(57)【要約】【課題】  プラズマスイッチにて仮想陰極電子管を動作させるに必要な高電圧で且つ立ち上がりの速い電圧パルスを発生することができ、これによって高出力の電磁波を放射すること。【解決手段】  コンデンサ群１０から供給される電流をＭＣ型爆薬発電機２０で増幅し、この増幅電流を電気エネルギーとして第１の空芯トランス３０に蓄積し、この電気エネルギーをプラズマスイッチ４０を通過させることで高電圧パルスとし、この高電圧パルスを第２の空芯トランス５０によって更に所定倍数増幅する。この高電圧パルスの電圧値が所定値になるとギャップスイッチ６０が作動し、これにて高速な立ち上がりパルス電圧波形が仮想陰極電子管７０へ印加される。ここで高出力の電磁波を発生してアンテナ８０から放射する。【選択図】      図１
2006332899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、
前記直流電圧発生手段から供給される電流を増幅するエネルギー増幅手段と、
前記エネルギー増幅手段で増幅された電流を電気エネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、
常時は閉状態で前記エネルギー蓄積手段に蓄積された電気エネルギーの通過を可能とし、制御信号の供給により開状態となって電圧パルスを発生させるスイッチング手段と、
前記スイッチング手段から発生した電圧パルスを増幅して高電圧パルスとする電圧増幅手段と、
前記電圧増幅手段からの高電圧パルスの電圧値が所定値になると当該高電圧パルスを高速に立ち上げ、この高速な立ち上がり波形の高電圧パルスを出力する波形整形手段と、
前記波形整形手段からの高速な立ち上がり波形の高電圧パルスの印加によって電磁波を発生する高周波発生手段と、
前記高周波発生手段で発生された電磁波を放射するアンテナと、
前記制御信号を所定タイミングで出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする電磁波発生装置。
【請求項２】
直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、
前記直流電圧発生手段から供給される電流を増幅するエネルギー増幅手段と、
前記エネルギー増幅手段で増幅された電流を電気エネルギーとして蓄積し、この蓄積された電気エネルギーが出力される際に当該電気エネルギーを増幅するエネルギー蓄積電圧増幅手段と、
常時は閉状態で前記エネルギー蓄積電圧増幅手段に蓄積された電気エネルギーの通過を可能とし、制御信号の供給により開状態となって高電圧パルスを発生させるスイッチング手段と、
前記電圧増幅手段からの高電圧パルスの電圧値が所定値になると当該高電圧パルスを高速に立ち上げ、この高速な立ち上がり波形の高電圧パルスを出力する波形整形手段と、
前記波形整形手段からの高速な立ち上がり波形の高電圧パルスの印加によって電磁波を発生する高周波発生手段と、
前記高周波発生手段で発生された電磁波を放射するアンテナと、
前記制御信号を所定タイミングで出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする電磁波発生装置。
【請求項３】
前記エネルギー蓄積電圧増幅手段は、一次コイルと、直列接続された二次コイル及び三次コイルとを有する空芯トランスであり、前記一次コイルが前記エネルギー増幅手段と接続され、前記二次コイルに前記スイッチング手段が並列に接続され、前記二次コイル及び前記三次コイルに前記ギャップスイッチ及び前記高周波発生手段が直列に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波パルスを発生させる電磁波発生装置に関り、特に、電磁波発振素子である仮想陰極電子管を高電圧パルスで駆動してＧＨｚオーダーの周波数で高出力の電磁波を発生させ、各種分野での応用が可能な電磁波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁波発生装置として例えば特許文献１に記載のものがあり、これを図１４を参照して説明する。図１４に示す電磁波発生装置３００は、直流電圧を発生する直流電圧発生手段として作用するコンデンサ群１０と、このコンデンサ群１０から供給される電流を増幅するエネルギー増幅手段として作用するＭＣ型爆薬発電機２０と、このＭＣ型爆薬発電機２０と一次側が接続され、増幅した電流を電気エネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段として作用する空芯トランス３０と、この空芯トランス３０の二次側と接続され、常時は閉状態で空芯トランス３０による電気エネルギーの通過を可能とし、制御部９０からの制御信号が電気雷管４１に与えられると開状態となって高電圧パルスを発生させるスイッチング手段として作用するプラズマスイッチ４０とを備える。
【０００３】
更に、常時は開状態で高電圧パルスの電圧値が所定の値になると作動し、高速な立ち上がりパルス電圧波形を供給する波形整形手段として作用するギャップスイッチ６０と、高速な立ち上がり波形をもつ高電圧パルスがアノード７６とカソード７７間に印加されると電磁波を発生する電磁波発生手段として作用するマグネトロン７５と、このマグネトロン７５に接続され電磁波放射手段として作用するアンテナ８０と、コンデンサ群１０とＭＣ型爆薬発電機２０との間に接続されたスイッチ１１と、このスイッチ１１、ＭＣ型爆薬発電機２０に設けられた電気雷管２１及びプラズマスイッチ４０に設けられた電気雷管４１へ起動信号又は制御信号を所定タイミングで供給する制御部９０と、制御部９０を起動するためのスイッチ９１とを備えて構成されている。
【０００４】
このような構成の電磁波発生装置３００において、制御部９０からの制御信号によってスイッチ１１が閉状態とされると、ＭＣ型爆薬発電機２０がインダクタンスを小さくしながらコンデンサ群１０から発生される電流を増幅しながら、空芯トランス３０及びプラズマスイッチ４０へ通電する。そして、増幅を終えた時点でインダクタンスが零となり、電気エネルギーが空芯トランス３０へ蓄積される。
【０００５】
プラズマスイッチ４０は、常時は閉状態で空芯トランス３０による電気エネルギーの通過を可能とし、制御部９０から制御信号が与えられると開状態となって、高電圧パルスを発生させるが、空芯トランス３０でのインダクタンスの存在により、空芯トランス３０からプラズマスイッチ４０へのエネルギーの移行が正常に行われた場合、プラズマスイッチ４０で発生する高電圧パルスは大きな値となる。
高電圧パルスの電圧値が所定の値になるとギャップスイッチ６０が作動し、マグネトロン７５に高速な立ち上がり電圧波形を持つ高電圧パルスを印加することが可能となり、アンテナ８０から高周波、高出力の電磁波が放射される。
【０００６】
また、高電圧パルスの値は、プラズマスイッチ４０がスイッチングする時の回路のインダクタンス値及び電流の時間変化率の積に比例するが、空芯トランス３０の一次漏れインダクタンス値を例えば０．５μＨに、二次漏れインダクタンス値を例えば概ね５μＨから１０μＨにしておくことにより、ＭＣ型爆薬発電機２０の電流増幅作用を阻害することなく、空芯トランス３０のエネルギー蓄積を可能とし、プラズマスイッチ４０の作動時、上記のインダクタンス値及び電流の時間変化率の積が大きくなり、プラズマスイッチ４０の発生パルス電圧の値を大きくすることができるようになっている。
【０００７】
この高電圧パルスをマグネトロン７５に印加することによってアンテナ８０から高周波、高出力の電磁波が出力されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２９８３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１の電磁波発生装置３００においては、プラズマスイッチ４０で発生するパルス電圧の大きさが５０〜６０ｋＶであり、この電圧は電磁波発生手段としてマグネトロン７５を作動させるには十分である。しかし、マグネトロン７５よりも更に大きな出力の仮想陰極電子管を作動させる場合は、２００ＫＶ以上のパスル電圧が要求されており、上記の５０〜６０ｋＶでは不十分であった。更に仮想陰極電子管でも、立ち上がりの速い電圧パルスの印加が要求されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、プラズマスイッチにて仮想陰極電子管を動作させるに必要な高電圧で且つ立ち上がりの速い電圧パルスを発生することができ、これによって高出力の電磁波を放射することができる電磁波発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による電磁波発生装置は、直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段から供給される電流を増幅するエネルギー増幅手段と、前記エネルギー増幅手段で増幅された電流を電気エネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、常時は閉状態で前記エネルギー蓄積手段に蓄積された電気エネルギーの通過を可能とし、制御信号の供給により開状態となって電圧パルスを発生させるスイッチング手段と、前記スイッチング手段から発生した電圧パルスを増幅して高電圧パルスとする電圧増幅手段と、前記電圧増幅手段からの高電圧パルスの電圧値が所定値になると当該高電圧パルスを高速に立ち上げ、この高速な立ち上がり波形の高電圧パルスを出力する波形整形手段と、前記波形整形手段からの高速な立ち上がり波形の高電圧パルスの印加によって電磁波を発生する高周波発生手段と、前記高周波発生手段で発生された電磁波を放射するアンテナと、前記制御信号を所定タイミングで出力する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、エネルギー増幅手段はインダクタンスを小さくしながら直流電圧発生手段から発生する電流を増幅し、これをエネルギー蓄積手段及びスイッチング手段へ通電し、先の増幅を終えた時点ではインダクタンスが零となり、電気エネルギーはエネルギー蓄積手段に蓄積される。更に、スイッチング手段は、常時は閉状態でエネルギー蓄積手段による電気エネルギーの通過を可能とし、制御手段から制御信号が与えられると開状態となって電圧パルスを発生させるが、エネルギー増幅手段でのインダクタンスの存在により、エネルギー蓄積手段からスイッチング手段へのエネルギーの移行が正常に行われ、スイッチング手段で発生する電圧パルスは大きな値となる。更に、電圧増幅手段は入力された電圧パルスを所定倍数、例えば３〜５倍の高電圧パルスに増幅する。この高電圧パルスの電圧値が所定の値になると波形整形手段が作動し、電磁波発生装置として作用する高周波発生手段に高速な立ち上がり電圧波形をもつ高電圧パルスを印加することが可能となり、高周波発生手段はマイクロ波を生成し、アンテナから高周波、高出力の電磁波が出力される。
【００１１】
また、本発明の請求項２による電磁波発生装置は、直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段から供給される電流を増幅するエネルギー増幅手段と、前記エネルギー増幅手段で増幅された電流を電気エネルギーとして蓄積し、この蓄積された電気エネルギーが出力される際に当該電気エネルギーを増幅するエネルギー蓄積電圧増幅手段と、常時は閉状態で前記エネルギー蓄積電圧増幅手段に蓄積された電気エネルギーの通過を可能とし、制御信号の供給により開状態となって高電圧パルスを発生させるスイッチング手段と、前記電圧増幅手段からの高電圧パルスの電圧値が所定値になると当該高電圧パルスを高速に立ち上げ、この高速な立ち上がり波形の高電圧パルスを出力する波形整形手段と、前記波形整形手段からの高速な立ち上がり波形の高電圧パルスの印加によって電磁波を発生する高周波発生手段と、前記高周波発生手段で発生された電磁波を放射するアンテナと、前記制御信号を所定タイミングで出力する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、スイッチング手段が閉状態となってエネルギー蓄積電圧増幅手段に蓄積された電気エネルギーが出力される際に、所定倍数例えば３〜５倍に増幅されるので、スイッチング手段を介して波形整形手段へ高電圧パルスが出力されることになる。従って、その高電圧パルスの電圧値が所定の値になると波形整形手段が作動し、電磁波発生装置として作用する高周波発生手段に高速な立ち上がり電圧波形をもつ高電圧パルスを印加することが可能となり、高周波発生手段はマイクロ波を生成し、アンテナから高周波、高出力の電磁波が出力される。
【００１３】
また、本発明の請求項３による電磁波発生装置は、請求項２において、前記エネルギー蓄積電圧増幅手段は、一次コイルと、直列接続された二次コイル及び三次コイルとを有する空芯トランスであり、前記一次コイルが前記エネルギー増幅手段と接続され、前記二次コイルに前記スイッチング手段が並列に接続され、前記二次コイル及び前記三次コイルに前記ギャップスイッチ及び前記高周波発生手段が直列に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、エネルギー蓄積手段及び電圧増幅手段の２つの構成要素を持つことに比べ、簡単な構成の空芯トランス１つのみでエネルギー蓄積と電圧増幅との双方の作用を実現することができるので、電磁波発生装置全体を小型にすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、プラズマスイッチにて仮想陰極電子管を動作させるに必要な高電圧で且つ立ち上がりの速い電圧パルスを発生することができるという効果がある。その高電圧で且つ立ち上がりの速い電圧パルスの発生によって高出力の電磁波を放射することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁波発生装置の構成を示すブロック図である。
図１に示す電磁波発生装置１００は、直流電圧を発生する直流電圧発生手段として作用するコンデンサ群１０と、このコンデンサ群１０から供給される電流を増幅するエネルギー増幅手段として作用するＭＣ型爆薬発電機２０と、このＭＣ型爆薬発電機２０と一次側が接続され、増幅した電流を電気エネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段として作用する第１の空芯トランス３０と、この空芯トランス３０の二次側と接続され、常時は閉状態で空芯トランス３０による電気エネルギーの通過を可能とし、制御部９０からの制御信号が電気雷管４１に与えられると開状態となって高電圧パルスを発生させるスイッチング手段として作用するプラズマスイッチ４０と、このプラズマスイッチ４０から発生した高電圧パルスを増幅する電圧増幅手段として作用する第２の空芯トランス５０とを備える。
【００１６】
更に、常時は開状態で第２の空芯トランス５０からの高電圧パルスの電圧値が所定の値になると作動し、高速な立ち上がりパルス電圧波形を供給する波形整形手段として作用するギャップスイッチ６０と、高速な立ち上がり波形をもつ高電圧パルスがアノード７１とカソード７２間に印加されると電磁波を発生する高周波発生手段として作用する仮想陰極電子管７０と、この仮想陰極電子管７０に接続され電磁波放射手段として作用するアンテナ８０と、コンデンサ群１０とＭＣ型爆薬発電機２０との間に接続されたスイッチ１１と、このスイッチ１１、ＭＣ型爆薬発電機２０に設けられた電気雷管２１及びプラズマスイッチ４０に設けられた電気雷管４１へ起動信号又は制御信号を所定タイミングで供給する制御部９０と、制御部９０を起動するためのスイッチ９１とを備えて構成されている。
【００１７】
コンデンサ群１０は、図２（ａ）に示すように、複数の単体のコンデンサ１０１を直並列に接続することにより直流電圧発生手段として構成されている。更に説明すると、所望の電圧を得るためにコンデンサ１０１を必要数直列接続し、所望の電流を得るためにコンデンサ１０１を並列接続することができる。
なお、直流電圧発生手段としてはコンデンサ群１０の他に、バッテリやＭＨＤ（電磁流体力学）発電機でも構成することができる。図３（ｂ）に単体のバッテリ１５１を直並列に接続して構成したバッテリ群１５の例を示す。
【００１８】
ＭＣ型爆薬発電機２０は、図３に示すように、内部に爆薬２４を充填したライナ２３と、このライナ２３の外周に沿って構成されるコイル２２とを有し、通常、コイル２２とライナ２３の間隔に絶縁ガスが封入された構成となっており、更に、爆薬２４中に制御部９０からの起動信号が与えられると起爆する電気雷管２１が設けられている。なお、コイル２２の一方の端子はコンデンサ群１０に接続され、他方の端子は空芯トランス３０に接続されている。
【００１９】
そして、爆薬２４中に設けた電気雷管２１を起爆させて爆薬２４を爆発させるとライナ２３が順次拡張してコイル２２を順次短絡するので、コイル２２のインダクタンスが小さくなる。一方、コイル２２中の磁束φは、｛φ（磁束）＝Ｌ（インダクタンス）×ｉ（電流）＝一定｝から分かるように一定に保持されているので電流が急激に増幅される。
このように、起爆信号が与えられた電気雷管２１が起爆して爆薬２４を爆発し、ライナ２３を順次拡張してコイル２２を短絡していくので大きな電流増幅が行われる。
【００２０】
空芯トランス３０は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、外箱３１、一次コイル３２及び二次コイル３４を備えて構成されている。図４（ａ）〜（ｃ）は構成部品の模式図、（ｄ）は組立時の側面図である。
一次コイル３２は、ＭＣ型爆薬発電機２０と直列に接続されており、ＭＣ型爆薬発電機２０の電流を通電し、これを電気エネルギーとして蓄積する。一次コイル３２の漏れインダクタンス値は、例えば周波数１ｋＨｚにおいて概ね０．５μＨに設定すれば、ＭＣ型爆薬発電機２０が作動し、その初期のインダクタンス値の例えば１００μＨが作動終了後０μＨに変化しても、電流値は概ねインダクタンス値の比（１００÷０．５）、つまり概ね２００倍に増幅される。しかし、一次コイル３２と二次コイル３４の結合係数を概ね０．１とすれば、二次コイル３４にはＭＣ型爆薬発電機２０の初期電流の２０倍の電流が通電され、これが電気エネルギーとして蓄積されることになる。
【００２１】
次に、プラズマスイッチ４０について、図５を参照して説明する。但し、図５（ａ）はプラズマスイッチ４０の構成を模式的に示し、（ｂ）は（ａ）の断面図を示す。
プラズマスイッチ４０は、円盤状で銅等の導電性材料で形成された電極４４ａと、この電極４４ａの外形より大きな円形状の中空部を有し、銅等の導電性材料で形成された円盤状の電極４４ｂと、その中空部を塞ぐように設けられたアルミ箔等の金属薄膜４５とを備え、これらの上下両側に爆薬４３が備えられた状態で収納筺体４２に収納されている。
【００２２】
更に、爆薬４３中には、起動信号が与えられると起爆する電気雷管４１が設けられており、更に、電極４４ａ，４４ｂの各々に電線４６ａ，４６ｂが接続されている。これら電線４６ａ，４６ｂは、エネルギー蓄積手段として作用する空芯トランス３０の二次コイル３４と、電圧増幅手段として作用する第２の空芯トランス５０の一次コイル５４（図６参照）に並列に接続されている。
【００２３】
ここで、空芯トランス３０に蓄積された電流は、電線４６ａ，４６ｂを介して電極４４ａと４４ｂ間を流れるが、所定値以上の電流が流れると金属薄膜４５が溶融し、これが導電性を有するプラズマとなった状態で、電流が電極４４ａと４４ｂ間を流れるようになる。この後、電気雷管４１を起爆し、爆薬４３を爆発させると、金属薄膜４５の溶融によって生成されたプラズマが上下両側から急激に圧縮されるため、導電部分の堆積が急激に小さくなって急激に抵抗値が大きくなり、プラズマスイッチ４０が電流を流さない状態となる。
【００２４】
このように、爆薬４３を用いて高速にスイッチング動作を行うことが可能となり、これにより蓄積されたエネルギーを高速にスイッチングして高電圧パルスを得ることが可能となる。
なお、プラズマスイッチ４０の代わりに、オフスイッチとして機能するヒューズを用いてもよく、これによっても装置構成を簡素化できる。
【００２５】
次に、第２の空芯トランス５０について図６を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は第２の空芯トランス５０の構成部品の模式図を示し、（ｄ）は組立時の側面図を示す。
第２の空芯トランス５０による電圧増幅手段は、外箱５１内に一次コイル５２及び二次コイル５４を収納して構成され、一次コイル５２がプラズマスイッチ４０の電線４６ａ，４６ｂに接続され、二次コイル５４がギャップスイッチ６０及び仮想陰極電子管７０のカソード７２に接続されている。更に、一次コイル５２と二次コイル５４の巻き数比は概ね１：３〜１：５で構成する。ここで、トランスの基本原理より二次コイル５４にはプラズマスイッチ４０の高電圧パルスが３〜５倍×Ｋ（結合係数）に増幅される。Ｋの値を例えば０．５〜０．６にすればプラズマスイッチ４０のパルス電圧は１．５〜３倍に増幅される。
【００２６】
次に、ギャップスイッチ６０について、図７を参照して説明する。図７（ａ）はギャップスイッチ６０の一例の構成を模式的に示したものである。
ギャップスイッチ６０は、銅等の導電性材料を球状に形成した２つの電極６１ａ，６１ｂを気中で狭いギャップを介して対向させ、各電極６１ａ，６１ｂに電線６２ａ，６２ｂを接続し、これら電極６１ａ，６１ｂと、当該電極６１ａ，６１ｂと平行に配置した電線６２ｃとを、プラズマスイッチ４０及び仮想陰極電子管７０に接続して成る。
【００２７】
このようなギャップスイッチ６０の動作を、図７（ｂ）及び（ｃ）を参照して説明する。（ｂ）の縦軸はプラズマスイッチ４０が作動を開始した後の第２の空芯トランス５０の二次コイル５４の出力電圧を示し、横軸は時間を示す。（ｃ）の縦軸はギャップスイッチ６０の出力電圧を示し、横軸は時間を示す。
プラズマスイッチ４０が（ａ）に示す時刻ｔ１で作動後、第２の空芯トランス５０の二次コイル５４の電圧がギャップスイッチ６０の電極６１ａと６１ｂとの間隔によって決まる所定の電圧値に達したとき、（ｂ）に示す時刻ｔ２でギャップスイッチ６０が作動し、（ｂ）に示すような立ち上がり速度の速いパルス電圧を仮想陰極電子管７０へ供給する。つまり、ギャップスイッチ６０は波形整形手段として作用する。
【００２８】
次に、仮想陰極電子管７０について、図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、仮想陰極電子管７０は、金属製の真空容器内にアノード７１及びカソード７２を対向させて構成される。アノード７１は金属メッシュ、カソード７２は円筒金属の先端にベルベットを貼って構成される。図８（ｂ）に示すように、仮想陰極電子管７０は、アノード７１とカソード７２の間に概ね２００ｋＶ以上のパルス電圧ＶＰが印加されるとカソード７２からプラズマが放射され、プラズマ中の電子は負の高電圧パルスで加速され、アノード７１へ向かう。アノード７１へ向かった電子はアノード７１を越えて、実在しない仮想陰極７３まで到達し、この位置から方向を変え非常に速い速度で振動する。この電子の振動が電磁波としてアンテナ８０へ出力される。
【００２９】
アンテナ８０は、仮想陰極電子管７０から出力される電磁波を放射するためのものであり、例えば、パラボラ型、角錐ホーン型、円錐ホーン型、レンズ付円錐ホーン型等のアンテナで実現可能である。仮想陰極電子管７０とアンテナ８０との接続のために、導波管やコーナベント等の高周波デバイスを必要に応じて用いるようにすればよい。
制御部９０は、後に説明する制御動作を行うものであって、例えば、動作プログラムを内蔵したＲＯＭと、動作プログラムにしたがって所望の信号を出力するＣＰＵを有して実現可能である。
【００３０】
また、電気雷管２１，４１としては、鉱工業用６号電気雷管、時間精度が高い地震探索用電気雷管、ガス導管起爆システム、ノネルシステム（両システムは、非電式起爆システムで周囲の電流による誤動作が防止され、高信頼性を有する）等を用いればよい。また、爆薬としては、ダイナマイト、含水爆薬、硝安爆薬、硝安油剤爆薬等の爆薬や、ＰＥＴＮ、ＲＤＸ、ＨＭＴ、ＴＮＴ等の単一品または２種以上の混合品、又は、これらに、油脂系・シリコン系のバインダ、硝酸塩・塩素酸等の酸化剤を加えたものを用いればよい。
【００３１】
このような構成の第１の実施の形態による電磁波発生装置１００の動作を、図９及び図１０を参照して説明する。
但し、コンデンサ群１０として４５μＦのコンデンサを６個並列に接続し、電圧７．５ＫＶで充電したものを用いる。ＭＣ型爆薬発電機２０として、全長１０００ｍｍ、直径２００ｍｍ、コイル径１６０ｍｍ、コイルピッチ８ｍｍ、コイル巻数６３、コイル初期インダクタンス１００μＨのものを用いる。空芯トランス３０として、一次コイル１ターン、二次コイル４ターン、一次漏れインダクタンス０．５μＨ、二次漏れインダクタンス４μＨのものを用いる。プラズマスイッチ４０として、直径２４０ｍｍ、厚さ３４ｍｍ、電極間隔６０ｍｍ、金属箔として銅箔、厚さ５０μｍのものを用い、第２の空芯トランス５０として、一次コイル１ターン、二次コイル５ターンのものを用い、ギャップスイッチ６０として、空気中に径１０ｍｍの球ギャップを対向させ、ギャップ間隔を８ｍｍとし、作動電圧２００ｋＶ、パルス立ち上がりを１００ｎｓとしてものを用いる。仮想陰極電子管７０として周波数１０ＧＨｚ、出力２００ＭＷ、パルス電圧２００ＫＶのものを用い、アンテナ８０として角錐ホーンアンテナ、ゲイン２０ｄＢのものを用いた。
【００３２】
図９（ａ）は、制御部９０による制御信号や起動信号の供給タイミングを示し、この（ａ）に示すように、まず、スイッチ９１を操作すると制御部９０は、スイッチ１１に起動信号を供給する。これによってコンデンサ群１０から電流がＭＣ型爆薬発電機２０に供給される。例えば概ね１００μｓ後、制御部９０が電気雷管２１に起動信号を供給すると起爆する。
【００３３】
これによって電流が、コンデンサ群１０、ＭＣ型爆薬発電機２０、空芯トランス３０、プラズマスイッチ４０の線路（線路Ｉと称す）を増幅されながら流れ、この際、「（１／２）×Ｌ×ｉ×ｉ」（但し、Ｌは空芯トランス３０の２次側から見たインダクタンス、ｉは電流）なる電気エネルギーが空芯トランス３０の二次コイル３４に蓄積される。
また、電気雷管２１を起爆してから例えば３０μｓを経過すると、制御部９０は電気雷管４１に起動信号を供給する。これによって、電気雷管４１が起爆するので、プラズマスイッチ４０が閉状態から高抵抗状態（開状態）となり、プラズマスイッチ４０に電流が流れなくなって、上記の経路Ｉに流れる電流が図９（ｂ）の符号Ｂで示すように急峻な立下り波形となる。
【００３４】
このときのプラズマスイッチ４０のスイッチング時間（閉状態から開状態となる時間）をｄｔとすると、図９（ｃ）に示す「−Ｌ×（ｄｉ／ｄｔ）」なる高電圧Ｖ１が第２の空芯トランス５０の一次コイル５２に印加される。
更に、図９（ｄ）に示すように第２の空芯トランス５０の二次コイル５４には「−Ｖ×（ｍ／ｎ）×Ｋ」倍のパルス電圧Ｖ３が現れる。ここで、ｍは二次コイル５４の巻回数、ｎは一次コイル５２の巻回数、Ｋは空芯トランスの結合係数である。
【００３５】
そのパルス電圧Ｖ２〜Ｖ３がギャップスイッチ６０の一次側に印加され、これに応じてギャップスイッチ６０の二次側から図９（ｅ）に示すパルス電圧Ｖ４〜Ｖ５が出力される。つまり、ギャップスイッチ６０に印加されたパルス電圧がギャップ間隔で決まる所定の電圧値に到達したとき、ギャップ間で放電が発生し、ギャップスイッチ６０の二次側に立ち上がり時間（Ｖ４〜Ｖ５に立ち上がる時間）の速い高電圧パルスが発生する。
【００３６】
この立ち上がりの速い高電圧パルスが仮想陰極電子管７０のアノード７１とカソード７２間に印加されると、電磁波が発振され、この電磁波がアンテナ８０から放射される。
この電磁波放射までの電磁波発生装置１００における主要部の出力波形を図１０（ａ）〜（ｇ）に示す。（ａ）はコンデンサ群１０の出力電流、（ｂ）はＭＣ型爆薬発電機２０の出力電流、（ｃ）は空芯トランス３０の出力電流、（ｄ）はプラズマスイッチ４０の出力電圧、（ｅ）は第２の空芯トランス５０の出力電圧、（ｆ）はギャップスイッチ６０の出力電圧、（ｇ）は仮想陰極電子管７０の出力電力の波形である。
【００３７】
このように第１の実施の形態の電磁波発生装置１００によれば、印加パルス電圧の立ち上がりが速く且つ発振条件下限電圧が高い仮想陰極電子管７０であっても、高出力で高周波数（ＧＨｚオーダー）の電磁波を発振してアンテナ８０から放射することができる。
この効果を、図１１に従来例との比較で示した。即ち、図１１（ａ）は従来例によるギャップスイッチ６０の出力電圧の波形であり、パルス電圧のピーク値が６０ｋＶにとどまっている。図１１（ｂ）が本実施の形態によるギャップスイッチ６０の出力電圧の波形であり、パルス電圧のピーク値が従来の約４倍の２５０ｋＶとなっている。この２５０ｋＶのパルス電圧を印加することによって仮想陰極電子管７０は発振し、アンテナ８０から周波数約１０〜１５ＧＨｚ、電力２００ＭＷ、アンテナ８０から１ｍの地点において電界強度３４ｋＶ／ｃｍの電界強度を得た。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁波発生装置の構成を示すブロック図である。
図１２に示す電磁波発生装置２００が上記第１の実施の形態の電磁波発生装置１００と異なる点は、第２の空芯トランス５０が無く、第１の空芯トランス３０に代え、エネルギー増幅手段並びに電圧増幅手段として作用する空芯トランス２１０を接続したことにある。
【００３９】
空芯トランス２１０について図１３を参照して説明する。図１３（ａ）〜（ｄ）は空芯トランス２１０の構成部品の模式図であり、図１３（ｅ）は組立時の側面図である。空芯トランス２１０は、外箱２１１内に一次コイル２１２、二次コイル２１４及び三次コイル２１６を収納して構成され、例えば、一次コイル２１２は１巻きで漏れインダクタンスが概ね０．５μＨ、二次コイル２１４は漏れインダクタンスが概ね５〜１０μＨ、三次コイル２１６は二次コイル２１４対（二次コイル２１４＋三次コイル２１６）の巻回数比が３〜５倍のコイルを有し、二次コイル２１４と三次コイル２１６は直列接続されて構成されている。
【００４０】
一次コイル２１２にプラズマスイッチ４０が接続され、互いに直列接続された二次コイル２１４及び三次コイル２１６にギャップスイッチ６０及び仮想陰極電子管７０が直列に接続されている。
また、一次コイル２１２の漏れインダクタンスが概ね０．５μＨ、二次コイル２１４のインダクタンスが概ね５〜１０μＨであるため、ＭＣ型爆薬発電機２０のエネルギーが二次コイル２１４及び三次コイル２１６に蓄積される。
【００４１】
プラズマスイッチ４０は二次コイル２１４に接続されているので、この状態でプラズマスイッチ４０が作動すると、二次コイル２１４には高電圧パルスが発生する。
二次コイル２１４と三次コイル２１６は、二次コイル２１４と（二次コイル２１４＋三次コイル２１６）との巻き数比が概ね１：３〜１：５のため、三次コイル２１６の電圧が二次コイル２１４の電圧の３〜５倍×Ｋに増幅される。Ｋは結合係数である。Ｋの値を例えば０．５〜０．６にすればプラズマスイッチ４０のパルス電圧が１．５〜３倍に増幅される。
【００４２】
このような空芯トランス２１０の一次コイル２１２を１ターン、二次コイル２１４を４ターン、三次コイル２１６を１６ターンにしたところ、上記第１の実施の形態とほぼ同じギャップスイッチ６０の出力電圧を得ることができた。また、他の構成要素部においても、図１０に示したと同様な波形を得ることができた。
このように第２の実施の形態の電磁波発生装置２００によれば、空芯トランス２１０が一次コイル２１２、二次コイル２１４及び三次コイル２１６を有しており、一次コイル２１２と二次コイル２１４がエネルギー蓄積用の空芯トランスとして作用する。例えば一次コイル２１２の漏れインダクタンスを概ね０．５μＨと小さくすれば、ＭＣ型爆薬発電機２０の電流増幅を妨害しない。例えば二次コイル２１４の漏れインダクタンスを５μＨ〜１０μＨとすれば、ＭＣ型爆薬発電機２０のエネルギーを蓄積することが可能である。また、二次コイル２１４と三次コイル２１６は電圧増幅作用を有し、プラズマスイッチ４０のパルス電圧を３〜５倍に増幅することができる。
【００４３】
このように、エネルギー蓄積手段として作用する空芯トランスと、電圧増幅手段として作用する空芯トランスとを一体化したので、その分、電磁波発生装置２００全体を小型化することができる。
なお、以上の電磁波発生装置１００，２００の応用例としては、それらの装置１００，２００を各種電子機器の耐電磁波ノイズ性の評価用に用いることが考えられる。具体的には、アンテナ８０から放射される電磁波を評価対象機器に照射し、その破損状態を評価することによって各種の電子機器の耐ノイズ性を評価することが可能となる。
【００４４】
また、電磁波発生装置１００，２００から放射される電磁波を、受信基地側のアンテナで検出して、電磁波を放射した装置の存在位置を把握可能とするシステムに用いることも可能である。このような使用様態によれば、海洋上、山間地等の遠隔地における、自身の存在位置を通知することが可能となる。
このように、電磁波発生装置１００，２００の応用には様々なものが考えられ、ここに記載した応用例はその数例に過ぎないことは言うまでもない。上記のように爆薬を用いた構成にすれば、小型な装置構成であっても高出力の電磁波を出力可能な装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電磁波発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）コンデンサ群と（ｂ）バッテリ群の構成図である。
【図３】ＭＣ型爆薬発電機の構成図である。
【図４】エネルギー蓄積手段としての第１の空芯トランスの構成図である。
【図５】プラズマスイッチの構成図である。
【図６】電圧増幅手段としての空芯トランスの構成図である。
【図７】（ａ）ギャップスイッチの構成図、（ｂ）プラズマスイッチ作動開始後の第２の空芯トランスの二次コイルの出力電圧の波形図、（ｃ）ギャップスイッチの出力電圧の波形図である。
【図８】（ａ）仮想陰極電子管の構成図、（ｂ）仮想陰極電子管の動作原理説明図である。
【図９】（ａ）制御部の制御信号又は起動信号の供給タイミング図、（ｂ）コンデンサ群、ＭＣ型爆薬発電機、空芯トランス、プラズマスイッチの線路に流れる電流の波形図、（ｃ）第２の空芯トランスの一次コイルへの印加パルス電圧の波形図、（ｄ）第２の空芯トランスの二次コイルからの出力パルス電圧の波形図、（ｅ）ギャップスイッチの二次側からの出力パルス電圧の波形図である。
【図１０】第１又は第２の実施の形態に係る電磁波発生装置の主要構成部の出力波形図である。
【図１１】（ａ）従来例の電磁波発生装置のギャップスイッチの出力電圧の波形図、（ｂ）第１又は第２の実施の形態に係る電磁波発生装置のギャップスイッチの出力電圧の波形図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電磁波発生装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】エネルギー蓄積手段及び電圧増幅手段の双方としての空芯トランスの構成図である。
【図１４】従来の電磁波発生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  コンデンサ群
１１，９１  スイッチ
１５  バッテリ群
２０  ＭＣ型爆薬発電機
２１，４１  電気雷管
２２  コイル
２３  ライナ
２４，４３  爆薬
３０  第１の空芯トランス
３１，５１，２１１  外箱
３２，５２，２１２  一次コイル
３３，５３，２１３  一次コイル端子
３４，５４，２１４  二次コイル
３５，５５，２１５  二次コイル端子
４０  プラズマスイッチ
４２  収納筐体
４４ａ，４４ｂ  電極
４５  金属薄膜
４６ａ，４６ｂ  電線
５０  第２の空芯トランス
６０  ギャップスイッチ
６１ａ  電極
６１ｂ  電極
６２ａ  電線
６２ｂ  電線
６２ｃ  電線
６３  収納筺体
７０  仮想陰極電子管
７１  アノード
７２  カソード
７３  仮想陰極
７５  マグネトロン
７６  アノード
７７  カソード
８０  アンテナ
９０  制御部
１００，２００，３００  電磁波発生装置
１５１  バッテリ
２１６  三次コイル
２１７  三次コイル端子
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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