JPH0344686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、駆動信号の広範な周波数範囲におい
て、そしてマグネトロンの自走周波数を決定する
パラメータの一時的変化に対して高利得を達成し
ながら、マグネトロン方向性増幅器の出力位相を
駆動信号の位相にロツクする装置に関する。

（背景技術） 第１図に示すような従来のマグネトロン方向性
増幅器においては、マグネトロンの位相ロツク
は、１つのポートが負荷１２に接続され、別のポ
ートが信号源１３が接続される。例えば３ポー
ト・サーキユレータから成る受動方向性デバイス
１１と組合せてマグネトロン１０を動作させるこ
とによつて得られる。信号源として注入される駆
動信号はマグネトロンにとつてマグネトロン・パ
ワー出力の反射成分として作用し、マグネトロン
の動作周波数を注入駆動信号の周波数に引き込む
機能を果す。この構成の欠点は、信号源電力に対
する負荷電力の比（利得）が低くそして増幅器が
単一周波数で使用される（無変調）場合でさえも
実用上の考慮すべき事項により制限される、とい
うことである。その１つの事項は、利得を高くす
ればする程、位相ロツクを保持するためマグネト
ロン・アノード電流レベルをより厳密に制御しな
ければならないということである。更に、この従
来の構造を使用する場合の制約は、デバイスによ
る位相シフトが、自走発振器としてのマグネトロ
ンの動作周波数と信号源の周波数との間の少しの
差に対しても非常に敏感であることである。例え
ば、アノード・ブロツクの温度が変化し、それに
よつて管の固有周波数が変化すると、入力駆動周
波数からの出力位相シフトが顕著に変化する。多
数の外部からの影響に対して位相変化が敏感なた
め、通常出力に設けられる位相コンパレータと、
信号源及び３ポート・サーキユレータ間に接続さ
れる位相シフト装置とによる位相シフト補償を付
加することなしに、位相制御アレイにマグネトロ
ンを使用することは非常に困難である。マグネト
ロンの高利得の欠如により、電子移相器が通常動
作するよりも高い電力レベルで移相デバイスが動
作することが必要になる。

更に、マグネトロン動作に固有の問題は、マグ
ネトロンに加えられる電圧の変動に対する電流
（従つて出力電力）の極端な敏感性であり、その
ため高価な安定化電源を必要とする。この敏感性
により、管による位相シフトは電源の小さな電圧
リツプルにも非常に敏感となる。

（発明の概要） 本発明によれば、前述の問題は解消され、そし
てマグネトロンを位相ロツクする利点及び他の目
的が達成される。本発明は、第１図に示すような
従来の位相ロツク装置の改良で、負荷におるマグ
ネトロンの出力位相を信号源の位相と比較し誤差
信号を発生する付加回路から成り、その誤差信号
が増幅され、マグネトロン管に磁界を供給する磁
石に取り付けられる補助コイルに与えられる。

（実施例の説明） 第２図は、マグネトロンの出力を位相ロツクす
る本発明の好適実施例のブロツク図である。マグ
ネトロン管１０には、磁石１４が設けられ、この
磁石は永久磁石又は電磁石のいずれでもよい。本
発明によれば、磁石１４によつてマグネトロン１
０に与えられる磁界は、磁石１４が磁気巻線１
５′，１５″と共にその一部を成す磁気回路によつ
て増加又は減少され、巻線は増幅器１８からの直
流電流により直列に付勢される。第２図において
は、２つの別個の巻線１５′，１５″が夫々極１
６′，１６″に直列接続されて設けられ、同一方向
に磁速を発生する。しかし、１つの極に配置した
単一コイルでも、磁界を充分変化させ、本発明に
よる所望の位相ロツクを行うことが解つた。

マグネトロン管１０のRF出力は３ポート・サ
ーキユレータ１１への１つの入力としての導波管
１０１から供給される。サーキユレータ１１への
他の入力は、信号源１３によつて与えられ、その
信号源の出力はサーキユレータ１１を介してマグ
ネトロン１０に供給され、マグネトロン１０の出
力周波数を信号源１３の周波数に「引き込む」。

マグネトロンRFパワー出力は３ポート・サー
キユレータを通過し、RFカツプラ１６に入力を
供給する出力ライン１１１に現われる。ライン１
１１からカツプラ１６に入る電力の殆んどは、負
荷１２に与えられる。しかし、非常に少量の（信
号源１３によつて与えられる信号と比較される）
位相比較器（コンパレータ）１７を作動させるに
は充分の信号がライン１６１から比較器１７に与
えられる。位相比較器１７への他の入力は信号源
１３によつてRFマイクロ波ライン１３１から与
えられる。位相比較器１７は、その入力ライン１
３１，１６１から加えられるRF信号即ち信号源
１３の位相と負荷１２へのマグネトロン１０の出
力の位相を比較する。典型的には、位相比較器
は、その入力信号が相互に同相であると零のDC
レベルを供給し、その入力信号の位相関係が＋
90゜及び−90゜のとき夫々最大正及び最大負の信号
を供給する。位相比較器から端子１８１へのDC
信号出力は高利得直流増幅器１８によつて増幅さ
れ、磁石１４上の巻線１５′，１５″に供給され、
増幅器１８によつて与えられる電流Ｉの大きさに
従つてマグネトロン管１０に発生される磁束を変
化させる。増幅器１８は差動増幅器で構成するこ
とができ、その場合端子１８１への正又は負信号
を増幅して正又は負の電流Ｉを供給する。出力電
流Ｉは入力１８１及び１８２に加えられる信号レ
ベルの差の関数である。増幅器１８からの出力電
流Ｉの流れる方向は、管の固有動作周波数が駆動
周波数よりも高いかあるいは低いかによつて決定
される。マグネトロン管の動作点（磁界、電圧及
び電流）は、位相比較器１７がほぼ零出力となる
とき、所望の位相ロツク周波数範囲の中間で信号
源１３と位相ロツクされる個有動作周波数を供給
するように決定される。

ここまで、進み一遅れ回路網１９を使用しない
状態で説明してきた。進み一遅れ回路網１９がな
いときは、非常に簡単な本質的に安定した制御回
路が設けられる。しかし、より速い応答時間及び
信号源と負荷１２への出力との定常的位相シフト
の減少が進み一遅れ回路網１９内に含まれる進み
及び遅れ回路によつて達成される。回路網１９の
付加コストはほとんど無視できる。その理由は、
取り扱われる電力レベルが無視できる制御ループ
内にその回路網が位置しており、進み一遅れ補償
が使用されるときに必要な付加的利得がそこから
容易に得られるからである。周知のサーボ・シス
テム設計に従つて、回路網１９が進み又は遅れ回
路網の一方だけである方が望ましい。

第３図及び第４図は、第２図の位相ロツク装置
に使用されるようなマグネトロン管１０の典型的
動作特性を示す。第３図において、曲線３０は、
磁束密度の値を固定した場合の管を流れる電流を
関数とするマグネトロンの出力周波数を示す。こ
の図から、出力周波数は管を流れる電流によつて
実質上影響を受けることがわかる。第４図は、マ
グネトロン管に加えられる異なる磁界Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３を関数とするマグネトロン電圧／電流特
性曲線を示す。マグネトロンの出力に接続される
負荷による負荷線４０は、管に加えられる磁界の
変化に従つて、マグネトロンの電圧及びマグネト
ロンを流れる電流に実質的変化があることを示
す。第３図及び第４図に示されるマグネトロンの
特性は第２図の位相ロツク装置に利用される。

マグネトロンの出力周波数を信号源に最小の位
相シフトでロツクするために、自走周波数は信号
源の周波数に近づけられるべきである。マグネト
ロン１０の固有周波数は、第３図に示されるよう
に管を流れる電流に敏感であるので、管を流れる
電流の制御は周波数を制御するために利用するこ
とができる。更に、第４図の特性曲線から、負荷
線及びマグネトロンに加えられる電圧Ｖを一定レ
ベルに維持しながら、マグネトロンの磁束を変化
させることによつて、管を流れる電流を実質上変
化させ、そしてマグネトロン管１０の周波数を実
質上変化させることができることがわかる。これ
らの特性は第２図の回路に利用され、管を通る磁
束がチヤージされて、３ポート・サーキユレータ
１１を介して結合することにより位相ロツクされ
た状態に引き込む前に、マグネトロン１０の固有
周波数が信号源の周波数に近づけられる。

第５図は、第２図の本発明による装置の位相ロ
ツク能力と、第１図に示す従来回路の位相ロツク
能力との比較を示す。第５図の周波数差は、信号
源１３の周波数と補助コイル１５′，１５″を流れ
る電流Ｉの値が零のときのマグネトロン管の自走
周波数との差である。第５図は、また、信号源１
３の位相に対する負荷１２における出力信号の位
相シフトを示す。

曲線５１は、３２dbの高利得レベル、駆動電
力が0.2ワツトで第１図の従来回路に使用される
とき、マグネトロンで得られる位相シフト及び周
波数差ロツク範囲５２を示す。典型的には、３２
dbの利得レベルに対し、従来のロツク範囲５２
はマグネトロンの自走周波数、即ち固有周波数
（2.450GHz）から１あるいは2MHzしか伸びてい
ない。信号源１３の周波数と負荷１２の周波数と
の位相差はロツク範囲５２にわたつて−80゜ら＋
80゜にまで変化している。第１図の従来の位相ロ
ツク技術の欠点は、第５図の曲線５１によつて明
らかである。限定されたロツクされる周波数範囲
及びこのロツク範囲における大きな位相シフトの
ため、入力パワー・レベルを低くおさえて電子移
相器を使用可能にすることが望ましい位相制御ア
レイ・アンテナ等へのマグネトロンの多くの応用
に第１図の回路を利用することができない。

第５図を再び参照すると、曲線５３は、第１図
の場合と同じ駆動レベル及び利得での第２図に示
す本発明の回路を使用して得られるデータを示し
ている。この曲線から、ロツク範囲５４は前述と
同じ固有周波数に対し約15MHzにまで増加し、こ
のロツク周波数範囲の位相シフトはたつた15゜で
あることがわかる。従来回路に対する本発明の回
路の改善された性能は、ロツク周波数範囲及び位
相シフトを最小にする点で明らかに10倍はある。
その結果、位相ロツク及び高利得能力により、位
相ロツク・マグネトロンの位相制御アンテナの応
用が可能となる。

第６図を参照すると、負荷１２への出力信号と
信号源１３からの信号との間の一定周波数に対す
る位相シフトが、マグネトロンDC電源２０によ
つてマグネトロン・アノードに加えられる電圧Ｖ
（KV）の関数として示される。この図から、マ
グネトロン１０に加えられる電圧Ｖの±8.6％の
変化はたつた16゜の位相シフトしか生じないこと
がわかる。このように、電源のリツプルの影響を
減少させ、電圧の安定化に対する第２図の装置の
有効性が第６図の曲線６１によつて充分に示され
ている。従つて、マグネトロンに対する電源の設
計が第２図に示される本発明の利用によつて経済
的になる。

本発明は好適実施例に従つて説明したが、本発
明の範囲内で他の実施例が可能であることは当業
者には明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位相ロツク回路のブロツク図で
ある。第２図は本発明の好適実施例のブロツク図
である。第３図及び第４図はマグネトロンの動作
特性を示すグラフである。第５図は従来の回路と
本発明の回路の位相ロツク特性を示す。第６図は
マグネトロンに加えられる電圧の関数として位相
ロツク・マグネトロンに生じる位相シフトを示
す。 （符号説明）、１４：磁石、１５′，１５″：巻
線、１６：カツプラ、１８：増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁石及び該磁石に設けられた巻線を含み磁界
   を発生する手段を有するマグネトロンと、 入力信号源と、 入力信号を前記マグネトロンに供給する手段
   と、前記マグネトロンの出力信号と前記入力信号
   の位相を比較し誤差信号を発生する比較手段であ
   つて、前記誤差信号が前記磁石に設けられた巻線
   に供給され、誤差信号に応答して磁界の強さを変
   化させマグネトロンの周波数を前記信号源にロツ
   クする比較手段と、 から構成されるマグネトロン位相ロツク装置。 ２ 前記比較手段が、 負荷と、 該負荷と前記マグネトロンとの間に接続されマ
   グネトロン出力信号を供給するカツプラと、 カツプラと前記入力信号源に接続される入力を
   有し前記誤差信号を出力に供給する位相比較器
   と、 から成る特許請求の範囲第１項記載のマグネト
   ロン位相ロツク装置。 ３ 前記磁界発生手段が、前記位相比較器の出力
   に接続された入力を有する増幅手段を含み、 前記磁石が永久磁石であり、この永久磁石に設
   けられた巻線が前記増幅手段の出力に接続され
   る、 特許請求の範囲第２項記載のマグネトロン位相
   ロツク装置。 ４ 前記入力信号を前記マグネトロンに供給する
   手段が、３つのポートを有するマイクロ波サーキ
   ユレータから成り、前記入力信号源が１つのポー
   トに接続され、前記マグネトロンの出力が第２の
   ポートに接続され、 前記カツプラが１つの入力ポートと２つの出力
   ポートを有し、その入力ポートが前記サーキユレ
   ータの第３ポートに接続され、前記負荷が前記カ
   ツプラの１つの出力ポートに接続され、 前記位相比較器が前記入力信号源に接続される
   １つの入力と前記カツプラの第２出力ポートに接
   続されるもう１つの入力を有する、 特許請求の範囲第３項記載のマグネトロン位相
   ロツク装置。 ５ 前記増幅手段が、増幅器と、前記巻線と前記
   増幅器の出力との間に直列に接続される進み及
   び／又は遅れ回路網と、を含む特許請求の範囲第
   ３項記載のマグネトロン位相ロツク装置。