JP5127558B2

JP5127558B2 - 電子同調マグネトロン

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Publication number: JP5127558B2
Application number: JP2008125044A
Authority: JP
Inventors: 英幸小畑; 邦彦高橋
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP2009277379A

Description

本発明は、マイクロ波を発振する電子同調マグネトロン、特に簡単な構造で、発振周波数を外部からの電気信号により変化させるためのマグネトロンの構成に関する。

図１２には、従来からのマグネトロンの基本構造が示されており、マグネトロンは、中心にカソード１が配置され、その外側にカソード１と同心状にアノードシェル２が設けられると共に、その内部空間を周方向にて複数個に分割するように複数個のアノード３が配置される。即ち、このアノード３は、カソード１に対して正の電極となると同時に、発振周波数を決定づける共振器としての役割を果たすため、アノードシェル２の内壁と共に共振空胴を形成する。

また、マグネトロンのπモード発振が最も安定となるように、ストラップ４と呼ばれる線状の金属導体を用い、上記分割の共振空胴の仕切りとしてのアノード３が１つ置きに接続される。このような構造のマグネトロンでは、その発振周波数は共振空胴のリアクタンスと、ストラップ４によるリアクタンスによって決定されることになる。

上述のように、図１２のマグネトロンの構成では、発振周波数が機械的構造により決定されるため、周波数を変更するには機械的構造から決定されるリアクタンスを変更しなければ周波数の変更が行えなかった。一般的な実用化可能な周波数同調手段としては、下記非特許文献１（「MICROWAVE MAGNETRON」 MIT Radiation Laboratory Series ）のp．562 に示される原理に基づいたものがあり、これは、金属を共振空胴に挿入して共振空胴のリアクタンスを変えることにより、周波数を変更するものである。即ち、共振空胴の内部に金属を挿入することにより、共振器のインダクタンスが増加し、特に共振空胴の仕切りであるアノード３の先端付近に挿入すれば、キャパシタンスが増加することになり、この結果、発振周波数が高くなる。

また、機械的同調の手段としては、上記の共振空胴以外にも、ストラップ４やアノード３の仕切り板に金属を近づけて行う方法が、下記非特許文献１のｐ.569〜572に示されている。
更に、下記特許文献１（特開２０００−３６７６号公報）又は特許文献２（特開２００６−１０００６６号公報）に示されるように、管球の外側に、孔（又はスリット）を介して外部共振空胴（又は外部空間）を設け、この外部共振空胴内に配置した金属板（又は可動金属片）の位置を機械的に動かして調整することにより、管球の外から共振空胴のリアクタンスを変化させ、これによって発振周波数をコントロールする方式のものがある。
「MICROWAVE MAGNETRON」 MIT Radiation Laboratory Series ｐ.562 ，ｐ.569〜572 ）特開２０００−３６７６号公報特開２００６−１０００６６号公報ＵＳ−３９６７１５５号公報特開昭５０−１３３７６３号公報ＷＯ−９２／０２００８８号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２では、周波数の可変を行う手段として機械的な可動部を利用しており、真空とされる外部共振空胴内に可動部を設けるという製作上の困難さがある。しかも、可動部を持つ機械式の周波数可変手段では、レスポンスが遅いため、ゆっくりした周波数変化をさせる場合は問題ないが、１パルス内で周波数を変化させる場合のように速い変化、例えば数百ナノセコンド等での周波数変化を実現することは不可能である。

一方、電子同調マグネトロンの例として、上記特許文献３（ＵＳ−３９６７１５５号公報）に示されるように、管球内に電極を設け、空間電荷によりリアクタンスを変化させる方式が開示されている。また、特許文献４（特開昭５０−１３３７６３号公報）及び特許文献５（ＷＯ−９２／０２００８８号公報）に示されるように、スイッチ素子を同軸型マグネトロンの管球内に配置し、外部からの信号により共振空胴内部に配置されたスイッチ素子の導通状態を可変とし、上記共振空胴のリアクタンスを変えることにより周波数を変化させる方法が開示されている。

しかしながら、これらの特許文献３乃至５では、真空となる管球内部に複雑なスイッチ素子等を入れて製造する必要があり、製造上の困難さやコストに関しての問題がある。マグネトロンのような真空管では、ガスの発生により真空度が劣化すると簡単に特性が変わってしまうため、高い真空度を維持する必要がある。従って、ガスの発生し易い材料が使用できず、また接合も高い温度でのロウ付けとなるため、スイッチ素子を半導体とした場合等ではこれを管球内に納めることは難しかった。

更に、管球内部のある一部をスイッチ素子により短絡した場合、それによって変化可能となる周波数可変範囲が狭いという欠点がある。これは、通常のスイッチ素子が本来の共振空胴又は共振空胴に結合された共振器の一部しかリアクタンスを変化させることができないためであり、周波数可変範囲を拡大させるには、高価なスイッチ素子を多く使う必要が生じる。また、スイッチ素子は通常、静電容量を持つために、バイアス電圧に対してレスポンスを悪化させるという問題があり、複数のスイッチ素子を使用した場合に、その容量は大きくなって高速のレスポンスが要求されるパルス内での変調に使用することができない。

一方、上記のように合成共振空胴としてマグネトロンの共振器の一部とした部分にスイッチ素子を挿入することから、高周波的な抵抗値がマグネトロンの共振インピーダンスに大きく作用し、共振のＱを低下させるという基本特性への影響が発生する。その結果、プリング特性と呼ばれるマグネトロンの負荷に対する周波数変動の変化を劣化させてしまう不具合がある。その他、マグネトロンの信頼性品質において、管球内にスイッチ素子を配置するとマグネトロンの劣化時や、特別に速い立ち上がりの陽極電圧パルスを印加したような場合に、たとえ電界最小、磁界最大の位置の近傍に配置しても、高い電界が発生しスイッチ素子の耐電力破壊が発生する場合があった。

また、周波数同調の必要性に言及すると、マグネトロンのドリフトに対する安定性確保というパッシブな理由と、変調をかけたいというアクティブな理由がある。マグネトロンの発振周波数のドリフトとしては、カレントプッシング特性と呼ばれ、陽極電流の大小により変化する場合があった。この周波数のドリフトは、流す陽極電流の大小によりカソードを飛び出す電子の量が変わり、空間電荷が変化することも原因の一つとなって起こると考えられる。

また、マグネトロンの発振周波数の変化は、プリング特性と呼ばれ、マグネトロンの高周波的な負荷の変動により劣化する場合がある。即ち、このプリング特性の劣化は、マグネトロンの負荷インピーダンスとの整合状態が悪い場合、マグネトロンの共振空胴のリアクタンスに影響が与えられることが原因の一つとなって起こると考えられる。
更に、マグネトロンでは、その搭載場所の周囲の温度やマグネトロン自信の発生する熱により共振空胴が熱膨張を起こす場合がある。この場合には、昇温すると発振周波数が上がり、冷却されると下がるという現象を起こす。

このように、マグネトロンは、発振周波数が変化する要因を持っているため、同調がずれる可能性があり、発振周波数の可変制御を安定して行うことが望まれる。
また、レーダー等でマグネトロンを用いて変調されたマイクロ波信号を発振し、物標からの反射波を解析した場合、含まれる情報量は多大となり、レーダーの探索性能は格段に向上する。この領域は、現在変調が容易なソリッドステートでカバーしようと研究されている。しかしながら、ソリッドステートで高い出力を効率よく発振できる素子は、出現していない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動部を持つ機械式手段によらず、簡単な構造で、外部からの電気信号により所望の周波数の高出力マイクロ波が極めて速いレスポンスで得られ、またスイッチ素子を管球内部に配置することなく、広い可変範囲の発振周波数を得ることができ、生産性を阻害することもなく、低価格で信頼性の高いマグネトロンを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る電子同調マグネトロンは、円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、この窓から張り出す電界内に挿入される状態で、上記アノードシェルの外側に配置され、該アノードシェルに対し絶縁体を介して支持された棒状金属と、この棒状金属に一端が接続され、他端が上記アノードシェルに接続され、ダイオードからなるスイッチ素子と、を含み、上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする。
請求項２に係る電子同調マグネトロンは、円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、上記貫通孔から張り出す電界内に挿入される状態で、上記アノードシェルの外側からその壁内の上記窓と上記貫通孔の間へ挿入配置され、該アノードシェルに対し絶縁体を介して支持された棒状金属と、この棒状金属のアノードシェル外側へ露出した部分に一端が接続され、他端が上記アノードシェルに接続され、ダイオードからなるスイッチ素子と、を含み、上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする。

請求項３に係る電子同調マグネトロンは、円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、この窓から張り出す電界内に挿入される状態で、該窓を誘電体基板としてその窓面に形成され（帯状の）金属パターンと、この金属パターンの一端に接続されたスイッチ素子と、を含み、上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする。
請求項４に係る電子同調マグネトロンは、円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、この窓を外側から貫通し、上記共振空胴内に到達する状態に配置された金属線体と、この金属線体の外側端に一端が接続され、他端が上記アノードシェルに接続され、ダイオードからなるスイッチ素子と、を含み、上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする。

請求項５に係る電子同調マグネトロンは、上記スイッチ素子に電流を流すバイアス制御回路が用いられ、このバイアス制御回路のバイアス電流をマグネトロンのパルス陽極電流と同期させ、かつ陽極電流のパルス内で変化させたバイアス電流を上記スイッチ素子に与えることを特徴とする。
請求項６に係る電子同調マグネトロンは、上記スイッチ素子に電流を流すバイアス制御回路と、マグネトロンの発振周波数を検出する検出回路が用いられ、この検出回路で検出された発振周波数を基準周波数と比較して形成されたバイアス電流を上記スイッチ素子に与えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、例えばＰＩＮダイオードからなるスイッチ素子がアノードシェル（共振空胴）の外側へ配置され、外部からの電気信号により周波数を自由に可変して電子同調マグネトロンを使用することができる。
また、請求項１乃至３の構成の場合、バイアス電流が流れ、スイッチ素子がオフされていない時には、棒状金属又は金属パターンは、アノードシェルの電位から浮いている状態となって、窓から張り出す電界が阻止されないが、バイアス電流が流れると、スイッチ素子がオンし、棒状金属又は金属パターンによって、窓から張り出す電界が阻止され、共振器のリアクタンスが変わることになり、この結果、共振周波数が変化する。従って、上記スイッチ素子に、制御されたバイアス電流を供給することにより、共振周波数を可変制御することができる。

また、請求項４の構成によれば、スイッチ素子のオフ時には、共振空胴内の金属線体は何らの作用もしないが、バイアス電流が流れると、スイッチ素子がオンし、金属線体によって共振空胴内のインダクタンスが変わることになり、これによって、共振周波数が可変制御される。この場合も、スイッチ素子に与えられるバイアス電流で、共振周波数が可変制御される。

本発明の電子同調マグネトロンによれば、可動部を持つ機械式手段によらず、簡単な構造で、外部からの電気信号により所望の周波数の高出力マイクロ波を極めて速いレスポンスで得ることができる。また、スイッチ素子を管球内部に配置することなく、広い可変範囲の発振周波数を得ることができ、生産性を阻害することもなく、低価格で信頼性の高いマグネトロンが提供できるという効果がある。また、マグネトロンの周波数ドリフトへの対策、混信防止のための周波数選択が容易となり、パルスに変調をかけることにより低出力で多くの圧縮情報が得られると共に、占有周波数帯域幅の狭小化等が可能になるという効果もある。

図１及び図２には、本発明の第１実施例に係る電子同調マグネトロンの構成が示されている。図１において、マグネトロンは、図１２に示した基本構造と同様に、中心にカソード１が配置され、その外側にカソード１と同心状にアノードシェル２が設けられると共に、このアノードシェル２内の空間を周方向にて複数個に分割するように複数個のアノード３が配置される。このアノード３は、カソード１に対して正の電極となると同時に、アノードシェル２の内壁と共に共振空胴（共振器）を形成する。また、マグネトロンのπモード発振が最も安定となるように、線状金属導体からなるストラップ４によって、上記分割の共振空胴を仕切るアノード３が１つ置きに接続される。

そして、第１実施例では、例えば共振空胴の壁面であるアノードシェル４に貫通孔１１が形成され、この貫通孔１１の外側を塞ぎ、共振空胴（マグネトロン管球）の真空が維持される（気密状態となる）ように、低誘電体損失材料、例えばセラミック又はガラス等からなる窓１２が配置される。また、この窓１２の外側に、金属製のロッド（棒状金属）１４が窓１２前面の一部を塞ぐように配置され、このロッド１４の一端は、絶縁体１５を介して電気的絶縁をとった状態でアノードシェル２に支持体（金属）１６ａで支持され、このロッド１４の一端は、バイアス電圧を加える端子１４Ｔとしても機能する。更に、ロッド１４の他端に、ＰＩＮダイオードからなるスイッチ素子部１８の一端が接続され、このスイッチ素子部１８の他端は、支持体（金属）１６ｂによりアノードシェル２に電気的に接続（短絡）されている。

このような構造の第１実施例によれば、共振空胴の電界は、貫通孔１１及び窓１２を通じて外部に張り出すことになる。通常、バイアス電流が流れていないときは、スイッチ素子部１８がオフされ、ロッド１４がアノードシェル２の電位から浮いているために張り出した電界が阻止されず、共振周波数は本来の共振空胴の周波数より高い周波数となる。即ち、管球であるアノードシェル２内のリアクタンスに対し管球外部のリアクタンスが作用していることになる。

次に、バイアス電流を流し、スイッチ素子部１８をオンするためにアノードシェル２と端子１４Ｔ間にバイアス電圧を印加すると、ロッド１４がアノードシェル２に高周波的に短絡し、スイッチ素子部１８及びロッド１４は、バイアス電流の増大と共にＲＦ抵抗を高めながら、窓１２からの電界の張出しを阻止する。この結果、発振周波数はバイアス電流の増大とともに低下することになる。従来の一つの方法として、マグネトロンの主共振空胴に別の共振器を結合させ、この別の共振器のリアクタンスを変え、複合した共振空胴の共振周波数を変化させるものがあるが、本発明の構成は、別の共振器を結合させて共振周波数を変化させるのではなく、別の共振器を設けずに、共振空胴から張り出す電界（窓１２の部分の結合度）を変化させることで、単一である共振空胴自体の共振周波数を変化させることになる。

図３には、第２実施例のマグネトロンの構成が示されており、この第２実施例は、金属製ロッドのアノードシェルに対する短絡位置を変えたものである。即ち、ロッド２０の途中にスイッチ素子部１８を配置し、支持体１６ｂ側のロッド２０の一端を絶縁体１５を介して浮かせて接続すると共に、この一端をバイアス供給端子２０Ｔとして機能させ、ロッド２０の他端は支持体１６ａを介してアノードシェル２に電気的に接続する。このような第２実施例においても、スイッチ素子部１８に対し端子２０Ｔからバイアス電流を供給することにより、第１実施例の場合と同様に、発振周波数を可変にすることができる。

図４には、第３実施例のマグネトロンの構成が示されており、この第３実施例は、金属ロッドをアノードシェル内部へ配置したものである。図４に示されるように、共振空胴を形成するアノードシェル２の壁面に、貫通孔２１が設けられると共に、この貫通孔２１の外側に低誘電体損失材料の窓１２が設けられており、この窓１２は、共振空胴の真空を保持する気密状態が維持されるように取り付けられる。そして、アノードシェル２の外部からその壁面内の上記窓１２と貫通孔２１の間に金属製のロッド１４が挿入され、このロッド１４は、貫通孔２１から張り出す電界内に（貫通孔２２及び窓１２の一部を塞ぐように）配置される。

上記ロッド１４は、例えば図示のような配置の絶縁体２３で受けられ、アノードシェル２から絶縁をとって支持体１６ｂ等で支持され、支持体１６ａ側のロッド１４の一端はバイアス供給の端子１４Ｔとして機能する。また、このロッド１４の他端は、外部に露出しており、この露出端にスイッチ素子部１８の一端が接続され、このスイッチ素子部１８の他端は、アノードシェル２に電気的に接続される（又は支持体１６ｂを介してアノードシェル２に接続される）。

このような第３実施例によっても、端子１４Ｔからバイアスを供給し、スイッチ素子部１８をオンオフすると共に、制御されたバイアス電流をロッド１４に与えることにより、上記貫通孔２１及び窓１２を介して張り出す電界を変化させることができ、これによって、第１実施例と同様に、発振周波数を可変にすることが可能となる。

図５には、第４実施例のマグネトロンの構成が示されており、この第４実施例は、窓に金属パターンを形成したものである。この第４実施例では、例えばアノードシェル２の壁面の内側に形成された貫通孔２１の外側に、この貫通孔２１を塞ぐ窓２５が設けられ（図６（Ａ）の窓と同様に）、この窓２５は、例えばセラミックからなる誘電体基板（低誘電体損失材料でもある）からなり、マグネトロン管球の真空を保持するように取り付けられる。そして、図５（Ｂ）に示されるように、この誘電体基板としての窓２５の表面に、棒状金属の代わりになる帯状（線状）の金属パターン２７が貫通孔２１及び窓２５の一部を塞ぐように形成されると共に、この帯状金属パターン２７の一端部と端子部（金属パターン）２８との間に、スイッチ素子部２９が実装され、上記端子部２８に、バイアスを印加する端子３０が取り付けられる。また、上記帯状の金属パターン２７の他端部２７ａは、アノードシェル２に短絡される。

このような第４実施例によれば、上記端子３０とアノードシェル２との間にバイアス電圧を加えることにより、スイッチ素子部２９から金属パターン２７へバイアス電流が流れ、この電流量を制御することにより、電界の張り出しを変化させ、これによって、発振周波数を可変に制御することができる。

図６には、第５実施例のマグネトロンの構成が示されており、この第５実施例は、窓を介して金属線体をアノードシェルの共振空胴内に挿入したものである。図６（Ｂ）に示されるように、例えばアノードシェル２の壁面の内側に形成された貫通孔２１の外側に、この貫通孔２１を塞ぐ窓２５が設けられ、この窓２５は、例えばセラミック又はガラス等の低誘電体損失材料からなり、マグネトロン管球（共振空胴）の真空を保持する状態で取り付けられる。そして、このアノードシェル２内の共振空胴の構成物に接触しないように金属製プローブ（金属体）３２が配置され、このプローブ３２が金属線３３により窓２５を介して管球外に導き出され、金属線３３の他端が端子３４を介してスイッチ素子部１８に接続される。このスイッチ素子部１８の他端は、支持体（金属）３５によりアノードシェル２に電気的に接続（短絡）される。

このような第５実施例の構成によれば、アノードシェル２と端子３４との間のスイッチ素子部１８へバイアスが供給されると、プローブ３２の存在により、アノードシェル２の共振空胴内のインダクタンスが変わることになり、これによって発振周波数を変化させることができる。従って、上記スイッチ素子部１８へのバイアス電流を可変調整することにより、第１実施例等と同様に、発振周波数を可変制御することが可能になる。

上述した第１実施例から第４実施例において、Ｘバンドのマグネトロンとして採用する場合、上記の貫通孔１１，２１は、高さ４〜１０ｍｍ、幅０．６〜５ｍｍの角形又は円形等の形状とすれば、電界を張り出すことができる。また、窓１２，２５は、マイカやセラミック系素材のように、発振周波数での誘電体損失が小さい材質を選定すればよく、この窓１２，２５の厚みは、０．３〜３ｍｍ程度が好適であり、真空を保つための圧力に対する耐性が必要である。更に、ロッド１４，２０の太さは０．５〜２．５mmが有効であり、スイッチ素子部１８は、ＰＩＮダイオードを使用することが好ましく、１０Ｖ以下の低い電圧でも動作可能である。

図７には、上記スイッチ素子部１８の構成の一例が示されており、図示のように、このスイッチ素子部１８は、例えばＰＩＮダイオードＤ_１、ＰＩＮダイオードＤ_２、抵抗Ｒ１及びＰＩＮダイオードＤ_３を並列配置してなる。このようなスイッチ素子部１８によれば、速いスイッチングの特性が得られ、これによってバイアス電流を流せば、数十ｎｓの高速の応答性が可能となる。このような高速の応答性は、従来のようにスイッチ素子を多数使用し静電容量が高い状態では実現できなかった。また、実施例の周波数可変範囲は、上記の条件で製作した場合、３０ＭＨｚ以上の可変範囲を確保でき、従来のように多数のスイッチ素子を用いて広い範囲のリアクタンスを変えることなく、十分な周波数可変範囲が得られる。

図８には、実施例の一例におけるバイアス電流（ｍＡ）と発振周波数（ＭＨｚ）の変化が示されており、これは、Ｘバンドの電子同調マグネトロンにバイアス電圧を印加した例であり、図示されるように、周波数が４０ＭＨｚ変化する結果となった。また、バイアス電流の制御（変化）に必要な電流は、１００ｍＡ程度と、非常に小さく電圧も低いため、コントロールのための回路は非常に容易に製作可能となっている。

図９には、上記実施例の電子同調マグネトロンをレーダー等に用いる場合のバイアス制御（駆動）回路の一実施例が示されており、この例の電子同調マグネトロン３７には、モジュレータ３８のヒ一夕電源３９と陽極電圧源４０が接続され、これによって自励発振が行われる。レーダーに使用されるマイクロ波出力はパルスである場合が多く、モジュレータ３８では陽極電圧をパルスで発生させている。このパルス電圧に同期した信号を得て、同調制御回路４１では、同調のためのバイアス電流を同期信号に合わせて変化させれば、電子同調マグネトロン３７は、パルス内で周波数が変化したマイクロ波出力が発振される。即ち、変調マイクロ波出力が得られることになる。

図１０には、図９の上記実施例の各部の波形が示されており、図１０（Ａ）に示されるように、モジュレータ３８から陽極電圧がパルスによりマグネトロン３７に与えられる。同時に、図１０（Ｂ）に示されるように、同調制御回路４１から、上記陽極電圧パルスに同期した信号に基づき、例えばのこぎり状に変化させた制御電圧がスイッチ素子部１８，２９に供給される。この結果、図１０（Ｃ）に示されるように、マグネトロン３７では、図１０（Ｂ）とは逆傾斜でのこぎり状に変化する発振周波数が得られることになる。なお、上記同調制御回路４１では、同期信号を利用してのこぎり状以外の波形も自由に変化させた制御電圧を形成することができ、これによって、電子同調マグネトロン３７の変調周波数を任意に変化させることが可能になる。このような構成によれば、パルスに変調をかけることにより低出力で多くの圧縮情報が得られるレーダー等を提供することができ、また占有周波数帯域幅の狭小化等を図ることが可能となる。

図１１には、上記実施例の電子同調マグネトロンのバイアス制御回路の他の実施例が示されており、この実施例は、発振周波数をフィードバックするものであり、電子同調マグネトロン３７の発振周波数を検出する周波数検出回路４３が設けられる。この検出回路４３で検出された周波数に応じた信号は、基準周波数信号発生回路４４の信号と比較回路４５において比較されることになり、この基準信号周波数は、例えば時間により変化させるものでもよいし、常に一定となるものでもよい。そして、同調周波数制御回路４６では、この比較信号に応じてバイアス制御信号を形成しており、この同調周波数制御回路４６から、スイッチ素子部１８，２９に対しバイアス電流を加えることにより、電子同調マグネトロン３７の発振動作が制御され、この例では、フィードバックされた周波数に基づいて安定した発振周波数を出力することができる。

以上説明したように、実施例の電子同調マグネトロンは、スイッチ素子部１８，２９を管球の外部に設けていることから、真空管としての製作上の制限が無く、特別に高価な同軸型マグネトロンや、古い設計の副共振空胴を持つマグネトロンをベースに設計する必要がなく、従来の簡単な構成のマグネトロンを充分利用可能となる。また、上述したように、周波数を外部からの信号で自由に広い範囲で可変して使用できるマイクロ波の発振源を供給できることになり、マグネトロンの周波数ドリフトへの対策、混信防止のための周波数選択が容易になるという利点がある。

本発明の第１実施例に係る電子同調マグネトロンの構成を示す斜視図である。第１実施例の電子同調マグネトロンの構成を示す上面（一部断面）図である。第２実施例の電子同調マグネトロンの構成を示す斜視図である。第３実施例の電子同調マグネトロンの構成を示し、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は上面（一部断面）図である。第４実施例の電子同調マグネトロンの構成を示し、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は窓部分の正面図である。第５実施例の電子同調マグネトロンの構成を示し、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は上面図である。実施例のスイッチ素子部の構成を示す回路図である。実施例の電子同調マグネトロンでのバイアス電流と発振周波数の関係を示すグラフ図である。実施例の電子同調マグネトロンのバイアス制御（駆動）回路の一例を示す回路図である。図９の実施例の各部での動作を示す波形図である。実施例の電子同調マグネトロンのバイアス制御回路の他の例を示す回路図である。従来のマグネトロンの構成を示す図である。

符号の説明

１…カソード、２…アノードシェル、
３…アノード、１１，２１…貫通孔、
１２，２５…窓、１４，２０…ロッド（金属）、
１４Ｔ，２０Ｔ，３０，３４…端子、
１５，２３…絶縁体、１６ａ，１６ｂ，３５…支持体（金属）、
１８，２９…スイッチ素子部、２７…金属パターン、
３７…マグネトロン。

Claims

円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、
上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、
上記アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、
この窓から張り出す電界内に挿入される状態で、上記アノードシェルの外側に配置され、該アノードシェルに対し絶縁体を介して支持された棒状金属と、
この棒状金属に一端が接続され、他端が上記アノードシェルに接続され、ダイオードからなるスイッチ素子と、を含み、
上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする電子同調マグネトロン。
円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、
上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、
上記アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、
上記貫通孔から張り出す電界内に挿入される状態で、上記アノードシェルの外側からその壁内の上記窓と上記貫通孔の間へ挿入配置され、該アノードシェルに対し絶縁体を介して支持された棒状金属と、
この棒状金属のアノードシェル外側へ露出した部分に一端が接続され、他端が上記アノードシェルに接続され、ダイオードからなるスイッチ素子と、を含み、
上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする電子同調マグネトロン。
円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、
上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、
上記アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、
この窓から張り出す電界内に挿入される状態で、該窓を誘電体基板としてその窓面に形成され金属パターンと、
この金属パターンの一端に接続されたスイッチ素子と、を含み、
上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする電子同調マグネトロン。
円筒状アノードシェルの内周側に複数個に分割された共振空胴を形成する複数個のアノードと、
上記アノードシェルの中心部にその円筒軸方向に沿って設けられたカソードと、
上記アノードシェルの共振空胴の壁面に形成された貫通孔を塞ぎかつ該共振空胴の真空が保持される状態で配置された低誘電体損失材料の窓と、
この窓を外側から貫通し、上記共振空胴内に到達する状態に配置された金属線体と、
この金属線体の外側端に一端が接続され、他端が上記アノードシェルに接続され、ダイオードからなるスイッチ素子と、を含み、
上記スイッチ素子にバイアス電流を流すことにより、上記共振空胴の共振周波数を変化させることを特徴とする電子同調マグネトロン。
上記スイッチ素子に電流を流すバイアス制御回路が用いられ、このバイアス制御回路のバイアス電流をマグネトロンのパルス陽極電流と同期させ、かつ陽極電流のパルス内で変化させたバイアス電流を上記スイッチ素子に与えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子同調マグネトロン。
上記スイッチ素子に電流を流すバイアス制御回路と、マグネトロンの発振周波数を検出する検出回路が用いられ、この検出回路で検出された発振周波数を基準周波数と比較して形成されたバイアス電流を上記スイッチ素子に与えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子同調マグネトロン。