JPS6091A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、Ｉ、Ｓ、Ｍ、（工業、科学、医事用）周波数
帯の１つである９　１５　ＭＨｚ帯を発振周波数とし、
トランジスタ等の固体能動素子からなる高周波発生装置
を用いた特に加熱室が波長（約３３ｃｍ）の数倍以内や
民生用の高周波加熱装置にかかり、高周波発生装置とこ
こで発生した電波を加熱室へ導くアンテナの構成の改善
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、トランジスタ技術の進歩に伴い、従来広く使用さ
れて来たマグネトロンに代り高周波発生装置をトランジ
スタ等の固体能動素子で構成し、低電圧化、軽量小型化
、長寿命化をはかることが検討されている。従来、高周
波加熱装置として広く民生用に用いられている電子レン
ジの場合、そのほとんどが、１．Ｓ、Ｍ、周波数の１つ
である２　４５０　ＭＨｚを使用している。しかし彦か
ら、トランジスタの能力は一般に使用周波数ｆの１乗か
ら２乗に比例して低下すると言われ、２４５０　ＭＨｚ
で大出力、高効率のトランジスタを作ることは困難が太
きい。従ってトランジスタ化をはかるには、現在の技術
をもってしても、もう１つのＩ　、Ｓ　、Ｍ周波数帯で
ある９　１６ＭＨｚ帯という低い周波数を使わざるを得
ないのが現状である。

しかし９１　ｓ　ＭＨｚという従来の約晃の周波数を使
用しても、１つのトランジスタで３ｏｏｗや４００Ｗと
いった大電力を取扱うことには困難が多い。従って高周
波発生装置をトランジスタ化する場合には、例えば第１
図に示すように別々に構成した２つの高周波発生装置１
ａ、１ｂの出力をそれぞれアンテナ３ａ　、３ｂにより
加熱室２内へ導いて、２つの高周波発生装置１ａ、１ｂ
の出力の和の出力を得るという手法が考えられる。この
構成は従来２４５０　ＭＨｚ帯でマグネトロンを使用し
た場合におりてもＩ　Ｋｗ　、　２　Ｋｗといった大電
力の電子レンジを構成する場合には、例えば〜１本６０
０Ｗ出力のマグネトロン２本で１２００Ｗの電子レンジ
が構成され大電力の電子レンジを実現するのに非常に便
利な手法で、広く一般に使われている。

ところがこの手段をトランジスタからなる９　１５ＭＨ
ｚ帯の高周波発生装置を用いた高周波加熱装置に適用す
ると、次のような理由から不都合の生じることが明らか
となった。

この不都合の生じる基本的な原因は、本発明にかかる９
　１　ｒｓ　ＭＨｚという周波数が２４６０　ＭＨｚ　
Ｋ対して波長が約３倍で、自由空間波長でいえば３３Ｃ
ｍもあり、本発明にかかる一般民生用の高周波加熱装置
の場合、その加熱室の大きさに波長がほぼ対応すること
にある。そこで、２４５０　ＭＨｚと９１５　ＭＨｚの
場合を比較しながら、その理由を説明する。今加熱室２
が直方体で各辺の長さをそれぞれＷ、Ｄ、Ｈとしたとき
加熱室２の共振周波数ｆは、 ｆ−（１％た覆７）×７乙ンツ四入］フ門７冒５フフ７
・・・式（１）で表わされる。ことでε、μは加熱室２
内の媒体の誘電率と透磁率、ｔｔ３ｎ、ｇは励振される
共振モードの次数を示す正又は零の整数である。

例えばＤ　＝３６５ｍｍ　、　Ｈ＝２４０ｍｍ　、　Ｗ
＝３６５ｍｍという加熱室２すなわち共振器を考えだ場
合、９１５　ＭＨｚを中心に±５チの周波数範囲で共振
可能なモードは、次数が（ｍ、ｎ　、　Ｂ）＝（２，０
、１）と（１，０，２）の２つだけで、これらは一般［
ＴＫｚｏ＋。

ＴＥ＋ｏｚと呼ばれるモードである０この例の場合、ｗ
＝ｎであるからＴＥ１０１とＴＥ１０２の共振周波数は
一致しているが、その電界は第２図に示すように分布す
るから、加熱室２の上面の左半面の略中夫にプローブア
ンテナを突き出して励振すれば、ＴＥ２ｏ＋のみが強く
励振される。

第２図において、平面図上の破線はＴＥ２０１゜’］’
Ｅｊ［１２各モードの磁力線の基本的な方向を示してお
り、Ａ　Ａ’断面　Ｓ　Ｂ／断面の各中央断面における
実線は各モードの電界強度をその極性（方向）を含めて
示している。各モードは縦方向（ｙ軸方向）の電界成分
を有している。

さてここで２つの高周波発生装置１ａ、１ｂで同時に励
振しようとする場合は、もう１つのアンテナ３ｂを加熱
室２の上面の右半面の略中夫に設けるのが最も自然な配
置構成であろう０第３図は２つのアンテナの位置とＴＥ
２Ｄ１モードの電界分布のｘ−’／断面を示している〇
−児この構成で２つの高周波発生装置１ａ、１ｂの電波
が有効に加熱室２内に導かれるように思われる。ところ
が実際は高周波発生装置１ａ、１ｂの出力は共通の加熱
室２内へ放射されそこで相互に干渉するから、高周波発
生装置１ａ、１ｂが互いに独立であれば、相互の位相関
係は不定となり、例えばアンテナ３ａ。

３ｂに同時に同方向に励振電流が流れるような位相にな
れば−２つのアンテナで励振された電波は相互に打ち消
し合い、有効に加熱室２は励振されない。

これに対し従来の２４５０　ＭＨｚを使用したときに、
何故こうした問題が生じなかったかと言えば同じ寸法形
状の加熱室であっても、加熱室の大きさに比べて一波長
が短か（２４５０ＭＨｚを中心に±５係の周波数範囲で
共振可能なモード数は２７個もあり、一般に加熱室２内
に励振されるモードが多数存在することに起因する。

すなわちアンテナ３ａにより加熱室２内に励振されるモ
ードは多数あり、もう１つのアンテナ３ｂの位置でのそ
れらのモードの位相はまちまちで、一定の関係はない。

しかもその数が非常に多いので、アンテナ３ａで励振さ
れるモードとアンテナ３ｂで励振されるモードは無関係
で、従って、２つのアンテナ３ａ、３ｂは互いに独立に
作用すると考えても良い状態になる。第４図はこの様子
を理解するためのもので、９１５　ＭＨ２の場合の第３
　゛図人Ａ′線断面に対応している。第４図はアンテナ
３ａで励振される多数のモードの内、アンテナ３ａの位
置で同相で励振最適位置となる２つのモードの電界分布
を一例として示している。この例ではアンテナ３ｂの位
置で２つのモードはほぼ逆位相となっているが、実際に
はさらに多くのモードが重なりあい、位相を定義できな
い状態にあると言える。これが−従来２４５　Ｑ　ＭＨ
ｚを使った電子レンジの場合、完全に独立した高周波発
生装置であるマグネトロンを複数個使って給電しても、
問題の生じ々かった最大の理由である。

この他、高周波発生装置についてみても、マグネトロン
は負荷側からの反射波を再び負荷側へほとんど放射して
しまうのに対し、トランジスタで構成された高周波発生
装置の場合は、負荷側からの反射波をほとんど無効電力
として吸収してしまうという性質があり、こうした点で
もトランジスタ化した高周波発生装置を使用した場合、
周波数の違い以前の問題として、より適切な給電を必要
とするという性質があった。

以上説明のとおり、トランジスタで構成した高周波発生
装置を具備し、９１５　ＭＨｚ帯を利用した高周波加熱
装置は、トランジスタ自身の能力の問題から、複数の高
周波発生装置の高周波電力を合せて大電力を得るという
ととが必須条件となるのに対し、従来の２４５０　ＭＨ
ｚを利用し、マグネトロンを高周波発生装置として利用
する場合のよう（−複数のマグネトロンで給電するとい
っだ方式も取れず大きな問題であった。

発明の目的 本発明は上述したように、電子レンジの高周波発生装置
をトランジスタ化する場合、９１５　ＭＨｚ帯の利用と
、複数の高周波発生装置の出力の合成が必要となるが、
２４５０　ＭＨｚでマグネトロンを使用した従来の電子
レンジのように、例えば２本のマグネトロンの出力を２
本のアンテナで給電して、２本分の出力を得るという方
式がとれないという問題を解決し、比較的簡単な構成で
トランジスタを用いた大出力の電子レンジを実現するこ
とを目的としたものである。

発明の構成 上記目的を達成するため、本発明は１つの発振部で発生
した高周波電力を２つ以上に分配し、それぞれ増巾部で
電力増巾した後、各々別々のアンテナで加熱室内へ給電
するという構成を取−たものである。この構成により、
トランジスタの能力で制限された各々の増巾部からの出
力も、周波数は当然一致した上で、互いの位相関係も固
定できるので、それぞれを互いに最適々位相になるよう
に設定して別々のアンテナで給電することにより、それ
らの出力が有効に合成され大電力とすることができる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第３図、第６図を用いて説明
する。第５図は本発明よりなる高周波発生装置の構成の
一例を示すブロック図である。発振部５で発生した高周
波は、分配器８により２分割された後、そ゛れぞれ増巾
器７ａ、７ｂで増巾される。増巾器７ａ、ｙｂの出力は
それぞれアンテナ３ａ　、３ｂにより加熱室２へ導入さ
れるが、アンテナ３ａ、３ｂの給電点における位相差を
所定のものとするため、分配器８と増巾器７ａ、ｙｂ。

増巾器７ａ　、７ｂとアンテナ３ａ　、７ｂの間の線路
の電気長も含めて位相の調整をしである。

ここで従来例で取り上げたのと同じ寸法、十なわちＤ＝
３６５ｍｍ、Ｈ＝２４０ｍｍ、Ｗ＝３６５ｍｍを有する
加熱室２に７Ｅ２ｏ＋モードを励振する場合を考える。

本実施例の場合、励振される電界分布及び２本のアンテ
ナ３ａ、３ｂの位置は第３図そのままであるが、アンテ
ナ３ａ、３ｂの励振位相差は先に説明の通り任意に調整
固定できるから、この位相差を１８Ｑ０とすると、アン
テナ３ａ、３ｂに流れる励損電流は互いに逆方向となり
、２つのアンテナ３ａ、３ｂで励振される電波は互いに
強め合う。

従って増巾器７ａ　、７ｂの出力は有効に合成されるこ
とになる。従って、増巾部７ａ、７ｂが出せる最大の出
力は、使用するトランジスタと回路構成で制限され、増
巾部自身の大電力化は非常に困難であるが、この方法で
２つの出力が合成され、大出力の電波出力を得ることが
できることになる。

上記の例では、Ｔｌ２ｏ＋という２つの電界最大点のあ
るモードにらいて説明したが、例えばＴｌ３ｏ＋といっ
だモードが励振される場合であれば、その加熱室中央の
Ｊｃｙ断面でみた電界分布と励振アンテナの配置は第６
図に示すようになる。従ってこの場合には、発振部で発
生した高周波を、分配器で３分割し、それぞれ３つの増
巾器で電力増ｒｉした後、アンテナ３ａ　、３ｂ　、３
Ｃに結合される。

この場合、アンテナ３ａ　、３ｂ　、３ｃの励振点に於
ける相互の位相差は、アンテナ３ａを基準としてアンテ
ナ３ｂ、３ｃをそれぞれ１８０°、Ｏｏとなるように設
定することになる。この例の場合、３点での励振を考え
たが２点だけで励振しても良いことは当然である。

この他、４つ以上の増巾部、アンテナを有する構成も同
様に実現することは明らかである。

又上記の説明において使用周波数帯として、Ｉ　、Ｓ　
、Ｍ周波数帯の１つである９　１５　ＭＨ２帯を考えた
が、この周波数帯は各国の電波利用状況により法律的に
割当てられたもので、一般にその帯域中として９１５−
１３　ＭＨｚを採用している場合が多い。

本発明において、９１５　ＭＨ２帯と特に指定している
のは、こうした法律上の背景によるもので、純技術的に
は９１５　ＭＨｚの１．Ｓ、Ｍ、周波数帯から離れた９
１５　１００ＭＨ２程度の範囲まで本特許の構成方法は
適用できる。従って一部これ（９１５ＭＨｚ　）と多少
異なる周波数帯域を採用している回もあるがこうした周
波数帯でも全く同様に本特許が成り立つことは言うまで
もない。

発明の効果 トランジスタ等の固体能動素子を使用した高周波発生装
置を使う場合、９１６ＭＨｚ帯の利用がトランジスタの
能力の関係から有利となるが、以上のように本発明によ
れば、９１　ｒｓ　ＭＨｚという従来の約３倍の波長を
使うだめ逆に困難と々つだ電力合成が可能となる。

すなわち、トランジスタの能力の関係から個々には制限
される増巾部の出力を加熱室内で合成可能とし、実用上
必要な電波出力をトランジスタを使用した高周波発生装
置で可能としたものである０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２つの高周波発生装置で給電した高周波
加熱装置の構成図、第２図ａはＴｌ２ｏ＋。 ＴＥ１０１の２つのモードを励振したときの電磁界分布
の様子を示すだめの加熱室の断面図、第２図すは第２図
ａのＢ−Ｂ′線断面図、第２図Ｃは第２図ａのＡ−Ａ’
線断面図、第３図ａは従来例及び本発明にかかるＴｌ２
ｏ＋モード励振の加熱室及びアンテナの構成と電磁界分
布の様子を示す加熱室断面図、第３図すは第３図ａのＡ
−Ａ’線断面図、第４図は従来の２４５０　ＭＨｚ帯を
使った高周波加熱装置の加熱室内の電界の励振状態を示
す断面図、第５図は本発明の一実施例にかかる高周波発
生装置とアンテナのブロック図、第６図は同地の実施例
の加熱室とアンテナの断面図である。 １・・・・・・高周波発生装置、２・・・・・・加熱室
、３・川・・アンテナ、５・・・・・・発振部、７・・
・・・・増巾器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ＠３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波を発生するトランジスタ等の固体能動素子
   からなる高周波発生装置と、被加熱物を収納する加熱室
   とを備え、上記高周波発生装置を構成する１つの発振部
   と、この発振部で発生した高周波を少なくとも２つに分
   配する分配器と、分配された高周波をそれぞれ増巾する
   少なくとも２つの増巾部とで構成し、これらの増巾部の
   電波出力をそれぞれ別々の出力アンテナにより前記加熱
   室へ導き入れる高周波加熱装置。
2. （２）それぞれのアンテナを励振する高周波の位相差を
   １８Ｑ０もしくは０°にした特許請求の範囲第１項記載
   の高周波加熱装置。