(57)【要約】【課題】マイクロ波発生装置の複数の出力間の位相を連続的に変化させることのできる位相可変手段を着脱自在な構造体として提供する。【解決手段】マイクロ波発生装置１０の分配部１２と初段増幅部１３ａを接続するマイクロ波伝送路１４ａの両端部（点Ａ、点Ｂ）に接続される位相可変手段２１は、入力部２２と出力部２３とを接続するジグザグ形状のマイクロ波伝送路２４と、マイクロ波伝送路２４の所定領域を覆う半円形状の誘電体板２８を備え、誘電体板２８をマイクロ波伝送路２４に摺動回転させてマイクロ波伝送路２４を伝送するマイクロ波の位相を遅延させる。そして、位相可変手段２１における位相遅延量の連続的変化はマイクロ波発生装置１０の２つの出力の位相差に反映され、このような位相差が変化する２つのマイクロ波信号を加熱装置に適用することで様々な被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を用いて構成した複数の出力を有するマイクロ波発生装置において、前記複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を前記マイクロ波発生装置に着脱自在に配設したマイクロ波発生装置。
【請求項２】
位相可変手段は、マイクロ波発生装置内のマイクロ波伝送路の所定領域を覆う形状からなる誘電体手段を有し、前記誘電体手段が前記マイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成からなる請求項１に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項３】
位相可変手段は、入力部と、出力部と、入力部と出力部との間に設けた位相可変部とを有し、位相可変手段を装着前のマイクロ波発生装置が有するマイクロ波伝送路の両端部に前記入力部と出力部とがそれぞれ電波的に接続されるとともに前記マイクロ波伝送路の中央を接地することで位相可変手段がマイクロ波発生装置に装着される構成とした請求項１に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項４】
マイクロ波伝送路は、マイクロ波発生装置が発生する周波数帯域の中央値のマイクロ波の伝送実効波長に対して（１／２＋（ｎ−１））×伝送実効波長；ｎは自然数、の実効長を有する長さとした請求項３に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項５】
位相可変部は、位相可変手段の入力部と出力部とを連結するマイクロ波伝送路の所定領域を覆う形状からなる誘電体手段を有し、前記誘電体手段が前記マイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成からなる請求項３に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項６】
誘電体手段は、円板状形状とし、回転駆動することで位相を連続的に可変する構成とした請求項２または請求項５に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項７】
マイクロ波発生装置は、半導体素子を用いて構成した発振部と、前記発振部の出力を複数に分割する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅する半導体素子を用いて構成した増幅部とを有し、前記分配部と前記増幅部との間のマイクロ波伝送路に対して位相可変手段を作用させた請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電加熱を利用した加熱装置に用いられる半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のマイクロ波発生装置は、半導体発振部と、発振部の出力を複数に分割する分配部と、分配された出力をそれぞれ増幅する複数の増幅部と、増幅部の出力を合成する合成部とを有し、分配部と増幅部との間に位相器を設けたものがある（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
そして、位相器はダイオードのオンオフ特性によりマイクロ波の通過線路長を切り替える構成としている。また、合成部は９０°および１８０°ハイブリッドを用いることで合成部の出力を２つにすることができ、位相器を制御することで２出力の電力比を変化させたり、２出力間の位相を同相あるいは逆相にすることができるとしている。
【特許文献１】特開昭５６−１３２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では２つの出力を生じる合成部を用いたとしても、２つの出力間の位相差は離散的な値しか取らないため、加熱装置に適用した場合、さまざまな被加熱物の加熱の均一化を促進することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、マイクロ波発生装置の複数の出力間の位相を連続的に変化させることのできる位相可変手段を着脱自在な構造体として提示し、用途展開が図れるマイクロ波発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波発生装置は、半導体素子を用いて構成した複数の出力を有するマイクロ波発生装置において、前記複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を前記マイクロ波発生装置に着脱自在に配設したものであり、これによりマイクロ波発生装置の高機能化を容易に実現できるので、様々に用途に応じたマイクロ波発生装置を提供できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のマイクロ波発生装置は、複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を着脱自在な構造体とすることで、用途展開が容易に図れるマイクロ波発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、半導体素子を用いて構成した複数の出力を有するマイクロ波発生装置において、前記複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を前記マイクロ波発生装置に着脱自在に配設したものであり、これによりマイクロ波発生装置の高機能化を容易に実現できるので、様々に用途に応じたマイクロ波発生装置を提供できる。
【０００９】
第２の発明は、特に第１の発明の位相可変手段は、マイクロ波発生装置内のマイクロ波伝送路の所定領域を覆う形状からなる誘電体手段を有し、前記誘電体手段が前記マイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成からなり、これにより複数の出力間の位相を連続的
に変化させることができ、誘電加熱装置に適用した場合、さまざまな被加熱物に対してその加熱の均一化を促進できる。
【００１０】
第３の発明は、特に第１の発明の位相可変手段は、入力部と、出力部と、入力部と出力部との間に設けた位相可変部とを有し、位相可変手段を装着前のマイクロ波発生装置が有するマイクロ波伝送路の両端部に前記入力部と出力部とがそれぞれ電波的に接続されるとともに前記マイクロ波伝送路の中央を接地することで位相可変手段がマイクロ波発生装置に装着される構成としたものであり、位相可変部を内蔵した位相可変手段を着脱自在とすることで、位相可変部を独自構成でき、その小型化を図ることができる。
【００１１】
第４の発明は、特に第３の発明のマイクロ波伝送路は、マイクロ波発生装置が発生する周波数帯域の中央値のマイクロ波の伝送実効波長に対して（１／２＋（ｎ−１））×伝送実効波長；ｎは自然数、の実効長を有する長さとしたものであり、マイクロ波発生装置内の対象としたマイクロ波伝送路へのマイクロ波伝送を抑制し、伝送損失を低減するとともに整合条件を維持して位相可変手段を実装することができる。
【００１２】
第５の発明は、特に第３の発明の位相可変部は、位相可変手段の入力部と出力部とを連結するマイクロ波伝送路の所定領域を覆う形状からなる誘電体手段を有し、前記誘電体手段が前記マイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成としたものであり、これにより位相可変部は実装するマイクロ波発生装置の回路構成と独立したマイクロ波伝送路に対して作用させるので、特性、性能などの確認および保証が容易となる。
【００１３】
第６の発明は、特に第２または第５の発明の誘電体手段は、円板状形状とし、回転駆動することで位相を連続的に可変する構成としたものであり、コンパクトな構成の位相可変手段を提供できる。
【００１４】
第７の発明は、特に第１乃至３のいずれか１項の発明のマイクロ波発生装置は、半導体素子を用いて構成した発振部と、前記発振部の出力を複数に分割する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅する半導体素子を用いて構成した増幅部とを有し、前記分配部と前記増幅部との間のマイクロ波伝送路に対して位相可変手段を作用させた構成としたものであり、伝送電力が低い伝送路に作用させることで誘電体手段の発熱を抑制し信頼性を確保できる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波発生装置の位相可変手段を装着前の源回路構成図であり、図２は同マイクロ波発生装置の位相可変手段を装着後の回路構成図である。
【００１７】
図１において、マイクロ波発生装置１０は半導体素子を用いて構成した発振部１１、発振部１１の出力信号を電力分配する分配部１２、分配部１２のそれぞれの出力を後段の半導体素子を用いて構成した初段増幅部１３ａ、１３ｂに導くマイクロ波伝送路１４ａ、１４ｂ、初段増幅部１３ａ、１３ｂのそれぞれの出力をさらに増幅する半導体素子を用いて構成した主増幅部１５ａ、１５ｂ、主増幅部１５ａ，１５ｂの出力をマイクロ波発生装置１０の出力部１６ａ、１６ｂに導くマイクロ波伝送路１７ａ、１７ｂとで構成している。
【００１８】
初段増幅部１３ａ，１３ｂおよび主増幅部１５ａ、１５ｂは、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子
である半導体素子を良好に動作させるべく各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。
【００１９】
マイクロ波伝送路１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂは、誘電体基板１８の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが５０Ωの伝送回路を形成している。またマイクロ波伝送路１４ａは、図示したようなジグザグ形状の伝送路構成とし、点Ａと点Ｂの近傍には、不連続の導電体パターン１９ａ、１９ｂを複数個配設している。また、点Ａと点Ｂとの間のマイクロ波伝送路１４ａの長さは、マイクロ波発生装置１０の発振部１１が発生するマイクロ波の周波数帯域の中央の周波数に対する実効伝送波長の（１／２＋（ｎ−１））倍、ここでｎは自然数、としている。そしてマイクロ波伝送路１４ａの中央（点Ｃ）の近傍に誘電体基板１８の裏面とスルーホールにて接続されたアース電位を形成する導電体パターン２０を配設している。
【００２０】
上記した構成からなるマイクロ波発生装置１０の源構成に対して位相可変手段２１を装着した構成を図２に示す。
【００２１】
図２において、位相可変手段２１は、入力部２２、出力部２３、入力部２２と出力部２３とを接続するジグザグ形状のマイクロ波伝送路２４とを備える。このマイクロ波伝送路２４は誘電体基板２５の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが５０Ωの伝送回路を形成している。入力部２２および出力部２３はそれぞれマイクロ波発生装置１０の源回路構成におけるマイクロ波伝送路１４ａの点Ａおよび点Ｂに半田付けにより接続されている。この接続は特性インピーダンスが５０Ωの同軸線路２６、２７および不連続の導電体パターン１９ａ、１９ｂを連続連結することで電波的に接続している。またマイクロ波伝送路１４ａの中央（点Ｃ）は、導電体パターン２０に電気的に接続している。なお、同軸線路２６、２７は、マイクロ波発生装置の外部ケースに設けた貫通孔を貫通させて源回路に実装接続させている。
【００２２】
さらに、位相可変手段２１のマイクロ波伝送路２４の所定領域を覆う誘電体手段である半円形状の誘電体板２８を設けている。この誘電体板２８は、マイクロ波伝送路２４に摺動しながら点Ｄを回転中心として回転駆動される。誘電体板２８の回転軸２９は位相可変手段２１の外部ケースにて回転支持されている。そして回転軸２９は位相可変手段２１の外部に設けた駆動モータ３０の出力軸３１とベルト３２で連結している。駆動モータ３０を動作させることで、誘電体板２８が回転し、マイクロ波伝送路２４の所定領域を覆う誘電体板２８の肉部面積が変化する。
【００２３】
以上のように構成されたマイクロ波発生装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２４】
位相可変手段２１をマイクロ波発生装置１０の源回路構成に装着することにより、源回路構成のマイクロ波伝送路１４ａは点Ａから点Ｃに至る伝送路長と点Ｂから点Ｃに至る伝送路長がともに実効伝送波長の（１／４＋（ｎ−１）／２）倍、ｎは自然数、となる。点Ｃをアース電位である導電体パターン２０に接続したことで、点Ａから点Ｃ側および点Ｂから点Ｃ側を見たインピーダンスはそれぞれ無限大となり、マイクロ波伝送路１４ａに流れるマイクロ波は抑制されて、伝送されるマイクロ波は点Ａから位相可変手段２１の入力部２２に伝送する。また、位相可変手段２１の出力部２３から点Ｂに伝送されるマイクロ波は、マイクロ波伝送路１４ａの存在は無視して初段増幅部１３ａに効率よく伝送される。
【００２５】
よって、マイクロ波発生装置１０内の対象としたマイクロ波伝送路１４ａへのマイクロ波伝送を抑制し、伝送損失を低減するとともに整合条件を維持して位相可変手段を実装す
ることができる。
【００２６】
次に誘電体板２８の作用について説明する。位相可変手段２１内に入力しマイクロ波伝送路２４を伝送するマイクロ波は誘電体板２８の存在により、波長圧縮を受ける。このためマイクロ波伝送路２４の電波的な実効長が大きくなり、出力部２３に到達するまでの位相が遅延する。
【００２７】
ここで、位相の遅延量について以下に説明する。伝送するマイクロ波の周波数帯域における誘電体板２８の実効比誘電率の一例として、誘電体板２８にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いた場合、２．４５ＧＨｚ帯における比誘電率は約３．５であり、波長圧縮は比誘電率の平方根の逆数で効いてくるので、単純には約４５％の波長圧縮を受けることになる。マイクロ波伝送路２４と摺動する誘電体板２８の反対面に導電体処理を施さない場合は、位相可変手段２１の外部ケースと誘電体板２８との間に空気層が介在するため、誘電体板２８に空気層が並列に接続された状態となり、空気層の厚みが大きくなると実効比誘電率は低下し、波長圧縮度合いも低下する。波長圧縮が約３３％になるように空気層を形成した場合、誘電体板２８が最大に覆うマイクロ波伝送路２４の電気長としてマイクロ波伝送路２４が誘電体板２８に覆われない状態において３６０°（１実効波長）の場合、誘電体板２８で最大領域を覆うことで電気長は約５４０°となり、位相が最大で１８０°遅延することになる。
【００２８】
そして、マイクロ波発生装置の源回路構成と独立したマイクロ波伝送路２４に対して誘電体板２８を作用させることにより、マイクロ波諸特性、性能などの確認および保証が容易となる。
【００２９】
また、位相可変部を内蔵した位相可変手段を着脱自在とすることで、位相可変部を独自構成でき、その小型化を図ることができる。
【００３０】
また、誘電体手段は、円板状形状とし、回転駆動することで位相を連続的に可変する構成としたものであり、コンパクトな構成の位相可変手段を提供できる。
【００３１】
そして、位相可変手段２１における位相遅延量の連続的変化はマイクロ波発生装置１０の２つの出力の位相差に反映され、このような位相差が変化する２つのマイクロ波信号を誘電加熱装置に適用することで様々な被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波発生装置の回路構成図を示すものである。
【００３３】
第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、位相可変手段５０の構成要素である誘電体板５１をマイクロ波発生装置１０の源回路構成に直接作用させた構成にある。
【００３４】
すなわち、分配部１２の出力と初段増幅部１３ａの入力部とを接続するジグザグ形状のマイクロ波伝送路５２ａの所定領域を覆うように誘電体板５１を装着している。
【００３５】
誘電体板５１は、誘電体肉部５１ａと開口部５１ｂとを略９０°ピッチにて周期配置した構成としている。これは第１の実施の形態がマイクロ波発生装置の源回路構成とは別の専用に設計したマイクロ波伝送路２４に対して誘電体板２８を作用させていたことに比べて誘電体板５１が径大な形状となるために、出力トルクが大きく回転数の少ない駆動モータ５３を利用することに対応させたものである。誘電体肉部５１ａと開口部５１ｂとを９
０°ピッチにて周期配置することで、回転数が小さくても位相可変周期を早めることができる。
【００３６】
なお、位相可変手段の外部ケースはマイクロ波発生装置の外部ケースである側壁面などにねじ組立てされマイクロ波発生装置と一体構造体にする。また、マイクロ波発生装置の外部ケースと位相可変手段の外部ケースとを電気的に接続して同電位に組み立てることで、不要なノイズ対策を回避させている。
【００３７】
以上に説明した本発明によれば、マイクロ波発生装置は同一構成とし、その源回路構成をベースとして位相可変機能を付加させることができるので、様々な用途に応じたマイクロ波発生装置を容易に構成して提供できる。
【００３８】
また、誘電体手段である誘電体板が分配部から分かれた一方のマイクロ波伝送路を覆う領域を可変させる構成としたことで、複数の出力間の位相を連続的に変化させることができ、このマイクロ波発生装置を誘電加熱装置に適用した場合、さまざまな被加熱物に対してその加熱の均一化を促進できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波発生装置は複数の出力の位相差を変化させる位相可変手段を着脱自在な構造体とすることで、用途展開が容易に図れるマイクロ波発生装置を提供することが可能となるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波発生装置の位相可変手段の実装前の回路構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波発生装置の位相可変手段を実装後の回路構成図
【図３】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波発生装置の回路構成図
【符号の説明】
【００４１】
１０  マイクロ波発生装置
１１  発振部
１２  分配部
１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ  増幅部
１４ａ、５２ａ  マイクロ波発生装置内のマイクロ波伝送路
１６ａ、１６ｂ  複数の出力部
２１、５０  位相可変手段
２２  位相可変手段の入力部
２３  位相可変手段の出力部
２４  位相可変手段内のマイクロ波伝送路
２８、５１  誘電体板（誘電体手段）
３０、５３  駆動モータ
点Ａ、点Ｂ  マイクロ波伝送路の両端部
点Ｃ  マイクロ波伝送路の中央
【図１】
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【図２】
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【図３】
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