(57)【要約】  本開示に係る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、定在波安定部と、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。定在波安定部は、導波管の内部に生じた管内定在波の位置を安定させる。反射波検出部は、定在波安定部よりも加熱室寄りに配置されて、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。
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記導波管の内部に生じた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と、
前記定在波安定部よりも前記加熱室寄りに配置されて、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。
【請求項２】
前記定在波安定部が、前記導波管の内部に突出する突起部を含む、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記導波管が屈曲部を有し、前記定在波安定部が前記屈曲部で構成された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記反射波検出部と前記定在波安定部とが、前記管内定在波の管内波長の１／４の奇数倍の距離だけ前記マイクロ波の伝送方向に離れて配置された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記マイクロ波発生部から前記加熱室に伝搬するマイクロ波である入射波の一部を検出する入射波検出部をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記入射波検出部と前記反射波検出部とが、前記導波管の壁面に設けられた開口部に対向する結合線路を共有し、前記入射波検出部は、前記結合線路の一端から入射波を取り出すように構成され、前記反射波検出部は、前記結合線路の他端から反射波を取り出すように構成された、請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
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、
前記結合線路が、第１交差線部を有する第１伝送線路と、第２交差線部を有する第２伝送線路とを備え、
前記第１交差線部が、前記第１長孔と前記第２長孔とが交差する開口交差部を通り前記管軸に直交する垂線に近づくにつれて前記管軸から離れるように延在し、前記開口交差部よりも前記管軸から離れた位置で前記第１長孔と交差し、平面視において前記開口部に外接する矩形領域の外で前記第２交差線部の一端に接続され、
前記第２交差線部が、前記垂線に近づくにつれて前記管軸から離れるように延在し、前記開口交差部よりも前記管軸から離れた位置で前記第２長孔と交差し、平面視において前記開口部に外接する矩形領域の外で前記第１交差線部の一端に接続され、
前記第１伝送線路の一端と前記第２伝送線路の一端とが、前記開口部の鉛直方向の領域から外れた位置で互いに接続された、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記定在波安定部よりも前記マイクロ波発生部寄りに配置され、前記反射波の一部を検出する第２の反射波検出部をさらに備えた、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第５８１６８２０号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、従来のマイクロ波加熱装置において、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。本開示は、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。
【０００５】
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、定在波安定部と、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。定在波安定部は、導波管の内部に生じた管内定在波の位置を安定させる。反射波検出部は、定在波安定部よりも加熱室寄りに配置されて、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。
【０００６】
本態様のマイクロ波加熱装置によれば、被加熱物の状態をより正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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】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】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】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】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】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】図７は、実施の形態に係る導波管の平面図である。
【図８】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】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】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】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１２Ａ】図１２Ａ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１２Ｂ】図１２Ｂ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１２Ｃ】図１２Ｃ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１２Ｄ】図１２Ｄ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１２Ｅ】図１２Ｅ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１２Ｆ】図１２Ｆ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１３】図１３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。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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１３に示すような関係がある。
【００１１】
図１３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１３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。
【００１２】
図１３に示すように、加熱の初期段階では、被加熱物による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は急激に増加し、反射波は急激に減少する。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
本発明者らは、反射波の量に対して定在波安定部が大きく影響し、定在波安定部よりもマイクロ波発生部寄りで反射波を検出した場合には、定在波安定部の影響を受けて上記関係が成り立たなくなることを知見した。
【００１６】
本発明者らは、これらの新規な知見に基づき、以下の発明を創出した。
【００１７】
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、定在波安定部と、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。定在波安定部は、導波管の内部に生じた管内定在波の位置を安定させる。反射波検出部は、定在波安定部よりも加熱室寄りに配置されて、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。
【００１８】
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、定在波安定部が、導波管内に突出する突起部を含む。
【００１９】
本開示の第３の態様のマイクロ波加熱装置では、第１の態様に加えて、導波管が屈曲部を有し、定在波安定部が屈曲部で構成される。
【００２０】
本開示の第４の態様のマイクロ波加熱装置では、第１の態様に加えて、反射波検出部と定在波安定部とが、管内定在波の管内波長の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。
【００２１】
本開示の第５の態様のマイクロ波加熱装置は、第１の態様に加えて、マイクロ波発生部から加熱室に伝搬するマイクロ波である入射波の一部を検出する入射波検出部をさらに備える。
【００２２】
本開示の第６の態様のマイクロ波加熱装置では、第５の態様に加えて、入射波検出部と反射波検出部とが、導波管の壁面に設けられた開口部に対向する結合線路を共有する。入射波検出部は、結合線路の一端から入射波を取り出す。反射波検出部は、結合線路の他端から反射波を取り出す。
【００２３】
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、開口部は、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る。
【００２４】
結合線路は、第１交差線部を有する第１伝送線路と、第２交差線部を有する第２伝送線路とを備える。
【００２５】
第１交差線部は、第１長孔と第２長孔とが交差する開口交差部を通り管軸に直交する垂線に近づくにつれて管軸から離れるように延在し、開口交差部よりも管軸から離れた位置で第１長孔と交差し、平面視において開口部に外接する矩形領域の外で第２交差線部の一端に接続される。
【００２６】
第２交差線部は、上記垂線に近づくにつれて管軸から離れるように延在し、開口交差部よりも管軸から離れた位置で第２長孔と交差し、平面視において上記矩形領域の外で第１交差線部の一端に接続される。
【００２７】
本開示の第８の態様のマイクロ波加熱装置は、第１の態様に加えて、定在波安定部よりもマイクロ波発生部寄りに配置され、反射波の一部を検出する第２の反射波検出部をさらに備える。
【００２８】
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。
【００２９】
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に伝搬させる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。マイクロ波放射部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４によって加熱室２内に放射される。
【００３２】
このマイクロ波によって、導波管１０内に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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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とマイクロ波放射部４との間に配置される。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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はマイクロ波放射部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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
この構成において、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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はＬ字状に屈曲した屈曲部１０ｂを有する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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寄りに配置された定在波安定部５の構成要素よりも加熱室２寄りに配置すればよい。
【００５６】
本実施の形態では、モータ９がマイクロ波放射部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、マイクロ波放射部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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、幅方向の導波管１０の中心軸である。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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にそれぞれ設定される。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
本実施の形態において、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
【数１】
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【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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との合計距離が、実効長λｒｅの１／４に設定される。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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）。
【００８３】
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）。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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に設定すると、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。
【０１０６】
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。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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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に設定すると、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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
図１２Ａ〜図１２Ｆ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１２Ａ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。
【０１４９】
図１２Ｂ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１２Ｃ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。
【０１５０】
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１２Ｄ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。
【０１５１】
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１２Ｅ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。
【０１５２】
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１２Ｆ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。
【０１５３】
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に直交し、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。
【０１５４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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。
【符号の説明】
【０１５６】
１  被加熱物
２  加熱室
２ａ  載置台
３  マグネトロン
４  マイクロ波放射部
５  定在波安定部
６、６０  方向性結合器
６ａ、６ｂ  検出信号
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
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
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2019203171.tif 000023
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