(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンと、所定の周波数帯の電波を阻止する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、前記マグネトロン、前記伝送線路及び前記フィルタによって構成される回路系の共振周波数を、前記マグネトロンが放射するスプリアス成分のうち、前記フィルタの阻止周波数帯に含まれる少なくとも一つのスプリアス成分の周波数と略一致させるように伝送線路の長さを設定し、前記一つのスプリアス成分の共振モードのＱ値を下げることを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項２】
前記伝送線路に、前記共振周波数の調整機構が設置されていることを特徴とする請求項１記載のマグネトロン装置。
【請求項３】
前記マグネトロン及び前記伝送線路が結合した前記フィルタの負荷側に別の伝送線路が結合し、該別の伝送線路に送信出力を調整する調整機構が設置されていることを特徴とする請求項１または２いずれか記載のマグネトロン装置。
【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が、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といえる。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電力が、最も大きい。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モードの周波数が通過帯域で、π−１モードの周波数が阻止帯域であ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７は、従来例のブロック図を示す。マグネトロン１で発振したマイクロ波は、アイソレータ６およびフィルタ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。フィルタ３はπモードの周波数を通過域とし、π−１モード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６は、マグネトロン１で発振したマイクロ波がフィルタ３で反射し、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期待でき設計も容易である。しかしながら、アイソレータ６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８は、伝送線路７でマグネトロン１とフィルタ３を直接結合させた別の従来例である。この場合、フィルタ３で反射したマイクロ波が直接マグネトロン１に入射するため、反射波がマグネトロン１の発振に影響を与えてしまう。そこで、伝送線路７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せる位相となるように調整されていた。しかし、このように線路長が設定されたマグネトロン装置では、πモードでの発振が安定せず、π−１モードで動作してしまう、いわゆるミッシングパルスの頻度が高くなり、発振の安定度が良くないという問題があった。また、フィルタ固有のスプリアス抑制効果が得られないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のアイソレータを用いる構成では、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、マグネトロンに伝送線路を介してスプリアス抑制用のフィルタを直接結合させる構成では、マグネトロンの発振の安定度が悪く、フィルタのスプリアス抑制効果が十分に得られないという問題点があった。本発明は、上記問題点を解消し、マグネトロンとフィルタを伝送線路で直接結合させた構成のマグネトロン装置において、発振の安定度が良好な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、本願請求項１に係る発明は、マグネトロンと、所定の周波数帯の電波を阻止する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、前記マグネトロン、前記伝送線路及び前記フィルタによって構成される回路系の共振周波数を、前記マグネトロンが放射するスプリアス成分のうち、前記フィルタの阻止周波数帯に含まれる少なくとも一つのスプリアス成分の周波数と略一致させるように伝送線路の長さを設定し、前記一つのスプリアス成分の共振モードのＱ値を下げることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、前記伝送線路に前記共振周波数の調整機構が設置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記マグネトロン及び前記伝送線路が結合した前記フィルタの負荷側に別の伝送線路が結合し、該伝送線路に送信出力を調整する調整機構が設置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【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は本発明の実施例で、マグネトロン１はベーンストラップタイプを用いており、メインモードであるπモードの周波数は９．４４１GHz、スプリアス成分の一つであるπ−１モードの周波数は１０．４６４GHzである。
【００１１】
図２は本発明のマグネトロン１のインピーダンスＺｍを測定した結果である。πモード、π−１モードに対応する共振を、それぞれマーカ１（▲）、マーカ２（▼）で示している。一方、フィルタ３はマグネトロン１の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低域通過フィルタで、図３に示すインピーダンスＺｆを持っている。ここでマーカ１（▲）、マーカ２（▼）は、図２と同じ周波数（それぞれ９．４４１ＧＨｚ、１０．４６４ＧＨｚ）に設定している。図３より、πモードで反射がほとんどなく、π−１モードで完全反射に近い特性であることがわかる。このような装置において、πモードの送信出力が良好に伝送されるように伝送線路２の線路長を決定すると、マグネトロン１のπ−１モードの共振は、フィルタ３がその周波数帯で阻止、すなわち完全反射に近い状態であるので、そのＱ値が高くなってしまう。これが従来例のマグネトロンとフィルタを伝送線路で結合させたマグネトロン装置が安定に動作しない原因である。そこで本発明では、π−１モードの共振のＱ値を低くするために、マグネトロン１、伝送線路２及びフィルタ３によって構成される回路系での共振周波数をπ−１モードの周  波数に一致させるようにする。このように構成することによって、π−１モードのマイクロ波エネルギーが伝送線路の共振により抵抗損失し、Ｑ値が低下することになる。
【００１２】
以下、マグネトロン１、伝送線路２、フィルタ３で構成される回路系での共振周波数をπ−１モードの周波数にあわせる方法として、伝送線路を２の長さＬを設定する方法について説明する。これは、この回路系のアドミッタンスの虚数成分の和を０にすることで実現できる。マグネトロン１をみこんだインピーダンスは図２に示したようにπ−１モードでＺｍ＝０．７８６＋０．２０５ｊで位相角は１２８度である。フィルタ３をみこんだインピーダンスは図３に示すようにＺｆ＝０．０３３−１．１４９ｊで位相角は−８２度である。したがって、マグネトロンをみこんだアドミッタンスの虚数成分を０にするためには、マグネトロンに１２８度の線路長の伝送線路を加えればよい。一方、フィルタをみこんだアドミッタンスの虚数成分を０にするためには、フィルタに−８２度の線路長の伝送線路を加えればよい。従って、伝送線路２の線路長は、４６度（１２８−８２度）とすればよい。π−１モードの周波数１０．４６４ＧＨｚでの実効波長λｇは使用した導波管が、２２．９ｍｍ×１０．２ｍｍの矩形導波管なので、３６．７６ｍｍである。よって伝送線路の線路長Ｌは、Ｌ＝３６．７６ｍｍ×（４６／７２０）＝２．３５ｍｍとなる。伝送線路にはλｇ／２の整数倍の長さの線路を加えても等価であるので、線路長Ｌは、２．３５ｍｍ、２０．７３ｍｍ、３９．１１ｍｍ等に設定すればよい。
【００１３】
図４に伝送線路の線路長とミスパルスの関係を示す。図４より、マグネトロンが安定に発振する範囲は、Ｌ±λ／１６であることがわかる。この寸法上の許容値を、逆に伝送線路長を固定して周波数の許容値に換算した値が、伝送線路の共振周波数とπ−１モードの周波数を一致させる際の周波数の許容値となる。
【００１４】
次に、図５を用いて伝送線路の共振周波数を調整する調整機構を付加した場合について説明する。図５はマグネトロン１からフィルタ３までの間の伝送線路として矩形導波管４を用い、矩形導波管４に共振周波数の調整機構として共振周波数調整用スクリュースタブ８を設けたものである。これは、マグネトロンのπ−１モードにおけるインピーダンスのバラツキを補償するために設けたもので、スクリュースタブ８を矩形導波管８に挿入する長さを調整することで、その先端の容量値を調整し、共振周波数を所望の値にすることができる。
【００１５】
図６は図５で示した実施例に送信出力の調整機構として、フィルタ３の負荷側に更に別の矩形導波管５を結合させ、この矩形導波管５にπモードの送信出力調整用スクリュースタブ９を追加したものである。これは、回路系の共振周波数をπ−１モードの周波数と略一致させた場合、πモードの発振にも影響を与えてしまい、出力が低下してしまうため、それを補償するために設けている。また、マグネトロン１のπモードにおけるインピーダンスのバラツキを補償する効果もある。従って、図６に示すように、矩形導波管４に共振周波数調整用スクリュースタブ８を備えた場合に限らず、矩形導波管４の長さを所定の長さに設定したのみで、共振周波数調整用スクリュースタブ８を備えない場合であっても、πモードの発振出力を調整するために効果がある。なお、この送信出力調整用スクリュースタブ９はフィルタ３から負荷側に設置することが望ましい。それは、フィルタ３からマグネトロン１側の矩形導波管４に設置すると、送信出力の調整によって、π−１モードにおけるマグネトロンのインピーダンスに影響を与えてしまい、マグネトロン動作の安定度が低下してしまうからである。
【００１６】
上記の説明では伝送線路として矩形導波管の場合を示したが、伝送線路は同軸線路でも平面回路でも同様に実現可能である。また、フィルタはπモードを通過させ、π−１モードを遮断する低域通過フィルタの場合を示したがメインモードが通過し、スプリアス成分が遮断する構成であれば、帯域通過フィルタや帯域阻止フィルタ等でも同様に実現可能である。なお、マグネトロンの発振のメインモードがπモードであり、スプリアス成分としてπ−１モードの場合について説明をしたが、これに限定されるものでないことはもちろんである。
【００１７】
【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からフィルタに至る回路系の共振周波数を、放射を抑制したい周波数に合わせることで、その周波数のＱ値を低下させることができ、安定度の良いマグネトロン装置が実現できた。
【００１８】
また、伝送線路に共振周波数調整用スクリュースタブや送信出力調整用スクリュースタブを設けることによって、マグネトロンのインピーダンスのバラツキを補償することができ、歩留まりよくマグネトロン装置を製造することができるとう利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すマグネトロン装置のブロック図である。
【図２】  図１のマグネトロンのインピーダンスの測定結果を示す図である。
【図３】  図１のフィルタのインピーダンスの測定結果を示す図である。
【図４】  伝送線路長とミスパルス頻度の関係を示す図である。
【図５】   本発明の伝送線路の共振周波数を調整する方法を説明する図である。
【図６】  本発明の送信出力を調整する方法を説明する図である。
【図７】  従来例を示すブロック図である。
【図８】  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、  ２：伝送線路、  ３：フィルタ、  ４：矩形導波管、  ５：矩形導波管、  ６：アイソレータ、  ７：伝送線路、  ８：共振周波数調整用スクリュ−スタブ、  ９：送信出力調整用スクリュ−スタブ
【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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