JPH0653701A - ミリ波用90°ベンド - Google Patents

ミリ波用90°ベンド

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JPH0653701A
JPH0653701A JP22223092A JP22223092A JPH0653701A JP H0653701 A JPH0653701 A JP H0653701A JP 22223092 A JP22223092 A JP 22223092A JP 22223092 A JP22223092 A JP 22223092A JP H0653701 A JPH0653701 A JP H0653701A
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JP
Japan
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millimeter wave
bend
waveguide
deflected
reflecting
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Pending
Application number
JP22223092A
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English (en)
Inventor
Masaharu Goto
正治 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ミリ波の入射による反射面の発熱を低く抑え
る。 【構成】 反射板15により入射側コルゲート導波管1
2にて伝送されたミリ波を、その伝送方向に対して13
5°偏向させ、さらに、この反射板15にて偏向された
ミリ波を反射板16により、その伝送方向に対して13
5°偏向させる。結果的に、ミリ波は90°偏向された
ことになる。この場合、ミリ波の各反射板15,16へ
の入射角は22.5°となり、これ以上の入射角、例え
ば45°の場合よりも反射面での発熱が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、核融合プラズマ加熱
装置の一種である電子サイクロトロン共鳴加熱装置にお
けるジャイロトロンより出力されるミリ波を伝送する系
に用いられるミリ波用90°ベンドに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のミリ波導波管伝送系に使用
されるミリ波用90°ベンドとその周辺部材を示す平面
図であり、図において、1は90°ベンドである。90
°ベンド1の両端開口部にはフランジ1a,1bが形成
されており、また、図示のようにその内部には両端開口
部に対して45°(=θ2 )に傾斜した反射板1cが設
けられている。この反射板1cは、図示せぬジャイロト
ロンより出力され、矢印2a方向へ伝送されてきたHE
11モードのミリ波を90°偏向させるものである。偏向
されたミリ波は矢印2b方向へ伝送される。
【0003】3,4の各々はミリ波を伝送するコルゲー
ト導波管であり、この場合、コルゲート導波管3が入射
側にあたり、コルゲート導波管4が出力側にあたる。
【0004】各コルゲート導波管3,4の開口部には、
上記90°ベンド1の各フランジ1a,1bと同様の形
状のフランジ3a,4aが形成されている。この場合、
コルゲート導波管3のフランジ3aは90°ベンド1の
フランジ1aに接続され、コルゲート導波管4のフラン
ジ4aは90°ベンド1のフランジ1bに接続されてい
る。なお、接続箇所を固定する必要がある場合にはフラ
ンジ同士を溶接またはろう付けし、取り換える必要があ
る場合にはバット・フランジ接続またはチョーク接続等
を行う。
【0005】一方、図4は従来のミリ波ビーム伝送系に
使用されるミリ波用90°ベンドを示す概略図であり、
図において、5,6の各々はガウスビームを反射させる
ための反射板であり、図示のように互いに逆向きになる
ように45°(=θ2 )に傾斜させて、対向配置されて
いる。7はガウスビームである。7a〜7cの各々はガ
ウスビーム7の各部分を示しており、これらのうち、部
分7aは反射板5に入射するまでのガウスビームを示し
ており、部分7bは反射板5にて反射されてから反射板
6に入射するまでのガウスビームを示している。また、
部分7cは反射板6より反射された後のガウスビームを
示している。
【0006】8a〜8cの各々はガウスビーム7の進行
方向を示す矢印である。9a〜9cの各々はビームウエ
ストの位置である。この場合、予め設定した位置にビー
ムウエストが来るように反射板5,6は回転楕円体の一
部を成している。
【0007】次に動作について説明する。ミリ波導波管
伝送系では、コルゲート導波管3にて矢印2a方向へ伝
送されたミリ波が90°ベンド1内へ入ると、反射板1
cにて90°偏向され、矢印2b方向へ伝送される。そ
して、90°ベンド1を出た後、コルゲート導波管4内
に入る。
【0008】一方、ミリ波ビーム伝送系では、矢印8a
方向へ進行したガウスビーム7が反射板5に入射する
と、同反射板5にて90°偏向されて矢印8b方向へ進
行する。そして、矢印8b方向へ進行した後、反射板6
に入射すると、同反射板6にて90°偏向されて矢印8
c方向へ進行する。このミリ波ビームの90°偏向が何
回か繰り返し行われた後、プラズマを閉じ込めた真空容
器(図示略)内に供給される。
【0009】上記各90°ベンドでは、伝送されたミリ
波がガウス分布していると仮定した場合、各反射板1
c,5,6の各々の表面での発熱は下記のように求める
ことができる。
【0010】
【数1】
【0011】
【数2】
【0012】
【数3】
【0013】但し、P(x,y):図3または図4で、
図面に対して垂直な方向をx、図面に対して平行な方向
をy、反射面の中心を原点とした反射面における発熱
(W/cm)。 P1 :反射面での発熱量(W)であり、E面反
射の場合はP1 Eとし、H面反射の場合はP1 Hとする。 P0 :伝送されるミリ波の電力(W) θ :ミリ波の反射面への入射角(度)。図3
および図4の場合は、θ=45°である。 w0 :ミリ波のビーム半径(cm)。HE11
ードの場合は、内径/3.11で近似する。 PS :反射板の表面抵抗(Ω) η :自由空間インピーダンス(376.73
Ω)
【0014】ここで、図3において、ミリ波伝送電力を
1MW、コルゲート導波管3,4の内径を8.89c
m、反射板1cの材質を銅、ミリ波の周波数を84GH
zとすると次のように表される。 P0 =1×106 W θ=45°
【0015】 w0 =2.86cm RS0 .152Ω 但し、表面抵抗RS は表面の粗さ等を考慮して理論値の
2倍にしてある。
【0016】反射板1cの反射面の発熱および反射面の
中心における発熱は次のようになる。 a)E面ベンドの場合 P1 E=2.28KW P(0,0 )=126W/cm2 b)H面ベンドの場合 P1 H=1.14KW P(0,0 )=63W/cm2
【0017】この発熱により反射板1cの反射面が熱変
形しないように、上記各伝送系では、反射面での熱応力
を許容値以下に抑えるための冷却装置(図示略)が設け
られている。この場合、特にE面べンドの場合には1分
間に45リットル程度の冷却水が必要になるので、この
量を供給できる能力のものが使用されている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】従来のミリ波導波管伝
送系およびミリ波ビーム伝送系の90°ベンドは以上の
ように構成されているので、反射面での発熱、特に中心
における大きな発熱を抑えるために大量の冷却水を供給
できる冷却装置を必要とした。しかしながら、大量の冷
却水を供給する能力を有する冷却装置は、その構造が複
雑であり、また、高価格になるなどの問題点があった。
【0019】加えて、ミリ波導波管伝送系では、コルゲ
ート導波管の発熱による膨張を抑えるための冷却装置、
または、熱膨張を吸収する可撓コルゲート導波管を必要
とすることから、さらに高価格になるなどの問題点があ
った。
【0020】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、反射板の反射面における発熱を
小さくすることができるミリ波用90°ベンドを得るこ
とを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
るミリ波用90°ベンドは、二つの反射部材を組み合わ
せて、入射したミリ波を270°偏向させることによ
り、結果的に90°偏向させるようにしたものである。
【0022】請求項2記載の発明に係るミリ波用90°
ベンドは、反射部材を内蔵した容器に対して摺動自在に
入射側の導波管および出力側の導波管を接続したもので
ある。
【0023】請求項3記載の発明に係るミリ波用90°
ベンドは、二つの反射部材を組み合わせて、入射したミ
リ波ビームを270°偏向させることにより、結果的に
90°偏向させるようにしたものである。
【0024】
【作用】請求項1記載の発明におけるミリ波用90°ベ
ンドは、二枚の反射部材によってミリ波が270°偏向
される。したがって、各反射部材におけるミリ波の入射
角が小さくなることから、反射面での発熱が小さくな
り、各反射部材に対する冷却が容易となる。
【0025】請求項2記載の発明におけるミリ波用90
°ベンドは、反射部材を内蔵した容器に対して入射側の
導波管および出力側の導波管の各々が摺動自在であるの
で、ミリ波伝送における各導波管の発熱による膨張が吸
収される。したがって、各導波管を冷却する必要も、可
撓コルゲート導波管を使用する必要もない。
【0026】請求項3記載の発明におけるミリ波用90
°ベンドは、二枚の反射部材によりミリ波ビームが27
0°偏向される。したがって、各反射部材におけるミリ
波ビームの入射角が小さくなることから、反射面での発
熱が小さくなり、各反射部材に対する冷却が容易とな
る。
【0027】
【実施例】実施例1.以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図1において、11は断面正方形状に
形成され、内部が中空となった90°ベンド用容器(以
下容器という)であり、その左側壁の中央部と、底壁の
中央部に孔11a,11bが開けられている。これらの
孔はこの図から分かるように互いに90°方向に位置す
るように開けられている。この容器11内には放電防止
用としてのSF6 (六価フッソ)ガス等が充填されてい
る。
【0028】12は入射側コルゲート導波管であり、そ
の先端部分が容器11の孔11aを通して同容器11内
に挿入されている。この場合、容器11内の気密が保た
れるように入射側コルゲート導波管12と容器11との
接続部分がシールされている。また、この入射側コルゲ
ート導波管12内をミリ波がHE11モードで伝送され
る。なお、図中矢印13aがミリ波の伝送方向を示す。
【0029】14は出力側コルゲート導波管であり、そ
の先端部分が容器11の孔11bを通して同容器11内
に挿入されている。この場合、上記同様に容器11内の
気密が保たれるように出力側コルゲート導波管14と容
器11との接続部分がシールされている。また、この出
力側コルゲート導波管14内を上記同様にミリ波がHE
11モードで伝送される。なお、図中矢印13cがミリ波
の伝送方向を示す。
【0030】15は第1の反射板(反射板)、16は第
2の反射板(反射板)であり、これらのうち、反射板1
5は、入力側コルゲート導波管12より出力されるミリ
波に対する入射角θ1 が22.5°(伝送方向に対して
135°)になるように角度付けされている。また、反
射板16は反射板15にて反射されたミリ波に対する入
射角が22.5°(伝送方向に対して135°)になる
ように角度付けされている。なお、図中矢印13bが反
射板15にて反射されたミリ波の伝送方向を示す。
【0031】次に動作について説明する。入射側コルゲ
ート導波管12にて伝送されたミリ波は、矢印13a方
向へ進み、反射板15に入射して135°偏向される。
そして、偏向されたミリ波は矢印13a方向へ進み、反
射板16に入射して135°偏向される。反射板16に
て偏向された後は矢印13c方向へ進み、出力側コルゲ
ート導波管14に入る。
【0032】反射板15で135°偏向され、さらに、
反射板16で135°偏向されることにより、結果的に
ミリ波が90°偏向されることになる。
【0033】上記入射側コルゲート導波管12は導波管
に対応する。また、上記反射板15は第1の反射部材に
対応し、上記反射板16は第2の反射部材に対応する。
さらに、反射板15,16は反射部材にも対応する。
【0034】ところで、コルゲート導波管より自由空間
に出たミリ波は、近似的に下記のように表されるビーム
半径w1 のガウスビームと見做すことができる。
【0035】
【数4】
【0036】 ρ0 :コルゲート導波管の内半径(cm) Ω0 :HE11モードでは、1.55 λ :自由空間での波長(cm) d :コルゲート導波管の出口からの距離(cm)
【0037】ここで、d=50cm、ρ0 =8.89/
2cm、周波数84GHzとすると、ミリ波のビーム半
径w1 は、 w1 =3.49cm となる。
【0038】そして、このビーム半径w1 (3.49c
m)と、入射角θ(22.5°)を式1および式2に代
入することで、E面ベンドの反射板1枚あたりの発熱お
よび中心の発熱密度は次のようになる。 P1 E=1.75KW P(0,0 )=85W
【0039】この結果から分かるように、入射角を従来
の45°よりも小さくすることで、反射板1枚あたりの
発熱量および中心での発熱密度が下がることになる。し
たがって、この分、冷却能力を低くすることが可能にな
る。
【0040】実施例2.なお、上記実施例では、コルゲ
ート導波管伝送系で使用される90°ベンドについて示
したが、図2に示すように、ミリ波ビーム伝送系の90
°ベンドとして使用しても良い。すなわち、反射板18
を矢印22a方向に進行するガウスビームに対して、入
射角が22.5°(=θ1 )になるように配置し、ま
た、反射板19を、反射板18にて偏向され、矢印22
b方向に進行するガウスビームに対して、入射角が2
2.5°になるように配置する。
【0041】さらに、反射板20を、反射板19にて偏
向され、矢印22c方向に進行するガウスビームに対し
て、入射角が22.5°になるように配置するととも
に、反射板21を、反射板20にて偏向され、矢印22
d方向に進行するガウスビームに対して、入射角が2
2.5°になるように配置する。図中符号22eは反射
板21で偏向されたガウスビームの進行方向を示す矢
印、また、符号23a〜23cはビームウエストの位置
である。
【0042】上記反射板18,20の各々は第1の反射
部材に対応し、上記反射板19,21の各々は第2の反
射部材に対応する。
【0043】実施例3.また、上記実施例では、容器1
1に対して各コルゲート導波管12,14を固定接続し
たが、各接続部分に、容器11内の気密を保ちながら
も、コルゲート導波管12,14を容器11に対して摺
動自在とするOリング等の接続部材を設けても良い。コ
ルゲート導波管12,14を容器11に対して摺動自在
とすることにより、コルゲート導波管12,14の発熱
による膨張を吸収することができる。したがって、コル
ゲート導波管12,14を冷却する冷却装置を必要とし
ないし、また、可撓性を有するコルゲート導波管も必要
としない。
【0044】実施例4.また、上記実施例では、容器1
1の材質を限定しなかったが、導電性を有する材質で
も、絶縁性を有する材質でも良い。この場合、容器11
の総て、または、コルゲート導波管12,14と接触す
る部分に絶縁性を有する材質を使用することによって、
コルゲート導波管12,14とを直流的に遮断する直流
遮断機能を持たせることができる。
【0045】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、導波管より伝送されてくるミリ波を二枚の反射部
材により270°偏向させるように構成したので、各反
射部材へのミリ波の入射角が小さくなるため、反射面で
の発熱および中心での発熱密度が下がり、その結果、従
来に比べて給水能力の小さい冷却装置で済み、装置の価
格の低減を図ることができるなどの効果がある。
【0046】また、請求項2記載の発明によれば、容器
に対して各導波管を摺動自在に接続するように構成した
ので、各導波管の発熱による膨張を吸収することがで
き、従って、各導波管を冷却する冷却装置を必要とせ
ず、また、可撓性を有する導波管も必要としないことか
ら、装置の価格の低減を図ることができるなどの効果が
ある。
【0047】また、請求項3記載の発明によれば、空間
に放出されたミリ波ビームを二枚の反射部材により27
0°偏向されるよう構成したので、各反射部材へのミリ
波ビームの入射角が小さくなるため、反射面での発熱お
よび中心での発熱密度が下がり、その結果、上述した請
求項1記載の発明による効果と同様に、従来に比べて給
水能力の小さい冷却装置で済むことから、装置の価格の
低減を図ることができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるミリ波用90°ベン
ドを示す一部断面図である。
【図2】この発明の他の実施例によるミリ波用90°ベ
ンドを示す概略図である。
【図3】従来のミリ波導波管伝送系に使用されるミリ波
用90°ベンドとその周辺部材を示す平面図である。
【図4】従来のミリ波ビーム伝送系に使用されるミリ波
用90°ベンドを示す概略図である。
【符号の説明】
11 90°ベンド用容器(容器) 11a,11b 孔 12 入射側コルゲート導波管(導波管) 14 出力側コルゲート導波管(導波管) 15,18,20 反射板(第1の反射部材) 16,19,21 反射板(第2の反射部材)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導波管にて伝送されたミリ波を、その伝
    送方向に対して135°偏向されるように配置された第
    1の反射部材と、前記第1の反射部材により偏向された
    前記ミリ波を、さらに、その伝送方向に対して135°
    偏向させるように配置された第2の反射部材とを備えた
    ミリ波用90°ベンド。
  2. 【請求項2】 導波管接続用の二つの孔が互いに90°
    方向に位置するように開けられた中空の容器と、前記容
    器内に設けられ、前記各孔のうちの一方の孔より入射し
    たミリ波を他方の孔に向けて偏向させる反射部材と、前
    記容器と導波管とを摺動自在に接続する接続部材とを備
    えたミリ波用90°ベンド。
  3. 【請求項3】 空間に放出されたミリ波ビームを、その
    進行方向に対して135°偏向させるように配置された
    第1の反射部材と、前記第1の反射部材により偏向され
    た前記ミリ波ビームを、さらに、その進行方向に対して
    135°偏向させるように配置された第2の反射部材と
    を備えたミリ波用90°ベンド。
JP22223092A 1992-07-30 1992-07-30 ミリ波用90°ベンド Pending JPH0653701A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022091660A1 (ja) 2020-10-28 2022-05-05 住友電気工業株式会社 反射ユニット及び無線伝送システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022091660A1 (ja) 2020-10-28 2022-05-05 住友電気工業株式会社 反射ユニット及び無線伝送システム

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