WO2019203172A1 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

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WO2019203172A1
WO2019203172A1 PCT/JP2019/016076 JP2019016076W WO2019203172A1 WO 2019203172 A1 WO2019203172 A1 WO 2019203172A1 JP 2019016076 W JP2019016076 W JP 2019016076W WO 2019203172 A1 WO2019203172 A1 WO 2019203172A1
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WO
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microwave
waveguide
tube
standing wave
wave
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/016076
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉野　浩二
昌之 久保
中村　秀樹
貞平　匡史
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Priority to JP2020514363A priority patent/JP7316496B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/705—Feed lines using microwave tuning

Definitions

  • the present disclosure relates to a microwave heating apparatus such as a microwave oven.
  • a conventional microwave heating apparatus includes a heating chamber that accommodates an object to be heated, a microwave generation unit that generates a microwave, and a waveguide that propagates the microwave to the heating chamber.
  • the waveguide is provided with a standing wave stabilizer for stabilizing the position of the standing wave generated in the waveguide.
  • the conventional microwave heating apparatus by suppressing the disturbance of the position of the standing wave in the tube by the standing wave stabilizing unit, it is possible to continuously radiate microwaves having a desired phase into the heating chamber. As a result, the object to be heated in the heating chamber can be heated uniformly.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 a directional coupler for detecting a reflected wave is provided in a waveguide in order to prevent the microwave generating part from being destroyed by a reflected wave returning from the heating chamber to the microwave generating part.
  • a microwave heating apparatus is disclosed.
  • the present disclosure aims to provide a microwave heating apparatus capable of improving the detection accuracy of reflected waves and more accurately detecting the state of an object to be heated.
  • the microwave heating apparatus includes a heating chamber that accommodates an object to be heated, a microwave generation unit that generates a microwave, a waveguide, and a reflected wave detection unit.
  • the waveguide transmits the microwave generated by the microwave generator to the heating chamber.
  • the reflected wave detection unit is disposed in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube generated in the waveguide, and detects a part of the reflected wave that is a microwave returning from the heating chamber to the microwave generation unit.
  • the detection accuracy of the reflected wave can be improved, and the state of the object to be heated can be detected more accurately.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a microwave heating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • Drawing 2 is a schematic diagram showing the 1st modification of a microwave heating device concerning an embodiment.
  • Drawing 3 is a schematic diagram showing the 2nd modification of a microwave heating device concerning an embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a third modification of the microwave heating apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of the directional coupler according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of the directional coupler according to the embodiment with the printed board removed.
  • FIG. 7 is a plan view of the waveguide according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a printed circuit board provided in the directional coupler according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the principle that circularly polarized microwaves are radiated from the cross aperture.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the direction and amount of the microwave that propagates through the microstrip line and changes with time.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the direction and amount of the microwave propagating through the microstrip line and changing with time.
  • FIG. 12 is a plan view showing a first modification of the microstrip line.
  • FIG. 13 is a plan view showing a second modification of the microstrip line.
  • FIG. 14 is a plan view showing a third modification of the microstrip line.
  • FIG. 15 is a plan view showing a fourth modification of the microstrip line.
  • FIG. 16 is a plan view showing a fifth modification of the microstrip line.
  • FIG. 12 is a plan view showing a first modification of the microstrip line.
  • FIG. 13 is a plan view showing a second modification of the microstrip line.
  • FIG. 14 is a plan
  • FIG. 17 is a plan view showing a sixth modification of the microstrip line.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the incident wave and reflected wave that change as the temperature of the object to be heated increases, and the amount of microwave absorption by the object to be heated.
  • FIG. 19 is a plan view showing an orthogonal waveguide for evaluating the detection accuracy of the reflected wave.
  • FIG. 20 is a characteristic diagram in which the detection accuracy of the reflected wave is measured with the orthogonal waveguide for evaluation.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing the positional relationship between the reflected wave detection unit and the standing wave in the waveguide.
  • the microwave generated by the microwave generation unit propagates as an incident wave through the waveguide to the heating chamber.
  • a part of the microwave propagated into the heating chamber is absorbed by the object to be heated, while the other part returns as a reflected wave from the heating chamber to the microwave generation unit through the waveguide.
  • Microwaves are not easily absorbed by ice, but are easily absorbed by water. Specifically, water absorbs about 8000 times more microwaves (based on dielectric loss factor) than ice. Microwaves are less likely to be absorbed by water as the temperature of the water increases. For this reason, for example, when the object to be heated is a frozen food, the reflected wave and the amount of microwave absorption by the object to be heated have a relationship as shown in FIG.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the incident wave, reflected wave, and amount of microwave absorption of the object to be heated, which change as the temperature of the object to be heated increases.
  • the horizontal axis represents the temperature of the object to be heated
  • the vertical axis represents the signal intensity of the incident wave and the reflected wave.
  • the graphs indicated by the dotted line, the solid line, and the alternate long and short dash line indicate the amount of absorption of microwaves by the incident wave, the reflected wave, and the object to be heated, respectively.
  • the amount of microwave absorption by the object to be heated is the difference between the incident wave and the reflected wave.
  • the amount of microwave absorption of the object to be heated is small and the number of reflected waves is large.
  • the amount of microwave absorption by the object to be heated increases rapidly and the reflected wave decreases rapidly.
  • the amount of microwave absorption by the object to be heated is maximized, and the reflected wave is minimized.
  • the end of thawing of frozen food can be detected by detecting a state in which the reflected wave is minimized.
  • the present inventors have found that the above relationship holds regardless of the weight, shape, etc. of the object to be heated, and more accurately detect the state of the object to be heated based on the change in the amount of reflected wave during heating. I found what I can do.
  • the microwave heating apparatus includes a heating chamber that accommodates an object to be heated, a microwave generation unit that generates a microwave, a waveguide, and a reflected wave detection unit.
  • the waveguide transmits the microwave generated by the microwave generator to the heating chamber.
  • the reflected wave detection unit is disposed in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube generated in the waveguide, and detects a part of the reflected wave that is a microwave returning from the heating chamber to the microwave generation unit.
  • the reflected wave detection unit is disposed between two nodes of the in-tube standing wave, thereby Located near the belly.
  • the reflected wave detection unit is arranged so as not to overlap the two nodes of the standing wave in the pipe, so that the standing in the pipe Located near the wave belly.
  • the reflected wave detection unit includes an in-tube wavelength of the in-tube standing wave before and after the center position of the two nodes of the in-tube standing wave. Is arranged in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube.
  • the reflected wave detection unit is a distance that is an odd multiple of 1/4 of the in-tube wavelength of the in-tube standing wave from the end of the waveguide. It is arrange
  • the microwave heating apparatus further includes a standing wave stabilizing unit that stabilizes the position of the standing wave in the tube generated in the waveguide, in addition to the first aspect.
  • the reflected wave detection unit is arranged in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube by being separated from the standing wave stabilizing unit by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the in-tube wavelength of the standing wave in the tube.
  • the standing wave stabilizing part is configured by a protrusion protruding into the waveguide.
  • the waveguide has a bent portion bent in an L shape, and the standing wave stabilizing portion is configured by the bent portion. Is done.
  • the reflected wave detection unit has a wavelength of 1 in the tube standing wave from the coupling position of the microwave generation unit and the waveguide. By being spaced apart by an integral multiple of / 2, it is placed in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube.
  • the microwave heating apparatus further includes, in addition to the first aspect, a microwave radiating unit that radiates microwaves transmitted through the waveguide into the heating chamber.
  • the reflected wave detection unit is arranged at a distance of an integral multiple of 1/2 of the in-tube wavelength of the in-tube standing wave from the coupling position of the microwave radiating unit and the waveguide. Located in the vicinity.
  • the reflected wave detection unit in addition to the first aspect, includes an opening provided in the waveguide and a coupling line facing the opening. The opening is disposed in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube.
  • the opening in addition to the eleventh aspect, includes a first long hole and a second long hole that intersect with each other, and the waveguide tube in a plan view
  • the opening intersecting portion that is provided at a position that does not intersect the axis and intersects the first long hole and the second long hole is disposed in the vicinity of the antinode of the standing wave in the tube.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a microwave heating apparatus 50 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the microwave heating device 50 includes a heating chamber 2 that accommodates an object to be heated 1, a magnetron 3, and a waveguide 10.
  • the magnetron 3 is an example of a microwave generation unit that generates a microwave.
  • the waveguide 10 transmits the microwave generated by the magnetron 3 to the heating chamber 2.
  • the heated object 1 is, for example, frozen food.
  • the heating chamber 2 is constituted by a rectangular parallelepiped housing, for example.
  • the heating chamber 2 is provided with a mounting table 2a on which the object to be heated 1 is mounted.
  • the mounting table 2a is made of a material that easily transmits microwaves, such as glass and ceramic.
  • the waveguide 10 is a rectangular waveguide having a rectangular cross section.
  • the antenna 4 is disposed below the mounting table 2a.
  • the microwave propagating through the waveguide 10 is radiated into the heating chamber 2 by the antenna 4 which is an example of a microwave radiating unit.
  • FIG. 1 schematically illustrates an in-tube standing wave generated inside the waveguide 10.
  • the in-tube wavelength ⁇ g of the waveguide 10 is determined by the oscillation frequency of the magnetron 3 and the shape of the waveguide 10.
  • the in-tube standing wave has an antinode and a node that repeats every 1 ⁇ 2 of the in-tube wavelength ⁇ g in the longitudinal direction of the waveguide 10.
  • a node always occurs at the end of the waveguide 10 in the microwave transmission direction.
  • An antinode is always generated in a portion where the magnetron 3 emits microwaves.
  • the waveguide 10 is provided with a standing wave stabilizing unit 5 for stabilizing the position of the standing wave in the tube generated in the waveguide 10.
  • the standing wave stabilizing portion 5 is a protrusion configured to locally narrow the waveguide 10 by protruding into the waveguide 10.
  • the standing wave stabilizing unit 5 matches the impedance near the magnetron 3 in the waveguide 10 with the impedance near the heating chamber 2.
  • the standing wave stabilizing unit 5 is disposed away from the end of the waveguide 10 in the microwave transmission direction by a distance that is an integral multiple of 1/2 of the guide wavelength ⁇ g. As a result, the standing wave stabilization unit 5 fixes the node of the in-tube standing wave near the standing wave stabilization unit 5.
  • a directional coupler 6 having both functions of an incident wave detector and a reflected wave detector is provided on the wall surface (wide plane) of the waveguide 10.
  • the incident wave detection unit detects a part of the incident wave that is a microwave propagating from the magnetron 3 to the heating chamber 2.
  • the reflected wave detection unit detects a part of the reflected wave that is a microwave returning from the heating chamber 2 to the magnetron 3.
  • the directional coupler 6 is disposed closer to the heating chamber 2 than the standing wave stabilizer 5. Specifically, the directional coupler 6 and the standing wave stabilizing unit 5 transmit microwaves by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the in-tube wavelength ⁇ g of the in-tube standing wave (1 time in the present embodiment). They are arranged away from each other in the transmission direction (left-right direction in FIG. 1). The directional coupler 6 is disposed between the standing wave stabilizer 5 and the antenna 4.
  • the directional coupler 6 detects the detection signal 6a and the detection signal 6b according to the incident wave and the reflected wave, respectively, and transmits the detection signal 6a and the detection signal 6b to the control unit 7. A specific configuration of the directional coupler 6 will be described in detail later.
  • Control unit 7 receives signal 7a in addition to detection signals 6a and 6b.
  • the signal 7a includes a heating condition set by an input unit (not shown) of the microwave heating device 50, a weight of the article 1 to be heated, and an amount of steam detected by a sensor (not shown).
  • the control unit 7 controls the drive power supply 8 and the motor 9 based on the detection signals 6a and 6b and the signal 7a.
  • the drive power supply 8 supplies power for generating a microwave to the magnetron 3.
  • the motor 9 rotates the antenna 4. In this way, the microwave heating device 50 heats the object to be heated 1 accommodated in the heating chamber 2 by the microwave supplied to the heating chamber 2.
  • the directional coupler 6 is disposed closer to the heating chamber 2 than the standing wave stabilizer 5. According to this structure, the influence which the directional coupler 6 receives from the standing wave stabilization part 5 can be reduced. Thereby, the state of the article 1 to be heated can be detected more accurately. As a result, for example, the thawing status of frozen food can be accurately grasped. It is also possible to shorten the thawing time by controlling the heating amount accordingly.
  • the directional coupler 6 and the standing wave stabilizing unit 5 are arranged apart from each other in the microwave transmission direction by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength ⁇ g of the guide wave in the guide. .
  • the directional coupler 6 can be disposed in the vicinity of the antinode of the in-tube standing wave. For this reason, the amount of reflected waves received by the directional coupler 6 can be increased, and the detection accuracy of the reflected waves can be improved. As a result, the state of the object to be heated 1 can be detected more accurately.
  • the positions of the directional coupler 6 and the standing wave stabilizer 5 in the width direction of the waveguide 10 are not particularly limited.
  • the directional coupler 6 and the standing wave stabilizing unit 5 need only be spaced apart by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength ⁇ g.
  • the amount of reflected wave does not change much. For this reason, it may be difficult to determine the state in which the reflected wave is minimized.
  • the directional coupler 6 has both functions of an incident wave detection unit and a reflected wave detection unit. According to this configuration, the amount of microwaves absorbed by the object to be heated 1 can be estimated more accurately based on the incident wave and the reflected wave detected by the directional coupler 6. For example, by detecting a change in reflectance obtained by dividing the amount of reflected wave by the amount of incident wave, it becomes easy to determine a state in which the reflected wave is minimized. As a result, the state of the object to be heated 1 can be detected more accurately.
  • the directional coupler 6 has both functions of an incident wave detection unit and a reflected wave detection unit.
  • the incident wave detection unit and the reflected wave detection unit may be provided separately.
  • the incident wave detection unit may be disposed closer to the magnetron 3 than the standing wave stabilization unit 5.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a first modification of the microwave heating device 50.
  • FIG. 2 also schematically shows the in-tube standing wave generated inside the waveguide 10 as in FIG.
  • the microwave heating device 50 further includes a directional coupler 60 having the same configuration as the directional coupler 6 in addition to the directional coupler 6. That is, the directional coupler 60 includes a second reflected wave detection unit having the same configuration as the reflected wave detection unit provided in the directional coupler 6. The directional coupler 60 is disposed closer to the magnetron 3 than the standing wave stabilizer 5.
  • the second reflected wave detection unit can also detect a part of the reflected wave that passes through the standing wave stabilizing unit 5 and returns to the magnetron 3. Thereby, for example, when the amount of reflected waves is very large, the magnetron 3 can be stopped to prevent the magnetron 3 from being broken.
  • the standing wave stabilizing portion 5 is constituted by a protruding portion protruding into the waveguide 10.
  • the standing wave stabilizing unit 5 is not limited to the present embodiment as long as the position of the standing wave in the tube is stabilized by locally narrowing the waveguide 10 and disturbing the propagation of the microwave.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a second modification of the microwave heating device 50.
  • FIG. 3 also schematically shows the in-tube standing wave generated inside the waveguide 10 as in FIGS. 1 and 2.
  • the waveguide 10 has a bent portion 10b bent in an L shape.
  • the cross-sectional area of the bent portion 10b indicated by the dotted line in FIG. 3 is larger than the cross-sectional area of the other part of the waveguide 10. For this reason, the node of the in-tube standing wave is easily fixed at the center of the bent portion 10b (the center of the dotted line in FIG. 3).
  • the bent portion 10 b constitutes the standing wave stabilizing portion 5.
  • a waveguide 10 shown in FIG. 1 is a rectangular waveguide having a uniform cross-sectional area except for a portion where the standing wave stabilizing portion 5 is disposed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a third modification of the microwave heating device 50.
  • FIG. 4 also schematically shows the standing wave in the tube generated inside the waveguide 10, as in FIGS.
  • the waveguide 10 is a rectangular waveguide whose sectional area gradually decreases from the magnetron 3 toward the heating chamber 2.
  • the waveguide 10 of the third modified example has no locally narrow portion other than the standing wave stabilizing portion 5. For this reason, the waveguide 10 of a 3rd modification can acquire the effect similar to the waveguide 10 shown in FIG.
  • the standing wave stabilizer 5 shown in FIG. 1 is composed of one element.
  • the standing wave stabilizer 5 may be composed of a plurality of elements.
  • the directional coupler 6 may be disposed closer to the heating chamber 2 than the components of the standing wave stabilizing unit 5 disposed closest to the heating chamber 2.
  • the motor 9 rotates the antenna 4.
  • the antenna 4 may be an opening formed so as to radiate microwaves propagating through the waveguide 10 into the heating chamber 2 as circularly polarized microwaves.
  • FIG. 5 is a perspective view of the directional coupler 6.
  • FIG. 6 is a perspective view of the directional coupler 6 with the printed circuit board 12 removed.
  • FIG. 7 is a plan view of the waveguide 10.
  • FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the printed circuit board 12 provided in the directional coupler 6.
  • FIG. 1 to 4 illustrate that the directional coupler 6 is provided on the bottom wall of the waveguide 10.
  • FIG. 5 and FIG. 6 illustrate that the directional coupler 6 is provided on the upper wall of the waveguide 10 for easy understanding.
  • the cross section orthogonal to the tube axis L1 of the waveguide 10 has a rectangular shape.
  • the tube axis L1 is a central axis in the width direction of the waveguide 10.
  • the directional coupler 6 includes a cross opening 11, a printed board 12, and a support portion 14.
  • the cross opening 11 is an X-shaped opening disposed on the wide surface 10 a of the waveguide 10.
  • the printed circuit board 12 is disposed outside the waveguide 10 so as to face the cross opening 11.
  • the support unit 14 supports the printed circuit board 12 on the outer surface of the waveguide 10.
  • the cross opening 11 is disposed at a position that does not intersect the tube axis L1 of the waveguide 10 in plan view.
  • the opening center portion 11c of the cross opening 11 is disposed away from the tube axis L1 of the waveguide 10 by a dimension D1 in plan view.
  • the dimension D1 is, for example, 1 ⁇ 4 of the width of the waveguide 10.
  • the cross opening 11 radiates the microwave propagating through the waveguide 10 toward the printed circuit board 12 as a circularly polarized microwave.
  • the opening shape of the cross opening 11 includes the width and height of the waveguide 10, the power level and frequency band of the microwave propagating through the waveguide 10, the power level of the circularly polarized microwave radiated from the cross opening 11, and the like. It is determined according to the conditions.
  • the width of the waveguide 10 is 100 mm
  • the height is 30 mm
  • the thickness of the wall surface of the waveguide 10 is 0.6 mm
  • the maximum power level of the microwave propagating through the waveguide 10 is 1000 W
  • the frequency band is 2450 MHz.
  • the maximum power level of the circularly polarized microwave radiated from the cross opening 11 is about 10 mW
  • the length 11w and the width 11d of the cross opening 11 are determined to be 20 mm and 2 mm, respectively.
  • the cross opening 11 includes a first long hole 11e and a second long hole 11f that intersect each other.
  • the opening center part 11c of the cross opening 11 coincides with the opening intersection where the first long hole 11e and the second long hole 11f intersect.
  • the cross opening 11 is formed symmetrically with respect to the perpendicular L2.
  • the perpendicular L2 is orthogonal to the tube axis L1 and passes through the opening center portion 11c.
  • first long hole 11e and the second long hole 11f intersect at an angle of 90 degrees.
  • first long hole 11e and the second long hole 11f may intersect at an angle of 60 degrees or 120 degrees.
  • the electric field reciprocates along the microwave transmission direction without rotating.
  • the cross opening 11 radiates linearly polarized microwaves.
  • the opening center portion 11c is slightly deviated from the tube axis L1, the electric field rotates. However, when the opening center portion 11c is close to the tube axis L1 (as the dimension D1 is close to 0 mm), an distorted electric field is generated. In this case, the cross opening 11 radiates elliptically polarized microwaves.
  • the dimension D1 is set to about 1 ⁇ 4 of the width of the waveguide 10.
  • a substantially circular electric field is generated.
  • the cross opening 11 emits a substantially circularly polarized microwave.
  • the rotation direction of the circularly polarized microwave becomes clearer.
  • the incident wave and the reflected wave can be separated and detected with high accuracy.
  • the printed circuit board 12 has a substrate back surface 12b facing the cross opening 11 and a substrate surface 12a opposite to the substrate back surface 12b.
  • the substrate surface 12a has a copper foil (not shown) formed as an example of a microwave reflecting member so as to cover the entire substrate surface 12a. This copper foil prevents the circularly polarized microwave radiated from the cross opening 11 from passing through the printed circuit board 12.
  • a microstrip line 13 which is an example of a coupled line is disposed on the back surface 12b of the substrate.
  • the microstrip line 13 is constituted by a transmission line having a characteristic impedance of approximately 50 ⁇ , for example.
  • the microstrip line 13 is arranged so as to surround the opening center portion 11 c of the cross opening 11.
  • the effective length ⁇ re of the microstrip line 13 will be described.
  • the width of the microstrip line 13 is w
  • the thickness of the printed circuit board 12 is h
  • the speed of light is c
  • the frequency of electromagnetic waves is f
  • the relative dielectric constant of the printed circuit board is ⁇ r
  • the effective length ⁇ of the microstrip line 13 re is expressed by the following equation.
  • the effective length ⁇ re is the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the microstrip line 13.
  • the microstrip line 13 includes a first transmission line 13a and a second transmission line 13b.
  • the 1st transmission line 13a has the 1st straight part 13aa which is an example of the 1st crossing line part.
  • the first straight portion 13aa intersects the first long hole 11e at a position farther from the tube axis L1 than the opening center portion 11c in plan view.
  • the first straight portion 13aa extends away from the tube axis L1 as it approaches the vertical line L2.
  • the second transmission line 13b has a second straight line portion 13ba which is an example of a second crossing line portion.
  • the second straight portion 13ba intersects the second long hole 11f at a position farther from the tube axis L1 than the opening center portion 11c in plan view.
  • the second straight portion 13ba extends away from the tube axis L1 as it approaches the vertical line L2.
  • the first straight part 13aa and the second straight part 13ba are arranged symmetrically with respect to the perpendicular L2.
  • the first transmission line 13a and the second transmission line 13b are connected to each other outside the rectangular area E1 in a plan view and at a position farther from the tube axis L1 than the rectangular area E1.
  • the first straight portion 13aa intersects the first long hole 11e at a position closer to the opening tip portion 11ea than to the opening center portion 11c in plan view.
  • the first straight portion 13aa is orthogonal to the first long hole 11e in plan view.
  • the second straight portion 13ba intersects the second elongated hole 11f at a position closer to the opening tip portion 11fa than the opening center portion 11c in plan view.
  • the second straight portion 13ba is orthogonal to the second long hole 11f in plan view.
  • One end of the first transmission line 13a and one end of the second transmission line 13b are connected to each other outside a region overlapping the cross opening 11 in plan view.
  • One end of the first straight portion 13aa is connected to one end of the second straight portion 13ba outside the rectangular region E1 circumscribing the cross opening 11.
  • the first coupling point P1 is a point where the first straight portion 13aa and the first long hole 11e intersect each other in plan view.
  • the second coupling point P2 is a point where the second straight portion 13ba and the second long hole 11f intersect each other in plan view.
  • a straight line connecting the first coupling point P1 and the second coupling point P2 is defined as a virtual straight line L3.
  • the total distance between the first transmission line 13a and the second transmission line 13b that are further away from the tube axis L1 than the virtual straight line L3 is set to 1 ⁇ 4 of the effective length ⁇ re .
  • a line passing through the opening center 11c and parallel to the tube axis L1 in plan view is defined as a parallel line L4.
  • the total distance between the first transmission line 13a and the second transmission line 13b that are further from the tube axis L1 than the parallel line L4 is set to 1 ⁇ 2 of the effective length ⁇ re .
  • the first transmission line 13a includes a third straight part 13ab that connects the other end of the first straight part 13aa and the first output part 131.
  • the first straight part 13aa and the third straight part 13ab are connected to form an obtuse angle (for example, 135 degrees).
  • the second transmission line 13b includes a fourth straight line portion 13bb that connects the other end of the second straight line portion 13ba and the second output portion 132.
  • the second straight portion 13ba and the fourth straight portion 13bb are connected to form an obtuse angle (for example, 135 degrees).
  • the third straight portion 13ab and the fourth straight portion 13bb are disposed in parallel to the perpendicular line L2.
  • the first output unit 131 and the second output unit 132 are disposed outside the support unit 14 (see FIGS. 5 and 6) in plan view.
  • the first detection circuit 15 is connected to the first output unit 131.
  • the first detection circuit 15 detects the level of the microwave signal and outputs the detected level of the microwave signal as a control signal.
  • the second detection circuit 16 is connected to the second output unit 132.
  • the second detection circuit 16 detects the level of the microwave signal and outputs the detected level of the microwave signal as a control signal.
  • each of the first detection circuit 15 and the second detection circuit 16 includes a smoothing circuit (not shown) configured by a chip resistor and a Schottky diode.
  • the first detection circuit 15 rectifies the microwave signal from the first output unit 131 and converts the rectified microwave signal into a DC voltage.
  • the converted DC voltage is output to the first detection output unit 18.
  • the first detection output unit 18 transmits a detection signal 6a corresponding to the incident wave to the control unit 7 (see FIG. 1).
  • the second detection circuit 16 rectifies the microwave signal from the second output unit 132 and converts the rectified microwave signal into a DC voltage.
  • the converted DC voltage is output to the second detection output unit 19.
  • the second detection output unit 19 transmits a detection signal 6b corresponding to the reflected wave to the control unit 7 (see FIG. 1).
  • the printed circuit board 12 has four holes (holes 20a, 20b, 20c, 20d) for attaching the printed circuit board 12 to the waveguide 10.
  • a copper foil serving as a ground is formed around the holes 20a, 20b, 20c, and 20d on the substrate back surface 12b.
  • the portion where the copper foil is formed has the same potential as the substrate surface 12a.
  • the printed circuit board 12 is fixed to the waveguide 10 by being screwed to the support portion 14 with screws 201a, 201b, 201c, 201d (see FIG. 5) through holes 20a, 20b, 20c, 20d.
  • the support part 14 has screw parts 202a, 202b, 202c, 202d for screwing screws 201a, 201b, 201c, 201d, respectively.
  • the screw portions 202a, 202b, 202c, and 202d are formed on a flange portion provided on the support portion 14.
  • the support portion 14 has conductivity and is disposed so as to surround the cross opening 11 in a plan view.
  • the support portion 14 functions as a shield that prevents the circularly polarized microwave radiated from the cross opening 11 from leaking out of the support portion 14.
  • the support portion 14 has a groove 141 and a groove 142 through which the third straight portion 13ab and the fourth straight portion 13bb of the microstrip line 13 pass.
  • the grooves 141 and 142 function as an extraction unit for extracting the microwave signal propagating through the microstrip line 13 to the outside of the support unit 14.
  • the grooves 141 and 142 can be formed by recessing the flange portion of the support portion 14 so as to be separated from the printed circuit board 12.
  • FIG. 5 and 6 illustrate a connector 18a and a connector 19a respectively connected to the first detection output unit 18 and the second detection output unit 19 shown in FIG.
  • the directional coupler 6 functions as both an incident wave detection unit and a reflected wave detection unit.
  • the directional coupler 6 may be configured to have only one function of an incident wave detection unit and a reflected wave detection unit.
  • the directional coupler 6 is configured by replacing one of the first detection circuit 15 and the second detection circuit 16 shown in FIG. 8 with a termination circuit (for example, a chip resistance of 50 ⁇ ).
  • a magnetic field distribution 10d generated in the waveguide 10 is indicated by a dotted concentric ellipse.
  • the direction of the magnetic field of the magnetic field distribution 10d is indicated by an arrow.
  • the magnetic field distribution 10d moves in the waveguide 10 in the microwave transmission direction A1 with time.
  • the magnetic field indicated by the broken-line arrow B1 excites the first long hole 11e of the cross opening 11.
  • the magnetic field indicated by the broken line arrow B2 excites the second long hole 11f of the cross opening 11.
  • microwave rotation direction 32 By repeating these states sequentially, circularly polarized microwaves rotating counterclockwise (microwave rotation direction 32) are radiated out of the waveguide 10 from the cross opening 11.
  • the microwave propagating along the arrow 30 shown in FIG. 7 is an incident wave
  • the microwave propagating along the arrow 31 is a reflected wave
  • the incident wave is in the same direction as the transmission direction A1 shown in FIG. Propagate. Therefore, as described above, the circularly polarized microwave rotating counterclockwise is radiated out of the waveguide 10 from the cross opening 11.
  • the reflected wave propagates in the opposite direction to the transmission direction A1 shown in FIG. Therefore, a circularly polarized microwave rotating clockwise is radiated out of the waveguide 10 from the cross opening 11.
  • the circularly polarized microwave radiated out of the waveguide 10 is coupled to the microstrip line 13 facing the cross opening 11.
  • the microstrip line 13 outputs most of the microwave radiated from the cross opening 11 by the incident wave propagating along the arrow 30 to the first output unit 131.
  • the microstrip line 13 outputs most of the microwave radiated from the cross opening 11 to the second output unit 132 by the reflected wave propagating along the arrow 31.
  • the incident wave and the reflected wave can be separated and detected with higher accuracy. This will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the direction and amount of the microwave propagating through the microstrip line 13 and changing with time. There is a gap between the microstrip line 13 and the cross opening 11. Originally, the time required for the microwave to reach the microstrip line 13 is delayed by the time for the microwave to propagate through the gap. However, for the sake of convenience, it is assumed here that there is no time delay.
  • the first coupling point P1 is substantially the center of the coupling region where the first long hole 11e and the microstrip line 13 intersect.
  • the second coupling point P2 is substantially the center of the coupling region where the second long hole 11f and the microstrip line 13 intersect.
  • the amount of microwave propagating through the microstrip line 13 (current flowing through the linkage of magnetic fields) is expressed by the thickness of the solid arrow line. That is, the line is thick when the amount of microwave propagating through the microstrip line 13 is large, and the line is thin when the amount of microwave propagating through the microstrip line 13 is small.
  • the magnetic field indicated by the broken line arrow B1 excites the first long hole 11e of the cross opening 11, and the microwave indicated by the thick solid line arrow M1 is generated at the first coupling point P1. Arise. This microwave propagates through the microstrip line 13 toward the second coupling point P2.
  • the effective propagation time of the microwaves by the microstrip line 13 between the first coupling point P1 and the second coupling point P2 is designed at time t1, it occurs at the first coupling point P1 at the time shown in FIG.
  • the microwave propagates to the second coupling point P2 at the time shown in FIG. That is, at the time shown in FIG. 10B, the microwave indicated by the solid line arrow M1 and the microwave indicated by the solid line arrow M2 are generated at the second coupling point P2.
  • the microstrip line 13 can be easily designed.
  • the magnetic field indicated by the broken line arrow B3 excites the first long hole 11e of the cross opening 11, and the first coupling point P1 has a micro indicated by a thin solid line arrow M3.
  • a wave is generated.
  • the microwave propagates through the microstrip line 13 toward the first output unit 131, and is output to the first output unit 131 after a predetermined time has elapsed.
  • the reason why the thickness of the solid line arrow M3 is thinner than the thickness of the solid line arrow M1 is as follows. As described above, circularly polarized microwaves rotating counterclockwise (microwave rotation direction 32) are radiated from the cross opening 11.
  • the microwave indicated by the solid arrow M1 generated at the first coupling point P1 propagates in substantially the same direction as the rotation direction of the microwave radiated from the cross opening 11. For this reason, the energy of the microwave indicated by the solid line arrow M1 is not reduced.
  • the microwave indicated by the solid arrow M3 generated at the first coupling point P1 propagates in a direction almost opposite to the rotation direction of the microwave radiated from the cross opening 11. For this reason, the energy of the coupled microwave is reduced. Therefore, the amount of microwave indicated by the solid line arrow M3 is smaller than the amount of microwave indicated by the solid line arrow M1.
  • the magnetic field indicated by the broken line arrow B4 excites the second long hole 11f of the cross opening 11, and the second coupling point P2 has the micro indicated by the thin solid line arrow M4.
  • a wave is generated. This microwave propagates toward the first coupling point P1.
  • the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M4 is the same as the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M3 described above.
  • the microwave indicated by the thin solid line arrow M4 propagates in the opposite direction to the microwave indicated by the thick solid line arrow M1. For this reason, the microwave indicated by the solid line arrow M ⁇ b> 4 is canceled and disappears, and is not output to the first output unit 131.
  • the amount of microwaves (M1 + M2 ⁇ M4) output to the second output unit 132 is much larger than the amount of microwaves (M3) output to the first output unit 131. Therefore, the microstrip line 13 outputs most of the microwaves radiated counterclockwise from the cross opening 11 by the reflected wave propagating along the arrow 31 to the second output unit 132. On the other hand, the microstrip line 13 outputs most of the microwave radiated clockwise from the cross opening 11 by the incident wave propagating along the arrow 30 to the first output unit 131.
  • the amount of microwave radiated from the cross opening 11 with respect to the amount of microwave propagating through the waveguide 10 is determined by the shape and dimensions of the waveguide 10 and the cross opening 11. For example, when the shape and size are set as described above, the amount of microwave radiated from the cross opening 11 with respect to the amount of microwave propagating through the waveguide 10 is about 1/100000 (about ⁇ 50 dB).
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the direction and amount of the microwave propagating through the microstrip line 13 and changing with time.
  • (A) to (d) of FIG. 11 are diagrams showing a state where time t1 / 2 has elapsed from (a) to (d) of FIG.
  • the magnetic field distribution 10d moves in the waveguide 10 in the microwave transmission direction A1 with time. For this reason, as shown in FIGS. 11A to 11D, the magnetic fields indicated by broken arrows B12, B23, B34, and B41 excite the first long hole 11e and the second long hole 11f. As a result, the circularly polarized microwave radiated out of the waveguide 10 is coupled to the microstrip line 13.
  • a region where the perpendicular line L2 and the parallel line L4 intersect with the microstrip line 13 in plan view is referred to as a coupling region.
  • the third coupling point P3 is substantially the center of the coupling region where the perpendicular line L2 and the microstrip line 13 intersect.
  • the fourth coupling point P4 is substantially the center of the coupling region where the parallel line L4 and the first transmission line 13a intersect.
  • the fifth coupling point P5 is substantially the center of the coupling region where the parallel line L4 and the second transmission line 13b intersect.
  • the magnetic field indicated by the dashed arrow B23 excites the cross opening 11.
  • a microwave indicated by a thick solid arrow M12a is generated at the fifth coupling point P5
  • a microwave indicated by a thin solid arrow M12b is generated at the fourth coupling point P4.
  • the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M12b is the same as the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M3 described above.
  • the two microwaves are added and propagated through the microstrip line 13 toward the second output unit 132, and are output to the second output unit 132 after a predetermined time has elapsed.
  • the distance of the first transmission line 13a that is further from the tube axis L1 than the parallel line L4 is set to 1 ⁇ 4 of the effective length ⁇ re. .
  • the microwave indicated by the thin solid arrow M12b generated at the fourth coupling point P4 propagates through the microstrip line 13 toward the first output unit 131, and is output to the first output unit 131 after a predetermined time has elapsed.
  • the magnetic field indicated by the broken arrow B34 excites the cross opening 11, and the microwave indicated by the thin solid arrow M13b is generated at the third coupling point P3.
  • This microwave propagates along the microstrip line 13 toward the first output unit 131.
  • the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M13b is the same as the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M3 described above.
  • the magnetic field indicated by the dashed arrow B41 excites the cross opening 11.
  • a microwave indicated by a thin solid arrow M14b is generated at the fifth connection point P5
  • a microwave indicated by a thick solid line arrow M14a is generated at the fourth connection point P4.
  • the microwave indicated by the thin solid arrow M14b propagates through the microstrip line 13 toward the third coupling point P3.
  • the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M14b is the same as the reason for reducing the thickness of the solid line arrow M3 described above.
  • the microwave indicated by the thick solid line arrow M14a propagates through the microstrip line 13 toward the third coupling point P3.
  • the effective propagation time of the microwaves by the microstrip line 13 between the third coupling point P3 and the fourth coupling point P4 is designed at time t1, it occurs at the third coupling point P3 at the time shown in FIG.
  • the microwave propagates to the fourth coupling point P4 at the time shown in FIG.
  • the microwave indicated by the thin solid arrow M13b and the microwave indicated by the thick solid arrow M14a are generated at the fourth coupling point P4.
  • the distance of the second transmission line 13b that is further away from the tube axis L1 than the parallel line L4 is set to 1 ⁇ 4 of the effective length ⁇ re. .
  • the total distance between the first transmission line 13a and the second transmission line 13b that are further away from the tube axis L1 than the parallel line L4 is set to 1 ⁇ 2 of the effective length ⁇ re .
  • the microwave indicated by the thin solid line arrow M13b propagates in the opposite direction to the microwave indicated by the thick solid line arrow M14a. For this reason, the microwave indicated by the thin solid arrow M13b is canceled and disappears, and is not output to the first output unit 131.
  • the microwave indicated by the thin solid line arrow M14b propagates in the opposite direction to the microwave indicated by the thick solid line arrow M11 and the thick solid line arrow M14a. For this reason, the microwave indicated by the thin solid arrow M ⁇ b> 14 b is canceled and disappears, and is not output to the first output unit 131.
  • the microstrip line 13 outputs most of the microwave radiated counterclockwise from the cross opening 11 to the second output unit 132 by the reflected wave propagating in the direction of the arrow 31.
  • the microstrip line 13 outputs most of the microwaves radiated clockwise from the cross opening 11 by the incident wave propagating in the direction of the arrow 30 to the first output unit 131.
  • the incident wave detection unit and the reflected wave detection unit share the microstrip line 13 that faces the cross opening 11 disposed on the wall surface of the waveguide 10.
  • the incident wave detection unit extracts an incident wave from one end of the microstrip line 13.
  • the reflected wave detection unit extracts the reflected wave from the other end of the microstrip line 13.
  • the directional coupler 6 has a cross opening 11 that radiates circularly polarized microwaves that is disposed at a position that does not intersect the tube axis L1 of the waveguide 10 in a plan view.
  • the rotation directions of the circularly polarized microwaves radiated from the cross opening 11 are opposite to each other between the incident wave and the reflected wave.
  • the first transmission line 13a includes the first straight line portion 13aa
  • the second transmission line 13b includes the second straight line portion 13ba.
  • the first transmission line 13a and the second transmission line 13b are connected to each other at a position outside the rectangular region E1 and away from the tube axis L1 in plan view.
  • the first straight line portion 13aa and the second straight line portion 13ba can be made longer, and the current flow through the microstrip line 13 can be suppressed from being hindered. As a result, incident waves and reflected waves can be separated and detected with higher accuracy.
  • the first straight portion 13aa intersects the first long hole 11e at a position closer to the opening tip portion 11ea than the opening center portion 11c in plan view.
  • the second straight portion 13ba intersects the second long hole 11f at a position closer to the opening tip portion 11fa than the opening center portion 11c in plan view.
  • a stronger magnetic field is generated around the opening tip portions 11ea and 11fa than around the opening center portion 11c.
  • a stronger magnetic field is coupled to the microstrip line 13. For this reason, more current flows through the microstrip line 13. As a result, incident waves and reflected waves can be separated and detected with higher accuracy.
  • the first straight portion 13aa is orthogonal to the first long hole 11e in plan view.
  • the transmission direction of the microwave indicated by the solid line arrow M1 generated at the first coupling point P1 is made the same as the rotation direction 32 of the microwave radiated from the cross opening 11. Thereby, the amount of microwaves indicated by the solid line arrow M1 can be further increased.
  • the transmission direction of the microwave indicated by the solid arrow M3 generated at the first coupling point P1 is reversed to the rotation direction 32 of the microwave radiated from the cross opening 11. Thereby, the amount of microwaves indicated by the solid line arrow M3 can be further reduced. As a result, incident waves and reflected waves can be separated and detected with higher accuracy.
  • the second straight portion 13ba is orthogonal to the second long hole 11f in plan view.
  • the transmission direction of the microwave indicated by the solid arrow M ⁇ b> 2 generated at the second coupling point P ⁇ b> 2 is made the same as the rotation direction 32 of the microwave radiated from the cross opening 11. Thereby, the amount of microwaves indicated by the solid line arrow M2 can be further increased.
  • the transmission direction of the microwave indicated by the solid arrow M4 generated at the second coupling point P2 is reversed to the rotation direction 32 of the microwave radiated from the cross opening 11. Thereby, the amount of microwaves indicated by the solid line arrow M4 can be further reduced. As a result, incident waves and reflected waves can be separated and detected with higher accuracy.
  • the microstrip line 13 includes a first straight portion 13aa, a second straight portion 13ba, a third straight portion 13ab, and a fourth straight portion 13bb.
  • the first straight line portion 13aa and the third straight line portion 13ab that are adjacent to each other are connected to form an obtuse angle.
  • the second straight portion 13ba and the fourth straight portion 13bb adjacent to each other are connected so as to form an obtuse angle.
  • This configuration can reduce the number of portions that are bent at right angles in the microstrip line 13. Thereby, it can suppress that the flow of the electric current in a coupling line is inhibited. As a result, incident waves and reflected waves can be separated and detected with higher accuracy.
  • the total distance between the first transmission line 13a and the second transmission line 13b that are further away from the tube axis L1 than the virtual straight line L3 is 1 ⁇ 4 of the effective length ⁇ re . Is set. With this configuration, incident waves and reflected waves can be separated and detected with higher accuracy.
  • the total distance if it is set to approximately 1/4 of the effective length lambda re, need not necessarily be set to 1/4 of the effective length lambda re.
  • the total distance between the first transmission line 13a and the second transmission line 13b that are further from the tube axis L1 than the parallel line L4 is 1 ⁇ 2 of the effective length ⁇ re .
  • the total distance is not necessarily set to 1 ⁇ 2 of the effective length ⁇ re as long as the total distance is set to approximately 1 ⁇ 2 of the effective length ⁇ re .
  • one end of the first transmission line 13a and one end of the second transmission line 13b are connected to form a right angle.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • One end of the first transmission line 13a only needs to be connected to one end of the second transmission line 13b at a position deviated from the region of the cross opening 11 in plan view. In this region, the influence of the magnetic field is large.
  • FIG. 12 to 17 are plan views showing first to sixth modified examples of the microstrip line 13, respectively. As shown in FIG. 12, the first transmission line 13a and the second transmission line 13b are bent so that the connection point between one end of the first transmission line 13a and one end of the second transmission line 13b is away from the opening center portion 11c. You may do it.
  • the first transmission line 13a and the second transmission line 13b are bent so that the connection point between one end of the first transmission line 13a and one end of the second transmission line 13b approaches the opening center portion 11c. You may do it.
  • the first transmission line 13a and the second transmission line 13b are curved so that the connection point between one end of the first transmission line 13a and one end of the second transmission line 13b approaches the opening center portion 11c. You may do it.
  • first straight line portion 13aa and the second straight line portion 13ba correspond to the first intersecting line portion and the second intersecting line portion, respectively.
  • first intersecting line part and the second intersecting line part may be an arcuate part 13ac and an arcuate part 13bc, respectively.
  • the third straight portion 13ab and the fourth straight portion 13bb are parallel to the perpendicular L2.
  • the present disclosure is not limited to this. As shown in FIG. 16, the third straight portion 13ab and the fourth straight portion 13bb may be parallel to the parallel line L4.
  • first transmission line 13a and the second transmission line 13b have a plurality of linear portions.
  • present disclosure is not limited to this.
  • each of the first transmission line 13a and the second transmission line 13b may be composed of one straight line portion.
  • the cross opening 11 is formed symmetrically with respect to the perpendicular L2.
  • the perpendicular line L2 is orthogonal to the tube axis L1 and passes through the opening center portion 11c.
  • the cross opening 11 may not be formed symmetrically with respect to the perpendicular L2.
  • the 1st long hole 11e and the 2nd long hole 11f may cross
  • the length of the first long hole 11e and the length of the second long hole 11f may be different from each other.
  • the opening intersection where the first elongated hole 11e and the second elongated hole 11f intersect is displaced from the opening center portion 11c.
  • the cross opening 11 may be formed in line symmetry with respect to a straight line slightly inclined with respect to the perpendicular L2 in plan view.
  • FIG. 19 is a plan view of the orthogonal waveguide 251 for examining the detection accuracy of the reflected wave according to the position of the reflected wave detection unit.
  • the orthogonal waveguide 251 includes a main waveguide 252 and a sub waveguide 253.
  • the sub waveguide 253 is orthogonal to the main waveguide 252 and is coupled to the main waveguide 252 through an X-shaped opening 254 and an opening 255.
  • the end 256 of the main waveguide 252 is closed and short-circuited. Microwave 257 entering from port Q (not shown) of the network analyzer is completely reflected at termination 256.
  • ⁇ Part of the reflected wave returns to port Q.
  • the remaining reflected waves are transmitted to the sub-waveguide 253 through the openings 254 and 255, and are divided into a microwave 258 and a microwave 259 in the sub-waveguide 253.
  • Microwave 258 is transmitted to port S (not shown) of the network analyzer, and microwave 259 is transmitted to port T (not shown) of the network analyzer.
  • Both the main waveguide 252 and the sub waveguide 253 have a symmetrical shape.
  • the openings 254 and 255 have the same shape.
  • the openings 254 and 255 are arranged symmetrically with respect to both the main waveguide 252 and the sub-waveguide 253. For this reason, the amount of the microwave 258 and the amount of the microwave 259 are equivalent.
  • the main waveguide 252 and the sub-waveguide 253 have a waveguide width (usually referred to as “a” dimension) of about 100 mm.
  • the in-tube wavelength ⁇ g of the microwave in the main waveguide 252 and the sub-waveguide 253 is about 154 mm.
  • the S parameter actually observed is a general observation value of the network analyzer. Specifically, the ratio S31 of the microwave 258 transmitted to the port S with respect to the microwave 257 incident from the port Q and the ratio S41 of the microwave 259 transmitted to the port T with respect to the microwave 257 incident from the port Q. Are observed with a network analyzer. Since the ratios S31 and S41 may be considerably smaller than 1, they are generally expressed in decibels.
  • the ratios S31 and S41 are measured while changing the distance Lsf from the end 256 of the main waveguide 252 to the openings 254 and 255 using microwaves having a frequency of 2450 to 2500 MHz.
  • FIG. 20 is a graph of the results.
  • the horizontal axis represents the distance Lsf [mm]
  • the vertical axis represents the ratios S31 and S41 [dB]. Consider this result.
  • the first feature relates to sensitivity.
  • the ratios S31 and S41 are ⁇ 12 to ⁇ 21 dB.
  • the ratios S31 and S41 are ⁇ 4 to ⁇ 8 dB. Accordingly, the ratios S31 and S41 are larger when the opening is disposed at the antinode than when the opening is disposed at the node.
  • the present inventors have found that when an opening is placed on the belly, the reflected wave detected from the opening becomes large and the sensitivity is improved. Comparing the average values of the six graphs shown in FIG. 20, the difference between the ratio when the opening is at the node (about ⁇ 16 dB) and the ratio when the opening is at the belly (about ⁇ 6 dB) is 10 dB. That is, when the opening is arranged at the antinode position, the sensitivity is 10 times higher than when the opening is arranged at the node position.
  • the second feature relates to frequency stability.
  • the ratios S31 and S41 observed according to the change in frequency are ⁇ 12 to ⁇ 21 dB.
  • the ratios S31 and S41 observed according to the change in frequency are ⁇ 4 to ⁇ 8 dB.
  • the fluctuation width (about 4 dB) of the ratios S31 and S41 when the opening is at the antinode position is smaller than the fluctuation width (about 9 dB) of the ratios S31 and S41 when the opening is at the node position. That is, the present inventors have found that when an opening is arranged on the belly, stability with respect to the frequency of the reflected wave detected from the opening is improved.
  • sensitivity and frequency stability can be improved by detecting the reflected wave at the antinode of the standing wave in the tube. As a result, the state of the object to be heated 1 can be detected more accurately.
  • the detection accuracy of the reflected wave can be improved.
  • These positions are located at a distance of 1/8 or less of the guide wavelength ⁇ g from the front and rear of the precise antinode position of the guide wave (or the center position of the two nodes).
  • the ratios S31 and S41 at these positions are in the range of approximately ⁇ 5 to ⁇ 9 dB.
  • the average value of the six graphs shown in FIG. 20 is about ⁇ 16 dB when the opening is placed at the node position, about ⁇ 6 dB when the opening is placed at the belly position, When the opening is arranged at the position, it is ⁇ 7 dB.
  • the ratios S31 and S41 when the opening is arranged at the middle position between the abdomen and the node are 9 dB better than when the opening is arranged at the node position, and the difference from the case where the opening is arranged at the abdominal position is 1 dB. Not too much.
  • the fluctuation range of the six graphs shown in FIG. 20 is about 9 dB when the opening is arranged at the position of the node, about 2 dB when the opening is arranged at the position of the antinode, When the opening is arranged at an intermediate position, it is about 4 dB.
  • the ratios S31 and S41 in the case where the opening is arranged at the middle position between the abdomen and the node are considerably better than the case where the opening is arranged at the node position. . Therefore, if the opening is arranged at a position separated by 1/8 or less of the guide wavelength ⁇ g before and after the antinode position (or the center position of the two nodes), the reflected wave detection accuracy can be improved.
  • FIG. 21 is an enlarged view of the periphery of the waveguide 10 in FIG.
  • the microwave heating apparatus includes a heating chamber 2 that accommodates an object to be heated, a magnetron 3 that generates microwaves, a waveguide 10, and a directional coupler 6. With.
  • the waveguide 10 transmits the microwave generated by the magnetron 3 to the heating chamber.
  • the directional coupler 6 is disposed in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301 generated in the waveguide 10.
  • the directional coupler 6 includes a reflected wave detection unit that detects a part of the reflected wave that is a microwave returning from the heating chamber 2 to the magnetron 3.
  • the antinodes 302 and the nodes 303 of the in-tube standing wave 301 appear alternately at every quarter of the in-tube wavelength ⁇ g.
  • the reflected wave can be detected in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the center portion of the rectangular region E1 circumscribing the cross opening 11 is disposed between the two nodes 303 of the in-tube standing wave 301, so that the reflected wave detection unit is The including directional coupler 6 is disposed in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301.
  • the reflected wave can be detected in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the directional coupler 6 can be easily positioned.
  • the rectangular region E1 circumscribing the cross opening 11 is disposed so as not to overlap the two nodes 303 of the in-tube standing wave 301, thereby including the reflected wave detection unit.
  • the directional coupler 6 is disposed in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301.
  • the reflected wave can be detected at a position closer to the belly 302 of the in-tube standing wave 301. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is 1/8 or less of the in-tube wavelength ⁇ g before and after the center position of the two nodes 303 of the in-tube standing wave 301. It is arrange
  • the reflected wave can be detected with a certain degree of accuracy at a position separated from the antinode 302 by 1/8 or less of the in-tube wavelength ⁇ g. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength ⁇ g from the end 304 of the waveguide 10 (three times in FIG. 21). Is disposed in the vicinity of the antinode 302 of the in-pipe standing wave 301.
  • the reflected wave can be detected in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the microwave heating apparatus further includes the standing wave stabilizing unit 5 for stabilizing the position of the in-tube standing wave 301 generated in the waveguide 10.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is arranged away from the standing wave stabilization unit 5 by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength ⁇ g (1 time in FIG. 21). It is arranged near the antinode 302 of the standing wave 301.
  • the reflected wave can be detected in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the standing wave stabilizing portion 5 is configured by a protruding portion that protrudes into the waveguide 10.
  • a node 303 of the in-tube standing wave 301 is generated at the position of the protrusion.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is disposed away from the protrusion by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength ⁇ g, and detects the reflected wave in the vicinity of the antinode 302 of the guide wave 301 in the guide. . Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the waveguide 10 includes the bent portion 10b bent in an L shape (see FIG. 3), and the standing wave stabilizing portion is configured by the bent portion 10b. Good.
  • the node 303 of the in-tube standing wave 301 is generated at the position of the bent portion 10b.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is arranged away from the bent portion 10b by a distance that is an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength ⁇ g, and detects the reflected wave at the position of the antinode 302 of the guide wave 301 in the guide. To do. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is an integral multiple of 1 ⁇ 2 of the guide wavelength ⁇ g from the coupling position 305 between the magnetron 3 and the waveguide 10 (see FIG. 21), it is arranged in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301.
  • an antinode 302 of the in-tube standing wave 301 is generated at the coupling position 305.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is disposed away from the coupling position 305 by a distance that is an integral multiple of 1 ⁇ 2 of the guide wavelength ⁇ g, and detects the reflected wave in the vicinity of the antinode 302 of the guide wave 301 in the guide. To do. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the microwave heating apparatus includes the antenna 4 that radiates the microwave transmitted through the waveguide 10 to the heating chamber 2.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is disposed away from the coupling position 306 between the antenna 4 and the waveguide 10 by a distance that is an integral multiple of 1/2 the guide wavelength ⁇ g (1 time in FIG. 21). By this, it is arranged in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301.
  • an antinode 302 of the in-tube standing wave 301 is generated at the coupling position 306.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit is disposed away from the coupling position 306 by a distance that is an integral multiple of 1/2 of the guide wavelength ⁇ g, and detects the reflected wave in the vicinity of the antinode 302 of the guide wave 301 in the guide. To do. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the directional coupler 6 including the reflected wave detection unit includes a cross opening 11 provided in the waveguide 10 and a coupled line facing the cross opening 11 (see FIG. 8). ).
  • the cross opening 11 is disposed in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301.
  • the reflected wave can be detected at the position of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • the cross opening 11 includes a first long hole 11e and a second long hole 11f that intersect each other (see FIGS. 7 and 8), and the waveguide 10 in a plan view. It is provided at a position that does not intersect the tube axis.
  • An opening intersection (see FIGS. 7 and 8) where the first long hole 11 e and the second long hole 11 f intersect is disposed in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave 301.
  • the microwave transmitted through the waveguide 10 is radiated to the heating chamber 2 as a circularly polarized microwave whose electric field rotates around the opening intersection.
  • the circularly polarized microwave the incident wave and the reflected wave have opposite rotation directions, so that the incident wave and the reflected wave can be easily separated.
  • a reflected wave is detected in the vicinity of the antinode 302 of the in-tube standing wave. Thereby, the detection accuracy of a reflected wave can be improved and the state of the to-be-heated object 1 can be detected more correctly.
  • This disclosure is applicable to consumer or commercial microwave heating devices.

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Abstract

マイクロ波加熱装置（５０）は、被加熱物（１）を収容する加熱室（２）と、マイクロ波を発生させるマグネトロン（３）と、マイクロ波を加熱室２に伝送する導波管（１０）と、反射波の一部を検出する反射波検出部を含む方向性結合器（６）とを備える。方向性結合器（６）は、導波管（１０）内に生じた管内定在波（３０１）の腹（３０２）の位置に配置される。本構成によれば、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物（１）の状態をより正確に検出することができる。

Description

マイクロ波加熱装置
　本開示は、電子レンジなどのマイクロ波加熱装置に関する。
　従来、この種のマイクロ波加熱装置として、例えば、特許文献１に開示された装置が知られている。従来のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、マイクロ波を加熱室に伝搬させる導波管とを備える。導波管には、導波管内に生じた管内定在波の位置を安定させるための定在波安定部が設けられる。従来のマイクロ波加熱装置によれば、定在波安定部により管内定在波の位置の乱れを抑制することで、加熱室内に所望の位相のマイクロ波を継続的に放射することができる。その結果、加熱室内の被加熱物を均一に加熱することができる。
　特許文献２、特許文献３には、加熱室からマイクロ波発生部に戻る反射波によりマイクロ波発生部が破壊されるのを防ぐため、反射波を検出する方向性結合器を導波管に設けたマイクロ波加熱装置が開示される。
日本国特許第５８１６８２０号公報 日本国特許第６１７６５４０号公報 日本国特許第３３３１２７９号公報
　しかしながら、従来のマイクロ波加熱装置においては、加熱が進むにつれて変化する被加熱物の状態をより正確に検出するという観点において、未だ改善の余地がある。特に、反射波の検出精度と導波管内の管内定在波との関係に着目した研究例は無く、方向性結合器を導波管のどこに配置するのが良いかがわからなかった。
　本開示は、反射波の検出精度を向上させるとともに、被加熱物の状態をより正確に検出することができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、導波管と、反射波検出部とを備える。導波管は、マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を加熱室に伝送する。反射波検出部は、導波管内に生じた管内定在波の腹の近傍に配置され、加熱室からマイクロ波発生部に戻るマイクロ波である反射波の一部を検出する。
　本態様によれば、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物の状態をより正確に検出することができる。
図１は、本開示の実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の概略図である。 図２は、実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の第１変形例を示す概略図である。 図３は、実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の第２変形例を示す概略図である。 図４は、実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の第３変形例を示す概略図である。 図５は、実施の形態に係る方向性結合器の斜視図である。 図６は、実施の形態に係る方向性結合器の、プリント基板を取り外した状態の斜視図である。 図７は、実施の形態に係る導波管の平面図である。 図８は、実施の形態に係る方向性結合器に設けられたプリント基板の回路構成図である。 図９は、クロス開口から円偏波のマイクロ波が放射される原理を説明するための図である。 図１０は、マイクロストリップ線路を伝搬し、時間経過とともに変化するマイクロ波の向きおよび量を説明するための図である。 図１１は、マイクロストリップ線路を伝搬し、時間経過とともに変化するマイクロ波の向きおよび量を説明するための図である。 図１２は、マイクロストリップ線路の第１変形例を示す平面図である。 図１３は、マイクロストリップ線路の第２変形例を示す平面図である。 図１４は、マイクロストリップ線路の第３変形例を示す平面図である。 図１５は、マイクロストリップ線路の第４変形例を示す平面図である。 図１６は、マイクロストリップ線路の第５変形例を示す平面図である。 図１７は、マイクロストリップ線路の第６変形例を示す平面図である。 図１８は、被加熱物の温度上昇に伴って変化する入射波と反射波と被加熱物のマイクロ波の吸収量との関係を示すグラフである。 図１９は、反射波の検出精度を評価するための直交導波管を示す平面図である。 図２０は、評価用の直交導波管で反射波の検出精度を測定した特性図である。 図２１は、反射波検出部と導波管内の管内定在波との位置関係を示す概略図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　本発明者らは、被加熱物の状態をより正確に検出するために鋭意検討した結果、以下の知見を得た。
　マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波は、入射波として導波管を通して加熱室に伝搬する。加熱室内に伝搬したマイクロ波の一部は被加熱物に吸収される一方、他部は反射波として導波管を通して加熱室からマイクロ波発生部に戻る。
　マイクロ波は、氷には吸収されにくい一方、水には吸収され易い。具体的には、水は、氷よりも約８０００倍（誘電損失係数に基づく）多くのマイクロ波を吸収する。マイクロ波は、水の温度が上昇するにつれて水に吸収されにくくなる。このため、例えば、被加熱物が冷凍食品である場合、反射波と被加熱物によるマイクロ波の吸収量とには、図１８に示すような関係がある。
　図１８は、被加熱物の温度上昇に伴って変化する入射波と反射波と被加熱物のマイクロ波の吸収量との関係を示すグラフである。図１８において、横軸は被加熱物の温度を示し、縦軸は入射波、反射波の信号強度を示す。点線、実線、一点鎖線で示すグラフはそれぞれ、入射波、反射波、被加熱物によるマイクロ波の吸収量を示す。被加熱物によるマイクロ波の吸収量とは、入射波と反射波との差である。
　図１８に示すように、加熱の初期段階では、被加熱物のマイクロ波の吸収量は小さく、反射波は多い。加熱が進んで氷が溶けるにつれて、被加熱物によるマイクロ波の吸収量が急激に増加し、反射波が急激に減少する。氷が完全に溶けた時点で、被加熱物によるマイクロ波の吸収量は最大となり、反射波は最小となる。
　その後、水の温度が上昇するにつれて、被加熱物によるマイクロ波の吸収量は徐々に減少し、反射波は徐々に増加する。従って、例えば、反射波が最小となる状態を検出することで、冷凍食品の解凍の終了を検出することができる。
　本発明者らは、被加熱物の重量、形状などに関わらず、上記関係が成り立つことを知見し、加熱時の反射波の量の変化に基づいて、被加熱物の状態をより正確に検出できることを見出した。
　本開示の第１の態様のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、導波管と、反射波検出部とを備える。導波管は、マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を加熱室に伝送する。反射波検出部は、導波管内に生じた管内定在波の腹の近傍に配置され、加熱室からマイクロ波発生部に戻るマイクロ波である反射波の一部を検出する。
　本開示の第２の態様のマイクロ波加熱装置では、第１の態様に加えて、反射波検出部が、管内定在波の二つの節の間に配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第３の態様のマイクロ波加熱装置では、第２の態様に加えて、反射波検出部が、管内定在波の二つの節に重ならないように配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第４の態様のマイクロ波加熱装置では、第３の態様に加えて、反射波検出部が、管内定在波の二つの節の中央の位置から前後に管内定在波の管内波長の１／８以下だけ離れて配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第５の態様のマイクロ波加熱装置では、第１の態様に加えて、反射波検出部が、導波管の終端から管内定在波の管内波長の１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第６の態様のマイクロ波加熱装置は、第１の態様に加えて、導波管内に生じた管内定在波の位置を安定させる定在波安定部をさらに有する。反射波検出部は、定在波安定部から管内定在波の管内波長の１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第７の態様のマイクロ波加熱装置では、第６の態様に加えて、定在波安定部が、導波管内に突出する突起部で構成される。
　本開示の第８の態様のマイクロ波加熱装置では、第６の態様に加えて、導波管が、Ｌ字状に屈曲した屈曲部を有し、定在波安定部が、屈曲部で構成される。
　本開示の第９の態様のマイクロ波加熱装置では、第１の態様に加えて、反射波検出部が、マイクロ波発生部と導波管との結合位置から管内定在波の管内波長の１／２の整数倍の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第１０の態様のマイクロ波加熱装置は、第１の態様に加えて、導波管により伝送されたマイクロ波を加熱室に放射するマイクロ波放射部をさらに有する。反射波検出部は、マイクロ波放射部と導波管との結合位置から管内定在波の管内波長の１／２の整数倍の距離離れて配置されることで、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第１１の態様のマイクロ波加熱装置では、第１の態様に加えて、反射波検出部が、導波管に設けられた開口部と、開口部に対向する結合線路とを有する。開口部が、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　本開示の第１２の態様のマイクロ波加熱装置では、第１１の態様に加えて、開口部が、互いに交差する第１長孔と第２長孔とを含み、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、第１長孔と第２長孔が交差する開口交差部は、管内定在波の腹の近傍に配置される。
　以下、本開示の実施の形態に係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。
　（実施の形態）
　図１は、本開示の実施の形態に係るマイクロ波加熱装置５０の概略図である。図１に示すように、マイクロ波加熱装置５０は、被加熱物１を収容する加熱室２と、マグネトロン３と、導波管１０とを備える。マグネトロン３は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部の一例である。導波管１０は、マグネトロン３により発生されたマイクロ波を加熱室２に伝送する。
　被加熱物１は、例えば冷凍食品である。加熱室２は、例えば直方体の筐体で構成される。加熱室２には、被加熱物１を載置する載置台２ａが設けられる。載置台２ａは、ガラス、セラミックなどのマイクロ波を透過しやすい材料で構成される。
　導波管１０は、長方形に形成された断面を有する方形導波管である。アンテナ４は、載置台２ａの下方に配置される。導波管１０を伝搬するマイクロ波は、マイクロ波放射部の一例であるアンテナ４によって加熱室２内に放射される。
　このマイクロ波によって、導波管１０内には、マグネトロン３からアンテナ４に向かうマイクロ波の伝送方向に、マイクロ波の管内定在波が生じる。図１は、導波管１０の内部に生じた管内定在波を模式的に図示する。導波管１０の管内波長λｇは、マグネトロン３の発振周波数と導波管１０の形状とによって決まる。
　管内定在波は、導波管１０の長手方向において管内波長λｇの１／２の長さごとに繰り返す腹と節とを有する。マイクロ波の伝送方向における導波管１０の終端には、必ず節が発生する。マグネトロン３がマイクロ波を放射する部分には、必ず腹が発生する。
　導波管１０には、導波管１０内に生じた管内定在波の位置を安定させるための定在波安定部５が設けられる。本実施の形態において、定在波安定部５は、導波管１０内に突出することで、導波管１０を局所的に狭めるように構成された突起部である。
　定在波安定部５は、導波管１０内におけるマグネトロン３近傍のインピーダンスと加熱室２近傍のインピーダンスとを整合させる。定在波安定部５は、マイクロ波の伝送方向における導波管１０の終端から管内波長λｇの１／２の整数倍の距離だけ離れて配置される。これにより、定在波安定部５は、管内定在波の節を定在波安定部５の近傍に固定する。
　導波管１０の壁面（幅広面（Wide Plane））には、入射波検出部および反射波検出部の両方の機能を有する方向性結合器６が設けられる。入射波検出部は、マグネトロン３から加熱室２に伝搬するマイクロ波である入射波の一部を検出する。反射波検出部は、加熱室２からマグネトロン３に戻るマイクロ波である反射波の一部を検出する。
　方向性結合器６は、定在波安定部５よりも加熱室２寄りに配置される。具体的には、方向性結合器６と定在波安定部５とは、管内定在波の管内波長λｇの１／４の奇数倍（本実施の形態では１倍）の距離だけマイクロ波の伝送方向（図１における左右方向）に離れて配置される。方向性結合器６は、定在波安定部５とアンテナ４との間に配置される。
　方向性結合器６は、入射波、反射波に応じて検出信号６ａ、検出信号６ｂをそれぞれ検出し、検出信号６ａ、検出信号６ｂを制御部７に送信する。方向性結合器６の具体的な構成については、後で詳しく説明する。
　制御部７は、検出信号６ａ、６ｂに加えて信号７ａを受信する。信号７ａは、マイクロ波加熱装置５０の入力部（図示せず）により設定された加熱条件と、センサ（図示せず）により検出された被加熱物１の重量、蒸気の量とを含む。
　制御部７は、検出信号６ａ、６ｂと信号７ａとに基づいて、駆動電源８とモータ９とを制御する。駆動電源８は、マイクロ波を発生させるための電力をマグネトロン３に供給する。モータ９はアンテナ４を回転させる。このようにして、マイクロ波加熱装置５０は、加熱室２に供給されたマイクロ波により、加熱室２に収容された被加熱物１を加熱する。
　本実施の形態では、方向性結合器６が、定在波安定部５よりも加熱室２寄りに配置される。この構成によれば、方向性結合器６が定在波安定部５から受ける影響を低減することができる。これにより、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。その結果、例えば、冷凍食品の解凍状況を正確に把握することができる。それに応じて加熱量を制御することで、解凍時間を短縮することも可能になる。
　本実施の形態では、方向性結合器６と定在波安定部５とは、管内定在波の管内波長λｇの１／４の奇数倍の距離だけマイクロ波の伝送方向に離れて配置される。この構成によれば、方向性結合器６を管内定在波の腹の近傍に配置することができる。このため、方向性結合器６が受ける反射波の量をより多くして、反射波の検出精度を向上させることができる。その結果、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　導波管１０の幅方向（図１における奥行き方向）における方向性結合器６および定在波安定部５の位置は特に限定されない。方向性結合器６と定在波安定部５とは、ほぼ管内波長λｇの１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置されていればよい。
　加熱開始時に被加熱物１の温度が高い場合、または、被加熱物１の重量が重い場合、反射波の量はあまり変化しない。このため、反射波が最小となる状態を判別し難いことがある。
　本実施の形態では、方向性結合器６が、入射波検出部および反射波検出部の両方の機能を有する。この構成によれば、方向性結合器６により検出された入射波と反射波とに基づいて、被加熱物１により吸収されたマイクロ波の量をより正確に推定することができる。例えば、反射波の量を入射波の量で除算した反射率の変化を検出することで、反射波が最小となる状態を判別し易くなる。その結果、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本実施の形態では、方向性結合器６が、入射波検出部および反射波検出部の両方の機能を有する。しかし、本開示はこれに限定されない。入射波検出部と反射波検出部とが別々に設けられてもよい。入射波検出部が、定在波安定部５よりもマグネトロン３寄りに配置されてもよい。
　本実施の形態では、一つの方向性結合器６が、定在波安定部５よりも加熱室２寄りに設けられる。しかし、本開示はこれに限定されない。図２は、マイクロ波加熱装置５０の第１変形例を示す概略図である。図２も図１と同様に、導波管１０の内部に生じた管内定在波を模式的に図示する。
　図２に示すように、第１変形例に係るマイクロ波加熱装置５０は、方向性結合器６に加えて、方向性結合器６と同じ構成を有する方向性結合器６０をさらに有する。すなわち、方向性結合器６０は、方向性結合器６に設けられた反射波検出部と同じ構成を有する第２の反射波検出部を備える。方向性結合器６０は、定在波安定部５よりもマグネトロン３寄りに配置される。
　この構成によれば、第２の反射波検出部も、定在波安定部５を通過してマグネトロン３に戻る反射波の一部を検出することができる。これにより、例えば、反射波の量が非常に多い場合、マグネトロン３を停止させて、マグネトロン３の故障を防止することができる。
　本実施の形態では、定在波安定部５が、導波管１０内に突出する突起部で構成される。しかし、定在波安定部５は、導波管１０を局所的に狭めてマイクロ波の伝搬を乱すことで、管内定在波の位置を安定させるのであれば、本実施の形態に限定されない。
　図３は、マイクロ波加熱装置５０の第２変形例を示す概略図である。図３も図１、図２と同様に、導波管１０の内部に生じた管内定在波を模式的に図示する。図３に示すように、導波管１０がＬ字状に屈曲した屈曲部１０ｂを有する。
　この場合、図３の点線で示す屈曲部１０ｂの断面積は、導波管１０の他の部分の断面積に比べて大きい。このため、屈曲部１０ｂの中心（図３の点線の中心）に管内定在波の節が固定されやすくなる。第２変形例では、屈曲部１０ｂが定在波安定部５を構成する。
　図１に示す導波管１０は、定在波安定部５が配置された部分を除いて、その断面積が一様な方形導波管である。しかし、本開示はこれに限定されない。図４は、マイクロ波加熱装置５０の第３変形例を示す概略図である。図４も図１～図３と同様に、導波管１０の内部に生じた管内定在波を模式的に図示する。
　図４に示すように、第３変形例では、導波管１０は、マグネトロン３から加熱室２に向かってその断面積が徐々に小さくなる方形導波管である。第３変形例の導波管１０は、定在波安定部５以外に局所的に狭い部分を有しない。このため、第３変形例の導波管１０は、図１に示す導波管１０と同様の効果を得ることができる。
　図１に示す定在波安定部５は一つの要素で構成される。しかし、定在波安定部５は複数の要素で構成されてもよい。この場合、方向性結合器６は、最も加熱室２寄りに配置される定在波安定部５の構成部品よりも加熱室２寄りに配置すればよい。
　本実施の形態では、モータ９がアンテナ４を回転させる。しかし、本開示はこれに限定されない。例えば、アンテナ４が、導波管１０を伝搬するマイクロ波を円偏波のマイクロ波として加熱室２内に放射するように形成された開口部であってもよい。
　次に、方向性結合器６の構成について説明する。図５は、方向性結合器６の斜視図である。図６は、方向性結合器６の、プリント基板１２を取り外した状態の斜視図である。図７は、導波管１０の平面図である。図８は、方向性結合器６に設けられたプリント基板１２の回路構成図である。
　図１～図４は、方向性結合器６が導波管１０の底壁に設けられるものとして図示する。しかし、図５、図６は、理解を容易にするために、方向性結合器６が導波管１０の上壁に設けられるものとして図示する。本実施の形態において、導波管１０の管軸Ｌ１と直交する断面は、長方形形状を有する。管軸Ｌ１は、導波管１０の幅方向の中心軸である。
　方向性結合器６は、クロス開口１１とプリント基板１２と支持部１４とを備える。クロス開口１１は、導波管１０の幅広面１０ａに配置されたＸ形状の開口部である。プリント基板１２は、クロス開口１１と対向するように導波管１０の外に配置される。支持部１４は、導波管１０の外面上でプリント基板１２を支持する。
　図７に示すように、クロス開口１１は、平面視において導波管１０の管軸Ｌ１と交差しない位置に配置される。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だけ離れて配置される。寸法Ｄ１は、例えば、導波管１０の幅の１／４である。クロス開口１１は、導波管１０を伝搬するマイクロ波を円偏波のマイクロ波としてプリント基板１２に向けて放射する。
　クロス開口１１の開口形状は、導波管１０の幅および高さ、導波管１０を伝搬するマイクロ波の電力レベルおよび周波数帯域、クロス開口１１から放射させる円偏波のマイクロ波の電力レベルなどの条件に応じて決定される。
　例えば、導波管１０の幅が１００ｍｍ、高さが３０ｍｍ、導波管１０の壁面の厚さが０．６ｍｍ、導波管１０を伝搬す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マイクロ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および幅１１ｄは２０ｍｍ、２ｍｍにそれぞれ決定される。
　図８に示すように、クロス開口１１は、互いに交差する第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとを含む。クロス開口１１の開口中央部１１ｃは、第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとが交差する開口交差部と一致する。クロス開口１１は、垂線Ｌ２に対して線対称に形成される。垂線Ｌ２は管軸Ｌ１と直交し、開口中央部１１ｃを通る。
　本実施の形態において、第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとは９０度の角度で交差する。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとが６０度または１２０度の角度で交差してもよい。
　クロス開口１１の開口中央部１１ｃを平面視において管軸Ｌ１と重なる位置に配置した場合、電界は回転せずにマイクロ波の伝送方向に沿って往復する。この場合、クロス開口１１は直線偏波のマイクロ波を放射する。
　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。しかし、開口中央部１１ｃが管軸Ｌ１に近いと（寸法Ｄ１が０ｍｍに近いほど）、いびつな回転の電界が発生する。この場合、クロス開口１１は楕円偏波のマイクロ波を放射する。
　本実施の形態おいて、寸法Ｄ１は導波管１０の幅の約１／４に設定される。この場合、ほぼ真円状の回転の電界が発生する。クロス開口１１はほぼ真円状の円偏波のマイクロ波を放射する。このため、円偏波のマイクロ波の回転方向がより明確になる。その結果、入射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は、クロス開口１１に対向する基板裏面１２ｂと、基板裏面１２ｂとは反対側の基板表面１２ａとを有する。基板表面１２ａは、マイクロ波反射部材の一例として基板表面１２ａ全体を覆うように形成された銅箔（図示せず）を有する。この銅箔が、クロス開口１１から放射された円偏波のマイクロ波がプリント基板１２を透過するのを防止する。
　図８に示すように、基板裏面１２ｂには、結合線路の一例であるマイクロストリップ線路１３が配置される。マイクロストリップ線路１３は、例えば、ほぼ５０Ωの特性インピーダンスを有する伝送線路で構成される。マイクロストリップ線路１３は、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る。
　以下、マイクロストリップ線路１３の実効長λｒｅについて説明する。マイクロストリップ線路１３の幅をｗ、プリント基板１２の厚さをｈ、光の速度をｃ、電磁波の周波数をｆ、プリント基板の比誘電率をεｒとすると、マイクロストリップ線路１３の実効長λｒｅは次式で表される。実効長λｒｅとは、マイクロストリップ線路１３を伝搬する電磁波の波長である。
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　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とを備える。第１伝送線路１３ａは、第１交差線部の一例である第１直線部１３ａａを有する。第１直線部１３ａａは、平面視において開口中央部１１ｃよりも管軸Ｌ１から離れた位置で第１長孔１１ｅと交差する。第１直線部１３ａａは、垂線Ｌ２に近づくにつれて管軸Ｌ１から離れるように延在する。
　第２伝送線路１３ｂは、第２交差線部の一例である第２直線部１３ｂａを有する。第２直線部１３ｂａは、平面視において開口中央部１１ｃよりも管軸Ｌ１から離れた位置で第２長孔１１ｆと交差する。第２直線部１３ｂａは、垂線Ｌ２に近づくにつれて管軸Ｌ１から離れるように延在する。第１直線部１３ａａと第２直線部１３ｂａとは、垂線Ｌ２に対して線対称に配置される。
　第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとは、平面視において矩形領域Ｅ１の外、かつ、矩形領域Ｅ１よりも管軸Ｌ１から離れた位置で互いに接続される。第１直線部１３ａａは、平面視において開口中央部１１ｃよりも開口先端部１１ｅａに近い位置で第１長孔１１ｅと交差する。
　第１直線部１３ａａは、平面視において第１長孔１１ｅに直交する。第２直線部１３ｂａは、平面視において開口中央部１１ｃよりも開口先端部１１ｆａに近い位置で第２長孔１１ｆと交差する。第２直線部１３ｂａは、平面視において第２長孔１１ｆに直交する。
　第１伝送線路１３ａの一端と第２伝送線路１３ｂの一端とは、平面視においてクロス開口１１と重なる領域の外で互いに接続される。第１直線部１３ａａの一端は、クロス開口１１に外接する矩形領域Ｅ１の外で第２直線部１３ｂａの一端に接続される。
　第１結合点Ｐ１は、平面視において第１直線部１３ａａと第１長孔１１ｅとが互いに交差する点である。第２結合点Ｐ２は、平面視において第２直線部１３ｂａと第２長孔１１ｆとが互いに交差する点である。第１結合点Ｐ１と第２結合点Ｐ２とを結ぶ直線を仮想直線Ｌ３とする。本実施の形態では、仮想直線Ｌ３よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離は、実効長λｒｅの１／４に設定される。
　平面視において開口中央部１１ｃを通り、かつ、管軸Ｌ１に平行な線を平行線Ｌ４とする。本実施の形態では、平行線Ｌ４よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離が、実効長λｒｅの１／２に設定される。
　第１伝送線路１３ａは、第１直線部１３ａａの他端と第１出力部１３１とを接続する第３直線部１３ａｂを備える。第１直線部１３ａａと第３直線部１３ａｂとは、鈍角（例えば１３５度）を成すように接続される。
　第２伝送線路１３ｂは、第２直線部１３ｂａの他端と第２出力部１３２とを接続する第４直線部１３ｂｂを備える。第２直線部１３ｂａと第４直線部１３ｂｂとは、鈍角（例えば１３５度）を成すように接続される。第３直線部１３ａｂと第４直線部１３ｂｂとは、垂線Ｌ２に平行に配置される。
　第１出力部１３１および第２出力部１３２は、平面視において支持部１４（図５、図６参照）の外に配置される。第１出力部１３１には第１検波回路１５が接続される。第１検波回路１５は、マイクロ波信号のレベルを検出し、検出したマイクロ波信号のレベルを制御信号として出力する。第２出力部１３２には第２検波回路１６が接続される。第２検波回路１６は、マイクロ波信号のレベルを検出し、検出したマイクロ波信号のレベルを制御信号として出力する。
　本実施の形態において、第１検波回路１５および第２検波回路１６は、いずれもチップ抵抗およびショットキーダイオードにより構成された平滑回路（図示せず）を備える。第１検波回路１５は、第１出力部１３１からのマイクロ波信号を整流し、整流されたマイクロ波信号を直流電圧に変換する。変換された直流電圧は第１検波出力部１８に出力される。第１検波出力部１８は、入射波に対応する検出信号６ａを制御部７に送信する（図１参照）。
　同様に、第２検波回路１６は、第２出力部１３２からのマイクロ波信号を整流し、整流されたマイクロ波信号を直流電圧に変換する。変換された直流電圧は第２検波出力部１９に出力される。第２検波出力部１９は、反射波に対応する検出信号６ｂを制御部７に送信する（図１参照）。
　プリント基板１２は、プリント基板１２を導波管１０に取り付けるための四つの穴（穴２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）を有する。基板裏面１２ｂにおける穴２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの周辺には、グランドとなる銅箔が形成される。この銅箔が形成された部分は、基板表面１２ａと同電位を有する。
　プリント基板１２は、穴２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを通してネジ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ（図５参照）で支持部１４にねじ止めすることによって、導波管１０に固定される。
　図６に示すように、支持部１４は、ネジ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄをそれぞれねじ止めするためのネジ部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを有する。ネジ部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、支持部１４に設けられたフランジ部に形成される。
　支持部１４は、導電性を有し、平面視においてクロス開口１１を取り囲むように配置される。支持部１４は、クロス開口１１から放射された円偏波のマイクロ波が支持部１４の外に漏洩するのを防ぐシールドとして機能する。
　支持部１４は、マイクロストリップ線路１３の第３直線部１３ａｂおよび第４直線部１３ｂｂが通る溝１４１、溝１４２を有する。この構成により、マイクロストリップ線路１３の第１出力部１３１および第２出力部１３２を支持部１４の外に配置することができる。溝１４１、１４２は、マイクロストリップ線路１３を伝搬するマイクロ波信号を支持部１４の外に取り出すための取出し部として機能する。溝１４１、１４２は、プリント基板１２から離れるように支持部１４のフランジ部を凹ませることにより形成することができる。
　図５、図６は、図８に示す第１検波出力部１８、第２検波出力部１９にそれぞれ接続されたコネクタ１８ａ、コネクタ１９ａを図示する。
　本実施の形態では、方向性結合器６は、入射波検出部および反射波検出部の両方の機能を有する。しかし、本開示はこれに限定されない。方向性結合器６は、入射波検出部および反射波検出部のいずれか一方の機能のみを有するように構成されてもよい。この場合、方向性結合器６は、図８に示す第１検波回路１５、第２検波回路１６の一方を、終端回路（例えば５０Ωのチップ抵抗）に置き換えることで構成される。
　次に、方向性結合器６の動作および作用について説明する。
　まず、図９を参照して、クロス開口１１から円偏波のマイクロ波が放射される原理について説明する。図９において、導波管１０内に生じる磁界分布１０ｄを点線の同心楕円で示す。磁界分布１０ｄの磁界の向きを矢印で示す。磁界分布１０ｄは、導波管１０内を時間の経過とともにマイクロ波の伝送方向Ａ１に移動する。
　図９の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０において、磁界分布１０ｄが形成される。このとき、破線矢印Ｂ１で示す磁界が、クロス開口１１の第１長孔１１ｅを励起する。図９の（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１において、破線矢印Ｂ２で示す磁界が、クロス開口１１の第２長孔１１ｆを励起する。
　図９の（ｃ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２（Ｔはマイクロ波の管内波長λｇの周期）において、破線矢印Ｂ３で示す磁界が、クロス開口１１の第１長孔１１ｅを励起する。図９の（ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２＋ｔ１において、破線矢印Ｂ４で示す磁界が、クロス開口１１の第２長孔１１ｆを励起する。時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔにおいて、時刻ｔ＝ｔ０と同様に、破線矢印Ｂ１で示す磁界が、クロス開口１１の第１長孔１１ｅを励起する。
　これらの状態が順次繰り返されることで、反時計回り（マイクロ波の回転方向３２）に回転する円偏波のマイクロ波が、クロス開口１１から導波管１０の外に放射される。
　ここで、図７に示す矢印３０に沿って伝搬するマイクロ波を入射波とし、矢印３１に沿って伝搬するマイクロ波を反射波とすると、入射波は図９に示す伝送方向Ａ１と同じ向きに伝搬する。このため、上述のように、反時計回りに回転する円偏波のマイクロ波が、クロス開口１１から導波管１０の外に放射される。一方、反射波は図９に示す伝送方向Ａ１と逆向きに伝搬する。このため、時計回りに回転する円偏波のマイクロ波が、クロス開口１１から導波管１０の外に放射される。
　導波管１０の外に放射された円偏波のマイクロ波は、クロス開口１１に対向するマイクロストリップ線路１３に結合する。マイクロストリップ線路１３は、矢印３０に沿って伝搬する入射波によりクロス開口１１から放射されるマイクロ波の大部分を、第１出力部１３１に出力する。
　一方、マイクロストリップ線路１３は、矢印３１に沿って伝搬す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の大部分を第２出力部１３２に出力する。これにより、入射波と反射波とをより精度よく分離して検出することができる。このことについて、図１０を参照してより詳しく説明する。
　図１０は、マイクロストリップ線路１３を伝搬し、時間経過とともに変化するマイクロ波の向きおよび量を説明するための図である。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。本来、マイクロ波がマイクロストリップ線路１３に到達するのに要する時間は、マイクロ波がこの隙間を伝搬する時間だけ遅れる。しかし、便宜上、ここではこの時間遅れが無いものとする。
　ここで、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。第１結合点Ｐ１は、第１長孔１１ｅとマイクロストリップ線路１３とが交差する結合領域のほぼ中心である。第２結合点Ｐ２は、第２長孔１１ｆとマイクロストリップ線路１３とが交差する結合領域のほぼ中心である。
　図１０において、マイクロストリップ線路１３を伝搬するマイクロ波の量（磁界の鎖交によって流れる電流）を実線矢印の線の太さで表現する。すなわち、マイクロストリップ線路１３を伝搬するマイクロ波の量が多い場合には線が太く、マイクロストリップ線路１３を伝搬するマイクロ波の量が少ない場合には線が細い。
　図１０の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０において、破線矢印Ｂ１で示す磁界がクロス開口１１の第１長孔１１ｅを励起し、第１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。このマイクロ波は、第２結合点Ｐ２に向かってマイクロストリップ線路１３を伝搬する。
　図１０の（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１において、破線矢印Ｂ２で示す磁界がクロス開口１１の第２長孔１１ｆを励起し、第２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。
　第１結合点Ｐ１と第２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、図１０の（ａ）に示す時刻に第１結合点Ｐ１に生じたマイクロ波は、図１０の（ｂ）に示す時刻に第２結合点Ｐ２に伝搬する。すなわち、図１０の（ｂ）に示す時刻に、第２結合点Ｐ２には、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生じる。
　このため、二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を第２出力部１３２に向けて伝搬し、所定時間経過後、第２出力部１３２に出力される。本実施の形態では、上記実効伝搬時間を時間ｔ１に設定するため、仮想直線Ｌ３よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離が、実効長λｒｅの１／４に設定される。この構成により、マイクロストリップ線路１３の設計を容易に行うことができる。
　図１０の（ｃ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２において、破線矢印Ｂ３で示す磁界がクロス開口１１の第１長孔１１ｅを励起し、第１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。このマイクロ波は、マイクロストリップ線路１３を第１出力部１３１に向けて伝搬し、所定時間経過後、第１出力部１３１に出力される。
　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。クロス開口１１から、上述したように反時計回り（マイクロ波の回転方向３２）に回転する円偏波のマイクロ波が放射される。
　図１０の（ａ）に示す時刻に、第１結合点Ｐ１に生じる実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波は、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向とほぼ同じ方向に伝搬する。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１０の（ｃ）に示す時刻に、第１結合点Ｐ１に生じる実線矢印Ｍ３で示すマイクロ波は、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向とはほぼ逆方向に伝搬する。このため、結合したマイクロ波のエネルギは縮減される。従って、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い。
　図１０の（ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２＋ｔ１において、破線矢印Ｂ４で示す磁界がクロス開口１１の第２長孔１１ｆを励起し、第２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。このマイクロ波は第１結合点Ｐ１に向かって伝搬する。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じである。
　時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔにおいて、図１０の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０と同様に、破線矢印Ｂ１で示す磁界がクロス開口１１の第１長孔１１ｅを励起する。この場合、図１０の（ａ）に示す時刻の場合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。
　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）において、第１結合点Ｐ１に伝搬する。細い実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波は、太い実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波とは逆向きに伝搬する。このため、実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波は打ち消されて消滅し、第１出力部１３１に出力されない。
　厳密には、時刻ｔ＝ｔ０において第１結合点Ｐ１から伝搬するマイクロ波の量は、太い実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波の量から細い実線矢印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、第２出力部１３２に出力されるマイクロ波の量は、第２結合点Ｐ２から伝搬するマイクロ波の量に太い実線矢印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、第２出力部１３２に出力されるマイクロ波の量（Ｍ１＋Ｍ２－Ｍ４）は、第１出力部１３１に出力されるマイクロ波の量（Ｍ３）よりはるかに多い。従って、マイクロストリップ線路１３は、矢印３１に沿って伝搬する反射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の大部分を第２出力部１３２に出力する。一方、マイクロストリップ線路１３は、矢印３０に沿って伝搬する入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の大部分を第１出力部１３１に出力する。
　導波管１０を伝搬す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、導波管１０およびクロス開口１１の形状および寸法によって決まる。例えば、上述の形状および寸法に設定した場合、導波管１０を伝搬す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１／１０００００（約－５０ｄＢ）である。
　次に、本実施の形態において、平行線Ｌ４よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離を、実効長λｒｅの１／２に設定した理由について説明する。
　図１１は、マイクロストリップ線路１３を伝搬し、時間経過とともに変化するマイクロ波の向きおよび量を説明するための図である。図１１の（ａ）～（ｄ）は、図１０の（ａ）～（ｄ）からそれぞれｔ１／２の時間が経過した状態を示す図である。
　上記では説明を省略したが、磁界分布１０ｄは、時間経過とともに導波管１０内をマイクロ波の伝送方向Ａ１に移動する。このため、図１１の（ａ）～（ｄ）に示すように、破線矢印Ｂ１２、Ｂ２３、Ｂ３４、Ｂ４１で示す磁界が、第１長孔１１ｅおよび第２長孔１１ｆを励起する。これにより、導波管１０の外に放射された円偏波のマイクロ波は、マイクロストリップ線路１３に結合する。
　ここで、平面視において垂線Ｌ２および平行線Ｌ４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。第３結合点Ｐ３は、垂線Ｌ２とマイクロストリップ線路１３とが交差する結合領域のほぼ中心である。第４結合点Ｐ４は、平行線Ｌ４と第１伝送線路１３ａとが交差する結合領域のほぼ中心である。第５結合点Ｐ５は、平行線Ｌ４と第２伝送線路１３ｂとが交差する結合領域のほぼ中心である。
　図１１の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１／２において、破線矢印Ｂ１２で示す磁界がクロス開口１１を励起し、第３結合点Ｐ３には太い実線矢印Ｍ１１で示すマイクロ波が生じる。このマイクロ波は、第５結合点Ｐ５に向かってマイクロストリップ線路１３を伝搬する。
　図１１の（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１＋ｔ１／２において、破線矢印Ｂ２３で示す磁界がクロス開口１１を励起する。第５結合点Ｐ５には太い実線矢印Ｍ１２ａで示すマイクロ波が生じ、第４結合点Ｐ４には細い実線矢印Ｍ１２ｂで示すマイクロ波が生じる。実線矢印Ｍ１２ｂ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じである。
　第３結合点Ｐ３と第５結合点Ｐ５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、図１１の（ａ）に示す時刻に第３結合点Ｐ３に生じたマイクロ波は、図１１の（ｂ）に示す時刻に第５結合点Ｐ５に伝搬する。すなわち、図１１の（ｂ）に示す時刻に、第５結合点Ｐ５には、太い実線矢印Ｍ１１で示すマイクロ波と太い実線矢印Ｍ１２ａで示すマイクロ波とが生じる。
　このため、二つのマイクロ波は加算されてマイクロストリップ線路１３を第２出力部１３２に向けて伝搬し、所定時間経過後、第２出力部１３２に出力される。上記実効伝搬時間を時間ｔ１に設定するため、本実施の形態では、平行線Ｌ４よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａの距離が、実効長λｒｅの１／４に設定される。第４結合点Ｐ４に生じた細い実線矢印Ｍ１２ｂで示すマイクロ波は、マイクロストリップ線路１３を第１出力部１３１に向けて伝搬し、所定時間経過後、第１出力部１３１に出力される。
　図１１の（ｃ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２＋ｔ１／２において、破線矢印Ｂ３４で示す磁界がクロス開口１１を励起し、第３結合点Ｐ３には細い実線矢印Ｍ１３ｂで示すマイクロ波が生じる。このマイクロ波は、マイクロストリップ線路１３を第１出力部１３１に向けて伝搬する。実線矢印Ｍ１３ｂ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じである。
　図１１の（ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ／２＋ｔ１＋ｔ１／２において、破線矢印Ｂ４１で示す磁界がクロス開口１１を励起する。第５結合点Ｐ５には細い実線矢印Ｍ１４ｂで示すマイクロ波が生じ、第４結合点Ｐ４には太い実線矢印Ｍ１４ａで示すマイクロ波が生じる。細い実線矢印Ｍ１４ｂで示すマイクロ波は、第３結合点Ｐ３に向かってマイクロストリップ線路１３を伝搬する。実線矢印Ｍ１４ｂ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じである。
　太い実線矢印Ｍ１４ａで示すマイクロ波は、第３結合点Ｐ３に向かってマイクロストリップ線路１３を伝搬する。第３結合点Ｐ３と第４結合点Ｐ４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、図１１の（ｃ）に示す時刻に第３結合点Ｐ３に生じたマイクロ波は、図１１の（ｄ）に示す時刻に第４結合点Ｐ４に伝搬する。
　すなわち、図１１の（ｄ）に示す時刻に、第４結合点Ｐ４には、細い実線矢印Ｍ１３ｂで示すマイクロ波と太い実線矢印Ｍ１４ａで示すマイクロ波とが生じる。上記実効伝搬時間を時間ｔ１に設定するため、本実施の形態では、平行線Ｌ４よりも管軸Ｌ１から離れた第２伝送線路１３ｂの距離が、実効長λｒｅの１／４に設定される。
　すなわち、平行線Ｌ４よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離が、実効長λｒｅの１／２に設定される。細い実線矢印Ｍ１３ｂで示すマイクロ波は、太い実線矢印Ｍ１４ａで示すマイクロ波とは逆向きに伝搬する。このため、細い実線矢印Ｍ１３ｂで示すマイクロ波は打ち消されて消滅し、第１出力部１３１に出力されない。
　時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ＋ｔ１／２において、図１１の（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１／２と同様に、破線矢印Ｂ１２で示す磁界がクロス開口１１を励起する。この場合、図１１の（ａ）に示す時刻の場合には説明しなかった細い実線矢印Ｍ１４ｂ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。
　細い実線矢印Ｍ１４ｂで示すマイクロ波は、時刻ｔ＝ｔ０＋Ｔ＋ｔ１／２において、第３結合点Ｐ３に伝搬する。細い実線矢印Ｍ１４ｂで示すマイクロ波は、太い実線矢印Ｍ１１および太い実線矢印Ｍ１４ａで示すマイクロ波とは逆向きに伝搬する。このため、細い実線矢印Ｍ１４ｂで示すマイクロ波は打ち消されて消滅し、第１出力部１３１に出力されない。
　厳密には、時刻ｔ＝ｔ０＋ｔ１／２において第３結合点Ｐ３から伝搬するマイクロ波の量は、太い実線矢印Ｍ１１、Ｍ１４ａで示すマイクロ波の量から細い実線矢印Ｍ１４ｂで示すマイクロ波の量を差分した量（Ｍ１１＋Ｍ１４ａ－Ｍ１４ｂ）となる。従って、第２出力部１３２に出力されるマイクロ波の量は、第３結合点Ｐ３から伝搬するマイクロ波の量に太い実線矢印Ｍ１２ａで示すマイクロ波の量を加算した量（Ｍ１１＋Ｍ１２ａ＋Ｍ１４ａ－Ｍ１４ｂ）となる。
　このことを考慮しても、第２出力部１３２に出力されるマイクロ波の量（Ｍ１１＋Ｍ１２ａ＋Ｍ１４ａ－Ｍ１４ｂ）は、第１出力部１３１に出力されるマイクロ波の量（Ｍ１２ｂ）よりはるかに多い。従って、マイクロストリップ線路１３は、矢印３１の方向に伝搬する反射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の大部分を第２出力部１３２に出力する。一方、マイクロストリップ線路１３は、矢印３０の方向に伝搬する入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の大部分を第１出力部１３１に出力する。
　本実施の形態では、入射波検出部と反射波検出部とが、導波管１０の壁面に配置されたクロス開口１１に対向するマイクロストリップ線路１３を共有する。入射波検出部は、マイクロストリップ線路１３の一端から入射波を取り出す。反射波検出部は、マイクロストリップ線路１３の他端から反射波を取り出す。この構成により、入射波検出部および反射波検出部を小型化することができる。
　本実施の形態では、方向性結合器６は、平面視において導波管１０の管軸Ｌ１と交差しない位置に配置された、円偏波のマイクロ波を放射するクロス開口１１を有する。この構成により、クロス開口１１から放射される円偏波のマイクロ波の回転方向が入射波と反射波とで互いに逆になる。この円偏波のマイクロ波の回転方向の違いを利用して、入射波と反射波とを分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、第１伝送線路１３ａが第１直線部１３ａａを備えるとともに、第２伝送線路１３ｂが第２直線部１３ｂａを備える。この構成により、従来よりも、マイクロストリップ線路１３が屈曲する箇所を少なくすることができる。マイクロストリップ線路１３を直角に屈曲させる必要性を無くすことができる。マイクロストリップ線路１３が屈曲する箇所をクロス開口１１の鉛直方向の領域から離すことができる。その結果、入射波と反射波とをより精度よく分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとが、平面視において矩形領域Ｅ１の外で、かつ、管軸Ｌ１から離れた位置で互いに接続される。この構成により、マイクロストリップ線路１３が屈曲する箇所をクロス開口１１の鉛直方向の領域からより一層離すことができる。第１直線部１３ａａおよび第２直線部１３ｂａをより長くすることができ、マイクロストリップ線路１３を流れる電流の流れが阻害されるのを抑制することができる。その結果、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、第１直線部１３ａａが、平面視において開口中央部１１ｃよりも開口先端部１１ｅａに近い位置で第１長孔１１ｅに交差する。第２直線部１３ｂａが、平面視において開口中央部１１ｃよりも開口先端部１１ｆａに近い位置で第２長孔１１ｆに交差する。通常、開口中央部１１ｃの周辺に比べて開口先端部１１ｅａ、１１ｆａの周辺には、より強い磁界が発生する。上記構成により、より強い磁界がマイクロストリップ線路１３に結合する。このため、マイクロストリップ線路１３を流れる電流がより多くなる。その結果、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、第１直線部１３ａａが、平面視において第１長孔１１ｅに直交する。この構成により、第１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を、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向３２と同じにする。これにより、実線矢印Ｍ１で示すマイクロ波の量をより大きくすることができる。
　第１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を、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向３２と逆にする。これにより、実線矢印Ｍ３で示すマイクロ波の量をより小さくすることができる。その結果、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、第２直線部１３ｂａが、平面視において第２長孔１１ｆに直交する。この構成により、第２結合点Ｐ２に生じる実線矢印Ｍ２で示すマイクロ波の伝送方向を、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向３２と同じにする。これにより、実線矢印Ｍ２で示すマイクロ波の量をより大きくすることができる。
　第２結合点Ｐ２に生じる実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波の伝送方向を、クロス開口１１から放射されるマイクロ波の回転方向３２と逆にする。これにより、実線矢印Ｍ４で示すマイクロ波の量をより小さくすることができる。その結果、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、マイクロストリップ線路１３が、第１直線部１３ａａと第２直線部１３ｂａと第３直線部１３ａｂと第４直線部１３ｂｂと有する。互いに隣接する第１直線部１３ａａと第３直線部１３ａｂとは、鈍角を成すように接続される。互いに隣接する第２直線部１３ｂａと第４直線部１３ｂｂは、鈍角を成すように接続される。
　この構成により、マイクロストリップ線路１３において直角に屈曲する箇所を少なくすることができる。これにより、結合線路内の電流の流れが阻害されるのを抑制することができる。その結果、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、仮想直線Ｌ３よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離が、実効長λｒｅの１／４に設定される。この構成により、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。上記合計距離は、実効長λｒｅのほぼ１／４に設定されていれば、必ずしも実効長λｒｅの１／４に設定される必要はない。
　本実施の形態に係る方向性結合器６では、平行線Ｌ４よりも管軸Ｌ１から離れた第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとの合計距離が、実効長λｒｅの１／２に設定される。この構成により、入射波と反射波とをより一層精度よく分離して検出することができる。上記合計距離は、実効長λｒｅのほぼ１／２に設定されていれば、必ずしも実効長λｒｅの１／２に設定される必要はない。
　図８に示すように、本実施の形態では、第１伝送線路１３ａの一端と第２伝送線路１３ｂの一端とが、直角を成すように接続される。しかし、本開示はこれに限定されない。第１伝送線路１３ａの一端が、平面視でクロス開口１１の領域から外れた位置で第２伝送線路１３ｂの一端と接続されていればよい。この領域では、磁界による影響が大きい。
　図１２～図１７はそれぞれ、マイクロストリップ線路１３の第１変形例～第６変形例を示す平面図である。図１２に示すように、第１伝送線路１３ａの一端と第２伝送線路１３ｂの一端との接続点が開口中央部１１ｃから離れるように、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとが屈曲していてもよい。
　図１３に示すように、第１伝送線路１３ａの一端と第２伝送線路１３ｂの一端との接続点が開口中央部１１ｃに近づくように、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとが屈曲していてもよい。図１４に示すように、第１伝送線路１３ａの一端と第２伝送線路１３ｂの一端との接続点が開口中央部１１ｃに近づくように、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとが湾曲していてもよい。
　本実施の形態では、第１直線部１３ａａ、第２直線部１３ｂａがそれぞれ第１交差線部、第２交差線部に対応する。しかし、本開示はこれに限定されない。図１５に示すように、第１交差線部、第２交差線部がそれぞれ、円弧状部１３ａｃ、円弧状部１３ｂｃであってもよい。
　本実施の形態では、第３直線部１３ａｂおよび第４直線部１３ｂｂが垂線Ｌ２に平行である。しかし、本開示はこれに限定されない。図１６に示すように、第３直線部１３ａｂおよび第４直線部１３ｂｂが平行線Ｌ４に平行であってもよい。
　本実施の形態では、第１伝送線路１３ａおよび第２伝送線路１３ｂが複数の直線部を有する。しかし、本開示はこれに限定されない。図１７に示すように、第１伝送線路１３ａおよび第２伝送線路１３ｂが、それぞれ一本の直線部で構成されてもよい。
　本実施の形態では、クロス開口１１は、垂線Ｌ２に対して線対称に形成される。垂線Ｌ２は、管軸Ｌ１と直交し、かつ、開口中央部１１ｃを通る。しかし、本開示はこれに限定されない。クロス開口１１は、垂線Ｌ２に対して線対称に形成されなくてもよい。例えば、第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとが、それぞれの長手方向の中央部からずれた位置で交差してもよい。第１長孔１１ｅの長さと第２長孔１１ｆの長さとが互いに異なってもよい。
　これらの場合、第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとが交差する開口交差部は、開口中央部１１ｃからずれる。クロス開口１１は、平面視において垂線Ｌ２に対して僅かに傾斜する直線に対して線対称に形成されてもよい。
　（管内定在波と反射波検出部の配置とに関する新たな発見）
　図１９は、反射波検出部の位置による反射波の検出精度を調べるための直交導波管２５１の平面図である。図１９に示すように、直交導波管２５１は、主導波管２５２と副導波管２５３とを有する。副導波管２５３は、主導波管２５２に直交し、Ｘ形状の開口２５４、開口２５５を介して主導波管２５２に結合される。
　ネットワークアナライザを用いて反射波を定量的に計測するために、主導波管２５２の終端２５６は閉止されて短絡される。ネットワークアナライザのポートＱ（図示せず）から入射したマイクロ波２５７は、終端２５６で完全に反射される。
　反射波の一部はポートＱに戻る。残りの反射波は開口２５４、２５５を介して副導波管２５３に伝送され、副導波管２５３内でマイクロ波２５８とマイクロ波２５９とに分割される。マイクロ波２５８はネットワークアナライザのポートＳ（図示せず）に、マイクロ波２５９はネットワークアナライザのポートＴ（図示せず）に伝送される。
　主導波管２５２、副導波管２５３はいずれも対称形状を有する。開口２５４、２５５は同一の形状を有する。開口２５４、２５５は、主導波管２５２、副導波管２５３の両方に対して対称に配置される。このため、マイクロ波２５８の量とマイクロ波２５９の量とは同等となる。
　主導波管２５２、副導波管２５３は、約１００ｍｍの導波管幅（通常はａ寸法と呼ばれる）を有する。主導波管２５２、副導波管２５３における、マイクロ波の管内波長λｇは約１５４ｍｍである。
　実際に観測するＳパラメータは、ネットワークアナライザの一般的な観測値である。具体的には、ポートＱから入射したマイクロ波２５７に対する、ポートＳに伝送されるマイクロ波２５８の比率Ｓ３１と、ポートＱから入射したマイクロ波２５７に対するポートＴに伝送されるマイクロ波２５９の比率Ｓ４１とを、ネットワークアナライザで観測する。比率Ｓ３１、Ｓ４１は、１よりかなり小さい場合があるので、一般的にデシベルで表記される。
　２４５０～２５００ＭＨｚの周波数のマイクロ波を用いて、主導波管２５２の終端２５６から開口２５４、２５５までの距離Ｌｓｆを変えながら、比率Ｓ３１、Ｓ４１を計測する。図２０は、その結果をグラフにしたものである。横軸は距離Ｌｓｆ［ｍｍ］を表し、縦軸は比率Ｓ３１、Ｓ４１［ｄＢ］を表す。この結果について考察する。
　主導波管２５２において、閉止された終端２５６には管内定在波の節が発生し、終端２５６から管内波長λｇの１／２（＝７７ｍｍ）ごとに節が生じる。従って、距離Ｌｓｆが１５４ｍｍである場合、開口２５４、２５５は節の位置に配置される。
　節からλｇ／４（＝３８．５ｍｍ）ずれた位置には腹が発生するので、距離Ｌｓｆが１１５．５ｍｍ（＝λｇ×３／４）および１９２．５ｍｍ（＝λｇ×５／４）の場合、開口２５４、２５５は腹の位置に配置される。本発明者らは、この特性図から下記のような二つの特徴を知見した。
　一つ目の特徴は感度に関する。開口が節の位置（距離Ｌｓｆ＝１５４ｍｍ）にある場合、比率Ｓ３１、Ｓ４１は－１２～―２１ｄＢである。開口が腹の位置（距離Ｌｓｆ＝１１５．５ｍｍ、１９２．５ｍｍ）にある場合、比率Ｓ３１、Ｓ４１は－４～―８ｄＢである。従って、比率Ｓ３１、Ｓ４１は、開口が節の位置に配置される場合よりも、開口が腹の位置に配置される場合の方が大きい。
　すなわち、本発明者らは、腹に開口を配置すると開口から検出される反射波は大きくなり、感度が良くなることを発見した。図２０に示す六つのグラフの平均値で比較すると、開口が節にある場合の比率（約－１６ｄＢ）と開口が腹にある場合の比率（約－６ｄＢ）との差は１０ｄＢとなる。すなわち、腹の位置に開口を配置すると、節の位置に開口を配置するよりも１０倍感度が高い。
　二つ目の特徴は周波数に対する安定性に関する。開口が節の位置（距離Ｌｓｆ＝１５４ｍｍ）にある場合、周波数の変化に応じて観測される比率Ｓ３１、Ｓ４１は－１２～―２１ｄＢである。開口が腹の位置（距離Ｌｓｆ＝１１５．５ｍｍ、１９２．５ｍｍ）にある場合、周波数の変化に応じて観測される比率Ｓ３１、Ｓ４１は－４～―８ｄＢである。
　従って、開口が腹の位置にある場合の比率Ｓ３１、Ｓ４１の変動幅（約４ｄＢ）は、開口が節の位置にある場合の比率Ｓ３１、Ｓ４１の変動幅（約９ｄＢ）よりも小さい。すなわち、本発明者らは、腹に開口を配置すると開口から検出される反射波の周波数に対する安定性が良くなることを知見した。
　以上のように、管内定在波の腹で反射波を検出することで、感度と周波数に対する安定性とを向上させることができる。その結果、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　次に、腹の位置（距離Ｌｓｆ＝１１５．５ｍｍ、１９２．５ｍｍ）と節の位置（距離Ｌｓｆ＝１５４ｍｍ）との間の位置に開口が配置された場合について考察する。
　図２０に示すように、腹および節の中間位置（距離Ｌｓｆ＝１３４．７５ｍｍ、１７３．２５ｍｍ）に開口が配置された場合の比率Ｓ３１、Ｓ４１は、開口が節の位置（距離Ｌｓｆ＝１５４ｍｍ）に配置された場合ほど悪くない。この場合の比率Ｓ３１、Ｓ４１は、どちらかと言えば開口が腹の位置に配置された場合（距離Ｌｓｆ＝１１５．５ｍｍ、１９２．５ｍｍ）に近く、かなり良い。
　すなわち、開口が節の位置（距離Ｌｓｆ＝１５４ｍｍ）の近傍に配置された場合だけ極端に計測結果が悪い。従って、節の位置に開口を配置しない限り、ある程度は反射波の検出精度を向上させることができる。
　より安全には、腹および節の中間位置（距離Ｌｓｆ＝１３４．７５ｍｍ、１７３．２５ｍｍ）よりも腹に近い位置に開口を配置すると、反射波の検出精度を向上させることができる。これらの位置は、管内定在波の正確な腹の位置（または、二つの節の中央の位置）から前後に管内波長λｇの１／８以下だけ離れた位置である。
　具体的には、これらの位置における比率Ｓ３１、Ｓ４１は、おおよそ－５～－９ｄＢの範囲にある。感度に関して、図２０に示す六つのグラフの平均値は、節の位置に開口を配置した場合には約－１６ｄＢ、腹の位置に開口を配置した場合には約－６ｄＢ、腹および節の中間位置に開口を配置した場合には－７ｄＢである。
　すなわち、腹および節の中間位置に開口を配置した場合の比率Ｓ３１、Ｓ４１は、節の位置に開口を配置した場合より９ｄＢも良く、腹の位置に開口を配置した場合との差は１ｄＢに過ぎない。
　周波数に対する安定性に関して、図２０に示す六つのグラフの変動幅は、節の位置に開口を配置した場合には約９ｄＢ、腹の位置に開口を配置した場合には約２ｄＢ、腹および節の中間位置に開口を配置した場合には約４ｄＢである。
　すなわち、腹および節の中間位置に開口を配置した場合の比率Ｓ３１、Ｓ４１は、節の位置に開口を配置した場合よりはかなり良く、どちらかと言えば腹の位置に開口を配置した場合に近い。従って、腹の位置（または、二つの節の中央の位置）から前後に管内波長λｇの１／８以下だけ離れた位置に開口を配置すれば、反射波の検出精度を向上させることができる。
　（本開示の各態様と作用効果）
　図２１を参照して、管内定在波と反射波検出部の配置との位置関係、および、本開示の各態様について説明する。図２１は、図１における導波管１０の周辺の拡大図である。
　図２１に示すように、本開示の一態様のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室２と、マイクロ波を発生させるマグネトロン３と、導波管１０と、方向性結合器６とを備える。
　導波管１０は、マグネトロン３により発生されたマイクロ波を加熱室に伝送する。方向性結合器６は、導波管１０内に生じた管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。方向性結合器６は、加熱室２からマグネトロン３に戻るマイクロ波である反射波の一部を検出する反射波検出部を含む。
　管内定在波３０１の腹３０２および節３０３は、管内波長λｇの１／４ごとに交互に現れる。
　本構成により、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、クロス開口１１に外接する矩形領域Ｅ１の中心部が、管内定在波３０１の二つの節３０３の間に配置されることで、反射波検出部を含む方向性結合器６が、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成により、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　見えない管内定在波３０１の腹３０２の位置を決めるのは難しい。隣り合う二つの節３０３の間の位置を目安にすれば、容易に方向性結合器６の位置決めをすることができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、クロス開口１１に外接する矩形領域Ｅ１が、管内定在波３０１の二つの節３０３に重ならないように配置されることで、反射波検出部を含む方向性結合器６が、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成により、管内定在波３０１のより腹３０２に近い位置で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、反射波検出部を含む方向性結合器６が、管内定在波３０１の二つの節３０３の中央の位置から前後に管内波長λｇの１／８以下だけ離れて配置されることで、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　図２０を参照して説明したように、腹３０２から前後に管内波長λｇの１／８以下だけ離れた位置であれば、ある程度の精度で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、反射波検出部を含む方向性結合器６が、導波管１０の終端３０４から管内波長λｇの１／４の奇数倍（図２１では３倍）の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成により、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置は、導波管１０内に生じた管内定在波３０１の位置を安定させるための定在波安定部５をさらに有する。反射波検出部を含む方向性結合器６は、定在波安定部５から管内波長λｇの１／４の奇数倍（図２１では１倍）の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成により、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、定在波安定部５が、導波管１０内に突出する突起部で構成される。
　本構成では、突起部の位置に管内定在波３０１の節３０３が生じる。反射波検出部を含む方向性結合器６は、突起部から管内波長λｇの１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置され、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出する。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、導波管１０が、Ｌ字状に屈曲した屈曲部１０ｂを有し（図３参照）、定在波安定部が屈曲部１０ｂで構成されてもよい。
　本構成では、屈曲部１０ｂの位置に管内定在波３０１の節３０３が生じる。反射波検出部を含む方向性結合器６は、屈曲部１０ｂから管内波長λｇの１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置され、管内定在波３０１の腹３０２の位置で反射波を検出する。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、反射波検出部を含む方向性結合器６は、マグネトロン３と導波管１０との結合位置３０５から管内波長λｇの１／２の整数倍（図２１では２倍）の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成では、結合位置３０５で、管内定在波３０１の腹３０２が生じる。反射波検出部を含む方向性結合器６は、結合位置３０５から管内波長λｇの１／２の整数倍の距離だけ離れて配置され、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出する。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置は、導波管１０により伝送されたマイクロ波を加熱室２に放射するアンテナ４を有する。反射波検出部を含む方向性結合器６は、アンテナ４と導波管１０との結合位置３０６から管内波長λｇの１／２の整数倍（図２１では１倍）の距離だけ離れて配置されることで、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成では、結合位置３０６で、管内定在波３０１の腹３０２が生じる。反射波検出部を含む方向性結合器６は、結合位置３０６から管内波長λｇの１／２の整数倍の距離だけ離れて配置され、管内定在波３０１の腹３０２の近傍で反射波を検出する。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、反射波検出部を含む方向性結合器６は、導波管１０に設けられたクロス開口１１と、クロス開口１１に対向する結合線路（図８参照）とを有する。クロス開口１１は、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成により、管内定在波３０１の腹３０２の位置で反射波を検出することができる。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示の一態様のマイクロ波加熱装置では、クロス開口１１が、互いに交差する第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆとを含み（図７、図８参照）、平面視において導波管１０の管軸と交差しない位置に設けられる。第１長孔１１ｅと第２長孔１１ｆが交差する開口交差部（図７、図８参照）は、管内定在波３０１の腹３０２の近傍に配置される。
　本構成により、導波管１０により伝送されたマイクロ波は、開口交差部を中心として電界の向きが回転する円偏波のマイクロ波として加熱室２に放射される。円偏波のマイクロ波に関しては、入射波と反射波とで逆の回転方向を有するため、入射波と反射波とを容易に分離することができる。これに加えて、本構成では、管内定在波の腹３０２の近傍で反射波を検出する。これにより、反射波の検出精度を向上させることができ、被加熱物１の状態をより正確に検出することができる。
　本開示は、民生用または業務用のマイクロ波加熱装置に適用可能である。
　１　被加熱物
　２　加熱室
　２ａ　載置台
　３　マグネトロン
　４　アンテナ
　５　定在波安定部
　６、６０　方向性結合器
　７　制御部
　７ａ　信号
　８　駆動電源
　９　モータ
　１０　導波管
　１０ａ　幅広面
　１０ｂ　屈曲部
　１０ｄ　磁界分布
　１１　クロス開口
　１１ｃ　開口中央部
　１１ｄ　幅
　１１ｅ　第１長孔
　１１ｅａ、１１ｆａ　開口先端部
　１１ｆ　第２長孔
　１１ｗ　長さ
　１２　プリント基板
　１２ａ　基板表面
　１２ｂ　基板裏面
　１３　マイクロストリップ線路
　１３ａ　第１伝送線路
　１３ａａ　第１直線部
　１３ａｂ　第３直線部
　１３ａｃ、１３ｂｃ　円弧状部
　１３ｂ　第２伝送線路
　１３ｂａ　第２直線部
　１３ｂｂ　第４直線部
　１４　支持部
　１５　第１検波回路
　１６　第２検波回路
　１８　第１検波出力部
　１８ａ、１９ａ　コネクタ
　１９　第２検波出力部
　５０　マイクロ波加熱装置
　１３１　第１出力部
　１３２　第２出力部
　１４１、１４２　溝
　２５１　直交導波管
　２５２　主導波管
　２５３　副導波管
　２５４、２５５　開口
　２５６、３０４　終端
　２５７、２５８、２５９　マイクロ波
　３０１　管内定在波
　３０２　腹
　３０３　節
　３０５、３０６　結合位置
　Ｅ１　矩形領域
　Ｌ１　管軸
　Ｌ２　垂線
　Ｌ３　仮想直線
　Ｌ４　平行線
　Ｐ１　第１結合点
　Ｐ２　第２結合点
　Ｐ３　第３結合点
　Ｐ４　第４結合点
　Ｐ５　第５結合点

Claims (12)

  1. 　被加熱物を収容するように構成された加熱室と、
    　マイクロ波を発生させるように構成されたマイクロ波発生部と、
    　前記マイクロ波発生部により発生された前記マイクロ波を前記加熱室に伝送するように構成された導波管と、
    　前記導波管内に生じた管内定在波の腹の近傍に配置され、前記加熱室から前記マイクロ波発生部に戻る前記マイクロ波である反射波の一部を検出するように構成された反射波検出部と、を備えた、マイクロ波加熱装置。
  2. 　前記反射波検出部が、前記管内定在波の二つの節の間に配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  3. 　前記反射波検出部が、前記管内定在波の前記二つの節に重ならないように配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
  4. 　前記反射波検出部が、前記管内定在波の前記二つの節の中央の位置から前後に前記管内定在波の管内波長の１／８以下だけ離れて配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
  5. 　前記反射波検出部が、前記導波管の終端から前記管内定在波の管内波長の１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  6. 　前記管内定在波の位置を安定させるように構成された定在波安定部をさらに有し、前記反射波検出部は、前記定在波安定部から前記管内定在波の管内波長の１／４の奇数倍の距離だけ離れて配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  7. 　前記定在波安定部が、前記導波管内に突出する突起部で構成された、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。
  8. 　前記導波管が、Ｌ字状に屈曲した屈曲部を有し、前記定在波安定部が、前記屈曲部で構成された、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。
  9. 　前記反射波検出部が、前記マイクロ波発生部と前記導波管との結合位置から前記管内定在波の管内波長の１／２の整数倍の距離だけ離れて配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  10. 　前記導波管により伝送された前記マイクロ波を前記加熱室に放射するように構成されたマイクロ波放射部をさらに有し、前記反射波検出部は、前記マイクロ波放射部と前記導波管との結合位置から前記管内定在波の管内波長の１／２の整数倍の距離だけ離れて配置されることで、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  11. 　前記反射波検出部が、前記導波管に設けられた開口部と、前記開口部に対向する結合線路とを有し、前記開口部が、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  12. 　前記開口部が、互いに交差する第１長孔と第２長孔とを含み、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、前記第１長孔と前記第２長孔とが交差する開口交差部が、前記管内定在波の前記腹の近傍に配置された、請求項１１に記載のマイクロ波加熱装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113243988B (zh) * 2021-06-24 2022-11-18 北京东方略生物医药科技股份有限公司 微波消融装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5816820B2 (ja) 1978-01-27 1983-04-02 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 通信システム
JP3331279B2 (ja) 1995-08-08 2002-10-07 株式会社日立ホームテック 高周波加熱装置
JP2014049178A (ja) * 2012-08-29 2014-03-17 Panasonic Corp マイクロ波加熱装置
JP2014072117A (ja) * 2012-10-01 2014-04-21 Panasonic Corp マイクロ波加熱装置
WO2014119333A1 (ja) * 2013-01-31 2014-08-07 パナソニック株式会社 方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE651746A (ja) * 1963-06-12
US4851630A (en) * 1988-06-23 1989-07-25 Applied Science & Technology, Inc. Microwave reactive gas generator
JP2003157963A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 Hitachi Hometec Ltd 高周波加熱装置
EP1538879A1 (en) 2003-12-02 2005-06-08 Personal Chemistry i Uppsala AB Microwave heating device
US9398646B2 (en) * 2009-07-10 2016-07-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Microwave heating device and microwave heating control method
JP6273598B2 (ja) 2012-08-01 2018-02-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 マイクロ波加熱装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5816820B2 (ja) 1978-01-27 1983-04-02 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 通信システム
JP3331279B2 (ja) 1995-08-08 2002-10-07 株式会社日立ホームテック 高周波加熱装置
JP2014049178A (ja) * 2012-08-29 2014-03-17 Panasonic Corp マイクロ波加熱装置
JP2014072117A (ja) * 2012-10-01 2014-04-21 Panasonic Corp マイクロ波加熱装置
WO2014119333A1 (ja) * 2013-01-31 2014-08-07 パナソニック株式会社 方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置
JP6176540B2 (ja) 2013-01-31 2017-08-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 方向性結合器及びそれを備えるマイクロ波加熱装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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