JP2010282809A - マグネトロンの寿命検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネトロンの寿命が可能なるかぎり早く検出でき、かつ、携帯が可能なマグネトロンの寿命検出装置を提供する。
【解決手段】 マグネトロンが出力するマイクロ波電力を受信するアンテナ４１と、前記アンテナ４１から入力し、マグネトロンの正常発振のマイクロ波電力を遮断し、マグネトロンの異常発振のマイクロ波電力を通過させ、通過させたマイクロ波電力にしたがって出力するフィルタ４２とを備えたモーディング検出手段と、前記フィルタ４２の出力を検波、整流して直流化する検波・整流回路４４、前記検波・整流回路４４が出力する直流化信号と基準信号とを比較し、所定の比較結果となったとき比較信号を出力する比較回路４５、前記比較回路４５が出力する比較信号に応動して警報表示する警報表示回路４７からなる信号処理手段と、
から構成してある。
【選択図】図９

Description

本発明は、マグネトロンの寿命時に警報する警報表示装置を備えた簡易なマグネトロンの寿命検出装置に関する。

マグネトロンが出力するマイクロ波電力を用いたマイクロ波電力応用装置、例えば、マイクロ波加熱装置やマイクロ波プラズマ装置に関しては、マグネトロンの寿命を検出する検出装置が既に知られている。
例えば、第１の従来例について述べれば、マグネトロンの寿命到来時に発生する異常発振（モーディング）時の陽極電圧や陽極電流の変化を検出し、寿命の到来を判断する寿命検出装置がある。

また、第２の従来例について述べれば、マグネトロンの異常発振時に発生するマイクロ波電力を検出してマグネトロンの寿命を判断する寿命検出装置がある。
この寿命検出装置は、図２５に示したように、マイクロ波電力応用装置の導波管１１にスロットアンテナ１２を形成し、さらに、方形導波管からなるフィルタ１３を上記のスロットアンテナ１２に被せるようにして導波管１１に固定してある。
なお、図２５は、マグネトロンからアプリケータにマイクロ波電力を伝播する導波管１１の一部を示した斜視図である。

フィルタ１３は、マグネトロンが正常発振時に出力するマイクロ波電力を遮断し、異常発振時に出力するマイクロ波電力を通過させる構成であり、マグネトロンの異常発振時のマイクロ波電力がスロットアンテナ１２から漏れ出ると、そのマイクロ波電力を通過させ、同軸線端子１４から寿命信号を出力する。

特開２００８―２１８３６２号公報

上記した第１の従来例の寿命検出装置は、時として発生するマグネトロンの真空管内での冷陰極放電（コールドエミッション）を寿命到来として誤判断してしまうという問題がある。
また、都合良く寿命検出ができたとしても、マグネトロンの駆動電源回路から直接に陽極電圧や陽極電流などの信号を引き出して信号処理し、寿命判断することになるため、携帯型のマグネトロン寿命検出装置としては構成することができない。

上記した第２の従来例の寿命検出装置は、導波管にスロットアンテナである孔を形成し、また、上記導波管には、このスロットアンテナから漏れ出る異常発振のマイクロ波電力を検出するフィルタを固着するなどの装置構成が必要となるため、マイクロ波電力応用装置の製造、設置に当たって工数アップの要因となり、必ずしも好ましくない。

さらに、第２の従来例の寿命検出装置は、導波管にスロットアンテナを形成する必要があるため、既設のマイクロ波電力応用装置に備えることが困難となる他、上記したスロットアンテナとフィルタの構成から分かるように、携帯型のマグネトロン寿命検出装置としては構成することができない。

一方、マイクロ波電力応用装置に備えるマグネトロンがモーディングにより異常発振すると、３．５ＧＨｚ以上の高周波電力を出力するようになるため、このような高周波電力の発振が続くと、周囲の電気設備や機器に障害を与えることがあるから、電波法に抵触するおそれがある。
したがって、マグネトロンにモーディングが発生したときは、寿命の到来と判断し、可能なるかぎり早々に運転を停止し、新しいマグネトロンに交換するなどの処置を施す必要がある。

そこで、本発明では、マグネトロンの寿命が可能なるかぎり早く検出でき、かつ、携帯が可能なマグネトロンの寿命検出装置を提供するもので、既設されたマイクロ波電力応用装置に備えられたマグネトロンの寿命検出についても可能とした検出装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明では第１の発明として、マグネトロンが出力するマイクロ波電力を受信するアンテナと、前記アンテナで受信したマイクロ波電力を入力し、マグネトロンの正常発振のマイクロ波電力を遮断し、マグネトロンの異常発振のマイクロ波電力を通過させ、通過させたマイクロ波電力にしたがって出力するフィルタとを備えたモーディング検出手段と、前記フィルタの出力を検波、整流して直流化する検波・整流回路、前記検波・整流回路が出力する直流化信号と基準信号とを比較し、所定の比較結果となったとき比較信号を出力する比較回路、前記比較回路が出力する比較信号に応動して警報表示する警報表示回路からなる信号処理手段とから構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

第２の発明としては、上記した第１の発明の寿命検出装置において、アンテナで受信したマイクロ波電力を入力し検波、整流して直流化するモニター用の検波・整流回路と、前記モニターの検波・整流回路が出力する直流化信号と基準信号とを比較し、所定の比較結果となったとき比較信号を出力するモニター用の比較回路と、前記モニターの比較回路が出力する比較信号に応動して監視表示する監視表示回路とからなるマグネトロンの監視手段とを備えたことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

第３の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの寿命検出装置において、前記フィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力を減衰させ、マグネトロンの異常発振時のマイクロ波電力レベルに対して低レベルとする減衰特性を有するものであることを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

第４の発明としては、上記した第３の発明の寿命検出装置において、前記フィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有するハイパスフィルタで構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

第５の発明としては、上記した第３の発明の寿命検出装置において、前記フィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上から２．４倍以下の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有するバンドパスフィルタで構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

第６の発明としては、上記した第３又は第４の発明の寿命検出装置において、前記ハイパスフィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有する導波管で構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

第７の発明としては、上記した第１〜第６の発明のいずれかの寿命検出装置において、バッテリーを備えて携帯可能に構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置を提案する。

本発明のマグネトロンの寿命検出装置は、上記した第１の発明のように、マイクロ波電力を受信するアンタナを有するフィルタと、このフィルタの出力を処理する信号処理回路とより構成してあり、マグネトロンの異常発振時のマイクロ波電力をフィルタで検出し、この検出にしたがって信号処理回路に備える警報表示回路を警報動作させ、マグネトロンの寿命到来を表示するようになっている。

したがって、本発明によれば構成簡単な寿命検出装置によってマグネトロン寿命の到来を判知することができ、マグネトロンの異常発振の停止や新しいマグネトロンに交換するなどの故障の施策を速やかに施すことが可能になる。

また、上記したマグネトロンの寿命検出装置は、第２の発明ように、マグネトロンの監視手段を設けることができる。
この監視手段は、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力の他に、マグネトロンの異常発振時のマイクロ波電力をアンテナによって受信し、その受信信号を検波、整流して直流化した後、直流化信号が基準信号に比べ所定の比較結果となったとき、監視表示回路が監視表示する構成としてある。

すなわち、監視表示回路が監視表示しているときは、マグネトロンが発振動作しており、監視表示回路が監視表示しないときは、マグネトロンの発振が停止していることが分かる。
したがって、マグネトロンが寿命到来によって発振動作が停止したり、また、何らかの原因でマグネトロンの発振が停止したことなどを判知することができる。

第１の発明の寿命検出装置に備えたフィルタは、第３の発明のように、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力を減衰させ、マグネトロンの異常発振時のマイクロ波電力レベルに対して低レベルとする減衰特性を有するものであれば、モーディングでのマイクロ波電力を検出することができる。

具体的には、第４、第５の発明のように、装置の精度、設計、製造などを考慮して、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有するハイパスフィルタで構成することができ、また、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上から２．４倍以下の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有するバンドパスフィルタとして構成することができる。

また、上記したハイパスフィルタは、第６の発明のように、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有する導波管によって構成することができる。

さらに、上記したマグネトロンの寿命検出装置は、第７の発明のように、バッテリーを内蔵させる構成とすれば、携帯可能なマグネトロンの寿命検出装置となる。
このように構成すれば、マグネトロン寿命検出装置をマイクロ波電力応用装置に付設する必要がなく、必要に応じマグネトロン寿命検出装置を携帯してマグネトロンの寿命到来の有無を調査することができる。
このことから、既設のマイクロ波電力応用装置のマグネトロンについても寿命到来の検出を行うことが可能になる。

２ｋＷ出力のマグネトロンの陽極電流と陽極電圧との関係を示した特性図である。 定格出力２ｋＷのマグネトロンを導波管試験機に装着し、正常発振の測定を行い、測定信号をスペクトラムアナライザで解析した結果を示した図である。 図２同様の測定により異常発振の測定を行い、、測定信号をスペクトラムアナライザで解析した結果を示した図である。 マグネトロンから１０ｃｍ離れた所にループアンテナを配設し、図２同様の導波管試験機で測定し、測定信号をスペクトラムアナライザで解析した結果を示した図である。 本実施形態に備えるハイパスフィルタの第1構成例を示す断面図である。 上記したハイパスフィルタの実験結果を示すフィルタ特性図である。 図６同様のハイパスフィルタの実験結果を示すフィルタ特性図である。 ストリップラインを用いたハイパスフィルタの構成例を示す断面図である。 第１実施形態として示した寿命検出装置のブロック図である。 第１実施形態である上記寿命検出装置の具体的な回路例を示す図である。 第２の実施形態の寿命検出装置を示すブロック図である。 第２実施形態の変形例を示す寿命検出装置のブロック図である。 上記した寿命検出装置に備えるフィルタの１例を示し、プローブ結合型アンテナを備えるフィルタの断面図である。 上記した寿命検出装置に備えるフィルタの１例を示し、ループ式アンテナを設けたフィルタの断面図である。 上記した寿命検出装置に備えるフィルタの１例を示し、アンテナ付きのストリップライン式フィルタを示す断面図である。 アンテナと高周波増幅器を備えたフィルタの断面図である。 高周波増幅器とループ式アンテナを備えるフィルタの断面図である。 高周波増幅器を備えたストリップライン式フィルタを示す断面図である 導波管式アンテナを有するフィルタを示す断面図である。 上記した導波管式アンテナを有するフィルタの出力をスペクトラムアナライザで解析した結果を示す図である。 図１０に示した信号処理手段の各回路部品を組み込んだ部品ボックスの構成例を示した断面図である。 図１６に示したフィルタと図２１に示した部品ボックスとを連結して構成したマグネトロンの寿命検出装置を示す断面図である。 図１９に示したフィルタと図２１に示した部品ボックスを連結して構成したマグネトロンの寿命検出装置を示す断面図である。 従来例として示したマグネトロンの寿命検出装置の部分的な斜視図である。

次に本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
マイクロ波電力応用装置、例えば、電子レンジなどに備えるマグネトロンは、ストラップリング（均圧環）式陽極共振空洞のマグネトロンが主流であるが、このようなマグネトロンは、フィラメントから放出される電子の量（電子放出量）が低下すると、正常発振が維持できなくなり、正常発振が止まる。
このようなマグネトロンは、正常発振が止まった瞬時に陽極電流がゼロとなるので、陽極電圧の供給する電源は無負荷状態となり、陽極電圧（無負荷電圧と言う）が上昇する。

マグネトロンが異常発振するに足りる電圧以上の無負荷電圧を供給できる陽極電源の場合は、正常発振が止まった瞬間から異常発振がスタートする。
したがって、マグネトロンが異常発振したときのマイクロ波電力を検出すれば、マグネトロンの寿命が到来したことを知ることができる。

続いて、πモードとモーディングについて説明する。
マグネトロンは、最も低い陽極電圧で安定してマイクロ波発振する発振モードを一般的にπモードと言い、これが正常発振モードで、単に正常発振とも言う。
また、マグネトロンの陽極共振空洞数は品種によりいろいろあり、８〜２４個が一般的である。
発振モード数は、その陽極共振空洞数の２分の１存在し、最も低い陽極電圧で安定したマイクロ波発振が得られる発振モードは、陽極共振空洞数が１０個の場合は第５モード、陽極共振空洞数が２４個の場合は第１２モードと言うように陽極共振空洞数より変る。

正常発振モードの特徴は、隣り合う共振器とマイクロ波電圧の位相が１８０度（即ち、π）だけずれていることである。このことから、正常発振モードのことを、陽極共振空洞数に依存しない「πモード」と称呼するようになった。
πモードの次に発生しやすい発振モードとして、陽極共振空洞数が１０個の場合は第４モードとして（π−１）モード、その次の第３モードとして（π−２）モードというように称呼する。
ここで、マグネトロンがπモード以外のモードで発振する状態をモーディングと称呼する。

図１は、２ｋＷ出力のマグネトロンについて、陽極電流と陽極電圧との関係を示した特性図であり、πモード、（π−１）モード、（π−２）モードの順に陽極電圧が高くなっていることが分かる。
例えば、マグネトロンは、予熱時のフィラメント電圧を４．６Ｖに、定格出力２ｋＷに設定し、その後、フィラメント電圧を定格値３．８Ｖ、平均陽極電流を定格値７２５ｍＡに設定して動作させれば、フィラメントからの熱電子の放出量が十分あれば、マグネトロンは正常に発振して２ｋＷの出力を得る。
このとき、フィラメントからの熱電子の放出量が低下し、正常発振するに必要な熱電子量が得られなければ、正常発振が止まり、モーディングが始まる。

モーディングの影響は、陽極電源の仕様により異なるが、モーディング時の陽極電流が正常発振時の陽極電流と同レベルのときは、マグネトロンのフィラメントや陽極空洞にダメージを与えるだけでなく、入力部にあるフィルタを破損する。
したがって、マグネトロンやその電源部品の保護の面からも、モーディングが発生したら可能なるかぎり早く装置運転を止めることが大切である。

したがって、本発明では、マグネトロンの正常発振（πモード）のマイクロ波電力を阻止し、異常発振（πモード）のマイクロ波電力を通過するフィルタを備え、このフィルタの出力信号を信号処理して寿命検出する構成となっている。
このことから、先ず、フィルタについて詳細に説明する。

図２は、定格出力２ｋＷのマグネトロンを導波管試験機に装着し、正常発振動作させて、マグネトロンのアンテナから放射されたマイクロ波電力を全てダミーロードに吸収させる状態に設定し、ダミーロードの直前の導波管に電界結合用探針（プローブ）を僅かに挿入して取り出した信号をスペクトラムアナライザで解析した結果である。

また、図２は、２．４ＧＨｚ帯に正常発振（πモード）しているときのスペクトラムを２．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの範囲で測定した結果を示している。
なお、２．４ＧＨｚ帯にπモードの正常発振が確認され、４ＧＨｚ〜５ＧＨｚに第２高調波に相当するノイズが確認されたが、このノイズはπモードの約４０万分の１のレベルである。

図３は、マグネトロンのヒーター電圧又は陽極電流を下げ、フィラメントから放出される電子の放出量を正常発振しないレベルまで絞り、図２同様の導波管試験機で測定した結果のスペクトラムである。
図示するように、この測定では、２．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚまでの範囲で測定した結果、モーディングが発生し、３．６ＧＨｚ帯に（π−１）モードが、５．４ＧＨｚ帯に（π−２）モードが確認された。

図３から分かるように、本発明が備えるフィルタとしては、３０ｄＢ程度の減衰特性を有するものを用いると、（π−１）モードの信号がπモードの５０倍程度の大きさになるので、（π−１）モードの信号の検出が容易となる。
図３を参照して今少し詳しく述べると、πモードの信号レベルを−３ｄＢとすれば、フィルタによって３０ｄＢ減衰し、πモードの信号が−３３ｄＢの信号レベルとなる。
一方、（π−１）モードの信号レベルを−１６ｄＢとすると、フィルタによって減衰させたπモードの差、（−３３ｄＢ）−（−１６ｄＢ）＝−１７ｄＢとなるから、（π−１）の信号を５０倍の大きさで検出することができる。

このことから分かるように、本発明に備えるフィルタは、理論的には、πモードの信号レベルを（π−１）モードの信号レベル以下に下げることが可能な減衰特性を有するものであればよい。
しかしながら、本発明の寿命検出装置は、既に述べたように、（π−１）モードの信号よりマグネトロンの寿命到来を検出するものであるため、装置の精度、設計、製造などを考慮すれば、πモードの信号レベルを３０ｄＢ程度に下げることができる減衰特性を有するフィルタを備えることが好ましい。

図４は、マグネトロンから１０ｃｍ離れた所にループアンテナ（２．４５ＧＨｚにマッチング）を配設し、２．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの範囲で測定したスペクトラムを示す。
この測定の測定機は、マグネトロンのアンテナから放射されるマイクロ波電力を高周波結合器で結合して導波管回路に伝播させ、導波管回路を伝播したマイクロ波電力をダミーロードで吸収するように構成し、マグネトロンの入力側から漏洩した信号をスペクトラムアナライザで周波数解析して測定した。

図示するように、πモードの信号レベルに対し、（π−１）モードの信号レベルが１７ｄＢ小さくなった。
これは、ループアンタナをπモードにマッチングさせた関係であり、ループアンタナを（π−１）モードにマッチングさせれば、図３のように、πモードの信号に接近すると推測することができる。

この測定結果から分かるように、フィルタを用いてπモードの信号レベルを３０ｄＢ下げると、（π−１）モードの信号がπモードの信号の２０倍大きくなるので、（π−１）モードの信号の検出が容易となる。
今少し具体的に説明する。
図示する如く、πモードの信号レベルが−１５ｄＢであるから、フィルタを通して３０ｄＢ減衰させると−４５ｄＢとなる。
一方、（π−１）モードの信号レベルは−３２ｄＢであり、（−４５ｄＢ）−（−３２ｄＢ）＝−１３ｄＢとなるから、（π−１）モードの信号をπモードの信号に対し２０倍の大きさで検出することができる。

上記した通り、πモードの正常発振周波数を阻止領域、（π−１）モードの異常発振周波数を通過領域とするハイパスフィルタを備え、通過領域と阻止領域のレベル差が３０ｄＢ確保できれば、（π−１）モードの信号が検出可能になることが確認できた。

図５は、本実施形態に備えるハイパスフィルタの第1構成例を示す断面図である。
図示するように、このハイパスフィルタは、内寸が４６ｍｍ×２１ｍｍの方形導波管２０で構成してあり、この導波管２０の両端には短絡板２１、２２を接続し、短絡板２１がアンテナ側短絡板、短絡板２２が検出側短絡板となっている。
また、短絡板２１に接近させてアンテナ側同軸線用コネクタ２３を設け、さらに、このコネクタ２３の中心導体には、中心導体を延長するための金属棒２４が導波管２０内に突き出すように接続してある。
他方の短絡板２２に接近させて設けた検出側同軸線用コネクタ２５も同様に、中心導体には、延長するための金属棒２６が導波管２０内に突き出すように接続してある。

図６は、上記したハイパスフィルタの実験結果を示すフィルタ特性図である。
なお、このハイパスフィルタは、Ｌａ＝Ｌｂ＝８ｍｍ、Ｈａ＝Ｈｂ＝１６ｍｍとし、ＬＬについては、１１０ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ、１７０ｍｍに設定した各フィルタについて、２．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの周波数範囲で実験した。

また、図７は、Ｌａ＝Ｌｂ＝１２ｍｍ、Ｈａ＝Ｈｂ＝１６ｍｍとし、ＬＬについては、１１０ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ、１７０ｍｍに設定した各フィルタについて、２．０ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの周波数範囲で実験したフィルタ特性を示す。
上記した図６、図７に示す実験結果から、πモード、すなわち、２．４５ＧＨｚの信号レベルを３０ｄＢに下げるＬＬ寸法の長さは、概略７０ｍｍと推定することができる。

上記では、導波管を利用したハイパスフィルタについて説明したが、ストリップラインでも構成することができる。
ただ、フィルタを含む検出部は、最も強い正常発振のマイクロ波電力を抑制し、それより弱いモーディングのマイクロ波電力を検出するものであるので、ストリップラインからなるハイパスフィルタを金属ケースの中に入れてシールドする必要がある。

図８はストリップラインを用いたハイパスフィルタの構成例を示す。
図示するように、シールド用の金属ケース３１内に、ストリップライン（プリント回路基板）３２が設けてある。
上記のストリップライン３２は、ガラスエポキシからなる平板の両面に銅箔を貼り付け、また、その一面にハイパスフィルタを形成する回路パターン３３が形成してある。

そして、このストリップライン３２は、回路パターン３３を金属ケース３１の内側に、回路パターン３３のない銅箔面を金属ケース３１に接するように配設し、さらに、回路パターン３３の入力側と出力側の各々に同軸線コネクタ３４が設けてある。
なお、バンドパスフィルタについては、回路パターン３３を換えることで同様に構成することができる。

図９は、第１実施形態として示した寿命検出装置のブロック図である。
図示するアンテナ４１は、マイクロ波電力を伝播する導波管回路などに設置したループアンテナやプローブアンテナである。
フィルタ４２は、上記した導波管やストリップライン（表面波伝送回路）のフィルタ特性を利用したフィルタである。
高周波増幅回路４３、検波・整流回路４４、比較回路４５、直流増幅回路４６、警報表示回路４７は上記のフィルタ出力信号を信号処理する信号処理回路である。
その他、電源回路として、Ｄ―Ｄコンバータ４８、電池バッテリー４９を備えている。

上記構成の寿命検出装置は、マグネトロンが出力するマイクロ波電力をアンテナ４１で受信し、この受信信号がフィルタ４２に送られる。
フィルタ４２は、アンテナ４１から送られたマイクロ波電力がマグネトロンのπモード発振のものであるときは、そのマイクロ波電力を阻止し、後続の信号回路には検出信号として送らない。
フィルタ４２は、アンテナ４１から送られるマイクロ波電力がマグネトロンの（π−１）モード発振のものであるときは、そのマイクロ波電力を通過させ、モーディングのマイクロ波電力にしたがって出力する。

フィルタ４２の出力信号は、高周波増幅した後、検波・整流回路４４によって直流化し、続いて、直流化信号を基準信号（所定の閾値）と比較する。
そして、直流化信号が基準信号を超えたときは、比較回路４５が出力する比較信号を増幅して警報表示回路４７に送り、警報表示回路を動作させて警報表示させる。
警報表示回路４７は、ランプ点灯やブザー音などで警報表示させることができる。
なお、フィルタ４２の出力信号が大きいときには高周波増幅回路４３は省略することができ、また、直流増幅回路４６は比較回路４５の前段に設けてもよい。

図１０は、第１実施形態である上記寿命検出装置の具体的な回路例である。
図示するように、直流化信号が基準信号に比べ大きくなると、比較回路４５のコンパレータがＨｉｇｈ（ハイ）出力となり、このＨｉｇｈ出力が直流増幅回路４６で増幅されて警報表示回路４７のトランジスタ４７ａのベースに入力し、当該トランジスタ４７ａがオンする。

この結果、警報ランプ（ＬＥＤ）４７ｂが発光し、マグネトロンが寿命到来したことを警報する。
また、トランジスタ４７ａのオンにより、自己保持用のトランジスタ４７ｃがオンするため、その後は、比較回路４５のコンパレータがＬｏｗ（ロー）出力に変化しても、警報ランプ４７ｂの発光が継続する。

なお、警報表示回路４１は、マグネトロンが正常発振している場合、つまり、比較回路４５のコンパレ−タがＬｏｗ出力となっているときは、トランジスタ４７ａがオフしているから、警報ランプ（ＬＥＤ）４７ｂが消灯し、監視ランプ（ＬＥＤ）４７ｄが発光している。
なお、監視ランプ（ＬＥＤ）４７ｄは、マグネトロンが正常発振しているとき発光し、マグネトロンの異常発振により消灯する。
また、ホト・トランジスタ４７ｅは、リセットスイッチ４７ｇを閉成しないかぎりオンしない。

他方、警報表示回路４１のホト・トランジスタ４７ｅは、ＬＥＤ４７ｆとホトカップラを形成しているので、リセットスイッチ４７ｇを閉成操作してＬＥＤ４７ｆを発光させることでオンする。
したがって、トランジスタ４７ｃのオンによる自己保持状態で、リセットスイッチ４７ｇを閉成すると、ホト・トランジスタ４７ｅがオンするため、トランジスタ４７ｃのコレクタ電流がホト・トランジスタ４７ｅを通って流れることから、トランジスタ４７ａがオフとなり、また、トランジスタ４７ｃもオフとなる。

この結果、トランジスタ４７ｃのオンによる自己保持が解除され、警報ランプ（ＬＥＤ）４７ｂが消灯する。
なお、リセットスイッチ４７ｇの閉成により、監視ランプ（ＬＥＤ）４７ｄも消灯する。
さらに、マグネトロンのモーデングが続いているときは、リセットスイッチ４７ｇの閉成にかかわらず、比較回路４５のコンパレ−タがＨｉｇｈ出力となっているから、トランジスタ４７ａのオンが継続し、警報ランプ（ＬＥＤ）４７ｂの発光が続く。

図１１は、第２の実施形態の寿命検出装置を示すブロック図である。
本実施形態は、マグネトロンが発振動作しているか否かの監視手段を備えたことが特徴となっている。
監視手段は、アンテナ５１、高周波増幅回路５３、検波・整流回路５４、比較回路５５、直流増幅回路５６、監視表示回路５７から構成してあり、モーディングの信号処理手段（４１〜４７）に比べフィルタ４２を取り除いた回路と同じ構成としてある。

このように構成した監視手段は、マグネトロンが正常発振しているか、異常発振しているかに関係なく、マグネトロンが出力するマイクロ波電力が検波・整流回路５４によって直流化されて比較回路５５に送られるから、比較回路５５のコンパレータがＨｉｇｈ出力となり、この結果、マグネトロンが発振動作している限り監視表示回路のＬＥＤ（４７ｂに相当するもの）が発光し、マグネトロンが発振動作していることを表示する。

また、マグネトロンに駆動電圧を印加しているにもかかわらず、マグネトロンの発振が停止しておれば、監視表示回路のＬＥＤ（４７ｄに相当するもの）が発光する。
したがって、マグネトロンの駆動電圧の状態を確認しなくともマグネトロンの寿命を確実に判断することができる。
なお、アンテナ５１の受信信号が大きいときは、高周波増幅回路５３を省略することができる。

図１２は、図１１に示す第２実施形態の変形例を示す寿命検出装置のブロック図である。
この寿命検出装置は、モーディングの信号処理手段（４１〜４７）と監視手段（５１、５３〜５７）とについて、アンテナと高周波増幅回路とを共用する構成としたことに特徴がある。
共用するアンテナ５８と高周波増幅回路５９とを設け、アンテナ５８の受信信号を増幅した後、２分配回路６０によってモーディングの信号処理手段のフィルタ４２と監視手段の検波・整流回路５４に分配するようにしてある。
このように構成した寿命検出装置は、部品点数を減らすことができ、装置コストの低廉化に有利となる。
なお、アンテナ５８の受信信号が大きいときには高周波増幅回路５９は省略することがでる。

図１３〜図１９は、上記した第１、第２の実施形態の寿命検出装置に備えたフィルタ４２の各実施例を示す断面図である。
図１３に示したフィルタ６１は、アンテナ付きのフィルタとしてある。
このフィルタ６１は、内寸が４６ｍｍ×２１ｍｍの導波管６２で構成することで、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力を遮断領域、３．３ＧＨｚ帯のマイクロ波電力を通過領域とする構成としてある。

アンテナ６３はプローブ結合型アンテナで、導波管６２内に突き入れたプローブ６４が連結してあり、このように構成することで、図９、図１１、図１２に示す寿命検出装置のアンテナ４１とフィルタ４２とを一体化することができる。
なお、アンテナ６３とプローブ６４とは一体的に形成しないで、プローブ６４にアンテナ６３をねじ込むようにすれば、アンタナ６３が受信するモーディング周波数にマッチングさせたアンテナ長に最適化することができる。

その他、図１３において、６５、６６は、例えば、合成樹脂のような絶縁物で、アンテナ６３の高さと位置、プローブ６４の挿入長を決めるもので、６７はアンテナ６３とプローブ６４とを固定させる金属板である。
また、６８、６９は導波管６２の端面を短絡する金属板、７０は同軸線コネクタ、７１は同軸線コネクタ７０に設けたプローブである。
なお、上記したプローブ結合型アンテナ６３の高さは、モーディングのマイクロ波電力の周波数に合わせて厳密に設定する必要がない。

図１４は、ループ式アンテナ７２を設けたフィルタ７３を示し、ループ式アンテナ７２以外は図１３に示すフィルタ６１と同構成である。
ループ式アンテナ７２は、プローブ結合型アンテナ６３に比べて他からの外乱の影響を少なくすることができる。

図１５は、アンテナ付きのストリップライン式フィルタ７４を示す。
このフィルタ７４は、図８に示したフィルタと同様の構成であり、シールド用の金属ケース３１内に、ストリップライン３２が設けてある。
そして、ストリップライン（プリント回路基板）３２の入力部にアンテナ７５が接続してある。
上記のフィルタ７４によればアンテナ７５の取り付けが容易となる。

図１６は、アンテナと高周波増幅器を備えたフィルタ７６を示す。
このフィルタ７６は、シール箱７７内に高周波増幅器７８を装備した回路基板７９を設け、このように構成したシール箱７７を図１４に示したフィルタ６１に設置した構成としてある。
なお、アンテナ６３とプローブ６４は回路基板７９に接続してシール箱７７から突出させてある。
また、このフィルタ７６は、図１３のフィルタ６１に比べ同軸線コネクタ７０の位置が換えてある。

図１７は、高周波増幅器７８と回路基板７９を備えた上記のシール箱７７を図１４に示したフィルタ７３に備えた構成のフィルタ８０を示す。
なお、このフィルタ８０は、図１４のフィルタ７３に比べ同軸線コネクタ７０の位置が換えてある。
図１８は、図１５に示したストリップライン式フィルタに高周波増幅器８１を設けたフィルタ８２を示す。

図１９は、導波管式アンテナを有するフィルタ８３を示す。
このフィルタ８３は、図５に示すフィルタにおいて、短絡板２１、コネクタ２３、金属棒２４を取り退き、導波管２０の開放端８４からマイクロ波電力を受信する構成としてある。
そして、金属棒２６から開放端８４までの距離ＬＬ＝１６３ｍｍ、金属棒２６から短絡板２２までの距離Ｌａ＝１２ｍｍ、導波管２０の内寸は４６ｍｍ×２１ｍｍとして構成してある。

このフィルタ８３をマグネトロンに向け、かつ、２０ｃｍ離して設置し、マグネトロンをモーディングさせてフィルタ特性を測定した。
図２０はフィルタ出力をスペクトラムアナライザで解析した結果を示す。
この測定では、（π−１）モード、（π−２）モードのマイクロ波電力が測定できたが、図２０から分かるように、πモードのマイクロ波電力はノイズレベル以下となった。

また、図２０の解析結果に示されているように、πモードと（π−１）モードのレベル差が６０ｄＢ以上あることがわかった。
このサイズの導波管の２．４５ＧＨｚにおける理論減衰量は、概略０．３８ｄＢ／ｍｍであるので、πモードと（π−１）モードのレベル差の設計値を１５ｄＢとすれば、ＬＬ＝４５ｍｍ、その設計値を２０ｄＢとすれば、ＬＬ＝５８ｍｍとなる。
すなわち、上記したフィルタ８３は、ＬＬ＝４５ｍｍ以上とすれば、モーディングを識別できることが推測できた。

図２１は、図１０に示した信号処理手段の各回路部品を組み込んだ部品ボックスの構成例を示し、８５は同軸線８６に接続したコネクタで、図１７に示したフィルタ８０の同軸線コネクタ７０に接続される。
図示するように、この部品ボックスはシールドケース８７内に回路基板８８を配置し、この回路基板８８に、検波・整流回路４４、比較回路４５、直流増幅回路４６、警報表示回路４７が装備してある。
なお、回路基板８８には電池バッテリーとＤ−Ｄコンバータとに接続する電源コード８９が設けてある。

図２２は、図１７に示したフィルタ８０と図２１に示した部品ボックスとを連結して構成したマグネトロンの寿命検出装置を示す。
また、図２３は、図１９に示したフィルタ８３と図２１に示した部品ボックスを連結して構成したマグネトロンの寿命検出装置を示す。
これらの寿命検出装置は、マイクロ波電力応用装置が設置された現場に携帯してマグネトロンのモーディングを検出することができる。

マグネトロンを備える各種のマイクロ波電力応用装置備に適用し、マグネトロンの寿命の到来を検出することができる。

４１ アンテナ
４２ フィルタ
４３ 高周波増幅回路
４４ 検波・整流回路
４５ 比較回路
４６ 直流増幅回路
４７ 警報表示回路
５１ アンテナ
５３ 高周波増幅回路
５４ 検波・整流回路
５５ 比較回路
５６ 直流増幅回路
５７ 監視表示回路
５８ 共用のアンテナ
５９ 共用の高周波増幅回路
６０ 分配回路
６１ フィルタ
６２ 導波管
６３ アンテナ
６４ プローブ
７０ 同軸線コネクタ
７１ プローブ
７２ ループ式アンテナ
７３ フィルタ
７４ ストリップライン式フィルタ
７５ フィルタ
７６ フィルタ
８０ フィルタ
８２ フィルタ
８３ フィルタ

Claims (7)

1. マグネトロンが出力するマイクロ波電力を受信するアンテナと、前記アンテナで受信したマイクロ波電力を入力し、マグネトロンの正常発振のマイクロ波電力を遮断し、マグネトロンの異常発振のマイクロ波電力を通過させ、通過させたマイクロ波電力にしたがって出力するフィルタとを備えるモーディング検出手段と、
   前記フィルタの出力を検波、整流して直流化する検波・整流回路、前記検波・整流回路が出力する直流化信号と基準信号とを比較し、所定の比較結果となったとき比較信号を出力する比較回路、前記比較回路が出力する比較信号に応動して警報表示する警報表示回路からなる信号処理手段と、
   から構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
2. 請求項１に記載したマグネトロンの寿命検出装置において、
   アンテナで受信したマイクロ波電力を入力し検波、整流して直流化するモニター用の検波・整流回路と、
   前記モニターの検波・整流回路が出力する直流化信号と基準信号とを比較し、所定の比較結果となったとき比較信号を出力するモニター用の比較回路と、
   前記モニターの比較回路が出力する比較信号に応動して監視表示する監視表示回路とからなるマグネトロンの監視手段とを備えたことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
3. 請求項１に記載したマグネトロンの寿命検出装置において、
   前記フィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力を減衰させ、マグネトロンの異常発振時のマイクロ波電力レベルに対して低レベルとする減衰特性を有するものであることを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
4. 請求項３に記載したマグネトロンの寿命検出装置において、
   前記フィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有するハイパスフィルタで構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
5. 請求項３に記載したマグネトロンの寿命検出装置において、
   前記フィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上から２．４倍以下の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有するバンドパスフィルタで構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
6. 請求項３または請求項４に記載したマグネトロンの寿命検出装置において、
   前記ハイパスフィルタは、マグネトロンの正常発振時のマイクロ波電力に対しては３０ｄＢ以上の減衰特性を有し、マグネトロンの正常発振周波数の１．３倍以上の周波数に対しては１５ｄＢ以下の減衰特性を有する導波管で構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載したマグネトロンの寿命検出装置において、バッテリーを備えて携帯可能に構成したことを特徴とするマグネトロンの寿命検出装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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