JP2014021028A - Magnetron drive circuit, radar device and magnetron drive method - Google Patents

Magnetron drive circuit, radar device and magnetron drive method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten pulse width of pulse-like microwaves to be output by magnetron by improving a fall part of anode voltage in a magnetron drive circuit.SOLUTION: A pulse transformer 70 of a magnetron drive circuit 50 has: a primary side coil 71 to which drive pulse voltage Vd is applied; and secondary side coils 72, 73 which are serially inserted into an anode voltage input line 30 of a magnetron 20. The pulse transformer 70 generates anode voltage Vp to the secondary side coils 72, 73 according to the drive pulse voltage Vd. A thyristor 91 of the magnetron drive circuit 50 turns on in a fall period of the anode voltage Vp to connect the anode voltage input line 30 with an anode 21 of the magnetron 20.

Description

この発明は、マグネトロンから出力されるマイクロ波の変調を行なうためのマグネトロン駆動回路及びそのマグネトロン駆動回路を用いるレーダ装置並びにマグネトロン駆動方法に関する。   The present invention relates to a magnetron driving circuit for modulating a microwave output from a magnetron, a radar apparatus using the magnetron driving circuit, and a magnetron driving method.

従来から知られているパルス変調レーダ装置は、パルス状のマイクロ波が送信されてから受信されるまでの時間により物標までの距離を求める。このようなレーダ装置においては、マグネトロンからパルス状のマイクロ波を出力させるため、例えば特許文献1(特開2008−232957号公報)に記載されているように、マグネトロン駆動回路によってマグネトロンの陽極にパルス状の高電圧(以下、陽極電圧という)を印加することが従来から行なわれている。   A conventionally known pulse modulation radar apparatus obtains a distance to a target based on a time from when a pulsed microwave is transmitted until it is received. In such a radar apparatus, in order to output a pulsed microwave from the magnetron, a pulse is applied to the anode of the magnetron by a magnetron driving circuit as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-232957. Conventionally, a high voltage (hereinafter referred to as an anode voltage) is applied.

このようなパルス状のマイクロ波を出力するレーダ装置の中でも、例えば、河川を往来する船舶などを監視するリバーレーダ装置にあっては、貨物船やコンテナ船の位置を正確に把握するために物標までの距離を正確に探知する必要がある。このようにレーダ装置の用途によっては、高い距離分解能を要求されるものがあり、より短いパルスでマイクロ波を変調する必要が生じる。   Among the radar devices that output such pulsed microwaves, for example, in a river radar device that monitors a ship traveling in a river, in order to accurately grasp the position of a cargo ship or a container ship, It is necessary to accurately detect the distance to the mark. As described above, depending on the application of the radar apparatus, there is a demand for high distance resolution, and it is necessary to modulate the microwave with a shorter pulse.

ところが、マグネトロンは、陰極やフィラメントの周囲を陽極が囲う構造を有しているのが一般的であり、マグネトロン駆動回路から見て容量成分を持っている。そのため、マグネトロン駆動回路によってマグネトロンに陽極電圧を印加しようとしても電圧波形に歪みが生じてしまう。   However, the magnetron generally has a structure in which the anode surrounds the cathode and the filament, and has a capacitive component when viewed from the magnetron driving circuit. Therefore, even if an anode voltage is applied to the magnetron by the magnetron driving circuit, the voltage waveform is distorted.

例えば、上述の特許文献1においては、マグネトロンに陽極電圧を印加するための駆動用パルストランスの一次側に参照用パルストランスを設けて、駆動用パルストランスの二次側で発生する駆動用パルスの波形成形を行なっている。   For example, in Patent Document 1 described above, a reference pulse transformer is provided on the primary side of a driving pulse transformer for applying an anode voltage to the magnetron, and the driving pulse generated on the secondary side of the driving pulse transformer is reduced. Waveform shaping is performed.

特許文献1に記載されている技術を適用したマグネトロン駆動回路にマグネトロンを接続すると、例えば、図6に示すような回路構成になると考えられる。図6において、マグネトロン20には、陽極電圧入力ライン30を通してフィラメント22と、共通電位に接続されている陽極21との間に陽極電圧が印加される。   When a magnetron is connected to a magnetron driving circuit to which the technique described in Patent Document 1 is applied, for example, it is considered that a circuit configuration as shown in FIG. 6 is obtained. In FIG. 6, an anode voltage is applied to the magnetron 20 between the filament 22 and the anode 21 connected to the common potential through the anode voltage input line 30.

陽極電圧は、陽極電圧入力ライン30に直列に挿入されているパルストランス150の二次側コイル152によって発生する。パルストランス150の一次側コイル151には、駆動パルス電圧発生回路75が接続される。このパルストランス150の一次側コイル151に印加される駆動パルス電圧に応じて、二次側コイル152に陽極電圧が発生する。   The anode voltage is generated by the secondary coil 152 of the pulse transformer 150 inserted in series with the anode voltage input line 30. A drive pulse voltage generation circuit 75 is connected to the primary coil 151 of the pulse transformer 150. An anode voltage is generated in the secondary coil 152 in accordance with the drive pulse voltage applied to the primary coil 151 of the pulse transformer 150.

そして、パルストランス150の一次側には、陽極電圧の波形を成形するための波形成形回路170が接続されている。この波形成形回路170でパルストランス150の一次側コイルに印加される電圧の波形を成形することによって、陽極電圧の波形は矩形に近くなり、不要輻射などの発生が抑制される。なお、図4の陽極電圧入力ライン30は、マグネトロン20のフィラメント22と、フィラメント22に電源を供給するヒータ電源40とに接続されている。   A waveform shaping circuit 170 for shaping the waveform of the anode voltage is connected to the primary side of the pulse transformer 150. By shaping the waveform of the voltage applied to the primary coil of the pulse transformer 150 by this waveform shaping circuit 170, the waveform of the anode voltage becomes close to a rectangle and the occurrence of unnecessary radiation and the like is suppressed. The anode voltage input line 30 in FIG. 4 is connected to the filament 22 of the magnetron 20 and the heater power supply 40 that supplies power to the filament 22.

しかし、特許文献1に記載されている波形成形回路170は、パルストランス150の一次側コイル151の側に設けられているものであって、パルストランス150を介して二次側コイル152で発生する陽極電圧の波形成形を行なうものである。そのため、パルス幅が短くなると、マグネトロン20に溜まる電荷によって波形成形回路170で波形成形を行なうことが困難になる。そのため、例えばリバーレーダ装置のように100ns以下の非常に短いパルス幅を要求されるレーダ装置に対しては、特許文献1に記載の技術を適用して陽極電圧の立ち下がりを急峻にするのは困難である。   However, the waveform shaping circuit 170 described in Patent Document 1 is provided on the primary coil 151 side of the pulse transformer 150 and is generated in the secondary coil 152 via the pulse transformer 150. Anode voltage waveform shaping is performed. Therefore, when the pulse width is shortened, it becomes difficult to perform waveform shaping by the waveform shaping circuit 170 due to the charge accumulated in the magnetron 20. Therefore, for a radar device that requires a very short pulse width of 100 ns or less, such as a river radar device, for example, applying the technique described in Patent Document 1 makes the fall of the anode voltage steep. Have difficulty.

この発明の目的は、高い距離分解能を要求されるレーダ装置に用いられるマグネトロン駆動回路において、陽極電圧の立ち下がり部分を改善してマグネトロンが出力するパルス状マイクロ波のパルス幅を短くすることにある。   An object of the present invention is to improve the falling portion of the anode voltage and shorten the pulse width of the pulsed microwave output from the magnetron in a magnetron driving circuit used in a radar device that requires high distance resolution. .

本発明に係るマグネトロン駆動回路は、トランスとスイッチング素子とを備える。トランスは、駆動パルス電圧が印加される一次側コイルと、マグネトロンの陽極電圧入力ラインに直列に挿入されている二次側コイルとを有している。このトランスは、二次側コイルによってマグネトロンに陽極電圧を印加する。スイッチング素子は、陽極電圧入力ラインとマグネトロンの陽極との間に接続されている。このスイッチング素子は、陽極電圧の立ち下がり期間にオンする。   The magnetron drive circuit according to the present invention includes a transformer and a switching element. The transformer has a primary side coil to which a drive pulse voltage is applied and a secondary side coil inserted in series with the anode voltage input line of the magnetron. This transformer applies an anode voltage to the magnetron by a secondary coil. The switching element is connected between the anode voltage input line and the magnetron anode. This switching element is turned on during the fall period of the anode voltage.

本発明のマグネトロン駆動回路では、陽極電圧の立ち下がり期間にスイッチング素子がオンすることで、陽極電圧入力ラインがスイッチング素子によって陽極に接続される。このとき、トランスの二次側コイルが挿入されている陽極電圧入力ラインの電荷がスイッチング素子を通して陽極の電位に流れる。このようにして陽極電圧入力ラインの電荷が急速に減少することで、陽極電圧の立ち下がり部分の波形が改善され、立ち下がりが急峻になる。   In the magnetron driving circuit of the present invention, the switching element is turned on during the falling period of the anode voltage, whereby the anode voltage input line is connected to the anode by the switching element. At this time, the charge on the anode voltage input line in which the secondary coil of the transformer is inserted flows to the anode potential through the switching element. In this way, the electric charge of the anode voltage input line rapidly decreases, so that the waveform of the falling portion of the anode voltage is improved and the falling becomes steep.

本発明に係るレーダ装置は、陽極電圧入力ラインを有するマグネトロンと、マグネトロンより発振されたマイクロ波を放射するアンテナと、マグネトロンを駆動するマグネトロン駆動回路とを備えている。そして、マグネトロン駆動回路は、トランスとスイッチング素子とを有している。トランスは、駆動パルス電圧が印加される一次側コイルと、陽極電圧入力ラインに直列に挿入されている二次側コイルとを有し、二次側コイルによってマグネトロンに陽極電圧を印加する。スイッチング素子は、陽極電圧入力ラインとマグネトロンの陽極との間に接続され、陽極電圧の立ち下がり期間にオンする。   A radar apparatus according to the present invention includes a magnetron having an anode voltage input line, an antenna that radiates microwaves oscillated from the magnetron, and a magnetron driving circuit that drives the magnetron. The magnetron driving circuit includes a transformer and a switching element. The transformer has a primary side coil to which a driving pulse voltage is applied and a secondary side coil inserted in series with the anode voltage input line, and applies an anode voltage to the magnetron by the secondary side coil. The switching element is connected between the anode voltage input line and the anode of the magnetron, and is turned on during the fall period of the anode voltage.

本発明のレーダ装置では、マグネトロンの陽極電圧の立ち下がり期間にスイッチング素子がオンすることで、陽極電圧入力ラインがスイッチング素子によってマグネトロンの陽極に接続される。このとき、トランスの二次側コイルが挿入されている陽極電圧入力ラインの電荷がスイッチング素子を通して陽極の電位に流れる。陽極電圧入力ラインの電荷が急速に減少することで、陽極電圧の立ち下がり部分の波形が改善され、立ち下がりが急峻になる。そのため、アンテナから放射されるマイクロ波のパルス幅が短くなる。   In the radar apparatus of the present invention, the switching element is turned on during the fall period of the anode voltage of the magnetron, so that the anode voltage input line is connected to the anode of the magnetron by the switching element. At this time, the charge on the anode voltage input line in which the secondary coil of the transformer is inserted flows to the anode potential through the switching element. By rapidly decreasing the charge on the anode voltage input line, the waveform of the falling portion of the anode voltage is improved, and the fall becomes steep. Therefore, the pulse width of the microwave radiated from the antenna is shortened.

本発明に係るマグネトロン駆動方法は、マグネトロンの陽極電圧入力ラインに直列に二次側コイルを挿入しているトランスの一次側コイルに駆動パルス電圧を印加し、二次側コイルにマグネトロンに印加する陽極電圧を発生させる陽極電圧発生ステップと、陽極電圧入力ラインとマグネトロンの陽極との間に接続されているスイッチング素子を、陽極電圧発生ステップにおける陽極電圧の立ち下がり期間にオンするスイッチングステップと、を備える。   In the magnetron driving method according to the present invention, a driving pulse voltage is applied to a primary coil of a transformer having a secondary coil inserted in series with an anode voltage input line of the magnetron, and an anode applied to the secondary coil is applied to the magnetron. An anode voltage generating step for generating a voltage, and a switching step for turning on a switching element connected between the anode voltage input line and the anode of the magnetron during the anode voltage falling period in the anode voltage generating step. .

本発明のマグネトロン駆動方法によれば、スイッチングステップで、陽極電圧の立ち下がり期間にスイッチング素子がオンすることにより、陽極電圧入力ラインがスイッチング素子によって陽極に接続される。このとき、トランスの二次側コイルが挿入されている陽極電圧入力ラインの電荷がスイッチング素子を通して陽極の電位に流れる。このようにして陽極電圧入力ラインの電荷が急速に減少することで、陽極電圧発生ステップで発生される陽極電圧の立ち下がり部分の波形が改善され、陽極電圧の立ち下がりが急峻になる。   According to the magnetron driving method of the present invention, the switching element is turned on during the falling period of the anode voltage in the switching step, whereby the anode voltage input line is connected to the anode by the switching element. At this time, the charge on the anode voltage input line in which the secondary coil of the transformer is inserted flows to the anode potential through the switching element. In this way, the charge of the anode voltage input line rapidly decreases, so that the waveform of the falling portion of the anode voltage generated in the anode voltage generation step is improved, and the anode voltage falls steeply.

本発明によれば、陽極電圧の立ち下がり部分を改善してマグネトロンが出力するパルス状マイクロ波のパルス幅を短くすることができる。   According to the present invention, the pulse width of the pulsed microwave output from the magnetron can be shortened by improving the falling portion of the anode voltage.

本発明の一実施形態に係るマグネトロン駆動回路が用いられるレーダ装置。A radar apparatus using a magnetron drive circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るマグネトロン駆動回路の回路図。1 is a circuit diagram of a magnetron driving circuit according to an embodiment of the present invention. マグネトロン駆動回路の動作を説明するための電圧波形図。The voltage waveform diagram for demonstrating operation | movement of a magnetron drive circuit. 図1に示すマグネトロンにおける陽極電圧の一例を示す波形図。The wave form diagram which shows an example of the anode voltage in the magnetron shown in FIG. 図1のマグネトロンから送信されるマイクロ波の一例を示す波形図。The wave form diagram which shows an example of the microwave transmitted from the magnetron of FIG. 従来のマグネトロン駆動回路の回路図。The circuit diagram of the conventional magnetron drive circuit.

以下、一実施形態に係るマグネトロン駆動回路について図1乃至図5を参照しながら説明する。図1に示すように、マグネトロン駆動回路50は、例えばレーダ装置10に用いられる。   Hereinafter, a magnetron driving circuit according to an embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the magnetron drive circuit 50 is used in, for example, the radar apparatus 10.

(1)レーダ装置の構成の概要
レーダ装置10は、アンテナ11と送信機12と送受切換器13と受信機14と局部発振器15と信号処理器16と表示器17とを備えて構成されている。マグネトロン20は、送信機12に用いられる。送受切換器13が送信機12の側に切り換わっているときには、マグネトロン20から出力されるパルス状のマイクロ波に応じてアンテナ11からパルス信号が放射される。
(1) Outline of Configuration of Radar Device The radar device 10 includes an antenna 11, a transmitter 12, a transmission / reception switch 13, a receiver 14, a local oscillator 15, a signal processor 16, and a display 17. . The magnetron 20 is used for the transmitter 12. When the transmission / reception switch 13 is switched to the transmitter 12 side, a pulse signal is radiated from the antenna 11 in accordance with the pulsed microwave output from the magnetron 20.

送信機12がオフのときに、送信機12からアンテナ11に電磁波が送られる状態よりアンテナ11から受信機14に電磁波が送られる状態に、送受切換器13が切換を行う。アンテナ11で受信した受信信号が受信機14に与えられる。受信機14は、高周波増幅器、ミクサ、中間周波増幅器及び検波器を備えて構成されており、受信機14では、所望の信号の分離と受信信号の増幅とが行なわれる。受信機14で受信信号を高周波から中間周波に変換するために必要な局部発振信号が局部発振器15から受信機14のミクサに与えられる。   When the transmitter 12 is off, the transmission / reception switch 13 switches from the state in which electromagnetic waves are transmitted from the transmitter 12 to the antenna 11 to the state in which electromagnetic waves are transmitted from the antenna 11 to the receiver 14. A reception signal received by the antenna 11 is given to the receiver 14. The receiver 14 includes a high frequency amplifier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, and a detector, and the receiver 14 separates a desired signal and amplifies the received signal. A local oscillation signal necessary for converting the received signal from a high frequency to an intermediate frequency by the receiver 14 is supplied from the local oscillator 15 to the mixer of the receiver 14.

受信機14から信号処理器16に出力される受信信号には、クラッタのような不要な信号が含まれている。これらの不要な信号を除去するなどの信号処理を信号処理器16で行った後に、物標に関する表示が表示器17において行なわれる。   The reception signal output from the receiver 14 to the signal processor 16 includes unnecessary signals such as clutter. After signal processing such as removal of these unnecessary signals is performed by the signal processor 16, display regarding the target is performed on the display 17.

後述するように、マグネトロン駆動回路50によってマグネトロン20から出力されるパルス状のマイクロ波のパルス幅が小さくなることによって、信号処理器16において処理される受信信号の距離分解能が向上し、距離的に近接する物標を区別して表示器17に表示させることができる。   As will be described later, by reducing the pulse width of the pulsed microwave output from the magnetron 20 by the magnetron driving circuit 50, the distance resolution of the received signal processed in the signal processor 16 is improved, and the distance is increased. Close targets can be distinguished and displayed on the display 17.

(2)マグネトロン駆動回路及びその周辺の構成
図1に示した送信機12を構成するマグネトロン20とマグネトロン駆動回路50と高圧電源60の接続関係及びマグネトロン駆動回路50の構成の概要を図2に示す。マグネトロン20は、図6に示した従来からあるマグネトロン20と同じものである。
(2) Magnetron Drive Circuit and its Peripheral Configuration FIG. 2 shows an outline of the connection relationship between the magnetron 20, the magnetron drive circuit 50 and the high voltage power supply 60 constituting the transmitter 12 shown in FIG. 1 and the configuration of the magnetron drive circuit 50. . The magnetron 20 is the same as the conventional magnetron 20 shown in FIG.

(2−1)マグネトロン
マグネトロン20は、陰極(図示省略)とその周囲に配置されている円筒状の陽極21とを備えている。このマグネトロン20は、陽極21が多数に分割されている陽極分割型マグネトロンである。マグネトロン20の陰極は、フィラメント22によって加熱される。フィラメント22を発熱させるためのヒータ電源40が電源ラインによってフィラメント22に接続されている。このヒータ電源40とフィラメント22を結ぶ電源ラインが陽極電圧入力ライン30として用いられる。マグネトロン20の出力は、マイクロ波出力回路23を介してアンテナ11に供給される。
(2-1) Magnetron The magnetron 20 includes a cathode (not shown) and a cylindrical anode 21 disposed around the cathode. The magnetron 20 is an anode-divided magnetron in which the anode 21 is divided into a large number. The cathode of the magnetron 20 is heated by the filament 22. A heater power supply 40 for heating the filament 22 is connected to the filament 22 by a power supply line. A power supply line connecting the heater power supply 40 and the filament 22 is used as the anode voltage input line 30. The output of the magnetron 20 is supplied to the antenna 11 via the microwave output circuit 23.

(2−2)陽極電圧入力ライン
陽極電圧入力ライン30は、フィラメント22の一端22aに接続されている一端31aを持つ第1電源ライン31と、フィラメント22の他端22bに接続されている他端32aを持つ第2電源ライン32とを有している。第1電源ライン31の他端31bはトランス41の二次側コイル43の一端43aに接続されている。第2電源ライン32の他端32bは、二次側コイル43の他端43bに接続されている。また、第1電源ライン31の他端31bと共通電位との間に挿入されているキャパシタ33があり、第2電源ライン32の他端32bと共通電位との間に挿入されているキャパシタ34がある。
(2-2) Anode voltage input line The anode voltage input line 30 includes a first power supply line 31 having one end 31 a connected to one end 22 a of the filament 22 and the other end connected to the other end 22 b of the filament 22. And a second power supply line 32 having 32a. The other end 31 b of the first power supply line 31 is connected to one end 43 a of the secondary side coil 43 of the transformer 41. The other end 32 b of the second power supply line 32 is connected to the other end 43 b of the secondary coil 43. There is a capacitor 33 inserted between the other end 31b of the first power supply line 31 and the common potential, and a capacitor 34 inserted between the other end 32b of the second power supply line 32 and the common potential. is there.

(2−3)ヒータ電源
ヒータ電源40は、上述のトランス41の一次側コイル42に接続されている。ヒータ電源40からヒータ電圧が一次側コイルに印加されると、二次側コイル43に電圧が発生して第1電源ライン31及び第2電源ライン32を介してフィラメント22に電流が流れ、フィラメント22が発熱する。
(2-3) Heater Power Supply The heater power supply 40 is connected to the primary coil 42 of the transformer 41 described above. When a heater voltage is applied from the heater power supply 40 to the primary side coil, a voltage is generated in the secondary side coil 43, and a current flows through the filament 22 via the first power supply line 31 and the second power supply line 32. Generates heat.

(2−4)マグネトロン駆動回路
マグネトロン駆動回路50は、パルストランス70と駆動パルス電圧発生回路75とゲートパルス電圧発生回路80とスイッチング回路90とを備えている。パルストランス70は、一次側コイル71と第1の二次側コイル72と第2の二次側コイル73とを有している。パルストランス70の一次側コイル71には、駆動パルス電圧発生回路75が接続されており、駆動パルス電圧発生回路75から駆動パルス電圧Vdが印加される。パルストランス70の第1の二次側コイル72は、第1電源ライン31に直列に挿入されている。また、パルストランス70の第2の二次側コイル73は、第2電源ライン32に直列に挿入されている。第1の二次側コイル72及び第2の二次側コイル73は、駆動パルス電圧Vdに応じて同じ大きさの陽極電圧Vpを発生する。駆動パルス電圧発生回路75には、高圧電源60が接続され、高電圧が与えられる。
(2-4) Magnetron Drive Circuit The magnetron drive circuit 50 includes a pulse transformer 70, a drive pulse voltage generation circuit 75, a gate pulse voltage generation circuit 80, and a switching circuit 90. The pulse transformer 70 includes a primary side coil 71, a first secondary side coil 72, and a second secondary side coil 73. A drive pulse voltage generation circuit 75 is connected to the primary coil 71 of the pulse transformer 70, and the drive pulse voltage Vd is applied from the drive pulse voltage generation circuit 75. The first secondary coil 72 of the pulse transformer 70 is inserted in series with the first power supply line 31. Further, the second secondary coil 73 of the pulse transformer 70 is inserted in series with the second power supply line 32. The first secondary coil 72 and the second secondary coil 73 generate an anode voltage Vp having the same magnitude according to the drive pulse voltage Vd. The drive pulse voltage generation circuit 75 is connected to a high voltage power supply 60 and is given a high voltage.

スイッチング回路90には、スイッチング素子としてサイリスタ91が含まれており、サイリスタ91を制御するためゲートパルス電圧発生回路80からゲートパルス電圧Vgがスイッチング回路90に対して出力される。サイリスタ91は、アノードをマグネトロン20の陽極21と同じ共通電位に接続している。サイリスタ91以外に、スイッチング回路90には、トランス93と抵抗92,94,96とダイオード95,97が含まれる。抵抗92は、サイリスタ91のカソードと陽極電圧入力ライン30との間に接続されている。   The switching circuit 90 includes a thyristor 91 as a switching element, and the gate pulse voltage generation circuit 80 outputs a gate pulse voltage Vg to the switching circuit 90 in order to control the thyristor 91. The thyristor 91 has an anode connected to the same common potential as the anode 21 of the magnetron 20. In addition to the thyristor 91, the switching circuit 90 includes a transformer 93, resistors 92, 94, 96, and diodes 95, 97. The resistor 92 is connected between the cathode of the thyristor 91 and the anode voltage input line 30.

トランス93の一次側コイル93aは、ゲートパルス電圧発生回路80に接続されており、ゲートパルス電圧Vgが印加される。トランス93の二次側コイル93bの一端はサイリスタ91のカソードに接続され、他端は抵抗94とダイオード95とを介してサイリスタ91のゲートに接続されている。抵抗94とダイオード95が二次側コイル93bの他端とサイリスタ91のゲートとの間に直列に接続されてサイリスタ91が確実に動作するよう設定されている。また、サイリスタ91に並列に抵抗96とダイオード97が接続されている。抵抗96は、フィラメント22に陽極電圧Vpを印加するのに十分な大きな抵抗値を有している。   The primary coil 93a of the transformer 93 is connected to the gate pulse voltage generation circuit 80, and the gate pulse voltage Vg is applied. One end of the secondary coil 93 b of the transformer 93 is connected to the cathode of the thyristor 91, and the other end is connected to the gate of the thyristor 91 via a resistor 94 and a diode 95. A resistor 94 and a diode 95 are connected in series between the other end of the secondary coil 93b and the gate of the thyristor 91 so that the thyristor 91 operates reliably. A resistor 96 and a diode 97 are connected in parallel with the thyristor 91. The resistor 96 has a resistance value large enough to apply the anode voltage Vp to the filament 22.

(3)マグネトロン駆動回路の動作
マグネトロン駆動回路50において、パルストランス70の一次側コイル71に、駆動パルス電圧Vdとして、図3に示すようなパルス状の負の高電圧が印加される。しかし、パルストランス70の二次側コイル72,73によって陽極電圧入力ライン30に発生する陽極電圧Vpは、容量成分により図3に示すように歪む。陽極電圧Vpの立ち上がりと立ち下がりの傾きが小さくなる。そのため、駆動パルス電圧Vdが立ち下がる時点T1から容量成分からの放電が始まり、放電が終了した時点T2で陽極電圧Vpの電位が0になる。この容量成分からの放電が行われる期間t3の間、ゲートパルス電圧VgをハイレベルHにしてサイリスタ91をオンさせる。
(3) Operation of Magnetron Drive Circuit In the magnetron drive circuit 50, a pulsed negative high voltage as shown in FIG. 3 is applied to the primary coil 71 of the pulse transformer 70 as the drive pulse voltage Vd. However, the anode voltage Vp generated in the anode voltage input line 30 by the secondary coils 72 and 73 of the pulse transformer 70 is distorted as shown in FIG. The slope of the rise and fall of the anode voltage Vp is reduced. Therefore, discharge from the capacitive component starts from time T1 when the drive pulse voltage Vd falls, and the potential of the anode voltage Vp becomes 0 at time T2 when the discharge ends. During the period t3 during which discharge from this capacitive component is performed, the gate pulse voltage Vg is set to the high level H to turn on the thyristor 91.

サイリスタ91がオンすると、マグネトロン20の陽極21が接続されている共通電位に陽極電圧入力ライン30が接続され、急速に陽極電圧Vpが立ち下がる。図4には、サイリスタ91を動作させた場合の陽極電圧Vp1と、サイリスタ91を動作させなかった場合の陽極電圧Vp2の波形が示されている。図4に示すように、サイリスタ91をオンした場合には、陽極電圧Vp1の立ち下がりが改善される。また、図5には、サイリスタ91を動作させた場合の送信波形Vs1と、サイリスタ91を動作させなかった場合の送信波形Vs2が示されている。2つの送信波形Vs1,Vs2を比較して分かるように、スイッチング回路90を設け、適切なタイミングでサイリスタ91によって陽極電圧入力ライン30の電荷を放電させると、パルス幅が20%程度短くなる。   When the thyristor 91 is turned on, the anode voltage input line 30 is connected to the common potential to which the anode 21 of the magnetron 20 is connected, and the anode voltage Vp falls rapidly. FIG. 4 shows waveforms of the anode voltage Vp1 when the thyristor 91 is operated and the anode voltage Vp2 when the thyristor 91 is not operated. As shown in FIG. 4, when the thyristor 91 is turned on, the fall of the anode voltage Vp1 is improved. FIG. 5 shows a transmission waveform Vs1 when the thyristor 91 is operated, and a transmission waveform Vs2 when the thyristor 91 is not operated. As can be seen by comparing the two transmission waveforms Vs1 and Vs2, when the switching circuit 90 is provided and the charge of the anode voltage input line 30 is discharged by the thyristor 91 at an appropriate timing, the pulse width is shortened by about 20%.

<特徴>
(1)
パルストランス70は、駆動パルス電圧Vdが印加される一次側コイル71と、マグネトロン20の陽極電圧入力ライン30に直列に挿入されている二次側コイル72,73を有しており、パルストランス70の一次側コイル71と二次側コイル72,73とが絶縁されている。そのため安全性が高いものの、マグネトロン20の側の容量成分からの放電に時間がかかり、マグネトロン20の陽極電圧Vpの立ち下がり期間が長くなって、パルス幅を短くするのが難しい。そこで、この立ち下がり期間t3にサイリスタ91(スイッチング素子)がオンして、抵抗92を介して陽極電圧入力ライン30を共通電位に接続する。マグネトロン20の陽極21に共通電位に接続されているから、陽極電圧入力ライン30は抵抗92を介して陽極21に接続されていることになり、陽極電圧入力ライン30と陽極21との間に溜まった電荷が急速に放電される。それによって、マグネトロン20に印加される陽極電圧Vpのパルス幅が短くなり、ひいてはマグネトロン20の出力するパルス状のマイクロ波のパルス幅も短くなる。その結果、レーダ装置10から放出されるパルス状の送信信号のパルス幅が短くなり、レーダ装置10の距離分解能が向上する。
<Features>
(1)
The pulse transformer 70 includes a primary coil 71 to which a drive pulse voltage Vd is applied, and secondary coils 72 and 73 inserted in series in the anode voltage input line 30 of the magnetron 20. Primary side coil 71 and secondary side coils 72 and 73 are insulated. Therefore, although safety is high, it takes time to discharge from the capacitive component on the magnetron 20 side, the falling period of the anode voltage Vp of the magnetron 20 becomes long, and it is difficult to shorten the pulse width. Therefore, the thyristor 91 (switching element) is turned on during the falling period t3, and the anode voltage input line 30 is connected to the common potential via the resistor 92. Since the anode 21 of the magnetron 20 is connected to the common potential, the anode voltage input line 30 is connected to the anode 21 via the resistor 92 and is accumulated between the anode voltage input line 30 and the anode 21. Charge is discharged rapidly. As a result, the pulse width of the anode voltage Vp applied to the magnetron 20 is shortened, and as a result, the pulse width of the pulsed microwave output from the magnetron 20 is also shortened. As a result, the pulse width of the pulsed transmission signal emitted from the radar apparatus 10 is shortened, and the distance resolution of the radar apparatus 10 is improved.

陽極電圧Vpとしては、例えば数kVの高い電圧が用いられるため、このような高電圧に耐えるスイッチング素子としてサイリスタが適している。また、サイリスタは、応答速度も速いことから、数百nsよりも短い立ち下がり期間t3の間だけ電荷を放電させる動作を行わせるのに適している。   As the anode voltage Vp, for example, a high voltage of several kV is used. Therefore, a thyristor is suitable as a switching element that can withstand such a high voltage. In addition, the thyristor is suitable for performing an operation of discharging electric charges only during the falling period t3 shorter than several hundred ns because of its high response speed.

(2)
陽極電圧入力ライン30がサイリスタ91(スイッチング素子)によって共通電位に接続されているときには、抵抗92(ダンピング抵抗)によって電力が消費されるので、電圧の変動などの不具合を防止することができる。
(2)
When the anode voltage input line 30 is connected to the common potential by the thyristor 91 (switching element), power is consumed by the resistor 92 (damping resistor), so that problems such as voltage fluctuations can be prevented.

<変形例>
(1)
上記実施形態ではサイリスタ91を一つ接続する場合について説明したが、マグネトロン20の陽極電圧が大きいときには、耐電圧を得るため、複数のサイリスタを直列に接続してもよい。
<Modification>
(1)
Although the case where one thyristor 91 is connected has been described in the above embodiment, a plurality of thyristors may be connected in series in order to obtain a withstand voltage when the anode voltage of the magnetron 20 is large.

(2)
上記実施形態では、スイッチング素子としてサイリスタ91を例に挙げたが、絶縁ゲート型トランジスタなどの他のスイッチング素子を用いることもできる。
(2)
In the above embodiment, the thyristor 91 is taken as an example of the switching element, but other switching elements such as an insulated gate transistor can also be used.

(3)
上記実施形態では、サイリスタ91がオンしたときに抵抗92を介して陽極電圧入力ライン30を共通電位に接続する場合について説明したが、抵抗92に直列にコンデンサを挿入してもよい。また、抵抗92に代えてコンデンサを用いることができる場合もある。
(3)
In the above embodiment, the case where the anode voltage input line 30 is connected to the common potential via the resistor 92 when the thyristor 91 is turned on has been described. However, a capacitor may be inserted in series with the resistor 92. In some cases, a capacitor can be used instead of the resistor 92.

10 レーダ装置
20 マグネトロン
30 陽極電圧入力ライン
50 マグネトロン駆動回路
70 パルストランス
91 サイリスタ
92 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Radar apparatus 20 Magnetron 30 Anode voltage input line 50 Magnetron drive circuit 70 Pulse transformer 91 Thyristor 92 Resistance

特開2008−232957号公報JP 2008-232957 A

Claims (6)

駆動パルス電圧が印加される一次側コイルと、マグネトロンの陽極電圧入力ラインに直列に挿入されている二次側コイルとを有し、前記二次側コイルによって前記マグネトロンに陽極電圧を印加するトランスと、
前記陽極電圧入力ラインと前記マグネトロンの陽極との間に接続され、前記陽極電圧の立ち下がり期間にオンするスイッチング素子と、
を備える、マグネトロン駆動回路。
A transformer having a primary side coil to which a driving pulse voltage is applied and a secondary side coil inserted in series with an anode voltage input line of the magnetron, and applying an anode voltage to the magnetron by the secondary side coil; ,
A switching element connected between the anode voltage input line and the anode of the magnetron and turned on during a fall period of the anode voltage;
A magnetron driving circuit comprising:
前記陽極電圧入力ラインは、
前記マグネトロンのフィラメントの一端に接続される一端と、他端とを持つ第1電源ラインと、
前記マグネトロンのフィラメントの他端に接続される一端と、前記第1電源ラインの前記他端に電圧発生部を介して接続される他端とを持つ第2電源ラインと、
を含み、
前記トランスの前記二次側コイルは、
前記第1電源ラインに直列に挿入される第1の二次側コイルと、
前記第2電源ラインに直列に挿入される第2の二次側コイルと、
を含む、
請求項1に記載のマグネトロン駆動回路。
The anode voltage input line is
A first power line having one end connected to one end of the filament of the magnetron and the other end;
A second power supply line having one end connected to the other end of the filament of the magnetron and the other end connected to the other end of the first power supply line via a voltage generator;
Including
The secondary coil of the transformer is
A first secondary coil inserted in series with the first power line;
A second secondary coil inserted in series with the second power supply line;
including,
The magnetron drive circuit according to claim 1.
前記スイッチング素子に直列に接続されているダンピング抵抗をさらに備える、
請求項1又は請求項2に記載のマグネトロン駆動回路。
A damping resistor connected in series to the switching element;
The magnetron drive circuit according to claim 1 or 2.
前記スイッチング素子は、前記駆動パルス電圧の立ち下がり期間に立ち上がるゲートパルス信号によってオンオフを制御されるサイリスタである、
請求項1から3のいずれか一項に記載のマグネトロン駆動回路。
The switching element is a thyristor whose on / off is controlled by a gate pulse signal that rises during a fall period of the drive pulse voltage.
The magnetron drive circuit according to any one of claims 1 to 3.
陽極電圧入力ラインを有するマグネトロンと、
前記マグネトロンより発振されたマイクロ波を放射するアンテナと、
前記マグネトロンを駆動するマグネトロン駆動回路と、
を備え、
前記マグネトロン駆動回路は、
駆動パルス電圧が印加される一次側コイルと、前記陽極電圧入力ラインに直列に挿入されている二次側コイルとを有し、前記二次側コイルによって前記マグネトロンに陽極電圧を印加するトランスと、
前記陽極電圧入力ラインと前記マグネトロンの陽極との間に接続され、前記陽極電圧の立ち下がり期間にオンするスイッチング素子と、
を有する、レーダ装置。
A magnetron having an anode voltage input line;
An antenna that radiates microwaves oscillated from the magnetron;
A magnetron driving circuit for driving the magnetron;
With
The magnetron driving circuit is
A transformer having a primary coil to which a driving pulse voltage is applied, and a secondary coil inserted in series with the anode voltage input line, and applying an anode voltage to the magnetron by the secondary coil;
A switching element connected between the anode voltage input line and the anode of the magnetron and turned on during a fall period of the anode voltage;
A radar apparatus.
マグネトロンの陽極電圧入力ラインに直列に二次側コイルを挿入しているトランスの一次側コイルに駆動パルス電圧を印加し、前記二次側コイルに前記マグネトロンに印加する陽極電圧を発生させる陽極電圧発生ステップと、
前記陽極電圧入力ラインと前記マグネトロンの陽極との間に接続されているスイッチング素子を、前記陽極電圧発生ステップにおける前記陽極電圧の立ち下がり期間にオンするスイッチングステップと、
を備える、マグネトロン駆動方法。
Anode voltage generation that applies a drive pulse voltage to the primary coil of a transformer having a secondary coil inserted in series with the anode voltage input line of the magnetron, and generates an anode voltage to be applied to the magnetron in the secondary coil Steps,
A switching step of turning on a switching element connected between the anode voltage input line and the anode of the magnetron during a fall period of the anode voltage in the anode voltage generation step;
A magnetron driving method comprising:
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