JPS6092A - 高周波加熱装置 - Google Patents
高周波加熱装置Info
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- JPS6092A JPS6092A JP10708483A JP10708483A JPS6092A JP S6092 A JPS6092 A JP S6092A JP 10708483 A JP10708483 A JP 10708483A JP 10708483 A JP10708483 A JP 10708483A JP S6092 A JPS6092 A JP S6092A
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- Japan
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- frequency
- antenna
- excited
- modes
- antennas
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- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は１．Ｓ、Ｍ（工業、科学、医事用）周波数帯の
１つである９１５ＭＨ２帯を発振周波数とする高周波発
生装置を用い、特に加熱室が波長（約３３０ａ ） の
２倍以内程度の民生用の高周波加熱装置にかかり、高周
波発生装置で発生した電波を加熱室へ導くアンテナの構
成の改善に関するものである。
１つである９１５ＭＨ２帯を発振周波数とする高周波発
生装置を用い、特に加熱室が波長（約３３０ａ ） の
２倍以内程度の民生用の高周波加熱装置にかかり、高周
波発生装置で発生した電波を加熱室へ導くアンテナの構
成の改善に関するものである。
従来例の構成とその問題点
近年トランジスタ技術の進歩に伴い、従来広く使用され
て来たマグネトロンに代り高周波発生装置をトランジス
タ等の固体能動素子で構成し、低電圧化、軽量小型化、
長寿命化をはかることが検討されている。しかしながら
トランジスタの能力は一般に使用周波数ｆの１乗から２
乗に比例して低下すると言われ、従来、民生用高周波加
熱装置に広く使われて来た周波数２４５０ＭＨ２で大出
力。
て来たマグネトロンに代り高周波発生装置をトランジス
タ等の固体能動素子で構成し、低電圧化、軽量小型化、
長寿命化をはかることが検討されている。しかしながら
トランジスタの能力は一般に使用周波数ｆの１乗から２
乗に比例して低下すると言われ、従来、民生用高周波加
熱装置に広く使われて来た周波数２４５０ＭＨ２で大出
力。
高効率のトランジスタを作ることは困難が太きい。
従ってトランジスタ化を図るには、もう１つの１、Ｓ、
Ｍ周波数帯である９１５ＭＨｚ帯という低い周波数を使
わざるを得ない。
Ｍ周波数帯である９１５ＭＨｚ帯という低い周波数を使
わざるを得ない。
しかし９１５ＭＨｚという周波数を使用すると、波長が
２４５０ＭＨｚの場合の約３倍になるということから２
４５０ＭＨｚと異なった問題が生じる。
２４５０ＭＨｚの場合の約３倍になるということから２
４５０ＭＨｚと異なった問題が生じる。
第１図はこの問題点を説明するだめのもので、今加熱室
２が直方体で各辺の長さをそれぞれＷ、Ｄ、Ｈとしたと
き、加熱室２の共振周波数ｆは、ｆ−（１／ｆｆ）ｘ
（ｍ／Ｗ）２＋（ｎ／Ｄ）２＋（ｓ扉・・・・・・・・
・式１ で表わされる。ここでε、μは加熱室２内の媒体の誘電
率と透磁率２ｍ、ｎ、Ｓ、は励振されるモードの次数を
示す正又は零の整数である。
２が直方体で各辺の長さをそれぞれＷ、Ｄ、Ｈとしたと
き、加熱室２の共振周波数ｆは、ｆ−（１／ｆｆ）ｘ
（ｍ／Ｗ）２＋（ｎ／Ｄ）２＋（ｓ扉・・・・・・・・
・式１ で表わされる。ここでε、μは加熱室２内の媒体の誘電
率と透磁率２ｍ、ｎ、Ｓ、は励振されるモードの次数を
示す正又は零の整数である。
今例えばＷ＝ ３６６”、 Ｄ ＝ ３６５ｍｍ、 Ｈ
： ２４０”という寸法の加熱室２の場合について考え
る。
： ２４０”という寸法の加熱室２の場合について考え
る。
２４５０ ＭＨＺを中心に±５％の同波数範囲内で共振
可能なモードの数は２７個あるのに対し、９１５Ｍ Ｈ
ｚ の場合、同じ±５％の範囲内で共振可能なモードは
、次数が（ｍ、ｎ、５）＝（２，０，１）、と（１，０
，２）の２つだけで、これらは一般にＴＥ 、ＴＥ２０
１ １０２ と呼ばれるモードである。従って同じ寸法の加熱室２で
あっても使用する周波数が２４６０Ｍ Ｈｚであれば、
非常に多くの共振モードがあるため、１つの励振アンテ
ナにより多数のモードが励振されるのに対し、９１５Ｍ
Ｈｚの場合、例えば第１図に示すように加熱室２の上面
の左半面の略中夫にプローブアンテナ３を突き出して励
振すれば、ＴＥ２ｏ１のみが強く励振される。
可能なモードの数は２７個あるのに対し、９１５Ｍ Ｈ
ｚ の場合、同じ±５％の範囲内で共振可能なモードは
、次数が（ｍ、ｎ、５）＝（２，０，１）、と（１，０
，２）の２つだけで、これらは一般にＴＥ 、ＴＥ２０
１ １０２ と呼ばれるモードである。従って同じ寸法の加熱室２で
あっても使用する周波数が２４６０Ｍ Ｈｚであれば、
非常に多くの共振モードがあるため、１つの励振アンテ
ナにより多数のモードが励振されるのに対し、９１５Ｍ
Ｈｚの場合、例えば第１図に示すように加熱室２の上面
の左半面の略中夫にプローブアンテナ３を突き出して励
振すれば、ＴＥ２ｏ１のみが強く励振される。
上述のように、９１５ＭＨｚ帯で共振周波数が極端に少
ないということは具体的には次のような問題を生じるこ
とになる。
ないということは具体的には次のような問題を生じるこ
とになる。
まず第１は加熱分布の問題である。すなわち先の例でＴ
Ｅ２ｏ１のみが励振された場合を考えると、その電界の
電力密度分布は第２図に実線で示すようになる。これは
被加熱物の無い場合の分布で、被加熱物のある場合の分
布はかなり異なったものになる場合が多いが、いずれに
せよ加熱分布はモードパターンに依存しており、励振さ
れるのが基本的にＴＥ２゜−モード−っであるため、加
熱分布が均一にならないという問題があった。
Ｅ２ｏ１のみが励振された場合を考えると、その電界の
電力密度分布は第２図に実線で示すようになる。これは
被加熱物の無い場合の分布で、被加熱物のある場合の分
布はかなり異なったものになる場合が多いが、いずれに
せよ加熱分布はモードパターンに依存しており、励振さ
れるのが基本的にＴＥ２゜−モード−っであるため、加
熱分布が均一にならないという問題があった。
第２は複数の高周波発生装置による電波出力の合成の問
題である。すなわち、高周波発生装置１台の出力で希望
する加熱出力の得られない場合、２つ以上の高周波発生
装置の出力をそれぞれ対応する別々のアンテナで加熱室
へ給電し、合成し、２倍、３倍の出力を得るという手段
は、従来２４５０ＭＨｚ 帯で高周波発生装置としてマ
グネトロンを使用した場合、ごく一般的に利用されて来
た技術である。トランジスタにより構成された高周波発
生装置の場合、トランジスタの大電力化がマグネトロン
以上眞困難であるところから、上記のような電力合成は
より必要となるところである。
題である。すなわち、高周波発生装置１台の出力で希望
する加熱出力の得られない場合、２つ以上の高周波発生
装置の出力をそれぞれ対応する別々のアンテナで加熱室
へ給電し、合成し、２倍、３倍の出力を得るという手段
は、従来２４５０ＭＨｚ 帯で高周波発生装置としてマ
グネトロンを使用した場合、ごく一般的に利用されて来
た技術である。トランジスタにより構成された高周波発
生装置の場合、トランジスタの大電力化がマグネトロン
以上眞困難であるところから、上記のような電力合成は
より必要となるところである。
しかし従来このような手段が特別な配慮なしに成立した
のは、２４５０ Ｍ Ｈｚの場合、複数のアンテナで励
振しても、各々のアンテナで励振されるモード数が非常
に多いので、結果的に各々のアンテナで励振されるモー
ド間で特定の干渉条件が成立しないことが大きな理由で
ある。すなわち複数の発振源とアンテナで励振しても、
互いに独立した給電系と考えられる状態になるのである
。
のは、２４５０ Ｍ Ｈｚの場合、複数のアンテナで励
振しても、各々のアンテナで励振されるモード数が非常
に多いので、結果的に各々のアンテナで励振されるモー
ド間で特定の干渉条件が成立しないことが大きな理由で
ある。すなわち複数の発振源とアンテナで励振しても、
互いに独立した給電系と考えられる状態になるのである
。
これに対し、９１５ＭＨ２帯の周波数の場合励振される
モード数が極端に少ないということが本質的な差となっ
て表われる。例えば、２つの高周波発生装置とそれに対
応する２つのアンテナで第３図ａ、ｂに示す構成を考え
る。この構成によれば、アンテナ３ａ、３ｂがそれぞれ
ＴＥ２゜１モードの２つの電界最大点に位置しているの
で、ＴＥ２ｏ１が効率よく励振されるかに思われる。し
かしアンテナ３ａ、３ｂを含む断面での電界強度分布は
電界の方向も含めて示すと第３図すで示されるものにな
るから、ＴＥ２゜１が効率よく励振されるには、アンテ
ナ３ａ、３ｂに流れる励振電流の位相差が励振点で常に
１８００になっている必要のあることがわかる。それに
はまず２つの高周波発生装置の発振位相が相互に固定さ
れていることが必要で、さらにその上で両者の位相差を
適当に設定しなければならない。従って従来の２４５０
ＭＨｚ帯でのマグネトロンの場合のような電力合成の手
段を取ることはできない。
モード数が極端に少ないということが本質的な差となっ
て表われる。例えば、２つの高周波発生装置とそれに対
応する２つのアンテナで第３図ａ、ｂに示す構成を考え
る。この構成によれば、アンテナ３ａ、３ｂがそれぞれ
ＴＥ２゜１モードの２つの電界最大点に位置しているの
で、ＴＥ２ｏ１が効率よく励振されるかに思われる。し
かしアンテナ３ａ、３ｂを含む断面での電界強度分布は
電界の方向も含めて示すと第３図すで示されるものにな
るから、ＴＥ２゜１が効率よく励振されるには、アンテ
ナ３ａ、３ｂに流れる励振電流の位相差が励振点で常に
１８００になっている必要のあることがわかる。それに
はまず２つの高周波発生装置の発振位相が相互に固定さ
れていることが必要で、さらにその上で両者の位相差を
適当に設定しなければならない。従って従来の２４５０
ＭＨｚ帯でのマグネトロンの場合のような電力合成の手
段を取ることはできない。
以上説明のとおり、９１５ＭＨｚ帯を使用した高周波加
熱装置の場合、加熱室で励振されるモードが極端に少な
いために、加熱むらが生じたり、あるいは複数の高周波
発生装置の電力の合成が困難になるといった問題があっ
た。
熱装置の場合、加熱室で励振されるモードが極端に少な
いために、加熱むらが生じたり、あるいは複数の高周波
発生装置の電力の合成が困難になるといった問題があっ
た。
発明の目的
本発明はかかる従来の問題点を解消するもので、９１５
ＭＨ２帯を使用した高周波加熱装置での、加熱むらの解
消とさらには複数の高周波発生器による簡便な電力合成
手段を提供することを目前としたものである。
ＭＨ２帯を使用した高周波加熱装置での、加熱むらの解
消とさらには複数の高周波発生器による簡便な電力合成
手段を提供することを目前としたものである。
発明の構成
上記目的を達成するため、本発明は高周波発生装置で発
生した高周波を加熱室へ導くアンテナを２つ以上設け、
それぞれが異なるモードを励振する構成になっている。
生した高周波を加熱室へ導くアンテナを２つ以上設け、
それぞれが異なるモードを励振する構成になっている。
そして、異なるモードが励振される結果、それぞれのモ
ードの電界分布が重畳されて加熱分布が均一化される。
ードの電界分布が重畳されて加熱分布が均一化される。
上記構成に加えさらに個々のアンテナをそれぞれ別々の
高周波発生装置で給電する構成とすれば、それぞれのア
ンテナの励振するモードが異なっているだめ、互いに独
立して作用し、従って相互の発振位相差等にかかわらず
、個々の電力が合成されることになる。
高周波発生装置で給電する構成とすれば、それぞれのア
ンテナの励振するモードが異なっているだめ、互いに独
立して作用し、従って相互の発振位相差等にかかわらず
、個々の電力が合成されることになる。
実施例の説明
以下本発明の一実施例を第４図ａ、ｂ、ａを用いて説明
する。第４図は加熱室２内の電磁界分布と２つのアンテ
ナ３ａ、３ｂの位置を示している。
する。第４図は加熱室２内の電磁界分布と２つのアンテ
ナ３ａ、３ｂの位置を示している。
平面図における破線は磁力線の基本的な方向を示してお
り、各断面図における実線は電界強度分布をその極性も
含めて示している。本実施例の場合、加熱室２はＷ：Ｄ
、＝３６５”、Ｈ＝２４０” という従来例と同様の寸
法でＴＥ ＴＥ という２２０１１ １０２ つのモードが励振可能である。これに対し電波給電は２
つの励振用アンテナ３ａ、３ｂを２つのモードＴＥ Ｔ
Ｅ の電界最大点近傍に設けてお２０１’ １０２ す、アンテナ３ａばＴＥ２゜１を、アンテナ３ｂはＴＥ
をそれぞれ励振する構成になっている。
り、各断面図における実線は電界強度分布をその極性も
含めて示している。本実施例の場合、加熱室２はＷ：Ｄ
、＝３６５”、Ｈ＝２４０” という従来例と同様の寸
法でＴＥ ＴＥ という２２０１１ １０２ つのモードが励振可能である。これに対し電波給電は２
つの励振用アンテナ３ａ、３ｂを２つのモードＴＥ Ｔ
Ｅ の電界最大点近傍に設けてお２０１’ １０２ す、アンテナ３ａばＴＥ２゜１を、アンテナ３ｂはＴＥ
をそれぞれ励振する構成になっている。
０２
ＴＥ２ｏ１．ＴＥ１ｏ２モードの電界の電力密度分布は
第２図にそれぞれ実線及び破線で示されるようなもので
ある。この分布図かられかるように、ＴＥ２ｏ１モード
のみ一つ励振するのに対し、本実施例のように２つのア
ンテナでＴＥ とＴＥｌ。２０１ の両モードを励振すれば、両モードの加熱パターンが重
畳されるので加熱分布は大巾に改善される。
第２図にそれぞれ実線及び破線で示されるようなもので
ある。この分布図かられかるように、ＴＥ２ｏ１モード
のみ一つ励振するのに対し、本実施例のように２つのア
ンテナでＴＥ とＴＥｌ。２０１ の両モードを励振すれば、両モードの加熱パターンが重
畳されるので加熱分布は大巾に改善される。
ここで注意すべきことは、各断面図から理解できるよう
にアンテナ３ｂはＴＥ モードの電界０１ 零の位置にあり、アンテナ３ａはＴＥｌ。２モードの電
界零の位置にあるため、アンテナ３ａ、３ｂがそれぞれ
ＴＥ ＴＥ を励振することはなく、１０２グ ２０１ 従って基本的に両モードは互いに独立に励振される。従
ってアンテナ３ａ、３ｂへの高周波電力については一つ
の高周波発生装置の電力を２つに分割して供給しても良
いのは当然として、各々別々の高周波発生装置を２つ使
って給電しても良い。後者の場合は、２つの高周波発生
装置の電力が合成されるので、大電力化が困難なトラン
ジスタを利用した高周波発生装置を用いた場合等の大電
力化に有効な手段となる。
にアンテナ３ｂはＴＥ モードの電界０１ 零の位置にあり、アンテナ３ａはＴＥｌ。２モードの電
界零の位置にあるため、アンテナ３ａ、３ｂがそれぞれ
ＴＥ ＴＥ を励振することはなく、１０２グ ２０１ 従って基本的に両モードは互いに独立に励振される。従
ってアンテナ３ａ、３ｂへの高周波電力については一つ
の高周波発生装置の電力を２つに分割して供給しても良
いのは当然として、各々別々の高周波発生装置を２つ使
って給電しても良い。後者の場合は、２つの高周波発生
装置の電力が合成されるので、大電力化が困難なトラン
ジスタを利用した高周波発生装置を用いた場合等の大電
力化に有効な手段となる。
父上記の実施例ではＴＥ ＴＥ という２２０１１ １
０２ つのモードを同時にかつ独立に励振する場合のものであ
るが、当然性の加熱室寸法で他の励振モードの場合にも
同様の構成が可能で、例えばＴＥ４゜１とＴＥ という
２つのモードの組み合せが考え０４ られる。さらに３つ以上のアンテナによる励振も可能で
、上記の実施例から最もわかり易い例としてはＷ＝Ｄ＝
Ｈ＝３６ｓ”とすればＴＥｌ。２．ＴＥ２゜１゜ＴＥ
ＴＥ ＴＥ ＴＥ という独立 １２０’ ２１０＋ ０１２１ ０２１した６つのモー
ドが励振可能で、加熱室側面も含めて最大６コのアンテ
ナで励振可能である。
０２ つのモードを同時にかつ独立に励振する場合のものであ
るが、当然性の加熱室寸法で他の励振モードの場合にも
同様の構成が可能で、例えばＴＥ４゜１とＴＥ という
２つのモードの組み合せが考え０４ られる。さらに３つ以上のアンテナによる励振も可能で
、上記の実施例から最もわかり易い例としてはＷ＝Ｄ＝
Ｈ＝３６ｓ”とすればＴＥｌ。２．ＴＥ２゜１゜ＴＥ
ＴＥ ＴＥ ＴＥ という独立 １２０’ ２１０＋ ０１２１ ０２１した６つのモー
ドが励振可能で、加熱室側面も含めて最大６コのアンテ
ナで励振可能である。
又上述の例では１つのアンテナにそれぞれ対応する１つ
の給電点を有する場合の実施例についてのみ述べだが、
例えば、給電点は１つで、電波放射体となる複数のアン
テナ素子を連結した多素子のアンテナを使用し、個々の
アンテナ素子により異なるモードを励振させるという構
成も可能であることは言うまでもない。
の給電点を有する場合の実施例についてのみ述べだが、
例えば、給電点は１つで、電波放射体となる複数のアン
テナ素子を連結した多素子のアンテナを使用し、個々の
アンテナ素子により異なるモードを励振させるという構
成も可能であることは言うまでもない。
発明の詳細
な説明のとおり、２つ以上のアンテナで相異なるモード
を励振するという本発明の手段によれば、一つのアンテ
ナで励振すると、加熱分布が励振される数少ないモード
パターンで決まるだめ、加熱分布が不均一となるという
従来の問題を大巾に改善できる他、各々のアンテナにそ
れぞれ別々の高周波発生装置で給電しても相互の干渉が
少なく、従って出力も各々の高周波発生装置の和となり
、簡単に高周波加熱装置の大電力化をはかることができ
る。
を励振するという本発明の手段によれば、一つのアンテ
ナで励振すると、加熱分布が励振される数少ないモード
パターンで決まるだめ、加熱分布が不均一となるという
従来の問題を大巾に改善できる他、各々のアンテナにそ
れぞれ別々の高周波発生装置で給電しても相互の干渉が
少なく、従って出力も各々の高周波発生装置の和となり
、簡単に高周波加熱装置の大電力化をはかることができ
る。
又たとえ一つの高周波発生装置の出力を分配して給電し
た場合も、アンテナ相互の励振位相を調整する必要がな
く、簡便な構成が可能となる。
た場合も、アンテナ相互の励振位相を調整する必要がな
く、簡便な構成が可能となる。
父上記の説明において使用周波数帯として、１、Ｓ、Ｍ
周波数帯の１つである９１５ＭＨｚ帯を考えたが、この
周波数帯は各国の電波利用状況により法律的に割当てら
れたもので、一般にその帯域中として９１６Ｊ＝１３
ＭＨｚを採用している場合が多い。
周波数帯の１つである９１５ＭＨｚ帯を考えたが、この
周波数帯は各国の電波利用状況により法律的に割当てら
れたもので、一般にその帯域中として９１６Ｊ＝１３
ＭＨｚを採用している場合が多い。
本発明において、９１６ＭＨｚ帯と特に指定しているの
は、こうした法律上の背景によるもので、純技術的には
９１５ＭＨｚの１．Ｓ、Ｍ周波数帯から離れだ９１５丑
１００ Ｍ Ｈｚ程度の範囲まで本発明の構成は適用で
きる。従って一部これ（９１５ＭＨｚ ）と多少異なる
周波数帯域を採用している国もあるが、こうした周波数
帯でも全く同様に本Ｍ−ｔｐｆ３が成り立つことは言う
までもない。
は、こうした法律上の背景によるもので、純技術的には
９１５ＭＨｚの１．Ｓ、Ｍ周波数帯から離れだ９１５丑
１００ Ｍ Ｈｚ程度の範囲まで本発明の構成は適用で
きる。従って一部これ（９１５ＭＨｚ ）と多少異なる
周波数帯域を採用している国もあるが、こうした周波数
帯でも全く同様に本Ｍ−ｔｐｆ３が成り立つことは言う
までもない。
第１図は従来の高周波加熱装置の構成図、第２図は本発
明の一実施例の高周波加熱装置を説明するだめの加熱室
内の電界の電力密度分布図、第３図ａは従来の２アンテ
ナ励振手段を示すだめの電磁界分布図、第３図すは第３
図ａのＡ−８線断面図、第４図ａは本発明の高周波加熱
装置の電磁界分布図、第４図すは第４図ａのＢ−Ｂ’線
断面図、第４図Ｃは第４図ａのＡ、Ａ４線断面図である
。 １・・・・高周波発生装置、２−・・・加熱室、３・・
アンテナ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 １ 第３図 α
明の一実施例の高周波加熱装置を説明するだめの加熱室
内の電界の電力密度分布図、第３図ａは従来の２アンテ
ナ励振手段を示すだめの電磁界分布図、第３図すは第３
図ａのＡ−８線断面図、第４図ａは本発明の高周波加熱
装置の電磁界分布図、第４図すは第４図ａのＢ−Ｂ’線
断面図、第４図Ｃは第４図ａのＡ、Ａ４線断面図である
。 １・・・・高周波発生装置、２−・・・加熱室、３・・
アンテナ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 １ 第３図 α
Claims (2)
- （１）高周波発生装置と、被加熱物を収納する加熱室と
を備え、前記高周波発生装置で発生した高周波を少くと
も２つのアンテナで前記加熱室へ放射し、それぞれのア
ンテナで異なるモードを励振させた高周波加熱装置。 - （２）各々のアンテナに給電する少くとも２つの高周波
発生装置を備えだ特許請求の範囲第１項記載の高周波加
熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10708483A JPS6092A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 高周波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10708483A JPS6092A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 高周波加熱装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6092A true JPS6092A (ja) | 1985-01-05 |
Family
ID=14450067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10708483A Pending JPS6092A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 高周波加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6092A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4662301A (en) * | 1985-10-28 | 1987-05-05 | Wolfe Henry S | Floating platform for decorative articles |
-
1983
- 1983-06-15 JP JP10708483A patent/JPS6092A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4662301A (en) * | 1985-10-28 | 1987-05-05 | Wolfe Henry S | Floating platform for decorative articles |
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