KR20150053786A

KR20150053786A - 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템

Info

Publication number: KR20150053786A
Application number: KR1020157008660A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 홈마; 쥰 니시하라; 다쿠로 사사키
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-05-18
Also published as: US20150280495A1; EP2906021A1; EP2906021B1; WO2014054276A1; US9762088B2; JPWO2014054276A1; JP5888427B2; CN104704913A; EP2906021A4; CN104704913B

Abstract

고출력의 마이크로파 등 전자파의 조사가 필요하게 되는 전자파 가열 시스템이나 전자파 전력 전송 시스템 등에 있어서, 재료나 피조사부에 안정하게, 연속파의 고출력의 마이크로파를 조사하는 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템을 얻기 위해서, 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동된 전자파, 또는 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동되어 증폭한 전자파를 피조사체에 조사하는 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에 관한 것이다.

Description

전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템{ELECTROMAGNETIC TRANSMISSION DEVICE, POWER AMPLIFICATION DEVICE, AND ELECTROMAGNETIC TRANSMISSION SYSTEM}

본 발명은 마이크로파 등의 전자파를 송신하여, 소정의 장소에 집중시켜 전자파를 조사하고, 가열이나 화학 변화, 전력 전송을 행하는 시스템에 이용되는 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에 관한 것이다.

전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템은 마이크로파 가열로(마이크로파 반응로, 마이크로파 제련로, 마이크로파 정련로, 마이크로파 용해로, 마이크로파 용광로, 마이크로파 소결로 등을 포함함)나 마이크로파 전력 전송 시스템에 이용되는 것이다. 예를 들면, 마이크로파 가열이나 우주 태양광 발전 시스템의 실험 장치 등의 마이크로파 전력 전송 시스템에서는, 전자파 송신 장치는 대전력의 마이크로파의 출력이 요구된다. 이 때문에, 이러한 시스템의 마이크로파 송신 장치로는 예로부터 고출력이 특징인 마그네트론이나 클라이스트론 등의 전자관 증폭기가 사용되어 왔다.

한편, 최근, 반도체 증폭기는, 레이더 혹은 통신 기기 등의 분야에서 기술이 진보하고 있어, 예를 들면 C대에서는, 수십W~200W 정도를 출력하는 고출력 마이크로파 반도체 증폭기의 개발이 진행되고 있다. 이들 증폭기를 액티브 페이즈드 어레이 안테나(Active Phased Array Antenna: APAA) 등의 마이크로파 송신 장치에 탑재하여, 대규모화·고출력화 가능한 시스템을 실현하고 있다.

특허문헌 1: WO2010/087464 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2001-308649호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 평2-104103호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2010-272913호 공보

비특허문헌 1: 사토 모토야스 외, 제 5 회 일본 전자파 에너지 응용 학회 심포지엄, 공연 요지집 2B07(2011) PP.98-99.

특허문헌 1에 기재된 마이크로파 가열 제련로(마이크로파 가열로)는 노에 복수의 마이크로파 조사창을 마련하고, 외부에 설치한 마이크로파의 파면 및 위상을 제어함으로써 빔의 방향을 전기적으로 가변할 수 있는 마이크로파 조사 장치로부터 마이크로파를 조사하는 것이다. 특허문헌 1의 기재에는, 조사한 마이크로파에 의해서, 마이크로파 조사실 내에 투입한 철광석 등의 재료를 높은 전력속 밀도(power flux density)의 마이크로파로 녹여 제철 등을 행할 수 있는 것이 나타나 있다. 한편, 이 특허문헌 1에서는, 마이크로파 조사실에서, 높은 전력속 밀도를 얻기 위한 구체적인 마이크로파 조사 장치의 구성이나 레이아웃 등이 기재되어 있지 않아, 마이크로파 조사실 내에서 높은 전력속 밀도를 얻는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있었다. 또한, 마이크로파 가열이나 우주 태양광 발전 시스템의 실험 장치 등의 마이크로파 전력 전송 시스템의 대규모화를 위해, 마이크로파의 출력·조사 전력을 크게 하는 방법, 예를 들면, 하나의 시스템에 복수의 마이크로파 송신 장치를 더 마련하는 등의 구체적인 대규모·고출력의 방법도 제시되어 있지 않아, 시스템의 규모의 확장이 곤란하다고 하는 과제도 있었다.

비특허문헌 1에서는, 페이즈드 어레이 안테나를 노의 외주에 나열하고, 복수의 반사경을 경유하여, 재료가 배치되어 있는 마이크로파 조사실에 마이크로파를 조사하는 시스템이 제안되어 있다. 이들 시스템에서는, 페이즈드 어레이 안테나의 각 소자에 대해 수백W의 연속파의 고출력 마이크로파 조사 장치가 필요하게 된다. 그러나, 비특허문헌 1에는 구체적인 연속파의 고출력 마이크로파 조사 장치의 실현 방법은 개시되어 있지 않다. 따라서, 비특허문헌 1의 기재 사항에는, 예를 들면 GaN(질화갈륨) 소자를 이용한 반도체 증폭기에 있어 과제가 있었다. 즉, 백W 정도 이상의 고출력을 연속파로서 출력하는 경우, 반도체 증폭기는 충분한 열배출이 실현되지 않아, 온도 상승에 의한 이득 저하 혹은 소실 등에 의해, 안정하게 전력을 조사하는 것이 어렵게 된다고 하는 과제가 있었다.

특허문헌 2에서는, 시분할 다원 접속 방식(Time Divison Multiple Access: TDMA)에 의한 통신에 사용하는 전력 증폭기가 개시되어 있다. 이 전력 증폭기에 있어서, 송신 기간 중의 출력단 증폭부의 출력단 트랜지스터의 Tj의 상승을 억제하기 위해, 복수의 출력단 증폭부를 듀티비가 출력단 증폭부의 역수인 펄스폭마다 순차적으로 동작시키고, 소정의 송신 기간에 동작시키는 고주파 전력 증폭기가 기재되어 있다. 그러나, 연속파를 출력시키는 고주파 전력 증폭기에 관한 기재는 없다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 과제를 해결하는 것이다. 즉, 재료나 수전(受電) 장치 등의 피조사부에 안정하게 연속파의 고출력의 마이크로파를 조사하기 위한 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템을 얻는 것이다. 이 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템은 고출력의 마이크로파 등 전자파의 조사가 필요한 전자파 가열 시스템이나 전자파 전력 전송 시스템 등에 적합하다.

본 발명에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 전력 전송 시스템은, 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동된 전자파, 또는 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동되어 증폭한 전자파를 피조사체에 조사하는 것이다. 펄스 구동은 각각 상이한 송신 타이밍에서 행해지고, 인접하는 상기 상이한 송신 타이밍 동안의 시간은 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간으로 한 것이다.

본 발명은 연속파 상당의 고출력의 마이크로파를 안정하고 효율 좋게 소망하는 장소에 조사할 수 있다고 하는 효과를 얻는다. 또한, 본 발명은 대규모화·고출력화가 가능한, 확장성이 높은 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템을 얻을 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템이 적용 가능한 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)의 구성 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템의 마이크로파 송신부(전자파 송신부)의 동작 이미지도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템의 마이크로파 송신부(전자파 송신부)의 출력 전력 이미지도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템의 마이크로파 송신부(전자파 송신부)의 시스템 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치의 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 전력 증폭 장치의 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전력 증폭 장치의 블럭도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 전력 증폭 장치의 블럭도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 6에 따른 전력 증폭 장치의 블럭도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 6에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다.

(실시 형태 1)

도 1은 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템이 적용 가능한 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)의 구성 설명도이다. 도 1에 있어서, 전자파 송신부(1)(마이크로파 송신부(1))는 송신 마이크로파(11)를 송신하는 APAA 등으로 구성된다. 반사판(2)은 송신 마이크로파(11)를 반사하는 것이다. 가열로(3)는 초점부(4)나 재료(12)(피조사체(12))를 포함하고, 철 등을 생성하는 것이다. 초점부(4)는 마이크로파 송신부(1)가 송신한 송신 마이크로파(11)가 모이는 초점에 상당하는 부위이다. 창(5)은 가열로(3)의 상부에 설치되어 송신 마이크로파(11)를 투과하는 것이다. 재료(12)는 초점부(4)에 유지되어 송신 마이크로파(11)로 가열되는 대상이다. 초점부(4)는 재료(12)를 초점 부근에 유지해 두기 위한 테이블이나 도가니로 구성된다. 또, 테이블이나 도가니는 피조사체인 재료(12)를 유지하는 피조사체 유지부나 피조사체인 재료(12)를 탑재하는 피조사체 탑재부라고 불려도 좋다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도 1에 있어서, 가열로(3)는, 송신 마이크로파(11)가 입사해 오는 상부에는, 재료(12)나 배기 가스, 열이나 송신 마이크로파(11) 등이 외부로 누출되지 않도록 창(5)이 마련되어 있다. 도 1에서는, 가열로(3)의 내부에 배치된 초점부(4), 창(5)(일부), 재료(12), 테이블(피조사체 유지부)의 구조를 나타내기 위해, 가열로(3)의 내부를 점선으로 나타내고 있다. 또, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 시스템은, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치의 전자파 송신부(1)(마이크로파 송신부(1))에 부가하여, 전자파 송신부(1)로부터의 전자파가 조사되는 피조사체를 유지하는 피조사체 유지부를 구비한 것으로 하고 있다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템에서의 기본 동작을 설명한다. 마이크로파 송신부(1)로부터 조사된 송신 마이크로파(11)는 반사경(2)에서 반사되어 가열로(3)의 상부의 창(5)을 통과하고, 초점부(4) 부근에 유지되어 있는 재료(12)에 조사된다. 이 때, APAA에 의한 빔 방향 제어·빔 형성 및 반사판의 광학계에 의해, 각 마이크로파 송신부(1)로부터 조사되는 송신 마이크로파(11)의 전력속 밀도는 초점부(4) 부근에서 강해지도록 제어되어 조사된다. 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)를 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)에 적용하는 경우, 초점부(4)에는 피조사체 유지부에 지지된 재료(12)(피조사체(12))가 마련된다. 한편, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)를 마이크로파 전력 전송 시스템에 적용하는 경우, 초점부(4)에는 피조사체 유지부에 지지된 수전 장치(12)(피조사체(12))가 마련된다. 수전 장치(12)는 전자파를 수신하여 전력으로 변환하는 것이다.

여기서, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)를 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)에 적용하는 경우에 대해, 도 1에 나타내는 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)를 이용하여 보충 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)의 가열로(3)의 초점부(4)에 상당하는 위치에 피조사체인 재료(12)를 수납한다. 마이크로파 송신부(1)(전자파 송신 장치)로부터 조사된 전자파에 의해 가열·정련을 행하기 위해, 가열로(3)에는 전자파를 통과시키고, 가열·정련에 의해 발생하는 발생물을 가두는 창(5)이 마련되어 있다. 초점부(4)는 창(5)의 내측인 가열로(3)의 내부에 배치되어 있다.

또한, 도 1에 나타내는 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)에서는, 마이크로파 송신부(1)가 가열로(3)를 둘러싸서 링 모양으로 배치되어 있다. 또, 마이크로파 송신부(1)와 가열로(3)(창(5)) 사이의 전자파의 조사 경로에 전자파를 반사·집광하는 반사경(2)을 가지고 있다. 마이크로파 송신부(1)의 배치나 마이크로파 송신부(1)로부터 가열로(3)(창(5))까지의 전자파의 경로는 도 1에 도시한 것에 한정되는 것은 아니다. 도 1에서는, 마이크로파 송신부(1)는 #1, #2, #3의 조합이고, 복수의 것이 가열로(3)를 둘러싸서 링 모양으로 배치되어 있는 것을 모식적으로 나타내고 있다. 또, 가열로(3)의 외관이나 내부를 나타내기 위해서, 링 모양으로 배치된 마이크로파 송신부(1)의 일부의 도시를 생략하고 있다.

다음으로, 도 2 및 도 3을 이용하여, 실시 형태 1에 있어서의 펄스 출력의 마이크로파 송신부(1)를 이용한 경우의 동작을 설명한다. 마이크로파 송신부(1a, 1b, 1c, …)는 APAA 등의 마이크로파 송신부(1)에 상당하는 것이다. 또, 마이크로파 송신부(1a), 마이크로파 송신부(1b), 마이크로파 송신부(1c)는, 도 1에서는 #1, #2, #3으로 나타낸 마이크로파 송신부(1)에 상당하는 것이다. 마이크로파 송신부(1a, 1b, 1c, …)는 상이한 송신 타이밍에서 펄스의 송신 마이크로파(11a, 11b, 11c)를 초점부에 설치된 재료(12)를 향해 송신한다. 우선은, 설명의 간소화를 위해, 마이크로파 송전부(1)가 (1a, 1b, 1c)의 3대, 송신 마이크로파(11)의 송신 듀티가 33.3%인 경우로 하고, 각각의 마이크로파 송신부(1)로부터 송신 마이크로파(11)가 송신되는 송신 타이밍을 제어하여, 도 3과 같은 마이크로파를 송신하는 경우를 생각한다. 또, 송신 듀티란, 펄스 구동의 송신 마이크로파에서, 1세트의 송신 시간과 비송신 시간을 1 주기 시간으로 하고, 이 1 주기 시간에서의 송신 시간의 비율을 말한다. 예를 들면, 후술하는 도 3(a)의 1 주기에서의 ON의 시간의 비율이다. 또한, 송신 타이밍이란, 송신 시간과 비송신 시간으로 이루어지는 펄스 구동의 송신 마이크로파에서, 비송신 시간으로부터 송신 시간으로 전환될 때(타이밍)를 말한다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3의 그래프에 있어서, 도 3(a), (b), (c)의 세로축은 마이크로파 송신부(1)의 ON/OFF를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 즉, 도 3(a), (b), (c)는 마이크로파 송신부(1)의 송신 타이밍을 가리키고 있다. 위에서부터 순서대로, 도 3(a)가 마이크로파 송신부(1a)의 출력을 나타내는 마이크로파 송신부(1a)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 3(b)가 마이크로파 송신부(1b)의 출력을 나타내는 마이크로파 송신부(1b)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 3(c)가 마이크로파 송신부(1c)의 출력을 나타내는 마이크로파 송신부(1c)의 송신 마이크로 파형의 이미지도이다. 맨 밑에 나타내는 도 3(p)가 재료(12) 부근에서의 송신 마이크로파의 합성파의 전력속 밀도를 나타내는 이미지도이다. 또, 도 3(p)의 세로축은 송신 마이크로파의 합성파의 전력속 밀을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다.

도 3(a), (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 각각의 마이크로파 송신부(1)(마이크로파 송신부(1a), 마이크로파 송신부(1b), 마이크로파 송신부(1c))로부터의 펄스파의 출력의 송신 타이밍을 1/3주기씩 어긋나게 하고(순차적으로 지연시키고), 전자파를 재료(12)(피조사체(12))에 반복 송신한다. 이것을 환언하면, 복수의 마이크로파 송신부(1)는 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 것을 말한다. 그리고, 인접하는 마이크로파 송신부(1)끼리의 상이한 송신 타이밍 동안의 시간은 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간을 말한다. 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)에서는, 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템) 내에 제어 회로(30)를 형성하고, 제어 회로(30)에 의해서 복수의 전자파 송신부(1)(각 전자파 송신부(1))의 펄스 구동을 행하여도 좋다. 즉, 제어 회로(30)는 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 마이크로파 송신부(1)(각 마이크로파 송신부(1))의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키는 것이다. 제어 회로(30)의 자세한 것은 후술한다.

소정의 송신 듀티의 정의는 1/(각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 마이크로파 송신부(1)의 수)이다. 따라서, 도 1~도 3에 나타내는 마이크로파 송신부(1)에 있어서, 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상은 마이크로파 송신부(1a), 마이크로파 송신부(1b), 마이크로파 송신부(1c)의 3개이므로, 소정의 송신 듀티는 1/3로 된다. 이와 같이, 각 마이크로파 송신부(1)가 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동된 전자파를 피조사체(12)(재료(12))에 조사함으로써, 재료(12) 부근의 전력속 밀도는 도 3의 최하부, 즉, 도 3(p)의 그래프와 같이, 연속파의 마이크로파를 조사시킨 것과 동일한 전력속 밀도가 얻어진다.

마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)에 있어서, 재료(12)(초점부(4))에서의 전력속 밀도를 높게 하는 경우는, 마이크로파 송신부(1)의 수를 3대마다 늘리고, 마찬가지로 1/3 주기마다 어긋나게 하여 전자파를 조사함으로써, 연속파 상당의 높은 전력속 밀도를 얻을 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 마이크로파 가열로(전자파 송신 시스템)의 마이크로파 송신부(1)에 있어서, 가열로(3)의 원주 방향으로, 도 1의 #1, #2, #3, 그 다음은 또 #1, #2, …의 송신 타이밍에서 송신하면 좋다. 이 송신 타이밍은 도 3(a), (b), (c)의 세로축에 나타내는 ON 상태인 시간이다.

또, 각 마이크로파 송신부(1)와 재료(12)까지의 광로 길이가 다른 경우, 혹은 시스템 내에 통과 위상차가 있는 경우는, 재료부(초점부(4))에서 위상이 맞도록, 예를 들면 특허문헌 3에 기재된 소자 전계 벡터법을 이용하여, 각 송신 마이크로파(11)의 위상 오차나 통과 위상 오차를 측정·검출하여 보정함으로써, 재료(12) 부근에서 코히런트의 연속파의 마이크로파 조사와 동일한 전력속 밀도를 얻을 수 있다. 또한, 각 마이크로파 송신부(1)로부터 출력되는 송신 마이크로파(11)의 위상이나 진폭을 조정하여, 자유롭게 송전 마이크로파 빔의 형상을 형성할 수도 있다.

도 4는 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템에서의 APAA를 이용한 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)의 마이크로파 송신부 주변의 시스템 블럭도이다. 도 4에 있어서, 마이크로파 송신부(1)(전자파 송신부(1))의 내부는 초단(初段) 고출력 증폭기 모듈(21)(초단 HPA(High Power Amplifier) 모듈(21))이 마련되어 있다. 분배 회로(22)는 초단 HPA 모듈(21)로부터의 마이크로파나 최종단 HPA 모듈 제어 신호(33)를 분배하는 것이다. 최종단 고출력 증폭기 모듈(23)(최종단 HPA(High Power Amplifier) 모듈(23), 전력 증폭 장치(23))은 마이크로파 송신부(1) 내에 복수 마련되고, 각각이 분배 회로(22)와 접속되어 있다. 안테나(24)는 마이크로파를 송신하는 것이며, 각각 최종단 HPA 모듈(23)과 접속되어 있다. 이상기(25) 및 HPA(26)(전력 증폭부(26))는 초단 HPA 모듈(21)이나 최종단 HPA 모듈(23)에 내장되어 있다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도 4에 있어서, 제어 회로(30)는 CPU나 FPGA 등으로 구성되어 있다. 신호 발생기(34)는 피조사체(12)에 조사(송신)하는 전자파의 기본으로 되는 원진 신호(source oscillation signal)(27)를 생성하고, 초단 HPA 모듈(21)에 원진 신호(27)를 공급한다. 안테나 제어 유닛(35)은 각 마이크로파 송신부(1)의 제어를 통합적으로 행하는 것이며, 각 마이크로파 송신부(1)의 제어 회로(30)에 마이크로파 송신부 제어 신호(31)를 보내는 것이다. 제어 회로(30)는 마이크로파 송신부 제어 신호(31)에 근거하여, 초단 HPA 모듈(21)에 초단 HPA 모듈 제어 신호(32)를 보낸다. 마찬가지로, 제어 회로(30)는, 마이크로파 송신부 제어 신호(31)에 근거하여, 최종단 HPA 모듈(23)에 최종단 HPA 모듈 제어 신호(33)를, 분배 회로(22)를 경유하여 보낸다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치 및 전자파 송신 시스템 중, 도 4에 나타내는 것은, 각각의 마이크로파 송신부(1)(각 마이크로파 송신부(1))에 형성된 제어 회로(30)(각 제어 회로(30))가 안테나 제어 유닛(35)으로부터의 마이크로파 송신부 제어 신호(31)를 각각 받는다. 마이크로파 송신부 제어 신호(31)를 받은 각 제어 회로(30)는 마이크로파 송신부 제어 신호(31)에 의해서, 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각 마이크로파 송신부(1)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키기 위한 동작을 행한다.

즉, 제어 회로(30)는 초단 HPA 모듈 제어 신호(32) 및 최종단 HPA 모듈 제어 신호(33)를 보내어, 최종단 HPA 모듈 제어 신호(33)를 초단 HPA 모듈(21) 및 최종단 HPA 모듈(23)을 제어한다. 이 제어를 각 제어 회로(30)가 행함으로써, 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각 마이크로파 송신부(1)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시킬 수 있다. 따라서, 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)에서의 제어 회로는, 각 제어 회로(30)를 지칭한다고 말할 수 있을 뿐만 아니라, 각 제어 회로(30)에 부가하여, 안테나 제어 유닛(35)을 포함한 것을 제어 회로라고 하여도 좋다. 물론, 안테나 제어 유닛(35)을 제어 회로라고 하여도 좋다.

이상과 같이, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)는, 예를 들면 도 1에 나타내는 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)의 초점부(4)에서 높은 송신 마이크로파(11)의 전력속 밀도가 필요한 경우이어도 적용 가능하다. 즉, 복수의 펄스 출력의 마이크로파 송신부(1)를, 펄스를 송신하는 송신 타이밍을 어긋나게 전환하여 송신 마이크로파(11)를 송신함으로써, 초점부(4) 부근에 연속파의 송신 마이크로파(11)를 효율 좋게 조사할 수 있어 전력속 밀도를 높게 하도록 제어가 가능하게 된다. 도 1에 나타내는 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)의 경우를 상세히 설명하면, APAA에 의한 빔 방향 제어·빔 형성, 및 반사판(2)에 의해, 초점부(4) 부근에 연속파의 송신 마이크로파(11)를 효율 좋게 조사할 수 있다고 할 수 있다.

지금까지는, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)에 있어서의, 복수의 마이크로파 송신부(1)를 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동하는 것을 설명하였다. 복수의 마이크로파 송신부(1)가 복수 세트 있는 경우를 설명한다. 또, 도 1에 나타내는 3개의 마이크로파 송신부(1)로 이루어진 세트가 복수 존재하고 있었는데, 모든 마이크로파 송신부(1)가 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 것이었다. 즉, 여기서 설명하는 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)는 복수의 마이크로파 송신부(1)의 세트가 복수 존재하고, 또한 동일한 세트의 복수의 마이크로파 송신부(1)만이, 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 것이다. 또, 다른 세트의 마이크로파 송신부(1)끼리의 송신 타이밍을 동일하게 하고, 2개의 마이크로파 송신부(1)로부터의 전자파(송신 마이크로파(11))를 피조사체(12)에 조사(송신)함으로써, 초점부(4) 부근의 전력속 밀도를 더 줄 수 있다.

상세하게는, 복수의 전자파 송신 유닛마다 각각, 복수의 마이크로파 송신부(1),를 가지는 구성을 채용하는 것에 있다. 이 구성에 있어서, 제어 장치(30)(안테나 제어 유닛(35))는 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 전자파 송신 유닛마다, 전자파 송신 유닛 내의 각각의 마이크로파 송신부(1)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시킴과 아울러, 전자파 송신 유닛이 가지는 복수의 마이크로파 송신부 중 어느 하나가 다른 전자파 송신 유닛이 가지는 복수의 마이크로파 송신부 중 어느 하나와 동일한 송신 타이밍에서 동작시키는 것이다. 여기서도, 소정의 송신 듀티의 정의는 1/(각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 마이크로파 송신부(1)의 수)이다.

마이크로파 송신부(1)의 배열이 도 1에 나타내는 것인 경우를 설명한다. 또, 여기서의 「#」의 표기란 도 1에 명기되어 있는 부분에만 언급하여 예시하고 있으며, 「#」의 표기가 생략된 마이크로파 송신부(1)를 대상으로 설명은 하고 있지 않다. 도 1에 나타내는 배치의 경우는, 복수의 전자파 송신 유닛마다 각각 3개의 마이크로파 송신부(1)(마이크로파 송신부(1a), 마이크로파 송신부(1b), 마이크로파 송신부(1c))를 가지고 있다고 할 수 있다. 전자파 송신 유닛이 가지는 3개의 마이크로파 송신부(1)(예를 들면, 도 1의 왼쪽에서부터의 순서대로 #1 마이크로파 송신부(1), #2 마이크로파 송신부(1), #3 마이크로파 송신부(1)) 중 어느 하나가, 다른 전자파 송신 유닛이 가지는 3개의 마이크로파 송신부(1)(예를 들면, 도 1의 오른쪽에서부터의 순서대로 #3 마이크로파 송신부(1), #2 마이크로파 송신부(1), #1 마이크로파 송신부(1)) 중 어느 하나와 동일한 송신 타이밍에서 동작한다고 말할 수 있다.

이 경우에서도, 마이크로파 송신부(1)에 있어서, 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상은 도 1의 왼쪽에서부터의 순서대로 #1 마이크로파 송신부(1), #2 마이크로파 송신부(1), #3 마이크로파 송신부(1)의 세트와, 도 1의 오른쪽에서부터의 순서대로 #3 마이크로파 송신부(1), #2 마이크로파 송신부(1), #1 마이크로파 송신부(1)의 세트는 각각 3씩이므로, 각각의 소정의 송신 듀티는 1/3로 된다.

이러한 동일한 세트의 마이크로파 송신부(1)끼리의 송신 타이밍을 달리 하고(상이하게 하고), 다른 세트의 마이크로파 송신부(1)끼리의 송신 타이밍을 동일하게 하고, 2개의 마이크로파 송신부(1)로부터의 전자파(송신 마이크로파(11))를 피조사체(12)에 조사(송신)하는 경우에도 제어 장치(30)의 기본 동작은 다음과 같다. 즉, 제어 장치(30)(안테나 제어 유닛(35))는 각각의 전자파 송신 유닛으로부터의 전자파의 위상이 피조사체(12)에서 같아지도록, 각각의 전자파 송신 유닛 내의 각각의 마이크로파 송신부(1)의 위상을 제어한다. 제어 장치(30)(안테나 제어 유닛(35))는 각각의 전자파 송신 유닛으로부터의 전자파가 피조사체(12)에 수속되도록 각각의 전자파 송신 유닛 내의 각각의 마이크로파 송신부(1)로부터의 전자파의 지향성을 제어한다.

또한, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)는 펄스의 길이나 송신 듀티에 따라, 마이크로파 송신부(1)의 송신이나 전환의 타이밍을 안테나 제어 유닛(35)이나 제어 회로(30)에서 소프트웨어나 FPGA로 제어하면 좋다. 그 때문에, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)는 통상의 마이크로파 송전 시스템이나 APAA의 하드웨어에 특수한 하드웨어를 추가하는 일없이, 초점부(4) 부근에 연속파의 송신 마이크로파(11)를 효율 좋게 조사할 수 있어, 전력속 밀도를 높게 하도록 제어가 가능하게 할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 일반적인 APAA에서는, 마이크로파의 송신의 전환을 위한 각 초단 HPA 모듈(21) 및 최종단 HPA 모듈(23)로의 ON/OFF의 제어 신호는 High/Low 등의 제어 신호를 각 모듈에 입력함으로써, 즉시(μ초 이하) 제어할 수 있다. 이 때문에, 실시 형태 1에 따른 전자파 송신 장치(전자파 송신 시스템)는 마이크로파 송신부(1)의 펄스파의 송신 타이밍이나, 각 마이크로파 송신부(1)를 타이밍 좋게 전환하는 것이 가능하다.

또, 시스템에 따라서는, 초단에서의 증폭이 불필요하게 되는 경우나, 초단 HPA 모듈(21)의 이상기(25)에서 보정·조정 등을 행하는 위상 보정 등을 최종단 HPA 모듈(23)의 이상기(25)에서 실시하는 등이 가능하고, 그러한 경우는 초단 HPA 모듈(21) 혹은 초단 HPA 모듈(21) 내의 HPA(26)나 이상기(25)를 생략할 수 있다.

또, 제어 회로(30)에서 실시하는 처리를 안테나 제어 유닛(35) 등에서 실시함으로써, 제어 회로(30)를 생략할 수도 있다. 반대로, 특허문헌 4에 있는 발신기를 구비한 RFIC 등을 마이크로파 송신부(1) 혹은 초단 HPA 모듈(21)에 내장하고, 안테나 제어 유닛(35)을 거쳐서 동기를 취함으로써 신호 발생기(34)를 생략할 수도 있다.

또한, 각 마이크로파 송신부(1)의 전환과 동기하여 신호 발생기(34)로부터 창출되는 원진 신호(27)의 통과 경로를 전환함으로써, 신호 발생기(34)에서 생성하는 원진 신호의 전력을 저감할 수 있다.

또, 실시 형태 1의 예시에서는, 상이한 송신 타이밍의 마이크로파 송신부(1)는 3대로 했지만, 2대라도, 4대 이상이라도 좋다. 그 경우, 송신 타이밍은 1/(마이크로파 송신부(1)의 대수)의 주기만 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복해서 송신하면 좋다. 즉, 소정의 송신 듀티가 1/(마이크로파 송신부(1)의 대수)로 된다. 또한, 동일한 세트의 마이크로파 송신부(1)끼리의 송신 타이밍을 달리 하고(상이하게 하고), 다른 세트의 마이크로파 송신부(1)끼리의 송신 타이밍을 동일하게 하고, 2개의 마이크로파 송신부(1)로부터의 전자파(송신 마이크로파(11))를 피조사체(12)에 조사(송신)하는 경우를 포함한다. 이렇게 해석하면, 전술한 바와 같이, 송신 타이밍은, 1/(각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 마이크로파 송신부(1)의 수)의 주기만 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복해서 송신하면 좋다고 할 수 있다. 즉, 소정의 송신 듀티가 1/(각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 마이크로파 송신부(1)의 수)이라고 할 수 있다.

(실시 형태 2)

우선, 실시 형태 2와 실시 형태 1의 상위점을 설명한다. 실시 형태 1에서는, 도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수의 최종단 HPA 모듈(23)이 복수 집합한 마이크로파 송신부(1)의 단위로, 빔의 조사의 타이밍을 조정하여 재료(12) 부근에서 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 생성하고 있다. 한편, 실시 형태 2에서는, 최종단 HPA 모듈(23) 내에 복수의 HPA(26)를 가지고 있고, 최종단 HPA 모듈(23) 내에서 전환하여 출력하는 것에 의해, 최종단 HPA 모듈(23)의 출력부에서, 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 얻는 것이다. 최종단 HPA 모듈(23)이 실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치(전력 증폭 장치(23))에 상당한다.

그 때문에, 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 장치의 전자파 송신부(1)에 있어서의 전자파를 증폭하는 전력 증폭 장치를 실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치로 하고 있다. 또한, 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 장치의 전자파 송신부(1)(마이크로파 송신부(1))에 부가하여, 전자파 송신부(1)로부터의 전자파가 조사되는 피조사체를 유지하는 피조사체 유지부를 구비한 전자파 송신 시스템을 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 시스템으로 하고 있다.

도 5는 실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치의 최종단 HPA 모듈(23)의 구성 블럭도이다. 도 5에 있어서, 전치 증폭기(36)는 마이크로파를 임의의 정도까지 증폭하는 것이다. 분배 회로(22)(분배기(22))는 전치 증폭기(36)에 의해서 증폭된 마이크로파를 분배하는 것이다. HPA(26)는 분배 회로(22)에 의해서 분배된 마이크로파를 고출력으로 증폭하는 것이다. 전환 회로(37)(출력측 전환기(37))는 HPA(26)의 출력을 전환하여 출력하는 것이며, 이들이 최종단 HPA 모듈(23)로서 패키지되어 있다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 최종단 HPA 모듈(23)에 원진 신호(27)를 입력하고, 이상기(25)에서 빔 방향 제어나 빔 형성이나 HPA(26)간의 위상 보정을 위한 위상 조정을 행하고, 전치 증폭기(36)와 HPA(26)에서 증폭되고, HPA(26)의 출력을 전환 회로(37)에 의해 전환하여 안테나(24)에 출력한다. 안테나(24)로부터 연속파의 송신 마이크로파(11)가 송신된다. 또, 이상기(25), HPA(26), 전환 회로(37)를 제어하는 제어 신호는 최종단 HPA 모듈(23)의 외부로부터 직접, 혹은 종단 HPA 모듈(23) 내의 제어부(39)로부터 공급된다. 외부의 경우는, 실시 형태 1에서 설명한 안테나 제어 유닛(35)에 상당하는 안테나 제어 유닛이 존재한다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다. 즉, 도 6은 도 5와 같은 최종단 HPA 모듈(23)에 있어서의 각 HPA(26)의 출력과 최종단 HPA 모듈의 출력인 송신 마이크로파(11)의 이미지도이다. 도 6의 그래프에 있어서, 도 6(a), (b), (c), (d)의 세로축은 HPA(26)의 ON/OFF를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 즉, 도 6(a), (b), (c), (d)는 HPA(26)의 송신 타이밍을 나타내고 있다. 위에서부터 순서대로, 도 6(a)가 HPA(26)(#1)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#1)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 6(b)가 HPA(26)(#2)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#2)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 6(c)가 HPA(26)(#3)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#3)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 6(d)가 HPA(26)(#4)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#4)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 맨 밑에 나타내는 도 6(p)는 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))이 출력하는 송신 마이크로파의 합성파의 전력(마이크로파 전력)을 나타내는 이미지도이다. 또, 도 6(p)의 세로축은 마이크로파 전력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다.

본 예에서는, 각 HPA(26)는 송신 듀티 25%의 반복 펄스 출력을 상정하고 있다. 즉, 각 HPA(26)로부터의 펄스의 마이크로파의 조사를 1/4주기분만큼 송신 타이밍을 어긋나게 한다(순차적으로 지연시킨다). 이것에 의해, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))로부터 출력되는 마이크로파는 도 6의 최하단, 도 6(p)과 같이 연속파의 출력을 얻을 수 있다. 또한, 전환 회로(37)는 ON 상태로 되어 있는 HPA(26)를 선택하도록, 1/4주기마다 HPA(26)의 타이밍에 동기하여 전환한다.

실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치는 마이크로파를 피조사체(12)에 조사하는 마이크로파 송신부(1)에 있어서의 전자파를 증폭하는 전력 증폭 장치이다. 상세하게는, 전력 증폭 장치가, 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동되어 전자파를 증폭하는 복수의 HPA(26), 복수의 HPA(26)의 전단측에 마련되고, 복수의 HPA(26)에 전자파를 분배하는 분배 회로(22), 이 분배 회로(22)의 전단측에 마련되고, 입력된 전자파의 위상을 변화시켜 분배 회로(22)측에 출력하는 이상기(25), 복수의 HPA(26)의 후단측에 마련되고, 어느 하나의 HPA(26)를 선택하여 출력하는 전환 회로(37), 복수의 HPA(26)의 송신 타이밍과 이상기(25)와 전환 회로(37)를 제어하는 제어부(39)(제어 장치(39))를 구비하고 있다.

실시 형태 2에 따른 전력 증폭 장치의 제어부(39)(제어 장치(39))는, 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 HPA(26)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고, 각각의 송신 타이밍에 대응한 HPA(26)를 선택하도록 전환 회로(37)를 전환하고, 각각의 송신 타이밍마다 전환 회로(37)로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상이 되도록 이상기(25)를 제어하는 것이다.

즉, 도 5 및 도 6에서는, 상이한 송신 타이밍의 HPA(26)(전력 증폭부(26))는 4대로 하여 실시 형태 2를 설명하고 있지만, 2 내지 3대라도, 5대 이상이라도 좋다. 그 경우, 송신 타이밍은 1/(HPA(26)의 대수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다. 따라서, 소정의 송신 듀티가 1/(HPA(26)의 대수)로 된다.

이상과 같이, 실시 형태 2에 의하면, 초점부(4)에서 높은 송신 마이크로파(11)의 전력속 밀도가 필요하게 되는 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로) 등에 있어, 마이크로파 송신부(1)의 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23)) 내에 복수의 펄스 출력의 HPA(26)(전력 증폭부(26))를 탑재한다. 그리고, 각 HPA(26)를, 펄스를 송신하는 송신 타이밍을 어긋나게 전환하여 송신 마이크로파(11)를 송신함으로써, 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 조사할 수 있다. 또한, 실시 형태 1의 설명에서 이용한 도 1에 기재된 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)에, 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 시스템을 적용함으로써, APAA에 의한 빔 방향 제어·빔 형성, 및 반사판(2)에 의해, 초점부(4) 부근에 연속파의 송신 마이크로파(11)를 효율 좋게 조사할 수 있어, 전력속 밀도를 높게 하도록 제어가 가능하다.

또, 실시 형태 2에 의하면, 실시 형태 1과 같이, 마이크로파 송신부(1)(전자 송신부(1))라고 하는 큰 단위로 ON/OFF를 전환하여 송신하는 것이 아니라, 마이크로파 송신부(1) 중의 어떤 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23)) 내의 복수의 HPA(26)(전력 증폭부(26))의 출력을 전환하여 사용하는 것이다. 따라서, 각 안테나 소자(24)로부터 송신되는 송신 마이크로파(11)의 위상이나 진폭을 조정하는 것에 의해 빔 방향이나 빔 형성의 제어를 행하는 경우에, 초점부(4) 부근에서 합성되는 송신 마이크로파 빔은 보다 자유도가 높게 형성할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또, 도 5에서 예시한 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템의 전환 회로(37)(출력측 전환기(37))는, 예를 들면 PIN 다이오드나 MOS-FET를 이용한 스위치 등으로 구성함으로써, 고속의 전환이 실현될 수 있다.

(실시 형태 3)

우선, 실시 형태 3과 실시 형태 2의 상위점을 설명한다. 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에서는 분배 회로(22)(분배기(22))를 이용하고 있었지만, 실시 형태 3에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에서는 분배 회로(22)(분배기(22)) 대신에, 전환 회로(37a)(입력측 전환기(37a))를 이용한다. 실시 형태 3의 설명은 실시 형태 2와의 상위점을 중심으로 행한다.

도 7은 실시 형태 3에 따른 전력 증폭 장치의 최종단 HPA 모듈(23)의 구성 블럭도이다. 도 7에 있어서, 전환 회로(37a)(입력측 전환기(37a))는 전치 증폭기(36)에 의해서 증폭된 마이크로파를 전환하여 전송하는 것이다. HPA(26)는 전환 회로(37a)(입력측 전환기(37a))로부터 전송된 마이크로파를 고출력으로 증폭하는 것이다. 전환 회로(37b)(출력측 전환기(37b))는 HPA(26)의 출력을 전환하여 출력하는 것이며, 이들이 최종단 HPA 모듈(23)로서 패키지되어 있다. 또, 전환 회로(37b)(출력측 전환기(37b))는 실시 형태 2에 있어서의 전환 회로(37)(출력측 전환기(37))에 상당한다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 최종단 HPA 모듈(23)에 원진 신호(27)를 입력하고, 이상기(25)에서 빔 방향 제어나 빔 형성이나 HPA(26)간의 위상 보정을 위한 위상 조정을 행하고, 전치 증폭기(36)에서 증폭된 마이크로파를 전환 회로(37a)에서 전환해서 전송하고, HPA(26)에서 증폭되고, HPA(26)의 출력을 전환 회로(37b)에 의해 전환하여 안테나(24)에 출력한다. 안테나(24)로부터 연속파의 송신 마이크로파(11)가 송신된다. 또, 이상기(25), HPA(26), 전환 회로(37a), 전환 회로(37b)를 제어하는 제어 신호는 최종단 HPA 모듈(23)의 외부로부터 직접, 혹은 종단 HPA 모듈(23) 내의 제어부(39)로부터 공급된다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 8은 실시 형태 3에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다. 즉, 도 8은 도 7과 같은 최종단 HPA 모듈(23)에 있어서의 각 HPA(26)의 출력과, 최종단 HPA 모듈의 출력인 송신 마이크로파(11)의 이미지도이다. 도 8의 그래프에 있어서, 도 8(a), (b), (c), (d)의 세로축은 HPA(26)의 ON/OFF를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 즉, 도 8(a), (b), (c), (d)는 HPA(26)의 송신 타이밍을 나타내고 있다. 위에서부터 순서대로 도 8(a)가 HPA(26)(#1)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#1)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 8(b)가 HPA(26)(#2)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#2)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 8(c)가 HPA(26)(#3)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#3)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 8(d)가 HPA(26)(#4)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#4)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 맨 밑에 나타내는 도 8(p)는 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))이 출력하는 송신 마이크로파의 합성파의 전력(마이크로파 전력)을 나타내는 이미지도이다. 또, 도 8(p)의 세로축은 마이크로파 전력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다.

본 예에서는, 실시 형태 2와 동일하게, 각 HPA(26)는 송신 듀티 25%의 반복 펄스 출력을 상정하고 있다. 즉, 각 HPA(26)로부터의 펄스의 마이크로파의 조사를 1/4주기분만큼 송신 타이밍을 어긋나게 한다(순차적으로 지연시킨다). 이것에 의해, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))로부터 출력되는 마이크로파는, 도 8의 최하단, 도 8(p)와 같이 연속파의 출력을 얻을 수 있다. 또한, 전환 회로(37a) 및 전환 회로(37b)는 ON 상태로 되어 있는 HPA(26)를 선택하도록, 1/4주기마다 HPA(26)의 송신 타이밍에 동기하여 전환한다.

또한, 실시 형태 2와 마찬가지로, 실시 형태 3에서도, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23)) 내에서 복수의 HPA(26)(전력 증폭부(26))를 가지고 있고, 최종단 HPA 모듈(23) 내에서 전환하여 출력하는 것에 의해, HPA 모듈(23)의 출력부에서, 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 얻을 수 있다.

실시 형태 3에 따른 전력 증폭 장치는 마이크로파를 피조사체(12)에 조사하는 마이크로파 송신부(1)에서의 전자파를 증폭하는 전력 증폭 장치이다. 상세하게는, 전력 증폭 장치가, 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동되어 전자파를 증폭하는 복수의 HPA(26), 복수의 HPA(26)의 전단측에 마련되고, 어느 하나의 HPA(26)를 선택하여 전자파를 HPA(26)에 출력하는 전환 회로(37a), 이 전환 회로(37a)의 전단측에 마련되고, 입력된 전자파의 위상을 변화시켜 전환 회로(37a)측에 출력하는 이상기(25), 복수의 HPA(26)의 후단측에 마련되고, 어느 하나의 HPA(26)를 선택하여 전자파를 출력하는 전환 회로(37b), 복수의 HPA(26)의 송신 타이밍과 이상기(25)와 전환 회로(37a)와 전환 회로(37b)를 제어하는 제어부(39)(제어 장치(39))를 구비하고 있다.

실시 형태 3에 따른 전력 증폭 장치의 제어부(39)(제어 장치(39))는 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 HPA(26)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고, 각각의 송신 타이밍에 대응한 HPA(26)를 선택하도록 전환 회로(37a) 및 전환 회로(37b)를 전환하고, 각각의 송신 타이밍마다 전환 회로(37b)로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상으로 되도록 이상기(25)를 제어하는 것이다.

즉, 도 7 및 도 8에서는, 상이한 송신 타이밍의 HPA(26)(전력 증폭부(26))는 4대로 하여 실시 형태 3을 설명하고 있지만, 실시 형태 2와 동일하게, 2 내지 3대라도, 5대 이상이라도 좋다. 그 경우, 송신 타이밍은 1/(HPA(26)의 대수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다. 따라서, 소정의 송신 듀티가 1/(HPA(26)의 대수)로 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태 3에 의하면, 실시 형태 2와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 실시 형태 3에 의하면, HPA(26)의 입력측과 출력측의 전환 회로(37a) 및 전환 회로(37b)는 실시 형태 2에 있어서의 전환 회로(37)와 동일한 구성·회로이고, 그들의 제어도 동일한 신호로 끝나기 때문에, 회로 등을 간소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

(실시 형태 4)

우선, 실시 형태 4와 실시 형태 2의 상이점을 설명한다. 실시 형태 2에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에서는 분배 회로(22)(분배기(22))를 이용하고 있었지만, 실시 형태 4에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에서는 분배 회로(22)(분배기(22)) 대신에, 합성 회로(38)(합성기(38))를 이용한다. 실시 형태 4의 설명은 실시 형태 2와의 상위점을 중심으로 행한다. 그 때문에, 실시 형태 4와 실시 형태 3의 상위점도 자명하게 된다.

도 9는 실시 형태 4에 따른 전력 증폭 장치의 최종단 HPA 모듈(23)의 구성 블럭도이다. 도 9에 있어서, 분배 회로(22)(분배기(22))는 증폭된 마이크로파를 분배하여 전송하는 것이다. 합성 회로(38)(합성기(38))는 HPA(26)의 출력을 합성하는 것이며, 이들이 최종단 HPA 모듈(23)로서 패키지되어 있다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 최종단 HPA 모듈(23)에 원진 신호(27)를 입력하고, 이상기(25)에서 빔 방향 제어나 빔 형성이나 HPA(26)간의 위상 보정을 위한 위상 조정을 행하고, 전치 증폭기(36)에서 증폭된 마이크로파를 분배 회로(22)에서 분배해서 전송하고, HPA(26)에서 증폭되고, 합성 회로(38)에서 합성하여 출력하고, 안테나(24)로부터 연속파의 송신 마이크로파(11)가 송신된다. 또, 이상기(25), HPA(26)를 제어하는 제어 신호는 최종단 HPA 모듈(23)의 외부로부터 직접, 혹은 종단 HPA 모듈(23) 내의 제어부(39)로부터 공급된다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 10은 실시 형태 4에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다. 즉, 도 10은 도 9와 같은 최종단 HPA 모듈(23)에서의 각 HPA(26)의 출력과, 최종단 HPA 모듈의 출력인 송신 마이크로파(11)의 이미지도이다. 도 10의 그래프에 있어서, 도 10(a), (b), (c), (d)의 세로축은 HPA(26)의 ON/OFF를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 즉, 도 10(a), (b), (c), (d)는 HPA(26)의 송신 타이밍을 나타내고 있다. 위에서부터 순서대로, 도 10(a)가 HPA(26)(#1)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#1)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 10(b)가 HPA(26)(#2)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#2)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 10(c)가 HPA(26)(#3)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#3)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 10(d)가 HPA(26)(#4)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#4)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 맨 밑에 나타내는 도 10(p)는 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))이 출력하는 송신 마이크로파의 합성파의 전력(마이크로파 전력)을 나타내는 이미지도이다. 또, 도 10(p)의 세로축은 마이크로파 전력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다.

본 예에서는, 실시 형태 2 및 3과 동일하게, 각 HPA(26)는 송신 듀티 25%의 반복 펄스 출력을 상정하고 있다. 즉, 각 HPA(26)로부터의 펄스의 마이크로파의 조사를 1/4주기분만큼 송신 타이밍을 어긋나게 한다(순차적으로 지연시킨다). 이것에 의해, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))로부터 출력되는 마이크로파는 도 10의 최하단, 도 10(p)와 같이 연속파의 출력을 얻을 수 있다.

또한, 실시 형태 2 및 3과 마찬가지로, 실시 형태 4에서도, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23)) 내에서 복수의 HPA(26)(전력 증폭부(26))를 가지고 있고, 최종단 HPA 모듈(23) 내에서 전환하여 출력하는 것에 의해, HPA 모듈(23)의 출력부에서, 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 얻을 수 있다.

실시 형태 4에 따른 전력 증폭 장치는 마이크로파를 피조사체(12)에 조사하는 마이크로파 송신부(1)에서의 전자파를 증폭하는 전력 증폭 장치이다. 상세하게는, 전력 증폭 장치가, 복수의 HPA(26)의 전단측에 마련되고, 복수의 상기 전력 증폭부에 전자파를 분배하는 분배 회로(22), 이 분배 회로(22)의 전단측에 마련되고, 입력된 전자파의 위상을 변화시켜 분배 회로(22)측에 출력하는 이상기(25), 복수의 HPA(26)의 후단측에 마련되고, 복수의 HPA(26)로부터의 전자파를 합성하여 출력하는 합성 회로(38), 복수의 HPA(26)의 송신 타이밍과 이상기(25)를 제어하는 제어부(39)(제어 장치(39))를 구비하고 있다.

실시 형태 4에 따른 전력 증폭 장치의 제어부(39)(제어 장치(39))는 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 HPA(26)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고, 각각의 송신 타이밍마다 합성 회로(38)로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상으로 되도록 이상기(25)를 제어하는 것이다.

즉, 도 9 및 도 10에서는, 상이한 송신 타이밍의 HPA(26)(전력 증폭부(26))는 4대로 하여 실시 형태 3을 설명하고 있지만, 실시 형태 2 및 3과 동일하게, 2 내지 3대라도, 5대 이상이라도 좋다. 그 경우, 송신 타이밍은 1/(HPA(26)의 대수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다. 따라서, 소정의 송신 듀티가 1/(HPA(26)의 대수)로 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태 4에 의하면, 실시 형태 2 및 3과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 본 실시 형태 4에서는, 실시 형태 2 및 3과 같이 전환 수단과 HPA(26)의 ON/OFF 제어의 동기를 취할 필요가 없기 때문에, 제어부(39)(제어 장치(39))를 간소화할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

지금까지의 설명으로부터, 실시 형태 2~4에 따른 전력 증폭 장치는 전자파를 피조사체에 조사하는 마이크로파 송신부(1)에서의 전자파를 증폭하는 것이며, 소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동되어 전자파를 증폭하는 복수의 HPA(26)를 구비하고, 복수의 HPA(26)는 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되고, 인접하는 상기 상이한 송신 타이밍간의 시간은 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간이라고 할 수 있다.

실시 형태 2~4에 따른 전력 증폭 장치(전자파 송신 장치)에서는, 최종단 HPA 모듈(23)(전자파 송신부(1)) 내에 제어 회로(39)를 형성하고, 제어 회로(39)에 의해서 복수의 HPA(26)(전력 증폭부(26))의 펄스 구동을 행하여도 좋다. 즉, 제어 회로(39)는 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 HPA(26)(각 HPA(26))의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키는 것이다.

다음으로, 실시 형태 5 및 6을 설명하는데, 미리 실시 형태 5 및 6과 실시 형태 4의 관계를 여기서 설명한다. 실시 형태 5 및 6에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템은 실시 형태 4에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에 전환 회로(37a) 및 전환 회로(37b)를 추가한 것이다. 전환 회로(37a) 및 전환 회로(37b)의 배치의 개요에 관해서는 다음과 같다. 실시 형태 4에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에서의 전치 증폭기(36), 분배 회로(22), HPA(26)의 어느 하나의 사이에 전환 회로(37a)를 배치한다. 실시 형태 4에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템에서의 HPA(26), 합성 회로(38), 안테나(24)의 어느 하나의 사이에 전환 회로(37b)를 배치한다.

상세하게는, 실시 형태 5 및 6에 따른 전력 증폭 장치(전력 증폭 장치(23), 최종단 HPA 모듈(23))에 있어서, 전환 회로(37a)는 이상기(25)의 후단으로서, 분배 회로(22)의 전단측 또는 후단측에 마련되고, 복수 세트의 복수의 HPA(26) 및 복수의 HPA(26) 중 어느 한쪽을 접속 대상으로서 선택하여 전자파를 보내는 것이다. 또한, 전환 회로(37b)는, 전환 회로(37a)가 분배 회로(22)의 전단측에 마련되어 있는 경우, 합성 회로(22)의 후단측에 마련된다(실시 형태 5로서 후술함). 전환 회로(37b)는, 전환 회로(37a)가 분배 회로(22)의 후단측에 마련되어 있는 경우, 합성 회로(38)의 전단측에 마련된다(실시 형태 6으로서 후술함). 그리고, 전환 회로(37b)는, 전환 회로(37a)가 선택하고 있는 접속 대상(복수 세트의 복수의 HPA(26) 및 복수의 HPA(26)의 어느 하나의 세트)를 선택하여 전자파를 받는다.

실시 형태 5 및 6에 따른 전력 증폭 장치(전력 증폭 장치(23), 최종단 HPA 모듈(23))에 있어서, 제어부(39)(제어 장치(39))는 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 적어도 접속 대상으로 된 쪽의 복수의 HPA(26)의 각각의 HPA(26)의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시킨다. 그리고, 제어부(39)(제어 장치(39))는 각각의 송신 타이밍에 대응한 복수의 HPA(26)의 세트를 선택하도록 전환 회로(37a) 및 전환 회로(37b)를 전환하고, 각각의 송신 타이밍마다 합성 회로(38)로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상으로 되도록 상기 이상기를 제어하는 것이다.

실시 형태 5 및 6에 있어서의 송신 타이밍은, 실시 형태 2~4와 동일하게, 1/(HPA(26)의 대수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다. 따라서, 소정의 송신 듀티가 1/(HPA(26)의 대수)로 된다. 또, 실시 형태 5 및 6 있어서, HPA(26)의 대수란, 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 HPA(26)의 대수가 된다. 따라서, 소정의 송신 듀티는 1/(각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 HPA(26)의 수)라고도 할 수 있다.

이것은, 동일한 세트의 HPA(26)끼리의 송신 타이밍을 달리 하고(상이하게 하고), 별도의 세트의 HPA(26)끼리의 송신 타이밍을 동일하게 하고, 2개의 HPA(26)로부터의 전자파(송신 마이크로파(11))를 피조사체(12)에 조사(송신)하는 경우를 포함하고 있기 때문이다. 따라서, 실시 형태 2~4에서도, 송신 타이밍은, 1/(각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 HPA(26)의 수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다고 할 수 있다.

또, 상이한 세트의 HPA(26) 중 적어도 1개끼리를 동일한 송신 타이밍에서 각각 동작시키는 것, 즉 동일한 송신 타이밍에서 동작시킴으로써, 최종단 HPA 모듈(23)의 출력부에서, 세트수분의 대수의 HPA(26)의 출력을 재차 맞춘 것을 얻을 수 있다.

(실시 형태 5)

실시 형태 5의 설명은 실시 형태 4와의 상위점을 중심으로 행한다. 도 11은 실시 형태 5에 따른 전력 증폭 장치의 최종단 HPA 모듈(23)의 구성 블럭도이다. 도 11에 있어서, 전환 회로(37a)(입력측 전환기(37a))는 전치 증폭기(36)에서 증폭된 마이크로파를 전환하여 전송하는 것이다. 분배 회로(22)(분배기(22))는 증폭된 마이크로파를 분배하여 전송하는 것이다. 합성 회로(38)(합성기(38))는 HPA(26)의 출력을 합성하는 것이다. 전환 회로(37b)(출력측 전환기(37b))는 전환하여 마이크로파를 출력하는 것이며, 이들이 최종단 HPA 모듈(23)로서 패키지되어 있다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 최종단 HPA 모듈(23)에 원진 신호(27)를 입력하고, 이상기(25)에서 빔 방향 제어나 빔 형성이나 HPA(26)간의 위상 보정을 위한 위상 조정을 행하고, 전치 증폭기(36)에서 증폭된 마이크로파를 전환 회로(37a)와 분배 회로(22)에서 전환·분배하여 전송하고, HPA(26)에서 증폭되고, 합성 회로(38)와 전환 회로(37b)에 의해 합성·전환하여 출력하고, 안테나(24)로부터 연속파의 송신 마이크로파(11)가 송신된다. 또, 이상기(25), HPA(26), 전환 회로(37a), 전환 회로(37b)를 제어하는 제어 신호는 최종단 HPA 모듈(23)의 외부로부터 직접, 혹은 종단 HPA 모듈(23) 내의 제어부(39)로부터 공급된다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 12는 실시 형태 5에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다. 즉, 도 12는 도 11과 같은 최종단 HPA 모듈(23)에서의 각 HPA(26)의 출력과, 최종단 HPA 모듈의 출력인 송신 마이크로파(11)의 이미지도이다. 도 12의 그래프에 있어서, 도 12(a), (b), (c), (d)의 세로축은 HPA(26)의 ON/OFF를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 즉, 도 12(a), (b), (c), (d)는 HPA(26)의 송신 타이밍을 나타내고 있다. 위에서부터 순서대로, 도 12(a)가 HPA(26)(#1)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#1)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 12(b)가 HPA(26)(#2)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#2)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 12(c)가 HPA(26)(#3)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#3)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 12(d)가 HPA(26)(#4)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#4)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 맨 밑에 나타내는 도 12(p)는 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))이 출력하는 송신 마이크로파의 합성파의 전력(마이크로파 전력)을 나타내는 이미지도이다. 또, 도 12(p)의 세로축은 마이크로파 전력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다.

본 예에서는, 실시 형태 4와 달리, 각 HPA(26)를 도 11에 나타내는 #1 HPA(26) 및 #3 HPA(26)의 세트, #2 HPA(26) 및 #4 HPA(26)의 세트로 나누고, 각 세트의 HPA(26)는 송신 듀티 50%의 반복 펄스 출력을 상정하고 있다. 즉, 각 세트의 HPA(26)로부터의 펄스의 마이크로파의 조사를 1/2주기분만큼 송신 타이밍을 어긋나게 한다(순차적으로 지연시킨다). 이것에 의해, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))로부터 출력되는 마이크로파는 도 12의 최하단, 도 12(p)와 같이 연속파의 출력을 얻을 수 있다. 또한, 전환 회로(37a, 37b)는 ON 상태로 되어 있는 HPA(26)의 세트를 선택하도록, 1/2주기마다 HPA(26)의 송신 타이밍에 동기하여 전환한다. 또, 각 세트의 HPA(26)의 어느 하나끼리의 ON의 타이밍을 도 12에 나타내는 바와 같이 동기시키고 있으므로, HPA(26)의 2대분의 출력을 얻을 수 있다. 도 12에서는, #1 HPA(26)와 #2 HPA(26)가 동일한 송신 타이밍에서 ON으로 되어 있다.

또한, 실시 형태 4와 마찬가지로, 실시 형태 5에서도, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23)) 내에서 복수의 HPA(26)(전력 증폭부(26))를 가지고 있고, 최종단 HPA 모듈(23) 내에서 전환하여 출력하는 것에 의해, HPA 모듈(23)의 출력부에서, 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 얻을 수 있다. 또, 각 세트의 HPA(26)의 어느 하나끼리의 ON의 타이밍을 동기시키고 있으므로, 2대분의 HPA(26)의 출력을 재차 맞춘 것을 얻을 수 있다. 이것은 실시 형태 5에 있어서의 세트수가 2이기 때문이다.

즉, 실시 형태 5에 의하면, 최종단 HPA 모듈(23)의 내부에서, HPA(26)의 세트가 다른 #1과 #2의 HPA(26), 혹은 HPA(26)의 세트가 다른 #3과 #4의 2개의 HPA(26) 출력을 합성할 수 있으므로, 최종단 HPA 모듈(23)의 출력의 마이크로파는 보다 큰 출력을 얻을 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.

도 11 및 도 12에서는, 상이한 송신 타이밍의 HPA(26)(전력 증폭부(26))는 2대로 하여 실시 형태 5를 설명하고 있지만, 3대 이상이어도 좋다. 그 경우, 송신 타이밍은 1/(1세트당의 HPA(26)의 대수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다. 따라서, 소정의 송신 듀티가 1/(1세트당의 HPA(26)의 대수)로 된다. 복수의 HPA(26)의 세트수는 2세트 이상이면 좋다. 또, 1세트당의 HPA(26)의 대수는 각각 상이한 송신 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 HPA(26)(전력 증폭부(26))라고 할 수 있다.

(실시 형태 6)

실시 형태 6의 설명은 실시 형태 4와의 상위점을 중심으로 행한다. 도 13은 실시 형태 6에 따른 전력 증폭 장치의 최종단 HPA 모듈(23)의 구성 블럭도이다. 도 13에 있어서, 분배 회로(22)(분배기(22))는 전치 증폭기(36)에서 증폭된 마이크로파를 분배하는 것이다. 전환 회로(37a)(입력측 전환기(37a))는 마이크로파를 전환하여 전송하는 것이다. 전환 회로(37b)(출력측 전환기(37b))는 HPA(26)의 출력을 전환하여 마이크로파를 출력하는 것이다. 합성 회로(38)(합성기(38))는 마이크로파를 합성하는 것이며, 이들이 최종단 HPA 모듈(23)로서 패키지되어 있다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 최종단 HPA 모듈(23)에 원진 신호(27)를 입력하고, 이상기(25)에서 빔 방향 제어나 빔 형성이나 HPA(26)간의 위상 보정을 위한 위상 조정을 행하고, 전치 증폭기(36)에서 증폭된 마이크로파를 분배 회로(22)와 전환 회로(37a)에서 분배·전환하여 전송하고, HPA(26)에서 증폭되고, HPA(26)에서 증폭되고, 전환 회로(37b)와 합성 회로(38)에 의해 전환·합성하고, 안테나(24)로부터 연속파의 송신 마이크로파(11)가 송신된다. 또, 이상기(25), HPA(26), 전환 회로(37a), 전환 회로(37b)를 제어하는 제어 신호는 최종단 HPA 모듈(23)의 외부로부터 직접, 혹은 종단 HPA 모듈(23) 내의 제어부(39)로부터 공급된다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 그들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 14는 실시 형태 6에 따른 전력 증폭 장치의 출력 전력 이미지도이다. 즉, 도 12는 도 11과 같은 최종단 HPA 모듈(23)에서의 각 HPA(26)의 출력과, 최종단 HPA 모듈의 출력인 송신 마이크로파(11)의 이미지도이다. 도 14의 그래프에 있어서, 도 14(a), (b), (c), (d)의 세로축은 HPA(26)의 ON/OFF를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 즉, 도 14(a), (b), (c), (d)는 HPA(26)의 송신 타이밍을 나타내고 있다. 위에서부터 순서대로, 도 14(a)가 HPA(26)(#1)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#1)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 14(b)가 HPA(26)(#2)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#2)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 14(c)가 HPA(26)(#3)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#3)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 도 14(d)가 HPA(26)(#4)의 출력을 나타내는 HPA(26)(#4)의 송신 마이크로파 파형의 이미지도이다. 맨 밑에 나타내는 도 14(p)는 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))이 출력하는 송신 마이크로파의 합성파의 전력(마이크로파 전력)을 나타내는 이미지도이다. 또, 도 14(p)의 세로축은 마이크로파 전력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다.

본 예에서는, 실시 형태 4와 달리, 각 HPA(26)를 도 11에 나타내는 #1 HPA(26) 및 #2 HPA(26)의 세트, #3 HPA(26) 및 #4 HPA(26)의 세트로 나누고, 각 세트의 HPA(26)는 송신 듀티 50%의 반복 펄스 출력을 상정하고 있다. 즉, 각 세트의 HPA(26)로부터의 펄스의 마이크로파의 조사를 1/2주기분만큼 송신 타이밍을 어긋나게 한다(순차적으로 지연시킨다). 이것에 의해, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23))로부터 출력되는 마이크로파는 도 14의 최하단, 도 14(p)와 같이 연속파의 출력을 얻을 수 있다. 또한, 전환 회로(37a, 37b)는 ON 상태로 되어 있는 HPA(26)의 세트를 선택하도록, 1/2주기마다 HPA(26)의 송신 타이밍에 동기하여 전환한다. 또, 각 세트의 HPA(26)의 어느 하나끼리의 ON의 타이밍을 도 14에 나타내는 바와 같이 동기시키고 있으므로, HPA(26)의 2대분의 출력을 얻을 수 있다. 도 14에서는, #1 HPA(26)와 #3 HPA(26)가 동일한 송신 타이밍에서 ON으로 되어 있다.

또한, 실시 형태 4와 마찬가지로, 실시 형태 6에서도, 최종단 HPA 모듈(23)(전력 증폭 장치(23)) 내에서 복수의 HPA(26)(전력 증폭부(26))를 가지고 있고, 최종단 HPA 모듈(23) 내에서 전환하여 출력하는 것에 의해, HPA 모듈(23)의 출력부에서, 대전력의 연속파 상당의 송신 마이크로파(11)를 얻을 수 있다. 또, 각 세트의 HPA(26)의 어느 하나끼리의 ON의 타이밍을 동기시키고 있으므로, 2대분의 HPA(26)의 출력을 재차 맞춘 것을 얻을 수 있다. 이것은 실시 형태 6에 있어서의 세트수가 실시 형태 5와 동일하게 2이기 때문이다.

즉, 실시 형태 6에 의하면, 최종단 HPA 모듈(23)의 내부에서, HPA(26)의 세트가 상이한 #1과 #3의 HPA(26), 혹은 HPA(26)의 세트가 상이한 #2와 #4의 2개의 HPA(26) 출력을 합성할 수 있으므로, 최종단 HPA 모듈(23)의 출력의 마이크로파는 보다 큰 출력을 얻을 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시 형태 6은, 실시 형태 5와 비교하여, 동시에 동작하는 HPA(26)가 떨어져 있기 때문에, HPA(26)의 방열에 있어서의 문제가 보다 완화되어, 발열이 큰 대출력의 HPA(26)를 탑재하여도, 보다 안정적으로 동작한다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 도 13을 이용하여 설명하면, HPA(26)의 조합이 #1과 #2인 것과, #3과 #4인 것의 2세트가 도면과 같이 순서대로 나열되어 있다. 그 때문에, #1 HPA(26)가 ON일 때는, #2 HPA(26)가 OFF로 되고, 그 때, 인접하는 #3 HPA(26)는 ON으로 되고, #3 HPA(26)의 근처의 #4 HPA(26)는 OFF로 되고 있으므로, 열이 집중되기 어렵다. 따라서, 실시 형태 5의 설명에서 이용한 도 11에서는, 이웃하는 HPA(26)끼리가 동시에 ON으로 되는 것에 대해, HPA(26)의 방열에서의 문제가 보다 완화되어 있다고 할 수 있다.

도 13 및 도 14에서는, 상이한 송신 타이밍의 HPA(26)(전력 증폭부(26))는 2대로 하여 실시 형태 6을 설명하고 있지만, 실시 형태 5와 마찬가지로, 3대 이상이어도 좋다. 그 경우, 송신 타이밍은, 1/(1세트당의 HPA(26)의 대수)의 주기만큼 어긋나게 하여(순차적으로 지연시켜) 반복 송신하면 좋다. 따라서, 소정의 송신 듀티가 1/(1세트당의 HPA(26)의 대수)로 된다. 복수의 HPA(26)의 세트수는 2세트 이상이면 좋다. 또, 1세트당의 HPA(26)의 대수는 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 HPA(26)(전력 증폭부(26))라고 할 수 있다.

실시 형태 2~6에서는, HPA(26)의 ON/OFF의 타이밍이나 전환 회로(37)(전환 회로(37a), 전환 회로(37b))의 전환의 타이밍은 최종단 HPA 모듈(23)의 외부의 제어 회로(30)로부터, 변환 타이밍의 클럭을 HPA(26)나 전환 회로(37)에 송신함으로써 제어를 행한다. 또, 최종단 HPA 모듈(23)에, HPA(26)나 전환 회로(37)(전환 회로(37a), 전환 회로(37b)) 등의 전환 등의 제어 대상이 복수 있는 경우에는, 최종단 HPA 모듈(23) 내에 간소한 제어부(39)를 마련하고 이들의 제어를 행함으로써, 제어 회로(30)는 각 최종단 HPA 모듈(23)에 대해, 전환의 기준이 되는 1종류의 클럭을 송신하는 것만으로 좋아진다. 이렇게 함으로써, 제어 회로(30)를 간소화할 수도 있다. 도 5, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13의 제어부(39)를 구비한 경우가 이것에 상당한다.

또한, 실시 형태 1~6에서는, 마이크로파 가열로(마이크로파 제련로)를 중심으로 예시하고, 마이크로파 반응로, 마이크로파 정련로, 마이크로파 용해로, 마이크로파 용광로, 마이크로파 소결로 등도 포함하는 가열 시스템에의 적용을 나타냈다. 그러나, 실시 형태 1~6에 따른 전파 송신 시스템은, 가열 시스템과 마찬가지로, 마이크로파를 송신하고, 소정의 장소에 수전 장치를 설치하고, 거기에 집중시켜 마이크로파를 조사하는 마이크로파 전력 전송 시스템에도 적용이 가능하다. 이러한 마이크로파 전력 전송 시스템에서도, 마찬가지로 펄스 출력의 고출력의 마이크로파 송신부나 HPA 모듈을 전환하여 동작시키는 것에 의해, 연속파 상당의 고출력의 마이크로파를 안정하게 조사하여 전력을 안정적으로 공급할 수 있다. 또한, 마이크로파 송신부나 HPA 모듈을 복수 준비함으로써 대규모화·고출력화가 가능한, 확장성이 높은 마이크로파 송신 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태 1~6에서는 마이크로파의 시스템을 예시했지만, 예를 들면 밀리미터파나 테라헤르트 등의 전자파를 송신하는 시스템에서도, 각각의 전자파의 복수의 펄스 출력의 전자파 송신 장치나 전자파 증폭기를 전환하여 사용함으로써, 대전력의 연속파 상당의 전자파를 효율 좋게 조사할 수 있다고 하는 마찬가지의 효과가 얻어진다.

이상, 실시 형태 1~6에 따른 전자파 송신 장치, 전력 증폭 장치 및 전자파 송신 시스템은 대출력의 연속파의 마이크로파를 송신하는 마이크로파 송신부나 HPA 모듈이 없어도, 펄스 출력의 고출력의 마이크로파 송신부(1)나 최종단 HPA 모듈(23)을 전환하여 동작시키는 것에 의해, 연속파 상당의 고출력의 마이크로파를 안정하게 효율 좋게 소망하는 장소에 조사할 수 있다.

1: 마이크로파 송신부(전자파 송신부)
2: 반사판
3: 가열로
4: 초점부
5: 창
11: 송신 마이크로파
12: 재료(피조사체)
21: 초단 HPA 모듈
22: 분배 회로(분배기)
23: 최종단 HPA 모듈(전력 증폭 장치)
24: 안테나
25: 이상기
26: HPA(전력 증폭부)
27: 원진 신호
28: 초단 증폭된 마이크로파
29: 분배된 마이크로파
30: 제어 회로(제어부)
31: 마이크로파 송신부 제어 신호
32: 초단 HPA 모듈 제어 신호
33: 최종단 HPA 모듈 제어 신호
34: 신호 발생기
35: 안테나 제어 유닛
36: 전치 증폭기
37: 전환 회로(전환기)
38: 합성 회로(합성기)
39: 제어부(제어 장치)

Claims

소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동된 전자파를 피조사체에 조사하는 복수의 전자파 송신부
를 구비하되,
상기 복수의 전자파 송신부는, 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되고, 인접하는 상기 상이한 송신 타이밍간의 시간은 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간인 전자파 송신 장치.
제 1 항에 있어서,
복수의 상기 전자파 송신부의 송신 타이밍을 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 상기 전자파 송신부의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고 있는 전자파 송신 장치.
제 1 항에 있어서,
복수의 전자파 송신 유닛을 더 구비하고,
상기 복수의 전자파 송신 유닛마다 각각 상기 복수의 전자파 송신부를 갖고,
상기 전자파 송신 유닛이 가지는 상기 복수의 전자 송신부 중 어느 하나가 다른 상기 전자파 송신 유닛이 가지는 상기 복수의 전자 송신부 중 어느 하나와 동일한 송신 타이밍에서 동작하는 전자파 송신 장치.
제 1 항에 있어서,
복수의 전자파 송신 유닛과,
복수의 상기 전자파 송신부의 송신 타이밍을 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
상기 복수의 전자파 송신 유닛마다 각각 상기 복수의 전자파 송신부를 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 상기 전자파 송신 유닛마다 상기 전자파 송신 유닛 내의 각각의 상기 전자파 송신부의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시킴과 아울러, 상기 전자파 송신 유닛이 가지는 상기 복수의 전자 송신부 중 어느 하나가 다른 상기 전자파 송신 유닛이 가지는 상기 복수의 전자 송신부 중 어느 하나와 동일한 송신 타이밍에서 동작시키고 있는 전자파 송신 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 각각의 상기 전자파 송신 유닛으로부터의 전자파의 위상이 상기 피조사체에서 같아지도록, 각각의 상기 전자파 송신 유닛 내의 각각의 상기 전자파 송신부의 위상을 제어하는 전자파 송신 장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 각각의 상기 전자파 송신 유닛으로부터의 전자파가 상기 피조사체에 수속되도록 각각의 상기 전자파 송신 유닛 내의 각각의 상기 전자파 송신부로부터의 전자파의 지향성을 제어하는 전자파 송신 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소정의 송신 듀티는 상기 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 상기 전자파 송신부의 수의 역수인 전자파 송신 장치.
전자파를 피조사체에 조사하는 전자파 송신부에서의 전자파를 증폭하는 전력 증폭 장치로서,
소정의 송신 듀티로 반복 펄스 구동되어 전자파를 증폭하는 복수의 전력 증폭부
를 구비하되,
상기 복수의 전력 증폭부는 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되고, 인접하는 상기 상이한 송신 타이밍간의 시간은 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간인 전력 증폭 장치.
제 8 항에 있어서,
복수의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍을 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고 있는 전력 증폭 장치.
제 8 항에 있어서,
복수의 상기 전력 증폭부의 전단측에 마련되고, 복수의 상기 전력 증폭부에 전자파를 분배하는 분배기와,
이 분배기의 전단측에 마련되고, 입력된 전자파의 위상을 변화시켜 상기 분배기측에 출력하는 이상기와,
복수의 상기 전력 증폭부의 후단측에 마련되고, 어느 하나의 상기 전력 증폭부를 선택하여 출력하는 출력측 전환기와,
복수의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍과 상기 이상기와 상기 출력측 전환기를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고, 각각의 송신 타이밍에 대응한 상기 전력 증폭부를 선택하도록 상기 출력측 전환기를 전환하고, 각각의 송신 타이밍마다 상기 출력측 전환기로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상으로 되도록 상기 이상기를 제어하는 전력 증폭 장치.
제 8 항에 있어서,
복수의 상기 전력 증폭부의 전단측에 마련되고, 어느 하나의 상기 전력 증폭부를 선택하여 전자파를 상기 전력 증폭부에 출력하는 입력측 전환기와,
이 입력측 전환기의 전단측에 마련되고, 입력된 전자파의 위상을 변화시켜 상기 입력측 전환기측에 출력하는 이상기와,
복수의 상기 전력 증폭부의 후단측에 마련되고, 어느 하나의 상기 전력 증폭부를 선택하여 전자파를 출력하는 출력측 전환기와,
복수의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍과 상기 이상기와 상기 입력측 전환기와 상기 출력측 전환기를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고, 각각의 송신 타이밍에 대응한 상기 전력 증폭부를 선택하도록 상기 입력측 전환기 및 상기 출력측 전환기를 전환하고, 각각의 송신 타이밍마다 상기 출력측 전환기로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상으로 되도록 상기 이상기를 제어하는 전력 증폭 장치.
제 8 항에 있어서,
복수의 상기 전력 증폭부의 전단측에 마려되고, 복수의 상기 전력 증폭부에 전자파를 분배하는 분배기와,
이 분배기의 전단측에 마련되고, 입력된 전자파의 위상을 변화시켜 상기 분배기측에 출력하는 이상기와,
복수의 상기 전력 증폭부의 후단측에 마련되고, 복수의 상기 전력 증폭부로부터의 전자파를 합성하여 출력하는 합성기와,
복수의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍과 상기 이상기를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 소정의 송신 듀티에 대응하는 송신 시간만큼, 각각의 상기 전력 증폭부의 송신 타이밍을 순차적으로 지연시키고, 각각의 송신 타이밍마다 상기 합성기로부터 출력되는 전자파가 소정의 위상으로 되도록 상기 이상기를 제어하는 전력 증폭 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 이상기의 후단으로서, 상기 분배기의 전단측 또는 후단측에 마련되고, 복수 세트의 상기 복수의 전력 증폭부 및 상기 복수의 전력 증폭부 중 어느 한쪽을 접속 대상으로서 선택하여 전자파를 보내는 입력측 전환기와,
상기 입력측 전환기가 상기 분배기의 전단측에 마련되어 있는 경우는 상기 합성기의 후단측에 마련되고, 상기 입력측 전환기가 상기 분배기의 후단측에 마련되어 있는 경우는 상기 합성기의 전단측에 마련되고, 상기 입력측 전환기가 선택하고 있는 상기 접속 대상을 선택하여 전자파를 받는 출력측 전환기를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 각각의 송신 타이밍에 대응한 상기 복수의 전력 증폭부의 세트를 선택하도록 상기 입력측 전환기 및 상기 출력측 전환기를 전환하는 전력 증폭 장치.
제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소정의 송신 듀티는 상기 각각 상이한 송신 타이밍에서 펄스 구동되는 대상인 상기 전력 증폭부의 수의 역수인 전력 증폭 장치.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 상기 전자파 송신부와,
상기 전자파 송신부로부터의 전자파가 조사되는 상기 피조사체를 유지하는 피조사체 유지부를 구비한 전자파 송신 시스템.