JP2020502771A - マイクロ波印加方法及び装置 - Google Patents

Abstract

物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置であって、このマイクロ波エネルギー印加装置が、マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、照射される物質の方にマイクロ波エネルギーを誘導するための誘電共振器又は低速波マイクロ波アプリケータを備えるマイクロ波エネルギー放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、処理される物質に印加するために、マイクロ波エネルギー源からマイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と、を備える、マイクロ波エネルギー印加装置。

Description

本発明は、例えばクロッピング・システムのための雑草除去装置として使用されるための、マイクロ波印加方法及び装置に関する。

既存の手法では、ホーン・アンテナが、雑草を除去するためにマイクロ波エネルギーを誘導するのに使用される。米国特許第６，４０１，６３７号が、例えば、雑草を除去するためにマイクロ波エネルギーを用いる照射により土壌及び土壌の地下を処理するための装置を開示している。装置はトラックに取り付けられて、処理される土壌の上を牽引される。

米国特許第７，５６０，６７３号が、一方で、土壌の層を地面からコンベア上まで採取するコンベアタイプの装置を開示しており、コンベアがマイクロ波エネルギー印加領域を通過させられる。

米国特許出願第２０１２／００９１１２３（Ａ１）号が、マイクロ波エネルギーを土壌まで誘導するための４ホーン導波管を使用するマイクロ波システムを開示している。マイクロ波システムは車両に搭載され得る。

Ｂｒｏｄｉｅ Ｇ．，ｅｔ ａｌ．，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｓ Ｐａｒｔ ｏｆ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗｅｅｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｔｒａｔｅｇｙ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ，Ｖｏｌｕｍｅ ２０１２年が、ホーン・アンテナなどにより雑草に印加されるマイクロ波の効果の研究を説明している。

米国特許第６，４０１，６３７号 米国特許第７，５６０，６７３号 米国特許出願第２０１２／００９１１２３（Ａ１）号

Ｂｒｏｄｉｅ Ｇ．，ｅｔ ａｌ．，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｓ Ｐａｒｔ ｏｆ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗｅｅｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｔｒａｔｅｇｙ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ，Ｖｏｌｕｍｅ ２０１２年 Ｖｅｒｂｉｔｓｋｉｉ（１９８０） Ｍｅｎｔｚｅｒ ａｎｄ Ｐｅｔｅｒｓ（１９７６） Ｂｒｏｄｉｅ２００８

第１の広い態様によると、本発明が、物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置を提供し、マイクロ波エネルギー印加装置が、マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、照射される物質の方にマイクロ波エネルギーを誘導するための誘電共振器を備えるマイクロ波放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、処理される物質に印加するために、マイクロ波エネルギー源からマイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と、を備える。

誘電共振器が、例えば、セラミック、ガラス、Ｔｅｆｌｏｎ、又は他の低損失誘電体材料を含むことができる。

第２の広い態様によると、本発明が、物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置を提供し、マイクロ波エネルギー印加装置が、マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、マイクロ波エネルギーの伝播方向を横切って平行に配置される溝を有する低速波マイクロ波アプリケータを備えるマイクロ波エネルギー放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、処理される物質に印加するために、マイクロ波エネルギー源からマイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と、を備える。

溝が６ｍｍから２６ｍｍの間の深さを有することができる。好適な実施例では、溝が６ｍｍから１３ｍｍの間の深さを有する。別の好適な実施例では、溝が１３ｍｍから２６ｍｍの間の深さを有する。

一実施例では、溝がマイクロ波エネルギーの伝播方向に対して垂直である。実施例では、溝が相互に実質的に等距離に離間される。

第３の広い態様によると、本発明が、物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置を提供し、マイクロ波エネルギー印加装置が、マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、マイクロ波エネルギーを放射するためのマイクロ波エネルギー放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、処理される物質に印加するために、マイクロ波エネルギー源からマイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と、を備え、導波管からマイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーが入るときの方向に対して実質的に垂直な方向においてマイクロ波エネルギーがマイクロ波アプリケータから放射される。

実施例では、マイクロ波エネルギー源が、約２．４５ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成される。

別の実施例では、マイクロ波エネルギー源が、約８６０ＭＨｚ乃至９６０ＭＨｚの間の周波数を有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成される。

別の実施例では、マイクロ波エネルギー源が、約５．８ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成される。

任意選択で、マイクロ波エネルギー放射面が平面である。

実施例では、マイクロ波エネルギー印加装置が、マイクロ波エネルギー放射面から放射されるマイクロ波エネルギーを反射するように位置するリフレクタをさらに備え、その結果、物質がリフレクタとマイクロ波エネルギー放出面との間を移動する。

第４の広い態様によると、本発明が、第１の態様の１つ又は複数のマイクロ波エネルギー印加装置を備える、雑草、寄生生物、バクテリア、胞子、菌類、又はシードの除去デバイスを提供する。

第５の広い態様によると、本発明が、第１の態様の１つ又は複数のマイクロ波エネルギー印加装置を備える、土壌殺菌デバイス、土壌コンディショニング・デバイス、又は土壌硝化デバイスを提供する。

第６の広い態様によると、本発明が、第１の態様の１つ又は複数のマイクロ波エネルギー印加装置を備える、乾燥デバイスを提供する。

第７の広い態様によると、本発明が、マイクロ波エネルギー印加方法を提供し、この方法が、
少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源を用いてマイクロ波エネルギーを提供するステップと、
少なくとも１つのマイクロ波アプリケータを用いてマイクロ波エネルギー源からマイクロ波エネルギーを受け取るステップと、
マイクロ波アプリケータを用いて、処理される物質にマイクロ波エネルギーを印加するステップと、
を含み、
マイクロ波アプリケータが、誘電共振器、及びマイクロ波エネルギーの伝播方向を横切って平行に配置される溝を有する低速波マイクロ波アプリケータ、のうちの１つを備える。

第８の広い態様によると、本発明が、マイクロ波エネルギー印加方法を提供し、この方法が、少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源を用いてマイクロ波エネルギーを提供するステップと、少なくとも１つのマイクロ波アプリケータを用いてマイクロ波エネルギー源からマイクロ波エネルギーを受け取るステップと、マイクロ波アプリケータを用いて、処理される物質にマイクロ波エネルギーを印加するステップとを含み、導波管からマイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーが入るときの方向に対して実質的に垂直な方向においてマイクロ波エネルギーがマイクロ波アプリケータから放射される。

処理される物質が、例えば、雑草、寄生生物、バクテリア、胞子、シード、菌類、又は土壌を含むことができる。

本発明の各々の上記の態様の種々の個別の特徴のうちの任意の特徴、及び特許請求の範囲を含めた本明細書で説明される実施例の種々の個別の特徴のうちの任意の特徴が、適切に且つ所望される通りに組み合わされ得ることに留意されたい。

本発明をより明瞭に確認することができるようにするために、例として添付図面を参照して実施例を説明する。

本発明の実施例によるマイクロ波エネルギー印加装置を示す概略図である。 本発明の実施例による、図１のマイクロ波エネルギー印加装置のマイクロ波導管及び低速波マイクロ波アプリケータを示す上面正投影図である。 本発明の別の実施例による、図１のマイクロ波エネルギー印加装置のマイクロ波導波管及び低速マイクロ波アプリケータを示す底面正投影図である。 マイクロ波エネルギー印加装置のマイクロ波導波管及び低速波マイクロ波アプリケータをそれぞれ示す上面正投影図である。 マイクロ波エネルギー印加装置のマイクロ波導波管及び低速波マイクロ波アプリケータをそれぞれ示す立面図である。 トラクタによって牽引されるトレーラ内に配備される図１のマイクロ波エネルギー印加装置の複数の実例を示す図であり、組立体全体の側面図である。 トラクタによって牽引されるトレーラ内に配備される図１のマイクロ波エネルギー印加装置の複数の実例を示す図であり、組立体全体の上面正投影図である。 トラクタによって牽引されるトレーラ内に配備される図１のマイクロ波エネルギー印加装置の複数の実例を示す図であり、組立体全体の平面図である。 トラクタによって引かれるトレーラ内に配備される図１のマイクロ波エネルギー印加装置の複数の実例を示す図であり、トレーラの背面図である。 トラクタによって牽引されるトレーラ内に配備される図１のマイクロ波エネルギー印加装置の複数の実例を示す図であり、トレーラの上面正投影図である。 トラクタによって牽引されるトレーラ内に配備される図１のマイクロ波エネルギー印加装置の複数の実例を示す図であり、トレーラの側面図である。 図３Ａから３Ｆのトレーラの変形形態の特定の構成要素を示す図である。 低速波構造に関連付けられるエネルギー強度を用いる、本発明の実施例による図１のマイクロ波エネルギー印加装置の低速波マイクロ波アプリケータの櫛状の低速波構造を示す概略断面図である。 この実施例の低速波マイクロ波アプリケータの動作を示している、伝送路内に分布されるインピーダンスを示す概略回路図である。 この実施例の低速波マイクロ波アプリケータの動作を示している、誘導要素を示す概略回路図である。 この実施例の低速波マイクロ波アプリケータの動作を示している、分路キャパシタンスを示す概略回路図である。 この実施例の低速波マイクロ波アプリケータの動作を示している、等価のＬＣネットワークを示す概略回路図である。 誘電体板及び隣接する土壌と共に、本発明の実施例による図１のマイクロ波エネルギー・アプリケータの低速波マイクロ波アプケータの櫛状の低速波構造を示す概略断面図である。 ２．４５ＧＨｚの周波数の５５．５ｋＪのマイクロ波エネルギーを供給されるときの、背景技術のホーン・アンテナの温度分布を示すプロットである。 ２．４５ＧＨｚの周波数の５５．５ｋＪのマイクロ波エネルギーを供給されるときの、この実施例による低速波アプリケータの温度分布を示すプロットである。 ｄ＝６ｍｍである溝深さを有する、図１の実施例のマイクロ導波管及び低速波マイクロ波アプリケータを示す概略図である。 ｄ＝１３ｍｍである溝深さを有する、代替の実施例のマイクロ波導波管を有する低速波マイクロ波アプリケータを示す概略図である。 低速波構造が省略されている、本発明の実施例による低速波マイクロ波アプリケータを示す立面図である。 低速波構造が省略されている、図１３の低速波マイクロ波アプリケータを示す底面図である。 低速波構造が省略されている、図１３の低速波マイクロ波アプリケータを示す上面正投影図である。 低速波構造が省略されている、図１３の低速波マイクロ波アプリケータを示す底面正投影図である。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータのアプリケータ・ハウジングを示す底面正投影図である。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの移行部分を示す上面図である。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの移行部分を示す断面図である。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの移行部分を示す底面図である。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの低速波構造を示す概略立面図である（溝深さがｄ＝６ｍｍである）。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの低速波構造を示す概略立面図である（溝深さがｄ＝１３ｍｍである）。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの低速波構造を示す底面正投影図である（溝深さがｄ＝６ｍｍである）。 図１３の低速波マイクロ波アプリケータの低速波構造を示す底面正投影図である（溝深さがｄ＝１３ｍｍである）。 図１のマイクロ波エネルギー印加装置の導波管の湾曲セクションを示す底面正投影図である。 図１のマイクロ波エネルギー印加装置の導波管の湾曲セクションをそれぞれ示す立面図である。 図１のマイクロ波エネルギー印加装置の導波管の移行セクションを示す正投影図である。 図１のマイクロ波エネルギー印加装置の導波管の移行セクションを示す概略平面図である。 本発明の別の実施例によるマイクロ波エネルギー印加装置を示す概略図である。 図２３のマイクロ波エネルギー印加装置のセラミック・ブロックを示す立面図である。 図２３のマイクロ波エネルギー印加装置のセラミック・ブロックを示す平面図である。 図２３のマイクロ波エネルギー印加装置のセラミック・ブロックを示す等角図である。 入射面を基準とした平行な偏光のための媒質インターフェースのところの電磁波を示す図的分析である。 ＴＥ３０８モード及びＴＥ１０６モードの組み合わせのための図２３のセラミック・ブロック内でのマイクロ波場の分布を示す図である。 図２３のマイクロ波アプリケータを使用して加熱されるときのプライウッドを示す熱画像である。 図２７の熱画像を示す熱輪郭マップである。 図２３のマイクロ波アプリケータを使用して加熱される土壌を示す熱画像である。 図２９の熱画像を示す熱輪郭マップである。 図２３のマイクロ波アプリケータを使用して加熱されるときの地面を示す熱画像である。 図３１の熱画像を示す熱輪郭マップである。 約４０分の使用の後の図２３のマイクロ波アプリケータのセラミック・ブロックを示す熱画像である。 図３３の熱画像を示す熱輪郭マップである。 リフレクタを有するマイクロ波エネルギー印加装置を示す図である。

本発明の実施例によると、図１において１０で概略的に示されるマイクロ波エネルギー印加装置が提供される。マイクロ波エネルギー印加装置１０の意図される主要な用途はクロッピング・システムのための雑草除去装置であり、これが、雑草及び／又は雑草シードを加熱してそれにより除去するか又はその生存能力を破壊することにより動作する。マイクロ波エネルギー印加装置１０が、加えて又は別法として、例えば、土壌の状態を調整すること、硝化を促進すること、及び／又は土壌の細菌負荷を低減すること、に使用され得ることを認識されたい。一部の試験で、例えば、土壌の細菌負荷の合計を約９０％低減することが可能であることが分かった。マイクロ波エネルギー印加装置１０、又はその代替的実施例が、寄生生物を除去すること、及び土壌中の栄養物の利用可能性を高めることを目的として、園芸において、燻蒸（ガラス室の中での、又は市販のカーゴ又は土壌の、など）の代わりとしての用途も有する。

マイクロ波エネルギー印加装置１０が、トラクタ又は他の農業機械などの車両によって引っ張られる車輪付きプラットフォームに設置されるように適合され、したがって、この実施例では、突き詰めると、その車両から動力を得る。これは、例えば、車両のアクスル、ホイール、又は動力取出装置（ＰＴＯ：Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）に動作可能に係合されることによるものであってよい。したがって、図１を参照すると、マイクロ波エネルギー・アプリケータ１０が、車両のアクスル、ホイール、又はＰＴＯに係合し、それにより駆動され得る発電機１２（非常に概略的な形で示される）と、発電機１２の電気出力によって動力供給されるマイクロ波エネルギー源１４（やはり非常に概略的な形で示される）と、マイクロ波導波管１６と、下向きのマイクロ波エネルギー放射面１９を備える低速波マイクロ波アプリケータ１８の形態のマイクロ波アプリケータとを有する。

マイクロ波エネルギー源１４がこの実施例では２．４５ＧＨｚでマイクロ波エネルギーを発生させ、マイクロ波導波管１６及び低速波マイクロ波アプリケータ１８がこれに従ってサイズ決定される。しかし、他の実施例では、８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚ、又は５．８ＧＨｚなどの、他の波長でマイクロ波エネルギーを発生させるマイクロ波エネルギー源が採用されてもよい。周波数の選択は例えば利便性によって決定され得、市販のマイクロ波エネルギー源は、一般に、上で言及した周波数のマイクロ波エネルギーを出力するように適合され、したがって上で言及した周波数は容易に且つ経済的に利用可能である。しかし、意図される用途に応じて他の基準も企図され得る。例えば、マイクロ波を印加する土壌の成分及び／又は湿気が動作周波数の選択に影響を与えることができる。

導波管１６が、マイクロ波エネルギー源１４のマイクロ波エネルギー出力をマイクロ波アプリケータ１８まで案内するように配置され、マイクロ波アプリケータ１８がその出力を所望される通りに誘導するように構成され、この実例ではこれが地面の方への下向きである（使用時に車両に設置されるとき）。

この実施例では、低速波マイクロ波アプリケータ１８が、クロッピング・システムのための雑草除去装置として使用されるように適合される。低速波マイクロ波アプリケータが、電磁場分布を閉じ込める非放射の開いた伝送路を備える低速波構造を備え、その結果、電磁場が低速波構造の表面の非常に近くにある状態を維持し、低速波構造の表面から離れるにつれて指数関数的に減衰し、それにより土壌又は植物の処理の有効性又は効率を向上させる。

図２Ａが導波管１６及びマイクロ波アプリケータ１８の正投影図であり、対して図２Ｂが、２．４５ＧＨｚのマイクロ波と共に使用されるように適合される本発明の別の実施例によるマイクロ波エネルギー印加装置のマイクロ波導波管１６’及び低速波マイクロ波アプリケータ１８’の別の正投影図である（概して下方から）。図２Ｂでは、低速波構造２０’（この実施例ではマイクロ波エネルギーの伝播方向に対して垂直である、等距離に離間される平行な溝を有する）が描かれている。溝の正確な長さが使用されるマイクロ波の周波数に応じて異なることに留意されたい。

示されるように、低速波マイクロ波アプリケータ１８が、実質的に平坦な面からマイクロ波エネルギーを放射する。見られ得るように、導波管１６が、低速波マイクロ波アプリケータ１８からマイクロ波エネルギーが放射されるときの方向に対して実質的に垂直な角度で低速波マイクロ波アプリケータ１８の中までマイクロ波エネルギーを誘導する。

加えて、溝がマイクロ波エネルギーの伝播方向に対して垂直である必要がないことも考えられる。垂直面からの逸脱によりマイクロ波場に乱れが生じる可能性があるが、さらなる有用な実施例も可能であり、これは特には、マイクロ波エネルギーの伝播方向に対しての垂直面であることからの溝の小さい逸脱を用いるものである、ということが考えられる。垂直面からの逸脱の許容程度は単純なトライアル・アンド・エラーによって容易に確認され、これは特には、低速波構造２０、２０’によって放射されるマイクロ波エネルギーの測定を介する。

図２Ｃ及び２Ｄは、８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚのマイクロ波で使用されるように適合される、本発明の別の実施例による図２Ｂの実施例のマイクロ波導波管１６’及び低速波マイクロ波アプリケータ１８’の、それぞれ、上面正投影図及び立面図である。

図３Ａから３Ｆは、トラクタ２４によって引っ張られるトレーラ２２内に配備されるマイクロ波エネルギー印加装置１０の複数の実例の図である。図３Ａから３Ｃが組立体全体の側面図、上面正投影図、及び平面図であり、対して図３Ｄから３Ｆが、トレーラ２２の背面図、正投影図、及び側面図である。

図３Ｇがトレーラ２２の変形形態の特定の構成要素の図である。図３Ｇを参照すると、この変形形態（トレーラ２２の場合）では、トレーラが、トレーラ・デッキ２６と、ＰＴＯ発電機２８（トラクタ２４のＰＴＯ（図示せず）に結合される）を含む。図３がさらに、個別のモードを切り換えられるマイクロ波電源３０と、マイクロ波マグネトロン・ヘッド３２と、それぞれの装置１０のオートチューナ３４とを描いている。しかし、図３Ａから３Ｆのトレーラ２２とは異なり、この変形形態のトレーラは、それぞれのマイクロ波導波管１６及び低速波マイクロ波アプリケータ１８を支持するための、それぞれの支持トラス３６及びドリー・ホイール３７をさらに有する。この変形形態では、装置１０の各々が、マイクロ波導波管１６とオートチューナ３４との間にある短いセクションの可撓性導波管３８を有し、支持トラス３６がトレーラ・デッキ２６に枢動可能に設置され、その結果、ドリー・ホイール３７により、それぞれの低速波マイクロ波アプリケータ１８が、地面の上方の実質的に一定の高さのところで相互に独立して支持される。

櫛状の低速波構造２０の基本形態が図４の下側レジスタの中で断面図として概略的に示されており、低速波構造２０によって出力されるエネルギー強度が図の上側レジスタに示される。

低速波構造２０の効果が以下のように分析され得る。最初に

ここでは、λ_０が自由空間内の波長（ｍ）であり、ｆが周波数（Ｈｚ）であり、ｃが自由空間内での光の速度（ｍｓ^−１）であり、
ω＝２πｆ
ここでは、ωが角速度（ｒａｄ ｓ^−１）である。

及び
、
ここでは、ｇが構造の隙間幅（ｍ）であり、Ｔが構造の周期（ｍ）である。

一様な伝送路が、図５に概略的に示されるように、「分布回路」として描かれ得る。分布回路は、微小長さｄｚの等しいセルのカスケードとして説明され得る。伝送路内で使用される導体が、いくらかの直列のインダクタンス及び抵抗を所有する。加えて、ワイヤを絶縁する媒体が完全な絶縁体ではない場合、導体とさらには分路コンダクタンスとの間に分路キャパシタンスが存在する。多くの事例で、図６に概略的に示されるように、伝送路内での抵抗効果を無視することが可能である。

この分析から次のことが分かる。
Ｖ（ｚ）＋ｄＶ（ｚ）−Ｖ（ｚ）＝−ｊωＬ・ｄｚ・ｌ（ｚ）
したがって、

図７に概略的に示されるように、分路要素を考慮しなければならない。この要素のコンデンサ内を流れる電流が、
ｄｌ（ｚ）＝−ｊωＣ・ｄｚ・［Ｖ（ｚ）＋ｄＶ］＝−ｊωＣ・ｄｚ・Ｖ（ｚ）−ｊωＣ・ｄｚ・ｄＶ
である。極限ｌｉｍ_ｄｚ→０ｄｚ・ｄＶ＝０であることから、

ｚに関して式（Ａ１）の導関数をとり、式（Ａ２）に置き換えると以下のようになる。

。
これは波動方程式であり、その解が
。
この事例では、一般解が＋ｚ方向及び−ｚ方向の両方に伝播する波を表しており、ここでは波数が

であり、速度が

である。

低速波構造が伝送路のように振る舞い、したがって分散ＬＣネットワークとみなされ得る（等価のＬＣ回路を描いている図８を参照）。低速波構造２０の歯の間の隙間が、短くされた伝送路とみなされ得る。短絡伝送路が、その位相定数（ｋｄ）が９０°未満である場合に誘導性を有し、位相定数が９０°に等しい場合に回路を開け、移送定数が９０°より大きい場合に容量性を有する。低速波構造２０の事例では、溝の短い長さが、誘導性の櫛の開いた端部のところで入力インピーダンスを維持する。

長さｄ及び単位幅（ｄｙ）の装荷伝送路の入力インピーダンスが以下のように与えられる。

この事例では、

したがって、

これが操作されて以下のようになることができる。

又は
。
ここでは、（ｅ^ｊｋｄ＋ｅ^−ｊｋｄ）＝２Ｃｏｓ（ｋｄ）、（ｅ^ｊｋｄ−ｅ^−ｊｋｄ）＝２ｊＳｉｎ（ｋｄ）であり、したがって、

短くされた伝送路の事例では、Ｚ_Ｌ＝０であり、したがって、

この入力インピーダンスのための等価インダクタンスが、
Ｘ_Ｌ＝ｊωＬ＝ｊＺ_０Ｔａｎ（ｋｄ）
である。
したがって、
。

短絡伝送路の幅（つまり、低速波構造内の溝）を跨る全インダクタンスが、

又は
。
したがって、
、
ここでは、Ｗがｙ方向における構造の幅（ｍ）である。

キャパシタンスが以下のように定義される。

、
ここでは、Ａが伝導板の表面積であり、ｄが従来のコンデンサ内の板の間の距離である。
電場が導電性表面の上に存在するような事例では、表面の単位長さ当たりのキャパシタンスが、
、
ここでは、δが、板の上方の空間内の場の場侵入深さであり、Ｗが板の幅である。
低速波構造のこの具体的な事例では、ｘ方向における場の侵入深さが

であり、したがって、構造の単位長さ当たりのキャパシタンスが
Ｃ_０＝ε_０к’Ｗτ
である。

インダクタンス及びキャパシタンスを

に代入して

が得られる。
これを簡単にすると
τ＝ｋк’ｔａｎ（ｋｄ） ．．．（Ａ３）
となる。

低速波の位相速度が以下のように決定され得る。
β^２＝ｋ^２к’＋τ^２ ．．．（Ａ４）

図９に概略的に描かれるように、低速波構造２０に隣接して２つの異なる媒質が存在し得る。図９を参照すると、この実例では、低速波構造２０に隣接して誘電体板４０が存在し、誘電体板４０に対して土壌４２が隣接する。

この事例では、境界に跨って波の連続性を維持するために、２つの媒質（４０、４２）の境界のところでの位相速度が等しい。第１の媒質（例えば、誘電体板４０）内の位相速度が

であり、
第２の媒質（例えば、土壌４２）内の位相速度が

である。

式（Ａ６）から式（Ａ５）を引くと以下のようになる。

。
整理すると以下のようになる。

又は
。

構造のための減速ファクタがＶｅｒｂｉｔｓｋｉｉ（１９８０）を使用して決定され得る。

及び
。
ここでは、低速ファクタが以下のように定義される。

ここでは、ｐ＝［（１−θ）^１−θ（１＋θ）^１＋θ］^−２ｂ

φ（ｂ）＝ψ（１＋ｂ）＋ψ（１−ｂ）＋２γ
γ＝オイラー定数＝０．５７７２．．．

はディガンマ関数である。

長手方向の電場が以下のように定義される。

注釈：ｙ方向におけるつまり低速波構造に跨る方向におけるＥ場の変化はない。

を使用する。この際、電場に自由電荷がないとする。

を使用する。

別個の座標方向で解析する。

コルゲート・ホーン・アンテナ：Ｈ_ｘ＝０のＭｅｎｔｚｅｒ及びＰｅｔｅｒｓ（１９７６）の研究から、

これにより以下のようになる。

ポインティングの定理から

場の合計の動力が、

したがって

注釈：導波管内の場が、

ここでは、ａ及びｂが導波管の寸法（ｍ）である。

したがって、

低速波構造内の場と導波管内の場との比が、

損失性材料では、さらに、誘電媒体での長手方向場吸収（Ｂｒｏｄｉｅ２００８）が存在する。

ここでは、

ここでの、損失性材料内での温度上昇が、

又は

ここでは、ρが材料密度（ｋｇ ｍ^−３）であり、Ｃが材料の熱容量（Ｊ ｋｇ^−１ Ｋ^−１）である。

システムが移動する場合、式（Ａ１２）が修正されて以下のようになることができる。

ここでは

であり、これはシステムの長手方向の速度であり、したがって、

又は

ここでは、Ｌ_ａがアプリケータの長さである。したがって、

これは以下のようにも書くことができる。

実例
図１から３を参照して上で説明した実施例による、２．４５ＧＨｚで動作する２つの低速波アプリケータを試験のために設計及び製造した。一方の低速波アプリケータがｄ＝６ｍｍの溝深さを有する櫛構造を有し、もう一方の低速波アプリケータがｄ＝１３ｍｍの溝深さを有する。ｄ＝６ｍｍのバージョンが１３ｍｍのバージョンより小さい離散定数を有し、それにより前者の得られるマイクロ波場が構造の表面からさらに延びることが可能となる。これが、例えば、土壌の、さらには土壌の表面の上方まで成長した任意の植物の、頂部層を加熱するのに有用となり得ることが考えられる。ｄ＝１３ｍｍのバージョンは構造の表面の非常に近くでマイクロ波場を閉じ込めなければならず、それにより、土壌の中への場浸入をほぼなしにして例えば育成植物を迅速に処理するのにより良好に適し得るようになる。別の実施例（図示せず）では、ｄ＝２６ｍｍの溝深さが利用される。

図１０Ａ及び１０Ｂが、背景技術（図１０Ａ）のホーン・アンテナと、この実施例（図１０Ｂ）による低速波アプリケータとの温度上昇の計算分布を比較し、ここでは、５５．５ｋＪのマイクロ波エネルギーが供給され、これは、雑草シードを除去するのに十分となるように、適度な量の土壌を処理するための低速波アプリケータのために十分であると予測される。これらの図では、垂直方向軸が土壌深さＤｓ（ｍｍ）である。図１０Ａでは、水平方向軸がホーンの中心線からの距離Ｄ_ｘ（ｍｍ）及びＤ_ｙ（ｍｍ）である。図１０Ｂでは、水平方向軸がそれぞれアプリケータに沿った距離Ｄ_ｘ（ｍｍ）及びアプリケータを跨る距離Ｄ_ｙ（ｍｍ）である。

ホーン・アンテナを通しての５５．５ｋＪのマイクロ波エネルギーの供給が、シードの生存能力に影響しないと予測される３０℃から３３℃の間まで土壌温度を上昇させる、ことが分かるであろう。実際には、低速波アプリケータを用いて達成される等しいレベルの土壌処理を実現するには及び雑草シードを除去するのに十分となるには、ホーン・アンテナから２４０ｋＪのマイクロ波エネルギーが必要となることが計算により分かっている。したがって、低速波アプリケータが、ホーン・アンテナ構成と比較して、マイクロ波の土壌処理有効性を約４倍向上させる。

低速波アプリケータの興味深い特徴は、良好な雑草制御を達成するための総所要エネルギーである。例えば、１年生ライグラス・プラントを除去するのに必要である５００Ｊｃｍ^−２の所要エネルギー密度を供給するのに、７００Ｗのマイクロ波源を使用する２０秒の処理が必要となり、対して、ホーン・アンテナ・システムは、地表面に等しいエネルギー密度を供給するためには２ｋＷのマイクロ波源から１２０秒を必要とした。

これらの実験で試験した他の種類（野ダイコン、野生オートムギ、１年生ライグラス、ペレニアル・ライグラス、バーンヤード・グラス、ノミヨケ草、フェザートップ、バーンヤード・グラス、ブロム・グラスを含む）でも同程度の総エネルギーの節約が明らかとなった。マイクロ波の総所要エネルギーに関して、低速波アプリケータは雑草プラントを処理するのにより効果的であり、ホーン・アンテナ・システムで必要となる総エネルギーのわずかに約２〜６％しか必要としない。

したがって、これらの実例の低速波アプリケータは、農業及び環境システムのための実行可能なマイクロ波雑草除去装置のための有用な選択肢を提供すると考えられ、ここではマイクロ波土壌・植物処理の有効性がそれぞれ約４倍及び１７倍で向上する。

図１１から１２は、軽量にするために主としてアルミニウムから構築されるが、これらの要素の種々の部分を一体に固定する鋼製のナット及びボルトを有する、本発明の２つの実施例によるマイクロ波導波管及び低速波マイクロ波アプリケータの、図３と比較され得る、概略図である。必要とされる通りにマイクロ波導管として機能することができることを前提として、アルミニウムの代わりに他の金属（ステンレス鋼又は真鍮など）が採用されてもよい。より重い材料が採用される場合、マイクロ波エネルギー印加装置１０には、低速波マイクロ波アプリケータ１８の遠位端のところにある、クレードル又はジョッキー・ホイールなどの、追加の支持体が配備されてよいか又は設けられてよい。

図１１は、ｄ＝６の溝深さを有する、図１から３の実施例のマイクロ波導波管１６及び低速波マイクロ波アプリケータ１８の概略図であり、対して、図１２は、同様の実施例であるがｄ＝１３ｍｍの溝深さを有する、マイクロ波導波管１６を備える低速波マイクロ波アプリケータ１８’の概略図である。

図１３の立面図で概略的に示されるように（低速波構造２０が省略されている）、低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’の各々が、アプリケータ・ハウジング５２と、角度付き移行マイクロ波導管５４とを備え、角度付き移行マイクロ波導管５４が、低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’をマイクロ波導波管１６に取り付けるためのフランジ５６を装備する。

図１４から１６が、それぞれ、底面図、上面正投影図、及び底面正投影図である、低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’の別の図である（やはり、低速波構造２０が省略されている）。図１７はアプリケータ・ハウジング５２の概略底面正投影図である。

図１８Ａから１８Ｃが、低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’の移行部分６０の、それぞれ、上面図、断面図、及び底面図であり、この部分６０は、角度付き移行マイクロ波導管５４とアプリケータ・ハウジング５２／低速波構造２０との間の移行の重要な部分である。移行部分６０が、マイクロ波の電場を、移行マイクロ波導管５４の遠位部分内の実質的に垂直の向きから、低速波構造２０の実質的に水平の向きへと変換する。この位相ベクトルの変換は、低速波構造２０の最初のテーパ・セクションを用いて行われる。図１８Ａ及び１８Ｃで見ることができる３つの突起物６２がこの変換の急激な変化を低減し、この場方位の変化中に起こるインピーダンス不整合を低減し、インピーダンス不整合はそれ以外では反射を引き起こし、反射が移送マイクロ波導管５４から低速波構造２０までのエネルギー伝達を低減するように適合される。

図１９Ａは、低速波構造２０をアプリケータ・ハウジング５２に固定するための溝６８及び孔７０を有する低速波マイクロ波アプリケータ１８（つまり、ｄ＝６ｍｍの溝深さを有する）の低速波構造２０の概略立面図であり、対して図１９Ｂが、低速波構造２０’をアプリケータ・ハウジング５２に固定するための溝６８’及び孔７０’を有する低速波マイクロ波アプリケータ１８’（つまり、ｄ＝１３ｍｍの溝深さを有する）のアプリケータ２０’の概略立面図である。これらの図では、低速波構造２０の右側端部が、組み立てられた低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’の中で、アプリケータ・ハウジング５２の近位端に位置する。この実施例の低速波構造２０の全長が約３５６ｍｍであり、その幅が１００ｍｍであり、その高さが１６ｍｍである。長さはある程度変化してよく、例えば、効率の損失を小さくして短くされてよい（低速波構造の遠位端の前にマイクロ波エネルギーの大部分が吸収されるから）。しかし、低速波構造２０の幅はマイクロ波放射の波長の約半分となるように選択され、その結果、より臨界的な寸法となる。しかし、半波長からの幅のいくらかのずれが、それでも、実行可能な実施例を作ると予測される。例えば、幅がわずかに増大してもうまくいくが、マイクロ波モードが、アプリケータに跨って、エネルギーの１つのピークのみではなく、２つのピークを存在させるように、変化することができる。

図２０Ａが低速波マイクロ波アプリケータ１８の低速波構造２０の底部正投影図であり、対して、図２０Ｂが低速波アプリケータ１８’の低速波構造２０’の底部正投影図である。

マイクロ波導波管１６がマイクロ波エネルギー源１４に結合可能である湾曲セクションを備え、移行セクションが湾曲セクションに結合され且つ低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’に結合可能である。図２１Ａが湾曲セクション８０の底面正投影図であり、対して図２１Ｂが湾曲セクション８０の概略立面図である。湾曲セクション８０が、湾曲セクション８０をマイクロ波エネルギー源１４に結合するための第１のフランジ８２と、湾曲セクション８０を移行セクション９０に結合するための第２のフランジ８４とを有する。

図２２Ａが移行セクション９０の正投影図であり、図２２Ｂが移行セクション９０の概略平面図である。移行セクション９０が、移行セクション９０を湾曲セクション８０に結合するための第１のフランジ９２と、移行セクション９２をマイクロ波アプリケータ１８、１８’に結合するための第２のフランジ９４とを有する。

使用時、マイクロ波エネルギー印加装置１０が照射される物質（例えば、土壌）の近くに配置されるが、ホーン・アンテナ・デバイスに対してのマイクロ波エネルギー印加装置１０の利点として、２から３ｃｍの侵入深さを有し、長い距離にわたって有意な強度で放射しない、という利点がある。したがって、オペレータが、上述の種類の典型的な適用において１０ｃｍの範囲内で使用されるときに低速波構造２０に安全に接近することができ（可能性として、不注意に）、対して約１０ｃｍの侵入深さにおいて約２ｍの範囲で使用されるときに同等のホーン・アンテナ・デバイスに対しては一般に安全ではない状態で接近することになる。

また、マイクロ波エネルギー印加装置１０が最も一般的な気象条件で使用可能でなければならず、それでも湿潤土壌ではその侵入深さが低減されることになる。この効果は、いくつかの事例では、エネルギー出力を増大させることにより、補償され得る。

一般的な用途では、出力電力、及び処理される物質（例えば、土壌、カーゴなど）の上を通過する速度の適切な組み合わせが、ワン・パスで所望の効果を達成するように確立されることになると考えられる。任意選択で、処理される物質の温度が、その物質の上昇温度を監視することにより、監視され得る。次いで、所望の温度が達成されるまで、出力電力及び／又は速度を変化させるための根拠として、温度が使用され得る。これが、デジタル温度計（例えば、物質に接触しているか、又は物質によって放射される赤外線に対しての感度を有する）の出力を、マイクロ波エネルギー源１４に対して、及び／又はマイクロ波エネルギー印加装置１０及び物質の互いに対して移動するときの速度を制御する駆動装置に対して、結び付けることにより行われ得、その結果、フィードバックは、処理される物質内で所望の温度が迅速にもたらされることにつながる。

変形形態（図示せず）では、低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’が、使用中に低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’を土壌によるダメージから機械的に保護するために、セラミック、ガラス、又は他の材料によって覆われる。加えて、このようなカバーは、土壌に対しての、低速波マイクロ波アプリケータ１８、１８’のより良好なインピーダンス整合を実現することができる。

本発明の別の実施例によると、図２３において１００で概略的に示される（しかし、簡潔さのため、その発電機及びマイクロ波エネルギー源が省略される）、マイクロ波エネルギー印加装置が提供される。マイクロ波エネルギー印加装置１００が、ほとんどの点に関して、図１のマイクロ波エネルギー印加装置１０に等しく、やはり雑草などを除去することを主として意図される。しかし、これはまた、その中でのマイクロ波エネルギー印加装置１０及びその変形形態の配備の多様な方式において採用され得る。

したがって、マイクロ波エネルギー印加装置１００が、マイクロ波導波管１１６及びマイクロ波アプリケータ１１８を有する。マイクロ波アプリケータ１１８が、アプリケータ・ハウジング１５２と、角度付き移行マイクロ波導管１５４とを有し、角度付き移行マイクロ波導管１５４が、マイクロ波アプリケータ１１８をマイクロ波導波管１１６に取り付けるためのフランジ１５６を装備する。しかし、この実施例では、マイクロ波アプリケータ１１８が、アルミナ・ベースのセラミック・ブロック１２０を備える誘電共振器を有する（９の誘電率、及び０．０００６の損失正接）。このセラミック又は他のセラミックの代わりに、ガラス（例えば、溶融石英ガラス）、Ｔｅｆｌｏｎ（商標）、又はマイカなどの他の材料が、適切な誘電共振器として機能することができることを前提として、別法として採用されてもよい。実際には、正接損失をアルミナ（ポリエチレン、ポリプロピレン、ＣＰＥ、ポリスチレン、窒化ホウ素、サファイア、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、及び架橋ポリスチレン）の正接損失以下の誘電体材料が適すると考えられる。

また、材料は、好適には、（このような用途を意図される場合）場の中での周りとの衝突に耐えることなどを目的とする、十分な物理的弾力性を有するべきである。

示されるように、低速波マイクロ波アプリケータ１８を備える実施例と同様に、この実施例が実質的に平坦な面からマイクロ波エネルギーを放射する。見られ得るように、導波管１１６が、誘電共振器からマイクロ波エネルギーが放射されるときの方向に対して実質的に垂直な角度で誘電共振器の中へマイクロ波エネルギーを誘導する。

図２４Ａから２４Ｃが、図２３のマイクロ波エネルギー印加装置１００のセラミック・ブロック１２０の、それぞれ、立面図、平面図、及び等角図である。セラミック・ブロック１２０が、図１の装置１０のアプリケータ・ハウジング５２によって収容され得るように、サイズ決定されるが、これは便宜的なものであり、他の寸法も可能である。

マイクロ波アプリケータ１１８が、セラミック・ブロック１２０により、マイクロ波場をさらに提供し、マイクロ波場が、その下向きのマイクロ波エネルギー放射面１１９から離れる方向に指数関数的に減衰する。これが誘電共振器として機能することによって行われ、ここでは、一過性のマイクロ波場が内部反射するマイクロ波場によって作られ、したがって漏れ全内部反射マイクロ波アプリケータとして説明され得る。

一過性の場がアプリケータの長さ及び幅の大部分にわたって延在し、アプリケータ表面つまりマイクロ波エネルギー放射面１１９の下方に指数関数的に減衰する。これが土壌の中に入るマイクロ波加熱の深さを最小にし、それにより、この実施例では雑草を加熱して除去するための所要エネルギーを低減する。これが処理効率を最大にする。

理論によって拘束されるわけではないが、最も良好に理解される、誘電体材料に基づく実施例の動作が以下の通りである。図２５を参照すると、電気密度の高い誘電体材料に沿って波が伝達され、その結果、場がそれより電気密度の低い材料を有するインターフェース上に入射する。場の一部分が反射され、場の一部分が伝達される。

この事例では、伝達される場が以下のように説明され得る。

第２の媒質では、

ここでは、

及び

ここでは、ｎ_１及びｎ_２が２つの媒質の屈折率である。

ｎ_１＞＞ｎ_２である事例では、伝達される波が存在しないことが可能である

臨界入射角（θ_ｃ）が以下の場合に現れる。

空気とアルミナ誘電ブロックとの間のインターフェースの事例では、誘電率ｎ_２が約９．８である。空気の誘電率ｎ_１が１．０である。したがって、
。
したがって、マイクロ波場が１８．６°より大きい入射角で媒質（セラミック・ブロックなど）に沿って移動する場合、場の全体の内部反射が存在することになり、セラミック・ブロックが場のための誘電共振器として機能することになる。

ｓｉｎ θ_ｔ＞１．０も可能であり、この事例では式（Ｂ３）が以下のようになる。

式（Ｂ１）に代入すると、

これが以下のように整理され得る。

この式は、ｚ方向に指数関数的に減衰する場を説明しており、これが、波動方程式

に従って、ｘ方向においてインターフェース表面に沿って伝播する。

この事例では、

ここでは、ωが波の角周波数（ｓ^−１）であり、ｃが光の速度（ｍｓ^−１）である。

式（Ｂ４）及び（Ｂ９）を使用して、式（Ｂ８が）以下のように書き直され得る。

ここでは、

非磁性材料では、材料の屈折率が以下の通りである。

誘電共振器の事例では、セラミック・ブロックの内部に発生する定在波が存在することになる。したがって、場が以下のように説明され得る。

ここでは、ｌ、ｍ、及びｎが整数であり、ａ、ｂ、及びｃが、セラミック共振器の横方向、垂直方向、及び長さ寸法における、誘電ブロックの寸法（ｍ）である。

上述した実施例のアルミナ・ベースのセラミック・ブロックが、к＝９．８、ａ＝１４０ｍｍ、ｂ＝１３ｍｍ、及びｃ＝３５５ｍｍを有し、その共振中に複数の場モードを維持するのに電気的に十分に大きい。例えば、図２６が、ＴＥ_３０８（ｌ＝３、ｍ＝０、及びｎ＝８）モードと、ＴＥ_１０８（ｌ＝１、ｍ＝０、及びｎ＝６）モードとの組み合わせにおける、左側から右側へ（図２３の図中で）マイクロ波エネルギーがブロックの中に供給されるときのセラミック・ブロック１２０内の電場分布のための等高線図である。これが、好都合には、プライウッドを加熱するのにアプリケータが使用される場合の観察される温度分布と比較されるが、プライウッドの実験では、マイクロ波場が右側から左側へとセラミック・ブロック１２の中に供給されたこと、及び高い可能性として２つ以上のモードを同時に維持することに留意されたい。

図２５のインターフェースの反射係数が以下の通りである。

結果として以下のようになる。

非磁性の不導体

を考慮すると、以下のようになる

ｎ_１及びｎ_２の相対値に応じて、反射波の符号が正又は負となり得る。符号の変化が、入射波と反射波との間のπの相変化に対応する。伝達される波は入射波と常に同相である。
スネルの法則

から、式（Ｂ１４）が以下のように書き直され得る。

ｎ_１＝ｎ_２の場合にのみ式（Ｂ１３）の分子がゼロになることが可能であるが、ｔａｎ（θ_ｌ＋θ_τ）＝∞である場合も式がゼロとみなされ得、これが

のときに起きる。この条件により、材料インターフェースに跨って入射偏向波が全透過することになり、入射角はブルースター角（θ_Ｂ）と称される。ブルースター角は

を使用して決定され得る。

空気とアルミナ誘電ブロックとの間のインターフェースの事例では、誘電率ｎ_２が約９．８である。空気の誘電率ｎ_１が１．０である。したがって、
。
したがって、セラミック・ブロック１２０の入射面１２２内の７２°の斜角が、アプリケータの中への最適なエネルギー伝達を実現する。

実例
図２３の実施例のマイクロ波アプリケータ１１８に従って構成されるマイクロ波アプリケータのマイクロ波加熱効果を試験するために熱画像が得られた。最初に、マイクロ波アプリケータ１１８が、その通常のマイクロ波場分布を決定するために、一片のプライウッドの上方３０ｍｍのところに配置された。図２７が、マイクロ波アプリケータ１１８を使用して加熱されたときのプライウッドの熱画像である。熱画像の輪郭分析により加熱パターンがより明瞭に分かる。図２８が、図２７の熱画像の熱輪郭マップである。この実験はアプリケータの最も起こり得る振る舞いを表している。その理由は、プライウッドが乾燥しており、滑らかな表面を有していたからである。

マイクロ波アプリケータ１１８が地面の上の空中で停止する場合、加熱パターンが図２７に示される加熱パターンにある程度類似することが分かった。このシナリオを調べるために行われた実験では、ライグラスのプランタ・トレーが試験として使用され、アプリケータがトレー内の土壌の表面の上方約３０ｍｍのところに配置された。図２９が、マイクロ波アプリケータ１１８を使用して加熱されたときの土壌の得られた加熱パターンの熱画像であり、加熱パターンが、熱画像（図２９）及び対応する熱輪郭分析（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｔｏｕｒ ａｎａｌｙｓｉｓ）（図３０を参照）の両方で示されるように、比較的一様である。

マイクロ波アプリケータ１１８が地面の表面の上に配置されるとき（雑草を処理することなどを目的として）、一時的な場が吸収され、その結果、加熱パターンが修正される。この試験の結果が、図３１の得られた加熱パターンの熱画像及び対応する熱輪郭分析（図３２を参照）に示されている。

すべての事例において、土壌温度が５０〜６５℃に達した。これは土壌の表面層の中のプラント及び一部のシードを除去するのに十分である。マイクロ波エネルギーと、加熱された土壌及び雑草からの吸収エネルギーとの組み合わせが、セラミック・ブロック１２０もわずかに加熱する。約４０分の動作後のセラミック・ブロック１２０（図３３）の得られた加熱パターンの熱画像と、対応する熱輪郭分析（図３４）を参照されたい。これがさらに、土壌に対してのわずかな赤外線加熱に寄与し、これが雑草除去などを補助する。

図３５に示されるような、実施例では、マイクロ波エネルギー印加装置１０が、マイクロ波アプリケータ１８又は１１８（例えば、低速波マイクロ波アプリケータ１８、又は誘電共振器１１８）から放射されるマイクロ波放射を反射することなどを目的として位置決めされるリフレクタ６１を有する。この図は低速波マイクロ波アプリケータ１８を有するマイクロ波エネルギー印加装置１０を示す。リフレクタ６１がマイクロ波アプリケータ１８の放射開口部の反対側に位置し、照射されている領域を通って移動することなどを目的として構成される（例えば、土壌を通る）。リフレクタ６１とマイクロ波アプリケータ１８との間の間隔が、必要な深さ（例えば、土壌）の照射を可能にするのに十分である。

９２２ＭＨｚの周波数の実施例の実例では、マイクロ波エネルギーが土壌の深いところまで侵入し（最大１２０ｍｍ）、ここでは土壌の頂部３０ｍｍが印加エネルギーの約４３〜５２％を吸収する。リフレクタ６１が吸収されなかったエネルギーを反射するように機能し、ここでは土壌が反射エネルギーの一部を吸収する。したがって、リフレクタ６１が、有利には、土壌によるマイクロ波エネルギー吸収の効率を向上させることができる。

上述の実施例では、マイクロ波エネルギー印加装置１０が、一般的には、例えば車両などの可動プラットフォーム上に設置されるポータブルとして説明される。他の用途では、別の可動プラットフォームが、移動可能な台又は台車などに適し得る。他の用途では、処理される物質が、コンベア・ベルト上などで、マイクロ波エネルギー印加装置１０を通過するように移動させられ得る。

本発明の範囲から逸脱することなく多くの修正形態が作られ得ることが当業者には理解されよう。例えば、本明細書で説明される実施例に対しての変形形態で、マイクロ波アプリケータが、金属片、チェーン、又はワイヤブラシ（或いは、他の材料）、金属繊維を含む織物による、カーテンによって囲まれ、それによりマイクロ波の漏出を低減する。

以下の特許請求の範囲、及び上記の本発明の説明では、文脈が他の形で言葉又は必要な意味合いを表現するのを必要とする場合を除いて、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」という単語、又は「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などの語尾変化が包括的な意味で使用され、つまり、言及した特徴の存在を明記することを目的としており、本発明の種々の実施例において別の特徴の存在又は追加を排除することを目的としていない。

本明細書において任意の従来技術を参照することは、その従来技術が任意の国での共通する一般的な知識の一部を形成するものである、ということを認めるものではなく、またそれをいかなる形でも提案するものとである解釈されるべきではない、ことを理解されたい。

Claims (20)

1. 物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置であって、
   マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、
   照射される前記物質の方にマイクロ波エネルギーを誘導するための誘電共振器を備えるマイクロ波エネルギー放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、
   処理される物質に印加するために、前記マイクロ波エネルギー源から前記マイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と
   を備える
   マイクロ波エネルギー印加装置。
2. 前記誘導共振器が、セラミック、ガラス、又はＴｅｆｌｏｎを含む、請求項１に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
3. 物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置であって、前記マイクロ波エネルギー印加装置が、
   マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、
   マイクロ波エネルギーの伝播方向を横切って平行に配置される溝を有する低速波マイクロ波アプリケータを備えるマイクロ波エネルギー放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、
   処理される物質に印加するために、前記マイクロ波エネルギー源から前記マイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と
   を備える、マイクロ波エネルギー印加装置。
4. 前記溝が６ｍｍから２６ｍｍの間の深さを有する、請求項３に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
5. 前記溝が６ｍｍから１３ｍｍの間の深さを有する、請求項４に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
6. 前記溝が１３ｍｍから２６ｍｍの間の深さを有する、請求項４に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
7. 前記溝が前記マイクロ波エネルギーの伝播方向に対して垂直である、請求項３から６までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
8. 前記溝が相互に実質的に等距離に離間される、請求項３から７までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
9. 物質に対して照射を行うためのマイクロ波エネルギー印加装置であって、
   マイクロ波エネルギーを発生させるように構成される少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源と、
   マイクロ波エネルギーを放射するためのマイクロ波エネルギー放射面を有する少なくとも１つのマイクロ波アプリケータと、
   処理される物質に印加するために、前記マイクロ波エネルギー源から前記マイクロ波アプリケータにマイクロ波エネルギーを結合する導波管と
   を備え、
   前記導波管から前記マイクロ波アプリケータに前記マイクロ波エネルギーが入るときの方向に対して実質的に垂直な方向において前記マイクロ波エネルギーが前記マイクロ波アプリケータから放射される、
   マイクロ波エネルギー印加装置。
10. 前記マイクロ波エネルギー源が、約２．４５ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成される、請求項１から９までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
11. 前記マイクロ波エネルギー源が、約８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚの周波数を有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
12. 前記マイクロ波エネルギー源が約５．８ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波エネルギーを出力するように構成される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
13. 前記マイクロ波エネルギー放射面が平坦である、請求項１から１２までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
14. 前記マイクロ波エネルギー放射面から放射されるマイクロ波エネルギーを反射するように位置するリフレクタをさらに備え、その結果、前記物質が前記リフレクタと前記マイクロ波エネルギー放射面との間で移動する、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のマイクロ波エネルギー印加装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のマイクロ波エネルギー印加装置を備える、雑草、寄生生物、バクテリア、菌類、胞子、又はシードの除去デバイス。
16. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のマイクロ波エネルギー印加装置を備える、土壌殺菌デバイス、土壌コンディショニング・デバイス、又は土壌硝化デバイス。
17. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載の１つ又は複数のマイクロ波エネルギー印加装置を備える、乾燥デバイス。
18. マイクロ波エネルギー印加方法であって、
    少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源を用いてマイクロ波エネルギーを提供するステップと、
    少なくとも１つのマイクロ波アプリケータを用いて前記マイクロ波エネルギー源から前記マイクロ波エネルギーを受け取るステップと、
    前記マイクロ波アプリケータを用いて、処理される物質に前記マイクロ波エネルギーを印加するステップと
    を含み
    前記マイクロ波アプリケータが、誘電共振器、及び前記マイクロ波エネルギーの伝播方向を横切って平行に配置される溝を有する低速波マイクロ波アプリケータ、のうちの１つを備える
    マイクロ波エネルギー印加方法。
19. マイクロ波エネルギー印加方法であって、
    少なくとも１つのマイクロ波エネルギー源を用いてマイクロ波エネルギーを提供するステップと、
    少なくとも１つのマイクロ波アプリケータを用いて前記マイクロ波エネルギー源から前記マイクロ波エネルギーを受け取るステップと、
    前記マイクロ波アプリケータを用いて、処理される物質に前記マイクロ波エネルギーを印加するステップと
    を含み、
    前記導波管から前記マイクロ波アプリケータに前記マイクロ波エネルギーが入るときの方向に対して実質的に垂直な方向において前記マイクロ波エネルギーが前記マイクロ波アプリケータから放射される
    マイクロ波エネルギー印加方法。
20. 処理される前記物質が、雑草、寄生生物、バクテリア、菌類、胞子、シード、又は土壌を含む、請求項１８又は１９に記載の方法。