(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のアノードシリンダの管軸の中央に配置したカソードと、該アノードシリンダの内周面に固定され該カソードの周りに作用空間をおいて放射状に等間隔で囲み並べられているアノードベーンと、該アノードシリンダの両端部に設けられ該カソードおよび該作用空間を挟み対向して配置し該アノードシリンダの管軸と垂直な各々の先端面を有する一対のポールピースからなるマグネトロンにおいて、該一対のポールピースの該各々の先端面の直径を該アノードベーンの内端面がつくる内接円直径より小さくし、かつ該各々の先端面を該アノードシリンダの管軸と垂直に該アノードシリンダ方向へ延長した仮想線と該一対のポールピースの該各々の先端面方向に径小となるテーパ形状を有した外周面のつくる角度を２０゜以上にすることにより、該作用空間内の該アノードシリンダの管軸方向での該カソード両端部の磁束密度を該カソード中心部の磁束密度の１．１倍以上としたことを特徴とするマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダー用マグネトロンにおいて、特に小さなスプリアスを得るための発振部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来の技術で設計されたレーダー用マグネトロンの断面図を示す。円筒状のアノードシリンダ１の管軸の中央に円筒形状のカソード２を配置し、カソード２の周りには作用空間３をおいてアノードベーン４が放射状に等間隔で配列されている。一方、磁気回路はマグネット５で発生した磁力をポールピース６に伝え、ポールピース６を対向させることにより、カソード２とアノードベーン４の間の作用空間３に平行で均一な磁界を形成している。尚、本発明とは直接関係のないカソード支持棒等は図では省略してある。
【０００３】
ポールピース６の外形に注目すると、マグネット５との接触面よりカソード２側の対向する先端面の直径を小さく絞ることにより磁力を効率よく伝えるようにしている。また、ポールピース６のカソード２側の先端面は、電子の作用空間３を挟む領域において均一な磁界を得るために、アノードシリンダ１の管軸に対し垂直な平面に仕上げ、かつその平らな先端面の直径（φｐ）は放射状に等間隔で囲み並べられたアノードベーン４の内端面がつくる内接円直径（φａ）より大きくなるように設計されている。
【０００４】
入力軸を通すためにポールピース６の中央に穴を開けた設計も行われており、均一な磁界を得る事を目的として、穴の大きさを調節したり（特開平８−１６７３８３号公報）、穴を形成するエッジ部にＣ面取り（４５゜の面取り）を施す事がある。このように、従来はマグネトロンの作用空間３の磁界を均一にするようにポールピース６の形状が決定されていた。その理由は、磁界が均一でないと電子に作用する磁力が不均一となり電子軌道が安定せず、このため発振スペクトラムが悪化し、マグネトロンとして必要な特性が確保できなくなると考えられてきたからである。なお、一般的に磁界の均一性は５％以内とすることが技術的な常識となっている。（“MICROWAVE MAGNETRONS”  GEORGE B. COLLINS編集  マサチューセッツ工科大学放射線研究所シリーズ  １９４８年  を参考。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図９に発振周波数が９．４ＧＨｚの従来のマグネトロンの出力スペクトラム波形を示す。メインの発振（９．４ＧＨｚ）のスペクトラムの他に９．８ＧＨｚ付近にスプリアスが存在している。本例のマグネトロンでは、このスプリアスレベルはメインの波形に対し−２９．５９ｄＢｃである。
【０００６】
電波法ではレーダー装置から放射されるスプリアスレベルについての規制は厳しく、メインの発振出力に対しスプリアス出力は−４０ｄＢｃ以下であることが要求されており、この様なスプリアスの発生するマグネトロンをレーダー装置に使用する場合には、その伝送回路中もしくはアンテナ部にフィルタを入れる必要があった。このため、構造が複雑となり、コストもかかっていた。また、比較的安定な動作が可能であること等の為に、現在のマグネトロンは多空洞のベーンストラップタイプが大多数を占めている。しかし、このタイプのマグネトロンでのスプリアスはメイン周波数帯に近い周波数帯で生じるため、外部にフィルター等を取り付けて分離することが難しく深刻な問題となっていた。
【０００７】
近年、レーダー装置からのスプリアス放射レベルの規制は、厳しくなりつつあり、上記のような従来のマグネトロンでは、他の特性は充分満足するもののスプリアスに関しては、常に規制値内に抑えることが難しく、また、さらに高いマージンでスプリアスを抑えることは大変困難になっていた。
このような状況に鑑み、本発明は上記の問題点を解決し、スプリアス低減用フィルタ等の部品を用いることなくスプリアスレベルが小さいマグネトロンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
円筒状のアノードシリンダの管軸の中央に配置したカソードと、該アノードシリンダの内周面に固定され該カソードの周りに作用空間をおいて放射状に等間隔で囲み並べられているアノードベーンと、該アノードシリンダの両端部に設けられ該カソードおよび該作用空間を挟み対向して配置し該アノードシリンダの管軸と垂直な各々の先端面を有する一対のポールピースからなるマグネトロンにおいて、該一対のポールピースの該各々の先端面の直径を該アノードベーンの内端面がつくる内接円直径より小さくし、かつ該各々の先端面を該アノードシリンダの管軸と垂直に該アノードシリンダ方向へ延長した仮想線と該一対のポールピースの該各々の先端面方向に径小となるテーパ形状を有した外周面のつくる角度を２０゜以上にすることにより、該作用空間内の該アノードシリンダの管軸方向での該カソード両端部の磁束密度を該カソード中心部の磁束密度の１．１倍以上としたことを特徴とするマグネトロンを提供する。
【０００９】
【作用】
このように構成することにより、定常的にスプリアスレベルを低減することができる。
【００１０】
【実施例】
図１は、本発明の実施例でマグネトロンの断面を示したものである。円筒状のアノードシリンダ１の管軸の中央にカソード２を配置し、カソード２の周りには作用空間３をおいてアノードベーン４が放射状に等間隔で配列されている。また、カソード２および作用空間３を挟み一対のポールピース６を対向させている。本例のマグネトロンは従来のマグネトロンと異なり、ポールピース６の相対向する各々の先端面の直径（φｐ）はアノードベーン４の内端面がつくる内接円直径（φａ）より小さくなっている（例えば、φｐ＝４．２ｍｍ、φａ＝６．９ｍｍ）。また、ポールピース６の相対向する各々の先端面をアノードシリンダ１方向へ延長した仮想線とポールピース６の外周面のつくるテーパの角度θ（以下、ポールピース先端部角度）を３０゜にしている。
【００１１】
図２に本実施例のマグネトロンの出力スペクトラム波形を示す。このスプリアスレベルはメインの波形に対し−６２．５０ｄＢｃであり、要求値の−４０ｄＢｃ以下をクリアしている。
【００１２】
図３に本実施例のマグネトロンのポールピースが形成する磁界の磁束密度分布を示す。図に示すとおり、ポールピース先端面近傍（ポールピース先端面からのの距離Ｌ＝０．５ｍｍ）の磁束密度は極めて強くなっている。また、作用空間内に磁束密度が大きい部分（Ｌ＝１ｍｍ）と小さい部分（Ｌ＝３ｍｍ）が出来て、その比（カソード両端部の磁束密度／カソード中心部の磁束密度）は、約１．２であった。
【００１３】
従来はマグネトロンの作用空間内の磁束密度は出来る限り均一にすべきであるとされていたが、各種のマグネトロンを作製しスプリアスレベルとの関係を調査したところ、作用空間内の管軸方向におけるカソード両端部の磁束密度がカソード中心部の磁束密度よりもかなり大きい場合の方がスプリアスレベルが良好であるとの結果を今回新たに得た。
【００１４】
作用空間内の磁束密度に分布をもたせるために、本実施例のマグネトロンでポールピース先端部角度を変えてその特性を調査した結果を図４に示す。図４の横軸はポールピース先端部角度、縦軸はそのマグネトロンのスプリアスレベルである。なおこの時、マグネトロン電流、マグネトロン電圧は同一となるように全体の磁力を調整した。図４からわかるように、ポールピース先端部角度が大きくなる程スプリアスレベルが小さくなり良好な特性となっている。特に先端部角度が２０゜以上で要求値の−４０ｄＢｃ以下となっている。
【００１５】
作用空間内のカソード両端部とカソード中心部の磁束密度の比をポールピース先端部角度に対しプロットしたものが図５である。ポールピース先端部角度を鋭角にすることにより、作用空間内の磁束密度分布が不均一になっており、カソード両端部すなわちポールピースに近い部分が大きく、カソード中心部が小さくなっている。
【００１６】
図４、図５から、ポールピース先端部角度を２０゜以上にすることによりカソード両端部とカソード中心部の磁束密度の比を１．１倍以上にすれば、スプリアスレベルは−４０ｄＢｃ以下に抑えることが可能であることが分かる。
【００１７】
以上の様に磁束密度に分布を持たせることでスプリアスレベルが改善される。また、その機構の詳細は現在のところ不明であるが次のようであろうと考えられる。カソード両端部はカソード、アノード形状が変化している部分であり、その電界は乱されている。その乱れた電界付近の電子分布を低下させるように磁界が作用している可能性がある。磁界を強くすることで、電子はミラー効果（磁力線が漏斗状に収束しているミラーと呼ばれる領域で斥力をうける現象）によって磁界の弱い方に跳ね返され、電子分布はカソード中心部によせられる。その為に、均一に運動する電子の割合が増加しスプリアスが低減される。マグネトロンに必要なのは均一な磁界ではなく、均一に運動する電子であり、その為に磁界に分布を持たせることが必要になっていると考えられる。この時当然、マグネトロン電流、電圧は特性がとれるように全体として磁力を調整する必要がある。カソード両端部の磁力を強くすればするほど即ち磁束密度の比を大きくするほど、スプリアス低減の効果は出てくるが、全体としてはマグネトロンの特性を取るために、磁力を調整しなければならない。
【００１８】
図６に、本発明によるポールピースの他の実施例を示す。図１に示したものとの差は、本発明の特徴であるポールピース６の先端部の鋭角を得るために、テーパ形状を２段階とし鋭角な部分を突出させたことである。また、図７に、本発明によるポールピースの他の実施例を示す。図１に示したものとの差は、ポールピース６の先端部角度を９０゜としていることである。以上のような形状でも、φｐをφａより小さくし、かつポールピース先端部角度を２０゜以上にすることにより、上述したような効果が得られている。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればマグネトロン単体でのスプリアス放射レベルを低いレベルで安定に抑制することができるようになるので、レーダー装置全体としてのスプリアスレベルを従来より更に低く抑えることができる。また、従来、スプリアスを低減するために用いられていたフィルタを削減することが可能になり経済性や、小型化に寄与する効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマグネトロンの断面図である。
【図２】本発明によるマグネトロンの出力スペクトラム波形である。
【図３】本発明によるポールピースが形成する磁界の磁束密度分布である。
【図４】 本発明によるポールピース先端部角度とスプリアスレベルの関係である。
【図５】本発明によるポールピース先端部角度と磁束密度の比を示す図である。
【図６】本発明による他の実施例を示すマグネトロンの断面図である。
【図７】本発明による他の実施例を示すマグネトロンの断面図である。
【図８】従来設計によるマグネトロンの断面図である。
【図９】従来設計によるマグネトロンの出力スペクトラム波形である。
【符号の説明】
１．アノードシリンダ
２．カソード
３．作用空間
４．アノードベーン
５．マグネット
６．ポールピース
【図１】
0004286960.tif 000002
【図２】
0004286960.tif 000003
【図３】
0004286960.tif 000004
【図４】
0004286960.tif 000005
【図５】
0004286960.tif 000006
【図６】
0004286960.tif 000007
【図７】
0004286960.tif 000008
【図８】
0004286960.tif 000009
【図９】
0004286960.tif 000010