JPH04262601A - マイクロ波継手装置 - Google Patents

マイクロ波継手装置

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JPH04262601A
JPH04262601A JP3274434A JP27443491A JPH04262601A JP H04262601 A JPH04262601 A JP H04262601A JP 3274434 A JP3274434 A JP 3274434A JP 27443491 A JP27443491 A JP 27443491A JP H04262601 A JPH04262601 A JP H04262601A
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JP
Japan
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holes
waveguide
mode
waveguide means
coupling device
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JP3274434A
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English (en)
Inventor
Charles P Moeller
チャールス・ポーター・モーラー
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General Atomics Corp
Original Assignee
General Atomics Corp
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Filing date
Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/181—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides
    • H01P5/182—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides the waveguides being arranged in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

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  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波導波管に関
し、より詳細には、オーバーヒート、著しいモード変換
もしくは過度の周波数感度なしに高周波高電力マイクロ
波パワーを伝搬可能な導波管のカプリング窓に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波パワー装置の導波管窓は、一
般に１つの導波管から次の導波管への電力の通過を可能
とするが、２つの導波管間の物理的バリヤとなる。この
２つの導波管は、異なるガスを含むこともあれば、異な
る圧力レベルを有することもあり、また、一方もしくは
双方の導波管が排気されることもある。例えば、ジャイ
ロトロン等の高電力マイクロ波真空装置では、電力は、
一般に、装置の排気された室もしくは導波管と２つの媒
体間で気密封止を行う１以上の導波管窓を介したガス状
環境を有する導波管との間で搬送される。また、ＨＥ１
，１モードのマイクロ波電力がプラズマに追加される核
融合原子炉では、係るバリヤが原子炉の近傍にあってプ
ラズマの構成要素を封じこめることが望ましい。
【０００３】従来技術の窓は、導波管内に固着された誘
電体ディスクから成っても良い。低周波及び低電力では
、固有の誘電損による熱を該ディスクの縁部を冷却する
ことで散逸することが可能である。しかしながら、所定
の材料、周波数及び温度上昇では、窓のサイズに関係な
く許容電力の絶対限界がある。この限界は、周波数が増
加すると急速に低下する。追加された熱が充分に散逸さ
れない場合には、窓がオーバーヒートして作用しなくな
ることがある。
【０００４】別の公知の窓は、一対のディスクを有し、
該ディスク間に誘電液体が流れて冷却を行っている。高
周波数もしくは高電力になると冷却液の流量を増加しな
ければならず、これにより圧力が上昇し、以て、該圧力
に耐える厚いディスクが必要となる。窓の厚さが増加す
れば、合計散逸量が更に増加する。ディスクが数波長の
厚さであれば、特にマイクロ波管に使用された場合には
、ディスクの周波数感度は非常に高くなり、また、ディ
スク材料の誘電率の変化にも敏感になる。更に、厚いデ
ィスクを介しての熱の伝送が悪くなる
【０００５】１９
５４年５月に発行されたベルシステムテクノロジージャ
ーナル（ＢＥＬＬＳＹＳＴＥＭ　　ＴＥＣＨ．Ｊ．）の
６６１ページから７１９ページに掲載されたエス・イー
・ミラー（Ｓ．Ｅ．ＭＩＬＬＥＲ）の結合導波管理論と
応用（ＣＯＵＰＬＥＤ　　ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ　　Ｔ
ＨＥＯＲＹ　　ＡＮＤ　　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ）中
に述べられている如く、共通壁の複数の孔を同等の位相
速度を有する導波管の間でマイクロ波電力を伝送するの
に使用することが可能である。各カップリングホールを
介しての電力を小さくすることが可能なため、誘電プラ
グを使用して各ホールおシールする場合には、プラグの
縁部を冷却することが出来、該複数のホールを介してメ
ガワット範囲の高電力を伝送することが可能となる。し
かしながら、本書にて問題とする周波数及び電力では、
導波管は、損が許容出来る程低くなるようにオーバーモ
ードされなければならない。即ち、導波管内において多
くのモードが伝搬可能であり、且つ、導波管の間での電
力搬送を概ね効果的に行うには高度の対称配置が必要と
なる。
【０００６】複数の比較的小さな孔を使用する継手装置
がシー・ピー・モウラー（Ｃ．Ｐ．ＭＯＥＬＬＥＲ）の
米国特許第４，５２３，１２７号に開示されている。こ
の記載された装置は、同軸状に装着された第２の円筒状
導波管を有する第１の円筒状導波管から成り、内側円筒
状導波管と外側同軸状導波管を形成する。内側導波管は
、その表面周辺に内側（円筒状）導波管と外側（同軸状
）導波管の間でマイクロ波電力を結合する複数の孔を有
する。この装置は、必要な方位対称性を有するものの、
断面のタイプが（円筒状と同軸状の）異なる２つの導波
管を使用するため、孔が２つの導波管を異なって摂動す
る傾向にあって、実際問題として位相速度のマッチング
が困難になる。また、この配置に適した低損失モードの
み、即ち、円形ＴＥｏ，ｎモードが電力をプラズマ内に
投入する前に更にＨＥ１，１モードへ変換される必要が
ある。
【０００７】プラズマに高電力マイクロ波を照射するこ
とで電力をプラズマに追加することがしばしば望まれる
。ＨＥ１，１モードは、低損失と高周波数の高電力マイ
クロ波をプラズマに投入するのに理想的な照射パターン
を有している。円形導波管内で伝搬されるには、ＨＥ１
，１モードは、導波管の内側面周辺でコルゲーションが
必要となる。しかしながら、これらのコルゲーションは
、２つの導波管の間に孔が導入されると結合をもたらす
壁電流に干渉する。１９８７年発行の赤外線及びミリメ
ータ波国際ジャーナル（ＩＮＴ．ＪＯＵＲＮＡＬ　　Ｏ
Ｆ　　ＩＮＦＲＡＲＥＤ　　ＡＮＤ　　ＭＩＬＬＩＭＥ
ＴＥＲＳ　　ＷＡＶＥＳ）第８巻の１３ページにジェイ
・エル・ドーン（Ｊ．Ｌ．ＤＯＡＮＥ）が開示した如く
、ＨＥ１，１モード波は、２つの対向するコルゲート面
と２つの平滑面から成る矩形導波管においては低損失で
伝送可能である。しかしながら、位相速度結合を使用す
る導波管の間でＨＥ１，１モードマイクロ波を効果的に
結合するカップリング窓は公知ではない。
【０００８】
【発明の解決使用とする課題】モード変換を回避し且つ
２つの結合された導波管において略同一の位相速度を示
す一対の導波管の間で高電力レベルでＨＥ１，１モード
を結合する導波管継手装置の必要性が存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ドーン（ＤＯ
ＡＮＥ）の記載した類の導波管を適合させてＨＥ１，１
モードで動作する導波管の間で結合を可能とする方法で
小さなホール結合を利用する方法の発見に基づく。本発
明の継手装置は、各々距離ａだけ隔置された一対の対向
する平滑面と距離ｂだけ隔置された一対の対向するコル
ゲート面とを有する一対の略同一の矩形導波管から成る
。対向する平滑面と対向するコルゲート面との組合せに
によりＨＥ１，１モードのマイクロ波電力の低損失伝搬
が可能となった。各導波管の平滑面の一方は、他方の平
滑面より共通壁により分離される。複数の小さなホール
から成る結合領域は、導波管の間の共通壁を介して組み
立てられる。略同一の導波管を使用することで各々の位
相速度を自動的に整合させ且つ平滑面を貫通する複数の
小さなホールを使用することで結合モードの選択性を向
上させて高電力結合を可能とする。
【００１０】
【作用】好適な実施例では、導波管が共通壁の対向側面
に略整列しており、且つ、ホールがサファイア等の誘電
体により気密封止される。多数のホールが結合領域を介
した電力処理能力を向上させ且つ結合領域のサイズ及び
形状に渡る制御してモード変換を制限し且つ所望のモー
ドの伝送を最大限にすることが可能となる。結合領域の
ホールは、複数の列のホールが矩形に配置され、各列が
コルゲート導波管
【００１１】開示した継手装置は、入力導波管で１１０
ギガヘルツの周波数ｆのＨＥ１，１モードで約一メガワ
ットの電力を受け、この周波数は、２．７３ミリメート
ルの自由空間波長λに相当する。他のモードの出現を制
限するために、結合された導波管の各々の平滑面間の寸
法ａは、過度の導波管損を生むことなく２λまで小さく
することが可能である。ＨＥ１，１以外のモードの結合
を制限するために、導波管軸に対して横断方向の列及び
導波管のコルゲート面に対して垂直な列のホールの乱放
射の可能性を制限する。列は、λ／２未満の距離で隔置
され、好適な実施例では、約λ／３だけ隔置されるのが
効果的である。
【００１２】好適な実施例の結合領域の全長は、ＨＥ１
，１モード波の結合を増長して他のモードの結合を抑制
するように考案される。ＨＥ１，１より高いモードは、
結合領域の長さを出力導波管のより高いモードが入力導
波管のＨＥ１，１の位相から少なくとも４π離れる程に
充分長くすることで抑制される。
【００１３】好適な実施例では、サファイアの充填され
たホールがサファイアを介して伝送される電力の約１．
５パーセントを吸収する。約１メガワットの電力を伝送
するには、結合領域で約１５，０００ワットが吸収され
ることとなる。好適な実施例の結合領域の面積は、約１
４０平方センチメートで、１平方センチメートル当たり
約１１０ワットの電力吸収を生むこととなる。冷却管が
共通壁を貫通して延びて結合領域からの電力を散逸する
ようにされている。
【００１４】
【実施例】図１は、格納容器３３に包含されたプラズマ
１０にマイクロ波電力を搬送するのに使用される装置の
ブロック図である。好適な実施例では、１１０ギガヘル
ツで約１メガワットの電力がプラズマ１０に搬送される
。この電力を搬送する装置は、ＴＥ１５，２モードにお
いて１１０ギガヘルツで１メガワットの出力電力を発生
するジャイロトロンから成る電力装置１１を含む。電力
は、平滑壁付きの円形導波管１４内の公知のモード変換
器１２に送られて該電力をＨＥ１，１モードに変換する
。ＨＥ１，１モードが使用されるのは、下側ローブや交
差偏波を有する良好な放射パターンが提供され且つガウ
スビームとよく整合することが可能であり、また、プラ
ズマ１０に容易に結合されるからである。モード変換器
１２は、主導波管系を構成する円形コルゲート導波管１
３で受ける電力を遷移ユニット１５へ伝送し、該遷移ユ
ニットが方形導波管１７内で受けた電力をＨＥ１，１方
形モードに変換し、該方形導波管は、テーパーの付いた
導波管２１により矩形導波管１９に入るようにテーパー
が付けられている。円形導波管は、方形もしくは矩形導
波管のコストに対して低コストとなるため主導波管系に
選択される。
【００１５】方形、矩形及びテーパーの付いた導波管１
７、１９、２１は、２つの対向するコルゲート面と２つ
の対向する平滑面とを有する。ＨＥ１，１モード電力を
搬送し且つ異なる幾何形状の導波管の間でテーパーを付
けるのための方形及び矩形導波管の使用は、１９８７年
発行の赤外線及びミリメータ波国際ジャーナル（ＩＮＴ
．ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＯＦ　　ＩＮＦＲＡＲＥＤ　　Ａ
ＮＤ　　ＭＩＬＬＩＭＥＴＥＲＳ　　ＷＡＶＥＳ）第８
巻の１３ページにジェイ・エル・ドーン（Ｊ．Ｌ．ＤＯ
ＡＮＥ）により開示されている。
【００１６】矩形導波管１９は、マイクロ波電力を結合
ユニット２３に搬送し、該結合ユニットが入電力をＨＥ
１，１モードの出矩形導波管２５に結合する。この矩形
導波管２５は、導波管１９と類似しており、テーパー付
き導波管２７の作用により方形導波管ん２９に向かって
後方にテーパーが付けられている。電力は、方形導波管
２９からコルゲートホーン３３を介してプラズマ１０に
放射される。
【００１７】コルゲートホーン３１及び図１の波結合装
置は、電位的にプラズマ１０に晒される。好適実施例で
は、プラズマ１０は、オペレータたる人間に危険であり
且つ雰囲気から隔離されなければならないトリチウムを
含むのが典型的である。従って、図１の導波管装置をシ
ールしてプラズマ格納容器及び導波管の気密封止部位か
ら流出しない用に成っている。結合ユニット２３は、導
波管１９からのＨＥ１，１モード電力を導波管２５に効
率的に結合して、上記２つの導波管の間で密閉封止が提
供されて、プラズマの生成物のいづれも結合ユニット２
３とプラズマ１０間の導波管部分に閉じ込める。
【００１８】図２は、結合ユニット２３の好適な実施例
の外部構造図である。入力電力は、矩形導波管１９の結
合ユニットに到着して密封封止された結合領域（図２に
は図示なし）を介して結合されて図示する方向へ矩形導
波管２５内の結合ユニットから出ていく。
【００１９】図３は、図２の結合ユニット２３の長手方
向軸に沿った断面図であり、入矩形導波管１９と出矩形
導波管２５を示す。結合ユニット２３内では、導波管１
９と２５が共通壁４３を共有しており、該共通壁の対向
する平滑面が２つの導波管１９と２５の内側平滑面を形
成する。共通壁４３を貫通する複数のホール４５より成
る結合領域３５を２つの導波管１９と２５の間に示す。 本発明の図示の好適な実施例では、ホール４５の各々が
サファイア等の誘電体で封止される。
【００２０】導波管１９は、曲がり３７と高電力負荷３
９から成る。１メガワット範囲の電力が結合された導波
管内を搬送されるため、極少量のパーセントの非結合電
力でも大きさでは大きなものとなる。例えば、導波管１
９から導波管２５へ向かって５パーセントの電力が領域
３５により結合されないとすると、５０キロワットの電
力が結合されないまま残り、高電力負荷３９により散逸
されなければならなくなる。このため、曲がり３７が使
用されて係る電力に適切な物理的に大きな負荷用の充分
な空間が可能となる。低電力負荷４１が導波管２５内で
使用されて導波管２５内に結合される任意の電力をホー
ン３１とは反対の方向へ散逸する（図１）。
【００２１】図４は、導波管１９と２５の長手方向の軸
に沿った該導波管の斜視断面図である。導波管１９と２
５の各々は、一対の対向する平滑面５０と一対の対向す
るコルゲート面５２から成る。面５０は、距離ａを隔て
て互いに略平行であり、面５２は、距離ｂ隔てて互いに
略平行である。遷移ユニット１５とテーパーユニット２
１の作用により電界Ｅは、コルゲート面５２に対して垂
直になり且つ磁界は、平滑面５０に対して垂直になる。
【００２２】コルゲート面５２は、エッチングもしくは
スコーリングにより側壁に形成される。好適な実施例で
は、溝は、λ／４の深さで且つコルゲート面に沿って溝
の心心間でλ／４の間隔でもって隔置される。１１０ギ
ガヘルツでの電磁放射の自由空間波長λは、約２．７３
ｍｍであり、従って、λ／４は、約０．６８に等しくな
る。
【００２３】入力導波管１９から出力導波管２５へと伸
長するカップリングホール４５を図４に示す。好適な実
施例では、冷却溝４７が設けられてカップリングホール
４５間を共通壁４３を長手方向に貫通する。この冷却溝
４７は、冷却流体入口４８と出口４９（図３）に連絡し
て冷却液の通り道を形成して結合領域３５の温度を制御
する。
【００２４】導波管１９と２５の断面は矩形をしており
、その断面寸法はａ×ｂである。導波管１９と２５内で
は横断方向界の構成要素が式（１）により表される。 　　　　　　　　　　Ｅｙ，∝Ｂｘ∝ｓｉｎ（ｍπｘ／
ａ）ｓｉｎ（ｎπｙ／ｂ）　　（１）上記式中、Ｅｙは
横断方向電界であり、Ｂｘは横断方向磁界であり、ｍは
寸法ａに沿った半サイクル数であり、ｎは寸法ｂに沿っ
た半サイクル数であり、ｘは寸法ａに沿った距離であり
、且つ、ｙは寸法ｂに沿った距離である。導波管１９と
２５のカットオフ波数Ｋｃは、式（２）により表される
。 　　　　　　　　　　Ｋｃ２ｍ，ｎ＝（ｍπ／ａ）２＋
（ｎπ／ｂ）　　　　（２）
【００２５】矩形導波管１
９と２５は、多くのモードを搬送することが可能である
。導波管内の搬送可能なモード数を制限するために、寸
法ａは、約２λと等しくなるように選択され、この２λ
は、オーム損失が無視出来るものとなる程充分に大きい
が伝搬をｍ＝１、２及び３となるモードに限定する。好
適な実施例では、１１０ギガヘルツの表面周波数ｆは、
約２．７２ミリメートルの自由空間波長λに相当する。 寸法ｂは、下記に述べる如く、電力密度を考慮して１０
０ｍｍとなるように選定された。
【００２６】図５は、共通壁４３を貫通するホール４５
の矩形配列を示す結合領域の平面図である。領域３５は
、導波管２５と１９の長手方向軸に沿った長さＬと該導
波管の各々の共通壁４３面の幅ｂとを有する。結合領域
の長さＬは、出力導波管２５のＨＥ１，１より高いモー
ドがこれらの高いモードの結合を抑制するために入力導
波管内ＨＥ１，１モードを有する位相から少なくとも４
π離れるように選定される。このように、結合領域３５
の最小長は、ＨＥ１，１モードの軸方向波数と次の高い
モードＨＥ２，１モードとの差を４π／Ｌ以上にするこ
とで決定される。長さＬは、式（３）により表される。 上記式中、表されるモードの軸方向波数Ｋ　　は、式（
４）により決定される。 上記式中、Ｃは、光の速度である。ＨＥ１，１及びＨＥ
２，１モード波では、１１０ギガヘルツの周波数ｆで少
なくとも５．３５センチメートルの結合領域に就いては
長さがＬとなる。
【００２７】結合方向は、結合強さ係数と結合領域の長
さの積の関数として周期的なものとなる。出力導波管に
対する最大結合は、結合長さと結合強さの積がラジアン
でπ／２の奇数倍となる時に生じる。所定の導波管結合
窓に対する結合強さ係数は、実験的に決定される。結合
強さが決定されると、結合領域の長さが算出されて所望
の結合量と方向が出る。好適な実施例では、結合領域長
は１４ｃｍである。エス・イー・ミラー（Ｓ．Ｅ．ＭＩ
ＬＬＥＲ）の前記の論文には結合方向の周期性を含む導
波管の間での結合が記載されている。
【００２８】導波管幅ｂに渡るホールの数を制御するこ
ともまたＨＥ１，１モードへの結合を制限する上で重要
である。距離ｂ上に等間隔で隔置されたホール４５の列
がＮ個ある場合には、ＨＥ１，１はＨＥｍ，１モードに
結合されるばかりでなくＨＥｍ，ｎモードへも結合され
、ｎ＝１、ｎ＝１±Ｎ、１±２Ｎ等である。例えば、１
０列のホール４５が結合領域３５上に配置されるとする
と、Ｎ＝１０であり、入導波管がＨＥ１，１モードにあ
るため出力導波管においてＨＥｍ，９、ＨＥｍ，１１、
ＨＥｍ，１９ 以上になるように選定される限り、式（２）及び（４）
中の（ｎπ／ｂ）項は、結合領域長Ｌが前記した如く直
近の軸方向モード（ＨＥ２，１）を識別するのに必要と
される以上、即ち、５．３５センチメートル以上に長く
する必要がないことが判明した。
【００２９】長さＬに沿ったホールの軸方向の隔置も考
慮に入れるべきである。１波長に就いてホールが２つ以
上存在しない場合には、後方散乱が生じる。好適実施例
では、ホール間で約１ミリメートルの軸方向隔置が行わ
れて１波長に就いてほぼ３個のホールが提供される。こ
れは、保守的なデザインである。
【００３０】ホールは、各々円筒状の誘電体をブレージ
ングによりその中に気密封止した真円形の円筒状容積で
ある。好適実施例では、誘電率がε＝９であるサファイ
アが誘電体として使用された。気密封止されたホールの
各々は、その最低モードである円形ＴＥ１，１モードを
伝搬するがそれより高いモードを好適に伝搬しない小導
波管から成る。それ以下では所定モードが伝搬出来ない
各ホールの半径ｒは、式５）により表される。 上記式中、所定モードがＴＥモードの場合はＰはＪ’ｍ
（Ｐ）＝０を満たし、所定のモードがＴＭモードの場合
はＰがＪｍ（Ｐ）＝０を満たす。Ｊｍは次数ｍのベッセ
ル関数であり、Ｊ’ｍはＪｍの導関数であり、ｍはモー
ドの角度モード数 度である。例えば、ホールに関しては、ＴＥ１，１モー
ドより高い次のモードはＴＭ０，１モードであり、該モ
ードでは、ベッセル根の表から決定される如くＰ＝２．
４０５となる。式（５）は、ε＝９ではＴＭ０，１モー
ドはｒが０．３５ミリメートル未満の場合には伝搬しな
いことを示す。しかしながら、ＴＭ０，１モードの対称
性のためその励振は起こりそうもない。抑制される次の
高いモードは、ＴＥ２，１モードであり、Ｐ＝３．０５
４である。式（５）は、カットオフされるべきＴＥ２，
１モードの用のホールの半径は、０．４４ミリメートル
未満出なければならないことを示しており、上記の如く
軸方向間隔を１ｍｍとするならば、直径０．８８ｍｍは
常になけらばならない。
【００３１】誘電体を充填したホールの長さは、誘電体
中のマイクロ波の波長の二分の一倍数となるように選定
される。誘電率が９であるサファイア中の１１０ギガヘ
ルツのＨＥ１，１モード波の波長は、約０．９０９ミリ
メートルである。共通壁の厚さを妥当なものとし一方誘
電体インサート中の電力散逸を制限するためには、各々
の長さ（及び共通壁の厚さ）は、好適な実施例では、サ
ファイアの６波長もしくは約５．４５ミリメートルとな
るように選択される。
【００３２】以上の如く、導波管１９と２５及び結合領
域３５に対するデザイン状の拘束が規定される。図５は
、上記拘束に従ってデザインされた結合領域の構造を示
す。結合領域は、１４０ミリメートルに等しい寸法Ｌと
１００ミリメートルに等しい寸法ｂを有する。心心で約
１ミリメートル隔置された１４０個のホールが各軸方向
のホール列に並び、３０個のホールが各横断列を構成し
て、横断方向に心心で約３．３ミリメートル隔置される
。ホールの各々は、半径約０．４４ミリメートルの共通
壁４３を貫通する誘電円筒体から成る。従って、結合領
域３５には４，２００個のホールと誘電体インサートが
存在することになる。
【００３３】ホール配列は、公知の数値制御工作機械技
術を利用して上記の如く厚さが５．４５ミリメートルを
僅かに越える共通壁を貫通してホール形成することで作
成出来る。円筒状インサートは、適当な半径に研削金属
化され、公称長さに切断されて共通壁内へろう付けされ
る。インサートがろう付けされた後で、サファイアイン
サートを含む共通壁の表面が１ユニットとして５．４５
ｍｍの所定厚さに研削される。
【００３４】結合領域を介して搬送される大量の電力が
ある場合には、１メガワットの入力をデザインする上で
電力に就いて考慮することは重要なことである。伝送さ
れる電力の正弦分布が軸方向及び横断方向双方にある場
合には、窓毎に伝送される平均電力は、２５０ワットで
あるが、最悪の場合には、あるホールでは約１０００ワ
ットになる。サファイアがピーク電力に容易に対処する
。しかしながら、各サファイアインサートは、長さ１ｃ
ｍに就き約３パーセントの電力損失を生じる。インサー
トの長さが約２分の１センチメートルのため、結合電力
の約１．５％の熱損失となる。１メガワットの電力を結
合する場合には、結合領域３５に約１５キロワットが吸
収されることになる。結合領域のサイズを上記に選択し
たもの（面積１４０ｃｍ２）とすると、結合領域から散
逸される熱は、平方センチメート当たり１１０ワット未
満となりホール間で共通壁４３を貫通する冷却液溝４７
により容易に冷却することが可能となる。
【００３５】ホールを介して電力を搬送するのに最適な
周波数は誘電体の波長の２分の１の倍数に相当する周波
数である。好適な実施例では、すべとのホール４５は、
同一長さであり且つ同一周波数を結合することが最適で
ある。一定の範囲のホール長を提供することは、結合領
域により最適に搬送される一定の範囲の周波数を提供す
ることになる。係る周波数範囲は、結合窓が異なる周波
数でマイクロ波を生成出来る段階同調自在のジャイロト
ロン等のソースと共に使用される場合には望ましいもの
である。
【００３６】図６は、図３に示す結合ユニットの別の実
施例を示し、該実施例では、共通壁４３の厚さと、従っ
て、ホールの長さとが一定でなく結合領域の全長に亙り
直線状に変化する。係る変化により、結合領域のモード
差別が向上して結合される励振周波数の帯域幅が増加す
る。図６では、共通壁が結合領域の全長に亙り厚さＴ１
から厚さＴ２へ向けて直線状に変化して、これにより、
互いに平行ではなく、ある角度で交差する導波管１９と
２５が形成される。図６では、視認するのに容易なよう
に、導波管が交差する角度を誇張して記している。
【００３７】１１０ギガヘルツの範囲の結合周波数では
、距離Ｔ１は約５，２４ミリメートルに、また、距離Ｔ
２は約５．７ミリメートルにされる。この距離Ｔ１及び
Ｔ２の範囲には前記実施例の５．４ミリメートルも含む
。この結合領域の各ホールは、ある程度は結合が励振周
波数の２分の１の波長毎にピークとなるバンドパス継手
として機能する。全帯域幅を大きくするためには、距離
Ｔ１及びＴ２をＴ１及びＴ２間のすべとのホールの誘電
体波長２分の１の倍数に相当する周波数範囲が２分の１
波長の次の高い倍数の周波数範囲と重なり合うように選
択する。例えば、Ｔ１＝５．２４ｍｍでＴ２＝５．７ｍ
ｍの場合には、結合ピークは、結合領域に沿って１０５
．５ギガヘルツから１１４．５ギガヘルツの励振波長の
６倍で発生する。１０５．５ギガヘルツは、１１０ギガ
ヘルツの約９６％であり、１１４．５ギガヘルツは、そ
の１０４％である。同様に、結合ピークが１１４．３ギ
ガヘルツから１２４ギガヘルツの励振波長の６．５倍で
発生する。これらの結合ピークの範囲は、重なり合う（
１１４．５ギガヘルツは、１１４．３ギガヘルツより大
である）ので、周波数の拡大範囲を効果的に結合するこ
とが可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明の利点は、上記の如く明白である
。略同一形状の波長と対称分布したホールによりモード
の純度が維持され、且つ、比較的短い誘電体インサート
により周波数感度と誘電損失が低減される。該インサー
トは、冷却液溝中の冷却液により充分に冷却される。 本発明では、非結合電力が図３及び図６の負荷３９によ
り吸収されるので、従来の不整合窓に見られる電力が反
射して発電器へ逆流する問題もない。
【００３９】本発明の原理を特定の装置応用に関連させ
て説明して来たが、本説明は、一実施例を説明するため
になされたものであり、本発明の特許請求の範囲を制限
するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を利用する装置のブロック図
である。
【図２】図１の継手ユニットの一実施例の外部構造図で
ある。
【図３】図２の線３−３に沿った継手ユニットの側面断
面図である。
【図４】図２の線４−４に沿った継手ユニットの斜視断
面図である。
【図５】図２に示す継手ユニットの内側平滑面に形成さ
れた結合領域の平面図である。
【図６】図２の線３−３に沿った継手ユニットの別の実
施例の側面断面図である。
【符号の説明】
１９　　導波管 ２５　　導波管 ４３　　共通壁 ５０　　平滑な面 ５２　　コルゲート面

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　第１の導波管のＨＥ１，１モードと第
    ２の導波管のＨＥ１，１モード間でマイクロ波電力を結
    合する継手装置において、第１の導波管手段と第２の導
    波管手段から成り、該導波管手段の各々が略均一な距離
    ｂだけ隔置された一対の対向するコルゲート面と略均一
    な距離ａだけ隔置された対向する平滑な面で形成された
    略矩形断面の中空容積から成り、前記第１の導波管手段
    の前記平滑な面の一方と前記第２の導波管手段の前記平
    滑面の一方が前記第１の導波管手段と前記第２の導波管
    手段間の共通壁の対向する面であり、該共通壁が前記第
    １の導波管手段と前記第２の導波管手段間で該共通壁を
    貫通して前記第１の導波管手段と前記第２の導波管手段
    間でマイクロ波電力を結合する複数のホールを有し且つ
    該ホールの各々が前記距離ａ及びｂと比較して小さいこ
    とを特徴とする継手装置。
  2. 【請求項２】　　前記第１の導波管手段と前記第２の導
    波管手段が前記共通壁の対向側で略整合する請求項１記
    載の継手装置。
  3. 【請求項３】　　前記ホールの各々内で前記第２の導波
    管手段から前記第１の導波管手段を気密封止するように
    配置された複数の誘電体インサートからなる請求項２記
    載の継手装置。
  4. 【請求項４】　　前記共通壁の前記対向面が互いに略平
    行である請求項３記載の継手装置。
  5. 【請求項５】　　前記共通壁の前記対向する面間の距離
    が前記ホールの長さが変化して前記継手領域により搬送
    される周波数範囲を拡大するように前記装置近傍で変化
    する請求項３記載の継手装置。
  6. 【請求項６】　　前記共通壁の前記対向する面間の距離
    が前記誘電体の周波数１．０４ｆの波長の２分の１の選
    択した整数Ｉ倍に略等しい最小距離と前記誘電体の周波
    数０．９６ｆの波長の２分の１のＩ倍に略等しい最大距
    離間で変化する周波数ｆ周辺を中心とする周波数の範囲
    でマイクロ波電力を結合する請求項５記載の継手装置。
  7. 【請求項７】　　前記ホールが複数列のホールから成る
    矩形配列に配置され、且つ、前記列の各々が前記第１の
    導波管手段のゴルゲート面に垂直で且つＮ個の載の継手
    装置。
  8. 【請求項８】　　前記共通壁の対向する面が略平行で且
    つ前記共通壁の対向する面間の距離が前記誘電体インサ
    ートの前記周波数ｆのマイクロ波電力の波長の２分の１
    の倍数に略等しい自由空間波長λを有する周波数ｆでマ
    イクロ波電力を結合する請求項３記載の継手装置。
  9. 【請求項９】　　前記距離ａが２λ以下である自由空間
    波長λを有するマイクロ波電力を結合する請求項３記載
    の継手装置。
  10. 【請求項１０】　　前記ホールが複数列のホールから成
    る矩形配列に配置され、且つ、前記列の各々が前記第１
    の導波管手段のゴルゲート面に垂直で且つ隣接する列の
    間隔がλ／２未満である請求項９記載の継手装置。
  11. 【請求項１１】　　前記ホールが複数列のホールから成
    る矩形配列に配置され、且つ、前記列の各々が前記第１
    の導波管手段のゴルゲート面に垂直で且つＮ個３記載の
    継手装置。
  12. 【請求項１２】　　前記複数列のホールが、の式に従っ
    て選択された距離Ｌに沿って略等間隔で隔置され、上記
    式中、ＫＺ１，１は、 で表される軸方向波数のＨＥ１，１モード波であり、上
    記式中Ｃは光の束であり、ＫＺ２，１は、で表される軸
    方向波数のＨＥ２，１モード波である。
  13. 【請求項１３】　　前記ホールが円形円筒状で且つ、を
    満たす半径を有し、 トの前記マイクロ波電力の速度に等しい周波数ｆでマイ
    クロ波電力を結合する請求項３記載の継手装置。
  14. 【請求項１４】　　前記ホールが円形円筒状で且つ、を
    満たす半径を有し、 トの前記マイクロ波電力の速度に等しい周波数ｆでマイ
    クロ波電力を結合する請求項３記載の継手装置。
  15. 【請求項１５】　　前記ホールの各々が円形円筒状をし
    ており且つ円形ＴＥ１，１モードで前記第１の導波管手
    段と前記第２の導波管手段間で電力を伝搬する請求項３
    記載の継手装置。
  16. 【請求項１６】　　前記共通壁が前記ホール間に配置さ
    れて冷却流体を搬送する複数の溝から成る請求項２記載
    の継手装置。
JP3274434A 1990-07-25 1991-07-25 マイクロ波継手装置 Pending JPH04262601A (ja)

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