(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスを備えたマグネトロン駆動回路において、
該パルストランスの２次側に、マグネトロンが発振を開始する電圧に略等しい電圧でブレークダウンするダイオードを含む非線形負荷回路を、マグネトロンと並列に接続したことを特徴とするマグネトロン駆動回路。
【請求項２】
前記非線形負荷回路は、前記マグネトロンの定格内部インピーダンスに略相当する抵抗値の第１抵抗、及び所定容量のコンデンサの直列回路と、前記マグネトロンの定格内部インピーダンスの２〜３倍に相当する抵抗値の第２抵抗と、の並列回路に、前記ダイオードを直列に接続したものである請求項１に記載のマグネトロン駆動回路。
【請求項３】
前記パルストランスの１次巻線の駆動回路への送信トリガが立ち下がると略同時に、前記パルストランスのいずれかの巻線を短絡して前記パルストランスの残留エネルギを吸収する残留エネルギ吸収回路を設けた請求項１または２に記載のマグネトロン駆動回路。
【請求項４】
マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスを備えたマグネトロン駆動回路において、
前記パルストランスは補助巻線を備え、
前記パルストランスの１次巻線の駆動回路への送信トリガが立ち下がると略同時に、前記補助巻線を短絡して前記パルストランスの残留エネルギを吸収する残留エネルギ吸収回路を設けたことを特徴とするマグネトロン駆動回路。
【請求項５】
マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスを備えたマグネトロン駆動回路において、
前記パルストランスは補助巻線を備え、
前記マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスの１次巻線の両端間に、パルストランスの残留エネルギを吸収する吸収抵抗を設けずに、
前記パルストランスの１次巻線の駆動回路への送信トリガが立ち下がると略同時に、前記補助巻線を短絡して前記パルストランスの残留エネルギを吸収する残留エネルギ吸収回路を設けたことを特徴とするマグネトロン駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス変調レーダなどに適用されるマグネトロンの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス変調レーダ（Pulse Modulated Radar;以下、パルスレーダと称する。）は、パルス波を目標物（以下、物標と称する。）に対して送信してから、物標に反射して戻ってきたパルス波を受信するまでの時間によって、物標までの距離を求めるレーダである。ｃを光速、Δｔを送信から受信までの時間とすると、物標までの距離Ｄは、
Ｄ＝ｃΔｔ／２
となる。
【０００３】
レーダの性能を判断する上で必要なものとしては、距離分解能の他に、最大探知距離、方位分解能、最小探知距離などがある。距離分解能とは、パルス波を送信するレーダ側から見て、同一方向の一直線上にある２つの物標が、互いにどれだけ離れていれば２つの物標として分離して認識できるかを示す限界の最小距離Ｒである。電波は、１μｓにつき約３００ｍの距離を伝搬するので、１μｓ間に１５０ｍの距離を往復することになる。したがって、パルス幅τ（μｓ）と距離分解能Ｒとの関係として、
Ｒ＝３００τ／２＝１５０τ（ｍ）
の式が成り立ち、距離分解能はこのパルス幅で決まる。そのため、パルス幅が狭いほど距離分解能が良く、近距離まで探知できることになる。
【０００４】
ここで、パルスレーダの構成について説明する。パルスレーダは、マイクロ波を出力するためのマグネトロン、マグネトロンを駆動するためのマグネトロン駆動回路、アンテナ、受信回路などによって構成されている。図３は、従来のマグネトロン駆動回路の概略構成を示した回路図である。図３に示したように、従来のマグネトロン駆動回路１０１には、パルストランス１１が用いられている。パルストランス１１の１次巻線１２における一方の端子は、電源Ｖに直接接続されるとともに、コンデンサ２０を介して接地され、他方の端子はスイッチングＦＥＴ（ＮＭＯＳＦＥＴ）２１のドレインに接続されている。また、スイッチングＦＥＴ２１は、ソースが接地され、ゲートが抵抗２２を介して接地されている。さらに、１次巻線１２の両端子間には、吸収抵抗２３が接続されている。加えて、パルストランス１１の２次巻線１３における一方の端子は、マグネトロン（図示せず）のカソードに接続され、他方の端子は、マグネトロンのアノードに接続されている。
【０００５】
上記の構成であるマグネトロン駆動回路１０１において、スイッチングＦＥＴ２１のゲートに所定のパルス幅の送信トリガを入力すると、スイッチングＦＥＴ２１がＯＮする。そして、パルストランス１１の２次巻線１３に、そのパルス幅を持った高圧パルスが発生する。この高圧パルスがマグネトロンに印加されると、マグネトロンは非常に高い出力で発振して、マイクロ波（送信パルス）を出力する。このマイクロ波は図外のアンテナを通って発射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマグネトロン駆動回路及びマグネトロンでは、以下のような問題があった。すなわち、前記パルス幅τを狭くするためにマグネトロン駆動用パルスの立ち上がりを急峻にすると、マグネトロンが発振に失敗して、送信パルスが出力されない、所謂ミッシング現象が発生する。
【０００７】
また、前記パルス幅τを狭くするために送信パルスの立ち下がりも急峻にする必要がある。従来のマグネトロン駆動回路では、前記のように吸収抵抗を付加してパルストランスの残留エネルギを短時間で零にするようにしている。しかし、吸収抵抗は、送信パルスの立ち上がり時には余分な負荷となる。よって、吸収抵抗の値をあまり小さくできず、送信パルスの立ち下がりもあまり急峻にはできなかった。
【０００８】
図４は、従来のマグネトロン駆動回路の入力波形及びマグネトロンの送信パルス波形を示した図である。矩形の送信パルスが理想的であるが、実際は図４に示したように、三角波に近い形状の送信パルスとなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は上記の問題を解決するために創作したものであり、その目的は、立ち上がり及び立ち下がりが急峻である矩形に近い波形で、かつ、パルス幅の狭い波形の送信パルスをマグネトロンから出力させるように駆動するマグネトロン駆動回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明では、マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスの２次側に、マグネトロンが発振を開始する電圧に略等しい電圧でＯＮする非線形負荷回路を、マグネトロンと並列に接続している。これにより、マグネトロンの発振開始時のカソードからアノードへの電子流が適正に発振に寄与することになり、電子流がアノードに達してしまって発振に失敗する、といった所謂ミッシング現象を防止することができる。一般に、パルス変調レーダに用いられるマグネトロンは、印加電圧のピークを１００％とすれば、８０％付近で発振を開始するので、マグネトロンに印加するピーク電圧の８０〜１００％区間において、印加電圧の立ち上がりを緩やかにすればよい。また、マグネトロンが発振を開始するまでは印加電圧を急峻にしてもミッシングは発生しないので、この区間の印加電圧の立ち上がりを急峻にすることによって、送信パルスの幅を狭めることができる。
【００１１】
また、この発明では、上記非線形負荷回路が、マグネトロンが発振を開始する電圧に略等しい電圧でブレークダウンするダイオードを含んでいる。したがって、容易に入手できる素子を用いて、非線形負荷回路を構成することができる。
【００１２】
さらに、この発明では、上記非線形負荷回路が、マグネトロンの定格内部インピーダンスに略相当する抵抗値の第１抵抗、及び所定容量のコンデンサの直列回路と、前記マグネトロンの定格内部インピーダンスの２〜３倍に相当する抵抗値の第２抵抗と、の並列回路に、ダイオードを直列に接続している。これにより、ダイオードがブレークダウンした際には、第１抵抗、コンデンサ、及び第２抵抗が負荷となるため、すなわちコンデンサが一時的に大負荷となって、マグネトロンが発振を開始する電圧付近の電圧上昇率をより確実に緩やかにすることができる。その結果、ミッシングの発生をより確実に抑えることができる。
【００１３】
加えて、この発明では、残留エネルギ吸収回路で、パルストランスの１次巻線の駆動回路への送信トリガが立ち下がると略同時に、パルストランスのいずれかの巻線を短絡してパルストランスの残留エネルギを吸収する。したがって、マグネトロンの送信パルスの立ち上がり時に悪影響を及ぼすことなく、パルストランスの残留エネルギを吸収することができ、また、パルストランスの残留エネルギが不要になると略同時に吸収するので、マグネトロンの送信パルスの立ち下がりを従来よりも急峻にすることができる。
【００１４】
また、この発明では、マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスにおける１次巻線の駆動回路への送信トリガが立ち下がると略同時に、パルストランスの補助巻線を短絡して、パルストランスの残留エネルギを吸収する残留エネルギ吸収回路を設けている。したがって、効率よくパルストランスの残留エネルギを吸収することができるので、マグネトロンの送信パルスの立ち下がりを従来よりも急峻にすることができる。
【００１５】
さらに、この発明では、マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスの１次巻線の両端間に、パルストランスの残留エネルギを吸収する吸収抵抗を設けずに、残留エネルギ吸収回路を設けている。したがって、従来、１次巻線の両端間に設けていた吸収抵抗には、送信パルスの立ち上がり時には余分な負荷となり、吸収抵抗の値をあまり小さくできず、送信パルスの立ち下がりもあまり急峻にはできないという問題があったが、吸収抵抗を設けずに残留エネルギ吸収回路を設けたので、従来のように、吸収抵抗がマグネトロンの送信パルスの立ち上がり時に悪影響を及ぼすことがなく、立ち上がり及び立ち下がりが急峻である矩形に近い波形で、かつ、パルス幅の狭い波形の送信パルスをマグネトロンから出力させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るマグネトロン駆動回路の概略構成を示した回路図である。なお、図１において従来の構成と同一部分には、同一符号を付している。
【００１７】
本発明のマグネトロン駆動回路１は、従来のマグネトロン駆動回路１０１を改良したものであり、パルストランス１１に補助巻線１４を追加して、パルストランス１１ａとしている。この補助巻線１４は、パルストランス１１の残留エネルギを吸収する残留エネルギ吸収回路であるアクティブダンパ回路３０の一部を構成している。また、パルストランス１１ａの２次巻線１３に、パルストランス１１ａが出力するピーク電圧の略８０％でＯＮする非線形負荷回路４０を、マグネトロンと並列に接続している。これらの回路によって、立ち上がり及び立ち下がりが急峻である矩形に近い波形で、パルス幅の狭い波形の送信パルスをマグネトロンが出力するように駆動する。
【００１８】
以下、その詳細を説明する。マグネトロン駆動回路１は、パルストランス１１ａに加えて、アクティブダンパ回路３０、非線形負荷回路４０を備えている。パルストランス１１ａは、１次巻線１２、２次巻線１３、及び補助巻線１４を備えている。
【００１９】
１次巻線１２の一方の端子は、電源Ｖに直接接続されるとともに、コンデンサ２０を介して接地され、他方の端子はスイッチングＦＥＴ（ＮＭＯＳＦＥＴ）２１のドレインに接続されている。また、スイッチングＦＥＴ２１は、ソースが接地され、送信トリガを入力するゲートが抵抗２２を介して接地されている。さらに、パルストランス１１ａの２次巻線１３における一方の端子は、マグネトロン（図示せず）のカソードに接続され、他方の端子は、マグネトロンのアノードに接続されている。
【００２０】
アクティブダンパ回路３０は、補助巻線１４、アクティブダンパ用ＦＥＴ（ＮＭＯＳＦＥＴ）３１、及び抵抗３２によって構成されている。補助巻線１４の一方の端子はスイッチングＦＥＴ３１のドレインに接続され、他方の端子は接地されている。また、スイッチングＦＥＴ３１は、ソースが接地され、ダンパトリガを入力するゲートが抵抗３２を介して接地されている。
【００２１】
非線形負荷回路４０は、ダイオード４１、第１抵抗である抵抗４２、コンデンサ４３、及び第２抵抗である抵抗４４によって構成されている。非線形負荷回路４０では、抵抗４４及びコンデンサ４３の直列回路と、抵抗４２と、の並列回路がダイオード４１に直列に接続されている。ダイオード４１は、パルストランス１１ａが出力するピーク電圧の略８０％でブレークダウンする。このピーク電圧の８０％は、マグネトロンが発振を開始する電圧に略等しい電圧である。ダイオード４１としては、ツェナーダイオードやアバランシェダイオードが好適である。抵抗４２は、図外のマグネトロンの定格内部インピーダンスに略相当する抵抗値に設定する。コンデンサ４３は、抵抗４２とコンデンサ４３との直列ＣＲ回路の時定数が、送信トリガのパルス幅より短くなる所定容量として、例えば１００ｐＦ程度に設定する。抵抗４４は、図外のマグネトロンの定格内部インピーダンスの２〜３倍に相当する抵抗値に設定する。
【００２２】
マグネトロン駆動回路１において、１次巻線１２の両端間に、吸収抵抗を設置しないことにより、マグネトロンの送信パルスの立ち上がりにおけるピーク電圧の０〜８０％区間において、立ち上がりを従来よりも急峻にすることができる。また、吸収抵抗を設けていないため、スイッチングＦＥＴのスイッチング効率が向上する。
【００２３】
また、非線形負荷回路４０を設けることにより、マグネトロンの送信パルスの立ち上がりにおけるピーク電圧の８０〜１００％区間において、立ち上がりを従来よりも緩やかにすることができる。これにより、ミッシングの発生を防止することができる。
【００２４】
さらに、アクティブダンパ回路３０を設けることにより、従来、１次巻線の両端間に設けていた吸収抵抗の代わりに、パルストランスの残留エネルギを吸収することができる。また、吸収抵抗よりも効率よくパルストランスの残留エネルギを吸収することができるので、マグネトロンの送信パルスの立ち下がりを従来よりも急峻にすることができる。さらにまた、マグネトロンの送信パルスの立ち上がり時に悪影響を及ぼすこともない。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態に係るマグネトロン駆動回路の入出力波形図である。マグネトロン駆動回路１へ、図２に示した送信トリガ及びダンパトリガを入力することで、立ち上がり及び立ち下がりが急峻である矩形に近い波形で、かつ、幅の狭いパルスを出力することができる。送信トリガは、パルスレーダのレンジに応じて幅を変化させればよく、例えば、５０ｎｓ〜１μｓに設定する。マグネトロン駆動回路１のスイッチングＦＥＴ２１に矩形の送信トリガを入力すると、送信トリガの立ち上がりとともにマグネトロン電圧が急峻に上昇する。ピーク電圧の略８０％に達すると、この電圧値をダイオード４１のブレークダウン電圧に設定してあるため、ダイオード４１はブレークダウンして、マグネトロンの電圧上昇率は急激に小さくなる。この時、ダイオード４１がブレークダウンした際には、前記のような値に設定した抵抗４２、コンデンサ４３、及び抵抗４４が負荷となるため、送信パルスの立ち上がりにおけるピーク電圧の８０〜１００％区間において、送信パルスの立ち上がり（上昇率）をより確実に緩やかにすることができる。そして、送信トリガが立ち下がる直前にマグネトロン電圧はピークに達する。
【００２６】
送信トリガの立ち下がりとともに、マグネトロン駆動回路１のアクティブダンパ用ＦＥＴ３１にダンパトリガを入力する。ここで、ダンパトリガは、パルスレーダのレンジにかかわらず一定の幅として、例えば、１０μｓ程度に設定する。パルストランス１１ａでは、ダンパトリガの立ち上がりに伴ってアクティブダンパ回路３０によってパルストランス１１ａの残留エネルギが吸収されるため、マグネトロン電圧は急峻に下降する。
【００２７】
このようにマグネトロン電圧を変動させることで、マグネトロンからは、立ち上がり及び立ち下がりが急峻である矩形に近い波形で、幅の狭いパルス変調した電波（送信パルス）を発射することができる。このパルス幅は、１μｓ程度であり、デューティは１／１０００程度であるので、アクティブダンパ用ＦＥＴ３１及びダイオード４１の損失は小さく、アクティブダンパ回路３０及び非線形負荷回路４０を設けたことによるマグネトロン駆動回路１全体に対する電力損失の増加は、非常に小さい。
【００２８】
また、一般的にパルス幅を比較するために−２０ｄＢパルス幅を用いるが、マグネトロンから発射するパルスの−２０ｄＢパルス幅を従来よりも狭くすることができる。よって、距離分解能をさらに向上することができ、最小探知距離も大幅に改善することができる。
【００２９】
なお、上記の実施形態ではマグネトロン出力するパルス幅は１μｓ程度としたが、本発明はこれに限るものではなく、送信パルス幅が５０ｎｓ以下でもミッシングが発生することなく安定した電波の送信が可能となる。
【００３０】
また、上記の実施形態ではパルストランス１１ａに設けた補助巻線１４にアクティブダンパ用ＦＥＴ３１などを接続して、補助巻線１４を短絡するアクティブダンパ回路３０を構成したが、本発明はこれに限るものではなく、１次巻線１２、又は２次巻線１３を短絡して、パルストランスの残留エネルギを吸収するようにアクティブダンパ回路（残留エネルギ吸収回路）を構成してもよい。
【００３１】
さらに、上記のマグネトロン駆動回路１では、アクティブダンパ回路３０及び非線形負荷回路４０を備えた構成としたが、本発明はこれに限るものではなく、いずれか一方のみを備えた構成であってもよい。例えば、定格出力の大きなマグネトロンであるほど、ピーク電圧の８０％〜１００％の電圧上昇率を大きくしてもミッシングの発生が少なくなるので、大型レーダ用のマグネトロン駆動回路としては、アクティブダンパ回路のみを設けてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、マグネトロン駆動用のパルスを発生するパルストランスの２次側に、マグネトロンが発振を開始する電圧に略等しい電圧でＯＮする非線形負荷回路を、マグネトロンと並列に接続しているので、マグネトロンの発振開始時電圧上昇率を緩やかにしてミッシングの発生を防止することができ、その分、マグネトロンが発振を開始するまでの区間については、電圧上昇率を大きくして、送信パルス幅を狭くすることができる。
【００３３】
また、送信トリガを入力する１次巻線とは別の巻線を含み、パルストランスの残留エネルギを吸収する残留エネルギ吸収回路を備えているので、マグネトロンの送信パルスの立ち上がり時に悪影響を及ぼすことなく、パルストランスの残留エネルギを吸収することができ、マグネトロンの送信パルスの立ち下がりを従来よりも急峻にして、送信パルス幅を狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るマグネトロン駆動回路の概略構成を示した回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマグネトロン駆動回路の入出力波形図である。
【図３】従来のマグネトロン駆動回路の概略構成を示した回路図である。
【図４】従来のマグネトロン駆動回路の入力波形及びマグネトロンの送信パルス波形を示した図である。
【符号の説明】
１，１０１−マグネトロン駆動回路
１１，１１ａ−パルストランス
１２−１次巻線
１３−２次巻線
１４−補助巻線
２３−吸収抵抗
３０−アクティブダンパ回路（残留エネルギ吸収回路）
４０−非線形負荷回路
【図１】
0003848116.tif 000002
【図２】
0003848116.tif 000003
【図３】
0003848116.tif 000004
【図４】
0003848116.tif 000005