(57)【要約】【課題】理想的な駆動波形でマグネトロンを駆動できる駆動回路を提供する。【解決手段】マグネトロン駆動回路１６は、電流制御部２２と、波形出力部２０と、操作部２１と、を備えている。電流制御部２２は、マグネトロン１５を流れる電流を制御する。波形出力部２０は、マグネトロン１５を駆動するための駆動波形を出力する。操作部２１は、駆動波形と電流制御部２２の出力波形とを比較した結果に基づいて、前記電流制御部２２をフィードバック制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形素子を流れる電流を制御する電流制御部と、
前記非線形素子を駆動するための駆動波形を出力する波形出力部と、
前記駆動波形と前記電流制御部の出力波形とを比較した結果に基づいて、前記電流制御部をフィードバック制御する操作部と、
を備えることを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記非線形素子は、発振素子であることを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記波形出力部は、前記駆動波形をデジタル形式で記憶するメモリを備えることを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記発振素子はマグネトロンであることを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項５】
請求項４に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記駆動波形は、
時間的に緩やかに変化する緩徐部と、
前記緩徐部に比べて時間的に急激に変化するパルス部と、
を有することを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項６】
請求項５に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記駆動波形は、
前記マグネトロンが発振する前の領域で前記緩徐部を有し、
前記マグネトロンが発振する領域で前記パルス部を有することを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項７】
請求項６に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記駆動波形は、前記マグネトロンの発振が終了した後の領域で前記緩徐部を有することを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記電流制御部は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いて前記マグネトロンに流れる電流を制御することを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項９】
請求項６から８までの何れか一項に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記波形出力部は、前記パルス部を出力するタイミングに同期して同期信号を出力することを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項１０】
請求項６から９までの何れか一項に記載の非線形素子駆動回路であって、
当該非線形素子駆動回路は、前記マグネトロンに対してトランスを介して接続されており、
前記トランスの一次巻線を短絡する回生エネルギー吸収部を備え、
前記波形出力部は、前記パルス部の出力が終了したタイミングに同期して、前記回生エネルギー吸収部を動作させる信号を出力することを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項１１】
請求項４から１０までの何れか一項に記載の非線形素子駆動回路と、
前記非線形素子駆動回路によって駆動されるマグネトロンと、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
請求項２又は３に記載の非線形素子駆動回路であって、
前記発振素子は超音波振動子であることを特徴とする非線形素子駆動回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の非線形素子駆動回路と、
前記非線形素子駆動回路によって駆動される超音波振動子と、
を備えることを特徴とする探知装置。
【請求項１４】
非線形素子を駆動するための駆動波形を出力する波形出力工程と、
前記駆動波形と、前記非線形素子を流れる電流を制御している電流制御部の出力波形と、を比較した結果に基づいて、前記電流制御部を制御するフィードバック制御工程と、
を含むことを特徴とする非線形素子駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、レーダ装置の送信パルスの発生に利用されるマグネトロンの駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発振器としてマグネトロンを備えたレーダ装置においては、高圧（例えば１０００Ｖ）、かつ短い（例えば１００ｎｓｅｃ）パルス幅の電圧波形（又は電流波形）によってマグネトロンを駆動する必要がある。そこで、高圧に耐えられる高速のスイッチング素子が要求される。従来のマグネトロン駆動回路においては、スイッチング素子としてサイリスタを用いたパルスフォーマと呼ばれる回路が用いられていた。この従来のマグネトロン駆動回路を図９に示す。
【０００３】
図９のマグネトロン駆動回路を簡単に説明すると以下の通りである。マグネトロン駆動回路９０は、パルストランス１８を介してマグネトロン１５に接続されている。サイリスタ９１、コンデンサ２６、及びパルストランスの一次巻線が直列で接続されている。コンデンサ２６には直流電源が接続されている。また、サイリスタ９１のゲートには、トリガ送信部９２が接続されている。また、パルストランス１８の一次巻線には、ダイオード２５が並列に接続されている。サイリスタ９１がオフの状態で、コンデンサ２６が直流電源によって充電される。トリガ送信部９２がトリガ信号をサイリスタ９１のゲートに出力すると、当該サイリスタ９１がオン状態に切り替わり、コンデンサ２６が放電してパルストランス１８の一次巻線に電流が流れる。これによりマグネトロン１５が起動する。
【０００４】
ところで、マグネトロンは電界と磁界が絡む複雑かつ動的な非線形負荷であるため、制御が難しい。マグネトロンを駆動する際の電圧波形（又は電流波形）が不適切な場合は、当該マグネトロンが不安定となり、発振周波数が変わるモーディング現象やプリング現象、マグネトロンが発振しないミッシング現象など生じ得る。そこで、マグネトロンの特性を考慮した最適な電圧波形（又は電流波形）によって、当該マグネトロンを駆動することが好ましい。
【０００５】
上記のマグネトロン駆動回路９０において、トリガ送信部９２ではサイリスタ９１をオフにすることができず、コンデンサ２６の放電が完了するまではパルストランス１８に電流が流れ続ける。つまり、上記マグネトロン駆動回路９０では、マグネトロン１５を駆動するための電圧波形（又は電流波形）の形状はコンデンサ２６の放電時定数によって決まってしまう。このように、サイリスタ９１を利用したマグネトロン駆動回路９０では、マグネトロン１５の駆動波形の形状を制御できない。また、部品のバラツキなどにより駆動波形が変化する場合があり、マグネトロン発振の不安定要素となっていた。このため、最適な駆動波形でマグネトロン１５を駆動することが難しく、調整に悩まされていた。
【０００６】
そこで近年は、ゲート電圧によってオン／オフを切り替えることができるＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタをスイッチング素子として用いたマグネトロン駆動回路が提案されている。このようなマグネトロン駆動回路は、例えば特許文献１から３に開示されている。
【０００７】
特許文献１は、マグネトロンの発振開始時電圧上昇率を緩やかにしてミッシングの発生を防止することができ、その分、マグネトロンの発振開始までの電圧上昇率を大きくして、送信パルス幅を狭くすることができるとしている。
【０００８】
特許文献２は、カスコード接続したスイッチングトランジスタによってパルストランスに電流を流す構成を開示している。特許文献２は、これにより、ミラー効果が抑圧され、立ち上がりと立ち下がりの波形の鋭いパルスが発生できるとしている。
【０００９】
特許文献３は、並列に接続した２つのＭＯＳＦＥＴを独立に制御するゲート制御回路を複数備え、マグネトロンに印加される電圧の立ち上がり速度を制御するように構成したパルス変調器を開示している。特許文献３は、マグネトロンに印加する高電圧の立ち上がり速度を制御するため、安定したパルス幅で安定した高周波を出力できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３８４８１１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２２３７号公報
【特許文献３】特許第３６４３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び２は、鋭い立ち上がりのパルス信号でマグネトロンを駆動することを目的としている。このように鋭い立ち上がりの信号でマグネトロンを駆動することにより、マグネトロンが発振を開始するまでのタイミングの遅れを小さくできる。また、マグネトロンを電流が流れる時間が短くなるため、消費電力が小さくなり効率も良い。しかし、このように鋭い立ち上がりの信号でマグネトロンを駆動する場合、マグネトロンが不安定になりがちであり、安定した発振が難しい。
【００１２】
特許文献３は、マグネトロンを安定して発振させるために、マグネトロンに印加する電圧の立ち上がりを遅くする構成を開示している。しかしこの場合、マグネトロンが発振するまでに時間がかかるため、レーダ装置でパルス信号を送信するタイミングが遅れてしまう。このため、レーダ装置の送受信の同期を取ることが難しくなる。また、電流を長時間流すことになるため、消費電力が大きくなリ、効率が悪い。
【００１３】
また、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを利用する場合は、マグネトロン駆動時の大電流に対応するために、複数のＭＯＳＦＥＴを並列接続して容量を増大させる必要がある。特許文献３は、このような構成を開示している。しかし、このように複数のＭＯＳＦＥＴを並列接続する場合、回路が複雑になりコストアップに繋るだけでなく、調整が難しくなって信頼性が低下する。
【００１４】
また、特許文献１から３の構成は、何れも、トランジスタを単なるスイッチとして利用するにとどまっている。従って、理想的な電圧波形（又は電流波形）でマグネトロンを駆動するという点では限界がある。
【００１５】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、理想的な駆動波形でマグネトロンを駆動できる駆動回路を提供する。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１７】
本発明の第１の観点によれば、以下の非線形素子駆動回路が提供される。即ち、この非線形素子駆動回路は、電流制御部と、波形出力部と、操作部と、を備える。前記電流制御部は、非線形素子を流れる電流を制御する。前記波形出力部は、前記非線形素子を駆動するための駆動波形を出力する。前記操作部は、前記駆動波形と前記電流制御部の出力波形とを比較した結果に基づいて、前記電流制御部をフィードバック制御する。
【００１８】
このように、電流制御部の出力波形をフィードバックすることで、波形出力部が出力する駆動波形によって非線形素子を駆動できる。非線形素子を駆動するための最適な電圧波形又は電流波形を波形出力部に設定しておくことにより、当該非線形素子を安定して駆動することができる。
【００１９】
上記の非線形素子駆動回路において、前記非線形素子を発振素子とすることができる。
【００２０】
これによれば、発振素子を理想的な駆動波形で駆動できるので、当該発振素子から所望の出力波形を得ることができる。
【００２１】
上記の非線形素子駆動回路において、前記波形出力部は、前記駆動波形をデジタル形式で記憶するメモリを備えることが好ましい。
【００２２】
任意の駆動波形をメモリに記憶させておくことができるので、任意の駆動波形で非線形素子を駆動できる。
【００２３】
上記の非線形素子駆動回路において、前記発振素子をマグネトロンとすれば、本発明の効果をより好適に発揮できる。
【００２４】
即ち、マグネトロンは電界と磁界に絡む複雑な非線形素子であるため、駆動波形によっては不安定になり易い。この点、本発明の構成によれば、最適な駆動波形でマグネトロンを駆動できるため、当該マグネトロンを安定して発振させることができる。
【００２５】
上記の非線形素子駆動回路において、前記駆動波形は、時間的に緩やかに変化する緩徐部と、前記緩徐部に比べて時間的に急激に変化するパルス部と、を有することが好ましい。
【００２６】
このように、ゆるやかに変化する波形と急激に変化する波形とを組み合わせることにより、マグネトロンを適切に駆動できる。
【００２７】
上記の非線形素子駆動回路において、前記駆動波形は、前記マグネトロンが発振する前の領域で前記緩徐部を有し、前記マグネトロンが発振する領域で前記パルス部を有することが好ましい。
【００２８】
マグネトロンが発振するまでの間は緩やかな波形を出力することにより、当該マグネトロンの発振が不安定になることを防止できる。そして、マグネトロンが発振する領域では、パルス状の波形を出力することにより、マグネトロンからパルス状の高周波信号を出力させることができる。
【００２９】
上記の非線形素子駆動回路において、前記駆動波形は、前記マグネトロンの発振が終了した後の領域でも前記緩徐部を有することが好ましい。
【００３０】
マグネトロンをパルス状に発振させた後に緩やかに立ち下がる波形を出力することにより、マグネトロンが発振終了時に不安定になることを防止できる。
【００３１】
前記の非線形素子駆動回路において、前記電流制御部は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いて前記マグネトロンに流れる電流を制御することが好ましい。
【００３２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は大電流に耐えることができるので、マグネトロンを駆動するための大電流を制御するトランジスタとして好適である。なお、ＩＧＢＴは、例えばＭＯＳＦＥＴ等に比べるとスイッチング速度が低速であるというデメリットがある。しかし上記のように、マグネトロンが発振するまでは駆動波形を緩やかに変化させる構成としたので、高速なスイッチングが要求されない。従って、上記構成によれば、低速なＩＧＢＴであっても、問題なくマグネトロンを駆動できる。
【００３３】
上記の非線形素子駆動回路において、前記波形出力部は、前記パルス部を出力するタイミングに同期して同期信号を出力することが好ましい。
【００３４】
即ち、上記のように緩徐部を設けた場合、マグネトロンが発振するまでには時間がかかるため、外部の機器は、マグネトロンによるパルス信号の発生タイミングがわからない。そこで、マグネトロンが発振する領域になったこと（駆動波形のパルス部を出力するとき）を知らせる同期信号を外部に出力することで、外部の機器は、マグネトロンが発振するタイミングに同期できる。
【００３５】
上記の非線形素子駆動回路は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、当該非線形素子駆動回路は、前記マグネトロンに対してトランスを介して接続されている。この非線形素子駆動回路は、前記トランスの一次巻線を短絡する回生エネルギー吸収部を備える。前記波形出力部は、前記パルス部の出力が終了したタイミングに同期して、前記回生エネルギー吸収部を動作させる信号を出力する。
【００３６】
このように、マグネトロンの発振が終了したタイミング（駆動波形のパルス部の出力を終了したタイミング）で、トランスの一次巻線をショートさせることにより、回生エネルギーを消費させる。これにより、マグネトロンの異常発振を防止できる。
【００３７】
本発明の第２の観点によれば、上記の非線形素子駆動回路と、前記非線形素子駆動回路によって駆動されるマグネトロンと、を備えるレーダ装置が提供される。
【００３８】
このレーダ装置は、マグネトロンを安定して発振させることができるため、安定したパルス信号を送信することができる。
【００３９】
なお、上記の非線形素子駆動回路において、前記発振素子は超音波振動子としても良い。
【００４０】
これによれば、超音波振動子を安定して発振させることができるので、所望の波形の超音波信号を得ることができる。
【００４１】
そこで、本発明の第３の観点によれば、上記の非線形素子駆動回路と、前記非線形素子駆動回路によって駆動される超音波振動子と、を備える探知装置が提供される。
【００４２】
この探知装置は、超音波振動子を安定して発振させることができるので、安定した超音波信号を送信することができる。
【００４３】
本発明の更に別の観点によれば、以下の非線形素子駆動方法が提供される。即ち、この非線形素子駆動方法は、波形出力工程と、フィードバック制御工程と、を含む。前記波形出力工程では、前記非線形素子を駆動するための駆動波形を出力する。前記フィードバック制御工程では、前記駆動波形と、前記非線形素子を流れる電流を制御している電流制御部の出力波形と、を比較した結果に基づいて、前記電流制御部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置のブロック図。
【図２】第１実施形態のマグネトロン駆動回路の回路図。
【図３】ＲＯＭに記憶された（ａ）駆動波形、（ｂ）同期パルス波形、及び（ｃ）ダンパーパルス波形を例示する図。
【図４】図３（ａ）の駆動波形で制御したときにパルストランスの一次巻線にかかる電圧の変化を例示する図。
【図５】マグネトロンの電流−電圧特性。
【図６】ＲＯＭに記憶されている別の波形を例示する図。
【図７】第２実施形態のマグネトロン駆動回路の回路図。
【図８】変形例を示す図。
【図９】従来のマグネトロン駆動回路の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るレーダ装置１０の機能的な構成を示すブロック図である。
【００４６】
本実施形態のレーダ装置１０は、いわゆるパルスレーダとして構成されており、船舶に搭載される船舶用レーダ装置である。このレーダ装置１０は、鋭い指向性を持ったパルス信号を送信するとともに、周囲のターゲットからの反射信号（エコー）を受信し、これに基づいてレーダ映像を生成して表示する公知の構成である。以下、レーダ装置１０の構成について簡単に説明する。
【００４７】
レーダ装置１０は、図１に示すように、送信部１１と、レーダアンテナ１２と、送受信切替部１３と、受信部１４と、を主な構成として備えている。
【００４８】
送信部１１は、高周波信号を発生させるマグネトロン１５と、当該マグネトロン１５を駆動するためのマグネトロン駆動回路１６と、を備えている。マグネトロン駆動回路１６は、マグネトロン１５に所定の電圧波形を印加することにより、当該マグネトロン１５を駆動して、パルス状の高周波信号を発生させるように構成されている。マグネトロン１５で発生したパルス状の高周波信号は、適宜の導波管を経由してレーダアンテナ１２まで送られ、当該レーダアンテナ１２から送信される。
【００４９】
レーダアンテナ１２は、平面内を所定周期で回転しながら送受信を繰り返す公知の構成である。
【００５０】
送受信切替部１３は、例えばサーキュレータにより構成されている。この送受信切替部１３は、送信部１１からの高エネルギーのパルス信号が受信部１４に入力されないように、また、レーダアンテナ１２が受信した受信信号が受信部１４に適切に入力されるように、信号の経路を適宜切り替えることができる。
【００５１】
受信部１４は、レーダアンテナ１２が受信した受信信号に基づいて、自船周囲のターゲットの様子を示すレーダ映像を生成する。なお、受信信号に基づいてレーダ映像を生成する構成は公知であるから、説明は省略する。受信部１４は、生成したレーダ映像を、適宜の表示手段によって表示する。
【００５２】
続いて、本実施形態の特徴的な構成について説明する。
【００５３】
本実施形態のマグネトロン駆動回路１６は、波形出力部２０と、操作部２１と、電流制御部２２と、を備えている。
【００５４】
電流制御部２２は、マグネトロン１５に流れる電流を制御できるように構成されている。
【００５５】
波形出力部２０は、マグネトロン１５を駆動するための駆動波形（電圧波形）を出力するように構成されている。波形出力部２０が出力した駆動波形は、操作部２１に出力される。
【００５６】
操作部２１は、波形出力部２０から入力された駆動波形に基づいて、電流制御部２２を制御するように構成されている。
【００５７】
また、本実施形態では、電流制御部２２の出力波形を、操作部２１にフィードバックして入力している。操作部２１は、波形出力部２０が出力した駆動波形と、電流制御部２２の出力波形と、を比較した結果に基づいて電流制御部２２を制御する。このように、電流制御部２２の出力波形をフィードバックすることで、外乱的な要因に影響されず所望の駆動波形で安定してマグネトロン１５を駆動できる。
【００５８】
続いて、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６のより具体的な構成を、図２を参照して説明する。
【００５９】
前述のように、マグネトロン駆動回路１６は、波形出力部２０と、操作部２１と、電流制御部２２と、を備えている。このマグネトロン駆動回路１６は、パルストランス１８を介してマグネトロン１５に接続されている。更に、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６は、大容量の高圧電源３８と、ダンパースイッチ１９と、ダイオード２５と、を備えている。
【００６０】
図２に示すように、マグネトロン１５は、パルストランス１８の二次巻線に接続されている。パルストランス１８の一次巻線の一方の端子は、高圧電源３８に接続されている。また、当該一次巻線の他方の端子はＩＧＢＴ２７（後述）のコレクタに接続されている。ダンパースイッチ１９は、絶縁型スイッチ又は絶縁型リレーなどであり、パルストランス１８の一次巻線と並列で接続されている。なお、ダンパースイッチ１９は、必要に応じてドライブ回路を備えていても良い。このダンパースイッチ１９は、（ドライブ回路に）入力された信号に応じて、パルストランス１８の一次巻線の両端を接続した（ショートさせた）状態とすることができるように構成されている。ダイオード２５は、図２に示すように、パルストランス１８の一次巻線と並列で接続されている。ダイオード２５は、パルストランス１８の自己インダクタンスによる逆電圧上昇を吸収するスナバ回路としての機能を有している。
【００６１】
電流制御部２２は、電流制御素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）２７を備えている。前述のように、ＩＧＢＴ２７のコレクタには、パルストランス１８の一次巻線が接続されている。また、ＩＧＢＴ２７のエミッタは接地されている。これにより、高圧電源３８、パルストランス１８の一次巻線、及びＩＧＢＴ２７が直列に接続されている。
【００６２】
上記の構成で、ＩＧＢＴ２７がオフ状態の場合、パルストランス１８の一次巻線には電流が流れない。ＩＧＢＴ２７がオン状態に切り変わると、高圧電源３８、パルストランス１８の一次巻線、ＩＧＢＴ２７の順で電流が流れる。これにより、パルストランス１８の二次巻線に電流が流れて、マグネトロン１５が起動する。以上のように、電流制御部２２のＩＧＢＴ２７を制御することによって、マグネトロン１５に流れる電流を制御することができる。
【００６３】
なお、特許文献３等では、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを利用していたので、マグネトロン駆動時の大電流に対応するために、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴを並列接続して容量を増やす必要があった。この点、ＩＧＢＴは同サイズのＭＯＳＦＥＴに比べて一般に耐電流性が高いため、並列接続が不要となる。従って、マグネトロン１５の駆動時に流れる大電流を、１つのＩＧＢＴ２７で制御することが可能である。これにより、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６では、特許文献３のように回路が複雑になることがないので、調整が容易になり、信頼性も向上している。
【００６４】
波形出力部２０は、アドレスカウンタ２８と、ＲＯＭ２９と、Ｄ／Ａ変換部３０と、を備えている。
【００６５】
ＲＯＭ２９には、例えば図３（ａ）に示すような駆動波形がデジタル形式で記憶されている。なお、図３のグラフの横軸は、駆動波形のデータが記憶されているアドレスを示しており、縦軸は、各アドレスに記憶されているデータの値を示している。このように、本実施形態ではデジタル形式で駆動波形を記憶しているので、データとして表現できる範囲であれば任意の駆動波形をＲＯＭ２９に記憶させておくことができる。
【００６６】
アドレスカウンタ２８には、トリガ信号と、所定周波数のクロック信号と、が入力されている。アドレスカウンタ２８は、トリガ信号が入力された場合に、ＲＯＭ２９に記憶されている駆動波形のデータを、前記クロック信号に応じた読み出し周期で先頭アドレスから順に読み出すように構成されている。ＲＯＭ２９から出力された駆動波形のデータは、Ｄ／Ａ変換部３０に出力される。
【００６７】
Ｄ／Ａ変換部３０は、ＲＯＭ２９から入力された駆動波形のデータを電圧に変換して出力する。以上の構成により、ＲＯＭ２９に記憶されている駆動波形を読み出して出力することができる。
【００６８】
操作部２１は、リニアアンプ３１と、ブースト回路３２と、を備えている。
【００６９】
リニアアンプ３１は、具体的にはオペアンプで構成されている。このオペアンプの反転入力端子には、波形出力部２０のＤ／Ａ変換部３０が出力した駆動波形が、抵抗３７を介して入力されている。また、オペアンプの非反転入力端子は、抵抗３３を介して接地されている。なお、本実施形態において、リニアアンプ（オペアンプ）３１は単一電源で駆動されている。このリニアアンプ３１の出力は、ブースト回路３２に入力されている。
【００７０】
なお、図２では、波形出力部２０が出力する駆動波形に対して同位相となる信号が流れる部分に（＋）を付し、逆位相となる信号が流れる部分に（−）を付している。波形出力部２０からの駆動波形はオペアンプの反転入力端子に入力されているので、当該オペアンプの出力波形は、駆動波形に対して逆位相（−）となる。
【００７１】
ブースト回路３２は、いわゆるコンプリメンタリ型のＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｎｄｅｄ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）回路として構成されており、リニアアンプ３１の出力を電流増幅して出力する。なお、ブースト回路３２において、コンプリメンタリに接続された１組のトランジスタは、コレクタ側が接地されている。ブースト回路３２への入力（リニアアンプ３１の出力波形）は駆動波形に対して逆位相（−）となっているので、当該ブースト回路３２の出力波形も、駆動波形に対して逆位相（−）となる。ブースト回路３２の出力は、前述のＩＧＢＴ２７のゲートに入力される。
【００７２】
例えば操作部２１の出力（ブースト回路３２の出力）が増大したときは、ＩＧＢＴ２７のゲート電圧が上昇してコレクタ−エミッタ間の抵抗が減少するため、当該ＩＧＢＴ２７のコレクタ電圧は低下する。このように、操作部２１の出力と、ＩＧＢＴ２７コレクタ電圧は、反対方向に変化する（つまり、信号の位相が反転する）。なお前述のように、操作部２１の出力（ブースト回路３２の出力）は駆動波形に対して逆位相（−）となっているので、結局、ＩＧＢＴ２７のコレクタ電圧の波形は駆動波形に対して同位相（＋）となる。
【００７３】
前述のように、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６では、電流制御部２２の出力波形を、操作部２１にフィードバックするように構成されている。具体的には、本実施形態では、ＩＧＢＴ２７のコレクタの電圧波形を、抵抗３４を介してリニアアンプ３１の非反転入力端子にフィードバックしている。このように、ＩＧＢＴ２７のコレクタ電圧を操作部２１にフィードバックすることにより、当該コレクタ電圧を、ＲＯＭ２９に記憶されている駆動波形によってリニアに制御できる。
【００７４】
本実施形態では、ＩＧＢＴ２７のコレクタにはパルストランス１８の一次巻線が接続されているので、当該一次巻線にかかる電圧をリニアに制御できる。このように、本実施形態の構成によれば、ＲＯＭ２９に記憶させておいた駆動波形でパルストランス１８の一次巻線にかかる電圧を調整できるので、マグネトロン１５に流れる電流を制御できる。マグネトロン１５の特性等を考慮した最適な駆動波形をＲＯＭ２９に記憶させておくことにより、マグネトロン１５を安定させて効率良く発振させることができる。
【００７５】
ところで、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６の場合、ＩＧＢＴ２７のコレクタ電圧と、パルストランス１８の一次巻線にかかる電圧は、逆方向に変化する（即ち、ＩＧＢＴ２７のコレクタ電圧が低下すると、パルストランス１８の一次巻線の両端の電位差は上昇する）。このため、例えば図３（ａ）の駆動波形で電流制御部２２をフィードバック制御した場合、パルストランス１８の一次巻線にかかる電圧の変化は、図３（ａ）の駆動波形を上下反転した形（図４）となる。従って、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６の場合、ＲＯＭ２９に記憶させる駆動波形は、マグネトロン１５を駆動するための電圧波形（パルストランス１８の一次巻線にかける電圧の波形）の逆波形（上下反転した波形）とする。
【００７６】
続いて、ＲＯＭ２９に記憶されている電圧波形（駆動波形）について説明する。なお前述のように、本実施形態の場合、ＲＯＭ２９に記憶されている駆動波形（図３（ａ））は、マグネトロン１５を駆動するための電圧波形（図４）の逆波形（上下反転した波形）となっている。以下の説明において、駆動波形の値の変化の方向（立ち上がる、立ち下がるなど）を言う場合には、マグネトロン１５を駆動するための電圧（図４）の変化の方向で表現するものとする。例えば、図３（ａ）において駆動波形の値が徐々に下がっている部分（緩徐部４０）を説明する場合には、「電圧が徐々に立ち上がる」というように逆方向で表現する。
【００７７】
まずマグネトロン１５の一般的な特性について簡単に説明する。図５に、マグネトロンの電流−電圧特性を示す。図５からわかるように、マグネトロンは電流電圧特性が非線形であり、発振を開始するまでは陽極電流が流れにくい。しかし、陽極電圧がある電圧以上になると、陽極電流が一気に増えて発振を始める。マグネトロンに電流を流し始めてから、マグネトロンが発振を開始するまでにかかる時間を「ＫＰディレー」と呼ぶことにする。
【００７８】
レーダ装置においては、距離分解能を向上させるために、鋭い立ち上がりのパルス信号が要求される。そこで、ＫＰディレーを可能な限り短くして、マグネトロン１５の陽極電圧を素早く立ち上げることが考えられる。しかし、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６では、マグネトロン１５への電流を制御する素子としてＩＧＢＴ２７を採用しているので、スイッチング速度が比較的遅い。このため、ＫＰディレーを短くするには限界がある。もっとも、仮にＭＯＳＦＥＴ等の高速なスイッチング素子を利用したとしても、ＫＰディレーを完全にゼロにすることはできない。
【００７９】
また、マグネトロン１５にかける電圧を高速で立ち上げると、マグネトロン１５の発振が不安定になり易いという問題がある。更に、高速スイッチングのためにスパイクノイズが発生し、周囲の機器に悪影響を与える懸念がある。
【００８０】
以上の点を考慮し、本実施形態では、ある程度のＫＰディレーを許容することにより、マグネトロン１５の発振を安定化させるとともに、スパイクノイズを防止するように構成している。
【００８１】
具体的には図３（ａ）に示すように、本実施形態では、ＲＯＭ２９に記憶されている電圧波形（駆動波形）に、緩徐部４０を設けている。緩徐部４０は、マグネトロン１５に電圧をかけ始めてから、当該マグネトロン１５が発振する電圧となるまでのあいだ、時間的に緩やかに電圧を立ち上げる（緩やかに電圧を増大させる）ようになっている。このように、マグネトロン１５に印加する電圧を徐々に立ち上げることで、マグネトロン１５の発振が不安定になることを防止できる。また、電圧を急激に増大させないため、スパイクノイズによって周囲の機器に悪影響を与えるおそれもない。
【００８２】
本実施形態では、スイッチング速度が比較的遅いＩＧＢＴ２７を利用しているが、上記のように電圧を徐々に立ち上げる駆動波形としたことにより、高速スイッチングが要求されなくなっている。従って、ＩＧＢＴ２７によってマグネトロン１５の電流を問題なく制御できる。
【００８３】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の電圧波形（駆動波形）は、マグネトロン１５が発振領域になったときに、電圧が急激に立ち上がり、所定時間の間一定電圧を維持したあとで、非発振領域となるまで電圧が急激に立ち下がる（電圧を急激に下降させる）矩形波状のパルス部４１を有している。このように、マグネトロン１５が発振領域になったときには電圧をパルス状に立ち上げることにより、鋭いパルス状の高周波信号をマグネトロン１５で発生させることができる。
【００８４】
また図３（ａ）に示すように、本実施形態の電圧波形（駆動波形）は、上記パルス部４１の後（マグネトロン１５の発振が終了した後）で、時間的に緩やかに電圧を立ち下げる（緩やかに電圧を下降させる）緩徐部４２を設けている。このように、マグネトロン１５の発振が終了した後に電圧を緩やかに変化させることで、発振後のマグネトロン１５が不安定になることを防止できる。
【００８５】
続いて、上記の電圧波形によってマグネトロン１５を駆動することによる消費電力について簡単に考察する。
【００８６】
消費電力を低減させるという観点からすると、マグネトロン１５に電流が流れている時間が短いほど好ましい。この点、本実施形態のＲＯＭ２９に記憶された電圧波形は、徐々に電圧を変化させる緩徐部４０，４２を有しているので、緩徐部を有さない単純なパルス状の電圧波形に比べて、マグネトロン１５に電流が流れている時間が長くなる。このため、消費電力の観点では、単純なパルス状の電圧波形に比べて効率が悪いといえる。
【００８７】
しかし前述のように、マグネトロン１５は、発振領域になるまでは電流が流れにくいという特性がある。本実施形態では、マグネトロン１５が発振しない領域に緩徐部４０，４２を設けているので、緩徐部４０，４２においてマグネトロン１５に流れる電流は少ない。従って、緩徐部４０，４２を設けたことによる消費電力の増大はわずかである。このように、本実施形態のＲＯＭ２９に記憶されている電圧波形によれば、単純なパルス状の電圧波形に比べても消費電力の増大は僅かであるため、効率良くマグネトロン１５を駆動できる。
【００８８】
なお、図３（ａ）に示す駆動波形は、時間に対して電圧が直線状に変化するようになっているが、これに限定されるわけではない。例えば、図５に示したように、マグネトロン１５の電流−電圧特性は非線形（曲線状）であるから、マグネトロン１５の消費電力を最小化する理想的な駆動波形は、曲線状になると考えられる。そこで例えば、マグネトロン１５の消費電力を最小化するために、駆動波形の緩徐部４０，４２において電圧を曲線状に変化させても良い。本実施形態のマグネトロン駆動回路１６によれば、任意の駆動波形をＲＯＭ２９に記憶させておくことができるため、例えば複雑な曲線状の駆動波形であっても容易に設定できる。このように、本実施形態の構成によれば、消費電力が最小になる電圧波形をＲＯＭ２９に記憶させておくことができるので、マグネトロン１５を更に効率良く駆動できる。
【００８９】
続いて、本実施形態のレーダ装置において、送信部１１と受信部１４を同期させる構成について説明する。
【００９０】
周知のように、レーダ装置においては、パルス信号を送信してからエコー（反射信号）を受信するまでに掛かった時間に基づいて、ターゲットまでの距離を取得する。従って、レーダアンテナからパルス信号が送信されたタイミングを、受信部１４側で知っておく必要がある。
【００９１】
本実施形態のレーダ装置１０は、マグネトロン１５に掛ける電圧を徐々に立ち上げるように構成されているので、マグネトロン１５に電流を流し始めてからパルス信号が出力されるまでに遅れ（ＫＰディレー）が発生する。このＫＰディレーの大きさは、送信部１１の波形出力部２０が出力する駆動波形によって決まるので、受信部１４側としては、パルス信号が送信されるタイミングを予め知ることができない。
【００９２】
そこで本実施形態の波形出力部２０は、マグネトロン１５が発振するタイミングとなったことを知らせる同期パルスを、受信部１４に対して出力するように構成されている。
【００９３】
より具体的に説明すると、本実施形態のＲＯＭ２９は、図３（ｂ）に示すような同期パルス波形を記憶している。この同期パルス波形は、マグネトロン１５が発振しない領域（駆動波形の緩徐部４０，４２に対応する部分）ではオフとなり、マグネトロン１５が発振する領域（駆動波形のパルス部４１に対応する部分）ではオンとなるような信号である。ただしこれに限定されるわけではなく、同期パルス波形は、マグネトロン１５が発振したタイミングを受信部１４に知らせることができる信号波形であれば良い。ＲＯＭ２９は、図３（ａ）の駆動波形をＤ／Ａ変換部３０に出力するのと並行して、図３（ｂ）の同期パルス波形を受信部１４に出力するように構成されている。
【００９４】
受信部１４は、上記同期パルス波形に基づいて、レーダアンテナからパルス信号が送信されたタイミング（マグネトロン１５が発振したタイミング）を知ることができる。これにより、送信部１１と受信部１４を同期して動作せることができるので、受信部１４は、レーダアンテナで受信した信号を適切に処理することができる。
【００９５】
続いて、本実施形態のレーダ装置において、パルストランス１８の回生エネルギーを吸収させるための構成について説明する。
【００９６】
本実施形態のＲＯＭ２９は、図３（ｃ）に示すダンパーパルス波形を記憶している。このダンパーパルス波形は、マグネトロン１５に電流を流し始めてからマグネトロン１５が発振を終了するまでの間（駆動波形のパルス部４１が立ち下がるまでの間）はオフとなり、マグネトロン１５が発振を終了した後（駆動波形のパルス部４１が立ち下がった後）はオンとなるような信号である。ただしこれに限定されるわけではなく、ダンパーパルス波形は、マグネトロン１５が発振を終了したタイミングを外部に知らせることができる信号波形であれば良い。ＲＯＭ２９は、図３（ａ）の駆動波形をＤ／Ａ変換部３０に出力するのと並行して、図３（ｃ）のダンパーパルス波形をダンパースイッチ１９（のドライブ回路）に出力するように構成されている。
【００９７】
ダンパースイッチ１９は、入力されたダンパーパルス波形がオンになると、パルストランス１８の一次巻線の両端をショートさせて、回生エネルギーを消費させる。これにより、マグネトロン１５の発振が終了した後、パルストランスの回生エネルギーを速かに消費させることができるので、マグネトロン１５の異常発振防止、尾引き防止の効果がある。このように、ダンパースイッチ１９は、回生エネルギー吸収部であるということができる。
【００９８】
また、本実施形態のＲＯＭ２９は、パルス部４１のパルス幅が異なった複数種類の駆動波形を記憶している。パルス幅が異なる駆動波形の例を、図６（ａ）に示す。
【００９９】
波形出力部２０には、マグネトロン１５で発生させるパルス信号のパルス幅を指定する波形選択信号が入力されている。ＲＯＭ２９は、複数種類記憶している駆動波形の中から、波形選択信号で指定されたパルス幅に応じた駆動波形を読み出すように構成されている。これによれば、マグネトロン１５で発生させるパルス信号のパルス幅に応じて駆動波形を変更できるので、必要に応じて送信パルス幅を切り替えることができる。
【０１００】
また、ＲＯＭ２９は、パルス部４１の幅が異なる複数種類の駆動波形に対応して、複数種類の同期パルス波形と、複数種類のダンパーパルス波形も記憶している（例えば図６（ｂ）及び図６（ｃ））。ＲＯＭ２９は、前記波形選択信号で指定されたパルス幅に応じた同期パルス波形及びダンパーパルス波形を、それぞれ出力するように構成されている。これにより、送信パルス幅が切り替えられた場合であっても、送信部１１と受信部１４を適切に同期させることができるとともに、適切なタイミングでパルストランス１８の回生エネルギーを吸収することができる。
【０１０１】
以上で説明したように、本実施形態のマグネトロン駆動回路１６は、電流制御部２２と、波形出力部２０と、操作部２１と、を備えている。電流制御部２２は、マグネトロン１５を流れる電流を制御する。波形出力部２０は、マグネトロン１５を駆動するための駆動波形を出力する。操作部２１は、駆動波形と電流制御部２２の出力波形とを比較した結果に基づいて、前記電流制御部２２をフィードバック制御する。
【０１０２】
従って、本実施形態のレーダ装置１０によるマグネトロン駆動方法は、以下のようにして行うことになる。即ち、このマグネトロン駆動方法は、波形出力工程と、フィードバック制御工程と、を含む。波形出力工程では、マグネトロンを駆動するための駆動波形を出力する。フィードバック制御工程では、駆動波形と、マグネトロン１５を流れる電流を制御している電流制御部２２の出力波形と、を比較した結果に基づいて、電流制御部２２を制御する。
【０１０３】
このように、電流制御部２２の出力波形をフィードバックすることで、波形出力部２０が出力する駆動波形によってマグネトロン１５を駆動できる。マグネトロン１５を駆動するための最適な電圧波形を波形出力部２０に設定しておくことにより、当該マグネトロン１５を安定して駆動することができる。
【０１０４】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態に係るマグネトロン駆動回路４６の回路図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【０１０５】
上記第１実施形態のマグネトロン駆動回路１６では、ＩＧＢＴ２７のコレクタ電圧波形を、操作部２１にフィードバックする構成としていた。これに代えて、第２実施形態のマグネトロン駆動回路４６は、ＩＧＢＴ２７のコレクタ−エミッタ間を流れる電流波形（パルストランス１８の一次巻線に流れた電流の波形）をフィードバックするように構成したものである。
【０１０６】
図７に示すように、第２実施形態では、ＩＧＢＴ２７のコレクタ−エミッタ間の電流を検出するため、当該ＩＧＢＴ２７のエミッタを抵抗４５を介して接地させている。そして、当該抵抗４５の高圧側の電圧を取り出して、操作部２１にフィードバックしている。この場合、抵抗４５の電圧降下分だけＩＧＢＴ２７のエミッタ電圧が上昇するので、その分、当該ＩＧＢＴ２７のゲートの電圧も上昇させておく必要がある。つまり、ＩＧＢＴ２７を駆動するために、ブートストラップ回路（ハイサイドスイッチ回路）が必要となる。
【０１０７】
そこで第２実施形態では、ブースト回路３２において、コンプリメンタリに接続されている１組のトランジスタをエミッタ接地方式に変更している。これにより、ブースト回路３２がブートストラップ回路（ハイサイドスイッチ回路）として機能するので、ＩＧＢＴ２７を適切に駆動させることができる。なお、ブースト回路３２をエミッタ接地方式に変更したので、ブースト回路３２の出力信号は、その入力信号（リニアアンプ３１の出力）とは逆位相となる。
【０１０８】
第２実施形態では、ＩＧＢＴ２７のコレクタ−エミッタ間の電流（パルストランス１８の一次巻線に流れた電流）をフィードバックしているため、ＲＯＭ２９に記憶させる駆動波形は、（電圧波形ではなく）マグネトロン１５を駆動するための電流の波形とする。これにより、所望の電流波形でマグネトロン１５を駆動できる。
【０１０９】
第２実施形態のマグネトロン駆動回路４６の場合、例えば操作部２１の出力が増大したときは、ＩＧＢＴ２７のコレクタ−エミッタ間電流も増大する。このように、第２実施形態のマグネトロン駆動回路４６では、操作部２１の出力と、ＩＧＢＴ２７のコレクタ−エミッタ間電流は、同じ方向に変化するので、操作部２１にフィードバックさせる信号の変化方向が第１実施形態とは逆になっている。そこで、この第２実施形態では、波形出力部２０が出力した駆動波形を操作部２１に入力する位置を、第１実施形態から変更している。具体的には、Ｄ／Ａ変換部３０が出力した駆動波形を、抵抗３７を介して、リニアアンプ（オペアンプ）３１の非反転入力端子に入力する構成としている。なお、この変更に伴い、リニアアンプ３１の反転入力端子を、抵抗３３を介して接地するように第１実施形態から変更している。
【０１１０】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０１１１】
上記第１実施形態では、マグネトロン１５を駆動するための電圧波形（パルストランス１８の一次巻線にかかる電圧の波形）の逆波形（上下反転した波形）を駆動波形としてＲＯＭに記憶させる構成としているが、これに限定されるわけではない。例えば、図２の回路図において、波形出力部２０が出力する駆動波形をリニアアンプ３１の非反転入力端子に入力し、抵抗３７を接地するように変更すれば、上下反転していない駆動波形で電流制御部２２を制御できる。
【０１１２】
上記実施形態では、大容量の高圧電源３８からの電流でマグネトロン１５を駆動する構成としている。しかしこれに限らず、充電したコンデンサでマグネトロンを駆動する従来のマグネトロン駆動回路にも本願発明を適用することができる。この場合、ＩＧＢＴ２７、コンデンサ２６、及びパルストランス１８を直列に接続し、ＩＧＢＴ２７の電圧（又は電流）をフィードバック制御する。ＩＧＢＴ２７、コンデンサ２６、及びパルストランス１８の接続方法を図８に例示する。これにより、コンデンサ２６の放電をＩＧＢＴ２７によって制御できる。なお、図８（ｂ）の場合、ＩＧＢＴ２７のエミッタが接地されていないので、当該ＩＧＢＴ２７を駆動するためにはブートストラップ回路（ハイサイドスイッチ回路）が必要となる。
【０１１３】
本願発明の構成は、レーダ装置に限らず、マグネトロンを駆動する回路に広く利用できる。
【０１１４】
上記実施形態では、非線形素子の一例としてマグネトロンを駆動する構成を説明したが、非線形素子としてはマグネトロンに限らない。さまざまな種類の素子を駆動するために、本発明の非線形素子駆動回路を利用できる。特に、発振素子を駆動するために本発明の非線形素子駆動回路を利用すれば、前記発振素子を所望の駆動回路によって駆動できる結果、所望の出力信号を得ることができるため好適である。このような発振素子としては、マグネトロンの他にも、例えば、超音波振動子などを一例として挙げることができる。従って、本発明は、例えば、ソナー、魚群探知機、音響機器など、超音波振動子が発生させた超音波によって探知を行う超音波探知装置に応用できる。本発明の非線形素子駆動回路によって超音波振動子を駆動することにより、所望波形の超音波信号を発生させることができるので、超音波探知装置の探知精度を向上させることができる。
【０１１５】
図３等に示した駆動波形は一例であって、これに限定されない。また、駆動波形は必ずしも緩徐部４０，４２やパルス部４１を有していなくてもよい。本発明の最大の特徴は、任意の駆動波形で非線形素子を駆動できるという点にあるので、駆動波形の形状としてはどのようなものであっても良い。
【０１１６】
上記実施形態では、駆動波形、同期パルス波形、及びダンパーパルス波形はＲＯＭ２９に記憶される構成としたが、これに限らない。例えば、これらの波形を演算によって生成して出力する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  レーダ装置
１５  マグネトロン（非線形素子）
１６  マグネトロン駆動回路（非線形素子駆動回路）
２０  波形出力部
２１  操作部
２２  電流制御部
２７  ＩＧＢＴ
【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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