(57)【要約】【課題】フェライトが発熱して温度上昇しても、アーキング現象を生じることなく、かつ、マイクロ波特性の劣化を生じさせない導波管サーキュレータを提供する。【解決手段】所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置に、上記所定の平面と直交する高さ方向において上方側と下方側とに対向して２つのフェライトが配置された導波管サーキュレータであって、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、上記フェライト間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償する。【選択図】        図３
2010187053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置に、前記所定の平面と直交する高さ方向において上方側と下方側とに対向して２つのフェライトが配置された導波管サーキュレータであって、
前記導波管の分岐位置近傍において前記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、
前記フェライト間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償する
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記フェライトの少なくとも一方は、前記導波管の分岐位置に設けられた台座に接着固定された
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項３】
所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置の前記所定の平面と直交する高さ方向において上方側および下方側に設けられた台座のどちらか一方にフェライトが配置された導波管サーキュレータにおいて、
前記導波管の分岐位置近傍において前記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、
前記フェライトと、前記フェライトと対向する上記台座との間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償する
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項４】
所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置の前記所定の平面と直交する高さ方向において上方側または下方側のどちらか一方に設けられた台座にフェライトが配置された導波管サーキュレータにおいて、
前記導波管の分岐位置近傍において前記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、
前記フェライトと、前記フェライトと対向する前記拡張部の内周面との間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償する
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記拡張部は、各方形導波管において分岐位置の中央から１／８λｇ〜λｇ（λｇ：方形導波管の管内波長）の位置で前記高さ方向に拡張している
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５のいずれか１項に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記拡張部は、前記高さ方向において上方側または下方側のいずれか一方にのみ拡張した
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項７】
請求項６に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記導波管の分岐位置近傍において前記高さ方向に拡張して前記拡張部が形成されることにより前記導波管の上方側または下方側のいずれか一方に形成される段差を複数段で形成した
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記導波管の分岐位置近傍において前記高さ方向に拡張して前記拡張部が形成されることにより前記導波管の上方側と下方側とに形成される段差をテーパー形状で形成した
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１項に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記導波管の分岐位置近傍において前記高さ方向に拡張して前記拡張部が形成されることにより前記導波管の上方側と下方側とに形成される段差を対向する部位に位置しないように形成した
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９のいずれか１項に記載の導波管サーキュレータにおいて、
前記導波管の外周面に冷却媒体を設けた
ことを特徴とする導波管サーキュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管サーキュレータに関し、さらに詳細には、大電力マイクロ波に用いて好適な３分岐形の導波管サーキュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ波電力を利用する分野が、各産業界に広範囲に拡張されていることが知られている。
【０００３】
特に、ＵＨＦ帯以上の周波数帯においては、その使用電力が数ｋＷから数ＭＷ程度まで上昇しているため、こうした大電力に対応可能な高性能なサーキュレータの開発が要望されている。
【０００４】
ここで、図１（ａ）（ｂ）を参照しながら、従来技術による導波管サーキュレータについて説明する。
【０００５】
即ち、図１（ａ）には、従来技術による３分岐形の導波管サーキュレータの平面説明図が示されており、また、図１（ｂ）には、図１のＡ−Ａ線による断面説明図が示されている。
【０００６】
この図１（ａ）（ｂ）に示す従来技術による３分岐形の導波管サーキュレータ１０は、それぞれ所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管１２−１、１２−２、１２−３により略Ｙ字形状を形成する導波管１２と、導波管１２の内周面１２ａにおける分岐位置の下面１２ａａに設けられた円柱形状の台座１４と、導波管１２の分岐位置において下面１６ａが台座１４の上面１４ａと対向するようにして導波管１２の内周面１２ａの上面１２ａｂに設けられた円柱形状の台座１６と、台座１４の上面１４ａに接着固定された円板形状のフェライト１８と、台座１６の下面１６ａに接着固定された円板形状のフェライト２０とを有して構成されている。
【０００７】
以上の構成において、導波管サーキュレータ１０においては、導波管１２の外部において、台座１４が設けられた位置の下方側にＳ型磁石２２を導波管１２の外周面１２ｂに接することなく配置するとともに、台座１６が設けられた位置の上方側にＮ型磁石２４を導波管１２の外周面１２ｂに接することなく配置している。
【０００８】
これらＳ型磁石２２とＮ型磁石２４とにより、導波管１２の分岐位置において磁界を生じさせ、台座１４、１６にそれぞれ接着固定されたフェライト１８、２０を磁化させる。
【０００９】
そして、マイクロ波などの電磁波が磁化された状態のフェライト１８、２０が位置する分岐位置を通過すると、分岐位置を通過した電磁波は偏波面を水平に保ちながら左斜め前方へ進路を曲げられる。
【００１０】
即ち、方形導波管１２−１から進入した電磁波は、磁化された状態のフェライト１８およびフェライト２０が位置する分岐位置を通過することにより、分岐位置を通過した電磁波は方形導波管１２−２へ進行する。
【００１１】
また、方形導波管１２−２から進入した電磁波は、磁化された状態のフェライト１８およびフェライト２０が位置する分岐位置を通過することにより、分岐位置を通過した電磁波は方形導波管１２−３へ進行する。
【００１２】
さらに、方形導波管１２−３から進入した電磁波は、磁化された状態のフェライト１８およびフェライト２０が位置する分岐位置を通過することにより、分岐位置を通過した電磁波は方形導波管１２−１へ進行する。
【００１３】
しかしながら、上記した導波管サーキュレータ１０においては、使用電力の増大にともない、フェライトの内部の挿入損失により発生する熱によりフェライト１８、２０が発熱してしまうものであった。
【００１４】
そして、フェライト１８、２０が発熱すると、フェライト１８、２０における飽和磁化４πＭｓが低下することとなり、フェライト１８、２０における飽和磁化４πＭｓの低下によって、導波管サーキュレータ１０におけるマイクロ波特性が劣化してしまうという問題点があった。
【００１５】
また、導波管サーキュレータ１０において使用電力が増大すると、フェライト１８とフェライト２０との間でアーキング（異常放電）現象が生じてしまうという問題点があった。
【００１６】
ところで、上記したアーキング現象への対策としては、フェライト１８とフェライト２０との間隔を広げるように構成することが知られている。
【００１７】
ここで、図２には理想的な導波管サーキュレータの等価回路図が示されており、この図２を参照しながら説明すると、アーキング現象への対策としてフェライト１８とフェライト２０との間隔を広げると、フェライト１８とフェライト２０との間の浮遊容量Ｃが小さくなってしまう。
【００１８】
このようにフェライト１８とフェライト２０との間の浮遊容量Ｃが小さくなると、導波管サーキュレータ１０内部のインピーダンスが低下し、導波管サーキュレータ１０の外部から容量素子または誘導素子による調整を行ったとしても、反射減衰量が２６ｄＢ以下の帯域の比帯域幅が３％以下となり、比帯域幅が狭くなってしまうという問題点があった。
【００１９】
即ち、従来の導波管サーキュレータにおいては、使用電力の増大にともなってフェライトが発熱して温度上昇してしまったり、アーキング現象への対策としてフェライト間の間隔をアーキング現象が生じなくなる程度に十分に広げるとフェライト間の浮遊容量が小さくなってしまったりして、その結果、フェライトにおける飽和磁化４πＭｓが低下するとともに反射減衰量やアイソレーションが劣化するなどのマイクロ波特性の劣化をきたすという問題点が指摘されていた。
【００２０】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）は、従来技術による導波管サーキュレータを示す平面説明図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面説明図である。
【図２】図２は、従来技術による導波管サーキュレータの等価回路図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明による導波管サーキュレータを示す平面説明図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線による断面説明図である。
【図４】図４は、本発明による導波管サーキュレータの等価回路図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、本願発明者が行った実験に係る実験システムに関する説明図であり、図５（ａ）は、拡張部を設けていない従来の導波管サーキュレータに関する説明図であり、図５（ｂ）は、拡張部を設けた本発明による導波管サーキュレータに関する説明図である。
【図６】図６は、拡張部を設けていない従来の導波管サーキュレータと拡張部を設けた本発明による導波管サーキュレータとを比較した実験結果を示す図表である。
【図７】図７（ａ）は、拡張部を設けていない従来の導波管サーキュレータの大電力印加前および大電力印加中における入射したマイクロ波の周波数に対する反射減衰量を示すグラフであり、図７（ｂ）は、拡張部を設けていない従来の導波管サーキュレータの大電力印加前および大電力印加中における入射したマイクロ波の周波数に対するアイソレーションを示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は、拡張部を設けた本発明による導波管サーキュレータの大電力印加前および大電力印加中における入射したマイクロ波の周波数に対する反射減衰量を示すグラフであり、図８（ｂ）は、拡張部を設けた本発明による導波管サーキュレータの大電力印加前および大電力印加中における入射したマイクロ波の周波数の対するアイソレーションを示すグラフである。
【図９】図９は、本発明による導波管サーキュレータにおける通過特性を示す等価回路図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明による導波管サーキュレータの変形例を示す平面説明図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）にＣ−Ｃ線による断面説明図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明による導波管サーキュレータの変形例を示す断面説明図である。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、本発明による導波管サーキュレータの変形例を示す断面説明図である。
【図１３】図１３（ａ）（ｂ）は、本発明による導波管サーキュレータの変形例を示す断面説明図である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フェライトが発熱して温度上昇しても、アーキング現象を生じることなく、かつ、マイクロ波特性の劣化を生じさせない導波管サーキュレータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明は、フェライトの挿入損失を低減して、反射減衰量、アイソレーション幅を広くすることにより、フェライトが発熱して温度上昇しても、マイクロ波特性の劣化を生じさせないようにしたものである。
【００２４】
即ち、本発明は、所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置に、上記所定の平面と直交する高さ方向において上方側と下方側とに対向して２つのフェライトが配置された導波管サーキュレータであって、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、上記フェライト間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明は、上記した発明において、上記フェライトの少なくとも一方を、上記導波管の分岐位置に設けられた台座に接着固定するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明は、所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置の上記所定の平面と直交する高さ方向において上方側および下方側に設けられた台座のどちらか一方にフェライトが配置された導波管サーキュレータにおいて、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、上記フェライトと、上記フェライトと対向する上記台座との間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明は、所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管により略Ｙ字形状を形成する導波管の該分岐位置の上記所定の平面と直交する高さ方向において上方側または下方側のどちらか一方に設けられた台座にフェライトが配置された導波管サーキュレータにおいて、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向で拡張する拡張部を形成し、上記フェライトと、上記フェライトと対向する上記拡張部の内周面との間の間隔を広げることにより低下したインピーダンスを補償するようにしたものである。
【００２８】
また、本発明は、上記した各発明において、上記拡張部は、各方形導波管において分岐位置の中央から１／８λｇ〜λｇ（λｇ：方形導波管の管内波長）の位置で上記高さ方向に拡張しているようにしたものである。
【００２９】
また、本発明は、上記した各発明において、上記拡張部を、上記高さ方向において上方側または下方側のいずれか一方にのみ拡張するようにしたものである。
【００３０】
また、本発明は、上記した発明において、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向に拡張して上記拡張部が形成されることにより上記導波管の上方側または下方側のいずれか一方に形成される段差を複数段で形成するようにしたものである。
【００３１】
また、本発明は、上記した各発明において、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向に拡張して上記拡張部が形成されることにより上記導波管の上方側と下方側とに形成される段差をテーパー形状で形成するようにしたものである。
【００３２】
また、本発明は、上記した各発明において、上記導波管の分岐位置近傍において上記高さ方向に拡張して上記拡張部が形成されることにより上記導波管の上方側と下方側とに形成される段差を対向する部位に位置しないように形成するようにしたものである。
【００３３】
また、本発明は、上記した各発明において、上記導波管の外周面に冷却媒体を設けるようにしたものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、フェライトが発熱して温度上昇しても、アーキング現象を生じることなく、かつ、マイクロ波特性の劣化を生じさせることがないという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による導波管サーキュレータの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００３６】
なお、以下の説明においては、図１（ａ）（ｂ）を参照しながら説明した従来の導波管サーキュレータと同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用効果の説明は適宜に省略することとする。
【００３７】
まず、図３（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による導波管サーキュレータの実施の形態の一例について説明する。
【００３８】
ここで、図３（ａ）には、本発明による３分岐形の導波管サーキュレータの平面説明図が示されており、また、図３（ｂ）には、図３（ａ）のＢ−Ｂ線による断面説明図が示されている。
【００３９】
この図３（ａ）（ｂ）に示す導波管サーキュレータ３０は、それぞれ所定の平面上に水平に位置して設けられるとともに分岐位置から異なる３方向に延長された方形導波管３２−１、３２−２、３２−３により略Ｙ字形状を形成し、かつ、分岐位置近傍において高さ方向に内周面の下面３２ａと上面３２ｂとが拡張された拡張部３４を備えた導波管３２と、導波管３２の分岐位置における拡張部３４の下面３４ａに設けられた円柱形状の台座１４と、導波管３２の分岐位置における拡張部３４において下面１６ａが台座１４の上面１４ａと対向するようにして拡張部３４の上面３４ｂに設けられた円柱形状の台座１６と、台座１４の上面１４ａに接着固定された円板形状のフェライト１８と、台座１６の下面１６ａに接着固定された円板形状のフェライト２０とを有して構成されている。
【００４０】
なお、導波管３２の外周面３２ｃには、導波管３２の放熱のために、図示しない冷却媒体が設けられている。
【００４１】
また、拡張部３４は導波管３２の分岐位置近傍において、方形導波管３２−１、３２−２−、３２−３の高さｈ１より上方側および下方側にそれぞれ長さＬ１だけ拡張された高さｈ２で形成されている。
【００４２】
より詳細には、拡張部３４は、方形導波管３２−１、３２−２、３２−３において、それぞれ分岐位置の中央から１／８λｇ〜λｇ（λｇ：方形導波管の管内波長）の位置で上方側および下方側に拡張されている。
【００４３】
こうした長さＬ１や各方形導波管３２−１、３２−２、３２−３において拡張する位置は、フェライト１８とフェライト２０との間の間隔を広げて設けることにより低下した浮遊容量Ｃにより低下するインピーダンスによって決定される。
【００４４】
そして、導波管サーキュレータ３０においては、まず、印加する電力の大きさによりフェライト１８とフェライト２０との間でアーキング現象が生じないようにフェライト１８とフェライト２０との間隔を決められ、その後、フェライト１８およびフェライト２０の厚み、拡張部３４の上方側ならびに下方側への拡張量が決定される。
【００４５】
そして、フェライト１８とフェライト２０とが決められた間隔を有するようにして、台座の高さが決定されることとなる。
【００４６】
なお、拡張部３４における拡張される位置や長さＬ１の寸法については、例えば、試作実験などを行って、実験的に求めることができる。
【００４７】
以上の構成において、導波管サーキュレータ３０においては、導波管３２の外部において台座１４が設けられた位置の下方側（つまり、拡張部３４の下方側である。）に、Ｓ型磁石２２を導波管３２の外周面３２ｃに接することなく配置し、また、導波管３２の外部において台座１６が設けられた位置の上方側（つまり、拡張部３４の上方側である。）に、Ｎ型磁石２４を導波管３２の外周面３２ｃに接することなく配置して、導波管３２の分岐位置において磁界を生じさせ、台座１４、１６にそれぞれ接着固定されたフェライト１８、２０を磁化させる。
【００４８】
そして、マイクロ波などの電磁波が磁化された状態のフェライト１８、２０が位置する分岐位置を通過すると、分岐位置を通過した電磁波は偏波面を水平に保ちながら左斜め前方へ進路を曲げられる。
【００４９】
具体的には、方形導波管３２−１から進入した電磁波は、磁化された状態のフェライト１８およびフェライト２０が位置する分岐位置を通過することにより、分岐位置を通過した電磁波は方形導波管３２−２へ進出する。
【００５０】
また、方形導波管３２−２から進入した電磁波は、磁化された状態のフェライト１８およびフェライト２０が位置する分岐位置を通過することにより、分岐位置を通過した電磁波は方形導波管３２−３へ進出する。
【００５１】
さらに、方形導波管３２−３から進入した電磁波は、磁化された状態のフェライト１８およびフェライト２０が位置する分岐位置を通過することにより、分岐位置を通過した電磁波は方形導波管３２−１へ進出する。
【００５２】
ここで、導波管サーキュレータ３０においては、フェライト１８とフェライト２０とはアーキング現象が生じない程度に間隔を開けて配置されているため、フェライト１８とフェライト２０の間の浮遊容量Ｃが低下しており、導波管サーキュレータ３０内部におけるインピータンスは低くなっている。
【００５３】
導波管サーキュレータ３０においては、フェライト１８、２０が位置する分岐位置において拡張部３４を形成することによって、この低下したインピーダンスを補償するようにしている。
【００５４】
このように、導波管サーキュレータ３０においては、アーキング現象を生じさせないようにしてフェライト１８とフェライト２０との間隔を広げて設置することにより、導波管サーキュレータ３０内部のインピーダンスが低下する一方で、分岐位置に拡張部３４を形成することにより、導波管サーキュレータ３０内部のインピーダンスを上昇させており、こうした構成によって、導波管サーキュレータ３０内部におけるインピーダンスに変化を生じさせないようにしている。
【００５５】
つまり、図４に示す等価回路のように、導波管サーキュレータ３０においては、拡張部３４がインピーダンス変成部として作用し、インピーダンス変成部として作用する拡張部３４によってインピーダンス整合が行われるものである。
【００５６】
また、導波管サーキュレータ３０において拡張部３４が設けられたことにより、フェライト１８およびフェライト２０における電流密度が低下するため、挿入損失が低下することとなる。
【００５７】
こうして、導波管サーキュレータ３０における挿入損失が低下されることにより、フェライト１８およびフェライト２０における発熱が抑制されるため、大電力を印加した際のフェライト１８、２０の温度上昇が抑制され、フェライト１８およびフェライト２０における飽和磁化４πＭｓの低下が抑えられる。
【００５８】
次に、本願発明者が上記した従来の導波管サーキュレータ１０および導波管サーキュレータ３０を用いて行った実験結果について、以下に詳細に説明する。
【００５９】
即ち、この実験においては、拡張部３４の効果を確認するために、拡張部３４を設けていない従来の導波管サーキュレータ１０と、拡張部３４を設けた本発明による導波管サーキュレータ３０とを用いて、挿入損失、比帯域幅、フェライトにおける発熱量、フェライト温度、入射するマイクロ波の周波数に対する反射減衰量およびアイソレーションについて測定した。
【００６０】
なお、実験に用いた本発明による導波管サーキュレータ３０は、拡張部３４を各方形導波管３２−１、３２−２、３２−３の高さ方向の１．５〜１．７倍に拡張するとともに、その拡張部３４を各方形導波管３２−１、３２−２、３２−３における分岐位置の中央から１／８λｇ〜λｇ（λｇ：方形導波管の管内波長）の位置で上方側および下方側に拡張して形成しており、実験に用いた従来の導波管サーキュレータ１０とは上記した点においてのみ異なっている。
【００６１】
そして、図５（ａ）に示すように、従来の導波管サーキュレータ１０においては、方形導波管１２−１からマイクロ波が入射されるように発振器を設けるとともに、方形導波管１２−２、１２−３にはダミーロードを設け、方形導波管１２−３に設けられたダミーロードから導入された温度計のセンサー部をフェライトの表面に固定するように配置した。
【００６２】
同様に、図５（ｂ）に示すように、本発明による導波管サーキュレータ３０においては、方形導波管３２−１からマイクロ波が入射されるように発振器を設けるとともに、方形導波管３２−２、３２−３にはダミーロードを設け、方形導波管３２−３に設けられたダミーロードから導入された温度計のセンサー部をフェライトの表面に固定するように配置した。
【００６３】
そして、各導波管サーキュレータの外周面に設けられている冷却媒体によって、フェライト１８、２０の温度を４０℃とした状態で、導波管サーキュレータ１０および導波管サーキュレータ３０にそれぞれ８ｋＷの電力を印加した際の挿入損失、比帯域幅、フェライトにおける発熱量ならびにフェライトの温度を測定した。
【００６４】
さらに、８ｋＷの電力を印加した際に測定された温度までフェライトを昇温させた状態で、入射するマイクロ波の周波数（２．７８〜２．９２ＧＨｚ）に対する反射減衰量およびアイソレーションを測定した。
【００６５】
なお、挿入損失、比帯域幅、入射するマイクロ波の周波数に対する反射減衰量およびアイソレーションについては、ネットワークアナライザを用いて測定した。
【００６６】
また、フェライトにおける発熱量については、印加する電力の大きさと挿入損失とから算出した。
【００６７】
さらに、フェライトの温度については、算出した発熱量からフェライト、台座、フェライトを台座に接着固定させる接着剤などの熱伝導率を考慮して熱解析ソフト（ＣＲＡＤＬＥ社製の「ＳＴＲＥＡＭ」）により算出するか、あるいは、温度センサーを用いて実測により測定した。
【００６８】
次に、図６乃至図８には、本願発明者による実験の実験結果が示されており、以下この実験結果について説明する。
【００６９】
ここで、図６には、８ｋＷの電力を印加したときの導波管サーキュレータ１０および導波管サーキュレータ３０のそれぞれにおける挿入損失、比帯域幅、フェライトにおける発熱量ならびにフェライトの温度が示されている。
【００７０】
フェライト１８、２０の温度を温度計による実測値で４０℃とした状態で、導波管サーキュレータ１０および導波管サーキュレータ３０にそれぞれ８ｋＷの電力を印加したとき、導波管サーキュレータ１０においては、挿入損失が０．１５ｄＢ、比帯域幅が３％以下、発熱量が２７０Ｗとなり、フェライトの温度が温度計による実測値で８２℃まで上昇した。
【００７１】
これに対し、導波管サーキュレータ３０においては、挿入損失が０．０８ｄＢ、比帯域幅が１０％以上、発熱量が１５０Ｗとなり、フェライトの温度が温度計による実測値で６５℃まで上昇した。
【００７２】
このため、本実験においては、従来の導波管サーキュレータ１０に関しては、フェライトの温度を８２℃まで温め、また、本発明による導波管サーキュレータ３０に関しては、フェライトの温度を６５℃まで温めて、ネットワークアナライザにより挿入損失、比帯域幅、入射するマイクロ波の周波数に対する反射減衰量およびアイソレーションを測定した。
【００７３】
そして、図７（ａ）（ｂ）には、フェライトの温度が８２℃まで昇温した導波管サーキュレータ１０における、入射するマイクロ波の周波数に対する反射減衰量およびアイソレーションの測定結果が示されている。
【００７４】
一方、図８（ａ）（ｂ）には、フェライトの温度が６５℃まで昇温した導波管サーキュレータ３０における、入射するマイクロ波の周波数に対する反射減衰量およびアイソレーションの測定結果が示されている。
【００７５】
ここで、反射減衰量の値は、その値が大きくなるほど反射電力として発振器側に反射される電力が小さくなるため、反射減衰量の値は大きい値をとることが望ましいものである。仮に、反射減衰量の値が所定の値より小さくなると反射電力が大きくなり、発振器の故障の原因となる。
【００７６】
こうした点を考慮して、本実験においては、発振器を保護する上で一般的な値として考えられる２６ｄＢという値を用い、大電力印加前および大電力印加中の反射減衰量およびアイソレーションの値が、導波管サーキュレータ１０と導波管サーキュレータ３０とで入射するマイクロ波の周波数によりどのように変化するものかを測定した。
【００７７】
従来の導波管サーキュレータ１０においては、大電力を印加した場合に、フェライトの温度が８２℃まで上昇し、フェライトにおける飽和磁化４πＭｓが低下してしまう。
【００７８】
このため、図７（ａ）に示すように、例えば、従来の導波管サーキュレータ１０に２．８５ＧＨｚのマイクロ波が入射される際には、大電力印加前（フェライトの温度＝４０℃）においては、反射減衰量が３３ｄＢ程度であるが、大電力印加中（フェライトの温度＝８２℃）においては、反射減衰量が１９ｄＢ程度となった。
【００７９】
一方、本発明による導波管サーキュレータ３０においては、大電力を印加した場合に、フェライトの温度が６５℃に上昇するが、その温度上昇は小さい。
【００８０】
このため、図８（ａ）に示すように、例えば、本発明による導波管サーキュレータ３０に２．８５ＧＨｚのマイクロ波が入射される際には、大電力印加前（フェライトの温度＝４０℃）においては、反射減衰量が４０ｄＢ程度であるのに対し、大電力印加中（フェライトの温度＝６５℃）においては、反射減衰量が４２ｄＢ程度となった。
【００８１】
即ち、従来の導波管サーキュレータ１０においては、大電力を印加する前では、反射減衰量が２６ｄＢ以上となるのが周波数２．８１〜２．９１ＧＨｚの範囲内に限定されてしまい、さらに、大電力を印加すると、反射減衰量が常に２６ｄＢ以下となってしまう。
【００８２】
このため、従来の導波管サーキュレータ１０においては、大電力を印加すると、発振器側に反射される反射電力が増大することとなり、発振器の故障の原因となる。
【００８３】
これに対して、本発明による導波管サーキュレータ３０においては、大電力を印加する前では、反射減衰量が全ての範囲（２．７８〜２．９２ＧＨｚ）で２６ｄＢ以上となり、さらに、大電力を印加しても、反射減衰量が常に２６ｄＢ以上となる。
【００８４】
このため、本発明による導波管サーキュレータ３０においては、大電力を印加しても発振器側に反射される反射電力が小さいため、発振器に悪影響を与えることなく使用することができる。
【００８５】
さらに、従来の導波管サーキュレータ１０においては、図７（ｂ）に示すように、大電力印加前（フェライトの温度＝４０℃）で、２２〜３９ｄＢのアイソレーションを示し、大電力印加中（フェライトの温度＝８２℃）で、１５〜２６ｄＢのアイソレーションを示し、大電力を印加することにより、アイソレーションが大きく低下してしまった。
【００８６】
これに対し、本発明による導波管サーキュレータ３０においては、図８（ｂ）に示すように、大電力印加前（フェライトの温度＝４０℃）で、３１〜４２ｄＢのアイソレーションを示し、大電力印加中（フェライトの温度＝６５℃）で、２９〜４３ｄＢのアイソレーションを示し、大電力を印加しても、アイソレーションの低下がほぼ認められなかった。
【００８７】
つまり、本発明による導波管サーキュレータ３０においては、常に、広帯域で高アイソレーションを示していることとなる。
【００８８】
以上において説明したように、導波管サーキュレータ３０においては、導波管３２の分岐位置に拡張部３４を設けることにより、導波管サーキュレータ３０内部のインピーダンスの整合を行う。
【００８９】
また、広帯域に高アイソレーションとなり、通常帯域でのアイソレーション端に洩れ込む電力が少なくなるため、通過特性の等価回路は、図４に示す３端子回路ではなく図９に示す２端子回路として扱うことができるようになる。そして、広帯域に高反射減衰量、高アイソレーションの特性を有することとなる。
【００９０】
さらに、導波管サーキュレータ３０においては、拡張部３４を設けることによってフェライト１８、２０の電流密度が低下するために挿入損失が低下し、挿入損失が低下することにより、フェライト１８、２０における発熱が抑制され、大電力を印加したとしてもフェライト１８、２０の温度上昇が抑制されることとなる。
【００９１】
このため、導波管サーキュレータ３０においては、フェライト１８、２０の飽和磁化４πＭｓの低下が抑えられる。
【００９２】
さらに、導波管サーキュレータ３０においては、より大電力を印加されてフェライト１８、２０の温度が上昇してしまい、反射減衰量およびアイソレーション特性が高い周波数へシフトしたとしても、帯域が広いため特性の劣化が小さいものとなる。
【００９３】
従って、導波管サーキュレータ３０によれば、使用する電力の大きさによって、フェライト１８とフェライト２０との間隔を調整し、当該調整により低下したインピーダンスを補償するように拡張部３４を設けることにより、使用する電力が大きくなったとしても、アーキング現象を生じることなく、かつ、マイクロ波特性の劣化を生じることがないものである。
【００９４】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（８）に示すように変形することができるものである。
【００９５】
（１）上記した実施の形態においては、円柱形状の台座１４、１６にそれぞれ円板形状のフェライト１８、２０を接着固定するようにしたが、台座およびフェライトの形状はこれに限られるものではないことは勿論であり、例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、略三角柱形状の台座４４、４６にそれぞれ略三角板形状のフェライト４８、５０を接着固定するようにしてもよい。
【００９６】
さらに、円柱形状の台座１４、１６にそれぞれ略三角板形状のフェライト４８、５０を接着固定するようにしてもよいし、略三角柱形状の台座４４、４６にそれぞれ円板形状のフェライト１８、２０を接着固定するようにしてもよい。
【００９７】
（２）上記した実施の形態においては、拡張部３４が上方側および下方側に長さＬ１だけ拡張するようにしたが、拡張部３４を上方側または下方側のどちらか一方に長さＬ１の２倍の長さの長さＬ２だけ拡張するようにしてもよい（図１１（ａ）（ｂ）を参照する。）。
【００９８】
さらに、拡張部３４を上方側または下方側のどちらか一方に拡張する際には、拡張部３４により形成された段差を２段以上の段差に形成してもよい（図１１（ｃ）（ｄ）を参照する。）。
【００９９】
このように、拡張部３４により形成された段差を２段以上の段差に形成することにより、拡張部３４において不要共振モードを生じないようにして、通過特性の劣化を防ぐことができる。
【０１００】
また、拡張部３４により形成された段差が１段の場合には、拡張部３４のインピーダンスと方形導波管３２−１、３２−２、３２−３のインピーダンスとの差が大きいと反射が大きくなりインピーダンス整合できる周波数範囲が狭帯域になってしまうが、拡張部３４により形成された段差を２段以上の段差に形成することにより、拡張部３４のインピーダンスと方形導波管３２−１、３２−２、３２−３のインピーダンスとの差を解消し、インピーダンス整合できる周波数範囲を広くすることができるようになる。
【０１０１】
つまり、拡張部３４により形成された段差を２段以上の段差に形成することにより、広帯域にインピーダンス整合を行うことができるようになる。
【０１０２】
（３）上記した実施の形態においては、拡張部３４の下面３４ａに設けられた台座１４にフェライト１８が接着固定され、拡張部３４の上面３４ｂに設けられた台座１６にフェライト２０が接着固定されるようにしたが、拡張部３４における台座およびフェライトの配置は、これに限られるものではないことは勿論である。
【０１０３】
例えば、図１２（ａ）に示すように、拡張部３４の下面３４ａに台座１４を設け、台座１４にフェライト１８を接着固定し、拡張部３４の上面３４ｂに台座１６を設け、台座１６にはフェライト２０を接着固定しないようにしてもよい。
【０１０４】
あるいは、図１２（ｂ）に示すように、拡張部３４の下面３４ａ台座１４を設け、台座１４にはフェライト１８を接着固定せず、拡張部３４の上面３４ｂに台座１６を設け、台座１６にフェライト２０を接着固定するようにしてもよい。
【０１０５】
また、図１２（ｃ）に示すように、拡張部３４の下面３４ａに台座１４を設け、台座１４にフェライト１８を接着固定し、拡張部３４の上面３４ｂには台座１６を設けずにフェライト２０も接着固定しないようにしてもよい。
【０１０６】
さらに、図１２（ｄ）に示すように、拡張部３４の下面３４ａには台座１４を設けずにフェライト１８も接着固定せず、拡張部３４の上面３４ｂに台座１６を設け、台座１６にフェライト２０を接着固定するようにしてもよい。
【０１０７】
なお、図１２（ａ）においては、フェライト１８と台座１６との間隔は、アーキング現象が生じない間隔に設計され、また、図１２（ｂ）においては、台座１４とフェライト２０との間隔は、アーキング現象が生じない間隔に設計され、また、図１２（ｃ）においては、フェライト１８と拡張部３４の上面３４ｂとの間隔は、アーキング現象が生じない間隔に設計され、また、図１２（ｃ）においては、拡張部３４の下面３４ａとフェライト２０との間隔は、アーキング現象が生じない間隔に設計されている。
【０１０８】
さらにまた、図１２（ｅ）に示すように、拡張部３４の下面３４ａに台座１４を設け、台座１４にフェライト１８を接着固定するようにし、拡張部３４の上面３４ｂには台座１６を設けず、フェライト１８と対向する位置にフェライト２０を接着固定するようにしてもよい。
【０１０９】
あるいは、図１２（ｆ）に示すように、拡張部３４の下面３４ａに台座１４を設けず、フェライト２０と対向する位置にフェライト１８を接着固定し、拡張部３４の上面３４ｂに台座１６を設け、台座１６にフェライト２０を接着固定するようにしてもよい。
【０１１０】
なお、図１２（ｅ）ならびに図１２（ｆ）に示す例の場合には、台座が設けられている方向にのみ拡張部３４が拡張しているようにする。
【０１１１】
（４）上記した実施の形態においては、拡張部３４が導波管３２の下面３２ａおよび上面３２ｂの対向する位置において拡張するようにしているため、導波管３２において拡張部３４が設けられることにより生じた段差の位置が対向する部位に位置するようにしているが、これに限られるものではないことは勿論である。
【０１１２】
例えば、図１３（ａ）に示すように、導波管３２において拡張部３４が設けられることにより生じる段差の位置を上方側と下方側において対向する部位に位置しないようにして、拡張部３４を形成するようにしてもよい。
【０１１３】
このようにして拡張部３４を形成することにより、想定以上の大電力を印加された場合であっても、拡張部３４における段差のエッジ部において集中した電界は、上下異なる位置において電界強度が増大するため、アーキング現象が生じ難くなる。
【０１１４】
また、図１３（ｂ）に示すように、拡張部３４を設けることにより生じる段差をテーパー形状としてもよい。
【０１１５】
図１３（ｂ）に示すようにして拡張部３４を形成することにより、拡張部３４によって段差が形成されないため、電界が集中する箇所がなくなり、想定以上の大電力を印加された場合であっても、アーキング現象が生じ難くなる。
【０１１６】
（５）上記した実施の形態においては、本発明を３分岐形の略Ｙ字形状のサーキュレータに適用した場合ついて説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、フェライトを多数使用した多段形サーキュレータや、移相形サーキュレータのフェライト移相部などに適用してもよい。
【０１１７】
（６）上記した実施の形態においては、Ｓ型磁石２２とＮ型磁石２４とを導波管３２の外部において導波管３２の外周面３２ｃに接することなく配置するようにしていたが、これに限られるものではないことは勿論であり、Ｓ型磁石とＮ型磁石とを導波管３２の外周面３２ｃに接して配置するようにしてもよい。
【０１１８】
（７）上記した実施の形態においては、Ｓ型磁石２２を拡張部３４の下方側に配置し、Ｎ型磁石２４を拡張部３４の上方側に配置するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、Ｓ型磁石２２を拡張部３４の上方側に配置し、Ｎ型磁石２４を拡張部３４の下方側に配置するようにしてもよい。
【０１１９】
（８）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（７）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、加速器やレーダーなどの発振器などを保護するためのサーキュレータとして利用して好適なものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１０、３０        導波管サーキュレータ
１２、３２        導波管
１４、１６、４４、４６        台座
１８、２０、４８、５０        フェライト
２２        Ｓ型磁石
２４        Ｎ型磁石
３４        拡張部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010187053.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010187053.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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