(57)【要約】【課題】  小型で単純な構造を有するＴＥ０１モードマイクロ波の励振器を提供する。【解決手段】  円形導波管内にマイクロ波を放射して液位を測定する液面計用のマイクロ波励振器であって、円形または多角形をなす第１と第２の２枚の互いに平行な平面導体板１、２を周辺部３で短絡したラジアル導波路４を形成し、第１の平面導体板の中心部に接続した給電用入力線路５の先端をラジアル導波路の中心部に臨ませ、第２の平面導体板に、周方向の電界を放射せしめる径方向に長いスロット７、７を軸対称に複数対設け、かつ、前記ラジアル導波路内において電磁界を擾乱せしめて磁界を前記スロットアンテナに結合させる擾乱素子８、８を前記スロットアンテナ近傍に配設し、前記ラジアル導波路と同一軸上に接続した円形導波管内にＴＥ０１モードのマイクロ波を放射するように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形導波管内にマイクロ波を放射して液位を測定する液面計用のマイクロ波励振器であって、円形または多角形をなす第１と第２の２枚の互いに平行な平面導体板を周辺部で短絡したラジアル導波路を形成し、第１の平面導体板の中心部に接続した給電用入力線路の先端をラジアル導波路の中心部に臨ませ、第２の平面導体板に、周方向の電界を放射せしめる径方向に長いスロットアンテナを軸対称に複数対設け、かつ、前記ラジアル導波路内において電磁界を擾乱せしめて磁界を前記スロットアンテナに結合させる擾乱素子を前記スロットアンテナ近傍に配設し、前記ラジアル導波路と同一軸上に接続した円形導波管内にＴＥ０１モードのマイクロ波を放射するように構成してなる円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項２】
前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第１の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端を前記第２の平面導体板に接続し、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成とした請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項３】
前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第１の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端と前記第２の平面導体板との間に所要の間隙を設け、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成とした請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項４】
前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第２の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端を前記第１の平面導体板に接続し、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成とし、さらに、前記第２の平面導体板側の同軸線路まわりにマイクロ波の反射板を設けてなる請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項５】
前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第２の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端と前記第１の平面導体板との間に所要の間隙を設け、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成とし、さらに、前記第２の平面導体板側の同軸線路まわりにマイクロ波の反射板を設けてなる請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項６】
前記擾乱素子を、少なくとも一端が前記第１または第２の平面導体板に接続された導体棒である請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項７】
前記擾乱素子を、少なくとも一端が前記第１または第２の平面導体板に接続された誘電体である請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項８】
前記ラジアル導波路周辺の短絡部を、高誘電率誘電体で構成してなる請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【請求項９】
前記ラジアル導波路の２枚の平面導体板の間を、所定の誘電率を有する誘電体で充填してなる請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内に立設された円形導波管内において上方から液面に向かってマイクロ波を放射し、液面にて反射して戻されるマイクロ波の伝播時間から液位を計測するのに使用されるＴＥ０１モードマイクロ波の励振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
円形導波管内にＴＥ０１モードを励振する方法としては、導波管の断面形状を徐々に変化するさせる方法が従来からあり（例えば、非特許文献１、２参照）、具体的には、矩形導波管のＴＥ１０モードをＴＥ２０モードに変換した後、中央に仕切りを設けた矩形導波管の断面形状を長方形からくさび形に徐々に変化させ、円形導波管に緩やかにつなげることで所望のＴＥ０１モードへ変更するようにしたものがある。
【０００３】
しかし、上述のように長い距離をかけて導波管の断面形状を徐々に変化させることによって反射を抑えながらモードを変換する従来の方法では、装置構造が寸法の大なるものとなり、しかも高精度な加工が必要となる。
【非特許文献１】コロナ社発行  電気通信学会編  「マイクロ波工学」（第３７頁、第１・２・１３図）
【非特許文献２】コロナ社発行  宮内一洋、山本平一著  「通信用マイクロ波回路」（第４６〜４７頁、図２・１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題とするところは、小型で単純な構造を有するＴＥ０１モードマイクロ波の励振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る励振器は、円形導波管内にマイクロ波を放射して液位を測定する液面計用のマイクロ波励振器であって、円形または多角形をなす第１と第２の２枚の互いに平行な平面導体板を周辺部で短絡したラジアル導波路を形成し、第１の平面導体板の中心部に接続した給電用入力線路の先端をラジアル導波路の中心部に臨ませ、第２の平面導体板に、周方向の電界を放射せしめる径方向に長いスロットを軸対称に複数対設け、かつ、前記ラジアル導波路内において電磁界を擾乱せしめて磁界を前記スロットアンテナに結合させる擾乱素子を前記スロットアンテナ近傍に配設し、前記ラジアル導波路と同一軸上に接続した円形導波管内にＴＥ０１モードのマイクロ波を放射するように構成したものとしてある。
【０００６】
本発明の請求項２に係る励振器は、前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第１の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端を前記第２の平面導体板に接続し、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成のものとしてある。
【０００７】
本発明の請求項３に係る励振器は、前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第１の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端と前記第２の平面導体板との間に所要の間隙を設け、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成のものとしてある。
【０００８】
本発明の請求項４に係る励振器は、前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第２の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端を前記第１の平面導体板に接続し、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成とし、さらに、前記第２の平面導体板側の同軸線路まわりにマイクロ波の反射板を設けてなる請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【０００９】
本発明の請求項５に係る励振器は  前記入力線路を同軸線路とし、同同軸線路の内導体先端に接続したプローブを前記ラジアル導波路内中央に設けるとともに、前記同軸線路の外導体を前記第２の平面導体板に接続し、また、前記プローブの先端と前記第１の平面導体板との間に所要の間隙を設け、前記プローブによりラジアル導波路内にＴＥＭモードのマイクロ波を励振する構成とし、さらに、前記第２の平面導体板側の同軸線路まわりにマイクロ波の反射板を設けてなる請求項１に記載の円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器。
【００１０】
本発明の請求項６に係る励振器は、前記擾乱素子を、少なくとも一端が前記第１または第２の平面導体板に接続された導体棒で構成したものとしてある。
本発明の請求項７に係る励振器は、前記擾乱素子を、少なくとも一端が前記第１または第２の平面導体板に接続された誘電体で構成したものとしてある。
【００１１】
本発明の請求項８に係る励振器は、前記ラジアル導波路周辺の短絡部を、高誘電率誘電体で構成したものとしてある。
本発明の請求項９に係る励振器は、前記ラジアル導波路の２枚の平面導体板の間を、所定の誘電率を有する誘電体で充填してなる構成のものとしてある。
【発明の効果】
【００１２】
給電用入力線路によってラジアル導波路内に発生させられるＴＥＭモードの磁界は擾乱素子によってスロットアンテナと結合し、同スロットアンテナは周方向成分の電界を発生する。
【００１３】
したがって、従来のもののように複雑な形状の導波管を製作する必要がなく、構造が簡単で容易に製作でき、しかも小型軽量な円形導波管用のＴＥ０１モードマイクロ波励振器を実現することができる。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明に係る励振器の実施例を添付図面に基づいて説明する。
互いに平行をなす第１と第２の平面導体板１、２は円形のものとしてあって、これら平面導体板の周辺部間を外壁体３で接続してあって、これら平面導体板１、２と外壁体でラジアル導波路４を構成してある。
なお、前記平面導体板１、２は円形ではなく多角形状のものとする場合もある。
【００１５】
上記外壁体３は第１と第２の平面導体板１、２間を短絡するものとしてあり、外壁体の材料は導体とする場合もあるし、電波を反射する素材のものであれば高誘電率の材料を用いる場合もある。
【００１６】
前記第１の平面導体板１の中心には給電用の入力線路５を接続してあって、この入力線路は外導体５ａと内導体５ｂとが同軸をなす同軸線路としてあり、外導体５ａは第１の平面導体板１に接続され、内導体５ｂの先端には給電プローブ６を設けてあって、同プローブはラジアル導波路４内中央に臨んでおり、この給電プローブによってラジアル導波路４内にＴＥＭモードの磁界が励振される。
【００１７】
なお、給電プローブ６の先端は図１、２に示されるように第２の平面導体板２との間に間隙αを設ける場合もあるし、この間隙を設けず接触させる場合もある。
また、前記入力線路５は上述のような同軸線路ではなく円形導波管とする場合もあり、この場合には円形導波管のＴＭ０１モードをラジアル路線のＴＥＭモードに変換して給電を行う。
【００１８】
しかして、前記第２の平面導体板２には、同平面導体板２の中心から放射状をなす複数のスロットアンテナ７、７を中心軸線に対して対象となるよう複数対設けてあり、これらスロットアンテナは平面導体板の半径方向に長い矩形を呈している。
【００１９】
そして、前記第１の平面導体板１上には擾乱素子８、８を、各擾乱素子の先端がスロットアンテナ近傍に臨む位置に配設してあり、これら擾乱素子８、８は、ラジアル導波路４内の電磁界を歪ませるためのものとしてあって、例えば円柱状の導体棒で構成してある。
【００２０】
なお、上記擾乱素子４はラジアル導波路４内の電磁界を歪ませて磁界の径方向成分を作り出すことができればいかなる形状であってもよく、導体に限らず誘電体であってもよい。
また、図１、２では擾乱素子８、８を第１の平面導体板１上に取り付けてあるが、第２の平面導体板に取り付ける場合もあるし、第１と第２の平面導体板に両端を取り付けるように構成する場合もある。
【００２１】
上述のように構成した本発明の励振器９は、図３に示すように液位を測定しようとするタンク１０内に垂直に設けられた円形導波管１１内にマイクロ波を放射して液位計測を行うためのものとしてあり、円形導波管１１と励振器９は同心に設けられる。
なお同図において符号１２は浮き屋根、１３は液面計ハウジングをそれぞれ示している。
【００２２】
次に、本発明に係る励振器の作用について説明する。
前記入力線路５からの給電によって給電プローブ６からＴＥＭモードの磁界がラジアル導波路４内に放射されると、図４（ａ）に示されるように擾乱素子８、８によって非円形に歪んだ磁界１４が形成される。
【００２３】
ところで、擾乱素子８、８がない場合には同図４（ｂ）に示されるように磁界１５はラジアル導波路４内において同心円状に形成され、この磁界は周方向成分しか持たないので、半径方向に長い前記スロットアンテナ７、７とは結合せず、同スロットアンテナからは電波が放射されない。
【００２４】
しかしながら、本発明のものにおいては前記擾乱素子８、８によって磁界に歪みが形成されているため、磁界に半径方向成分を有し、同半径方向成分とスロットアンテナ７、７とが結合してスロットアンテナからは図５に示されるように周方向の電界１６が励振され、円形導波管１１内には図６に示されるようにＴＥ０１モードと同様な周方向成分の電界１６が生じる。
【００２５】
上述した実施例のものは、スロットアンテナ７、７をあけた第２の平面導体板２を導波管１１内に下向きに取り付けて使用する構成のものとしてあるが、図７に示すように、同軸線路５を第２の平面導体板２側に設けてスロットアンテナ７、７が上方へ向くように構成した励振器１７とする場合もあり、この場合には図８に示されるように導波管１１内における励振器１７の上方に、下側が凹面をなし、径が励振器１７よりも大なるマイクロ波用の反射板１８を設け、励振器１７を反射板の１次放射器として作用させてスロットアンテナ７、７からのマイクロ波を反射板１８で反射してマイクロ波を下向きに放射するように構成する。
【００２６】
上記実施例のものは、導波管１１の径が大径のものである場合に好適であり、導波管内に効率良くマイクロ波を放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る励振器の実施例を示す一部破断斜視図。
【図２】入力線路の一部を拡大して示す縦断面図。
【図３】本発明に係る励振器の使用状態を示す縦断面図。
【図４】ラジアル導波路内における磁界の状態を示す平面図。
【図５】スロットアンテナから放射される電界の状態を示す平面図。
【図６】円形導波管内における電界の状態を示す平面図。
【図７】本発明に係る励振器の第２実施例を示す斜視図。
【図８】第２実施例の励振器の使用状態を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  第１の平面導体板
２  第２の平面導体板
３  外壁体
４  ラジアル導波路
５  入力線路
６  給電プローブ
７  スロットアンテナ
８  擾乱素子
９  励振器
１０  タンク
１１  円形導波管
１２  浮き屋根
１３  液面計ハウジング
１４、１５  磁界
１６  電界
１７  励振器
１８  反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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