(57)【要約】【課題】パルストランスを用いず、高電圧を高圧ＦＥＴなどで断続する駆動回路を構成し、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形と発生する高周波パルスのスペクトラムの関係を把握する。【解決手段】マグネトロンに駆動用の高電圧パルス電圧を印加し、出力される高周波パルスをスペクトル測定器で観測する。パルス形成部では、マグネトロンに印加する高電圧を断続する第１高圧スイッチと接地を断続する第２高圧スイッチとを用い、第１高圧スイッチを閉にして、高電圧発生部とマグネトロンの陰極を接続した後、第２高圧スイッチを閉にすることで接地部とマグネトロンの陰極を接続し、マグネトロンに印加する高電圧パルスを発生する。また、高電圧発生部からマグネトロンに至る導電路には、立ち下がり時間制御回路を備え、マグネトロンから接地部に至る導電路には、立ち上がり時間制御回路を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンをパルス電圧で駆動し、前記マグネトロンから出力されるパルス電波のスペクトルを観測するマグネトロンスペクトラム評価装置であって、
高電圧発生部からマグネトロンに至る導電路を断続する第１高圧スイッチとマグネトロンから接地部に至る導電路を断続する第２高圧スイッチとを用いて、第１高圧スイッチを閉にした後、第２高圧スイッチを閉にすることで、上記パルス電圧を発生することを特徴とするマグネトロンスペクトラム評価装置。
【請求項２】
高電圧発生部からマグネトロンに至る導電路には、上記パルス電圧の立ち下がり時間を調整することができる立ち下がり時間制御回路を備え、
マグネトロンから接地部に至る導電路には、上記パルス電圧の立ち上がり時間を調整することができる立ち上がり時間制御回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスペクトラム評価装置。
【請求項３】
さらに、上記立ち下がり時間制御回路と上記立ち上がり時間制御回路とを制御する制御手段を備え、
上記マグネトロンから出力されるパルス電波のスペクトルを観測した結果を、上記制御手段を通じて、上記立ち下がり時間制御回路と上記立ち上がり時間制御回路の制御に用いることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスペクトラム評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、不要輻射を抑制することを目的に、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形を最適化するためのデータを取得することができるマグネトロンスペクトラム評価装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
パルス動作のマグネトロンは、例えば、レーダ用に用いられており、電波資源を有効に活用するために不要輻射の抑制が求められている。一般に、マグネトロンによる高周波パルスには、図３（非特許文献１）に示す様に、高調波などメインローブ以外の周波数領域で発生する不要輻射とメインローブに発生する不要輻射がある。前者は、フィルタで抑制することができるが、後者を抑制するためには、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形やマグネトロンの発振応答特性を改善する必要があることが知られている。例えば、図４は、陽極電流をパラメータとして、マグネトロンの印加電圧と発振出力を示す図である。この図から、マグネトロン出力の高周波パルスは印加電圧の変調を受けることがわかる。
【０００３】
この高電圧パルス波の形状は、上記の様に、マグネトロンが発生するスペクトラムに大きく影響を与えることが知られている。マグネトロンを使用したパルスレーダーの不要輻射を低減させるには、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形と出力される高周波パルスのスペクトラムの関係を把握して、発振素子であるマグネトロンを駆動する為の変調波形(高電圧パルス波形)を最適化する必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来のマグネトロン用高圧電源を使用する場合、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形のコントロールは非常に難しく、その高電圧パルス形状は、駆動回路、特にパルストランスの特性により大きく影響されることが分かっている。
【０００５】
従来のマグネトロンパルス発振器例のブロック図を図５（ａ）に示す。パルス形成回路（ＰＦＮ）は、図５（ｂ）に示す様に、コイルとキャパシタとの直列接続である。このキャパシタは、チャージングチョークを通じて充電され、サイラトロン又はＳＣＲのスイッチで放電される。この充電と放電に伴う電圧変化を図６に示す。これは、ＰＦＮの入力端Ａと同電位のａ点での電位変化である。放電は、充電よりも急速に行なわれるため、パルストランスでの昇圧は、放電時の方が高くなる。この例から分かるように、放電時波形とパルストランスの特性とで、マグネトロンに印加されるパルス電圧波形が決まる。
【０００６】
そのため、従来は、マグネトロンに印加される高電圧パルス波形の形状を変えるには、特性の異なる数多くのパルストランスならびに周辺の電気回路部品を用意して、それを取り替えて試すという作業を繰り返し行なう必要があった。部品の取り替えの際には、一旦電源を切り部品を取り替えてから電源を再投入するという手間をかける必要がある。もちろん、従来品でも、パルストランスなどの電気部品を多数並べ、それを電磁リレー等で切り替えていくことで、通電状態でも高電圧パルス形状の変更をすることは可能であるが、この場合、装置が大型になり、コストも増大し、配置的な要因が加わるため各回路の調整には、より手間がかかるようになる。
【０００７】
従来のマグネトロン用高圧電源を用いたマグネトロンスペクトラム評価装置の例を図２に示す。この構成では、蓄積回路に蓄えられた高電圧電荷による電流を高圧スイッチで断続して、パルストランスで昇圧し、これをマグネトロンに印加する。この印加電圧は高圧波形測定器でモニタし、またマグネトロンからの発振出力の高周波パルスはスペクトラム測定器で測定する。従来は、このスペクトラム測定器でメインローブの広がりやメインローブ近傍に発生するスプリアス、ならびにメインローブ近傍の周波数領域で発生する不要輻射を観測し、例えば最適なパルストランスを選択することで、不要輻射を抑制している。
【０００８】
【非特許文献１】日本無線技報Ｎｏ．４８、２００５、７３〜７７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような事情から、本発明のマグネトロンスペクトラム評価装置では、波形の高圧波形の形状に大きく影響するパルストランスを用いず、高電圧を高圧ＦＥＴなどで断続する駆動回路を構成し、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形とマグネトロンが発生する高周波パルスのスペクトラムの関係を把握する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、パルストランスの取り替え作業なしに、通電状態で高電圧パルス波形の変更が可能である。また、この構成は、マグネトロンに印加する高圧パルス波形の形状を容易にコントロールできるという利点を備えている。従って、この構成により、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形と出力される高周波パルスのスペクトラムの関係を把握する作業が容易になり、不要輻射を低減させるべく行なう、マグネトロンの設計・開発作業やパルスレーダーに使用される変調器の設計・開発作業が容易になる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、マグネトロンに駆動用の高電圧パルス電圧を印加し、前記マグネトロンから出力される高周波パルスのスペクトルをスペクトル測定器で観測するマグネトロンスペクトラム評価装置である。マグネトロンと、高電圧発生部と、パルス形成部と、を備える。パルス形成部では、高電圧発生部からマグネトロンに至る導電路を断続する第１高圧スイッチとマグネトロンから接地部に至る導電路を断続する第２高圧スイッチとを用い、第１高圧スイッチを閉にして、高電圧発生部とマグネトロンの陰極を接続した後、第２高圧スイッチを閉にすることで接地部とマグネトロンの陰極を接続し、上記マグネトロンに印加する上記高電圧パルスを発生する。
【００１２】
また、高電圧発生部からマグネトロンに至る導電路には、上記高電圧パルスの立ち下がり時間を調整することができる立ち下がり時間制御回路を備え、マグネトロンから接地部に至る導電路には、上記高電圧パルスの立ち上がり時間を調整することができる立ち上がり時間制御回路を備える。上記立ち下がり時間あるいは上記立ち上がり時間を調整して、上記マグネトロンから出力される不要輻射を上記スペクトル測定器で観測し、不要輻射を抑制できる立ち下がり時間あるいは立ち上がり時間を見出す。
【００１３】
さらに、上記立ち下がり時間制御回路と上記立ち上がり時間制御回路とを制御する制御手段を備え、上記マグネトロンから出力されるパルス電波のスペクトルを観測した結果を、上記制御手段を通じて、上記立ち下がり時間制御回路と上記立ち上がり時間制御回路の制御に用いて、常に最適なスペクトラムとなるように、不要輻射を抑制した発振器とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例を図１のブロック図に示す。高電圧発生部１は、商用電源からマグネトロン１０を動作させるために必要な電圧を生成する電源回路（高圧）と、発生した高圧エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積回路から成る。この蓄積回路は、例えば、キャパシタあるいはインダクタと組み合わせたキャパシタである。
【００１６】
また、パルス形成部は、蓄積された高圧エネルギーをマグネトロン１０に印加するための第１高圧スイッチ３と、マグネトロン１０へ印加される高圧パルス波形の立ち下がり時間を調整する立ち下がり時間制御回路５と、マグネトロン１０へ印加される高電圧パルス波形の立ち上がり時間を決定する立ち上がり時間制御回路６と、マグネトロン１０に印加する高電圧を、マグネトロン１０の陰極を接地部７に接続することで切るための第２高圧スイッチ４とからなる。第１高圧スイッチ３、第２高圧スイッチ４には、例えば、高速高耐圧半導体スイッチである。このような高速高耐圧半導体スイッチで、マグネトロンに使用できるものが既に市販されているので、それらを適宜用いることができる。
【００１７】
また、第１高圧スイッチ３と第２高圧スイッチ４は、高圧スイッチ制御部２で制御される。この高圧スイッチ制御部２は、第１高圧スイッチ３と第２高圧スイッチ４にゲート信号あるいはトリガ信号を供給する制御部と、マグネトロン１０に印加する高電圧パルスのパルス幅やその繰り返し周期などを決定する制御部ＰＣと、制御部を動作させるための電源部（低圧）を備えるものである。
【００１８】
また、マグネトロン１０に印加される高電圧パルスは、高圧波形測定器１２で観測又は測定し、マグネトロン１０からの高周波パルスは、スペクトラム測定器１１で観測又は測定する。スペクトラム測定器１１での観測又は測定においては、メインローブの裾の部分にある不要輻射ならびにスペクトラムの広がりに特に注目して測定する。
【００１９】
上記の様に、高電圧発生部１では、電源部（高圧）より生成された高電圧は、蓄積回路によりエネルギーが蓄積される。蓄積されたエネルギーは、第１高圧スイッチ３がオンになると立ち下がり時間制御回路５を通して、マグネトロン１０に印加される。高電圧がマグネトロン１０に印加されている間に、第２高圧スイッチ４をオンにする。これにより、マグネトロン１０に印加されている高電圧が、立ち上がり時間制御回路６を通してオフにされる。
【００２０】
立ち下がり時間制御回路５ならびに立ち上がり時間制御回路６は、例えば、抵抗、インダクタンス、コンデンサなどの受動素子、あるいはその組み合わせで、それらの受動素子が可変である。それぞれの時間制御回路のこの値を変えることによって、マグネトロンに印加する高電圧パルス波形の立ち下がり時間、立ち上がり時間を調整できるようになっている。図１においては、制御部PCから制御線１３を通じて、立ち下がり時間制御回路５と立ち上がり時間制御回路６を制御している。高電圧パルス幅の調整は、高圧スイッチ制御部２からのゲート信号あるいはトリガ信号を調整して、第１高圧スイッチ３をオンにしてから第２高圧スイッチ４をオンにするまでのタイミングを調整することで行なう。
【００２１】
上記の抵抗値やインダンクタンスは、絶縁性のある調節棒を介して、あるいはPCなどから制御できるようになっており、動作状態中でも調整することができるようにすることは容易である。つまり、高電圧パルスの立ち下がり時間、ならびに立ち上がり時間などは、通電状態で変更可能であるようにすることは容易である。
【００２２】
マグネトロン１０に高電圧パルスが印加されると、マグネトロン１０から高周波パルスが発生する。この高周波パルスをスペクトラムアナライザなどのスペクトラム測定器１１で不要輻射を測定する。ここで、マグネトロン１０に印加される高電圧パルス波形を種々に変えて、出力される高周波パルスのスペクトラムを測定することで、高電圧パルス波形と出力の高周波パルスのスペクトラムとの関連付けを容易に行うことができる。この結果、測定対象のマグネトロンごとに、最適な高電圧パルス波形を容易に決定でき、不要輻射抑制を容易に行なうことができる。
【００２３】
スペクトラム測定器１１で不要輻射を測定した結果は、図１においては、制御部PCに制御線１４を通じて伝送される。この制御部PCは、上記立ち下がり時間制御回路と上記立ち上がり時間制御回路とを制御する制御手段である。この制御部PCでは、不要輻射が低減されるように、上記立ち下がり時間制御回路と上記立ち上がり時間制御回路を制御する。この帰還制御によって、不要輻射を抑制して、常に最適なスペクトラムとなるようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
上記のように最適な高圧パルス波形が決定できた場合には、その高圧パルスを実現できる高圧電源またはパルストランスを実現することで、低コストで不要輻射の少ない高周波パルス発生器を実現することができる。また、この方法の応用として、スペクトラムアナライザもしくはそれ以外の方法でスペクトラムを監視し、その結果をもちいて適宜マグネトロンに印加される高圧波形をコントロールすることにより、温度変化などによるマグネトロンの発振状態の変化に対し、常に最適なスペクトラム、不要輻射を抑制した発信器を作成することも可能となる。
【００２５】
また、上記においては、本発明をマグネトロンに適用することを主体に説明したが、本発明は、クライストロンにも適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のマグネトロンスペクトラム評価装置例を示すブロック図である。
【図２】従来のマグネトロンスペクトラム評価装置例を示すブロック図である。
【図３】マグネトロンによる高周波パルスのスペクトルを示す図である。
【図４】陽極電流をパラメータとして、マグネトロンの印加電圧と発振出力を示す図である。
【図５】従来のマグネトロンパルス発振器例を示すブロック図である。
【図６】従来のマグネトロンパルス発振器例のパルス形成回路の入力端電圧の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  高電圧発生部
２  高圧スイッチ制御部
３  第１高圧スイッチ
４  第２高圧スイッチ
５  立ち下がり時間制御回路
６  立ち上がり時間制御回路
７  接地部
１０  マグネトロン
１１  スペクトラム測定器
１２  高圧波形測定器
１３、１４  制御線
【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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