JPS6224536A - 電子レンジにおけるマグネトロンの動作特性解析方法 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、電子レンジにおけるマグネトロンの動作特性
を解析する方法に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕電子レンジは、
例えば食品を加熱するものであり、加熱ムラを解消する
ため周期移動する均−加熱用装置すなわち電波攪拌回転
スタラあるいはターンテーブルを備える構造が一般的で
ある。

マグネトロンからみた電子レンジのインピーダンスは、
周波数により相当変化する。マグネトロンの発振周波数
は、陰極と陽極との間の作用空間における電子スポーク
の回転速度により決まる。この電子スポークの回転速度
は、直流磁界による力とマイクロ波電界による力との相
乗作用により定まる。マイクロ波電界は、マグネトロン
からみたインピーダンスおよび入力電力により定まる。

したがってマグネトロンの発振周波数は、電子レンジの
インピーダンスおよび陽極電流により影響される。マグ
ネトロンの動作特性解析は、その発振周波数の負荷依存
性と電子レンジの負荷特性の周波数依存性とが複雑に絡
み合っているため、多量のデータ測定とその処理が必要
であり、きわめて困難である。

ところで電子レンジにおけるマグネトロンの動作特性の
解析方法は、従来一般には電子レンジキャビティのイン
ピーダンス特性、マグネトロンの負荷特性、あるいは両
者を組合せた実際の動作特性を測定し、それらから種々
の条件における動作特性を経験的に推測するのが一般的
である。

電子レンジキャビティのインピーダンス特性は、例えば
シグナルゼネレータにより種々の周波数信号をキャビテ
ィ内に入れ、スタラの回転による反射波を測定して得る
ことができる。スタラを使用した電子レンジのインピー
ダンス特性例を、周波数２／ｌｄＯＭＨｚ　、　２４６
０ＭＨｚ　１２４８０ＭＨｚについてスミスチャートで
第９図に示す。これを以下、コールド・インピーダンス
という。なおこの例は、発振周波数が２４５０Ｍ　ＨＺ
帯のマグネトロンであり、また電子レンジキャビティ内
の負荷は、水１／χである。以下同じ。一方、マグネト
ロンの平均陽極電流が３００ｍＡにおける負荷特性の例
をリーケ線図で第１０図に示す。また両者を組合せた動
作特性は、例えば第１１図に示す回路構成で測定する。

すなわちマグネトロンから半波長の整数倍の位置にプロ
ーブを設け、入射波電圧と反射波電圧との比からインピ
ーダンスを測定する。この場合のインピーダンスを、以
下、ダイナミック・インピーダンスという。

このような従来のダイナミックインピーダンス測定法に
よると、次のような不都合がある。第１に、測定のため
の種々の違った特性をもつマグネトロンを数多く用意し
て各々を測定しなければならず、膨大な労力を要してし
まう。第２に、発振周波数が拡がった場合、プローブの
周波数特性、およびマグネトロンとプローブとの間の位
相の影響が大きくなり、その補正が困難となる。また第
３に、あるマグネトロンに最適な結合導波管と、電子レ
ンジの実際の導波管とは各寸法、伝送特性が異なる場合
が多く、その場合導波管ごとの負荷インピーダンスに対
するマグネトロン動作特性データを採らなければならな
い。ざらに第４に、周波数スペクトラム、効率などの定
母的な値の算出が困難である。

上述のようにマグネトロンの発振周波数は、電子レンジ
のインピーダンスおよび陽極電流により影響されるので
、時々刻々の動作点が変化する。

このため種々の条件での電子レンジにおけるマグネトロ
ンの実際の動作点を求めるのは非常に困難であり、また
高い精度も得られない。

〔発明の目的〕

本発明は、以上のような従来方法による不都合を解消し
、比較的簡単に且つ比較的精度よく任意の条件での電子
レンジにおけるマグネトロンの動作特性を解析する方法
を提供するものでおる。

〔発明の概要〕

本発明は、■代表的な周波数での上記電子レンジキャビ
ティのインピーダンス測定データから、均一加熱用装置
の任意の位置における、任意の周波数でのインピーダン
スの値を計１理して求め、■電子レンジキャビティの代
表的な負荷インピーダンスにおけるマグネトロン陽極電
流波形から、各瞬時電流区域における滞沼時間を計算し
、■定在波を可変できる導波管上での、細分化した複数
点の負荷インピーダンスにおけるマグネトロンの瞬時陽
極電流ごとの発振周波数、陽極電圧、高周波出力のデー
タを得、それらデータから任意の負荷インピーダンス、
任意の瞬時陽極電流における発振周波数、高周波出力を
計算できるマグネトロン動作モデルを用意し、■上記■
、（２）の値から（３）により、電子レンジキャビティ
の均一加熱用装置の任意の位置における任意瞬時陽極電
流でのマグネトロン発振周波数および出力電力を計算処
理し、マグネトロンの動作点を求めることを特徴とする
電子レンジにおけるマグネトロンの動作特性解析方法で
ある。

これらの計算処理はコンピュータにより処理でき、また
この方法により、種々のパラメータを変更して計）１理
することで、それに対応するマグネトロンや電子レンジ
を実際に製作しなくても精度の高い動作特性を解析する
ことができる。

（発明の実施例〕 以下図面を参照してその実施例を説明する。

第１図にその処理手順を示す。

まず、インピーダンス測定用プローブの周波数特性を測
定する。その整合負荷に対する周波数特性、基準短絡面
負荷に対する周波数特性をネットワークアナライザ、デ
ィジタルオシロスコープにより処理したうえ、そのデー
タ情報をマイクロコンピュータに転送し、プローブの周
波数による補正係数を求める。

■　一方、第２図に示す特性測定回路構成により、電子
レンジのコールド・インピーダンスを測定する。これは
、電子レンジキャビティ内のスタラを通常通りに回転さ
せながら測定用入力信号の周波数を例えば５ＭＨ２刻み
に変えて各々のインピーダンスを測定する。またスタラ
を停止し、１回転の数等分した各々の位置に固定し、周
波数を変化させてインピーダンスを測定する。これらの
データを同様にマイクロコンピュータに転送する。

以上のデータから、各々の周波数、インピーダンスの一
致点を求める計算処理をする。それにより、電子レンジ
の任意のスタラ位置における、任意の周波数でのインピ
ーダンスの対応関係を求める。

なお電子レンジのキャビティからマグネトロンの取付は
位置を変えた場合、実際に電子レンジを制作しなくても
、このデータからインピーダンスを位相変換することに
より得られる。

■　また、電子レンジの電源特性、おるいは陽極電流波
形のデータをコンピュータに転送する。これにより各陽
極電流区域の滞留時間を計算させる。

なお一般に電子レンジではり一ケージトランス使用の半
波倍電圧整流電源回路が使用されるので、標準的な＠極
電流波形を１波形だけとり、この波形から例えば５ｍＡ
きざみの区域に分け、各区域における滞留時間を求めて
データを得る。

■　さらに、第３図に示す回路構成の導波管形マグネト
ロン動作試験装置により、供試マグネトロンからみた矩
形導波管上の負荷インピーダンスを定在波発生器により
定在波比、位相を変え、その時の尖頭陽極電圧、平均高
周波出力、発振周波数を読み取り、マイクロコンピュー
タにデータ入力する。

また同図の測定装置により定在波発生器で定在波比、位
相を変え、マグネトロンのいくつかの代表的なインピー
ダンスにおける瞬時陽極電圧、瞬時陽極電流、瞬時出力
、各瞬時電流における発振周波数の各データをコンピュ
ータに転送する。すなわち、瞬時陽極電流と瞬時陽極電
圧との関係を、ディジタルシンクロスコープでディジタ
ル信号に変換し、マイクロコンピュータにデータ転送す
る。

そして瞬時陽極電流と瞬時高周波出力との関係を同様に
ディジタル信号としてマイクロコンピュータに入力する
。またマイクロコンピュータでクリスタルディテクタか
らの出力電圧を高周波出力に換算する。さらに周波数カ
ウンタのサンプリングタイミングを調整し、瞬時陽極電
流と発振周波数との関係を測定し、それらの相互関係を
マイクロコンピュータに入力する。また定在波比較と位
相をマイクロコンピュータに入力する。定在波比、位相
を変えこの操作を数十回くりかえし、各データをマイク
ロコンピュータに入力する。

こうして数十の異なる負荷インピーダンスの各々の負荷
状態での陽極電流波形、周波数変化、および出力電力変
化のデータをとり、マグネトロンの瞬時陽極電流ごとの
発振周波数、陽極電圧、高周波出力のデータを得、それ
らデータから任意の負荷インピーダンス、任意の瞬時陽
極電流における発振周波数、高周波出力を計算できるマ
グネトロン動作モデルを用意する。またこれらのデータ
からマグネトロンの動作モデルの係数を計算する。

この係数から、例えばプリング係数の違ったマグネトロ
ン、シンク位相の違ったマグネトロンを製作しなくても
、この係数を変えることにより得られる。

この場合、マグネトロンの動作モデルは、例えば「アイ
・イー・イー・イー、トランザクションズ・エレクトロ
ン・デバイスイズ、ＥＤ−２０／　９゜ｐ、ａｏａ　、
１９７３年」の、Ｊ、　Ｒ，Ｍ、　Ｖａｕｇｈａｎ　　
による「モデル　フォー　カルキュレーション　オブ　
マグネトロンパーフォーマンス」に述べられているモデ
ルを使用できる。ただしその計算式に従うがマグネトロ
ンの実際データから若干の係数を補正する。

この計算処理から、マグネトロンに関して任意の負荷イ
ンピーダンスにおける、任意の瞬時陽極電流での発振周
波数、瞬時出力の値を求めることができる。

こうして、定在波を可変できる導波管上での、細分化し
た複数点の負荷インピーダンスにおけるマグネトロンの
瞬時陽極電流ごとの発振周波数、陽極電圧、高周波出力
のデータを得、それらデータから任意の負荷インピーダ
ンス、任意の瞬時陽極電流における発振周波数、高周波
出力を計算できるマグネトロン動作モデルを用意する。

■　そして前述■、■のデータから、上述■のマグネト
ロンの動作モデルで計Ｅｌ理をすることにより、その電
子レンジキャビティとマグネトロンとを結合した場合の
、任意のスタラ位置にお（ブる任意の瞬時陽極電流での
各瞬時の発振周波数、出力電力を計算処理して求める。

なお、あるスタラ位置における瞬時陽極電流と発振周波
数との関係の例を第４図に示す。同図に示すように、あ
る瞬時陽極電流において解が複数存在する場合がある。

この動作モデルにおいては、各周波数の解におけるＱ値
に比例して高周波出力値を配分すると、それによる計算
値と実測値とがよく一致する。応じて電力値を配分する
。

このようにして、得られた発振周波数、高周波出力電力
を処理することにより、マグネトロンの動作点を解析し
、必要に応じてダイナミック・インピーダンス、周波数
スペクトラム、効率、マグネトロンの各部の温度等を算
出し、ディスプレイに出力することができる。

第５図に本発明により求めた周波数２３６０Ｍ　ＨＺか
ら２５６０Ｍ　Ｈｚまでの範囲で、瞬時陽極電流が９７
８．５　ｍＡにおけるダイナミック・インピーダンスの
算出結果のスミスチャート例を示す。

また第６図に、その負荷での周波数スペクトラムの算出
結果を示す。なおこのスペクトラムは、瞬時陽極電流ご
との発振周波数および出力電力の累積に相当する。これ
を第１２図に示す実測データと比較してみると、主峰の
周波数および出力レベルが一致していることがわかる。

さらにまた次の表１に、同一電子レンジキャビティにお
ける各負荷による効率の測定値と本発明による算出値を
比較して示す。なお効率の測定値は水負荷の水温上昇分
から求め、計算値はマグネトロンの出力である。

表１ なお表１において、＊印のデータは電子レンジの導波管
にスタブを設けない場合を示し、他のデータはスタブを
設けた場合の値である。また以りの計算値の効率には、
水負荷による損失の他に、電子レンジキャビテイ壁面で
の高周波損失も含まれている。このため軽負荷では計算
値の方がやや高めに表われている。またマグネトロンの
温度は軽負荷はど両者の結果が一致している。

なお本発明の方法は、例えば次のように応用することが
できる。すなわち、表１には導波管にスタブを設けない
場合の軽負荷（０，１Ｚ、＜）では出力アンテナ部のが
非常に高温となり、また効率が低いことが示されている
。その条件の計算結果によるスミスチャートを第７図に
示す。それによれば動作点が同図にとくに便宜上実線Ａ
で示す付近すなわち反射の多い外側に集中していること
から、この付近の動作点でアンテナ部の高周波電圧が増
大しアンテナ部の過熱をひき起していることが予測でき
る。これに対して電子レンジの導波管の適当な位置にス
タブを設けると、他が同一条件でも第８図に実線Ｂの範
囲に示すように変化し、表１の如く効率およびアンテナ
温度の改善を計ることができるのである。その他種々の
応用が可能である。

なお、均一加熱装置は、回転スタブに限らず、例えば一
方向に往復動する電波攪拌装置や、おるいは被加熱物を
載せるターンテーブル、それらの組み合わせなどであっ
てもに＜、おるサイクルで周期移動する装置であればよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、一旦電子レンジキ
ャビテイおよびマグネｌ−ロンの動作特性をそれぞれ求
めてそれらを細分化した対応データをコンピュータに転
送し、動作モデルによる計算をさせることにより、両者
を組合せた場合のマグネトロン動作点を導きだすことが
できる。またそれらの部分的設計変更による動作特性も
、実際に個々のものを製作しなくても計算処理から容易
に求めることができる。そして比較的高精度に解析する
ことができる。したがって電子レンジあるいはマグネト
ロンの設計が容易となり、且つ最適な動作特性を設定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における処理手順の工程図、第
２図は本発明におけるコールドインピーダンスの測定回
路構成図、第３図は同じく本発明におけるマグネトロン
動作試験装置の構成図、第４図は本発明における電子レ
ンジのあるスタブ位置でのマグネトロン発振周波数の計
算例を示す特性図、第５図は本発明によるある電子レン
ジにおけるダイナミック・インピーダンスの計算例を示
すスミスチャート、第６図は同じくスペクトラム特性図
、第７図および第８図はそれぞれ本発明の詳細な説明す
るダイナミックインピーダンスの計算スミスチャート、
第９図は従来法によるコールドインピーダンス特性を示
すスミスチャート、第１０図はマグネトロン特性例を示
すリーケ線図、第１１図は従来のダイナミックインピー
ダンスの測定回路構成図、第１２図は従来法によるスペ
クトラム特性図である。 代理人弁理士　則　近　憲　イも 同　　　大胡典夫 第　　２　図 第　　３　図 第　　４　図 第　　５　図 第　　６　図 第　　７　図 第　　８　図 第　　９　図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マグネトロンが直接又は導波管を介して接続される電子
   レンジキャビティ内に、周期移動する均一加熱用装置が
   設けられてなる電子レンジにおけるマグネトロンの動作
   特性解析方法において、 （１）代表的な周波数での上記電子レンジキャビティの
   インピーダンス測定データから、上記均一加熱用装置の
   任意の位置における、任意の周波数でのインピーダンス
   の値を計算処理して求め、 （２）上記電子レンジキャビティの代表的な負荷インピ
   ーダンスにおけるマグネトロン陽極電流波形から、各瞬
   時電流区域における滞留時間を計算し、 （３）定在波を可変できる導波管上での、細分化した複
   数点の負荷インピーダンスにおけるマグネトロンの瞬時
   陽極電流ごとの発振周波数、陽極電圧、高周波出力のデ
   ータを得、それらデータから任意の負荷インピーダンス
   、任意の瞬時陽極電流における発振周波数、高周波出力
   を計算できるマグネトロン動作モデルを用意し、（４）
   上記（１）、（２）の値から（３）により、電子レンジ
   キャビティの均一加熱用装置の任意の位置における任意
   瞬時陽極電流でのマグネトロン発振周波数および出力電
   力を計算処理し、 マグネトロンの動作点を求めることを特徴とする電子レ
   ンジにおけるマグネトロンの動作特性解析方法。