(57)【要約】【課題】発振不良を起こさせることなく、また小型レーダー用でも電子管の消耗状態を正確に検知することができ、しかも残存寿命を把握することにより電子管の経済的な利用が可能となるようにする。【解決手段】マイクロ波を発振する発振デバイスとして電子管を用い、異なるパルス幅の送信信号を出力するレーダー装置で、電子管で発振したパルス幅毎の使用時間を積算する積算時間計１３ａ〜１３ｃ、この積算時間計１３ａ〜１３ｃの出力にパルス幅毎の所定係数を掛ける係数掛算回路１４ａ〜１４ｃ、この係数掛算回路１４ａ〜１４ｃの出力を合計し、電子管の消耗時間を算出する消耗時間算出回路１５を設ける。上記消耗時間から電子管の残存寿命を判定し、この残存寿命を表示器により報知することもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発振する発振デバイスとして電子管を用い、異なるパルス幅の送信信号を出力するレーダー装置において、
上記電子管で発振したパルス幅毎の使用時間を積算し、このパルス幅毎の積算時間に所定係数を掛けることにより、上記電子管の消耗時間を算出する演算回路を設けたことを特徴とするレーダー装置。
【請求項２】
上記演算回路は、上記消耗時間から上記電子管の残存寿命を判定し、この残存寿命に関する情報を表示器により報知することを特徴とする請求項１記載のレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロン等の電子管を備えたレーダー装置、特にパルス幅の異なるマイクロ波送信信号を出力する電子管の寿命に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マグネトロン等の電子管の信頼性が非常に高まることにより長寿命化が図られ、プレジャーボート等で使用されるレーダー用電子管の寿命は、２万時間を超えるような設計がなされており、レーダー装置自体の寿命を超えた長寿命設計となっている場合が多い。
【０００３】
一方、使用頻度の高い長距離を航行する船舶、航空機等のレーダー装置、昼夜連続で監視を行うレーダー装置等では、１年間の稼働時問が８５００時間を上回ることがあり、電子管の寿命がレーダーの寿命までには届かずに、交換が必要となる場合がある。そのようなレーダーでは、定期的な交換が行われることが多く、交換された電子管については、保証される寿命に対して実際の使用時間が短くなり、使用可能であるにも拘らず廃棄されるなど、不経済となっていた。また、電子管を寿命ぎりぎりまで使用する場合には、重要な局面で寿命に至ってしまうリスクも生じるという問題がある。
【０００４】
従来において、電子管の積算使用時間を知るには、図３に示すような構成が用いられており、電源１がオン（ON）されると、通電時間を積算時間計２で積算することで、使用時間の管理が行われている。しかし、諸条件により実際の電子管の消耗時間は異なるため、単なる通電時間では、諸条件による影響が考慮されておらず、実際の消耗時間を示していなかった。
【０００５】
電子管は、通常、電子を放出するカソードを利用して発振や増幅の機能を備えたデバイスとして利用されており、上記電子を放出するカソードには、仕事関数を下げた物質、例えばオキサイドやそれを含浸した金属や、金属そのものが利用される。いずれの場合も、電子を放出することにより消耗が発生し、ある一定レベルの消耗が発生すると、エミッション能力が低下し、発振や増幅を不安定にさせてしまい寿命となる。従って、このエミッション能力を知ることにより残存寿命を予測することが可能となる。
【０００６】
例えば、電子管のひとつであるマグネトロンでは、加熱用に使用されるものも含めて、上記エミッション能力の検知から残存寿命を知ることができる。即ち、実際に電子管を装置に搭載した状態でエミッション能力を直接測るのは困難であり、測定のための機材が複雑となることから、ヒータ電圧を何らかの手段で低下させ、カソード温度を下げて、そのときのモードジャンプ等の不安定発振を検出することにより、エミッション能力を判定することができる。下記特許文献１乃至５の例でも、通常の使用条件よりヒータ電圧を低下させ、エミッション能力を低下させ、安定発振するヒータ電圧範囲が通常の使用条件に対してどれだけ近い電圧で不安定発振となるかを検出している。
【０００７】
一方、特許文献６のマグネトロンでは、表面が絶縁された絶縁部をカソードに対向して配置し、カソードが動作時に失った物質を上記絶縁部で受け取る構造とし、この絶縁部に堆積した物質の抵抗からカソードが動作時に失った物質の量を推定し、残存寿命を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−０２１１５３号公報
【特許文献２】特開平０９−３２０４８０号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３１５０号公報
【特許文献４】特開２００１−０８２７４４号公報
【特許文献５】特開２００８−３００２５９号公報
【特許文献６】英国特許ＧＢ−２４４７９７７Ｂ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１乃至５のように、敢えて発振不良（不安定発振）を起こさせるような動作では、不安定発振の一例であるモードジャンプが発生したときに、基本波以外の周波数成分の発振が行われることになり、レーダー装置においては、それがアンテナから輻射され、近隣に電波障害を与える場合がある。
【００１０】
また、レーダー装置では、遠くの物標からの極めて微弱な信号を受信可能なように高感度の受信機を有しており、不安定発振により基本波と異なる周波数成分が入力された場合、高周波リミタで阻止しきれず、受信系を破壊するリスクを持つことになる。
【００１１】
更に、加熱等に用いられる連続波用のマグネトロンでは、エミッション能力の検知として代行される出力の検知や、陽極電流の検知を行えば容易に異常発振が検出できるが、パルスを発振するマグネトロンでは、出力の平均値を検出しても、正確にエミッションの劣化を測定することはできない。
【００１２】
一方、上記特許文献６の場合、大型のマグネトロンでは、電子放出物質が大量に堆積するため、マグネトロン内の壁面に抵抗の変化を検出する装置を組み込めば、容易に抵抗の変化が検知できるが、小型のレーダー用のマグネトロンでは、電子放出物質の堆積量は小さく、正確な消耗量を把握することができない。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発振不良を起こさせることなく、また小型レーダー用でも電子管の消耗状態を正確に検知することができ、しかも残存寿命を把握することにより電子管の経済的な利用が可能となるレーダー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、マイクロ波を発振する発振デバイスとして電子管を用い、異なるパルス幅の送信信号を出力するレーダー装置において、上記電子管で発振したパルス幅毎の使用時間を積算し、このパルス幅毎の積算時間に所定係数を掛けることにより、上記電子管の消耗時間（消耗状態）を算出する演算回路を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明の上記演算回路は、上記消耗時間から上記電子管の残存寿命を判定し、この残存寿命に関する情報を表示器により報知することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、例えばショートパルス、ミドルパルス、ロングパルスが用いられる場合、このショートパルス、ミドルパルス、ロングパルスのそれぞれについての使用時間が積算され、このパルス毎の積算時間に対しそれぞれで設定され係数（消耗速度に応じた係数）が掛算され、そのトータルが電子管の消耗時間として算出される。
また、上記の算出された消耗時間と電子管の保証寿命とから電子管の残存寿命が判定され、この残存寿命に関する情報（残存時間、交換を促す情報等）が表示器等に表示される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のレーダー装置によれば、発振不良を起こさせることなく、使用される電子管の消耗時間及び残存寿命を正確に把握することができ、不安定発振、即ち基本波以外の周波数成分の発振が電波障害を起こすことや、阻止不十分で受信系を破壊することが防止可能となる。また、電子放出物質の堆積量を検出することなく、小型レーダー用でも電子管の消耗状態を正確に検知することができる。
更に、正確な残存寿命の把握により、電子管を経済的に利用することも可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係るレーダー装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】実施例の電子管において電子放出能力の改善を行ったときの特性例を示す図である。
【図３】従来のレーダー装置において消耗時間の算出をする回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、実施例のレーダー装置の構成が示されており、このレーダー装置は、そのレンジ（距離レンジ）切替え器のレンジ切替えに連動してパルスを切り替える切替えスイッチ１０、送信時に信号を送り出すための送信スイッチ１２を有する。上記レンジ切替え器では、多くの種類（距離）のレンジの切り替えをするが、実施例では、短距離、中距離、遠距離の３種類の切替えをし、短距離にてショートパルス、中距離にてミドルパルス、遠距離にてロングパルスが使用されるものとして説明する。即ち、一般に、レーダー装置では、近距離物標捕捉のためには、ショートパルスを使用し送信時間を短くしてパルス送信の開始直後からの反射信号を検知し、遠距離物標捕捉のためには、ロングパルスで信号の電力を大きくして遠くの反射信号を検知している。
【００１９】
上記切替えスイッチ１０の後段に、ショートパルスの積算時間を測定する積算時間計１３ａ、ミドルパルスの積算時間を測定する積算時間計１３ｂ、ロングパルスの積算時間を測定する積算時間計１３ｃを設けており、これらの積算時間計１３ａ〜１３ｃは、それぞれのパルスで送信が行われている間の信号を入力し、それぞれのパルス毎に使用時間を積算する。
【００２０】
上記積算時間計１３ａ〜１３ｃのそれぞれの後段には、パルス幅毎に設定された係数（ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 ）をそれぞれの積算時間に掛算する係数掛算回路１４ａ〜１４ｃが設けられており、この係数ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 は、例えば、ｋ1 ＜ｋ2 ＜ｋ3 の値に設定される。なお、送信信号のパルス繰り返し周波数は、パルス幅毎に変更される場合が多く、この係数ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 は、必要とするレーダー装置のパフォーマンスと使用する電子管の仕様から決定される。
【００２１】
即ち、ショートパルスからロングパルスにおいて、パルス幅と繰返し周期の比であるデューティ比が異なり、ピーク出力を同じとした場合にデューティ比が変われば、平均電力が変わることになる。従って、温度と電流の関数である電子管の電子放出物質の消耗は、パルス幅毎に異なることになる。そこで、実施例では、それぞれのパルス幅毎の消耗速度に応じた係数を掛けて、実際の消耗時間を算出することにより、従来のように使用パルス頻度を無視した使用時間管理をした場合の実際の消耗に対する誤差をなくすようにしたものである。この係数は、パルス幅毎のカソードの温度により算出可能であるが、発振しないときのカソード温度、バックボンバードメントの影響、デューティ比、アノード電流、ヒータ電圧のリデュースプログラム、カソード表面積、電子放出物質の種類、電子管のマイクロ波負荷のＶＳＷＲ等を考慮して予め設定することができる。
【００２２】
上記係数掛算回路１４ａ〜１４ｃの後段に、消耗時間算出回路１５、残存寿命判定回路１６が設けられており、上記消耗時間算出回路１５では、係数掛算回路１４ａ〜１４ｃから出力されたパルス幅毎の積算時間を合計することで、電子管の消耗時間が算出される。また、上記残存寿命判定回路１６では、消耗時間算出回路１５から出力された消耗時間と電子管の保証寿命とから電子管の残存寿命（時間）が算出され、この残存寿命のデータ信号は表示器等に出力される。
【００２３】
実施例は、以上の構成からなり、図１に示されるように、レーダー装置がオンされると、送信スイッチ１２がオンし、レンジ切換え器により短距離が選択されると、切替えスイッチ１０によりショートパルスの動作信号が積算時間計１３ａへ入力され、ショートパルスの使用時間（発振時間）が積算され、その後、係数掛算回路１４ａでは積算時間に対し係数ｋ1 が掛けられて消耗時間算出回路１５へ供給される。中距離が選択されたときは、同様にしてミドルパルスの使用時間か積算されかつ係数ｋ2 が掛算され、遠距離が選択されたときは、ロングパルスの使用時間が積算されかつ係数ｋ3 が掛算される。
【００２４】
そして、消耗時間算出回路１５では、全てのパルス幅の積算時間のトータルが最終的な消耗時間として算出される。更に、次段の残存寿命判定回路１６では、上記消耗時間から電子管の残存寿命が算出され、この残存寿命に関する情報信号が表示器へ出力される。この表示器としては、ランプや表示器等が用いられ、ランプの場合は残存寿命が所定の時間に到達したときに点灯したり、表示器（液晶表示器等）の場合は残存時間を数値表示したり、交換を促す文字情報を表示したりする。
【００２５】
また、実施例では、消耗時間算出回路１５で得られた消耗時間によって、電子管の寿命を伸ばすようにしてもよい。例えば、消耗時間の設定されたタイミングにて、電子管のヒータ電圧を段階的に上げるように調整したり、電子管のヒータに一時的に高い電圧を印加したり、パルス幅毎に設定した異なる変化率（増加）のヒータ電圧を電子管に印加したりすることで、電子管の長寿命化を図ることができる。
【００２６】
即ち、通常使用しているヒータ電圧より一時的に高い電圧でフラッシングし、カソード温度をほんの僅かな時間だけ高めることにより、寿命により低下した電子放出能力を改善させることが可能になる。
図２には、電子管において電子放出能力の改善を行ったときの特性例、即ち通常よりも３２％高めたヒータ電圧を６０秒間印加したときの電流の増加が示されており、図示されるように、印加前に比べて印加後には電流が１７１％に増加しており、電子放出能力が改善されたことが分かる。
【００２７】
また、上記のように送信信号のパルス幅が異なる場合、そのデューティ比（パルス幅／周期）等の発振条件によりカソードの温度は異なり、電子放出能力が大きく相違するので、まず使い始めは、パルス幅が異なる信号毎に、ヒータ電圧リデュース量を変えて安定発振ができるようにし、ショートパルス、ミドルパルス、ロングパルスの順に、低いヒータ電圧を設定することが好ましい。一方、寿命末期においては電子管の消耗に伴い電子放出能力が低下し、それによる信号発振への影響もパルス幅によって異なるため、調整されるヒータ電圧を異なるパルス幅で変化率を変えた設定として安定発振を実現することが好ましい。そこで、ショートパルス、ミドルパルス、ロングパルスの順に、低いヒータ電圧を通常の（初期）電圧として設定し、その後、消耗時間から適切なタイミングを決定し、パルス幅毎に設定した異なる変化率で増加させたヒータ電圧を電子管に印加すれば、電子管の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
具体的には、従来の定期交換では、本来の電子管寿命の１/２〜１/４程度使用しただけで交換が行われていた場合もあったが、本発明のように正確な残存寿命の検知を行えば、使用時間を従来の２〜４倍程度延ばし、電子管寿命に近い長期間の使用後に交換を行うことが可能となり、経済性が飛躍的に高まることになる。
【００２９】
上記実施例では、ショートパルス、ミドルパルス、ロングパルスの３つのパルス幅について説明したが、レンジ切替え器で設定されている３つ以上の切替え数（パルス幅）について使用時間の積算及び係数掛算を行うようにしてもよいし、多数設定されているパルス幅の数を幾つかのグループに分け、このグループ毎に、使用時間の積算及び係数掛算を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１…電源スイッチ、
２…積算時間計、
１０…切替えスイッチ、
１２…送信スイッチ、
１３ａ〜１３ｃ…積算時間計、
１４ａ〜１４ｃ…係数掛算回路、
１５…消耗時間算出回路、
１６…残存寿命判定回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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