JP2019197960A - 方向性結合器およびそれを用いたマイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導波管に設ける開口およびその開口に対向配置する結合線路の構成を工夫することで、大量生産に対応しながらも、導波管内を伝送するマイクロ波を略同一位相で伝送波と反射波に分離しかつ低反射率の観測対象にも対応可能な方向性結合器およびそれを用いたマイクロ波加熱装置を提供する。【解決手段】マイクロストリップ線路１１３および２１３をクロス開口１１１および２１１の開口中央部を鳥瞰的に線路内部に包含するように配置することで、導波管内を伝送するマイクロ波の略同一位相における略同一量のマイクロ波を伝送方向分、反射方向分に分離する。更に反射抑制手段としての終端回路１５０および２５０を同一端に配してマイクロストリップ線路１１３および２１３内反射を防止することで、検波回路１１５および２１５により、それぞれ伝送波と反射波の電力量を結合線路内反射の影響を受けることなく正確に観測することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、導波管内を伝搬するマイクロ波の電力レベルを検出する方向性結合器およびそれを用いたマイクロ波加熱装置に関する。

導波管内を伝搬するマイクロ波の電力レベルを検出する方向性結合器は、導波管内を双方向に伝搬する進行波と反射波とを分離して検出するものであり、その検出方式は様々なものが提案され実用に供されている。検出方式としては、検出した信号を別の導波管に伝送させる方式、同軸線路に伝送させる方式およびマイクロストリップ線路に伝送させる方式がある。

別の導波管に伝送する方式の方向性結合器としては、十字形方向性結合器がある。この方式は、二つの導波管の幅広面を共通の境界面として直交配置した構成とし、共通の境界面において導波管の管軸から外した対角位置にＸ形の２つの開口を所定間隔で配置した構成からなる（たとえば、非特許文献１参照）。

また、同軸線路に伝送する方式は、導波管の幅広面の管軸位置に所定の長さと幅からなる開口を設け、この開口に対向して設けたマイクロ波検出部である容量板と、容量板の両端に同軸線路の中心導体を接続させた構成からなる（たとえば、特許文献１参照）。

また、マイクロストリップ線路に伝送する方式は、導波管の幅広面の管軸位置に所定の長さと幅からなる開口を設け、この開口に対向して配置したプリント基板と、プリント基板の開口に対向する面に開口と対向して配置したマイクロ波検出部である所定の長さのマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路の両端にプリント基板の反対面に設けた検波回路を接続させた構成からなる（たとえば、特許文献２参照）。

また、マイクロストリップ線路に伝送する他の方式として、導波管の管軸位置に所定間隔で設けた２つの開口と、開口に対向して配置したプリント基板と、開口と反対側のプリント基板の面に設けたマイクロストリップ線路と、一端がマイクロストリップ線路に接続され他端が開口に挿入される探針とからなり、２つ探針間のマイクロストリップ線路の電気的長さを所定の長さとするようにマイクロストリップ線路を構成したものがある（たとえば、特許文献３参照）。

また、マイクロ波加熱装置に方向性結合器を備えるものもある（たとえば、特許文献４参照）。

特開平０３−２９７２０２号公報 特開２００４−２３５９７２号公報 特開平０６−１３２７１０号公報 特開平０５−１９０２７１号公報

蓮沼博、高木勝義著、「マイクロ波基礎回路の設計」オーム社、１９６４年１２月２５日発行、ページ２５８−２６０

しかしながら、従来の方向性結合器において、別の導波管に検出した信号を伝送する方式は導波管が二つ必要であり、同軸線路に伝送する方式は同軸コネクタ部材が必要であり、いずれも方向性結合器自体の構造が大きいという課題を有する。

一方、マイクロストリップ線路に伝送する方式は、方向性結合器を扁平な形状にて構成できる利点があり構造の実装空間をコンパクトにできるが、導波管に設けた開口に対向配置した容量板あるいはマイクロストリップ線路と開口のすきま寸法が信号検出電力レベルに大きな影響を与えるため、信号レベルを安定化させるために高精度な寸法管理が必要になるという課題がある。また、開口に探針を挿入する方式も、探針の挿入長さの寸法管理が必要になる。

これは、開口を導波管の管軸に配置したことが起因し、導波管の管軸の方向に導波管内を伝搬するマイクロ波の伝搬波長に相当するくらいの長いスリットの開口を設けた場合でもその開口から導波管外にマイクロ波は自由放射しない。このため、開口周辺に広がる電磁界を容量板あるいはマイクロストリップ線路に結合させる構成が必要になる。単純には、導波管の管軸方向に垂直な方向の開口の幅を容量板の幅あるいはマイクロストリップ線路の線路幅より大きくすることで結合を実現し、結合のレベルは開口との対向距離を調整して所望の性能を得る必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、導波管に設ける開口およびその開口に対向配置するマイクロストリップ線路の構成を工夫することで、簡単かつコンパクトな構成で大量生産に対応しながらも、導波管内を伝送するマイクロ波を略同一位相で伝送波と反射波に分離しかつ低反射率の観測対象にも対応可能な方向性結合器およびそれを用いたマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の方向性結合器は、導波管の壁面に設けられた第１の開口部および第２の開口部と、前記導波管の外側に設けられた第１の結合線路と第２の結合線路を備え、前記第１および第２の開口部は、管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状として配置され、さらに平面視において開口中央部が前記導波管の管軸と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成され、前記第１の結合線路は、平面視において前記第１の開口部の中央に対して対称性をもって横切るように配置され、前記第１の結合線路の片端に第１の反射抑制手段、もう片端に第１の検波回路を備え、 前記第２の結合線路は、平面視において前記第２の開口部を中央に対して対称性をもって横切るように配置され、前記第２の結合線路の片端に第２の反射抑制手段、もう片端に第２の検波回路とを有した構成としている。

この構成において、第１および第２の開口部の開口中央部は、導波管の管軸を外して配置されているので、導波管内を伝搬するマイクロ波を、容易に導波管外に放射させることができる。また、開口中央部が管軸にない開口から放射されるマイクロ波の電界の向きは、電界の向きを導波管の幅広面に平行な成分と垂直な成分に分けて考えると、平行な成分は開口中央部を中心に回転する成分をもち、これは電界が回転するいわゆる円偏波の成分を持つことになる。円偏波は、導波管内を伝搬するマイクロ波の方向（伝送方向、反射方向）に応じて、電界の回転方向が逆向きになる特徴を有している。開口から放射されるこれらのマイクロ波は、開口部の中央に対して対称性を持って横切るように配置された第１および第２の結合線路に結合する。結合によって、第１および第２の結合線路の両端には、回転する電磁界の回転方向に対応したマイクロ波が伝送される。すなわち、導波管内を所定方向に伝送する伝送波と、それと反対方向に伝送する反射波とが分離されて、第１お
よび第２の結合線路の両端に伝送される。ここで、第１の開口部と第２の開口部は管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状として配置されているため、開口から放射されるマイクロ波は平面視における回転方向が異なる以外は略同量、略同質となる。したがって、開口部と結合する第１の結合線路および第２の結合線路は、導波管内を伝送するマイクロ波の略同一位相における略同一量のマイクロ波を伝送方向分、反射方向分に分離することができる。更に第１および第２の反射抑制手段を同一端（例えば開口中央から管軸方向を見た時の結合線路左端）に配して結合線路内反射を防止することで、第１の検波回路と第２の検波回路は、それぞれ伝送波と反射波の電力量を結合線路内反射の影響を受けることなく正確に観測することができる。したがって、本発明の構成により、導波管内を双方向に伝搬するマイクロ波の電力量のレベルをそれぞれ分離して正確に検出できる。

本発明の方向性結合器によれば、導波管の壁面に、管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状の第１および第２の開口を、開口中央部が前記導波管の管軸と交差しない位置に設けることで、導波管を伝送するマイクロ波の一部を導波管外に円偏波として回転放射させる構成とし、さらにその回転放射したマイクロ波の電磁界の回転方向に対して導波管内を双方向に伝搬するマイクロ波を分離して結合できる第１および第２の結合線路を組み合わせ、第１および第２の反射抑制手段で結合線路内反射を防止しつつ第１および第２の検波回路で電力量を観測することで、簡単かつコンパクトで実装上の構造精度が緩やかで、高精度観測可能な導波管対応の方向性結合器を提供できるので、構造の大きさの制約がある民生用のマイクロ波利用機器、たとえば電子レンジ、オーブンレンジなどはもとより産業用のマイクロ波応用機器にも利用できる方向性結合器を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器の斜視構成図 本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器におけるプリント基板を透過したときの斜視構成図 本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器のクロス開口を示す構成図 本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器のプリント基板の回路構成図 本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器の方向性結合器における反射波電力検出ポートの特性を示す特性図 本発明に準じる他のマイクロストリップ線路構成における反射電力検出ポートの特性を示す特性図 本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器の方向性結合器における進行波電力検出ポートの特性を示す特性図 本発明の第２の実施の形態に関わるマイクロ波加熱装置の構成図 本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器の有用性を説明する図

第１の発明に基づく方向性結合器は、導波管の壁面に設けられた第１の開口部および第２の開口部と、前記導波管の外側に設けられた第１の結合線路と第２の結合線路を備え、前記第１および第２の開口部は、管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状として配置され、さらに平面視において開口中央部が前記導波管の管軸と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成され、 前記第１の結合線路は、平面視において前記第１の開口部の中央に対して対称性をもって横切るように配置され、前記第１の結合線路の片端に第１の反射抑制手段、もう片端に第１の検波回路を備え、 前記第２の結合線路は、平面視において前記第２の開口部を中央に対して対称性をもって横切るように配置され、前記第２の結合線路の片端に第２の反射抑制手段、もう片端に第２の検波回路と、を有した構成としている。

この構成において、第１および第２の開口部の開口中央部は、導波管の管軸を外して配置しているので、導波管内を伝搬するマイクロ波を容易に導波管外に放射させることができる。また開口中央部が管軸にない開口から放射されるマイクロ波の電界の向きは、電界の向きを導波管の幅広面に平行な成分と垂直な成分に分けて考えると、平行な成分は開口中央部を中心に回転する成分をもち、これは電界が回転するいわゆる円偏波の成分を持つことになる。円偏波は、導波管内を伝搬するマイクロ波の方向（伝送方向、反射方向）に応じて、電界の回転方向が逆向きになる特徴を有している。開口から放射されるこれらのマイクロ波は開口部の中央に対して対称性を持って横切るように配置された第１および第２の結合線路に結合する。結合によって、第１および第２の結合線路の両端には、回転する電磁界の回転方向に対応したマイクロ波が伝送される。すなわち、導波管内を所定方向に伝送する伝送波とそれと反対方向に伝送する反射波とが分離されて第１および第２の結合線路の両端に伝送される。ここで第１の開口部と第２の開口部は管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状として配置されているため、開口から放射されるマイクロ波は平面視における回転方向が異なる以外は略同量、略同質となる。したがって開口部と結合する第１の結合線路および第２の結合線路は、導波管内を伝送するマイクロ波の略同一位相における略同一量のマイクロ波を伝送方向分、反射方向分に分離することができる。更に第１および第２の反射抑制手段を同一端（例えば開口中央から管軸方向を見た時の結合線路左端）に配して結合線路内反射を防止することで、第１の検波回路と第２の検波回路は、それぞれ伝送波と反射波の電力量を結合線路内反射の影響を受けることなく正確に観測することができる。したがって、本発明の構成により、導波管内を双方向に伝搬するマイクロ波の電力量のレベルをそれぞれ分離して正確に検出できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、１つまたは複数のプリント基板を更に備え、前記第１および第２の結合線路は、前記プリント基板において前記第１および第２の開口部と対向する面に形成された構成としたものであり、プリント基板の厚みは、通常、ごく僅かであるので、前記第１および第２の結合線路をプリント基板における前記第１および第２の開口部と対向する面に形成することで、装置の大型化を抑えることができる。

第３の発明は、特に第外面上で支持し２の発明において、 前記１つまたは複数のプリント基板を前記導波管の前記結合線路の信号の取出し部を有するとともに、平面視において前記第１の開口部を包囲するように配置された導電性を有する第１の支持部と、前記第２の開口部を包囲するように配置された導電性を有する第２の支持部を更に備え、前記１つまたは複数のプリント基板の前記第１または第２の開口部に対向しない面には、マイクロ波反射部材が形成された構成としたものであり、この構成をとることにより、プリント基板を透過して不要輻射されるマイクロ波をプリント基板で反射させ、第１および第２の開口部から放射されるマイクロ波を導波管と第１および第２の支持部とプリント基板で囲まれた空間に閉じ込めることができ、不要輻射電力レベル規制値を満たし、周辺の電気部品や制御信号ラインなどへの不要輻射を抑制し、誤動作を回避させることができる。

第４の発明は、特に第３の発明において、前記第１および第２の結合線路が有する第１および第２の反射抑制手段と、第１および第２の検波回路は、前記第１および第２の支持部の外側に配置される構成としたものであり、第１および第２の支持部内のマイクロ波の影響を受けることなく、第１および第２の検波回路によりマイクロ波を観測することができる。

第５の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に供給するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記加熱室に伝送する導波管と、前記導波管を伝送するマイクロ波を前記加熱室に放射させる放射手段とを有し、特に第１〜第４の発明のいずれか一つの方向性結合器を、前記マイクロ波発
生手段と前記放射手段との間の導波管に設けたものであり、これにより被加熱物の加熱に伴う物理的変化によって変化する反射電力変化を検知して、被加熱物の加熱進行状態を把握でき、また被加熱物の種類や量を把握でき、利便性の高いマイクロ波加熱装置を提供できる。

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。尚、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。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に関わる方向性結合器の斜視構成図、図２は図１のプリント基板を透視化した斜視構成図、図３は図１の導波管に設けた第１の開口部および第２の開口部（スリット状の長方形穴２つを直交させて構成した開口としており、形状イメージから実施の形態説明ではクロス開口と呼称する）であるクロス開口の構成図、図４は図１のプリント基板の回路構成図である。

図１〜図４において、本実施の形態の方向性結合器は、導波管１０の幅広面１０ａに設けたＸ形状のクロス開口１１１および２１１、クロス開口１１１および２１１に対向し導波管１０の外側に設けたプリント基板１１２および２１２、プリント基板１１２および２１２のクロス開口１１１および２１１に対面する面においてプリント基板１１２および２１２からクロス開口１１１および２１１を鳥瞰したとき、クロス開口１１１および２１１の開口が存在するクロス開口領域１１１ａおよび２１１ａ（図３参照）に対面する領域に所定の結合線路形状にて構成した第１の結合線路としてのマイクロストリップ線路１１３および第２の結合線路としてのマイクロストリップ線路２１３、プリント基板１１２および２１２を導波管１０の幅広面１０ａより支持固定するとともにクロス開口１１１および２１１から放射したマイクロ波を内部に閉じ込める導電材料から構成した支持部１１４および２１４とで構成される。

マイクロストリップ線路１１３は、線路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｅで構成され、マイクロストリップ線路２１３は、線路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ、２１３ｅで構成されるものとする。

クロス開口１１１および２１１は、導波管１０の幅広面１０ａにおいて導波管１０の管軸Ｌ１から寸法Ｄ１だけ外れた位置（寸法Ｄ１は、たとえば導波管１０の幅寸法の１／４の寸法）をクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃとしたＸ形状の開口で構成している。ここで、クロス開口１１１および２１１は、管軸に対して対称性を備えた位置とし、更にクロス開口１１１および２１１を略同一形状として配置することで、２つの開口から放射されるマイクロ波は、平面視における回転方向が異なる以外は略同量、略同質となるように構成されることとなる。

なお、クロス開口１１１および２１１の開口形状は、導波管１０の幅寸法と高さ寸法、導波管を伝送させる電力レベルやその周波数帯域、クロス開口から放射させる電力レベルなどの条件に基づいて決定する。たとえば、導波管１０の幅寸法が１００ｍｍ、高さ寸法が３０ｍｍ、導波管の壁面材の厚さが０．６ｍｍ、電力レベルの最大が１０００Ｗ、周波数帯域が２４５０ＭＨｚ、放射させる電力レベルの最大が約１０ｍＷとすると、クロス開口１１１および２１１の長さ１１１ｗおよび２１１ｗと幅１１１ｄおよび２１１ｄは、長さが２０ｍｍ、幅が２ｍｍ程度にて構成される。クロス開口１１１および２１１の交差角度は約９０度としているが、これに限定する必要はなく、たとえば６０度（１２０度）のように変更して構わない。

なお、クロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを導波管１
０の管軸上に一致させてしまうと電界は回転せずに伝送方向に往復するだけの直線偏波になってしまう。開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃが管軸Ｌ１から少しでもずれていれば電界は回転するが、開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃが管軸Ｌ１に近ければ近いほど（Ｄ１が０に近づくにつれて）回転がいびつになって楕円状の楕円偏波となる。一方、本実施の形態のように、寸法Ｄ１を導波管１０の幅寸法の１／４程度に選べば、最もきれいな回転の円偏波になるので、回転方向がより明確になり、精度よく伝送波と反射波を分離して検出することができる。

プリント基板１１２および２１２は、クロス開口１１１および２１１に対面していない側のプリント基板Ａ面１１２ａおよび２１２ａは、全面をマイクロ波反射部材としての銅張とし、クロス開口１１１および２１１に対面する側のプリント基板Ｂ面１１２ｂおよび２１２ｂにマイクロストリップ線路１１３および２１３を配している。マイクロストリップ線路１１３および２１３は、特性インピーダンスが略５０オームの伝送線路で構成している。プリント基板１１２および２１２からクロス開口１１１および２１１側を鳥瞰したとき、クロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを取り囲むようにマイクロストリップ線路１１３および２１３を配置させている。

そして、クロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを線路内部に包含するマイクロストリップ線路１１３および２１３は、少なくとも導波管１０の管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂを有し、前記略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂは、クロス開口１１１および２１１が存在するクロス開口領域１１１ａおよび２１１ａに対向しクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃの両側に設けている。また、略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂの一端は、導波管１０の管軸Ｌ１に略平行な線路１１３ｃおよび２１３ｃで接続している。

この管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂと略平行な線路１１３ｃおよび２１３ｃはクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを取り囲むように配置させている。管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂのそれぞれの他端は管軸Ｌ１に略平行な線路１１３ｄおよび２１３ｄ、線路１１３ｅおよび２１３ｅを接続し、クロス開口領域１１１ａおよび２１１ａの外まで線路を延在させている。この管軸Ｌ１に略平行な線路１１３ｄおよび２１３ｄ、線路１１３ｅおよび２１３ｅの他端からマイクロストリップ線路の出力部１３１および２３１、出力部１３２および２３２に至る線路は出力部の配設位置に応じて適当にマイクロストリップ線路を配置する。マイクロストリップ線路の出力部１３１および２３１、出力部１３２および２３２は、支持部１１４および２１４の外側に配置させる。

マイクロストリップ線路１１３および２１３片端の出力部１３１および２３１には、検出したマイクロ波レベルを制御信号として取り扱うための処理回路である検波回路１１５および２１５が接続され、もう片端の出力部１３２および２３２には反射抑制手段としての終端回路１５０および２５０が接続される。

図４は、検波回路１１５および２１５と反射抑制手段としての終端回路１５０および２５０の一例を示したもので、出力部１３１および２３１のマイクロ波信号は、チップ抵抗１１６および２１６、ショトキーダイオード１１７および２１７を経て整流され、平滑回路（チップ抵抗、チップコンデンサにて構成）を経て検波出力部１１８および２１８に直流電圧を出力する。出力部１３２および２３２には第１および第２の結合線路であるマイクロストリップ線路１１３および２１３における片端からの反射を防ぐ構成としての終端回路１２０および２２０が取り付けられている。マイクロストリップ線路１１３および２
１３の特性インピーダンスと同一の抵抗器を取り付けることで、出力部１３２および２３２に到達したマイクロ波を抵抗器で全て吸収することで反射抑制を行い、出力部１３１および２３１側への不要な回り込みを防ぐことができる。

クロス開口１１１および２１１に対面するプリント基板Ｂ面１１２ｂおよび２１２ｂにおいて、プリント基板取付用穴１２０ａおよび２２０ａ、プリント基板取付用穴１２０ｂおよび２２０ｂ、プリント基板取付用穴１２０ｃおよび２２０ｃ、プリント基板取付用穴１２０ｄおよび２２０ｄの周辺部の銅張部と、ピンフォール１２１ａおよび１２１ａ、１２１ｂおよび１２１ｂを設けた銅張部はグランド面とし、プリント基板１１２および２１２のクロス開口１１１および２１２に対面しないプリント基板Ａ面１１２ａおよび２１２ａと同電位としている。

プリント基板１１２および２１２は、プリント基板取付用穴１２０ａおよび２２０ａ、プリント基板取付用穴１２０ｂおよび２２０ｂ、プリント基板取付用穴１２０ｃおよび２２０ｃ、プリント基板取付用穴１２０ｄおよび２２０ｄを用いて、支持部１１４および２１４に、ネジ１２０１ａおよび２２０１ａ、ネジ１２０１ｂおよび２２０１ｂ、ネジ１２０１ｃおよび２２０１ｃ、ネジ１２０１ｄおよび２２０１ｄによって組立固定される。支持部１１４および２１４には、ネジ１２０１ａおよび２２０１ａ、ネジ１２０１ｂおよび２２０１ｂ、ネジ１２０１ｃおよび２２０１ｃ、ネジ１２０１ｄおよび２２０１ｄを組立固定する突出しネジ部１２０２ａおよび２２０２ａ、突出しネジ部１２０２ｂおよび２２０２ｂ、突出しネジ部１２０２ｃおよび２２０２ｃ、突出しネジ部１２０２ｄおよび２２０２ｄを設けている。

また、支持部１１４および２１４には、マイクロストリップ線路１１３および２１３を伝送するマイクロ波を支持部１１４および２１４の外に位置させたマイクロストリップ線路１１３および２１３の両端の出力部１３１および２３１、出力部１３２および２３２にマイクロ波信号を伝送させて取り出す取出し部１４１および２４１、取出し部１４２および２４２を備える。この取出し部１４１および２４１、取出し部１４２および２４２は、図２に図示したように、プリント基板１１２および２１２を支持部１１４および２１４にネジ組立する支持部１１４および２１４のフランジ面をプリント基板１１２および２１２と反対側に凸絞りした構成し、マイクロストリップ線路１１３および２１３を伝送するマイクロ波の伝送を阻害しない構成としている。

なお、図１および図２には、図４に示した検波出力部１１８および２１８に実装させるコネクタ部１１８ａおよび２１８ａを図示している。

次に、以上の構成からなる本実施の形態の方向性結合器の動作と作用について説明する。

まず、図９に示すような、１つのクロス開口９０１に１つのマイクロストリップ線路９０２を対向させて進行波と反射波を同時に検出する構成ではなく、クロス開口１１１とクロス開口２１１の２つを導波管１０の管軸Ｌ１に対して対称性を備えた位置に設けることで進行波と反射波の検出同時性を確保し、進行波検出用のクロス開口１１１と片端に終端回路１５０を備えたマイクロストリップ線路１１３と、反射波検出用のクロス開口２１１と片端に終端回路２５０を備えたマイクロストリップ線路２１３を用いて、進行波と反射波を別々に検出する構成を必要とする理由を説明する。その理由は、簡単に言うと低反射率を正確に測定可能な構成を量産対応可能とするためであり、一見すると単なる設計事由に過ぎないように思われる内容である。しかしながら、この内容が単純な設計事由に留まるレベルではなく、マイクロ波現象特有のインピーダンス不整合による不要反射に対応するための内容であることを、導波管１０が伝送する先に３％の反射するような対象がある
場合を例にとって、反射波用検出回路９２０に必要とされる精度を計算で示すことにより説明する。

マイクロストリップ線路の特性インピーダンスを５０Ωとして作成する場合、進行波用検出回路９１０および反射波用検出回路９２０も接続端で５０Ωを呈するように検出回路を構成できていないと接続端で反射が起こり一定の跳ね返り量が発生してしまう（以下、検出回路端部での反射量を跳ね返り量と呼ぶ）。通常、マイクロ波電力を検出する場合には、図４に示しているように、ショトキーダイオードやチップ抵抗等を組み合わせて利用するが、実現できるのは１５[ｄＢ]（３．２[％]反射）程度であり、ネットワークアナライザ等の計測機器を活用して、スミスチャート上でインピーダンス変化を確認しつつ詳細に調整を行うと２０[ｄＢ]（１．０[％]反射）程度まで調整できる。ここでは検出回路に詳細調整を行い２０[ｄＢ]を行ったものとする。

図９に示すように、１つのクロス開口９０１と１つマイクロストリップ線路９０２の両端に進行波用検出回路９１０、反射波用検出回路９２０が接続されている時、進行波に対応してマイクロストリップ線路９０２に発生するマイクロ波をＴ、Ｔが進行波用検出回路９１０に入射する際に発生する跳ね返り量をＴｒ、反射波に対応してマイクロストリップ線路９０２に発生するマイクロ波をＲ、Ｒが反射波用検出回路９２０に入射する際に発生する跳ね返り量をＲｒとして以下の説明を行う。

さて、導波管１０内を伝送するマイクロ波電力量に対して、既述したＸ形状のクロス開口１１１および２１１から放射されるマイクロ波電力量は、導波管形状とクロス開口の形状寸法によって決定され、上記した形状とすると、その比は、約１／１００００（約−５０ｄＢ）である。これは図９におけるクロス開口９０１も同様である。例えば進行波が１０００[Ｗ]の場合、本説明の前提は既述の通り３％の反射を行う対象の観測であるので、反射波は３０[Ｗ]（１０００[Ｗ]の３％）となる。この場合、進行波３０に対応してマイクロストリップ線路９０２に発生する進行波対応マイクロ波量Ｔは１０[ｍＷ]（１０００[Ｗ]の−５０[ｄＢ]（１／１００００））となり、反射波に対応してマイクロストリップ線路９０２に発生するマイクロ波電力量Ｒは０．３[ｍＷ]（３０[Ｗ]の−５０[ｄＢ]（１／１００００））となる。

上記詳細調整を行った想定の２０[ｄＢ]の特性を持つ進行波用検出回路９１０および反射波用検出回路９２０で発生する跳ね返り量ＴｒおよびＲｒはそれぞれＴｒ＝０．１[ｍＷ]（１０[ｍＷ]の１％）、Ｒｒ＝０．００３[ｍＷ]（０．３[ｍＷ]の１％）となる。Ｔｒがマイクロストリップ線路９０２を伝わって反射波用検出回路９２０に至ってノイズ成分となってしまう動作は原理的に発生してしまうため、反射波用検出回路９２０で観測される反射波は（（Ｒ−Ｒｒ）＋Ｔｒ）＝（（０．３[ｍＷ]−０．００３[ｍＷ]）＋０．１[ｍＷ]）＝０．３９７[ｍＷ]となる。

検出したいのはＲ＝０．３[ｍＷ]であるので、この時に発生する検出誤差は３２．３[％]（＝（１００−（０．３９７）／０．３＊１００））と非常に大きな誤差となってしまう。よって、誤差３％程度の正確な測定をしたい場合は、進行波用検出回路９１０における跳ね返りを３０ｄＢ程度以上（３０[ｄＢ]の跳ね返り量は０．０１[ｍＷ]）に抑えることが必要であり、例えば、３０[ｄＢ]とした場合の検出誤差は３．２３[％]＝（１００−（０．３[ｍＷ] −０．０００３[ｍＷ]＋０．０１[ｍＷ]／０．３[ｍＷ]））に抑えることができる。一方で、入射波用検出回路９１０、反射波用検出回路９２０に用いる検出回路をこれほど高精度に検出回路を調整するのは量産レベルでは非常に困難であるため、本発明の構成のように終端回路１５０および２５０を導入して跳ね返りの原因となるマイクロ波を吸収してしまうことで、誤差要因を取り除く構成が非常に有効に働く。なお、終端回路１５０および２５０のインピーダンス調整は高精度のチップ抵抗を用いることで、
ショットキーダイオードや抵抗器を組み合わせて構成する検出回路の調整に比べれば難易度が非常に低いことは明らかである。

次に、検出方法について説明を行う。導波管１０内を伝送するマイクロ波において、進行波の方向を矢印３０（以下、進行波３０と称する）、反射波を矢印３１（以下、反射波３１と称する）とする。進行波３０の導波管１０内の伝送に対して、クロス開口１１１および２１１を形成する長さ１１１ｗおよび２１１ｗ方向の２つの開口が順次励起され、クロス開口１１１から放射されるマイクロ波は反時計回りの回転放射３１２、クロス開口２１１から放射されるマイクロ波は時計回り３２２（図３参照）となって、導波管１０の外側に放射される。反射波３１に対しては、それぞれ反対方向の回転放射となる。

この回転放射したマイクロ波は、対面するマイクロストリップ線路１１３および２１３に結合する。進行波３０に対してクロス開口１１１から放射されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路１１３と結合され、出力部１３１に大部分出力させるように、クロス開口１１１と対面させるマイクロストリップ線路１１３の構成を調整する。

ここで、進行波３０に対して出力部１３１に出力されずに終端回路１５０側の出力部１３２へ出力されてしまうマイクロ波と、反射波３１に対してマイクロストリップ線路１１３と結合して、終端回路１５０側の出力部１３２に出力されるマイクロ波は、終端回路１５０で吸収する構成としている。この構成によって、終端回路１５０側に出力されたマイクロ波が片端で反射して出力部１３１側に回り込むことを防ぎ、検波回路１１５による進行波に対応したマイクロ波量検出を正確に行うことが可能とする。

また、反射波３１に対してクロス開口２１１から放射されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路２１３と結合され、出力部２３１に大部分出力させるように、クロス開口１１１と対面させるマイクロストリップ線路２１３の構成を調整する。

ここで、反射波３１に対して出力部２３１に出力されずに終端回路２５０側の出力部２３２へ出力されてしまうマイクロ波と、進行波３０に対してマイクロストリップ線路２１３と結合して、終端回路２５０側の出力部２３２に出力されるマイクロ波は終端回路２５０で吸収する構成としている。この構成によって、終端回路２５０側に出力されたマイクロ波が片端で反射して出力部２３１側に回り込むことを防ぎ、検波回路２１５による反射波に対応したマイクロ波量検出を正確に行うことが可能とする。

クロス開口１１１および２１１と、プリント基板１１２および２１２上に構成されたマイクロストリップ線路１１３および２１３を対面させる相対位置を検討した結果、プリント基板１１２および２１２からクロス開口１１１および２１１側を鳥瞰したときにクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを取り囲むようにマイクロストリップ線路１１３および２１３を配置する構成で達成できた。すなわち、開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを取り囲むマイクロストリップ線路１１３および２１３は、導波管１０の管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂと、略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂのそれぞれの一端を接続する導波管１０の管軸Ｌ１に略平行な線路１１３ｃおよび２１３ｃにより構成している。また、略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂは、クロス開口１１１および２１１を形成する長さ１１１ｗおよび２１１ｗ方向の２つの開口のそれぞれに対面する長さとし、略平行な線路１１３ｃおよび２１３ｃは、クロス開口１１１および２１１の開口に対面しないように構成する。

この構成により、進行波３０に対してクロス開口１１１から放射されたマイクロ波とマイクロストリップ線路１１３が結合することで発生するマイクロ波のうちで、進行波３０
に対応するマイクロ波は、出力部１３１に大部分出力させることができた。また、反射波３１に対してクロス開口２１１から放射されたマイクロ波とマイクロストリップ線路２１３が結合することで発生するマイクロ波のうちで、反射波３１に対応するマイクロ波は、出力部２３１に大部分出力させることができた。

また、導波管の使用される環境の下で、進行波と反射波とが反対となる環境下でも通用させるために、マイクロストリップ線路１１３および２１３の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを取り囲む配置は、対称性を持たせる必要がある。したがって、マイクロストリップ線路１１３および２１３の導波管１０の管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂは、開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃから略等距離に配置させている。

次に解決すべき課題は、進行波と反射波とによって導波管１０内に形成される定在波の影響を解消し、進行波と反射波との検出分離度を確保することである。

図５〜図７を用いて、これを説明する。図５は略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａと線路１１３ｂおよび２１３ｂとの間隔１１３ｇおよび２１３ｇ（図４参照）を４ｍｍとした場合の方向性結合器における反射波電力検出ポートの特性を示す図、図６はその間隔１１３ｇおよび２１３ｇを２ｍｍとした場合の特性を示す図、図７は図５の条件における方向性結合器の進行波電力検出ポートの特性を示す図である。

これらの特性図は、導波管１０の一端にマイクロ波入力端、導波管１０の他端に反射波のレベルと位相を変化できる負荷を接続し、導波管１０の一端のマイクロ波入力端からマイクロ波信号を入力し、導波管他端の負荷を調整し反射波のレベルと位相を変化させてマイクロストリップ線路１１３の出力部１３１（進行波検知）、２３１（反射波検知）が検出するマイクロ波量をＳ２１、Ｓ３１としてネットワークアナライザを用いて測定し、Ｓ３１−Ｓ２１を計算してスミスチャートの極座標表示上に展開して得られた特性図である。

導波管１０、クロス開口１１１および２１１の形状は、上記したものを使用した。なお、図５〜図７に示す基準面５０（基準面は、進行波のすべてが完全反射し、位相が１８０度変化する面である）は、負荷の入力端を基準として示している。

極座標表示の中心は、反射波の電力が零、極座標表示の最外郭の円周上は、進行波のすべてが反射波になる。したがって、極座標表示の中心から最外郭の方向に外れるほど、反射波の電力量が増すのでＳ３１が大きくなり、Ｓ３１−Ｓ２１はその値が小さくなる（図５、図６はｄＢ表記しているので、値のマイナス数値は小さくなる）。

また、極座標表示の円周方向は、位相に関するもので、方向性結合器を配置した位置における反射波の位相を示す（但し、図５〜図７は負荷の入力面を基準面としているので、位相は相対表示である）。極座標表示における等しい円周上では、反射波の電力レベルは同じで、位相が違うだけである。したがって、Ｓ３１−Ｓ２１を極座標上に展開した場合、その等高線は、同心状になるのが理想特性である。

この観点で図５および図６の特性を分析すると、略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａと線路１１３ｂおよび２１３ｂとの間隔１１３ｇおよび２１３ｇが４ｍｍの場合は、等高線がほぼ同心状であり、間隔１１３ｇおよび２１３ｇが２ｍｍの場合は、等高線が極座標表示の中心から偏心した特性である。さらに図示していないが、間隔１１３ｇおよび２１３ｇを８ｍｍにすると２ｍｍとほぼ同様の特性になることを確認した。

間隔１１３ｇおよび２１３ｇの上述した関係から、定在波に対する課題の解消に間隔１１３ｇおよび２１３ｇを最適化すればよいことが認められた。以下、この現象について推察する。

クロス開口１１１および２１１から回転放射するマイクロ波の伝搬方向は、導波管１０内の伝送方向に対して略５０度であることが知られており、略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂをこの略５０度で回転放射する位置に配置させることで実現できると推察する。すなわち、これは略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａと線路１１３ｂおよび２１３ｂとの間隔１１３ｇおよび２１３ｇと、導波管１０の幅広面１０ａとプリント基板１１２および２１２のマイクロストリップ線路１１３および２１３を配するプリント基板Ｂ面１１２ｂおよび２１２ｂとの距離とを最適化させることである。

略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａと１１３ｂおよび２１３ｂはクロス開口１１１および２１１の開口に対面させる必要があり、導波管１０の幅広面１０ａとプリント基板１１２および２１２のマイクロストリップ線路１１３および２１３を配するプリント基板Ｂ面１１２ｂおよび２１２ｂとの距離は、５〜７ｍｍの適当な寸法を選択して解決できることを確認した。

この結果、導波管１０に実装する方向性結合器として小型実装を実現させることができる。

以上より、本実施の形態の方向性結合器は、その一例として周波数帯域が２４５０ＭＨｚにおいて、導波管１０の幅寸法が１００ｍｍ、高さ寸法が３０ｍｍ、Ｘ形状のクロス開口１１１の幅１１１ｄおよび２１１ｄ寸法が２ｍｍ、長さ寸法１１１ｗおよび２１１ｗが２０ｍｍ、クロス開口１１１および２１１に対面するプリント基板１１２および２１２までの隙間距離を６ｍｍ、マイクロストリップ線路１１３および２１３の導波管１０の管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂの間隔１１３ｇおよび２１３ｇを４ｍｍ、管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂの長さをクロス開口１１１および２１１の長さ１１１ｗおよび２１１ｗの２つの開口のそれぞれに対面するような長さを持たせる構成により、マイクロストリップ線路１１３の出力部１３１から進行波に対応したマイクロ波を取り出し検波回路１１５により観測し、マイクロストリップ線路２１３の出力部２３１から反射波に対応したマイクロ波を取り出し検波回路２１５により観測することで、マイクロストリップ線路１１３および２１３内での不要反射を防ぎつつ進行波と反射波とを分離して正確に検出することを可能にし、大量生産に対応して新規な導波管実装用のコンパクト形状からなる方向性結合器を提供することができる。

なお、上述の方向性結合器の進行波に対応した信号を検出するマイクロストリップ線路１１３の出力部１３１の特性を図７に示す。同特性は、上述したＳ２１に基づく特性を極座標表示として示したものである。極座標全領域に対して、負荷変動を考慮した進行波検出のばらつきは最大で約３ｄＢであった。

以上のように本実施の形態の方向性結合器によれば、導波管１０の幅広面１０ａに第１の開口部および第２の開口部としてのＸ形状のクロス開口１１１および２１１を、管軸Ｌ１に対し対称性を備えるように管軸を外した位置に設け、更にクロス開口１１１および２１１を略同一形状として配置することで、クロス開口１１１および２１１から略同量かつ所定の電力レベルのマイクロ波を導波管１０外に放射させる。この放射電力レベルは、導波管１０およびクロス開口１１１および２１１の形状と配置に基づいて規定できる。さらに、管軸Ｌ１に対して対称性を備えた２つのクロス開口としたことで、放射するマイクロ波は平面視における回転方向が互いに異なる回転放射とし、その放射方向を規定できる。
これらの作用を利用し、導波管実装の方向性結合器として、実装構成の高精度な管理を不要とするコンパクト形状の方向性結合器を実現させることを可能にしている。

また、個々の構成要件として、導波管１０の幅広面１０ａにおいて管軸Ｌ１を外して配置したＸ形状のクロス開口１１１および２１１と、クロス開口１１１および２１１に対向し導波管の外側に配置したプリント基板１１２および２１２と、プリント基板１１２および２１２のクロス開口１１１および２１１に対向する面に設けクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを鳥瞰的に線路内部に包含するとともに片端に反射抑制手段としての終端回路１２０および２２０、もう片端に検波回路１１５および２１５を有する結合線路としてのマイクロストリップ線路１１３および２１３を有した構成とした。

これにより、クロス開口１１１および２１１は、導波管の管軸Ｌ１を外して配置しているので、導波管１０内からクロス開口１１１および２１１を通して放射されるマイクロ波は、回転する電磁界である円偏波となる。ここでクロス開口１１１と２１１は管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状として配置されているため、開口から放射されるマイクロ波は平面視における回転方向が異なる以外は略同量、略同質となる。クロス開口１１１および２１１から放射されるこれらのマイクロ波はプリント基板１１２および２１２に設けたマイクロストリップ線路１１３および２１３に結合する。このマイクロストリップ線路１１３および２１３をクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを鳥瞰的に線路内部に包含するように配置することで、導波管内を伝送するマイクロ波の略同一位相における略同一量のマイクロ波を伝送方向分、反射方向分に分離することができる。更に、反射抑制手段としての終端回路１２０および２２０を同一端（例えば開口中央から管軸方向を見た時のマイクロストリップ線路１１３および２１３の左端）に配してマイクロストリップ線路１１３および２１３内反射を防止することで、検波回路１１５および２１５は、それぞれ伝送波と反射波の電力量を結合線路内反射の影響を受けることなく正確に観測することができる。

また、プリント基板１１２および２１２のクロス開口１１１および２１１に対面しない面は、全面をマイクロ波反射部材としての銅張とし、前記プリント基板１１２および２１２を前記導波管１０に支持し、マイクロストリップ線路１１３および２１３の信号を取り出すための取出し部１４１、１４２、２４１、２４２を除けば、クロス開口１１１および２１１から放射するマイクロ波をほぼシールドする導電性の支持部１１４および２１４を備えることで、プリント基板１１２および２１２を透過して不要輻射されるマイクロ波をプリント基板１１２および２１２で反射させ、クロス開口１１１および２１１から放射されるマイクロ波を導波管１０と支持部１１４および２１４とプリント基板１１２および２１２とで囲んだ空間に閉じ込め、不要輻射電力レベル規制値を満たし、周辺の電気部品や制御信号ラインなどへの不要輻射を抑制し、誤動作を回避させることができる。

また、方向性結合器の支持部１１４および２１４に、マイクロストリップ線路１１３および２１３の信号を取り出す取出し部１４１、１４２、２４１、２４２を設けたことによりクロス開口１１１および２１１から放射したマイクロ波を支持部１１４および２１４を含む空間内に閉じ込め、マイクロストリップ線路１１３および２１３が検出した信号のみを支持部１１４および２１４外に取り出すことができる。

また、方向性結合器のクロス開口１１１および２１１の開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃを鳥瞰的に線路内部に包含するマイクロストリップ線路１１３および２１３は、少なくとも導波管１０の管軸Ｌ１に略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂを有し、略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂは、鳥瞰的にクロス開口１１１および２１１に対向しクロス開口１１１および２１１の開
口中央部１１１ｃおよび２１１ｃの両端に設けた構成として、導波管１０内を双方向に伝送するマイクロ波の分離精度において、導波管１０に接続される負荷のインピーダンスの影響を緩和し、マイクロ波の分離検出度を高く維持させることができる。

略垂直な線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂは、それぞれの一端が鳥瞰的にクロス開口１１１および２１１に対面するクロス開口領域１１１ａおよび２１１ａにおいて導波管１０の管軸Ｌ１方向に対して略平行な線路１１３ｃおよび２１３ｃで連結した構成としたことにより、導波管１０内を双方向に伝搬するマイクロ波の分離検出度を高めることができるとともにマイクロストリップ線路１１３および２１３の構造を定性化でき、実用構造の設計が容易となる。

また、本実施の形態の方向性結合器は、その支持部１１４および２１４の外側にマイクロストリップ線路１１３および２１３の出力部１３１および２３１の信号を受け取る検波回路１１５および２１５と反射抑制手段としての終端回路１２０および２２０を配置したことにより導波管１０に設けたクロス開口１１１および２１１から放射されるマイクロ波の影響を受けることなくマイクロストリップ線路１１３および２１３が検出した信号の処理を行うことができる。

なお、検波回路１１５および２１５や終端回路１２０および２２０は、マイクロストリップ線路１１３および２１３と同一面に同じプリント基板１１２および２１２を用いて構成することで、マイクロストリップ線路１１３および２１３と検波回路１１５および２１５と終端回路１２０および２２０を作製するプリント基板の構成が単純化され信頼性を高く維持することができる。

なお、線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂ、線路１１３ｃおよび２１３ｃで囲まれる領域は、クロス開口領域１１１ａおよび２１１ａより小さくするのが望ましい。特に、本実施の形態の図４のように、線路１１３ａおよび２１３ａ、線路１１３ｂおよび２１３ｂを開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃとクロス開口領域１１１ａおよび２１１ａの端部（図４の左右の端部）の中ほどに配置し、線路１１３ｃおよび２１３ｃを開口中央部１１１ｃおよび２１１ｃとクロス開口領域１１１ａおよび２１１ａの端部（図４の上の端部）の中ほどに配置すれば、伝送波と反射波を精度よく分離して検出できる。

なお、本実施の形態における開口は、二つの長孔が交差するＸ字型のクロス開口を用いて説明したが、開口の形状はこれに限る物ではない。導波管１０の管軸Ｌ１に対して異なる角度に傾斜した二つ以上の長孔を内包するものであればよく、公差位置が長孔の中心からずれていても良い。たとえば、公差位置を中心から端にずらしていくと、Ｘ字型というよりもＬ字型やＴ字型に近い形状も考えられるし、長孔を三つ以上組み合わせることも考えられる。ちなみに、Ｘ字型で交差角度を直交からずらしていった場合、３０度程度傾けても電界が回転することは確認済みである。ただし、本実施の形態のように、Ｘ字型にして二つの長孔の中心同士で直交させると、最もきれいな（真円に近い）回転の円偏波を放射することができる。

さらに付け加えると、開口の形状は、円や多角形でも良い。前述の通り、開口の形状は、導波管１０の管軸Ｌ１に対して異なる角度に傾斜した二つ以上の長孔を内包する形状であれば良いと考えられるので、多くの長孔を少しずつ角度を変えて重ねて構成される円でもよく、Ｘ字型の長孔の４つの頂点を結んだ正方形でも良い。さらにそれらの形状を押しつぶしたような楕円や長方形や台形はもちろんのこと、四角形以外の多角形や、入りくんだ形状のハート型や星形など、いろいろな形状が考えられる。ここで、特に円や四角形などの場合は、Ｘ字型などの入りくんだ形状と比べると変形しにくい効果がある。

（実施の形態２）
次に、図８を用いて本発明の第２の実施の形態のマイクロ波加熱装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態２に関わるマイクロ波加熱装置の構成図である。

図８において、本実施の形態のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室１００と、加熱室１００に供給するマイクロ波を発生するたとえばマグネトロンのようなマイクロ波発生手段１０１と、マイクロ波発生手段１０１が発生するマイクロ波を加熱室１００に伝送する導波管１０２と、導波管１０２を伝送するマイクロ波を加熱室１００に放射させる放射手段１０３とを有し、マイクロ波発生手段１０１と放射手段１０３との間の導波管１０２の幅広面に実施の形態１で示した方向性結合器１０４を設けたものである。

方向性結合器１０４は、導波管１０２をマイクロ波発生手段１０１から放射手段１０３が配置された方向に伝送する進行波に対応する進行波検知信号１０４ａと、加熱室１００を含む放射手段１０３からマイクロ波発生手段１０１に導波管１０２内を伝送する反射波に対応する反射波検知信号１０４ｂとをそれぞれ検出し、それら検出信号を制御手段１０５に送る。駆動電源１０６はマイクロ波発生手段１０１を動作させる電力を供給するものであり、制御手段１０５からの信号に基づいて動作する。制御手段１０５は、マイクロ波加熱装置を用いる使用者が入力した加熱条件や装置が付帯する重量、蒸気量などをセンシングするセンサの信号などの動作情報１０７に基づき、駆動電源１０６や放射手段１０３を回転駆動させるモータ１０８にその動作指令を送信し、加熱室１００内の載置台１０９上に載置した被加熱物（図示していない）の加熱状態を使用者が所望する状態に加熱制御する。

以上の構成において、方向性結合器１０４は、被加熱物の加熱に伴う被加熱物自身の物理的変化による反射電力の時間的変化を検知することで、被加熱物内部の状態変化を含めた被加熱物の加熱進行状態を把握でき、また被加熱物の種類や量を把握でき、利便性の高いマイクロ波加熱装置を提供できる。

以上のように本発明に係る方向性結合器およびそれを用いたマイクロ波加熱装置は、コンパクトで実装上の構造精度が緩やかで、高精度観測可能な導波管対応の方向性結合器を提供できるので、構造の大きさの制約がある民生用のマイクロ波利用機器、たとえば電子レンジ、オーブンレンジなど、はもとより産業用のマイクロ波応用機器にも利用可能な方向性結合器を提供することができる。

１０、１０２ 導波管
１０ａ 幅広面
１００ 加熱室
１０１ マイクロ波発生手段
１０３ 放射手段
１０４ 方向性結合器
１０４ａ 進行波検知信号
１０４ｂ 反射波検知信号
１０５ 制御手段
１０６ 駆動電源
１０７ 動作情報
１０８ モータ
１０９ 載置台
１１１ クロス開口
１１１ａ クロス開口領域
１１１ｃ 開口中央部
１１２ プリント基板
１１２ａ プリント基板Ａ面
１１２ｂ プリント基板Ｂ面
１１３ マイクロストリップ線路
１１３ａ、１１３ｂ 略垂直な線路
１１３ｃ 略平行な線路
１１４ 支持部
１１５ 検波回路
１１８ 検波出力部
１３１、１３２ 出力部
１４１、１４２ 取出し部
１５０ 終端回路
２１１ クロス開口
２１１ａ クロス開口領域
２１１ｃ 開口中央部
２１２ プリント基板
２１２ａ プリント基板Ａ面
２１２ｂ プリント基板Ｂ面
２１３ マイクロストリップ線路
２１３ａ、２１３ｂ 略垂直な線路
２１３ｃ 略平行な線路
２１４ 支持部
２１５ 検波回路
２１８ 検波出力部
２３１、２３２ 出力部
２４１、２４２ 取出し部
２５０ 終端回路
９０１ クロス開口
９０２ マイクロストリップ線路
９１０ 進行波用検出回路
９２０ 反射波用検出回路
Ｔ マイクロストリップ線路に発生するマイクロ波
Ｔｒ 進行波用検出回路に入射する際に発生する跳ね返り量
Ｒ マイクロストリップ線路に発生するマイクロ波
Ｒｒ 反射波用検出回路に入射する際に発生する跳ね返り量
Ｌ１ 管軸

Claims (5)

1. 導波管の壁面に設けられた第１の開口部および第２の開口部と、前記導波管の外側に設けられた第１の結合線路と第２の結合線路、を備える方向性結合器であって、
   前記第１および第２の開口部は、管軸に対して対称性を備えた位置に略同一形状として配置され、さらに平面視において開口中央部が前記導波管の管軸と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成され、
   前記第１の結合線路は、平面視において前記第１の開口部の中央に対して対称性をもって横切るように配置され、前記第１の結合線路の片端に第１の反射抑制手段、もう片端に第１の検波回路を備え、
   前記第２の結合線路は、平面視において前記第２の開口部を中央に対して対称性をもって横切るように配置され、前記第２の結合線路の片端に第２の反射抑制手段、もう片端に第２の検波回路を備えた
   方向性結合器。
2. １つまたは複数のプリント基板を更に備え、
   前記第１および第２の結合線路は、前記プリント基板において前記第１および第２の開口部と対向する面に形成されている、請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記１つまたは複数のプリント基板を前記導波管の外面上で支持し前記結合線路の信号の取出し部を有するとともに、平面視において前記第１の開口部を包囲するように配置された導電性を有する第１の支持部と、前記第２の開口部を包囲するように配置された導電性を有する第２の支持部を更に備え、
   前記１つまたは複数のプリント基板の前記第１または第２の開口部に対向しない面には、マイクロ波反射部材が形成されている、請求項２に記載の方向性結合器。
4. 前記第１および第２の結合線路が有する第１および第２の反射抑制手段と、前記第１および第２の検波回路は、前記第１および第２の支持部の外側に配置される、請求項３に記載の方向性結合器。
5. 被加熱物を収納する加熱室と、
   前記加熱室に供給するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記加熱室に伝送する導波管と、
   前記導波管を伝送するマイクロ波を前記加熱室に放射させる放射手段と、を有するマイクロ波加熱装置において、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の方向性結合器を前記マイクロ波発生手段と前記放射手段との間の導波管に設けたマイクロ波加熱装置。

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