JP4144606B2 - フェライト移相器 - Google Patents

Description

この発明はフェライト移相器、特に、冷却構造を備えることにより導波管を伝搬する電磁波に効率良く作用するフェライト移相器に関するものである。

移相器とは、図５に示すように入力信号波形の位相を変化（入力信号に対し進ませる又は遅らせる）させ出力し負荷に供給する装置である。
従来のフェライト移相器では、マイクロ波伝送にともなうフェライト内部の発生熱を、フェライトを導波管の管面に接着し、直接排熱する構造であった（例えば、非特許文献１の図２参照）。

Ｙ．Ｋａｎｇ， Ａｒｇｏｎｎｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ａｒｇｏｎｎｅ， ＩＬ， Ｕ．Ｓ．Ａ． "Ｆａｓｔ ＲＦ ｆｅｒｒｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ" ＸＸ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｎａｃ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｍｏｎｔｅｒｅｙ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ｐｐ１０１２−１０１４， Ａｕｇｕｓｔ ２０００， Ｆｉｇ２

フェライト移相器とは導波管内にフェライトを配置し、導波管外部から外部磁気回路フェライト及びコイルに電流を流すことにより磁界を与え、導波管内部を伝搬する電磁波の位相を変化させるものである。導波管内部に電磁波が通過すると、フェライトの磁性体損によって発熱する。フェライトの熱伝導率は１０−３〔Ｗ／ｍｍ／Ｋ〕レベルと低く、また従来の構造では、フェライトを導波管の管面に接着し、外気による排熱を行っているため、フェライトの冷却が不十分であり、大電力でフェライト移相器を使用した場合、フェライトの内部温度が上昇し、磁性体としての性質を失って、移相器として機能しないという課題があった。

図４に熱除去の工夫を行っていない従来のフェライト移相器の一例を示す。１が導波管、２が前記導波管１内に装荷されたフェライト、４は前記導波管１下面にある外部磁気回路フェライト、６が磁界を発生させるためのコイルである。この形状で高周波高電力の電磁波が入力されると、フェライト内部温度が磁性体としての性質を失ってしまうほどの高温となり、移相器として機能しなくなるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大電力通過時においてもフェライトの温度上昇を抑制し、フェライト移相器としての性能を低下させないことを目的とする。

請求項１に係るフェライト移相器は、方形導波管と、この方形導波管の内部の一壁面に電磁波伝搬方向に沿って設けられた二組の棒状フェライトと、上記方形導波管外部で上記電磁波伝搬方向に沿って延在し上記二組の棒状フェライトの各下部に接着され二組の棒状フェライトを磁気的に結合する外部磁気回路フェライトと、この外部磁気回路フェライトの一部を巻くように設けられ上記二組の棒状フェライトと上記外部磁気回路フェライトの内部に磁気を発生するコイルと、上記方形導波管の一壁面の導波管外部に上記外部磁気回路フェライトを挟むように設けられ上記電磁波伝搬にともなう上記棒状フェライト及び外部磁気回路フェライト内で発生する熱を除去する冷却水流路とを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２に係るフェライト移相器は、上記棒状フェライトの周囲を放熱セラミックスで覆うようにしたことを特徴とするものである。

この発明は以上説明したように、フェライトの周囲を熱伝導率の高いセラミックス等で覆うことで排熱し易くし、さらに、フェライトを複数に分ける等の手段により、表面積を増加させることで排熱性能を向上させ、導波管底面外部に冷却水流路を設けることで冷却し、外部磁気回路フェライト内部に冷却水路によって冷却性能を向上させ、導波管側面及び上面を自然対流空冷によって冷却を行うことで、大電力通過時においてもフェライト移相器としての性能を低下させることなく、フェライトの温度上昇の抑制を向上する効果がある。

実施例１．
図１，２はこの発明の一実施例によるフェライト移相器冷却構造を示す図である。図において１は導波管で、電磁波伝搬方向の断面が矩形状の方形導波管である。２は前記導波管１内に配置された二組（各組２個ずつ）のフェライトで、形状として平板棒状が一般的である。このフェライトに対し導波管外部から磁界を供給することにより導波管内を伝搬する電磁波の導波管内波長を変化させ電磁波の位相を変化させる。各組２個ずつ設けているのは、フェライトを複数に分け、フェライト表面積を増加させることにより排熱を容易にするためである。

３は前記フェライト２の発熱を排熱する為の放熱セラミックス、４は前記導波管１下面にある外部磁気回路フェライトであって、上記二組のフェライト２を磁気的に結合するものである。５は前記外部磁気回路フェライト４を冷却する為の冷却水流路Ａ、６は上記外部磁気回路フェライトの一部を巻くように形成され、上記フェライト２と外部磁気回路フェライト６の内部に磁界を発生させる為の巻き線構造のコイルであって、このコイルにより導波管断面内に回転閉磁界が発生する。７は前記導波管１下面外側及び外部磁気回路フェライト４外側を冷却する為の冷却水流路Ｂである。

フェライト２は、方形導波管の矩形断面の長辺を含む壁面に設けられる。この壁面は方形導波管の基本モードであるＴＥ１０モードの電界と垂直な壁面である。より具体的には、フェライト２は、上記壁面の断面中央線を軸とした対称位置に電磁波伝搬方向に沿って設置されている（図１，２参照）。フェライト２と導波管１、放熱セラミックス３と導波管１及び外部磁気回路フェライト４と導波管１との接続には、例えば銅タングステンのような熱伝達率が高く、フェライト２、放熱セラミックス３、外部磁気回路フェライト４と熱膨張係数が近い接着剤が最適である。

次に発熱及び冷却構造について説明する。導波管内に大電力の電磁波が通過するとフェライトの磁性体損によってフェライト２が発熱する。この発明では、フェライトの熱を放熱するために、フェライト２を４本にし、表面積を増加させ、その周囲を熱伝導率が大きく誘電損の小さい放熱セラミックス３で覆うことで上面からの排熱を行う。本実施例では、放熱セラミックス３の材料の例として、窒化アルミを採用している。

また、導波管底面外側に冷却水流路Ｂ７を設け導波管底面を冷却することにより、導波管底面に設置されたフェライト２を冷却するとともに、外部磁気回路フェライト４の外側を冷却することができる。さらに、外部磁気回路フェライト４内部に冷却水流路Ａ５を設けることで外部磁気回路フェライト４の冷却効果を高める構造となっている。

実施例２．
図３はこの発明の他の実施例によるフェライト移相器冷却構造を示す図である。この実施例では、フェライト２の表面積を増加させず、導波管１外部にある外部磁気回路フェライト４、コイル６の全体を水冷するように冷却水流路Ｂ７を設けた構造となっている。移相器を通過する電磁波の電力が比較的小さい場合は、このような構造でも移相器として動作できる。

この発明の一実施例によるフェライト移相器冷却構造の構成を示す平面図である。 この発明の一実施例によるフェライト移相器冷却構造の構成を示す平面図及び拡大図である。 この発明の他の一実施例によるフェライト移相器冷却構造の構成を示す平面図である。 熱除去の工夫を行っていないフェライト移相器を示す平面図である。 移相器の動作を説明した図である。

符号の説明

１ 導波管、 ２ フェライト、 ３ 放熱セラミックス、 ４ 外部磁気回路フェライト、 ５ 冷却水流路Ａ、 ６ コイル、 ７ 冷却水流路Ｂ。

Claims (2)

1. 方形導波管と、この方形導波管の内部の一壁面に電磁波伝搬方向に沿って設けられた二組の棒状フェライトと、上記方形導波管外部で上記電磁波伝搬方向に沿って延在し上記二組の棒状フェライトの各下部に接着され二組の棒状フェライトを磁気的に結合する外部磁気回路フェライトと、この外部磁気回路フェライトの一部を巻くように設けられ上記二組の棒状フェライトと上記外部磁気回路フェライトの内部に磁気を発生するコイルと、上記方形導波管の一壁面の導波管外部壁面に上記外部磁気回路フェライトを挟むように設けられ上記電磁波伝搬にともなう上記棒状フェライト及び外部磁気回路フェライト内で発生する熱を除去する冷却水流路とを備えたことを特徴とするフェライト移相器。
2. 上記棒状フェライトの周囲を放熱セラミックスで覆うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のフェライト移相器。

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