(57)【要約】【課題】低コスト化が可能で、かつ安定度の高いマグネトロン装置を提供する。【解決手段】マグネトロンのメインモードの周波数帯を通過域、スプリアスモードの周波数帯を遮断域とした第一のフィルタと、メインモードの周波数帯を遮断域、スプリアスモードの周波数帯を通過域とした第二のフィルタを設け、第一のフィルタに負荷を結合してメインモードの出力を供給し、第二のフィルタに吸収体を備えて、スプリアスモードの出力を吸収する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、
前記伝送線路に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する吸収手段を備えたことを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項２】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、
前記伝送線路に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を通過し、前記マグネトロンの主発振周波数帯の電波を反射する第二のフィルタと、該第二のフィルタを通過する電波を吸収する吸収体とを結合させたことを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項３】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、
前記伝送線路に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収し、前記マグネトロンの主発振周波数の電波を反射する第三のフィルタを結合させたことを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項４】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、
前記伝送線路は分岐回路であり、該分岐回路の第一の端子にマグネトロンを、第二の端子に前記第一のフィルタを、第三の端子に前記吸収体が結合した前記第二のフィルタまたは前記第三のフィルタのいずれかをそれぞれ結合されたことを特徴とする請求項２または３いずれか記載のマグネトロン装置。
【請求項５】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを備えたマグネトロン装置において、
前記マグネトロンと第一のフィルタは、導電性の壁面を持つ空間を介して結合し、前記空間に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する吸収手段を備えたことを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項６】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを備えたマグネトロン装置において、
前記マグネトロンと第一のフィルタは、導電性の壁面を持つ空間を介して結合し、かつ前記空間を介して前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を通過し、前記マグネトロンの主発振周波数の電力を反射する第二のフィルタと、該第二のフィルタを通過する電波を吸収する吸収体とを結合させたことを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項７】
マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを備えたマグネトロン装置において、
前記マグネトロンと第一のフィルタは、導電性の壁面を持つ空間を介して結合し、かつ前記空間を介して前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する第三のフィルタを結合させたことを特徴とするマグネトロン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリアス放射を低減するためにフィルタを設けたマグネトロン装置に関し、特に発振の安定度の良いマグネトロン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネトロンは、低価格で、かつ取扱が容易であるため、レーダ装置等の送信器に広く用いられている。しかし、その発振機構上スプリアス放射を抑制するのが難しい装置の一つである。一方近年、マイクロ波を放射する装置に対し、スプリアス放射の規制が厳しくなる状況にあり、スプリアス放射を低減するためにフィルタを設けたマグネトロン装置の開発が行われている。
【０００３】
一般に、マグネトロンはπモードと呼ばれるメインモードで発振しているが、それ以外に各種のスプリアス放射が生じている。スプリアス放射の中でもπ−１モードと呼ばれるマグネトロンの共振回路に起因するモードでの放射は、出力が大きい。例えばπモードが９．４ＧＨｚ帯で発振するベーンストラップタイプのマグネトロンでは、π−１モードが１０．５ＧＨｚ付近にあり、πモードよりも高い周波数帯となっている。そこで、πモードの周波数を通過させ、π−１モードの周波数を阻止するフィルタを用いることにより、スプリアス放射は抑制可能である。
【０００４】
図１２は、従来のマグネトロン装置のブロック図を示す。マグネトロン１８から発振したマイクロ波は、アイソレータ１９およびフィルタ２０を経由して、レーダ装置のアンテナ等の負荷に供給される。フィルタ２０は、πモードの周波数を通過域とし、π−１モード等のスプリアス成分の周波数を阻止域とする帯域通過フィルタ、低域通過フィルタ、または帯域阻止フィルタなどが用いられる。アイソレータ１９は、マグネトロン１８で発振したマイクロ波が、フィルタ２０で反射してマグネトロンの発振へ影響を与えることを防止するために設けられている。このような構造のマグネトロン装置では、スプリアス抑制効果はフィルタ固有の特性がそのまま規定でき、設計も容易である。しかしながら、アイソレータ１９を用いたマグネトロン装置は、アイソレータのコストが高く、装置の低コスト化が困難であった。
【０００５】
図１３は、伝送線路２１でマグネトロン１８とフィルタ２０を直接結合させた別の従来例のブロック図である。この場合、フィルタ２０で反射したマイクロ波が直接マグネトロン１８に入射するため、反射波がマグネトロン１８の発振に影響を与えてしまう。そこで伝送線路２１の線路長は任意に決めることはできず、所望の長さに設定する必要がある。従来この伝送線路の線路長は、πモードの出力が最も有効に引き出すことができる位相となる長さに調整されていた。しかし、その線路長は、実効波長をλとすると、λ／８程度しかなく、設計の自由度は大きく制限されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにアイソレータを用いたマグネトロン装置では、アイソレータのコストが高く装置の低コスト化が困難であるという問題点があった。また、フィルタをマグネトロンに直接結合させるタイプの装置では、マグネトロンを安定動作させるために、フィルタとマグネトロンを結合させる伝送線路の長さは最良点付近のごく狭い範囲に限られているため、マグネトロンの寿命などでその交換が必要な場合、そのまま交換しただけではインピーダンスなどのバラツキにより動作の安定度が得られない可能性があった。本発明は上記問題点を解消し、低コスト化が可能で、かつ安定度の高いマグネトロン装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、前記伝送線路に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する吸収手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、前記伝送線路に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を通過し、前記マグネトロンの主発振周波数帯の電波を反射する第二のフィルタと、該第二のフィルタを通過する電波を吸収する吸収体とを結合させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、前記伝送線路に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収し、前記マグネトロンの主発振周波数の電波を反射する第三のフィルタを結合させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置において、前記伝送線路は分岐回路であり、該分岐回路の第一の端子にマグネトロンを、第二の端子に前記第一のフィルタを、第三の端子に前記吸収体が結合した前記第二のフィルタまたは前記第三のフィルタのいずれかをそれぞれ結合されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを備えたマグネトロン装置において、前記マグネトロンと第一のフィルタは、導電性の壁面を持つ空間を介して結合し、前記空間に、前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する吸収手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを備えたマグネトロン装置において、前記マグネトロンと第一のフィルタは、導電性の壁面を持つ空間を介して結合し、かつ前記空間を介して前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を通過し、前記マグネトロンの主発振周波数の電力を反射する第二のフィルタと、該第二のフィルタを通過する電波を吸収する吸収体とを結合させたことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、マグネトロンと、該マグネトロンの主発振周波数帯の電波を通過させ、所定の周波数帯の電波を遮断する第一のフィルタを備えたマグネトロン装置において、前記マグネトロンと第一のフィルタは導電性の壁面を持つ空間を介して結合し、かつ前記空間を介して前記第一のフィルタが遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する第三のフィルタを結合させたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第一の実施例のマグネトロン装置で、１はマグネトロン管球、２はマグネトロン出力部、３は伝送線路、４は第一のフィルタ、５は第二のフィルタ、６はダミーロード、７は電力吸収体である。マグネトロン管球１で発振したマイクロ波は、伝送線路３を経由して、レーダ装置のアンテナ等の負荷に供給される。また伝送線路３には、第一のフィルタ４が遮断する周波数帯の電波の一部若しくは全部の電力を吸収する吸収手段として、第二のフィルタ５と、電力吸収体７を備えたダミーロード６が結合した構成となっている。
【００１５】
マグネトロン管球１はベーンストラップタイプで、その発振周波数すなわちπモードの周波数は９．４ＧＨｚ、スプリアス成分の一つであるπ−１モードの周波数は１０．５ＧＨｚである。伝送線路３は２２．９ｍｍ×１０．２ｍｍの矩形導波管を用いている。第一のフィルタ４は、図２に示す特性をもつ低域通過フィルタであり、ワッフルアイアン型である。第二のフィルタ５は、図３に示す特性をもつ高域通過フィルタである。本実施例の高域通過フィルタは矩形導波管の長辺の長さを２２．９ｍｍから１５．０ｍｍに絞り、導波管のカットオフ特性を利用したものである。マグネトロン出力部２と第二のフィルタ５までの距離はメインモードの出力が効率的に取り出せる寸法とする。その寸法は第二のフィルタ５でメインモードの出力が反射され形成される定在波の電界最大点が、マグネトロン出力部２の位置になるように設定する。
【００１６】
マグネトロンの動作はマグネトロン管球１内の共振状態でおおよそ決定される。メインモードであるπモード、スプリアス成分の一つであるπ−１モード等、それぞれマグネトロン管球１内の共振に由来している。各共振のＱ値が高ければそれに対応するモードでの発振が安定になる。したがって、マグネトロンをメインモードで安定に動作させるためには、πモードの共振のＱ値を高く、π−１モードの共振のＱ値を低くすればよい。マグネトロンにフィルタを直接結合させた場合、フィルタによってスプリアス成分は反射され、フィルタを結合しない場合に比べスプリアス成分であるπ−１モードの共振のＱ値は高くなる。これが、マグネトロンとフィルタを直接結合させた場合に安定度が悪くなる原因である。
【００１７】
本発明では、メインモードの周波数は第二のフィルタ５の遮断域にあるので、その出力はダミーロード６に影響されず減衰を受けることはない。一方、スプリアスモードであるπ−１モードの周波数では第二のフィルタ５が通過域であるから、その電力はダミーロード６の電力吸収体７に吸収される。その結果、π−１モードの共振のＱ値は低くなり、マグネトロン装置の発振の安定度は第一のフィルタの影響を受けていても良好となる。
【００１８】
ダミーロード６の電力吸収体７の主な働きはπ−１モードの電力を吸収し、共振のＱ値を下げることであり、メインモードの出力は電力吸収体７に印加されないので耐電力の大きなものである必要はなく、誘電損失の大きな材料や磁気損失の大きな材料、薄膜抵抗、厚膜抵抗などいずれを用いても差し支えない。また、ダミーロードは共振のＱ値を下げる効果が得られればスプリアス電力を完全に吸収する特性でなくてもよい。
【００１９】
本実施例では、伝送線路として導波管の場合を示したが，その他、同軸線路でも平面回路でも実現可能である。フィルタは、第一のフィルタとして低域通過フィルタを用いたが、メインモードの周波数を通過し、スプリアスモードの周波数を遮断するものであれば、帯域通過フィルタでも、帯域阻止フィルタでも同様の効果が得られる。また、第二のフィルタはメインモードの周波数を遮断し、スプリアスモードの周波数を通過させるものであれば、高域通過フィルタでも、帯域通過フィルタでも、あるいは帯域阻止フィルタでも同様の効果が得られる。なお、第一、第二のフィルタとも、所定のフィルタ特性をもっていれば空洞共振器を用いても、誘電体共振器を用いても同様な効果が得られる。
【００２０】
図４は本発明の第二の実施例で、伝送線路３に第二のフィルタ５の代わりに、結合窓８を介して、誘電体９及び周波数調整用スクリュースタブ１０で構成される第三のフィルタが結合している。前述の実施例同様、マグネトロン管球１はベーンストラップタイプで、その発振周波数すなわちπモードの周波数は９．４ＧＨｚ、スプリアス成分の一つであるπ−１モードの周波数は、１０．５ＧＨｚである。伝送線路３は２２．９ｍｍ×１０．２ｍｍの矩形導波管を用いている。第一のフィルタ４は、図２に示す特性を持つ低域通過フィルタであり、ワッフルアイアン型である。
【００２１】
結合窓８、誘電体９、周波数調整用スクリュースタブ１０は一体として第三のフィルタを構成し、誘電体９とその周りの空間を利用した共振器を形成している。第三のフィルタは、π−１モードである１０．５ＧＨｚで共振するように設計し、結合窓８からみた吸収特性は、図５に示すようになる。また、周波数調整用スクリュースタブ１０で共振周波数の微調整が可能となっている。
【００２２】
本実施例のマグネトロン装置では、第一のフィルタ４は、π−１モードの周波数１０．５ＧＨｚをほぼ完全に反射するが、結合窓８、誘電体９、周波数調整用スクリュースタブ１０で構成される第三のフィルタが１０．５ＧＨｚの電波を吸収するので、マグネトロンのπ−１モードのＱ値は高くならず、従ってπモードの発振が不安定になることはない。
【００２３】
図６は本発明の第三の実施例で、１１はＴ分岐、１２はＴ分岐１１の第一の端子、１３はＴ分岐１１の第二の端子、１４はＴ分岐１１の第三の端子、１５はスリットである。マグネトロン管球１は前述の実施例と同様ベーンストラップタイプで、πモードの周波数は９．４ＧＨｚ、π−１モードの周波数は１０．５ＧＨｚである。
【００２４】
本実施例のマグネトロン管球１は出力の取り出し方が前述の第一の実施例と異なり、スリット１５を用い矩形導波管に結合する構成となっている。また、伝送線路を分岐回路で構成している点で相違する。図６に示すように、分岐回路を構成するＴ分岐１１の第一の端子１２にスリット１５を介してマグネトロン管球１を結合させ、第二の端子１３に第一のフィルタ４を結合させ、さらに第三の端子１４には第二のフィルタ５及び電力吸収体７を備えたダミーロード６が結合した構成となっている。
【００２５】
このように伝送線路を分岐回路で構成しても、その動作は図１に示す第一の実施例と同等になる。また、Ｔ分岐１１の第一乃至第三の端子１２、１３、１４の位置関係は本実施例と同一にする必要はなく、任意に選択可能である。また、分岐回路はＴ分岐でなくともＹ分岐でも構成可能であることはいうまでもない。
【００２６】
図７は本発明の第四の実施例である。前述の第二の実施例の伝送線路を、第三の実施例で説明したように分岐回路で構成したものである。第三の実施例同様、その動作は図４に示す第二の実施例と同等になる。また、Ｔ分岐１１の第一乃至第三の端子１２、１３、１４の位置関係は本実施例と同一にする必要はなく、任意に選択可能であり、分岐回路をＹ分岐で構成可能であることも同様である。
【００２７】
図８は本発明の第五の実施例で、１６は結合窓、１７はチョーク回路である。マグネトロン管球１、第一のフィルタ４、ダミーロード６、電力吸収体７は前述の第一の実施例と同一である。チョーク回路１７はマグネトロン管球１のメインモードであるπモードの周波数９．４ＧＨｚを反射する帯域阻止フィルタとして動作し、電力吸収体７にメインモードの電力はほとんど吸収されない。一方、π−１モードの周波数１０．５ＧＨｚは、チョーク回路１７で反射を受けず、電力吸収体７の影響を受け、その共振のＱ値は小さい値である。従って図４の実施例と同様な原理でマグネトロンの安定な発振が得られる。結合窓１６の伝送線路３に対する位置すなわちダミーロード６を取付ける位置は伝送線路３を介してマグネトロン管球１のπ−１モードの電力がダミーロード６に結合可能な位置ならばマグネトロン出力部２の直下に限らず、任意に設定可能である。
【００２８】
図９は本発明の第六の実施例である。伝送線路３は矩形導波管で、この壁面に誘電体９を接着剤で取付けてある。伝送線路３は、誘電体９及び周波数調整用スクリュースタブ１０と一体としてマグネトロンのπ−１モードの共振のＱ値を下げる効果を発揮する。すなわち、周波数調整用スクリュースタブ１０を調整することによって、誘電体の共振周波数をマグネトロンのπ−１モードの周波数に一致させ、その損失によってπ−１モードのＱ値を低く抑え、マグネトロン管球１の安定動作を得ている。
【００２９】
図１０は本発明の第七の実施例で、図４に示した第二の実施例の結合窓８の一を変更し、誘電体９及び周波数調整用スクリュースタブ１０で構成される第３のフィルタを結合させている。このように結合した場合も、前述の第二の実施例同様に効果を奏することが可能となる。
【００３０】
図１１は本発明の第八の実施例で、マグネトロンのπ−１モードの共振のＱ値を低くするため、ダミーロード６、電力吸収体７、チョーク２０からなる電力吸収手段と、結合窓８、誘電体９、周波数調整用スクリュースタブ１０からなる電力吸収手段を備えたものである。マグネトロンのπ−１モードの共振のＱ値を下げる為の構成部品の動作は、前述の実施例のそれぞれの動作と同一である。特に本実施例のように複数の電力吸収手段を備えた場合、それぞれの電力吸収手段が吸収する電波の周波数帯を、異なるスプリアス成分の周波数帯に合致させると、より一層マグネトロンの安定動作に効果を持たせることも可能である。
【００３１】
さらに、第一乃至第八の実施例において、伝送線路３あるいはＴ分岐１２を伝送線路で構成する代わりに、導電性の側壁を持つ空間によって構成してもそれぞれ同様の効果を奏することが可能である。なお本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、伝送線路、分岐回路あるいは導電性の側壁を持つ空間に、電波吸収手段を如何に配置するか、あるいはその組み合わせを如何にするかは、適宜選択されるものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではマグネトロン装置のスプリアス放射を抑えるためにフィルタを設置した場合でも、スプリアスモードの共振のＱ値を低くすることが可能となり、安定に動作するマグネトロン装置が実現できる。また、これに使用する部品はフィルタ、吸収体などで、アイソレータに比較し、いずれも構造が簡単で低コスト化が可能である。
【００３３】
さらに複数の電力吸収手段を備え、それぞれ異なるスプリアス成分の周波数帯の電波の電力を吸収するように構成すれば、より一層安定に動作するマグネトロン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図２】図１の実施例に使用した第一のフィルタの特性を示す図である。
【図３】図１の実施例に使用した第二のフィルタの特性を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図５】図４の実施例に使用した第三のフィルタの特性を示す図である。
【図６】本発明の第三の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図７】本発明の第四の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図８】本発明の第五の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図９】本発明の第六の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図１０】本発明の第七の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図１１】本発明の第八の実施例のマグネトロン装置の説明図である。
【図１２】従来例を示すブロック図である。
【図１３】別の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：マグネトロン管球、　２：マグネトロン出力部、　３：伝送線路、　４：第一のフィルタ、　５：第二のフィルタ、　６：ダミーロード、　７：電力吸収体、８：結合窓、　９：誘電体、　１０：周波数調整用スクリュースタブ、　１８：マグネトロン、　１９：アイソレータ、　２０：フィルタ、　２１：伝送線路
【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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