JPWO2014119333A1 - 方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る方向性結合器は、導波管（１０）の壁面（１０ａ）に設けられた開口部（１１）と、導波管の外側に設けられた結合線路（１３）とを備える。開口部は、平面視において導波管の管軸（Ｌ１）と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成されている。結合線路は、平面視において開口部をそれぞれ管軸に対して交差する方向に横切るとともに開口部の中央部を挟んで対向するように配置された第１及び第２伝送線路（１３ａ，１３ｂ）と、両端部に設けられた出力部（１３１，１３２）とを備えている。第１及び第２伝送線路は、開口部の鉛直上方の領域から外れた位置で互いに接続されている。

Description

本発明は、導波管内を伝送されるマイクロ波の電力レベルを検出する方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置に関する。

導波管内を伝送されるマイクロ波の電力レベルを検出する装置として、方向性結合器が知られている。方向性結合器は、導波管内を双方向に伝送される進行波と反射波とを分離して検出するものである。方向性結合器の検出方式としては、従来から様々なものが提案されている。例えば、方向性結合器の検出方式として、検出した信号を、別の導波管に伝送させる方式、同軸線路に伝送させる方式、マイクロストリップ線路に伝送させる方式が提案され、実用化されている。

検出した信号を別の導波管に伝送する方式の方向性結合器としては、例えば、非特許文献１に記載の十字型方向性結合器が知られている。この十字型方向性結合器においては、２つの導波管の幅広面を十字型に重ね合わせ、当該２つの導波管の接続面に所定間隔で２つのＸ形状の開口部を設けた構造を有する。

また、検出した信号を同軸線路に伝送する方式の方向性結合器としては、例えば、特許文献１に記載の方向性結合器が知られている。この方向性結合器は、導波管の幅広面の管軸に対応する位置に開口部を設け、当該開口部に対向する位置にマイクロ波検出部である容量板を設け、当該容量板の周囲に検出座と２つの中心導体と２つのコネクタとを設けた構造を有する。

また、検出した信号をマイクロストリップ線路に伝送する方式の方向性結合器としては、例えば、特許文献２に記載の方向性結合器が知られている。この方向性結合器は、導波管の幅広面の管軸に対応する位置に開口部を設け、当該開口部に対向する位置にプリント基板を設け、当該プリント基板にマイクロ波検出部であるマイクロストリップ線路と検波回路とを設けた構造を有する。

また、検出した信号をマイクロストリップ線路に伝送する方式の方向性結合器として、例えば、特許文献３に記載の方向性結合器も知られている。この方向性結合器は、導波管の幅広面の管軸に対応する位置に所定間隔で２つの開口部を設け、当該２つの開口部に対向する位置にプリント基板を設け、当該プリント基板にマイクロ波検出部であるマイクロストリップ線路と２つの探針とを設けた構造を有する。

なお、前記では、導波管に取り付けられる方向性結合器について説明したが、マイクロ波加熱装置に取り付けられる方向性結合器も存在する（例えば、特許文献４参照）。

特開平０３−２９７２０２号公報 特開２００４−２３５９７２号公報 特開平０６−１３２７１０号公報 特開平０５−１９０２７１号公報

蓮沼博、高木勝義著、「マイクロ波基礎回路の設計」オーム社、１９６４年１２月２５日発行、ページ２５８−２６０

しかしながら、検出した信号を別の導波管に伝送する方式の方向性結合器においては、２つの導波管が必要であるため、装置の厚みが大きいという課題がある。また、検出した信号を同軸線路に伝送する方式の方向性結合器においても、容量板の周囲に検出座と２つの中心導体と２つのコネクタとを設ける構造であるため、装置の厚みが大きいという課題がある。

これに対して、検出した信号をマイクロストリップ線路に伝送する方式の方向性結合器においては、マイクロストリップ線路及び検波回路の厚みは極僅かであり、２つの深針も開口部とプリント基板との間の空間に設けるものであるため、装置の厚みを薄くすることが可能である。

しかしながら、前記方式の方向性結合器では、導波管の管軸に対応する位置（平面視において導波管の管軸と重なる位置）に開口部を設けているので、開口部からマイクロストリップ線路までの長さ寸法や深針の長さ寸法を高精度に管理する必要がある。すなわち、前記方式の方向性結合器の構造では、導波管の管軸方向に導波管内を伝送されるマイクロ波の波長に相当するくらい長い開口部を設けた場合であっても、当該開口部から導波管の外にマイクロ波は自由放射しない。このため、開口部の周辺に広がる電磁界をマイクロストリップ線路に結合させる構成が必要になる。電磁界をマイクロストリップ線路に結合させること自体は、例えば、導波管の管軸方向に対して垂直な方向における開口部の幅をマイクロストリップ線路の線路幅より大きくすることで実現することができる。しかしながら、この場合、その結合のレベルは、開口部からマイクロストリップ線路までの長さ寸法や深針の長さ寸法に大きく依存することになる。

従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決することにあって、装置の大型化を抑えつつ、高精度な寸法管理を不要とすることができる新規な方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置を提供することにある。

前記従来の課題を解決するために、本発明に係る方向性結合器は、
導波管の壁面に設けられた開口部と、前記導波管の外側に設けられた結合線路と、を備える方向性結合器であって、
前記開口部は、平面視において前記導波管の管軸と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成され、
前記結合線路は、平面視において前記開口部をそれぞれ横切るとともに前記開口部の中央部を挟んで対向するように配置された第１及び第２伝送線路と、両端部に設けられた出力部とを備え、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路とは、前記開口部の鉛直上方の領域から外れた位置で互いに接続されるように構成されている。

本発明に係る方向性結合器によれば、装置の大型化を抑えつつ、高精度な寸法管理を不要とすることができる新規な方向性結合器を提供することができる。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図１は、本発明の第１実施形態に係る方向性結合器の斜視図であり、 図２は、図１の方向性結合器が備えるプリント基板を透過して示す斜視図であり、 図３は、図１の方向性結合器が備える導波管の平面図であり、 図４は、図１の方向性結合器が備えるプリント基板の回路構成図であり、 図５は、クロス開口から円偏波が放射される原理を説明する説明図であり、 図６は、時間経過とともに変化するマイクロストリップ線路を伝送されるマイクロ波の向き及び量を説明する説明図であり、 図７は、第１伝送線路と第２伝送線路との間隔を４ｍｍとした方向性結合器における反射波電力検出ポートの特性を示す図であり、 図８は、第１伝送線路と第２伝送線路との間隔を２ｍｍとした方向性結合器における反射波電力検出ポートの特性を示す図であり、 図９は、第１伝送線路と第２伝送線路との間隔を４ｍｍとした方向性結合器における進行波電力検出ポートの特性を示す図であり、 図１０は、図１の方向性結合器が備えるクロス開口を円形の開口部に置き換えたときの開口部とマイクロストリップ線路との関係を示す平面図であり、 図１１は、本発明の第２実施形態に係るマイクロ波加熱装置の概略構成図である。

本発明に係る方向性結合器は、導波管の壁面に設けられた開口部と、前記導波管の外側に設けられた結合線路と、を備える方向性結合器であって、
前記開口部は、平面視において前記導波管の管軸と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成され、
前記結合線路は、平面視において前記開口部をそれぞれ横切るとともに前記開口部の中央部を挟んで対向するように配置された第１及び第２伝送線路と、両端部に設けられた出力部とを備え、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路とは、前記開口部の鉛直上方の領域から外れた位置で互いに接続されるように構成されている。

この構成によれば、開口部は、平面視において導波管の管軸と交差しない位置に設けられているので、導波管内を伝送されるマイクロ波を容易に導波管の外側に放射させることができる。当該導波管の外側に放射されたマイクロ波は、結合線路で結合する。

また、前記構成において、開口部は、円偏波を放射するように形成されている。この構成によれば、導波管内を伝送されるマイクロ波の向きが互いに逆向きの場合、開口部から放射される円偏波の回転方向も互いに逆向きとなる。また、前記構成において、結合線路は、平面視において開口部をそれぞれ横切るとともに開口部の中央部を挟んで対向するように配置された第１及び第２伝送線路を備えている。この構成によれば、導波管内を一方向にマイクロ波が伝送されるときに開口部から（例えば、反時計回りに）放射される円偏波は、大部分が第１伝送線路又は第２伝送線路の一方を通じて一方の出力部に出力されることになる。一方、導波管内を前記一方向とは逆方向にマイクロ波が伝送されるときに開口部から（例えば、時計回りに）放射される円偏波は、大部分が第１伝送線路又は第２伝送線路の他方を通じて他方の出力部に出力されることになる。これにより、導波管内を双方向に伝送されるマイクロ波（進行波と反射波）をそれぞれ分離して検出することができる。すなわち、前記構成によれば、円偏波の回転方向の違いを利用して進行波と反射波とを分離して検出するようにしているので、装置の大型化を抑えつつ、高精度な寸法管理を不要とすることができる新規な方向性結合器を提供することができる。

なお、前記結合線路は、例えば、プリント基板の前記開口部と対向する面に形成すればよい。プリント基板の厚みは、通常、極僅かであるので、装置の大型化を抑えることができる。

また、前記開口部は、２つの長孔が交差するＸ形状に形成されることが好ましい。これにより、開口部は、ほぼ真円状の円偏波を放射することができ、当該円偏波の回転方向がより明確になる。その結果、進行波と反射波とを精度よく分離して検出することができる。

また、平面視において、前記開口部と前記第１伝送線路とが交差する結合領域の略中心に位置する第１結合点と、前記開口部と前記第２伝送線路とが交差する結合領域の略中心に位置する第２結合点との間の前記結合線路は、前記第１結合点で生じるマイクロ波と前記第２結合点で生じるマイクロ波とが、前記円偏波の回転方向に対応して、前記第１結合点又は前記第２結合点で同位相になるように構成されることが好ましい。これにより、反射波が存在する環境下（すなわち、導波管内に定在波が発生する環境下）であっても方向性結合器の設置位置を自由に設計でき、実用価値を高めることができる。

また、前記プリント基板を前記導波管の外面上で支持するとともに、平面視において前記開口部を包囲するように配置された導電性を有する支持部を更に備え、前記プリント基板の前記開口部に対向しない面には、マイクロ波反射部材が形成されることが好ましい。この構成によれば、開口部から放射されるマイクロ波が支持部及びプリント基板の外側に漏洩することを防ぐことができる。これにより、支持部及びプリント基板の周辺に配置される電気部品や制御信号ラインなどへのマイクロ波の不要輻射を抑制し、誤動作が起こることを回避することができる。

また、前記支持部には、前記結合線路の両端部が貫通する貫通穴が設けられ、前記出力部は、前記支持部の外側に配置されることが好ましい。この構成によれば、開口部から放射されたマイクロ波が支持部及びプリント基板の外側に漏洩することを支持部により防ぐ一方で、結合線路が検出した信号のみを支持部の外側に取り出すことができる。

また、前記出力部は、前記支持部の外側で検波回路又は終端回路に接続されることが好ましい。この構成によれば、検波回路又は終端回路が、開口部から放射されたマイクロ波の輻射により誤動作することを抑制することができる。

なお、前記検波回路又は前記終端回路は、前記プリント基板に設けられることが好ましい。この構成によれば、結合線路と検波回路又は終端回路とを設けるプリント基板の構成を単純化して信頼性を高く維持することができる。

また、前記第１及び第２伝送線路は、平面視において前記管軸と略垂直な方向に延在していることが好ましい。この構成によれば、導波管内を双方向に伝送されるマイクロ波の分離精度において、導波管に接続された負荷のインピーダンスの影響を緩和し、マイクロ波の分離度を高く維持することができる。

また、前記第１伝送線路の一端部と第２伝送線路の一端部とは、平面視において前記管軸に対して略平行な第３伝送線路に接続されることが好ましい。この構成によれば、導波管内を双方向に伝送されるマイクロ波の分離度を高めることができるとともに、結合線路の構造を定性化でき、実用構造の設計を容易にすることができる。

以下、本発明の実施形態に係る方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る方向性結合器の斜視図である。図２は、図１の方向性結合器が備えるプリント基板を透過して示す斜視図である。図３は、図１の方向性結合器が備える導波管の平面図である。図４は、図１の方向性結合器が備えるプリント基板の回路構成図である。

本第１実施形態に係る方向性結合器は、図１及び図２に示すように、マイクロ波を伝送する導波管１０の壁面に設けられている。本第１実施形態において、導波管１０は、方形導波管である。導波管１０の管軸Ｌ１と直交する断面は、長方形に形成されている。

本第１実施形態に係る方向性結合器は、導波管１０の幅広面１０ａに設けられたＸ形状の開口部（以下、クロス開口という）１１と、導波管１０の外側でクロス開口１１と対向するように設けられたプリント基板１２と、導波管１０の外面上でプリント基板１２を支持する支持部１４とを備えている。

クロス開口１１は、図３に示すように、平面視（プリント基板１２側からクロス開口１１を鳥瞰したとき）において、導波管１０の管軸Ｌ１と交差しない位置に設けられている。クロス開口１１の開口中央部１１ｃは、平面視において導波管１０の管軸Ｌ１から寸法Ｄ１だけ離れた位置に位置する。寸法Ｄ１は、例えば、導波管１０の幅寸法の１／４の寸法である。また、クロス開口１１は、導波管１０内を伝送されるマイクロ波を円偏波としてプリント基板１２側へ放射するように形成されている。

クロス開口１１の開口形状は、導波管１０の幅寸法と高さ寸法、導波管１０を伝送されるマイクロ波の電力レベルや周波数帯域、クロス開口１１から放射させる円偏波の電力レベルなどの条件に基づいて決定すればよい。例えば、導波管１０の幅寸法が１００ｍｍ、高さ寸法が３０ｍｍ、導波管１０の壁面の厚さが０．６ｍｍ、導波管１０を伝送されるマイクロ波の最大電力レベルが１０００Ｗ、周波数帯域が２４５０ＭＨｚ、クロス開口１１から放射させる円偏波の最大電力レベルが約１０ｍＷである場合、クロス開口１１の長さ１１ｗは２０ｍｍ、クロス開口１１の幅１１ｄは２ｍｍ程度に決定すればよい。なお、本第１実施形態において、クロス開口１１は、２つの長孔１１ｅ，１１ｆをＸ形状に交差させることにより構成され、当該２つの長孔１１ｅ，１１ｆの交差角度は、９０度としている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、当該交差角度を６０度や１２０度にしてもよい。

なお、クロス開口１１の開口中央部１１ｃを導波管１０の管軸Ｌ１と対応する位置（平面視において管軸Ｌ１と重なる位置）に配置した場合、電界は回転せずに伝送方向に往復することになる。この場合、クロス開口１１から直線偏波が放射されることになる。一方、開口中央部１１ｃが管軸Ｌ１から少しでもずれていれば電界は回転する。但し、開口中央部１１ｃが管軸Ｌ１に近ければ近いほど（寸法Ｄ１が０ｍｍに近づくにつれて）、電界の回転はいびつになる。この場合、クロス開口１１から楕円状の円偏波（楕円偏波ともいう）が放射されることになる。本第１実施形態のように、寸法Ｄ１を導波管１０の幅寸法の１／４程度に設定した場合には、電界の回転はほぼ真円状になる。この場合、クロス開口１１からほぼ真円状の円偏波が放射されることになるので、回転方向がより明確になり、進行波と反射波とを精度よく分離して検出することができる。

プリント基板１２のクロス開口１１に対向しない面（以下、プリント基板Ａ面という）１２ａには、マイクロ波反射部材の一例として銅箔（図示せず）が形成されている。銅箔は、例えば、プリント基板Ａ面全体を覆うように形成されている。これにより、クロス開口１１から放射された円偏波がプリント基板１２を透過しないようになっている。

また、プリント基板１２のクロス開口１１に対向する面（以下、プリント基板Ｂ面という）１２ｂには、図４に示ように、結合線路の一例であるマイクロストリップ線路１３が設けられている。マイクロストリップ線路１３は、例えば、特性インピーダンスが略５０オームである伝送線路で構成されている。マイクロストリップ線路１３は、平面視において、クロス開口１１の開口中央部１１ｃを取り囲むように配置されている。

より具体的には、マイクロストリップ線路１３は、第１伝送線路１３ａと、第２伝送線路１３ｂとを備えている。第１及び第２伝送線路１３ａ，１３ｂは、平面視においてクロス開口１１をそれぞれ横切るとともにクロス開口１１の開口中央部１１ｃを挟んで対向するように配置されている。本第１実施形態において、第１及び第２伝送線路１３ａ，１３ｂは、クロス開口１１を包含する矩形のクロス開口領域１１ａの鉛直上方に位置し、導波管１０の管軸Ｌ１に対して略垂直な方向に形成されている。

第１伝送線路１３ａの一端部と第２伝送線路１３ｂの一端部とは、クロス開口１１の鉛直上方の領域から外れた位置で、平面視において管軸Ｌ１に対して略平行な第３伝送線路１３ｃに接続されている。第１伝送線路１３ａの他端部は、管軸Ｌ１に対して略平行な伝送線路１３ｄに接続され、平面視においてクロス開口領域１１ａの外側まで延設されている。伝送線路１３ｄは、伝送線路１３ｆを介して出力部１３１に接続されている。第２伝送線路１３ｂの他端部は、管軸Ｌ１に対して略平行な伝送線路１３ｅに接続され、平面視においてクロス開口領域１１ａの外側まで延設されている。伝送線路１３ｅは、伝送線路１３ｇを介して出力部１３２に接続されている。

出力部１３１，１３２は、平面視において支持部１４の外側に配置されている。出力部１３１，１３２には、検出したマイクロ波信号のレベルを制御信号として取り扱うための処理回路である検波回路１５が接続されている。

図４には、検波回路１５の一例が示されている。本第１実施形態において、検波回路１５は、チップ抵抗１６と、ショトキーダイオード１７とを備えている。出力部１３１から出力されるマイクロ波信号は、チップ抵抗１６及びショトキーダイオード１７を経て整流され、チップ抵抗及びチップコンデンサにより構成される平滑回路を経て直流電圧に変換され、検波出力部１８に出力される。同様に、出力部１３２から出力されるマイクロ波信号は、チップ抵抗１６及びショトキーダイオード１７を経て整流され、チップ抵抗及びチップコンデンサにより構成される平滑回路を経て直流電圧に変換され、検波出力部１９に出力される。

また、プリント基板１２には、例えば、４つのプリント基板取付用穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、２つのピンフォール２１ａ，２１ｂとが厚み方向に貫通するように設けられている。クロス開口１１に対向するプリント基板Ｂ面１２ｂにおいて、プリント基板取付用穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの周辺部及びピンフォール２１ａ，２１ｂの周辺部には、グランド面となる銅箔が形成されている。この銅箔が形成された部分（以下、銅張部という）は、クロス開口１１に対向しないプリント基板Ａ面１２ａと同電位（グランド電位）とされている。

プリント基板１２は、プリント基板取付用穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを通じて支持部１４にネジ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄをねじ込むことによって組立固定される。支持部１４には、図２に示すように、ネジ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄをねじ込むためのネジ部２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄが設けられている。ネジ部２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄは、支持部１４が有するフランジ部に形成されている。

支持部１４は、導電性を有し、平面視においてクロス開口１１を包囲するように配置されている。すなわち、支持部１４は、クロス開口１１から放射された円偏波が支持部１４の外側に漏洩するのを防ぐシールドとして機能する。

支持部１４には、図２に示すように、マイクロストリップ線路１３の両端部が貫通する貫通穴１４１，１４２が形成されている。これにより、マイクロストリップ線路１３の両端部の出力部１３１，１３２を支持部１４の外側に位置させることができる。すなわち、貫通穴１４１，１４２は、マイクロストリップ線路１３を伝送されるマイクロ波信号を支持部１４の外側に取り出す取出し部として機能する。貫通穴１４１、１４２は、例えば、図２に示すように、支持部１４のフランジ部をプリント基板１２から離れる側に凹ませることにより形成することができる。

なお、図１及び図２には、図４に示す検波出力部１８，１９に実装させるためのコネクタ１８ａ，１９ａが図示されている。

なお、前記では、導波管１０内を双方向に伝送されるマイクロ波を検出する方向性結合器について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明に係る方向性結合器は、導波管１０内を一方向に伝送されるマイクロ波を検出するように構成されてもよい。当該構成は、例えば、図４に示す検波回路１５を終端回路（図示せず）に置換することで実現することができる。なお、この場合、終端回路は、例えば、抵抗値５０オームのチップ抵抗で構成すればよい。

次に、本第１実施形態に係る方向性結合器の動作及び作用について説明する。

まず、図５を用いて、クロス開口１１から円偏波が放射される原理について説明する。なお、図５においては、導波管１０内に生じる磁界分布を同心の楕円状からなる点線１０ｄで示している。また、磁界分布１０ｄの磁界の向きを矢印で示している。磁界分布１０ｄは、導波管１０内をマイクロ波の伝送方向Ａ１に時間とともに移動する。

時刻ｔ＝ｔ０の時、図５の（ａ）に示すように、磁界分布１０ｄが形成される。このとき、クロス開口１１の一方の長孔１１ｅが破線矢印Ｂ１で示す磁界で励起される。その後、ｔ１時間経過した時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１の時、クロス開口１１の他方の長孔１１ｆが破線矢印Ｂ２で示す磁界で励起される。その後、図５の（ａ）に示す状態からＴ／２時間（Ｔはマイクロ波の周期）が経過した時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２（Ｔは周期）のとき、クロス開口１１の一方の長孔１１ｅが破線矢印Ｂ３で示す磁界で励起される。その後、ｔ１時間経過した時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２＋ｔ１のとき、クロス開口１１の他方の長孔１１ｆが破線矢印Ｂ４で示す磁界で励起される。図５の（ａ）に示す状態からＴ時間が経過した時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔのとき、時刻ｔ＝ｔ０のときと同様に、クロス開口１１の一方の長孔１１ｅが破線矢印Ｂ１で示す磁界で励起される。これら一連の励起状態が順次繰り返されることで、クロス開口１１から放射されるマイクロ波は、反時計回りの方向３２に回転する円偏波となって導波管１０の外側に放射される。

ここで、図３に示す矢印３０に伝送されるマイクロ波を進行波とし、矢印３１に伝送されるマイクロ波を反射波とする。この場合、進行波は図５に示す伝送方向Ａ１と同じ向きに伝送されるので、上述したように、クロス開口１１から放射されるマイクロ波は反時計回りの方向３２に回転する円偏波となって導波管１０の外側に放射される。一方、反射波は図５に示す伝送方向Ａ１と逆向きに伝送されるので、クロス開口１１から放射されるマイクロ波は時計回りの方向に回転する円偏波となって導波管１０の外側に放射される。

導波管１０の外側に放射された円偏波は、クロス開口１１に対向するマイクロストリップ線路１３で結合する。このとき、マイクロストリップ線路１３の第１〜第３伝送線路１３ａ〜１３ｃを上述したように形成した場合、矢印３０の方向に伝送される進行波によりクロス開口１１から放射されるマイクロ波は、大部分がマイクロストリップ線路１３の出力部１３１に出力される。一方、矢印３１の方向に伝送される反射波によりクロス開口１１から放射されるマイクロ波は、大部分がマイクロストリップ線路１３の出力部１３２に出力される。このことにつき、図６を用いて、以下に詳しく説明する。

図６は、時間経過とともに変化するマイクロストリップ線路１３を伝送されるマイクロ波の向き及び量を説明する説明図である。なお、マイクロストリップ線路１３とクロス開口１１との間には隙間があるため、当該隙間をマイクロ波が伝送される時間分、マイクロ波がマイクロストリップ線路１３に到達する時間は遅くなるが、説明の便宜上、ここでは当該時間遅れは無いものとして取り扱う。また、ここでは、平面視においてクロス開口１１とマイクロストリップ線路１３とが交差する領域を結合領域という。また、クロス開口１１と第１伝送線路１３ａとが交差する結合領域の略中心を結合点（第１結合点）Ｐ１といい、クロス開口１１と第２伝送線路１３ｂとが交差する結合領域の略中心を結合点（第２結合点）Ｐ２という。また、図６では、マイクロストリップ線路１３を伝送されるマイクロ波の量を線の太さで表現している。すなわち、マイクロストリップ線路１３を伝送されるマイクロ波の量が多い場合には線を太くする一方、マイクロストリップ線路１３を伝送されるマイクロ波の量が少ない場合には線を細くしている。

図６の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０のとき、破線矢印Ｂ１で示す磁界がクロス開口１１の一方の長孔１１ｅを励起し、マイクロストリップ線路１３上の結合点Ｐ１には太い実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波が生じる。この太い実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波は、結合点Ｐ２に向かってマイクロストリップ線路１３上を伝送される。

図６の（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１のとき、破線矢印Ｂ２で示す磁界がクロス開口１１の他方の長孔１１ｆを励起し、マイクロストリップ線路１３上の結合点Ｐ２には太い実線矢印Ｍ２で示すマイクロ波が生じる。ここで、結合点Ｐ１と結合点Ｐ２との間のマイクロストリップ線路１３によるマイクロ波の実効伝搬時間を時間ｔ１に設計すると、時刻ｔ＝ｔ０の時に結合点Ｐ１に生じたマイクロ波は時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１の時に結合点Ｐ２に伝送される。当該マイクロ波は、時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１の時に結合点Ｐ２に生じたマイクロ波と同位相になる。このため、２つのマイクロ波が加算されてマイクロストリップ線路１３上を出力部１３１に向けて伝送され、所定時間経過後、出力部１３１に出力される。

図６の（ｃ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２のとき、破線矢印Ｂ３で示す磁界がクロス開口１１の一方の長孔１１ｅを励起し、マイクロストリップ線路１３上の結合点Ｐ１には細い実線矢印Ｍ３で示すマイクロ波が生じる。この細い実線矢印Ｍ３で示すマイクロ波は、マイクロストリップ線路１３上を出力部１３２に向けて伝送され、所定時間経過後、出力部１３２に出力される。

なお、実線矢印Ｍ３の太さを実線矢印Ｍ１の太さに比べて細くした理由は、以下の通りである。すなわち、クロス開口１１からは、上述したように反時計回りの方向３２に回転するマイクロ波（円偏波）が放射される。図６の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０のとき、マイクロストリップ線路１３の結合点Ｐ１に生じる実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波の伝送方向は、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向と略同じ方向である。このため、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波のエネルギは縮減されない。一方、図６の（ｃ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２のとき、マイクロストリップ線路１３の結合点Ｐ１に生じる実線矢印Ｍ３で示すマイクロ波の伝送方向は、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向に対して逆方向である。このため、結合したマイクロ波のエネルギは縮減される。したがって、実線矢印Ｍ３で示すマイクロ波の量は、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波の量よりも少なくなる。

図６の（ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２＋ｔ１のとき、破線矢印Ｂ４で示す磁界がクロス開口１１の他方の長孔１１ｆを励起し、マイクロストリップ線路１３上の結合点Ｐ２には細い実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波が生じる。この細い実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波は結合点Ｐ１に向かって伝送される。なお、実線矢印Ｍ４の太さを細くした理由は、上述した実線矢印Ｍ３の太さを細くした理由と同様である。

時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔのとき、図６の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０のときと同様に、クロス開口１１の一方の長孔１１ｅが破線矢印Ｂ１で示す磁界で励起される。このとき、図６の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０のときには説明しなかった細い実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波がマイクロストリップ線路１３上に存在する。この細い実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波は、時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ（すなわちｔ＝ｔ０）のとき、結合点Ｐ１に伝送される。この実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波は、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波に対して伝送方向が逆向きであるので、打ち消されて消滅する。このため、細い実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波は、出力部１３２に出力されない。

なお、厳密には、時刻ｔ＝ｔ０のときに結合点Ａから伝送されるマイクロ波の量は、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波の量から実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波の量を差分した量（Ｍ１−Ｍ４）となる。従って、出力部１３１に出力されるマイクロ波の量は、結合点Ａから伝送されるマイクロ波の量に実線矢印Ｍ２で示すマイクロ波の量を加算した量（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ４）となる。このことを考慮しても、出力部１３１に出力されるマイクロ波の量（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ４）は、出力部１３２に出力されるマイクロ波の量（Ｍ３）に比べて、はるかに多い量（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ４＞Ｍ３）となる。従って、マイクロストリップ線路１３の第１〜第３伝送線路１３ａ〜１３ｃを上述したように形成した場合には、矢印３０の方向に伝送される進行波によりクロス開口１１から反時計回りに放射されるマイクロ波は、大部分がマイクロストリップ線路１３の出力部１３１に出力されることになる。一方、矢印３１の方向に伝送される反射波によりクロス開口１１から時計回りに放射されるマイクロ波は、大部分がマイクロストリップ線路１３の出力部１３２に出力されることになる。

なお、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとは、平面視において、クロス開口１１の開口中央部１１ｃを通り且つ管軸Ｌ１に対して垂直な直線に対して線対称に設けられることが好ましい。これにより、進行波と反射波の検出分離度を向上させることができる。

なお、導波管１０内において進行波と反射波が互いに逆方向に伝送される場合、導波管１０内に定在波が発生し、当該定在波が進行波と反射波の検出分離度に悪影響を与えることがある。この課題を改善するには、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの間隔１３ｇ（図４参照）を以下のように設定すればよい。図７は、間隔１３ｇを４ｍｍとした方向性結合器における反射波電力検出ポートの特性を示す極座標図である。図８は、間隔１３ｇを２ｍｍとした方向性結合器における反射波電力出力ポートの特性を示す極座標図である。

なお、図７及び図８に示すデータは、以下のようにして得られたものである。まず、幅寸法が１００ｍｍ、高さ寸法が３０ｍｍ、壁面の厚さが０．６ｍｍ、クロス開口１１の長さ１１ｗが２０ｍｍ、クロス開口１１の幅１１ｄが２ｍｍの導波管１０を用意する。この導波管１０の一端部にマイクロ波の入力端子を接続するとともに、導波管１０の他端部に反射波のレベル及び位相を変化させることができる負荷を接続する。その後、マイクロ波の入力端子からマイクロ波信号を入力するとともに、負荷により反射波のレベル及び位相を変化させ、マイクロストリップ線路１３の出力部１３１，１３２が検出するマイクロ波の量を、ネットワークアナライザを用いて測定する。ここでは、出力部１３１が検出するマイクロ波（進行波）の量をＳ２１とし、出力部１３２が検出するマイクロ波（反射波）の量をＳ３１とする。次いで、Ｓ３１−Ｓ２１を計算し、スミスチャートの極座標表示上に展開する。

なお、図７及び図８において、基準面（進行波のすべてが完全反射し、位相が１８０度変化する面）５０は、負荷の入力端子を基準として示している。また、極座標表示の中心は、反射波の量Ｓ３１が「０（zero）」であることを示す。一方、極座標表示の最外郭である円周は、進行波のすべてが反射波になることを示す。すなわち、極座標表示の最外郭である円周に近づくほど、反射波の量Ｓ３１が増すことになる。従って、反射波の量から進行波の量を差分した値（Ｓ３１−Ｓ２１）は、小さくなる（図７，図８はｄＢ表記しているので、マイナス数値は小さくなる）。

また、極座標表示の円周方向は、位相に関連するものであり、方向性結合器を配置した位置における反射波の位相を示している（但し、図７及び図８では負荷の入力面を基準面としているので、位相は相対表示である）。すなわち、極座標表示における同一円周上では、反射波の位相は異なるが、反射波の量（電力レベル）は同じである。従って、反射波の量から進行波の量を差分した値（Ｓ３１−Ｓ２１）を極座標上に展開した場合、その等高線は、同心円状になるのが理想的である。

図７に示すように、間隔１３ｇを４ｍｍとした場合には、等高線（太線）がほぼ同心円状になっている。このことから、間隔１３ｇを４ｍｍとすることで、反射波が存在する環境下（すなわち、導波管１０内に定在波が発生する環境下）であっても方向性結合器の設置位置を自由に設計でき、実用価値を高めることができることが分かる。一方、図８に示すように、間隔１３ｇを２ｍｍとした場合には、等高線（太線）が極座標表示の中心から偏心している。このことから、間隔１３ｇを２ｍｍとした場合には、反射波が存在する環境下では方向性結合器の設置位置により検出特性が変化することになり、実用価値が乏しくなることが分かる。なお、図示していないが、間隔１３ｇを８ｍｍとした場合には、間隔１３ｇを２ｍｍと場合とほぼ同様の特性を示すことを確認している。

以上のことから、導波管１０の寸法やクロス開口１１の寸法に応じて間隔１３ｇを適切に設定することで、定在波に関する課題を改善できることが分かる。

次に、間隙１３ｇの好ましい設定方法について説明する。

上述したように、図６は、マイクロストリップ線路１３とクロス開口１１との隙間による時間遅れはないものとして各時刻におけるマイクロストリップ線路１３を伝送されるマイクロ波の向き及び量を示している。また、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波が結合点Ａから結合点Ｂに到達するまでの伝送時間は、ｔ１としている。しかしながら、実際には、マイクロストリップ線路１３とクロス開口１１との間には隙間が存在する。この隙間が大きくなるにつれて、結合点Ａで結合するマイクロ波（実線矢印Ｍ１）と結合点Ｂで結合するマイクロ波（実線矢印Ｍ２）との時間差は時間ｔ１に比べてより短くなる。

間隙１３ｇを４ｍｍ、導波管１０の幅広面１０ａとプリント基板Ｂ面１２ｂとの隙間を６ｍｍとし、導波管１０の幅広面１０ａから５ｍｍ離れた平面（すなわち、マイクロストリップ線路１３より１ｍｍ離れた平面）における、結合点Ａ，Ｂ間の位相差をコンピュータ解析で求めた場合、約５５度であった。また、間隙１３ｇを２ｍｍとした以外は同様の条件でコンピュータ解析したときの結合点Ａ，Ｂ間の位相差は約３８度であった。さらに、間隙１３ｇを８ｍｍとした以外は同様の条件でコンピュータ解析したときの結合点Ａ，Ｂ間の位相差は約９度であった。

一方、マイクロストリップ線路１３上の結合点Ａ，Ｂ間の位相差をマイクロ波の実効伝搬波長から計算すると、当該位相差は約５５度であった。なお、間隙１３ｇを２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍと変更した場合でも、結合点Ａから結合点Ｂまでのマイクロストリップ線路１３の長さは同じものとする。

すなわち、間隙１３ｇを４ｍｍとした場合には、コンピュータ解析により求めた結合点Ａ，Ｂ間の位相差が、マイクロ波の実効伝搬波長から計算した結合点Ａ，Ｂ間の位相差と一致することになる。この場合、図６を用いて説明したように、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波と実線矢印Ｍ２で示すマイクロ波とが結合点Ｂで同位相になる。これにより、２つのマイクロ波が加算されてマイクロストリップ線路１３上を出力部１３１に向けて伝送され、出力部１３１に出力されることになる。また、図７に示すように、等高線がほぼ同心円状となるような特性を実現することができる。従って、反射波が存在する環境下であっても方向性結合器の設置位置を自由に設計でき、実用価値を高めることができる。

一方、間隙１３ｇを２ｍｍ及び８ｍｍとした場合には、コンピュータ解析により求めた結合点Ａ，Ｂ間の位相差が、マイクロ波の実効伝搬波長から計算した結合点Ａ，Ｂ間の位相差と異なることになる。この場合、図８に示すように、等高線が極座標表示の中心から偏心した特性を示すことになる。従って、反射波が存在する環境下では方向性結合器の設置位置により検出特性が変化することになり、実用価値が乏しくなる。

以上のことから、導波管１０の幅広面１０ａとプリント基板Ｂ面１２ｂとの隙間に応じて間隔１３ｇを適切に設定することで、結合点Ａ，Ｂ間の位相差を最適化できることが分かる。

なお、マイクロ波の周波数帯域を２４５０ＭＨｚ、導波管１０の幅寸法を１００ｍｍ、導波管１０の高さ寸法を３０ｍｍ、管軸Ｌ１からクロス開口１１の開口中央部１１ｃまでの寸法Ｄ１を２５ｍｍ、クロス開口１１の幅１１ｄの寸法を２ｍｍ、クロス開口１１の長さ寸法１１ｗを２０ｍｍ、クロス開口１１とプリント基板Ｂ面１２ｂまでの隙間を６ｍｍ、間隔１３ｇを４ｍｍとした場合、方向性結合器として適切に機能することを確認している。

なお、導波管１０内を伝送されるマイクロ波の量に対して、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の量は、導波管１０及びクロス開口１１の形状及び寸法によって決まる。例えば、上述した形状及び寸法に設定した場合、導波管１０内を伝送されるマイクロ波の量に対するクロス開口１１から放射されるマイクロ波の量は、約１／１００００（約−５０ｄＢ）である。

図９は、上述した形状及び寸法に設定した方向性結合器における進行波電力検出ポートの特性を示す極座標図である。すなわち、図９は、出力部１３１が検出するマイクロ波（進行波）の量（Ｓ２１）を極座標表示したものである。図９に示すように、極座標全領域に対して、負荷変動を考慮したマイクロ波（進行波）の検出量のばらつきは、約−５０．５ｄＢから−５３．０ｄＢ程度であり、最大でも約３ｄＢ程度である。このばらつきは、小さいほど検波回路１５による信号処理が容易となる。約３ｄＢ程度のばらつきであれば、検波回路１５が備える検波ダイオードとして安価な部品を用いたとしても、検波回路１５は信号処理を容易に行うことができる。従って、実用価値が高い。

以上、本第１実施形態に係る方向性結合器によれば、平面視において導波管１０の管軸Ｌ１と交差しない位置にクロス開口１１が設けられているので、導波管１０内を伝送されるマイクロ波を容易に導波管１０の外側に放射させることができる。導波管１０の外側に放射されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路１３で結合する。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器によれば、クロス開口１１から放射される円偏波の回転方向の違いを利用して進行波と反射波とを分離して検出するように構成されているので、装置の大型化を抑えつつ、高精度な寸法管理を不要とすることができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器によれば、マイクロストリップ線路１３は、プリント基板１２のクロス開口１１と対向する面に形成されているので、装置の大型化を抑えることができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器によれば、クロス開口１１は、２つの長孔１１ｅ，１１ｆが交差するＸ形状に形成されているので、ほぼ真円状の円偏波を放射することができ、当該円偏波の回転方向がより明確になる。その結果、進行波と反射波とを精度よく分離して検出することができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器においては、平面視においてクロス開口１１を包囲するように導電性を有する支持部１４が設けられ、プリント基板１２のクロス開口１１に対向しない面に銅箔が形成されている。この構成によれば、クロス開口１１から放射されるマイクロ波が支持部１４及びプリント基板１２の外側に漏洩することを防ぐことができる。その結果、支持部１４及びプリント基板１２の周辺に配置される電気部品や制御信号ラインなどへのマイクロ波の不要輻射を抑制し、誤動作が起こることを回避することができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器においては、支持部１４にマイクロストリップ線路１３の両端部が貫通する貫通穴１４１，１４２が設けられ、出力部１３１，１３２は、支持部１４の外側に配置されている。この構成によれば、支持部１４によりクロス開口１１から放射されたマイクロ波が支持部１４及びプリント基板１２の外側に漏洩することを防ぐ一方で、マイクロストリップ線路１３が検出した信号のみを支持部１４の外側に取り出すことができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器において、出力部１３１，１３２は、支持部１４の外側で検波回路１５又は終端回路（図示せず）が接続されている。この構成によれば、検波回路１５又は終端回路が、開口部から放射されたマイクロ波の輻射により誤動作することを抑制することができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器において、検波回路１５又は終端回路（図示せず）は、マイクロストリップ線路１３と同じプリント基板１２に設けられている。この構成によれば、プリント基板１２の構成を単純化して信頼性を高く維持することができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器において、第１及び第２伝送線路１３ａ，１３ｂは、平面視において管軸Ｌ１と略垂直な方向に延在するように設けられている。この構成によれば、導波管１０内を双方向に伝送するマイクロ波の分離精度において、導波管１０に接続される負荷のインピーダンスの影響を緩和し、マイクロ波の分離度を高く維持することができる。

また、本第１実施形態に係る方向性結合器において、第１伝送線路１３ａの一端部と第２伝送線路１３ｂの一端部とは、平面視において管軸Ｌ１に対して略平行な第３伝送線路１３ｃに接続されている。この構成によれば、導波管１０内を双方向に伝送されるマイクロ波の分離度を高めることができるとともに、マイクロストリップ線路１３の構造を定性化でき、実用構造の設計を容易にすることができる。

なお、第１〜第３伝送線路１３ａ，１３ｂ，１３ｃで囲まれる領域は、クロス開口領域１１ａより小さいことが好ましい。特に、図４に示すように、第１及び第２伝送線路１３ａ，１３ｂを開口中央部１１ｃとクロス開口領域１１ａの端部（図４の左右の端部）の中ほどに配置し、第３伝送線路１３ｃを開口中央部１１ｃとクロス開口領域１１ａの端部（図４の上の端部）の中ほどに配置することが好ましい。この構成によれば、進行波と反射波とを精度よく分離して検出することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記では、導波管１１の壁面に設けられる開口部の形状を、２つの長孔１１ｅ，１１ｆが交差するＸ形状としたが、本発明はこれに限定されない。導波管１１の壁面に設けられる開口部の形状は、円偏波を放射できる形状であればよい。円偏波を放射できる形状である限り、導波管１１の壁面に設けられる開口部は、平面視において導波管１１の管軸Ｌ１に対して異なる角度で傾斜する２つ以上の長孔で構成されるものであってもよい。また、２つ以上の長孔の交差位置は、長孔の中心からずれていてもよい。例えば、前記開口部はＬ形状やＴ形状であってもよい。また、前記開口部は長孔を３つ以上組み合わせて構成されてもよい。なお、前記開口部の形状を２つの長孔が交差するＸ形状とする場合、当該２つの長孔の交差角度を３０度にしても、円偏波を放射できることを確認している。但し、この場合、当該開口部から放射されるマイクロ波は、楕円状の円偏波となる。これに対して、２つの長孔をそれぞれの中央部で直交するように配置した場合には、ほぼ真円状の円偏波を放射することができる。この場合、電界の回転方向がより明確になり、進行波と反射波とを精度よく分離して検出することができる。

また、前記開口部は、図１０に示すような円形状の開口部１１Ａであっても、多角形の開口部（図示せず）であってもよい。この場合、マイクロストリップ線路１３は、平面視において円形状の開口部１１Ａをそれぞれ管軸Ｌ１に対して交差する方向に横切るとともに開口部１１Ａの開口中央部１１Ａｃを挟んで対向するように配置された第１及び第２伝送線路１３Ａａ，１３Ａｂを備えるように構成されればよい。また、第１伝送線路１３Ａａと第２伝送線路１３Ａｂとは、開口部１１Ａの鉛直上方の領域から外れた位置で互いに接続されればよい。なお、結合点Ａ及び結合点Ｂは、図１１に示す位置に生じることになる。図１１において、破線矢印は、それぞれの結合点Ａ，Ｂを通って励起する磁界Ｂ５，Ｂ６を示している。

なお、上述したように、前記開口部は、円偏波を放射できる形状であればよい。円偏波を放射できる形状である限り、前記開口部は、平面視において導波管１０の管軸Ｌ１に対して異なる角度に傾斜する２つ以上の長孔で構成されるものであってもよい。また、前記開口部は、複数の長孔を少しずつ角度を変えて重ねて構成される略円形状であってもよく、Ｘ形状の長孔１１ｅ，１１ｆの４つの頂点（端部）を結んだ正方形であってもよい。また、前記開口部は、楕円形、長方形、台形、ハート型、星形などの種々の形状であってもよい。なお、前記開口部の形状を円形や四角形とした場合、Ｘ形状などの入りくんだ形状と比べて、前記開口部が変形しにくいという効果がある。

（第２実施形態）
次に、図１１を用いて、本発明の第２実施形態に係るマイクロ波加熱装置について説明する。図１１は、本発明の第２実施形態に係るマイクロ波加熱装置の構成図である。

図１１において、本第２実施形態に係るマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室１００と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部１０１と、マイクロ波発生装置１０１が発生させるマイクロ波を伝送する導波管１０２と、導波管１０２内を伝送されるマイクロ波を加熱室１００に放射させるマイクロ波放射部１０３とを備えている。マイクロ波発生部１０１とマイクロ波放射部１０３との間の導波管１０２の壁面（幅広面）には、前記第１実施形態に係る方向性結合器１０４が設けられている。

方向性結合器１０４は、マイクロ波発生部１０１からマイクロ波放射部１０３に向けて導波管１０２内を伝送される進行波に対応する検知信号１０４ａと、マイクロ波放射部１０３からマイクロ波発生部１０１に向けて導波管１０２内を伝送される反射波に対応する検知信号１０４ｂとをそれぞれ検出し、制御部１０５に送る。

また、制御部１０５には、使用者がマイクロ波加熱装置の入力部（図示せず）に入力した加熱条件や、被加熱物の重量や蒸気量などを検知するセンサ（図示せず）の検知信号などの信号１０７が送られる。制御部１０５は、検知信号１０４ａ，１０４ｂと、信号１０７とに基づいて、駆動電源１０６と、モータ１０８とを制御し、加熱室１００内に収納された被加熱物を加熱する。駆動電源１０６は、制御部１０５の制御により、マイクロ波発生部１０１にマイクロ波を発生させるための電力を供給する。また、モータ１０８は、制御部１０５の制御により、マイクロ波放射部１０３を回転駆動させるための動力を発生させる。

本第２実施形態に係るマイクロ波加熱装置によれば、方向性結合器１０４が、被加熱物の加熱に伴う被加熱物自身の物理的変化による反射波の量の時間的変化を検知することで、被加熱物の加熱進行状況を把握することができる。また、被加熱物内部の状態変化、被加熱物の種類及び量を把握することもできる。従って、本第２実施形態に係るマイクロ波加熱装置によれば、利便性の高いマイクロ波加熱装置を提供することができる。

本発明に係る方向性結合器は、装置の大型化を抑えつつ、高精度な寸法管理を不要とすることができるので、装置の大きさの制約がある民生用のマイクロ波利用機器（例えば、電子レンジ、オーブンレンジ）や、産業用のマイクロ波利用機器に用いられる方向性結合器に有用である。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２０１３年１月３１日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１３−０１６５２２号及び２０１３年８月６日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１３−１６３００９号の明細書、図面、および特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

１０，１０２ 導波管
１０ａ 幅広面
１０ｄ 磁界分布
１１ クロス開口
１１ａ クロス開口領域
１１ｃ 開口中央部
１１ｄ クロス開口の幅
１１ｅ，１１ｆ 長孔
１１ｗ クロス開口の長さ
１２ プリント基板
１２ａ プリント基板Ａ面
１２ｂ プリント基板Ｂ面
１３ マイクロストリップ線路
１３ａ 第１伝送線路
１３ｂ 第２伝送線路
１３ｃ 第３伝送線路
１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ 伝送線路
１３１，１３２ 出力部
１４ 支持部
１４１，１４２ 貫通穴
１５ 検波回路
１８，１９ 検波出力部
１００ 加熱室
１０１ マイクロ波発生部
１０３ マイクロ波放射部
１０４ 方向性結合器
Ｌ１ 管軸
Ｐ１，Ｐ２ 結合点

Claims (11)

1. 導波管の壁面に設けられた開口部と、前記導波管の外側に設けられた結合線路と、を備える方向性結合器であって、
   前記開口部は、平面視において前記導波管の管軸と交差しない位置に設けられるとともに、円偏波を放射するように形成され、
   前記結合線路は、平面視において前記開口部をそれぞれ横切るとともに前記開口部の中央部を挟んで対向するように配置された第１及び第２伝送線路と、両端部に設けられた出力部と、を備え、
   前記第１伝送線路と前記第２伝送線路とは、前記開口部の鉛直上方の領域から外れた位置で互いに接続されている、方向性結合器。
2. プリント基板を更に備え、
   前記結合線路は、前記プリント基板の前記開口部と対向する面に形成されている、請求項１に記載の方向性結合器。
3. 前記開口部は、２つの長孔が交差するＸ形状に形成されている、請求項１又は２に記載の方向性結合器。
4. 平面視において、前記開口部と前記第１伝送線路とが交差する結合領域の略中心に位置する第１結合点と、前記開口部と前記第２伝送線路とが交差する結合領域の略中心に位置する第２結合点との間の前記結合線路は、前記第１結合点で生じるマイクロ波と前記第２結合点で生じるマイクロ波とが、前記円偏波の回転方向に対応して、前記第１結合点又は前記第２結合点で同位相になるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方向性結合器。
5. 前記プリント基板を前記導波管の外面上で支持するとともに、平面視において前記開口部を包囲するように配置された導電性を有する支持部を更に備え、
   前記プリント基板の前記開口部に対向しない面には、マイクロ波反射部材が形成されている、請求項２に記載の方向性結合器。
6. 前記支持部には、前記結合線路の両端部が貫通する貫通穴が設けられ、
   前記出力部は、前記支持部の外側に配置される、請求項５に記載の方向性結合器。
7. 前記出力部は、前記支持部の外側で検波回路又は終端回路に接続されている、請求項６に記載の方向性結合器。
8. 前記検波回路又は前記終端回路は、前記プリント基板に設けられている、請求項７に記載の方向性結合器。
9. 前記第１及び第２伝送線路は、平面視において前記管軸と略垂直な方向に延在している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方向性結合器。
10. 前記第１伝送線路の一端部と第２伝送線路の一端部とは、平面視において前記管軸に対して略平行な第３伝送線路に接続されている、請求項９に記載の方向性結合器。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方向性結合器を備えるマイクロ波加熱装置。

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