JPH0142520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、高周波電波を遮蔽する電波シール
装置に関するものである。 従来例の構成とその問題点 従来、この種の電波シール装置として、たとえ
ば高周波により調理物を誘電加熱して調理する電
子レンジを例に挙げて説明する。電子レンジは調
理物を収納して高周波加熱する加熱庫と、この加
熱庫の調理物出入用の開口部を開閉自在に覆う扉
とを備えたものであるが、調理物の出入時に扉を
開ける際、加熱庫内の高周波電磁波が庫外へ漏洩
して人体に弊害を及ぼさないように電波シール対
策が施されている。 従来の一例として米国特許第3182164号を第１
図に示す。第１図において、１は電子レンジの加
熱庫であり、この加熱庫１の開口部２を開閉自在
に覆う取手３を有する扉４が設けられている。こ
の扉４の周縁部には加熱庫１側に向いて開口した
隙間部５を有する空胴のチヨーク部６が形成され
ている。このチヨーク部６の奥行７は、使用され
る高周波の波長の実質的に４分の１に設計されて
いる。この場合扉４の厚みも４分の１波長であ
る。すなわち従来電子レンジで使用されている電
磁波の周波数は2450MHzであるので、４分の１波
長は約30mmとなる。この長さのチヨーク部６と対
向させるために、加熱庫１の開口部２に形成した
周縁部８の厚さ９は４分の１波長より大きい値と
なる。したがつて加熱庫１の開口部２の有効大き
さは周縁部８の分だけひとまわり小さい。 次に従来の他の一例として、米国特許第
2500676号を第２図ａ，ｂに示す。この側も電子
レンジの構成を示したものであり、マグネトロン
１０の発振によつて得た高周波を加熱庫１１に供
給し、調理物１２を電磁誘導により加熱調理する
ものである。この加熱庫１１の開口部１３にはこ
の開口部１３を開閉自在に覆う扉１４が設けられ
ている。この扉１４の周縁部にも溝状のチヨーク
部１５が形成され、高周波が外部へ漏洩するのを
このチヨーク部１５で防いでいる。このチヨーク
部１５の深さ１６もやはり使用周波数の４分の１
波長で設計されている。このため開口部１３の有
効大きさは第１図同様、加熱庫１１よりもひとま
わり小さい。 上述のとおり従来のチヨーク部は４分の１波長
の深さとして高周波を減衰させるという技術思想
に基づいている。 すなわち、チヨーク部の特性インピーダンスを
Z₀、深さをＬとし、終端部を短絡したときにチヨ
ーク部開口部でのインピーダンスZ_lNは、 Z_lN＝jZ₀tan（2πL／λ₀） （λ₀は自由空間波長） となる。 チヨーク方式の電波減衰手段は、チヨーク部の
深さＬを４分の１波長に選定することにより、 ｜Z_lN｜＝Z₀tan（π／２）＝∞ を達成するという原理に基づいている。 もしチヨーク部内に誘電体（比誘電率ε_r）を充
填すると、電波の波長λ′は、 λ′≒λ₀／√_r に圧縮される。この場合チヨーク部の深さL′は、 L′≒Ｌ／√_r と短くなる。しかしながらL′＝λ′／４とすること
に変りはなく、チヨーク方式においては、深さを
実質的に４分の１波長よりも小さくすることがで
きず、チヨーク部の小型化に限界のあるものであ
つた。 近年、固体発振器の開発が進み実用化の時代が
到来した。電子レンジも例外ではなく、従来のマ
グネトロン発振器から固体発振器へと移行しつつ
ある。 電子レンジにおいて発振器の固体化による長所
は次のとおりである。 １ マグネトロンの駆動電圧は約3KVであるの
に対し、トランジスタ等による固体発振器の駆
動電圧は約400V以下でよく、実際には約40V
が使用されている。よつて電源電圧が低いので
人体にとつて安全であり、たとえリークしても
感電事故が発生しにくいものである。このため
アースレス化が可能となり、ポータブル化の展
開も図れる。 ２ マグネトロンの寿命は約5000時間であるのに
対し、固体発振器はその約10倍以上であり、長
寿命である。 ３ マグネトロンの発振周波数は固定であるのに
対し、固体発振器の発振周波数は可変可能であ
り、たとえば915MHzに対して上下13MHzの範
囲で変化させることができる。したがつて、負
荷（調理物）の大きさで周波数を自動追尾させ
ることにより、共振周波数が変わり高効率動作
を得ることができる。実験によれば2450±50M
Hz内で周波数を自動追尾させると、実用負荷効
率を固定周波数に比べて約60〜80％向上させる
ことができた。 ４ 固体発振器は大量生産により、将来マグネト
ロンよりも低価格となり得る。 また現在、高周波調理用として国際的に割り当
てられているISM周波数（Industrial、
Scientific、Medical）は5880MHz、2450MHz、
915MHz、400MHz等であり、これを逸脱して使用
してはならない。現在のマグネトロンは上述のと
おり2450MHzで発振させているが、固体発振器で
同一周波数（2450MHz）で発振させると、十分な
出力電力が得られずパワー不足となつてしまう。
そこで所望の出力電力を得るためには必然的によ
り低い周波数を選定しなければならず、たとえば
915MHzが適当である。しかしながらこの周波数
は従来の周波数に比べて約2.7分の１であるので、
波長は逆に約2.7倍となり、４分の１波長は約80
mmとなつてしまう。したがつて電子レンジの周波
数として915MHzを選定すると、第１図、第２図
で説明したチヨーク部の厚みは約80mmを超えるこ
とになり、加熱室の開口部の有効大きさは従来例
に比してきわめて小さくなり、実用化はきわめて
困難となる不都合を有するものである。 一方、発振周波数を2450MHzから915MHzに変
更する長所は次のとおりである。 １ 波長が長くなつたため、調理物の内部まで電
波が浸透し、加熱調理時間の速度を速くするこ
とができた。たとえば直径12cmの肉塊の中央部
を約50℃にするのに、2450MHz、600Wで50分
以上要したのに対し、915MHz、300Wで50分以
下しかかからない。 ２ 焼けむらの原因は定在波であり、定在波ピツ
チは波長と相関がある。915MHzを使用した場
合は定在波ピツチが大きく、調理物に焼けむら
が目立ちにくいものである。 よつて、電子レンジの使用周波数を915MHz
に変更することの短所は、電波シール手段が大
きくなつてしまうことである。 なお、チヨーク部の厚さを小さくする手段の一
つとして、チヨーク部に誘電体を充填する構成が
ある。この構成によればチヨーク部の誘電率が大
きくなるので、チヨーク部を４分の１波長よりも
小さくでき、しかも４分の１波長のチヨーク部と
同等の効果を奏する。しかしながら誘電体が高価
であるために電子レンジ全体の価格も高価なもの
となつてしまい、また製造上手間とコストがかか
り、実用化の妨げとなつていた。 以下、従来例の原理を理論的に設明する。 チヨーク方式は周知の４分の１波長インピーダ
ンス変換原理にもとづくものである。即ちチヨー
ク溝の特性インピーダンスをZ_0C、溝の深さをl_C
とし、加熱室からチヨーク溝に至る漏波路１の特
性インピーダンスをZ_0P、漏波路１７の長さをl_P
使用波長をλとしたときに、第３図の如くチヨー
ク溝１８の底Ｃの短絡インピーダンス（Z_C＝０）
はチヨーク溝１８の開孔部ＢでZ_B＝jZ_0Ctan2π／λl_C となる。１９は電子レンジの加熱室、２０はドア
である。ここでl_C＝λ／４と選ぶことにより｜Z_B｜ ＝∞と変換できる。この開孔部Ｂのインピーダン
スZ_Bを線路始点Ａ部でみたときのインピーダンス
Z_Aは Z_A＝−jZ_0P１／tan2π／λl_Pとなる。 ここでl_P＝λ／４と選ぶことにより｜Z_A｜＝０と 変換できる。チヨーク溝１８の底部Ｃでの短絡状
態が４分の１波長インピーダンス変換原理をたく
みに利用することで線路始点に現出することによ
り電波シール装置として実用化しているものであ
る。 漏波路１７やチヨーク溝１８に誘電率ε_rの誘電
体を装荷することにより波長λ′は自由空間波長λ
のλ／√_rになるが４分の１波長（λ′／４）イン
ピーダンス原理を用いることにより同様の効果を
得られる。 発明の目的 この発明は、発振周波数を低くしても、チヨー
ク部の大きさが大きくならない電波シール装置を
堤供するものである。 発明の構成 この発明は、新しいインピーダンス変換原理を
用いた電波シールであり、漏波路と溝のそれぞれ
が特性インピーダンス不連続構成をとることによ
り、４分の１波長相当の寸法よりも小さい形状と
したものである。 実施例の説明 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。 第４図に本発明の新インピーダンス変換原理を
説明する。 特性インピーダンスがZ₀₁，Z₀₂、伝搬定数が
β₁、β₂の伝送線路をそれぞれ長さl₁，l₂とし全長
をl_Tとしたときに受端にインピーダンスZ_Rを装荷
し、不連続境界と伝送始端でみたインピーダンス
をそれぞれZ_n，Z_Sと称することにする。 () 受端インピーダンスZ_Rを零としたとき（Z_R
＝０）各インピーダンスはZ_n＝jZ₀₂tanβ₂l₂、Z_S
＝jZ₀₁tanβ₁l₁＋Ktanβ₂l₂／１−Ktanβ₁l₁tanβ₂l₂と
なる。 （但しＫ＝Z₀₂／Z₀₁）始端インピーダンスZ_Sの式は １＝Ktanβ₁l₁tanβ₂l₂を満足すれば受端の零イ
ンピーダンスを無限大に変換できることを示
す。 従来のチヨーク方式の場合（Ｋ＝１に相当）
にくらべてインピーダンス比Ｋを大きくするこ
とにより、tanβ₁l₁とtanβ₂l₂の積はその分だけ
小さくできる。寸法l₁，l₂が４分の１波長より
小さい場合にtanβ₁l₁の値と寸法l₁、tanβ₂l₂の値
と寸法とは正の相関があることを考えると、チ
ヨーク方式の場合にくらべてインピーダンスの
比（Ｋ＝Z₀₂／Z₀₁）を大きくした分だけ寸法l₁
とl₂は小さくできること、従つて寸法l_Tを４分
の１波長よりも小さくできることになる。 () 受端インピーダンスZ_Rを無限大にしたとき
は（Z_R＝∞）各インピーダンスはそれぞれ Z_n＝−jZ₀₂１／tanβ₂l₂、 Z_S＝jZ₀₁tanβ₁l₁tanβ₂l₂−Ｋ／tanβ₂l₂＋Ktanβ₁l₁
となる。 （但しＫ＝Z₀₂／Z₀₁） 始端インピーダンスZ_Sの式は、Ｋ＝
tanβ₁l₁tanβ₂l₂とすることにより受端の無限大
インピーダンスを零に変換できることを示す。
従来のチヨーク方式の場合（Ｋ＝１）にくらべ
て、インピーダンス比Ｋを小さくすることによ
り、その分だけ寸法l₁とl₂は小さくできる、従
つて寸法l_T＝l₁＋l₂を４分の１波長よりも小さ
くできるのである。 本発明は電波シールの分野で歴史的に用いられ
ていたλ／４線路ではなく、λ／４未満線路でイ
ンピーダンス反転を実施するものである。この原
理を、理解しやすくするために、解析結果の一部
を第５図に示す。第５図は、Ａ端を励振源としＤ
端を開放した伝送路の１部に、先端Ｃが短絡され
た開孔Ｂを有する溝を設けている。溝は開孔側よ
り短絡側の溝幅を２倍にしている。Ａ点を同一条
件で励振し、溝の深さlTを変化させたとき、伝
送路内の電界は、ａ，ｂ，ｃのように変化し、Ｄ
端に電波がとどかないのはｂの場合、すなわち溝
の深さlTが、４分の１波長の約80％のとき
（λ／４未満線路）であり、それよりも長くても
短くても（ａ，ｃの場合）、ｂにくらべて電波が
よく洩れる。 これはl₁＝l₂＝lT／２＝λ／10.2、Ｋ＝b₂／b₁
＝２を１≒Ktanβl₁・tanβl₂に代入することで確
認できる。 次に特性インピーダンスと線路構成の関係を第
６図により説明する。 第６図にはマイクロストリツプ線２１を示して
いる。電波は準TEMモード（Quasi TEM
Mode）で伝搬するが、単純化して純TEMモー
ド伝搬をするとした場合線路の特性インピーダン
スZ₀は

【式】となる。２３は接地導体で ある。（ａ：ストリツプ導体６の線路幅、ｂ：線
路間隙、ε_r：誘電率、ｋ：比例定数） 第７図には周波数₀＝2450MHzの伝送受端Z_Rを
零としたときに特性インピーダンスの比Ｋ（＝
Z₀₂／Z₁）をパラメータに伝送路長さl_Tと始端イ
ンピーダンスの絶体値｜Z_S｜の関係例を示してい
る。チヨーク方式に相当するＫ＝１の場合の長さ
l_T≒30mmにくらべて、例えばインピーダンス比Ｋ
を４にすると長さl_Tは18mmに小型化できることが
読める。第８図には受端インピーダンス零（Z_R＝
０）を始端インピーダンスを無限大にする（Z_S＝
∞）寸法l_Tとインピーダンス比_Kとの関係を示し
ている。図から例えばインピーダンス比ＫをＺに
した場合、寸法をl_T≒24mmで上記インピーダンス
変換が達成できることを示すものである。 第９図ａ，ｂには、線路の幅ａ＝10mmのものを
ピツチ15mmで配置し線路間隙（第６図ｂに相当）
を、３mmと６mmとした構成の電波シール性能を計
算値と実測値で比較した例を示す。計算インピー
ダンス値｜Z_S｜は、各特性インピーダンスを

【式】となるのでインピ ーダンス比Ｋ＝２の場合を計算して得た。 実測電波漏洩量P_Lは加熱室内に１の水を入
れ、本体とドアの間隙を１mmに設定して測定し
た。 計算値、実測値ともに溝の深さl_T≒24mmでシー
ル効果が大きいことを示しており、新インピーダ
ンス変換原理と特性インピーダンスの定義が正し
いことを意味するものである。 実際の応用にあたつては、溝カバーのスペース
TOP１や折り曲げ補強スペースlX１を設けるこ
とが少なくない。これらは原理説明をした場合に
くらべて電波の乱れが発生し計算寸法から多少ず
れるものである。ずれの内容を以下に示す。 TOP１の寸法を２mmにした場合とlX１を５〜
６mmにした場合の例を示す。 第１０図は915MHzのシール装置検討例でTOP
１の寸法で溝の深さlTが変化する関係を示す。
TOP１の寸法を１〜３mmにするとlTは１〜６mm
深くなる。 第１１図は、2450MHzのシール装置の検討例で
TOP１＝２mmと固定し補強スペース｜Ｘ１で溝
の深さlTが変化する関係を示す。スペースlX１
を２〜６mmにすることで溝の深さlTは１〜３mm
深くなる。 第１２図ａ，ｂに本発明の構成例を示す。 第１２図ａにおいて、小型溝２４内で特性イン
ピーダンスを不連続にし、小型溝２４の底部の
特性インピーダンスを小型溝２４の開孔部の特
性インピーダンスよりも大きくしている。また漏
波路１７内でも特性インピーダンスを不連続に
し、かつ小型溝２４側の特性インピーダンスを
線路始点部の特性インピーダンスより小さくする
ことにより、寸法l_BCを４分の１波長よりも小さ
い寸法で、溝底インピーダンスZ_C＝０を小型溝２
４開孔部Ｂで無限大にインピーダンス変換し、寸
法l_ABを４分の１波長よりも小さい寸法で線路始
点Ａ部で零に変換するという考え方である。 具体構成例を第１２図ｂに示す。ここで線路２
５の幅が漏波路内でa₁＜a₂、小型溝２４内でa₃＞
a₄（図ではa₂＝a₃）の関係を満し、それぞれ不連
続に構成されている。すなわち線路２４の幅を途
中で変えることにより、インピーダンスを途中で
不連続とした。 第１３図は本発明の他の実施例を示すものであ
り、この例では線路２６を小型溝２４内に片持ち
状に突出させたものであり、略Ｔ字状の線路を複
数個周期的に並べたものであり、効果は上述の例
と同じである。 発明の効果 (1) 本質的に４分の１波長インピーダンス変換原
理を用いていないので、溝の深さ、漏波路長を
４分の１波長より小さくできる。 (2) 小型溝の壁面のうち少なくとも一壁面か漏波
路は、マイクロストリツプ線路を多数並列配置
した構成をとるので第８図、第９図に示すｘ方
向の電波伝搬成分を少なくできるので電波シー
ル性能の向上が図れる。 (3) 線路幅、線路間隙または誘電体の装荷により
特性インピーダンスが変えられるので設計の自
由度が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ，ｂ、第３図はそれぞれ従来
の電波シール装置の断面図、第４図は本発明の一
実施例の電波シール装置の原理図、第５図ａ，
ｂ，ｃは本発明における溝部の電界解析図、第６
図は同原理を説明するための断面斜射図、第７
図、第８図、第９図ａ，ｂは同特性図、第１０図
ａ，ｂ，ｃは915MHzにおける装置の断面図、側
面図、特性図、第１１図ａ，ｂ，ｃは2450MHzに
おける装置の断面図、側面図、特性図、第１２図
ａ，ｂは同装置の断面図および斜視図、第１３図
は同他の実施例の斜視図である。 １７……漏波路、２０……ドア、２４……小型
溝、２５，２６……線路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口部を有し電波が内部に供給される本体
   と、この本体の前記開口部を開閉自在に覆う扉
   と、前記本体と前記扉との間にわずかな間隔を設
   けて形成される漏波路と、前記本体あるいは前記
   扉の少くとも一方に位置して前記漏波路と対向し
   て設けられた溝とを備え、前記溝の底側の特性イ
   ンピーダンスをこの溝の開口部側の特性インピー
   ダンスよりも大きくし、前記漏波路内では前記溝
   側の特性インピーダンスを内方の特性インピーダ
   ンスよりも小さくした電波シール装置。 ２ 扉の周囲にマイクロストリツプ線路を複数本
   配置し、このマイクロストリツプ線路の幅と、線
   路媒体の誘電率の平方根の積で線路間隔を割つた
   値が、溝の内ではこの溝の底側を大きくし、漏波
   路内では内方を大きく設定した特許請求の範囲第
   １項記載の電波シール装置。