 11 oscillates at a constant frequency within the allowable range of f1 to f2, the displays 19 and 22 display according to the frequency, and thus the reliability of the power monitor 16 becomes a problem.
In other words, since the power monitor 16 serves as a power meter for measuring the microwave power, whether the indicators 19 and 22 are changed in display due to fluctuations in the microwave power amount or the microwave. I cannot distinguish whether the display changes due to the frequency change of the power.

具体的に述べれば、進行波パワ−モニタは、マイクロ波発振器１１が周波数ｆｒのマイクロ波電力を発振していれば表示器１９が所定の表示値を表示するが、周波数ｆ１或いはｆ２のマイクロ波電力を発振しているときは、その表示値からずれた表示となる。 Specifically, in the traveling wave power monitor, if the microwave oscillator 11 oscillates the microwave power of the frequency fr, the display 19 displays a predetermined display value, but the microwave of the frequency f1 or f2 When the power is oscillating, the display is shifted from the display value.

また、加熱炉１３に供給されるマイクロ波電力の電力量（強さ）が変動した場合にも、検波器１８が出力する直流電圧ＶＰのレベルが変るため、表示器１９が所定の表示値からずれた表示となる。
したがって、表示器１９の表示変化では、マイクロ波電力の強さが変化したのか、周波数変化したのかの区別ができない。
同様に、表示器２２の表示変化では、マイクロ波電力の反射波に増減が生じたのか、周波数変化したのかの区別が困難になる。
特開２０００−３４６８８４号公報 In addition, even when the amount (intensity) of the microwave power supplied to the heating furnace 13 changes, the level of the DC voltage VP output from the detector 18 changes, so that the display 19 changes from a predetermined display value. The display is shifted.
Therefore, the display change of the display 19 cannot distinguish whether the strength of the microwave power has changed or the frequency has changed.
Similarly, in the display change of the display 22, it becomes difficult to distinguish whether the reflected wave of the microwave power has increased or decreased or the frequency has changed.
JP 2000-346884 A

本発明は、上記した実情にかんがみ、加熱炉に供給されるマイクロ波電力の周波数が所定範囲で変化した場合は、一定のモニタ表示とし、加熱炉に供給されるマイクロ波電力の電力量や反射波の発生量が変化したときに、その異常発生の確認が可能なマイクロ波電力のパワ−モニタを提案することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a constant monitor display when the frequency of the microwave power supplied to the heating furnace changes within a predetermined range, and the amount of electric power and reflection of the microwave power supplied to the heating furnace. An object of the present invention is to propose a power monitor of microwave power that can confirm the occurrence of abnormality when the amount of generated waves changes.

本発明は上記した目的を達成するために、第１の発明として、方向性結合器と検波器とを備えたマイクロ波電力のパワ−モニタにおいて、方向性結合器と検波器は、マイクロ波電力の特定の周波数に対して低周波側または高周波側で最大となる周波数特性に設定し、低周波側で最大となる周波数特性の方向性結合器と高周波側で最大となる周波数特性の検波器、或いは、高周波側で最大となる周波数特性の方向性結合器と低周波側で最大となる周波数特性の検波器とを設け、方向性結合器の周波数特性と検波器の周波数特性による合成効果によりモニタ特性を一定化したマイクロ波電力のパワ−モニタを提案する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a microwave power monitor comprising a directional coupler and a detector as a first invention, wherein the directional coupler and the detector have a microwave power. A frequency characteristic directional coupler that maximizes on the low frequency side and a frequency characteristic detector that maximizes on the high frequency side, Alternatively, a directional coupler having the maximum frequency characteristic on the high frequency side and a detector having the maximum frequency characteristic on the low frequency side are provided, and monitoring is performed by the combined effect of the frequency characteristic of the directional coupler and the frequency characteristic of the detector. We propose a power monitor for microwave power with constant characteristics.

第２の発明としては、第１の発明のパワ−モニタにおいて、マイクロ波電力を供給する導波管に付設し、その導波管内に配設したアンテナ部材を有する長形の結合素子を備え、当該結合素子の長さを変えて周波数特性を設定する方向性結合器を備えたマイクロ波電力のパワ−モニタを提案する。 As a second invention, in the power monitor of the first invention, a long coupling element having an antenna member attached to a waveguide supplying microwave power and having an antenna member disposed in the waveguide is provided. We propose a power monitor for microwave power with a directional coupler that sets the frequency characteristics by changing the length of the coupling element.

第３の発明としては、第１の発明のパワ−モニタにおいて、方向性結合器が出力するマイクロ波電力の検波電圧を整流、平滑する整流・平滑回路と、この整流・平滑回路の前段に設けたインピ−ダンス変換回路とを備え、インピ−ダンス変換回路の調整によって周波数特性を設定する検波器を備えたマイクロ波電力のパワ−モニタを提案する。 As a third invention, in the power monitor according to the first invention, a rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing a detection voltage of the microwave power output from the directional coupler, and a rectifying / smoothing circuit provided before the rectifying / smoothing circuit. In addition, a power monitor of microwave power is provided that includes a detector that includes a detector that sets a frequency characteristic by adjusting the impedance conversion circuit.

上記のパワ−モニタは、マイクロ波電力の特定の周波数に対して低周波側の周波数において最大となる周波数特性の方向性結合器と、特定の周波数に対し高周波側の周波数において最大となる周波数特性の検波器を備えた場合は、特定の周波数を含む周波数帯域では、方向性結合器の周波数特性が高周波に向かって下り勾配、検波器の周波数特性が高周波に向かって上り勾配となる。 The power monitor includes a directional coupler having a frequency characteristic that is maximum at a frequency on a low frequency side with respect to a specific frequency of microwave power, and a frequency characteristic that is maximum at a frequency on a high frequency side with respect to the specific frequency. In the frequency band including a specific frequency, the frequency characteristic of the directional coupler has a downward slope toward the high frequency, and the frequency characteristic of the detector has an upward slope toward the high frequency.

この結果、方向性結合器の周波数特性と検波器の周波数特性の合成効果によって、マイクロ波電力の許容周波数帯域ではほぼ一定のモニタ特性となる。
したがって、マイクロ波電力の周波数が許容される範囲内で変化したとしても表示器の表示を一定にすることが可能になる。 As a result, due to the combined effect of the frequency characteristic of the directional coupler and the frequency characteristic of the detector, the monitor characteristic becomes almost constant in the allowable frequency band of the microwave power.
Therefore, even if the frequency of the microwave power changes within an allowable range, the display on the display can be made constant.

具体的に述べれば、マイクロ波電力の周波数が許容帯域以外となったときやマイクロ波電力量が変動したとき、或いは、マイクロ波電力の反射波が変化したときなど、表示器が特定の表示値からずれることから、マイクロ波発振器や加熱炉などの異常を直ちに判知することができる。 Specifically, when the frequency of the microwave power is outside the allowable band, when the amount of microwave power fluctuates, or when the reflected wave of the microwave power changes, the display unit displays a specific display value. Therefore, it is possible to immediately recognize an abnormality such as a microwave oscillator or a heating furnace.

また、上記したパワ−モニタは、マイクロ波電力の特定の周波数に対して低周波側の周波数において最大となる周波数特性の検波器と、特定の周波数に対して高周波側の周波数において最大となる方向性結合器とを組み合わせても上記同様に周波数の許容帯域でほぼ一定となるモニタ特性を得ることができる。 The power monitor described above includes a detector having a frequency characteristic that is maximum at a frequency on the low frequency side with respect to a specific frequency of the microwave power, and a direction that is maximum at a frequency on the high frequency side with respect to the specific frequency. Even when combined with a sex coupler, it is possible to obtain monitor characteristics that are substantially constant in the allowable frequency band as described above.

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、一実施形態として示した進行波ＰＳの方向性結合器４０の正面図である。
この方向性結合器４０は、従来例のものと同様に、基板４１の板面に導電性材の結合素子４２をプリント形成したもので、この結合素子４２の両端部にはアンテナピン４３ａ、４３ｂが設けてある。
なお、アンテナピン４３ａ、４３ｂはλ／４の間隔となっている。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view of a traveling wave PS directional coupler 40 shown as an embodiment.
This directional coupler 40 is formed by printing conductive element coupling elements 42 on the plate surface of a substrate 41 as in the conventional example, and antenna pins 43a and 43b are formed at both ends of the coupling element 42. Is provided.
The antenna pins 43a and 43b are spaced at [lambda] / 4.

そして、この方向性結合器４０では、結合素子４２の高さをＤ１とし、従来の結合素子２４の高さＤ０に比べて高さ方向の長さを増大してある。
なお、図示した二点鎖線は従来の結合素子２４を説明の便宜上示したものである。 In the directional coupler 40, the height of the coupling element 42 is D1, and the length in the height direction is increased as compared with the height D0 of the conventional coupling element 24.
The illustrated two-dot chain line shows the conventional coupling element 24 for convenience of explanation.

このように構成した方向性結合器４０は、図１１、図１２に示した従来の方向性結合器１７と同様に、導波管１２内にアンテナピン４３ａ、４３ｂを配設するようにして、基板４１を導波管１２の外側面に固着する。 The directional coupler 40 configured as described above has antenna pins 43a and 43b disposed in the waveguide 12 in the same manner as the conventional directional coupler 17 shown in FIGS. The substrate 41 is fixed to the outer surface of the waveguide 12.

また、方向性結合器４０は、アンテナピン４３ａと４３ｂから入力したマイクロ波電力の検出電力が加算され、結合素子４２の一端部４２ａから結合電力ＰＳＯを出力する。その他は従来例に比べて変りがない。 The directional coupler 40 adds the detected power of the microwave power input from the antenna pins 43 a and 43 b and outputs the combined power PSO from the one end 42 a of the coupling element 42. Other than that, there is no change compared to the conventional example.

上記した如く、結合素子４２の高さをＤ１とし、この結合素子４２の長さを増加させると、周波数特性が図２にＡ１として示したように低周波側に推移する。 As described above, when the height of the coupling element 42 is set to D1 and the length of the coupling element 42 is increased, the frequency characteristic shifts to the low frequency side as indicated by A1 in FIG.

すなわち、マイクロ波電力の特定の周波数ｆｒに対して低周波側となる周波数ｆ１において結合電力ＰＳＯがピ−クとなる周波数特性の方向性結合器となる。 That is, the directional coupler has a frequency characteristic in which the combined power PSO has a peak at the frequency f1 on the low frequency side with respect to the specific frequency fr of the microwave power.

図３は、一実施形態として示した検波器４４の回路図である。
この検波器４４は、整流・平滑回路４５と、その前段に設けたインピ−ダンス変換回路４６とから構成してある。
整流・平滑回路４５は従来例の検波器１８と同じ回路である。 FIG. 3 is a circuit diagram of the detector 44 shown as an embodiment.
The detector 44 is composed of a rectification / smoothing circuit 45 and an impedance conversion circuit 46 provided in the preceding stage.
The rectifying / smoothing circuit 45 is the same circuit as the conventional detector 18.

インピ−ダンス変換回路４６は、コンデンサ４７とコイル４８とで共振させる回路で、共振点を変えることによって、図４にＢ１として示したように、周波数特性を推移させるようになっている。 The impedance conversion circuit 46 is a circuit that resonates with the capacitor 47 and the coil 48. By changing the resonance point, the frequency characteristic is shifted as indicated by B1 in FIG.

図４に示したように、本実施形態では、マイクロ波電力の特定周波数ｆｒに対して高周波側となる周波数ｆ２においてピ−クとなる周波数特性Ｂ１の検波器４４となっている。
なお、図４に示した周波数特性Ｂ０は、周波数ｆｒでピ−クとなる周波数特性を示す。 As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the detector 44 has a frequency characteristic B 1 having a peak at a frequency f 2 on the high frequency side with respect to the specific frequency fr of the microwave power.
Note that the frequency characteristic B0 shown in FIG. 4 shows a frequency characteristic having a peak at the frequency fr.

上記した方向性結合器４０と検波器４４を備える進行波パワ−モニタは、方向性結合器４０の周波数特性Ａ１がｆ１〜ｆ２の間で下り勾配の特性となり、検波器４４の周波数特性Ｂ１がｆ１〜ｆ２の間で上り勾配の特性となる。 In the traveling wave power monitor including the directional coupler 40 and the detector 44 described above, the frequency characteristic A1 of the directional coupler 40 has a downward gradient characteristic between f1 and f2, and the frequency characteristic B1 of the detector 44 is It becomes the characteristic of the upward gradient between f1 and f2.

この結果、周波数特性Ａ１、Ｂ１の合成効果により、図５にＣ１として示したモニタ特性を得る。
図示するように、このモニタ特性は、特定周波数ｆｒを含むｆ１〜ｆ２の間がほぼ一定の周波数特性となる。 As a result, the monitor characteristic shown as C1 in FIG. 5 is obtained by the combined effect of the frequency characteristics A1 and B1.
As shown in the figure, this monitor characteristic is a substantially constant frequency characteristic between f1 and f2 including the specific frequency fr.

このことから、マイクロ波電力が変動しなければ、周波数がｆ１〜ｆ２の間で変化した場合にも、一定の検波器出力（直流電圧ＶＳ）となり、表示器１９が特定の表示値を示す。 From this, if the microwave power does not fluctuate, even when the frequency changes between f1 and f2, a constant detector output (DC voltage VS) is obtained, and the display 19 shows a specific display value.

また、マイクロ波電力の周波数がｆ１〜ｆ２以外となると、上記したモニタ特性Ｃ１にしたがって検波器出力が変化し、また、マイクロ波電力の強さが変化し、検波器出力のレベルが変ると、表示器１９が特定の表示値からずれるため、この表示器１９の表示変化によってマイクロ波発振器１１やアイソレ−タ１５などの異常を判断することができる。 When the frequency of the microwave power is other than f1 to f2, the detector output changes according to the above-described monitor characteristic C1, and the strength of the microwave power changes and the level of the detector output changes. Since the display 19 deviates from a specific display value, an abnormality such as the microwave oscillator 11 or the isolator 15 can be determined based on the display change of the display 19.

図６は、他の実施形態の方向性結合器５０を示す正面図である。
この方向性結合器５０は、結合素子５２の高さＤ２を従来の結合素子２４の高さＤ０より低く形成してある。 FIG. 6 is a front view showing a directional coupler 50 according to another embodiment.
In this directional coupler 50, the height D2 of the coupling element 52 is formed lower than the height D0 of the conventional coupling element 24.

このように構成した方向性結合器５０は、図７にＡ２として示したように、ｆｒに対して高周波側に推移した周波数特性となる。
なお、図６に示した参照符号５１は基板、５３ａ、５３ｂはアンテナピンを示し、その他は、図１１、図１２に示す従来の方向性結合器１７と同じ構成である。 The directional coupler 50 configured as described above has a frequency characteristic shifted to the high frequency side with respect to fr as indicated by A2 in FIG.
Reference numeral 51 shown in FIG. 6 is a substrate, 53a and 53b are antenna pins, and the rest is the same as the conventional directional coupler 17 shown in FIGS.

上記した方向性結合器５０を備える進行波パワ−モニタは、図８にＢ２として示した周波数特性の検波器と組み合わせて構成する。
なお、この場合の検波器は、図３に示す形成器４４と同じ回路構成のものであるが、インピ−ダンス変換回路４６の共振点を調整し、ｆｒに対して低周波側のｆ１においてピ−クとなる周波数特性Ｂ２に設定する。 The traveling wave power monitor including the directional coupler 50 described above is configured in combination with a frequency characteristic detector shown as B2 in FIG.
The detector in this case has the same circuit configuration as that of the former 44 shown in FIG. 3, but the resonance point of the impedance conversion circuit 46 is adjusted, and the peak is detected at f1 on the low frequency side with respect to fr. -Set the frequency characteristic B2 to be

このように構成したパワ−モニタは、方向性結合器５０の周波数特性Ａ２がｆ１〜ｆ２の間で上り勾配、検波器４４の周波数特性Ｂ２がｆ１〜ｆ２の間で下り勾配となるから、これら周波数特性Ａ２、Ｂ２の合成効果によって図５に示すモニタ特性を得ることができる。 In the power monitor configured in this way, the frequency characteristic A2 of the directional coupler 50 has an upward slope between f1 and f2, and the frequency characteristic B2 of the detector 44 has a downward slope between f1 and f2. The monitor characteristics shown in FIG. 5 can be obtained by the combined effect of the frequency characteristics A2 and B2.

反射波パワ−モニタについても同様に構成することができる。
反射波パワ−モニタの方向性結合器を図１、図６に示す結合素子４２、５２と同じ構成とすると、反射波の結合出力ＰＲＯがそれら結合素子４２、５２の他端部４２ｂ、５２ｂから出力する。
なお、結合出力ＰＲＯは、図２、図７に示す周波数特性と同様となる。 The reflected wave power monitor can be similarly configured.
When the directional coupler of the reflected wave power monitor has the same configuration as the coupling elements 42 and 52 shown in FIGS. 1 and 6, the coupled output PRO of the reflected wave is transmitted from the other ends 42b and 52b of the coupling elements 42 and 52. Output.
The combined output PRO is the same as the frequency characteristics shown in FIGS.

その結合出力ＰＲＯを図３に示す検波器４４と同様の検波器によって電圧検波、平滑整流することによって、図５に示すモニタ特性と同様にｆ１〜ｆ２の間でほぼ一定となる反射波のモニタ特性を得る。
なお、この場合の検波器も図４、図８に示す検波電圧の周波数特性に設定する。 The combined output PRO is subjected to voltage detection and smooth rectification by a detector similar to the detector 44 shown in FIG. 3, thereby monitoring a reflected wave that is substantially constant between f1 and f2, similarly to the monitor characteristics shown in FIG. Get properties.
In this case, the detector is also set to the frequency characteristics of the detection voltage shown in FIGS.

このように構成した反射波パワ−モニタは、反射波の強さ（反射波の発生量）が変わらないかぎり、マイクロ波電力が周波数ｆ１〜ｆ２の間で変化しても表示器が一定の表示値を示す。
そして、マイクロ波電力の周波数がｆ１〜ｆ２以外に変動したとき、反射波の強さが変わったときには、表示器が所定の表示値がずれることから、マイクロ波発振器１１やアイソレ−タ１５などの異常、或いは、加熱炉１３、被加熱物１４の異常などについて判断することができる。 The reflected wave power monitor configured as described above displays a constant display even if the microwave power changes between frequencies f1 and f2, as long as the intensity of the reflected wave (the amount of reflected wave generated) does not change. Indicates the value.
When the frequency of the microwave power fluctuates other than f1 to f2, when the intensity of the reflected wave changes, the display device shifts a predetermined display value. Therefore, the microwave oscillator 11, the isolator 15, etc. It is possible to determine an abnormality or an abnormality of the heating furnace 13 or the object to be heated 14.

以上、本発明の実施形態について説明したが、結合素子４２、５２は、コ字形の他に、Ｕ字形、Ｓ字形などに形成することができ、また、これら結合素子４２、５２は、必ずしも基板４１、５１に導電性材をプリント形成したものにかぎらず、導電性材を接着剤で貼り合わせ、また、その他の方法で形成してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the coupling elements 42 and 52 can be formed in a U shape, an S shape, or the like in addition to the U shape, and the coupling elements 42 and 52 are not necessarily formed on the substrate. The conductive material is not limited to the one formed by printing the conductive material on 41 and 51, and the conductive material may be bonded with an adhesive or may be formed by other methods.

さらに、結合素子４２、５２は、（λ／４）×（２ｎ−１）の式にしたがって設定することができる。
なお、λはマイクロ波電力の波長、ｎは整数（ｎ＝１、２、３、４・・・・・）である。 Furthermore, the coupling elements 42 and 52 can be set according to the equation (λ / 4) × (2n−1).
Note that λ is the wavelength of the microwave power, and n is an integer (n = 1, 2, 3, 4,...).

上式において、ｎを偶数とすると、３λ／４、７λ／４、１１λ／４・・・・となり、アンテナピン４３ａ、４３ｂ（または、５２ａ、５２ｂ）間の電気長となり、結合素子４２、５２の長さをそれらの波長に合せて設定することができる。
この場合は、結合素子４２、５２の一端部４２ａ、５２ａから結合出力ＰＳＯが出力し、結合出力ＰＲＯがその他端部４２ｂ、５２ｂから出力する。 In the above equation, if n is an even number, 3λ / 4, 7λ / 4, 11λ / 4,..., And the electrical length between the antenna pins 43a and 43b (or 52a and 52b), and the coupling elements 42 and 52. Can be set according to their wavelength.
In this case, the combined output PSO is output from the one end portions 42a and 52a of the coupling elements 42 and 52, and the combined output PRO is output from the other end portions 42b and 52b.

また、上記において、ｎを奇数とすると、λ／４、５λ／４、９λ／４・・・・・・となり、アンテナピン４３ａ、４３ｂ（または、５２ａ、５２ｂ）間の電気長となり、結合素子４２、５２の長さをそれらの波長に合せて設定することができる。
この場合には、結合素子４２、５２の他端部４２ｂ、５２ｂから結合出力ＰＳＯが出力し、その一端部４２ａ、５２ａから結合出力ＰＲＯが出力する。 In the above, when n is an odd number, λ / 4, 5λ / 4, 9λ / 4..., And the electrical length between the antenna pins 43a and 43b (or 52a and 52b) is obtained. The lengths 42 and 52 can be set according to their wavelengths.
In this case, the coupling output PSO is output from the other end portions 42b and 52b of the coupling elements 42 and 52, and the coupling output PRO is output from the one end portions 42a and 52a.

したがって、結合素子４２、５２の長さ、結合出力ＰＳＯ、ＰＲＯを出力させる結合素子端側については、設定の都合によって適宜変えることができる。 Therefore, the lengths of the coupling elements 42 and 52 and the coupling element end side that outputs the coupling outputs PSO and PRO can be appropriately changed depending on the setting convenience.

また、マイクロ波電力の特定の周波数をｆｒとして、ｆｒ＝２４５０ＭＨｚ、マイクロ波電力の許容範囲の周波数をｆ１、ｆ２として、ｆ１＝２４００ＭＨｚ、ｆ２＝２５００ＭＨｚとして説明したが、本発明のパワ−モニタは、ｆ１〜ｆ２の間を一定のモニタ特性とすることを特徴とすることから、ｆ１、ｆ２は許容範囲の周波数とせずに、ｆ１は２４００ＭＨｚより低い、例えば、２０００ＭＨｚなどに、ｆ２は２５００ＭＨｚより高い、例えば、３０００ＭＨｚなどの周波数としても同様に実施することができる。 In addition, the specific frequency of the microwave power is assumed to be fr, fr = 2450 MHz, the allowable frequency range of the microwave power is assumed to be f1, f2, and f1 = 2400 MHz, f2 = 2500 MHz, but the power monitor of the present invention is Since f1 and f2 are not allowed frequencies, f1 is lower than 2400 MHz, for example, 2000 MHz, and f2 is higher than 2500 MHz. For example, the present invention can be similarly applied to a frequency such as 3000 MHz.

さらに、方向性結合器の周波数特性がピ−クとなる周波数と、検波器の周波数特性がピ−クとなる周波数とは必ずしも一致させる必要がない。
また、本発明を実施する場合には、進行波パワ−モニタと反射波パワ−モニタとを備えてもよいが、それらのいずれか一方のパワ−モニタを備えてもよい。 Furthermore, the frequency at which the frequency characteristic of the directional coupler has a peak and the frequency at which the frequency characteristic of the detector has a peak need not necessarily match.
Moreover, when implementing this invention, although a traveling wave power monitor and a reflected wave power monitor may be provided, any one of them may be provided.

被加熱物をマイクロ波電力で加熱する加熱装置、マイクロ波電力で殺菌する殺菌装置などのマイクロ波電力を利用した各種の装置のパワ−モニタとして適用することができる。 The present invention can be applied as a power monitor of various devices using microwave power such as a heating device that heats an object to be heated with microwave power and a sterilization device that sterilizes with microwave power.

本発明のパワ−モニタに備える方向性結合器の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows embodiment of the directional coupler with which the power monitor of this invention is equipped. 上記方向性結合器の周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the said directional coupler. 本発明のパワ−モニタに備える検波器の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows embodiment of the detector with which the power monitor of this invention is equipped. 上記検波器の周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the above-mentioned detector. 上記した方向性結合器と検波器とを備えるパワ−モニタのモニタ特性図である。It is a monitor characteristic figure of a power monitor provided with an above-described directional coupler and a detector. 本発明のパワ−モニタに備える方向性結合器の他の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows other embodiment of the directional coupler with which the power monitor of this invention is equipped. 図６に示す方向性結合器の周波数特性図である。FIG. 7 is a frequency characteristic diagram of the directional coupler shown in FIG. 6. 図６に示す方向性結合器と組合せて使用する検波器の周波数特性図である。FIG. 7 is a frequency characteristic diagram of a detector used in combination with the directional coupler shown in FIG. 6. マイクロ波加熱装置の簡略図である。It is a simplified diagram of a microwave heating device. マイクロ波加熱装置に備えられるパワ−モニタのブロック図である。It is a block diagram of the power monitor with which a microwave heating device is equipped. パワ−モニタを構成する方向性結合器の従来例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the prior art example of the directional coupler which comprises a power monitor. 図１１に示す方向性結合器の断面図である。It is sectional drawing of the directional coupler shown in FIG. パワ−モニタを構成する従来の検波器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional detector which comprises a power monitor. 進行波パワ−モニタを構成する方向性結合器の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the directional coupler which comprises a traveling wave power monitor. 反射波パワ−モニタを構成する方向性結合器の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the directional coupler which comprises a reflected wave power monitor. 図１６（Ａ）は従来の方向性結合器の周波数特性図、図１６（Ｂ）は従来の検波器の周波数特性図、図１６（Ｃ）は従来のパワ−モニタのモニタ特性図である。16A is a frequency characteristic diagram of a conventional directional coupler, FIG. 16B is a frequency characteristic diagram of a conventional detector, and FIG. 16C is a monitor characteristic diagram of a conventional power monitor.

Explanation of symbols

１１マイクロ波発振器
１２導波管
１３加熱炉
１４被加熱物
１５アイソレ−タ
１６パワ−モニタ
１９表示器
４０方向性結合器
４１基板
４２結合素子
４３ａ、４３ｂアンテナピン
４４検波器
４５整流・平滑回路
４６インピ−ダンス変換回路 11 Microwave Oscillator 12 Waveguide 13 Heating Furnace 14 Heated Object 15 Isolator 16 Power Monitor 19 Display 40 Directional Coupler 41 Substrate 42 Coupled Elements 43a and 43b Antenna Pin 44 Detector 45 Rectifier / Smoothing Circuit 46 Impedance conversion circuit

Claims

In a microwave power monitor with a directional coupler and a detector,
The directional coupler and detector are set to a frequency characteristic that maximizes on the low frequency side or high frequency side for a specific frequency of microwave power,
Directional coupler with maximum frequency characteristics on the low frequency side and detector with maximum frequency characteristics on the high frequency side, or directional coupler with maximum frequency characteristics on the high frequency side and maximum on the low frequency side A power monitor for microwave power in which a frequency characteristic detector is provided and the monitor characteristic is made constant by the combined effect of the frequency characteristic of the directional coupler and the frequency characteristic of the detector.

The power monitor according to claim 1, wherein
An elongated coupling element having an antenna member attached to a waveguide for supplying microwave power and having an antenna member disposed in the waveguide,
A power monitor for microwave power provided with a directional coupler that sets the frequency characteristics by changing the length of the coupling element.

The power monitor according to claim 1, wherein
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the detection voltage of the microwave power output from the directional coupler;
An impedance conversion circuit provided in the preceding stage of the rectifying / smoothing circuit,
A power monitor for microwave power provided with a detector for setting frequency characteristics by adjusting an impedance conversion circuit.