JP2008091258A - Microwave generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電加熱を利用した加熱装置に用いられる半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave generator configured using a semiconductor element used in a heating device using dielectric heating.
従来この種のマイクロ波発生装置は、半導体発振部と、発振部の出力を複数に分割する分配部と、分配された出力をそれぞれ増幅する複数の増幅部と、増幅部の出力を合成する合成部とを有し、分配部と増幅部との間に位相器を設けたものがある(たとえば、特許文献1)。 Conventionally, this type of microwave generator includes a semiconductor oscillation unit, a distribution unit that divides the output of the oscillation unit into a plurality of components, a plurality of amplification units that amplify the distributed outputs, and a synthesis that combines the outputs of the amplification units. And a phase shifter is provided between the distribution unit and the amplification unit (for example, Patent Document 1).
そして、位相器はダイオードのオンオフ特性によりマイクロ波の通過線路長を切り替える構成としている。また、合成部は90°および180°ハイブリッドを用いることで合成部の出力を2つにすることができ、位相器を制御することで2出力の電力比を変化させたり、2出力間の位相を同相あるいは逆相にすることができるとしている。
しかしながら、前記従来の構成では2つの出力を生じる合成部を用いたとしても、2つの出力間の位相差は離散的な値しか取らないため、加熱装置に適用した場合、さまざまな被加熱物の加熱の均一化を促進することは困難であった。 However, in the conventional configuration, even if a synthesizing unit that generates two outputs is used, the phase difference between the two outputs takes only a discrete value. It has been difficult to promote uniform heating.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、マイクロ波発生装置の複数の出力間の位相を連続的に変化させることのできる位相可変手段を着脱自在な構造体として提示し、用途展開が図れるマイクロ波発生装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, presents a phase variable means capable of continuously changing the phase between a plurality of outputs of a microwave generator as a detachable structure, and can be used in various applications. An object of the present invention is to provide a microwave generator that can be realized.
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波発生装置は、半導体素子を用いて構成した複数の出力を有するマイクロ波発生装置において、前記複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を前記マイクロ波発生装置に着脱自在に配設したものであり、これによりマイクロ波発生装置の高機能化を容易に実現できるので、様々に用途に応じたマイクロ波発生装置を提供できる。 In order to solve the above-described conventional problems, a microwave generator according to the present invention is a microwave generator having a plurality of outputs configured using semiconductor elements, and a phase variable means for changing a phase difference between the plurality of outputs. Can be detachably attached to the microwave generator, thereby making it possible to easily realize high functionality of the microwave generator, and therefore, it is possible to provide microwave generators according to various uses.
本発明のマイクロ波発生装置は、複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を着脱自在な構造体とすることで、用途展開が容易に図れるマイクロ波発生装置を提供することができる。 The microwave generator according to the present invention can provide a microwave generator that can be easily developed by using a detachable structure of phase variable means for changing the phase difference between a plurality of outputs.
第1の発明は、半導体素子を用いて構成した複数の出力を有するマイクロ波発生装置において、前記複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を前記マイクロ波発生装置に着脱自在に配設したものであり、これによりマイクロ波発生装置の高機能化を容易に実現できるので、様々に用途に応じたマイクロ波発生装置を提供できる。 According to a first aspect of the present invention, in the microwave generator having a plurality of outputs configured using a semiconductor element, phase variable means for changing the phase difference between the plurality of outputs is detachably disposed in the microwave generator. Therefore, the microwave generator can be easily enhanced in functionality, and therefore, a microwave generator suitable for various purposes can be provided.
第2の発明は、特に第1の発明の位相可変手段は、マイクロ波発生装置内のマイクロ波伝送路の所定領域を覆う形状からなる誘電体手段を有し、前記誘電体手段が前記マイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成からなり、これにより複数の出力間の位相を連続的
に変化させることができ、誘電加熱装置に適用した場合、さまざまな被加熱物に対してその加熱の均一化を促進できる。
In the second invention, in particular, the phase varying means of the first invention has dielectric means having a shape covering a predetermined region of the microwave transmission path in the microwave generator, and the dielectric means is the microwave. Consists of a structure that varies the area covering the transmission line, which can continuously change the phase between multiple outputs, and when applied to a dielectric heating device, the heating is uniform for various objects to be heated. Can be promoted.
第3の発明は、特に第1の発明の位相可変手段は、入力部と、出力部と、入力部と出力部との間に設けた位相可変部とを有し、位相可変手段を装着前のマイクロ波発生装置が有するマイクロ波伝送路の両端部に前記入力部と出力部とがそれぞれ電波的に接続されるとともに前記マイクロ波伝送路の中央を接地することで位相可変手段がマイクロ波発生装置に装着される構成としたものであり、位相可変部を内蔵した位相可変手段を着脱自在とすることで、位相可変部を独自構成でき、その小型化を図ることができる。 According to a third invention, in particular, the phase varying means of the first invention has an input section, an output section, and a phase varying section provided between the input section and the output section, and before the phase varying means is mounted. The input unit and the output unit are connected to both ends of the microwave transmission path of the microwave generation apparatus of the above-mentioned microwave in radio waves, and the center of the microwave transmission path is grounded so that the phase variable means generates the microwave. It is configured to be mounted on the apparatus, and by making the phase variable means incorporating the phase variable unit detachable, the phase variable unit can be uniquely configured and the size can be reduced.
第4の発明は、特に第3の発明のマイクロ波伝送路は、マイクロ波発生装置が発生する周波数帯域の中央値のマイクロ波の伝送実効波長に対して(1/2+(n−1))×伝送実効波長;nは自然数、の実効長を有する長さとしたものであり、マイクロ波発生装置内の対象としたマイクロ波伝送路へのマイクロ波伝送を抑制し、伝送損失を低減するとともに整合条件を維持して位相可変手段を実装することができる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the microwave transmission line of the third aspect of the invention is (1/2 + (n-1)) with respect to the effective transmission wavelength of microwaves in the median frequency band generated by the microwave generator. × Effective transmission wavelength; n is a natural number, and has an effective length, which suppresses microwave transmission to the target microwave transmission line in the microwave generator, reduces transmission loss, and matches. The phase variable means can be implemented while maintaining the conditions.
第5の発明は、特に第3の発明の位相可変部は、位相可変手段の入力部と出力部とを連結するマイクロ波伝送路の所定領域を覆う形状からなる誘電体手段を有し、前記誘電体手段が前記マイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成としたものであり、これにより位相可変部は実装するマイクロ波発生装置の回路構成と独立したマイクロ波伝送路に対して作用させるので、特性、性能などの確認および保証が容易となる。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, the phase variable section of the third aspect of the invention has dielectric means having a shape that covers a predetermined region of a microwave transmission path that connects the input section and the output section of the phase variable section, Since the dielectric means is configured to vary the region covering the microwave transmission path, the phase variable unit acts on the microwave transmission path independent of the circuit configuration of the mounted microwave generator. This makes it easy to check and guarantee the characteristics and performance.
第6の発明は、特に第2または第5の発明の誘電体手段は、円板状形状とし、回転駆動することで位相を連続的に可変する構成としたものであり、コンパクトな構成の位相可変手段を提供できる。 According to a sixth aspect of the invention, the dielectric means of the second or fifth aspect of the invention is a disk-like shape, and is configured to continuously vary the phase by being driven to rotate. Variable means can be provided.
第7の発明は、特に第1乃至3のいずれか1項の発明のマイクロ波発生装置は、半導体素子を用いて構成した発振部と、前記発振部の出力を複数に分割する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅する半導体素子を用いて構成した増幅部とを有し、前記分配部と前記増幅部との間のマイクロ波伝送路に対して位相可変手段を作用させた構成としたものであり、伝送電力が低い伝送路に作用させることで誘電体手段の発熱を抑制し信頼性を確保できる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the microwave generator according to any one of the first to third aspects, an oscillation unit configured using a semiconductor element, a distribution unit that divides the output of the oscillation unit into a plurality, An amplification unit configured by using a semiconductor element that amplifies the output of each of the distribution units, and a configuration in which phase variable means is applied to a microwave transmission path between the distribution unit and the amplification unit; Therefore, by acting on a transmission line with low transmission power, heat generation of the dielectric means can be suppressed and reliability can be ensured.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるマイクロ波発生装置の位相可変手段を装着前の源回路構成図であり、図2は同マイクロ波発生装置の位相可変手段を装着後の回路構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a source circuit before mounting the phase varying means of the microwave generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit after mounting the phase varying means of the microwave generating apparatus. It is a block diagram.
図1において、マイクロ波発生装置10は半導体素子を用いて構成した発振部11、発振部11の出力信号を電力分配する分配部12、分配部12のそれぞれの出力を後段の半導体素子を用いて構成した初段増幅部13a、13bに導くマイクロ波伝送路14a、14b、初段増幅部13a、13bのそれぞれの出力をさらに増幅する半導体素子を用いて構成した主増幅部15a、15b、主増幅部15a,15bの出力をマイクロ波発生装置10の出力部16a、16bに導くマイクロ波伝送路17a、17bとで構成している。
In FIG. 1, a
初段増幅部13a,13bおよび主増幅部15a、15bは、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子
である半導体素子を良好に動作させるべく各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。
The first
マイクロ波伝送路14a、14b、17a、17bは、誘電体基板18の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが50Ωの伝送回路を形成している。またマイクロ波伝送路14aは、図示したようなジグザグ形状の伝送路構成とし、点Aと点Bの近傍には、不連続の導電体パターン19a、19bを複数個配設している。また、点Aと点Bとの間のマイクロ波伝送路14aの長さは、マイクロ波発生装置10の発振部11が発生するマイクロ波の周波数帯域の中央の周波数に対する実効伝送波長の(1/2+(n−1))倍、ここでnは自然数、としている。そしてマイクロ波伝送路14aの中央(点C)の近傍に誘電体基板18の裏面とスルーホールにて接続されたアース電位を形成する導電体パターン20を配設している。
The
上記した構成からなるマイクロ波発生装置10の源構成に対して位相可変手段21を装着した構成を図2に示す。
FIG. 2 shows a configuration in which the phase varying means 21 is attached to the source configuration of the
図2において、位相可変手段21は、入力部22、出力部23、入力部22と出力部23とを接続するジグザグ形状のマイクロ波伝送路24とを備える。このマイクロ波伝送路24は誘電体基板25の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが50Ωの伝送回路を形成している。入力部22および出力部23はそれぞれマイクロ波発生装置10の源回路構成におけるマイクロ波伝送路14aの点Aおよび点Bに半田付けにより接続されている。この接続は特性インピーダンスが50Ωの同軸線路26、27および不連続の導電体パターン19a、19bを連続連結することで電波的に接続している。またマイクロ波伝送路14aの中央(点C)は、導電体パターン20に電気的に接続している。なお、同軸線路26、27は、マイクロ波発生装置の外部ケースに設けた貫通孔を貫通させて源回路に実装接続させている。
In FIG. 2, the phase varying means 21 includes an
さらに、位相可変手段21のマイクロ波伝送路24の所定領域を覆う誘電体手段である半円形状の誘電体板28を設けている。この誘電体板28は、マイクロ波伝送路24に摺動しながら点Dを回転中心として回転駆動される。誘電体板28の回転軸29は位相可変手段21の外部ケースにて回転支持されている。そして回転軸29は位相可変手段21の外部に設けた駆動モータ30の出力軸31とベルト32で連結している。駆動モータ30を動作させることで、誘電体板28が回転し、マイクロ波伝送路24の所定領域を覆う誘電体板28の肉部面積が変化する。
Further, a semicircular
以上のように構成されたマイクロ波発生装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the microwave generator comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
位相可変手段21をマイクロ波発生装置10の源回路構成に装着することにより、源回路構成のマイクロ波伝送路14aは点Aから点Cに至る伝送路長と点Bから点Cに至る伝送路長がともに実効伝送波長の(1/4+(n−1)/2)倍、nは自然数、となる。点Cをアース電位である導電体パターン20に接続したことで、点Aから点C側および点Bから点C側を見たインピーダンスはそれぞれ無限大となり、マイクロ波伝送路14aに流れるマイクロ波は抑制されて、伝送されるマイクロ波は点Aから位相可変手段21の入力部22に伝送する。また、位相可変手段21の出力部23から点Bに伝送されるマイクロ波は、マイクロ波伝送路14aの存在は無視して初段増幅部13aに効率よく伝送される。
By attaching the
よって、マイクロ波発生装置10内の対象としたマイクロ波伝送路14aへのマイクロ波伝送を抑制し、伝送損失を低減するとともに整合条件を維持して位相可変手段を実装す
ることができる。
Therefore, it is possible to suppress the microwave transmission to the target
次に誘電体板28の作用について説明する。位相可変手段21内に入力しマイクロ波伝送路24を伝送するマイクロ波は誘電体板28の存在により、波長圧縮を受ける。このためマイクロ波伝送路24の電波的な実効長が大きくなり、出力部23に到達するまでの位相が遅延する。
Next, the operation of the
ここで、位相の遅延量について以下に説明する。伝送するマイクロ波の周波数帯域における誘電体板28の実効比誘電率の一例として、誘電体板28にPPS(ポリフェニレンサルファイド)を用いた場合、2.45GHz帯における比誘電率は約3.5であり、波長圧縮は比誘電率の平方根の逆数で効いてくるので、単純には約45%の波長圧縮を受けることになる。マイクロ波伝送路24と摺動する誘電体板28の反対面に導電体処理を施さない場合は、位相可変手段21の外部ケースと誘電体板28との間に空気層が介在するため、誘電体板28に空気層が並列に接続された状態となり、空気層の厚みが大きくなると実効比誘電率は低下し、波長圧縮度合いも低下する。波長圧縮が約33%になるように空気層を形成した場合、誘電体板28が最大に覆うマイクロ波伝送路24の電気長としてマイクロ波伝送路24が誘電体板28に覆われない状態において360°(1実効波長)の場合、誘電体板28で最大領域を覆うことで電気長は約540°となり、位相が最大で180°遅延することになる。
Here, the phase delay amount will be described below. As an example of the effective relative permittivity of the
そして、マイクロ波発生装置の源回路構成と独立したマイクロ波伝送路24に対して誘電体板28を作用させることにより、マイクロ波諸特性、性能などの確認および保証が容易となる。
Then, by making the
また、位相可変部を内蔵した位相可変手段を着脱自在とすることで、位相可変部を独自構成でき、その小型化を図ることができる。 In addition, by making the phase variable means incorporating the phase variable unit detachable, the phase variable unit can be uniquely configured and the size can be reduced.
また、誘電体手段は、円板状形状とし、回転駆動することで位相を連続的に可変する構成としたものであり、コンパクトな構成の位相可変手段を提供できる。 In addition, the dielectric means has a disk shape and is configured to continuously change the phase by being rotationally driven, and a phase variable means having a compact structure can be provided.
そして、位相可変手段21における位相遅延量の連続的変化はマイクロ波発生装置10の2つの出力の位相差に反映され、このような位相差が変化する2つのマイクロ波信号を誘電加熱装置に適用することで様々な被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。
Then, the continuous change in the phase delay amount in the
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態におけるマイクロ波発生装置の回路構成図を示すものである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the microwave generator according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、位相可変手段50の構成要素である誘電体板51をマイクロ波発生装置10の源回路構成に直接作用させた構成にある。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the
すなわち、分配部12の出力と初段増幅部13aの入力部とを接続するジグザグ形状のマイクロ波伝送路52aの所定領域を覆うように誘電体板51を装着している。
That is, the
誘電体板51は、誘電体肉部51aと開口部51bとを略90°ピッチにて周期配置した構成としている。これは第1の実施の形態がマイクロ波発生装置の源回路構成とは別の専用に設計したマイクロ波伝送路24に対して誘電体板28を作用させていたことに比べて誘電体板51が径大な形状となるために、出力トルクが大きく回転数の少ない駆動モータ53を利用することに対応させたものである。誘電体肉部51aと開口部51bとを9
0°ピッチにて周期配置することで、回転数が小さくても位相可変周期を早めることができる。
The
By arranging the periods at a pitch of 0 °, the phase variable period can be advanced even if the rotational speed is small.
なお、位相可変手段の外部ケースはマイクロ波発生装置の外部ケースである側壁面などにねじ組立てされマイクロ波発生装置と一体構造体にする。また、マイクロ波発生装置の外部ケースと位相可変手段の外部ケースとを電気的に接続して同電位に組み立てることで、不要なノイズ対策を回避させている。 The outer case of the phase varying means is screw-assembled on the side wall surface, etc., which is the outer case of the microwave generator, so as to form an integral structure with the microwave generator. Also, unnecessary countermeasures against noise are avoided by electrically connecting the outer case of the microwave generator and the outer case of the phase varying means and assembling them at the same potential.
以上に説明した本発明によれば、マイクロ波発生装置は同一構成とし、その源回路構成をベースとして位相可変機能を付加させることができるので、様々な用途に応じたマイクロ波発生装置を容易に構成して提供できる。 According to the present invention described above, the microwave generators have the same configuration, and the phase variable function can be added based on the source circuit configuration, so that the microwave generators according to various applications can be easily provided. Can be configured and provided.
また、誘電体手段である誘電体板が分配部から分かれた一方のマイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成としたことで、複数の出力間の位相を連続的に変化させることができ、このマイクロ波発生装置を誘電加熱装置に適用した場合、さまざまな被加熱物に対してその加熱の均一化を促進できる。 In addition, since the dielectric plate, which is a dielectric means, is configured to vary the region covering one microwave transmission path separated from the distributor, the phase between a plurality of outputs can be continuously changed, When this microwave generator is applied to a dielectric heating device, uniform heating of various objects to be heated can be promoted.
以上のように、本発明にかかるマイクロ波発生装置は複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を着脱自在な構造体とすることで、用途展開が容易に図れるマイクロ波発生装置を提供することが可能となるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。 As described above, the microwave generator according to the present invention provides a microwave generator that can be easily developed by using a detachable structure as a phase variable unit that changes a phase difference between a plurality of outputs. Therefore, the present invention can be applied to uses such as a heating device using a dielectric heating as typified by a microwave oven, a garbage disposal machine, or a microwave power source of a plasma power source as a semiconductor manufacturing apparatus.
10 マイクロ波発生装置
11 発振部
12 分配部
13a、13b、15a、15b 増幅部
14a、52a マイクロ波発生装置内のマイクロ波伝送路
16a、16b 複数の出力部
21、50 位相可変手段
22 位相可変手段の入力部
23 位相可変手段の出力部
24 位相可変手段内のマイクロ波伝送路
28、51 誘電体板(誘電体手段)
30、53 駆動モータ
点A、点B マイクロ波伝送路の両端部
点C マイクロ波伝送路の中央
DESCRIPTION OF
30, 53 Drive motor Point A, Point B Both ends of microwave transmission line Point C Center of microwave transmission line
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JP2006272467A JP2008091258A (en) | 2006-10-04 | 2006-10-04 | Microwave generating device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US10666403B2 (en) | 2013-01-28 | 2020-05-26 | Artek Kabushiki Kaisha | Variable ISI transmission channel apparatus |
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2006
- 2006-10-04 JP JP2006272467A patent/JP2008091258A/en active Pending
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