JP2005108446A - 進行波管用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型、低コストの進行波管用電源装置を提供する。
【解決手段】 発振回路１１は、複数の周波数から任意に選択した周波数の発振信号を生成する。インバータ１２は、発振回路１１から発振信号を与えられ、発振信号の周波数の交流電圧信号を生成する。トランス１７は、１次側にあるインバータ１２で生成された交流電圧信号を変圧して２次側に供給する。整流回路１８は、トランス１７の２次側にあり、トランス１７で変圧された交流電圧信号を整流して進行波管１１２に印加する。周波数検出回路２７は、トランス１７から整流回路１８に与えられた交流電圧信号の周波数を検出し、その周波数に応じて素子制御信号を生成する。制御素子２９は、素子制御信号に応じて進行波管１１２のアノード電極への電圧の印加を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、進行波管用に好適な電源装置に関する。

進行波管には、ヒータ電圧、カソード電圧、ヘリックス電圧、コレクタ電圧のように様々な電圧が印加される。また、過電流を防止するために、各電圧はアノードシーケンスと呼ばれる所定の手順にしたがって印加される。アノードシーケンスによれば、アノード電極への電圧の印加は、他の電極への電圧の印加から所定の遅延時間の後に行う必要がある。

このようなアノードシーケンスに従って進行波管に電源を供給するために、従来、リレーを含む回路が必要とされ、リレーを用いた様々な構成の進行波管用電源装置が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の図３には従来の典型的な進行波管用電源装置の構成が示されている。

図３は、従来の典型的な進行波管用電源装置の構成例を示すブロック図である。図３を参照すると、従来の進行波管用電源装置は高周波インバータ９１、高圧トランス９２、整流回路９３、アノードリレー９４、リレー制御回路９５、および抵抗９６を有している。

高周波インバータ９１は進行波管用電源装置の１次側回路を構成する。高圧トランス９２は、１次側の高周波インバータ９１の出力を変圧して２次側に供給する。整流回路９３は２次側にあり、高圧トランス９２の出力を整流する。

進行波管９７のカソード電極とプラス側のヒータ電極が共通となっており、これを以下ヒータ・カソード電極と称する。また、マイナス側のヒータ電極を以下、単にヒータ電極と称する。整流回路９３の出力は、進行波管９７のヒータ・カソード電極とヒータ電極に接続され、また抵抗９６を介して進行波管９７のアノード電極およびアノードリレー９４の一方の端子に接続されている。アノードリレー９４は、他方の端子が進行波管９７のヘリックス電極および接地電位に接続されており、リレー制御回路９５によりオン、オフを制御される。リレー制御回路９５がアノードリレー９４をオンにすると、アノード電圧が印加され、進行波管９７は増幅動作を開始する。
特開平１１−１４９８８０号公報

図３に示した従来の進行波管用電源装置では、アノードリレー９４を制御するためにリレー制御回路９５が必要である。

進行波管９７のアノード電極は接地電位付近からマイナス側に高電圧のカソード電極の電位まで変化するため、アノードリレー９４には高電圧に耐えられる高耐圧リレーが用いられ、アノードリレー９４は高電圧の電源で動作する。また、そのアノードリレー９４を駆動するためにリレー駆動用電源（不図示）が必要とされる。これに対して、リレー制御回路９５はシーケンス制御を行うため、一般に低電圧で動作する回路として構成される。

そのため、高電圧で動作するアノードリレー９４と、低電圧で動作するリレー制御回路９５の間は真空リレーなどによって絶縁される必要があり、進行波管用電源装置が大型化し、高コスト化する原因となっていた。

本発明の目的は、小型、低コストの進行波管用電源装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、進行波管への電圧の印加を制御する進行波管用電源装置であって、
複数の周波数から任意に選択された周波数の発振信号を生成する発振回路と、
前記発振回路から前記発振信号を与えられ、該発振信号の周波数の交流電圧信号を生成するインバータと、
１次側にある前記インバータで生成された前記交流電圧信号を変圧して２次側に供給するトランスと、
前記トランスの２次側にあり、該トランスで変圧された前記交流電圧信号を整流して前記進行波管に印加する整流回路と、
前記トランスから前記整流回路に与えられた前記交流電圧信号の周波数を検出し、該周波数に応じて前記進行波管のアノード電極への電圧の印加を制御するための素子制御信号を生成する周波数検出回路と、
前記素子制御信号に応じて前記進行波管のアノード電極への電圧の印加を制御する制御素子とを有している。

したがって、本発明によれば、トランスの出力から周波数を検出する周波数検出回路を高電圧で動作する回路として構成し、低電圧で動作するシーケンス制御回路を１次側に設けることができる。

また、前記周波数検出回路およびそれに対応する前記制御素子がそれぞれ複数あり、複数の前記周波数検出回路の各々が互いに独立して前記素子制御信号を生成し、該周波数検出回路に対応する前記制御素子に与えることにより、複数の前記進行波管のアノード電極への電圧の印加を互いに独立に制御することとしてもよい。

したがって、インバータからの発振信号の周波数を選択することにより、小型、低コストの回路で複数の進行波管の増幅動作を任意に開始させ、停止させることができる。

また、前記インバータ、前記トランス、前記整流回路は前記進行波管のヒータ電極に電圧を印加するための回路であることとしてもよい。

したがって、電圧安定性の要求が低いヒータ電圧を供給する電源を用いてアノードシーケンスを実現することができる。

本発明によれば、トランスの出力から周波数を検出する周波数検出回路を高電圧で動作する回路として構成し、低電圧で動作するシーケンス制御回路を１次側に設けることができるので、真空リレーなどによる絶縁が必要なく、小型、低コストで進行波管用電源装置を構成することができる。

また、インバータからの発振信号の周波数を選択することにより、小型、低コストの回路で複数の進行波管の増幅動作を任意に開始させ、停止させることができる。

また、電圧安定性の要求が低いヒータ電圧を供給する電源を用いてアノードシーケンスを実現しているので、アノードシーケンス実現のために電圧安定性の要求される他の電極への電圧に影響を与えることがなく、進行波管の動作が安定する。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の進行波管用電源装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の進行波管用電源装置は、発振回路１１、高周波インバータ１２、スイッチ１３、スイッチ制御回路１４、キャパシタ１５、１６、高圧トランス１７、整流回路１８、周波数検出回路１９、半導体素子１１０、および抵抗１１１を有している。

発振回路１１は、スイッチ１３によりキャパシタ１５またはキャパシタ１６のいずれか一方と接続される。キャパシタ１５とキャパシタ１６とは容量値が異なっている。発振回路１１は、スイッチ１３がキャパシタ１５、１６を切り替えることにより時定数が変化し、ｆ１、ｆ２のいずれかの発振周波数を選択可能である。ここでは、キャパシタ１５が選択されたときの発振周波数をｆ１とし、キャパシタ１６が選択されたときの発振周波数をｆ２とする。

スイッチ１３はスイッチ制御回路１４からの指示に従って接続を切り替える。スイッチ制御回路１４は、アノード制御信号に従ってスイッチ１３を制御する。アノード制御信号は、進行波管１１２のアノード電極とカソード電極の間をオンするか、オフするかを指示するための信号である。例えば、アノード制御信号は外部のシーケンス制御回路（不図示）から与えられる。

スイッチ制御回路１４は、アノード電極とカソード電極の間をオンするように指示されるとキャパシタ１５を選択し、アノード電極とカソード電極の間をオフするように指示されるとキャパシタ１６を選択するようにスイッチ１３を制御する。アノード制御信号がアノード電極とカソード電極の間のオンを指示すれば、発振回路１１が生成する発振信号の発振周波数はｆ１となり、オフを指示すれば発振周波数はｆ２となる。

発振回路１１が生成した発振信号は高周波インバータ１２に与えられる。高周波インバータ１２は発振回路１１から与えられた周波数の交流電圧信号を発生する。高圧トランス１７は、１次側の高周波インバータ１２の出力を変圧して２次側に供給する。整流回路１８は２次側にあり、高圧トランス１７の交流の出力を直流に整流する。整流回路１８の出力は、進行波管１１２のカソード電極およびプラス側のヒータ電極と、マイナス側のヒータ電極とに接続されている。

半導体素子１１０は、例えばトランジスタのような半導体からなる制御素子であり、２つの端子と１つの制御端子を有している。また、半導体素子１１０は、所定の耐圧が得られるように、例えば複数の半導体素子を直列接続した構成である。そして、半導体素子１１０は、制御端子から入力される素子制御信号に従って、他の２つの端子間の導通、非導通を選択する。整流回路１８の出力は、半導体素子１１０の一方の端子にも接続されている。半導体素子１１０の他方の端子は進行波管１１２のアノード電極および抵抗１１１の一方の端子に接続されている。抵抗１１１の他方の端子は進行波管１１２のヘリックス電極と接地電位に接続されている。

周波数検出回路１９は高電圧で動作する回路であり、高圧トランス１７から整流回路１８に与えられた交流電圧の周波数を検出し、その周波数がｆ１であれば半導体素子１１０をオンに、周波数がｆ２であれば半導体素子１１０をオフに制御する。周波数検出回路１９によって半導体素子１１０がオフすると、進行波管１１２のアノード電極とカソード電極の間に電位差が生じることによりアノード電極に電圧が印加される。これにより進行波管１１２は増幅動作を行う。

ところで、進行波管には、ヒータ電圧、カソード電圧、ヘリックス電圧、コレクタ電圧のように様々な電圧が印加される。各電圧は、過電流を防止するために、アノードシーケンスと呼ばれる所定の手順にしたがって印加される。アノードシーケンスによれば、アノード電極への電圧の印加は他の電極への電圧の印加から所定の遅延時間の後に行う必要がある。このアノードシーケンスは、例えば、外部のシーケンス制御回路（不図示）によって実現される。

本実施形態による進行波管用電源装置がアノードシーケンスに従って進行波管１１２に電圧を供給する際の動作について説明する。

初期状態では、アノード制御信号は進行波管１１２のアノード電極とカソード電極の間のオンを指示する。スイッチ制御回路１４はキャパシタ１５を選択するようにスイッチ１３を制御する。発振回路１１は発振周波数がｆ１となるような時定数となっている。

この状態で電源が投入されると、高周波インバータ１２は周波数ｆ１の交流電圧を発生する。進行波管１１２のカソード電極、プラス側のヒータ電極、およびマイナス側のヒータ電極には整流回路１８を介して所定の電圧が印加される。また、周波数検出回路１９は発振周波数ｆ１を検出して半導体素子１１０をオンにするので、アノード電極とカソード電極の間には電位差は生じない。したがって、この状態では進行波管１１２は増幅動作を行わない。

次に所定の遅延時間の後、アノード制御信号が進行波管１１２のアノード電極とカソード電極の間のオフを指示する。スイッチ制御回路１４はキャパシタ１６を選択するようにスイッチ１３を制御する。これにより発振回路１１の発振周波数はｆ２となり、高周波インバータ１２の発生する交流電圧の周波数はｆ２となる。

進行波管１１２のカソード電極、プラス側のヒータ電極、およびマイナス側のヒータ電極には、引き続き、整流回路１８を介して所定の電圧が印加される。しかし、周波数検出回路１９は発振周波数ｆ２を検出するので半導体素子１１０をオフにする。これにより、進行波管１１２のアノード電極とカソード電極の間に電位差が生じてアノード電圧が印加された状態となり、進行波管１１２が増幅動作を開始する。

したがって、本実施形態の進行波管用電源装置によれば、高圧トランス１７の出力から周波数を検出する周波数検出回路１９を高電圧で動作する回路として構成し、低電圧で動作するシーケンス制御回路を１次側に設けることができるので、真空リレーなどによる絶縁が必要なく、小型、低コストで進行波管用電源装置を構成することができる。

また、初期動作時、発振回路１１の時定数を選択して高周波インバータ１２の交流電圧の周波数をｆ１とすることによりアノード電圧を印加しない状態とし、所定の遅延時間の後、高周波インバータ１２の交流電圧の周波数をｆ２とすることにより、他の電極への電圧の印加に遅れてアノード電極に電圧を印加することができ、リレー駆動用電源のような電源を別途必要とせず進行波管１８に本来必要な電圧のみを用い、また大型のリレーを用いることなく半導体素子で構成した回路によってアノードシーケンスを実現することができ、小型、低コスト、かつ振動や衝撃に強い構成で進行波管１１２に電源供給が可能となっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体素子１１０の代わりに高耐圧リレーを用いてもよい。

なお、本実施形態では、高周波インバータ１２、高圧トランス１７、および整流回路１８を含む１系統の電源回路が進行波管１１２のヘリックス電極、カソード電極、ヒータ電極、アノード電極に電圧を印加する構成を例示したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、ヒータ電極に電圧を印加する電源回路と他の電極に電圧を印加する電源回路を分離し、２系統の電源回路を設けてもよい。また、ヘリックス電極、カソード電極、ヒータ電極の各々に別個の電源回路を設けてもよい。その場合、電圧安定性の要求の低い、ヒータ電極へ電圧を印加する電源回路の周波数を半導体素子１１０の制御に用いるのが好ましい。電圧安定性の要求が低いヒータ電圧を供給する電源を用いてアノードシーケンスを実現しているので、アノードシーケンス実現のために電圧安定性の要求される他の電極への電圧に影響を与えることがなく、進行波管の動作が安定する。

また、本実施形態では、進行波管１１２のヘリックス電極とアノード電極の間に抵抗１１１を備え、アノード電極とカソード電極の間に半導体素子１１０を備えた例を示したが、本発明はそれに限定されない。半導体素子の制御によりアノード電極への電圧の印加をオン、オフできる構成であればよい。例えば、進行波管１１２のヘリックス電極とアノード電極の間に半導体素子を備え、アノード電極とカソード電極の間に抵抗を備えることとしてもよい。その場合、半導体素子のオン、オフとアノード電極への電圧印加のオン、オフとの関係は本実施形態のものと逆になる。

本発明の他の実施形態について説明する。

図２は、本発明の他の実施形態の進行波管用電源装置の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、本実施形態の進行波管用電源装置は、発振回路１１、高周波インバータ１２、スイッチ２１、スイッチ制御回路２２、キャパシタ２３、２４、２５、高圧トランス１７、整流回路１８、周波数検出回路２７、２８、半導体素子２９、２１０、および抵抗２１１、２１２を有している。

発振回路１１は、スイッチ２１によりキャパシタ２３〜２６のいずれか１つと接続される。キャパシタ２３〜２６は互いに容量値が異なっている。発振回路１１は、スイッチ２１がキャパシタ２３〜２６を切り替えることにより時定数が変化し、ｆ１〜ｆ４のいずれかの発振周波数を選択可能である。ここでは、キャパシタ２３が選択されたときの発振周波数をｆ１とし、キャパシタ２４が選択されたときの発振周波数をｆ２とし、キャパシタ２５が選択されたときの発振周波数をｆ３とし、キャパシタ２６が選択されたときの発振周波数をｆ４とする。

スイッチ２１はスイッチ制御回路２２からの指示に従って接続を切り替える。スイッチ制御回路２２は、アノード制御信号に従ってスイッチ２１を制御する。アノード制御信号は、進行波管２１３、２１４の各々のアノード電極とカソード電極の間をオンするか、オフするかを指示するための信号である。

スイッチ制御回路２２は、進行波管２１３および進行波管２１４の双方のアノード電極とカソード電極の間をオンするように指示されるとキャパシタ２３を選択する。また、スイッチ制御回路２２は、進行波管２１３のアノード電極とカソード電極の間をオンし、進行波管２１４のアノード電極とカソード電極の間をオフするように指示されるとキャパシタ２４を選択する。また、スイッチ制御回路２２は、進行波管２１３のアノード電極とカソード電極の間をオフし、進行波管２１４のアノード電極とカソード電極の間をオンするように指示されるとキャパシタ２５を選択する。スイッチ制御回路２２は、進行波管２１３および進行波管２１４の双方のアノード電極とカソード電極の間をオフするように指示されるとキャパシタ２６を選択する。

発振回路１１が生成した発振信号は高周波インバータ１２に与えられる。高周波インバータ１２は発振回路１１から与えられた周波数の交流電圧信号を発生する。高圧トランス１７は、１次側の高周波インバータ１２の出力を変圧して２次側に供給する。整流回路１８は２次側にあり、高圧トランス１７の交流の出力を直流に整流する。整流回路１８の出力は、進行波管２１３、２１４のカソード電極およびプラス側のヒータ電極と、マイナス側のヒータ電極とに接続されている。

半導体素子２９、２１０は、例えばトランジスタのような半導体からなる制御素子であり、２つの端子と１つの制御端子を有している。そして、半導体素子２９、２１０は、制御端子から入力される素子制御信号に従って、他の２つの端子間の導通、非導通を選択する。整流回路１８の出力は、半導体素子２９、２１０の各々の一方の端子にも接続されている。

半導体素子２９の他方の端子は進行波管２１３のアノード電極および抵抗２１１の一方の端子に接続されている。抵抗２１１の他方の端子は進行波管２１３のヘリックス電極と接地電位に接続されている。同様に、半導体素子２１０の他方の端子は進行波管２１４のアノード電極および抵抗２１２の一方の端子に接続されている。抵抗２１２の他方の端子は進行波管２１４のヘリックス電極と接地電位に接続されている。

周波数検出回路２７は、高圧トランス１７から整流回路１８に与えられた交流電圧の周波数を検出し、その周波数がｆ１またはｆ２であれば半導体素子２９をオンに、周波数がｆ３またはｆ４であれば半導体素子２９をオフに制御する。周波数検出回路２７によって半導体素子２９がオフすると、進行波管２１３のアノード電極とカソード電極の間に電位差が生じることによりアノード電極に電圧が印加される。これにより進行波管２１３は増幅動作を行う。

同様に、周波数検出回路２８は、高圧トランス１７から整流回路１８に与えられた交流電圧の周波数を検出し、その周波数がｆ１またはｆ３であれば半導体素子２１０をオンに、周波数がｆ２またはｆ４であれば半導体素子２１０をオフに制御する。周波数検出回路２８によって半導体素子２１０がオフすると、進行波管２１４のアノード電極とカソード電極の間に電位差が生じることによりアノード電極に電圧が印加される。これにより進行波管２１４は増幅動作を行う。

ここでは、２つの進行波管２１３、２１４の増幅動作を任意に制御する例を示したが、選択可能な周波数を増やすことにより、複数の進行波管のアノードシーケンスおよび増幅動作を任意に制御することができる。例えば、複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレーアンテナを用いたシステムに本発明を適用することができる。

したがって、本実施形態の進行波管用電源装置によれば、高周波インバータ１２の周波数としてｆ１〜ｆ４のいずれかを選択することにより、小型、低コストの回路で複数の進行波管２１３、２１４の増幅動作を任意に開始させ、停止させることができる。例えば、進行波管２１３、２１４の双方の増幅動作が停止した状態から、まず進行波管２１３の増幅動作を開始し、次に進行波管２１４の増幅動作を開始し、次に進行波管２１３の増幅動作を停止する場合、高周波インバータ１２の周波数をｆ１、ｆ３、ｆ４、ｆ２の順に切り替えればよい。

本発明の一実施形態の進行波管用電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態の進行波管用電源装置の構成を示すブロック図である。 従来の典型的な進行波管用電源装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１１ 発振回路
１２ 高周波インバータ
１３、２１ スイッチ
１４、２２ スイッチ制御回路
１５、１６、２３、２４、２５、２６ キャパシタ
１７ 高圧トランス
１８ 整流回路
１９、２７、２８ 周波数検出回路
１１０、２９、２１０ 半導体素子
１１１、２１１、２１２ 抵抗
１１２、２１３、２１４ 進行波管

Claims (6)

1. 進行波管への電圧の印加を制御する進行波管用電源装置であって、
   複数の周波数から任意に選択された周波数の発振信号を生成する発振回路と、
   前記発振回路から前記発振信号を与えられ、該発振信号の周波数の交流電圧信号を生成するインバータと、
   １次側にある前記インバータで生成された前記交流電圧信号を変圧して２次側に供給するトランスと、
   前記トランスの２次側にあり、該トランスで変圧された前記交流電圧信号を整流して前記進行波管に印加する整流回路と、
   前記トランスから前記整流回路に与えられた前記交流電圧信号の周波数を検出し、該周波数に応じて前記進行波管のアノード電極への電圧の印加を制御するための素子制御信号を生成する周波数検出回路と、
   前記素子制御信号に応じて前記進行波管のアノード電極への電圧の印加を制御する制御素子とを有する進行波管用電源装置。
2. 前記周波数検出回路およびそれに対応する前記制御素子がそれぞれ複数あり、複数の前記周波数検出回路の各々が互いに独立して前記素子制御信号を生成し、該周波数検出回路に対応する前記制御素子に与えることにより、複数の前記進行波管のアノード電極への電圧の印加を互いに独立に制御する、請求項１記載の進行波管用電源装置。
3. 前記インバータ、前記トランス、前記整流回路は前記進行波管のヒータ電極に電圧を印加するための回路である、請求項１または２に記載の進行波管用電源装置。
4. 前記発振回路は、容量値の異なる複数のキャパシタのいずれかと接続され、該キャパシタの容量値に応じて前記発振信号の周波数を変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の進行波管用電源装置。
5. 前記制御素子は半導体からなる素子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の進行波管用電源装置。
6. 前記制御素子はリレーで構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の進行波管用電源装置。

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