JP4164934B2 - インピーダンス可変ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波伝送路やマイクロ波空胴共振器に組込まれて使用されるインピーダンス可変ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のユニットは、マイクロ波伝送路が導波管の場合にはたとえば導波管のＨ面から円筒状金属を挿入する構成が採られ円筒状金属のＨ面からの挿入深さを可変して導波管内の容量性成分を可変してインピーダンスを可変させるものがある。
【０００３】
また、導波管同士を接続する際のそれぞれの導波管の接続フランジの組み立てにおいて、接続部での隙間を皆無にすることが困難なため接続領域にチョーク溝を設ける技術がある。このチョーク溝は溝の深さが使用する周波数に対してその波長寸法の１／２の深さで構成され導波管管壁に望むチョーク溝の開口のインピーダンスを理想的には零にさせる技術である。この技術を応用するとチョーク溝の深さを可変させることでチョーク溝の開口部のインピーダンスを可変させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインピーダンス可変の構成は可変部材を上下あるいは左右方向に構造物を機械的に移動させる必要があり、インピーダンス可変の駆動系の構成が複雑であり、また可変部材と導波管本体との摺動に伴う磨耗対策あるいはスパーク発生の解消など様々な課題を有していた。
【０００５】
本発明は、インピーダンスの可変構成が簡易で、インピーダンス可変幅が大きく採れる新規な構成のインピーダンス可変ユニットを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のインピーダンス可変ユニットは上記課題を解決するために、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、前記誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させている。
【０００７】
上記発明によれば、誘電体板が終端面に略平行の場合に開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とすることで、一端が金属境界で終端された導波管の実効長（以下電気長と記す）を最大（すなわち、導波管内のマイクロ波の伝送波長の１／２の長さ）としている。また誘電体板を終端面に垂直にすると電気長は最小になる。これにより、誘電体板を回転させることで終端面で与えられるインピーダンス零（反射係数の位相は±１８０°）を開放端までの電気長に応じてインピーダンス変換し開放端のインピーダンスを容易に可変させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させている。このように誘電体板を回転駆動させる構成は、誘電体板が終端面に略平行の場合に開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とすることで、一端が金属境界で終端された導波管の電気長を最大（すなわち、導波管内のマイクロ波の伝送波長の１／２の長さ）としている。また誘電体板を終端面に垂直にすると電気長は最小になる。これにより、誘電体板を回転させることで終端面で与えられるインピーダンス零（反射係数の位相は±１８０°）を開放端までの電気長に応じてインピーダンス変換し開放端のインピーダンスを容易に可変させることができる。
【０００９】
本発明の請求項２のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔を有しそれ自身も所定間隔をもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる複数の誘電体板とを備え、前記誘電体板の少なくとも１つを回転駆動することで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させている。このように複数の誘電体板を設けた構成は、各誘電体板の回転位置を組み合わせることで開放端のインピーダンスを広範囲に可変できる。
【００１０】
本発明の請求項３のインピーダンス可変ユニットは、導波管の伝送モードはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）としている。このように導波管内の伝送モードをＴＥｎ０とすることで、導波管内の電磁場分布を特定化でき誘電体板の回転支持角度と開放端とのインピーダンス値とを１対１に対応させることができる。また、ｎの値を大きくすることで開放端の面積を拡大しインピーダンス可変が作用する領域を大きくすることができる。
【００１１】
本発明の請求項４のインピーダンス可変ユニットは、導波管の開放端における反射係数は、反射係数の位相値が０°と±１８０°とを含むように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成したことを特徴としている。このように開放端の反射係数の位相の可変幅を最大にすることでインピーダンス可変に伴う作用全体を容易に測定することができる。
【００１２】
本発明の請求項５のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面と所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、誘電体板の幅広面が導波管の終端に対して略４５°または略１３５°の状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°となるように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成し誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたものである。このような構成において誘電体板を回転させることで開放端に誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができる。
【００１３】
本発明の請求項６のインピーダンス可変ユニットは、導波管の終端の面と開放端の面とは略９０°の関係に構成している。このように終端の面と開放端の面とを構成することで導波管の長さが長い場合でもインピーダンス可変ユニットを偏平形状として組み込むことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示すインピーダンス可変ユニットの構成図、図２は図１の要部断面構成図である。
【００１６】
図１および図２において、インピーダンス可変ユニットの導波管１０は金属材料から構成された金属境界部を有しその内部にマイクロ波の伝搬空間１１を形成している。この伝搬空間１１の終端１２は金属境界として閉じている。また導波管の他端１３は開放端としている。伝搬空間１１内には平板形状の誘電体板１４を配置している。この誘電体板１４の両端には円筒状の支持部１５，１６を構成し、この支持部１５，１６は導波管１０のＥ面に設けた孔に挿入組立てておりこの孔によって回転支持させている。また、１７は誘電体板１４を回転駆動する駆動手段であるステッピングモータ、１８は誘電体板１４の支持部１５とステッピングモータ１７の駆動軸とを連結させる連結部を内蔵させたケースである。誘電体板１４は、導波管１０の開放端１３および終端１２との間隔をそれぞれＬｉ、Ｌｂとして配置している。１９はインピーダンス可変ユニットを組み込む時に用いられる接続フランジ（図示していないが取付け孔を設けてもよい）である。
【００１７】
次に本発明のインピーダンス可変ユニットの基本をなす誘電体板１４について説明する。誘電体板１４は、その材料の比誘電率と板厚さを最適に選択する必要がある。このことを理解していただくために極端な例について以下に説明する。
【００１８】
まず比誘電率が１とした場合、導波管１０の電気長は（Ｌｉ＋Ｌｂ）で一義的に決まる。この場合誘電体板１４を回転させても導波管の電気長は変化しない。したがってインピーダンス可変はできない。
【００１９】
一方、比誘電率が非常に大きい値とした場合、誘電体板１４が図２（ａ）の状態では開放端１３から入射したマイクロ波は誘電体板１４によってほぼ完全に反射し誘電体板１４を透過できない。この場合の電気長は（Ｌｉ−ｔ／２）である。ここでｔは誘電体板の板厚さである。また誘電体板１４が図２（ｂ）の状態では、導波管１０内の伝搬空間１１を伝搬するマイクロ波の伝搬波長が誘電体板１４の存在により若干波長圧縮されるので実質的な導波管１０の電気長は（Ｌｉ＋Ｌｂ＋α）となる。したがって開放端１３のインピーダンスは電気長として（Ｌｂ−ｔ／２＋α）相当だけ可変する。この時のαの大きさは比誘電率の値と誘電体板１４の板厚さに依存する。誘電体板１４の板厚さを大きくするとαは大きくなるが板厚さを厚くしすぎると誘電体板１４によってマイクロ波が反射するので板厚さには上限がある。理論上はαを相当大きくできるが、一例として比誘電率を１００００、板厚さｔを導波管１０の高さＨの１／３とした場合、空気と誘電体板１４との直列接続であるから、誘電体板１４が存在する伝搬空間１１の実効比誘電率は約１．５である。したがって、開放端１３のインピーダンス可変に寄与する電気長は略Ｌｂであり、Ｌｂとして導波管１０内のマイクロ波の伝搬波長寸法にすればインピーダンスの可変幅を最大にできる。しかし、たとえばマイクロ波の周波数が２４５０ＭＨｚ、導波管の伝搬モードをＴＥ１０モードとし幅寸法を８０ｍｍとするとＬｂは約１９０ｍｍとなり、導波管１０は大きな形状構成になる課題を有する。
【００２０】
以上の説明は本発明のインピーダンス可変ユニットの誘電体板１４の比誘電率の選択が重要であることを記述したものである。そして本発明のインピーダンス可変ユニットの誘電体板１４に使用する比誘電率の範囲は実用性を考慮して大よそ５以上３０以下であり、望ましくは７以上１５以下が好ましい。このような比誘電率の誘電体板においては、誘電体板を透過するマイクロ波と誘電体板の表面で反射するマイクロ波のエネルギがそれぞれ無視できない程度の配分となるからである。そして使用できる誘電体板１４の材料としては、ガラス系、セラミックス系あるいは樹脂系の中から用途に応じて選択できる。
【００２１】
そして誘電体板が終端面に平行の場合は導波管の電気長を最大にし、終端面に垂直の場合に電気長を最小にする。これにより、誘電体板を回転させる簡易構成によって開放端のインピーダンスを容易かつ広範囲に可変させることができる。
【００２２】
上記した構成のインピーダンス可変ユニットの具体的な特性例とその応用例について以下に説明する。なお、以下の説明で使用する誘電体板１４の回転支持角度は図２（ａ）に示す角度表現としている。
【００２３】
図３は、誘電体板１４の比誘電率が１２．３、板厚さが６．２ｍｍ、導波管１０の開放端の幅寸法と高さ寸法がそれぞれ８０ｍｍと３０ｍｍ、Ｌｂが２０ｍｍとした場合の、Ｌｉ寸法の変化に対する開放端１２の反射係数Ｓ１１の位相値の特性を示す。θ＝０ｄｅｇは誘電体板１４が図２（ａ）の状態であり、θ＝９０ｄｅｇは図２（ｂ）の状態である。
【００２４】
図３において、矢印２０すなわちＬｉ＝２０ｍｍの構成とすることで導波管１０の開放端１２の反射係数Ｓ１１の位相を略±１８０°から略０°の範囲で可変させることができることが認められる。また、矢印２１すなわちＬｉ＝３５ｍｍの構成とすることでθ＝４５ｄｅｇの時に開放端１３の反射係数Ｓ１１の位相を略±１８０°とし、誘電体板１４を回転させることで開放端１３には誘導性成分（位相範囲：＋１８０°から略＋１５０°）と容量性成分（位相範囲：−１８０°から略−１１５°）値を存在させることができることが認められる。
【００２５】
そして矢印２０で示す特性を備えたインピーダンス可変ユニットを構成することにより、開放端の反射係数の位相値を±１８０°とすることで開放端を金属壁面と同様の作用にさせることができ、インピーダンス可変ユニットを使用しない場合との特性比較を容易にチェックできる。また、開放端の反射係数の位相値として０°と±１８０°とを含むように可変させるユニット構成により、開放端の反射係数の位相の可変幅を最大化しインピーダンス可変に伴う作用全体を容易に確認できるとともに有効かつ広範囲の作用をさせることができる。
【００２６】
一方矢印２１で示す特性を備えたインピーダンス可変ユニットを構成することにより、誘電体板を回転させることで開放端に誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができる。
【００２７】
次に上記の構成の応用例を図４から図８を用いて説明する。
【００２８】
図４は図３の矢印２０で示した構成のインピーダンス可変ユニット２２を高周波加熱装置に実装した場合を示す。図において、２３は被加熱物が収納されるマイクロ波空胴共振器であるマイクロ波空間であり、右側壁面２４、左側壁面２５、奥壁面２６、上部壁面２７、底部壁面２８及び被加熱物をマイクロ波空間２３内に出し入れする開閉壁面である前面開閉壁面（図示していない）とにより略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。２９は左側壁面２５に形成した開孔部であり、インビーダンス可変ユニット２２の開放端に相当する。インピーダンス可変ユニット２２は、その終端面２２ａと開放端面に相当する開孔部２９とを略９０°の関係に構成している。これにより、インピーダンス可変ユニット２２搭載による高周波加熱装置の大型化を解消するとともに高周波加熱装置使用時の利便性を付与させている。
【００２９】
３０はマイクロ波空間２３内に給電するマイクロ波を発生させるマグネトロン、３１はマグネトロン３０を一端側に装着し、マグネトロン３０が発生するマイクロ波を伝送する導波管、３２は導波管３１を伝送したマイクロ波をマイクロ波空間２３内に放射する給電部であり、マイクロ波空間２３の右側壁面２４に配設している。また３３は被加熱物が載置される載置皿である。
【００３０】
次に図４の高周波加熱装置においてインピーダンス可変ユニット２２を動作させた時の加熱分布特性を図５に示す。図５は、誘電体板の回転角度に対する積水樹脂（株）製のアドヘア糊（登録商標）２００ｇを用いた加熱分布を示している。マイクロ波空間２３は、幅３１０ｍｍ奥行３１０ｍｍ高さ２１５ｍｍ、アドヘア糊（登録商標）を入れた容器の底面積は１００平方ｍｍである。
【００３１】
なお、アドヘア合成糊（登録商標）はポリビニールアルコール水溶液で通常の温度では透明であるが４５℃以上になると白濁する性質を有する。
【００３２】
マイクロ波出力は５００Ｗとし４０秒間加熱後の加熱分布を示し、白い領域が加熱された領域である。この応用例で用いたインピーダンス可変ユニットは開放端すなわち開孔部２９の反射係数Ｓ１１の位相を略−１８０°から略０°の容量性成分として変化させるものであり、開孔部２９に入射したマイクロ波と開孔部２９から再びマイクロ波空間２３内に反射するマイクロ波との位相差を最大で略１８０°可変することができる。これにより、マイクロ波空間２３内に生じる定在波分布は開孔部２９の反射係数Ｓ１１の位相に応じて移動させることができる。そして誘電体板の支持角度を可変することによりマイクロ波空間内の電界が大きい領域すなわち被加熱物の加熱においては温度上昇が大きい領域（すなわち、白い領域）を移動させることができる。
【００３３】
したがって、高周波加熱装置に本発明のインピーダンス可変ユニットを搭載することにより、被加熱物の中央部あるいは周辺部などのユーザが加熱したい領域を加熱させることを可能にし被加熱物に応じた最適あるいはユーザお好みの加熱を実行できる装置を提供できる。
【００３４】
図６は、インピーダンス可変ユニットの開放端の面積を拡大させる手段を提供するものである。すなわち、図６（ａ）は上述してきたインピーダンス可変ユニットであり、導波管１０内のマイクロ波の伝搬空間１１および開放胆１３の形状が伝搬対象となるマイクロ波の周波数に対してＴＥ１０モードを伝送させる形状としている。一方、図６（ｂ）は一実施形態として導波管３４内のマイクロ波の伝搬空間３５にはＴＥ２０モードにてマイクロ波を伝搬させるように導波管３４を形成している。すなわち、導波管３４の開放端３６の形状は、ＴＥ１０モード対応の開放端１３の幅寸法Ｗ１に対してその幅寸法Ｗ２を２倍としている。なお、図６中の開放端面には各伝搬モードに対応させた電界分布を電気力線３７〜３９にて示している。
【００３５】
このようにその開放端の形状を大きくしたことで本発明のインピーダンス可変ユニットが作用できる領域を拡大させることができ、たとえば上述した高周波加熱装置に搭載することで被加熱物の形状や量に対してより幅広い形状や量に対して加熱分布を可変させることができる。
【００３６】
なお、伝搬空間内に伝搬させるモードとしてはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）が実用上最も効果的である。すなわち、このモードを利用すれば誘電体板の板厚さはいずれのモードでも同一とすることができるとともに誘電体板の回転支持角度に基づいて開放端のインピーダンスを所定の値に制御性よく可変させることができる。
【００３７】
次に図３の矢印２１で示す構成のインピーダンス可変ユニット４０を高周波加熱装置に搭載した応用例を図７に示す。図７において図４と同一または同一機能相当の部材は同一番号で示す。
【００３８】
図７のインピーダンス可変ユニット４０は、誘電体板４１の支持角度を終端４０ａに対して略４５°（略１３５°も同様）の時にマイクロ波空間２３上側壁面２７に設けた開孔部２９における反射係数Ｓ１１の位相を略±１８０°としている。このような作用および構成からなるインピーダンス可変ユニット４０の実用上の効用を図８を用いて説明する。
【００３９】
図８は、図７のマグネトロン３０からマイクロ波空間２３側を見たときの負荷特性であり、たとえば点Ａは牛乳２００ｃｃを入れたマグカップ１個をマイクロ波空間２３の中央に載置した場合の負荷特性であり、点Ｂは上述のマグカップを２個並べてマイクロ波空間２３内に載置した場合の負荷特性を示す。また、領域Ｃはマグネトロン３０から供給されたマイクロ波を負荷である被加熱物が効率よく吸収する領域を示す。なお、上記の負荷特性は開孔部２９がない場合の特性である。
【００４０】
このような負荷特性の高周波加熱装置に対して本発明のインピーダンス可変ユニット４０を装着すると以下のような効用が得られる。すなわち、点Ａの負荷特性に対しては、インピーダンス可変ユニット４０の誘電体板の支持角度を０°に設定することで負荷特性点Ａを点Ａ‘に移動させることができ、牛乳へのマイクロ波吸収を促進し加熱時間を短縮化することができ省エネルギ化を図ることができる。一方、負荷特性点Ｂに対しては誘電体板の支持角度を９０°側に制御することで負荷特性の点Ｂを点Ｂ’に移動させることができる。これにより、上述と同様の加熱時間短縮および省エネルギ化を図ることができる。
【００４１】
（実施例２）
次に本発明の実施例２を図９から図１３を用いて説明する。実施例２が実施例１と相違する構成は、誘電体板を複数個備えたことである。
【００４２】
このような形態の実施例２の一例を図９に示す。図９において、４２はマイクロ波を伝送させる汎用の導波管であり、その導波管４２のＨ面には所定形状の開孔部４３が設けられている。この開孔部４３を開放端とした本発明のインピーダンス可変ユニット４４が配設されている。インピーダンス可変ユニット４４は同一形状からなる誘電体板４５，４６を所定間隔にて配置している。そしてこれらの誘電体板はそれぞれ独立に回転制御できるようにしている。なお、以下の説明で使用している誘電体板の支持角度θ１、θ２は図９に示す方向の角度表現である。
【００４３】
二つの誘電体板を備えた実施例２の具体的構成寸法を図１０をもとに示すと、誘電体板４６と開孔部４３との間隔Ｌｉは２０ｍｍ、各誘電体板４５，４６の間隔ＬＭは４０ｍｍ、誘電体板４５と終端面４７との間隔は２０ｍｍ、開孔部形状は幅寸法および高さ寸法がそれぞれ８０ｍｍと３０ｍｍ、そして各誘電体板の形状および仕様は実施例１と同様のものを用いている。
【００４４】
また図１０は、二つの誘電体板の回転角度制御の一例を示すものであり、図１０（ａ）は、誘電体板４６は支持角度θ２＝０°固定として誘電体板４５を回転制御させることを示し、図１０（ｂ）は誘電体板４６を支持角度θ２＝９０°固定として誘電体板４５を回転制御させることを示している。
【００４５】
図１０（ａ）に示す制御に対する開放端である開孔部４３の反射係数Ｓ１１の大きさＭａｇを誘電体板４５の支持角度θ１をパラメータとして図１１に示す。
【００４６】
図１１の特性より、誘電体板４５の支持角度θ１を特定の角度、すなわち４５°あるいは１３５°にすることで二つの誘電体板を備えたインピーダンス可変ユニット４４を共振状態に設定できることが認められる。すなわち、図１０（ａ）に示すような制御方法によれば、インピーダンス可変ユニットを共振素子あるいは整合素子として利用できる。
【００４７】
また、図１０（ｂ）に示す制御に対し誘電体板４５の支持角度θ１をパラメータとした時の開放端である開孔部４３の反射係数Ｓ１１の大きさＭａｇおよび図９に示した導波管４２の反射係数Ｓ１１の大きさＭａｇをそれぞれ図１２および図１３に示す。
【００４８】
図１３の特性より、インピーダンス可変ユニットは誘電体板４５の支持角度θ１を特定の角度、すなわち４５°あるいは１３５°にすることで導波管４２を伝送するマイクロ波の伝送量を可変制御できることが認められる。一方、図１２の特性より、伝送量を大きく低減できる誘電体板４５の支持角度θ１の反射特性Ｓ１１の大きさＭａｇは０．７以上の大きさであり、インピーダンス可変ユニット内でのマイクロ波の蓄積は少ないことから導波管４２を伝送するマイクロ波の電力が１００Ｗ以上の大きな電力伝送系にも適用でき、その伝送量を可変制御することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【００５０】
（１）請求項１のインピーダンス可変ユニットによれば、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたことにより、誘電体板が終端面に略平行の場合に開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とすることで、一端が金属境界で終端された導波管の電気長を最大（すなわち、導波管内のマイクロ波の伝送波長の１／２の長さ）にし、また誘電体板を終端面に垂直にすると電気長は最小になる。これにより、誘電体板を回転させることで終端面で与えられるインピーダンス零（反射係数の位相は±１８０°）を開放端までの電気長に応じてインピーダンス変換し開放端のインピーダンスを容易に可変させることができる。
【００５１】
（２）請求項２のインピーダンス可変ユニットによれば、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔を有しそれ自身も所定間隔をもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる複数の誘電体板とを備え、誘電体板の少なくとも１つを回転駆動することで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたことにより、各誘電体板の回転位置を組み合わせることで開放端のインピーダンスを広範囲に可変できる。
【００５２】
（３）請求項３のインピーダンス可変ユニットによれば、導波管の伝送モードはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）としたことにより、導波管内の電磁場分布を特定化でき誘電体板の回転支持角度と開放端とのインピーダンス値とを１対１に対応させることができる。また、ｎの値を大きくすることで開放端の面積を拡大しインピーダンス可変が作用する領域を大きくすることができる。
【００５３】
（４）請求項４のインピーダンス可変ユニットによれば、導波管の開放端における反射係数は、反射係数の位相値が０°と±１８０°とを含むように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成したことにより、開放端の反射係数の位相の可変幅を最大にすることでインピーダンス可変に伴う作用全体を容易に測定することができるとともに大きな作用幅とできる。
【００５４】
（５）請求項５のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面と所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、前記誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に対して略４５°または略１３５°の状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°となるように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成し誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたことにより、誘電体板を回転させることで開放端に誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができ、整合素子として利用できる。
【００５５】
（６）請求項６のインピーダンス可変ユニットによれば、導波管の終端面と開放端面とは略９０°の関係に構成したことにより、導波管の長さが長い場合でも組み込み状態を偏平にすることができ、本ユニットの搭載性を高く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１を示すインピーダンス可変ユニットの構成図
【図２】 同図１のインピーダンス可変ユニットの回転制御内容を示した断面構成図
【図３】 同インピーダンス可変手段の構成寸法に対する開放端における反射係数の位相特性図
【図４】 同インピーダンス可変ユニットの搭載応用例１を示す高周波加熱装置の構成図
【図５】 同図４の高周波加熱装置においてインピーダンス可変ユニットの効用を示す加熱分布特性図
【図６】 （ａ）本発明の実施例１の展開例を示すインピーダンス可変ユニットの構成図
（ｂ）図６（ａ）のインピーダンス可変ユニットの電界分布を電気力線で示した図
（ｃ）本発明の実施例１の他の展開例を示すインピーダンス可変ユニットの構成図
（ｄ）図６（ｃ）のインピーダンス可変ユニットの電界分布を電気力線で示した図
【図７】 本発明の実施例１のインピーダンス可変ユニットの搭載応用例２を示す高周波加熱装置の構成図
【図８】 同図７の高周波加熱装置においてインピーダンス可変ユニットの効用を示す負荷特性図
【図９】 本発明の実施例２を示すインピーダンス可変ユニットの搭載応用例を示す導波管の構成図
【図１０】 （ａ）同図９のインピーダンス可変ユニットの回転制御内容を示した断面構成図
（ｂ）同図９のインピーダンス可変ユニットの回転制御内容を示した断面構成図
【図１１】 同図１０（ａ）に示すインピーダンス可変ユニットの開放端における反射係数の特性図
【図１２】 同図１０（ｂ）に示すインピーダンス可変ユニットの開放端における反射係数の特性図
【図１３】 同図１０（ｂ）に示すインピーダンス可変ユニットを用いた図９の導波管の伝送特性図
【符号の説明】
１０、３４ 導波管
１２、４７ 導波管の終端
１３、３６ 導波管の開放端
１４、４１、４５、４６ 誘電体板
２２、４０、４４ インピーダンス可変ユニット
２２ａ、４０ａ インピーダンス可変ユニットの終端
２９、４３ 開孔部（開放端）
３７ ＴＥ１０モード
３８、３９ ＴＥ２０モード
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波伝送路やマイクロ波空胴共振器に組込まれて使用されるインピーダンス可変ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のユニットは、マイクロ波伝送路が導波管の場合にはたとえば導波管のＨ面から円筒状金属を挿入する構成が採られ円筒状金属のＨ面からの挿入深さを可変して導波管内の容量性成分を可変してインピーダンスを可変させるものがある。
【０００３】
また、導波管同士を接続する際のそれぞれの導波管の接続フランジの組み立てにおいて、接続部での隙間を皆無にすることが困難なため接続領域にチョーク溝を設ける技術がある。このチョーク溝は溝の深さが使用する周波数に対してその波長寸法の１／２の深さで構成され導波管管壁に望むチョーク溝の開口のインピーダンスを理想的には零にさせる技術である。この技術を応用するとチョーク溝の深さを可変させることでチョーク溝の開口部のインピーダンスを可変させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインピーダンス可変の構成は可変部材を上下あるいは左右方向に構造物を機械的に移動させる必要があり、インピーダンス可変の駆動系の構成が複雑であり、また可変部材と導波管本体との摺動に伴う磨耗対策あるいはスパーク発生の解消など様々な課題を有していた。
【０００５】
本発明は、インピーダンスの可変構成が簡易で、インピーダンス可変幅が大きく採れる新規な構成のインピーダンス可変ユニットを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のインピーダンス可変ユニットは上記課題を解決するために、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、前記誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させている。
【０００７】
上記発明によれば、誘電体板が終端面に略平行の場合に開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とすることで、一端が金属境界で終端された導波管の実効長（以下電気長と記す）を最大（すなわち、導波管内のマイクロ波の伝送波長の１／２の長さ）としている。また誘電体板を終端面に垂直にすると電気長は最小になる。これにより、誘電体板を回転させることで終端面で与えられるインピーダンス零（反射係数の位相は±１８０°）を開放端までの電気長に応じてインピーダンス変換し開放端のインピーダンスを容易に可変させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させている。このように誘電体板を回転駆動させる構成は、誘電体板が終端面に略平行の場合に開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とすることで、一端が金属境界で終端された導波管の電気長を最大（すなわち、導波管内のマイクロ波の伝送波長の１／２の長さ）としている。また誘電体板を終端面に垂直にすると電気長は最小になる。これにより、誘電体板を回転させることで終端面で与えられるインピーダンス零（反射係数の位相は±１８０°）を開放端までの電気長に応じてインピーダンス変換し開放端のインピーダンスを容易に可変させることができる。
【０００９】
本発明の請求項２のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔を有しそれ自身も所定間隔をもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる複数の誘電体板とを備え、前記誘電体板の少なくとも１つを回転駆動することで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させている。このように複数の誘電体板を設けた構成は、各誘電体板の回転位置を組み合わせることで開放端のインピーダンスを広範囲に可変できる。
【００１０】
本発明の請求項３のインピーダンス可変ユニットは、導波管の伝送モードはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）としている。このように導波管内の伝送モードをＴＥｎ０とすることで、導波管内の電磁場分布を特定化でき誘電体板の回転支持角度と開放端とのインピーダンス値とを１対１に対応させることができる。また、ｎの値を大きくすることで開放端の面積を拡大しインピーダンス可変が作用する領域を大きくすることができる。
【００１１】
本発明の請求項４のインピーダンス可変ユニットは、導波管の開放端における反射係数は、反射係数の位相値が０°と±１８０°とを含むように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成したことを特徴としている。このように開放端の反射係数の位相の可変幅を最大にすることでインピーダンス可変に伴う作用全体を容易に測定することができる。
【００１２】
本発明の請求項５のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面と所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、誘電体板の幅広面が導波管の終端に対して略４５°または略１３５°の状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°となるように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成し誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたものである。このような構成において誘電体板を回転させることで開放端に誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができる。
【００１３】
本発明の請求項６のインピーダンス可変ユニットは、導波管の終端の面と開放端の面とは略９０°の関係に構成している。このように終端の面と開放端の面とを構成することで導波管の長さが長い場合でもインピーダンス可変ユニットを偏平形状として組み込むことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示すインピーダンス可変ユニットの構成図、図２は図１の要部断面構成図である。
【００１６】
図１および図２において、インピーダンス可変ユニットの導波管１０は金属材料から構成された金属境界部を有しその内部にマイクロ波の伝搬空間１１を形成している。この伝搬空間１１の終端１２は金属境界として閉じている。また導波管の他端１３は開放端としている。伝搬空間１１内には平板形状の誘電体板１４を配置している。この誘電体板１４の両端には円筒状の支持部１５，１６を構成し、この支持部１５，１６は導波管１０のＥ面に設けた孔に挿入組立てておりこの孔によって回転支持させている。また、１７は誘電体板１４を回転駆動する駆動手段であるステッピングモータ、１８は誘電体板１４の支持部１５とステッピングモータ１７の駆動軸とを連結させる連結部を内蔵させたケースである。誘電体板１４は、導波管１０の開放端１３および終端１２との間隔をそれぞれＬｉ、Ｌｂとして配置している。１９はインピーダンス可変ユニットを組み込む時に用いられる接続フランジ（図示していないが取付け孔を設けてもよい）である。
【００１７】
次に本発明のインピーダンス可変ユニットの基本をなす誘電体板１４について説明する。誘電体板１４は、その材料の比誘電率と板厚さを最適に選択する必要がある。このことを理解していただくために極端な例について以下に説明する。
【００１８】
まず比誘電率が１とした場合、導波管１０の電気長は（Ｌｉ＋Ｌｂ）で一義的に決まる。この場合誘電体板１４を回転させても導波管の電気長は変化しない。したがってインピーダンス可変はできない。
【００１９】
一方、比誘電率が非常に大きい値とした場合、誘電体板１４が図２（ａ）の状態では開放端１３から入射したマイクロ波は誘電体板１４によってほぼ完全に反射し誘電体板１４を透過できない。この場合の電気長は（Ｌｉ−ｔ／２）である。ここでｔは誘電体板の板厚さである。また誘電体板１４が図２（ｂ）の状態では、導波管１０内の伝搬空間１１を伝搬するマイクロ波の伝搬波長が誘電体板１４の存在により若干波長圧縮されるので実質的な導波管１０の電気長は（Ｌｉ＋Ｌｂ＋α）となる。したがって開放端１３のインピーダンスは電気長として（Ｌｂ−ｔ／２＋α）相当だけ可変する。この時のαの大きさは比誘電率の値と誘電体板１４の板厚さに依存する。誘電体板１４の板厚さを大きくするとαは大きくなるが板厚さを厚くしすぎると誘電体板１４によってマイクロ波が反射するので板厚さには上限がある。理論上はαを相当大きくできるが、一例として比誘電率を１００００、板厚さｔを導波管１０の高さＨの１／３とした場合、空気と誘電体板１４との直列接続であるから、誘電体板１４が存在する伝搬空間１１の実効比誘電率は約１．５である。したがって、開放端１３のインピーダンス可変に寄与する電気長は略Ｌｂであり、Ｌｂとして導波管１０内のマイクロ波の伝搬波長寸法にすればインピーダンスの可変幅を最大にできる。しかし、たとえばマイクロ波の周波数が２４５０ＭＨｚ、導波管の伝搬モードをＴＥ１０モードとし幅寸法を８０ｍｍとするとＬｂは約１９０ｍｍとなり、導波管１０は大きな形状構成になる課題を有する。
【００２０】
以上の説明は本発明のインピーダンス可変ユニットの誘電体板１４の比誘電率の選択が重要であることを記述したものである。そして本発明のインピーダンス可変ユニットの誘電体板１４に使用する比誘電率の範囲は実用性を考慮して大よそ５以上３０以下であり、望ましくは７以上１５以下が好ましい。このような比誘電率の誘電体板においては、誘電体板を透過するマイクロ波と誘電体板の表面で反射するマイクロ波のエネルギがそれぞれ無視できない程度の配分となるからである。そして使用できる誘電体板１４の材料としては、ガラス系、セラミックス系あるいは樹脂系の中から用途に応じて選択できる。
【００２１】
そして誘電体板が終端面に平行の場合は導波管の電気長を最大にし、終端面に垂直の場合に電気長を最小にする。これにより、誘電体板を回転させる簡易構成によって開放端のインピーダンスを容易かつ広範囲に可変させることができる。
【００２２】
上記した構成のインピーダンス可変ユニットの具体的な特性例とその応用例について以下に説明する。なお、以下の説明で使用する誘電体板１４の回転支持角度は図２（ａ）に示す角度表現としている。
【００２３】
図３は、誘電体板１４の比誘電率が１２．３、板厚さが６．２ｍｍ、導波管１０の開放端の幅寸法と高さ寸法がそれぞれ８０ｍｍと３０ｍｍ、Ｌｂが２０ｍｍとした場合の、Ｌｉ寸法の変化に対する開放端１２の反射係数Ｓ１１の位相値の特性を示す。θ＝０ｄｅｇは誘電体板１４が図２（ａ）の状態であり、θ＝９０ｄｅｇは図２（ｂ）の状態である。
【００２４】
図３において、矢印２０すなわちＬｉ＝２０ｍｍの構成とすることで導波管１０の開放端１２の反射係数Ｓ１１の位相を略±１８０°から略０°の範囲で可変させることができることが認められる。また、矢印２１すなわちＬｉ＝３５ｍｍの構成とすることでθ＝４５ｄｅｇの時に開放端１３の反射係数Ｓ１１の位相を略±１８０°とし、誘電体板１４を回転させることで開放端１３には誘導性成分（位相範囲：＋１８０°から略＋１５０°）と容量性成分（位相範囲：−１８０°から略−１１５°）値を存在させることができることが認められる。
【００２５】
そして矢印２０で示す特性を備えたインピーダンス可変ユニットを構成することにより、開放端の反射係数の位相値を±１８０°とすることで開放端を金属壁面と同様の作用にさせることができ、インピーダンス可変ユニットを使用しない場合との特性比較を容易にチェックできる。また、開放端の反射係数の位相値として０°と±１８０°とを含むように可変させるユニット構成により、開放端の反射係数の位相の可変幅を最大化しインピーダンス可変に伴う作用全体を容易に確認できるとともに有効かつ広範囲の作用をさせることができる。
【００２６】
一方矢印２１で示す特性を備えたインピーダンス可変ユニットを構成することにより、誘電体板を回転させることで開放端に誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができる。
【００２７】
次に上記の構成の応用例を図４から図８を用いて説明する。
【００２８】
図４は図３の矢印２０で示した構成のインピーダンス可変ユニット２２を高周波加熱装置に実装した場合を示す。図において、２３は被加熱物が収納されるマイクロ波空胴共振器であるマイクロ波空間であり、右側壁面２４、左側壁面２５、奥壁面２６、上部壁面２７、底部壁面２８及び被加熱物をマイクロ波空間２３内に出し入れする開閉壁面である前面開閉壁面（図示していない）とにより略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。２９は左側壁面２５に形成した開孔部であり、インビーダンス可変ユニット２２の開放端に相当する。インピーダンス可変ユニット２２は、その終端面２２ａと開放端面に相当する開孔部２９とを略９０°の関係に構成している。これにより、インピーダンス可変ユニット２２搭載による高周波加熱装置の大型化を解消するとともに高周波加熱装置使用時の利便性を付与させている。
【００２９】
３０はマイクロ波空間２３内に給電するマイクロ波を発生させるマグネトロン、３１はマグネトロン３０を一端側に装着し、マグネトロン３０が発生するマイクロ波を伝送する導波管、３２は導波管３１を伝送したマイクロ波をマイクロ波空間２３内に放射する給電部であり、マイクロ波空間２３の右側壁面２４に配設している。また３３は被加熱物が載置される載置皿である。
【００３０】
次に図４の高周波加熱装置においてインピーダンス可変ユニット２２を動作させた時の加熱分布特性を図５に示す。図５は、誘電体板の回転角度に対する積水樹脂（株）製のアドヘア糊（登録商標）２００ｇを用いた加熱分布を示している。マイクロ波空間２３は、幅３１０ｍｍ奥行３１０ｍｍ高さ２１５ｍｍ、アドヘア糊（登録商標）を入れた容器の底面積は１００平方ｍｍである。
【００３１】
なお、アドヘア合成糊（登録商標）はポリビニールアルコール水溶液で通常の温度では透明であるが４５℃以上になると白濁する性質を有する。
【００３２】
マイクロ波出力は５００Ｗとし４０秒間加熱後の加熱分布を示し、白い領域が加熱された領域である。この応用例で用いたインピーダンス可変ユニットは開放端すなわち開孔部２９の反射係数Ｓ１１の位相を略−１８０°から略０°の容量性成分として変化させるものであり、開孔部２９に入射したマイクロ波と開孔部２９から再びマイクロ波空間２３内に反射するマイクロ波との位相差を最大で略１８０°可変することができる。これにより、マイクロ波空間２３内に生じる定在波分布は開孔部２９の反射係数Ｓ１１の位相に応じて移動させることができる。そして誘電体板の支持角度を可変することによりマイクロ波空間内の電界が大きい領域すなわち被加熱物の加熱においては温度上昇が大きい領域（すなわち、白い領域）を移動させることができる。
【００３３】
したがって、高周波加熱装置に本発明のインピーダンス可変ユニットを搭載することにより、被加熱物の中央部あるいは周辺部などのユーザが加熱したい領域を加熱させることを可能にし被加熱物に応じた最適あるいはユーザお好みの加熱を実行できる装置を提供できる。
【００３４】
図６は、インピーダンス可変ユニットの開放端の面積を拡大させる手段を提供するものである。すなわち、図６（ａ）は上述してきたインピーダンス可変ユニットであり、導波管１０内のマイクロ波の伝搬空間１１および開放胆１３の形状が伝搬対象となるマイクロ波の周波数に対してＴＥ１０モードを伝送させる形状としている。一方、図６（ｂ）は一実施形態として導波管３４内のマイクロ波の伝搬空間３５にはＴＥ２０モードにてマイクロ波を伝搬させるように導波管３４を形成している。すなわち、導波管３４の開放端３６の形状は、ＴＥ１０モード対応の開放端１３の幅寸法Ｗ１に対してその幅寸法Ｗ２を２倍としている。なお、図６中の開放端面には各伝搬モードに対応させた電界分布を電気力線３７〜３９にて示している。
【００３５】
このようにその開放端の形状を大きくしたことで本発明のインピーダンス可変ユニットが作用できる領域を拡大させることができ、たとえば上述した高周波加熱装置に搭載することで被加熱物の形状や量に対してより幅広い形状や量に対して加熱分布を可変させることができる。
【００３６】
なお、伝搬空間内に伝搬させるモードとしてはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）が実用上最も効果的である。すなわち、このモードを利用すれば誘電体板の板厚さはいずれのモードでも同一とすることができるとともに誘電体板の回転支持角度に基づいて開放端のインピーダンスを所定の値に制御性よく可変させることができる。
【００３７】
次に図３の矢印２１で示す構成のインピーダンス可変ユニット４０を高周波加熱装置に搭載した応用例を図７に示す。図７において図４と同一または同一機能相当の部材は同一番号で示す。
【００３８】
図７のインピーダンス可変ユニット４０は、誘電体板４１の支持角度を終端４０ａに対して略４５°（略１３５°も同様）の時にマイクロ波空間２３上側壁面２７に設けた開孔部２９における反射係数Ｓ１１の位相を略±１８０°としている。このような作用および構成からなるインピーダンス可変ユニット４０の実用上の効用を図８を用いて説明する。
【００３９】
図８は、図７のマグネトロン３０からマイクロ波空間２３側を見たときの負荷特性であり、たとえば点Ａは牛乳２００ｃｃを入れたマグカップ１個をマイクロ波空間２３の中央に載置した場合の負荷特性であり、点Ｂは上述のマグカップを２個並べてマイクロ波空間２３内に載置した場合の負荷特性を示す。また、領域Ｃはマグネトロン３０から供給されたマイクロ波を負荷である被加熱物が効率よく吸収する領域を示す。なお、上記の負荷特性は開孔部２９がない場合の特性である。
【００４０】
このような負荷特性の高周波加熱装置に対して本発明のインピーダンス可変ユニット４０を装着すると以下のような効用が得られる。すなわち、点Ａの負荷特性に対しては、インピーダンス可変ユニット４０の誘電体板の支持角度を０°に設定することで負荷特性点Ａを点Ａ‘に移動させることができ、牛乳へのマイクロ波吸収を促進し加熱時間を短縮化することができ省エネルギ化を図ることができる。一方、負荷特性点Ｂに対しては誘電体板の支持角度を９０°側に制御することで負荷特性の点Ｂを点Ｂ’に移動させることができる。これにより、上述と同様の加熱時間短縮および省エネルギ化を図ることができる。
【００４１】
（実施例２）
次に本発明の実施例２を図９から図１３を用いて説明する。実施例２が実施例１と相違する構成は、誘電体板を複数個備えたことである。
【００４２】
このような形態の実施例２の一例を図９に示す。図９において、４２はマイクロ波を伝送させる汎用の導波管であり、その導波管４２のＨ面には所定形状の開孔部４３が設けられている。この開孔部４３を開放端とした本発明のインピーダンス可変ユニット４４が配設されている。インピーダンス可変ユニット４４は同一形状からなる誘電体板４５，４６を所定間隔にて配置している。そしてこれらの誘電体板はそれぞれ独立に回転制御できるようにしている。なお、以下の説明で使用している誘電体板の支持角度θ１、θ２は図９に示す方向の角度表現である。
【００４３】
二つの誘電体板を備えた実施例２の具体的構成寸法を図１０をもとに示すと、誘電体板４６と開孔部４３との間隔Ｌｉは２０ｍｍ、各誘電体板４５，４６の間隔ＬＭは４０ｍｍ、誘電体板４５と終端面４７との間隔は２０ｍｍ、開孔部形状は幅寸法および高さ寸法がそれぞれ８０ｍｍと３０ｍｍ、そして各誘電体板の形状および仕様は実施例１と同様のものを用いている。
【００４４】
また図１０は、二つの誘電体板の回転角度制御の一例を示すものであり、図１０（ａ）は、誘電体板４６は支持角度θ２＝０°固定として誘電体板４５を回転制御させることを示し、図１０（ｂ）は誘電体板４６を支持角度θ２＝９０°固定として誘電体板４５を回転制御させることを示している。
【００４５】
図１０（ａ）に示す制御に対する開放端である開孔部４３の反射係数Ｓ１１の大きさＭａｇを誘電体板４５の支持角度θ１をパラメータとして図１１に示す。
【００４６】
図１１の特性より、誘電体板４５の支持角度θ１を特定の角度、すなわち４５°あるいは１３５°にすることで二つの誘電体板を備えたインピーダンス可変ユニット４４を共振状態に設定できることが認められる。すなわち、図１０（ａ）に示すような制御方法によれば、インピーダンス可変ユニットを共振素子あるいは整合素子として利用できる。
【００４７】
また、図１０（ｂ）に示す制御に対し誘電体板４５の支持角度θ１をパラメータとした時の開放端である開孔部４３の反射係数Ｓ１１の大きさＭａｇおよび図９に示した導波管４２の反射係数Ｓ１１の大きさＭａｇをそれぞれ図１２および図１３に示す。
【００４８】
図１３の特性より、インピーダンス可変ユニットは誘電体板４５の支持角度θ１を特定の角度、すなわち４５°あるいは１３５°にすることで導波管４２を伝送するマイクロ波の伝送量を可変制御できることが認められる。一方、図１２の特性より、伝送量を大きく低減できる誘電体板４５の支持角度θ１の反射特性Ｓ１１の大きさＭａｇは０．７以上の大きさであり、インピーダンス可変ユニット内でのマイクロ波の蓄積は少ないことから導波管４２を伝送するマイクロ波の電力が１００Ｗ以上の大きな電力伝送系にも適用でき、その伝送量を可変制御することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【００５０】
（１）請求項１のインピーダンス可変ユニットによれば、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたことにより、誘電体板が終端面に略平行の場合に開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とすることで、一端が金属境界で終端された導波管の電気長を最大（すなわち、導波管内のマイクロ波の伝送波長の１／２の長さ）にし、また誘電体板を終端面に垂直にすると電気長は最小になる。これにより、誘電体板を回転させることで終端面で与えられるインピーダンス零（反射係数の位相は±１８０°）を開放端までの電気長に応じてインピーダンス変換し開放端のインピーダンスを容易に可変させることができる。
【００５１】
（２）請求項２のインピーダンス可変ユニットによれば、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔を有しそれ自身も所定間隔をもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる複数の誘電体板とを備え、誘電体板の少なくとも１つを回転駆動することで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたことにより、各誘電体板の回転位置を組み合わせることで開放端のインピーダンスを広範囲に可変できる。
【００５２】
（３）請求項３のインピーダンス可変ユニットによれば、導波管の伝送モードはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）としたことにより、導波管内の電磁場分布を特定化でき誘電体板の回転支持角度と開放端とのインピーダンス値とを１対１に対応させることができる。また、ｎの値を大きくすることで開放端の面積を拡大しインピーダンス可変が作用する領域を大きくすることができる。
【００５３】
（４）請求項４のインピーダンス可変ユニットによれば、導波管の開放端における反射係数は、反射係数の位相値が０°と±１８０°とを含むように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成したことにより、開放端の反射係数の位相の可変幅を最大にすることでインピーダンス可変に伴う作用全体を容易に測定することができるとともに大きな作用幅とできる。
【００５４】
（５）請求項５のインピーダンス可変ユニットは、一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面と所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、前記誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に対して略４５°または略１３５°の状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°となるように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成し誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたことにより、誘電体板を回転させることで開放端に誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができ、整合素子として利用できる。
【００５５】
（６）請求項６のインピーダンス可変ユニットによれば、導波管の終端面と開放端面とは略９０°の関係に構成したことにより、導波管の長さが長い場合でも組み込み状態を偏平にすることができ、本ユニットの搭載性を高く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１を示すインピーダンス可変ユニットの構成図
【図２】 同図１のインピーダンス可変ユニットの回転制御内容を示した断面構成図
【図３】 同インピーダンス可変手段の構成寸法に対する開放端における反射係数の位相特性図
【図４】 同インピーダンス可変ユニットの搭載応用例１を示す高周波加熱装置の構成図
【図５】 同図４の高周波加熱装置においてインピーダンス可変ユニットの効用を示す加熱分布特性図
【図６】 （ａ）本発明の実施例１の展開例を示すインピーダンス可変ユニットの構成図
（ｂ）図６（ａ）のインピーダンス可変ユニットの電界分布を電気力線で示した図
（ｃ）本発明の実施例１の他の展開例を示すインピーダンス可変ユニットの構成図
（ｄ）図６（ｃ）のインピーダンス可変ユニットの電界分布を電気力線で示した図
【図７】 本発明の実施例１のインピーダンス可変ユニットの搭載応用例２を示す高周波加熱装置の構成図
【図８】 同図７の高周波加熱装置においてインピーダンス可変ユニットの効用を示す負荷特性図
【図９】 本発明の実施例２を示すインピーダンス可変ユニットの搭載応用例を示す導波管の構成図
【図１０】 （ａ）同図９のインピーダンス可変ユニットの回転制御内容を示した断面構成図
（ｂ）同図９のインピーダンス可変ユニットの回転制御内容を示した断面構成図
【図１１】 同図１０（ａ）に示すインピーダンス可変ユニットの開放端における反射係数の特性図
【図１２】 同図１０（ｂ）に示すインピーダンス可変ユニットの開放端における反射係数の特性図
【図１３】 同図１０（ｂ）に示すインピーダンス可変ユニットを用いた図９の導波管の伝送特性図
【符号の説明】
１０、３４ 導波管
１２、４７ 導波管の終端
１３、３６ 導波管の開放端
１４、４１、４５、４６ 誘電体板
２２、４０、４４ インピーダンス可変ユニット
２２ａ、４０ａ インピーダンス可変ユニットの終端
２９、４３ 開孔部（開放端）
３７ ＴＥ１０モード
３８、３９ ＴＥ２０モード
Claims (6)
- 一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔でもって配置されるとともに前記導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、前記誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に略平行な状態の時に導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°とするとともに前記誘電体板を回転させることで前記導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたインピーダンス可変ユニット。
- 一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面とそれぞれ所定間隔を有しそれ自身も所定間隔をもって配置されるとともに前記導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる複数の誘電体板とを備え、前記誘電体板の少なくとも１つを回転駆動することで前記導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたインピーダンス可変ユニット。
- 導波管の伝送モードはＴＥｎ０モード（ｎは正の整数）とした請求項１または２記載のインピーダンス可変ユニット。
- 導波管の開放端における反射係数は、反射係数の位相値が０°と±１８０°とを含むように導波管の電気長および誘電体板の比誘電率を構成したことを特徴とする請求項１または２記載のインピーダンス可変ユニット。
- 一端が金属境界で終端され他端が開放された導波管と、前記導波管内において前記開放された端面および終端された端面と所定間隔でもって配置されるとともに導波管のＥ面にて支持され回転駆動される比誘電率の範囲が５以上３０以下の平板形状からなる誘電体板とを備え、前記誘電体板の幅広面が前記導波管の終端に対して略４５°または略１３５°の状態の時に前記導波管の開放端における反射係数の位相値を略±１８０°となるように前記導波管の電気長および前記誘電体板の比誘電率を構成し誘電体板を回転させることで導波管の終端面と開放端との間の電気長を変化させて前記導波管の他端の開放端のインピーダンスを可変させたインピーダンス可変ユニット。
- 導波管の終端の面と開放端の面とは略９０°の関係に構成した請求項１または２記載のインピーダンス可変ユニット。
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