磁控管的阴极加热装置及阴极预热方法、微波发生装置

摘要

磁控管的阴极加热装置及阴极预热方法、微波发生装置。提供一种阴极加热装置，该阴极加热装置能良好地缩短磁控管的预热时间。磁控管的阴极加热装置，具备：加热器26、电流检测计22、控制部27。加热器26以焦尔热加热磁控管25的阴极。电流检测计22检测流经加热器26的加热器电流的电流值。控制部27，根据加热器电流的电流值的变化量，判断磁控管25的预热是否完成。

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种磁控管的阴极加热装置、微波发生装置以及磁控管的阴极预热方法。

背景技术

以往，众所周知，磁控管是用于雷达装置及微波炉等的产生微波的装置。为了使该磁控管正常地动作，必须让磁控管阴极温度升温到某程度以上的温度。另外，若磁控管的阴极的温度过低，则有时损坏阴极，故磁控管寿命缩短。因此，众所周知的通常结构为：在阴极的近旁配备加热器，通过在加热器上通电流加热阴极进行磁控管的预热。

因在进行该预热期间不能使用磁控管，故不能让雷达装置等设备动作。另外，为了切实地防止在阴极低温状态下磁控管动作，大多将该预热时间设定为充分长的时间。因此、从雷达装置等设备接通电源后到成为使用开始状态需要很长的等待时间。在专利文献1及专利文献2中公开了将该等待时间缩短某一程度的结构的雷达装置。

专利文献1的雷达装置其构成为：具备GPS接收机等的定位装置，由该定位装置能获得经度纬度信息、年月信息。并且，根据这些信息和过去的气象数据，推定自船周围的温度。该推定后的温度越高(低纬度或者夏季等)磁控管的预热时间就设定的短，推定后的温度越低

(高纬度或者冬季)磁控管的预热时间就设定的长。据此，设定相应于周围的温度的适当的预热时间，缩短等待时间。

专利文献2的雷达装置其构成为：具有温度检测器，能测定自船周围的温度。于是、根据周围的温度设定磁控管的预热时间，据此，缩短等待时间。

【专利文献1】日本专利第3199909号公报

【专利文献2】日本专利特开平6-342058号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1的构成中，必需具备GPS接收机等，并且，该GPS接收机还必须与雷达装置相连接。因此，在单独的雷达装置中是不能缩短预热时间。另外，即使根据气象数据推定温度，气候也有偏差，因考虑该偏差预热时间必须留有某一程度余量，故产生了无用的预热时间。

另外，在专利文献2的构成中，因必须具备温度检测器，故造成高成本。另外，因不仅周围的温度、设备的内部温度或加热器的状态也也与磁控管的预热时间关联，故难以正确估算预热时间。因此，不得不设定留有一定余量的预热时间，产生了无用的预热时间。

本发明就是鉴于上述课题被提出的，主要目的是提供一种能很好地缩短磁控管的预热时间的阴极加热装置。

本发明所要解决的课题如上所述，下面说明解决该课题的手段及其效果。

根据本发明的第一方面，提供了具有以下构成的磁控管的阴极加热装置。即，该磁控管的阴极加热装置具备加热器、加热器电流检测部和控制部。上述加热器对上述磁控管的阴极进行加热。上述加热器电流检测部检测流经上述加热器的加热器电流的电流值。上述控制部，根据上述加热器电流的变化量，判断上述磁控管的预热是否完成。

即，若加热器的温度上升，则加热器的电阻值也增加。另外，因随着加热器的温度上升温度上升的比例会减缓，故电阻值的增加也减缓，加热器电流也逐渐减小。如此，由于磁控管预热时的加热器的温度情况，能够根据加热器电流的变化量来判断，因此可以确切地知道磁控管的预热完成的时间。因此，能够缩短磁控管使用时的等待时间。

优选的，在上述磁控管的阴极加热装置中，上述控制部，根据加热器电流的变化量成为规定阈值以下的时刻，判断上述磁控管的预热完成。

据此，由于能够高精度地掌握加热器的温度上升减缓、加热器的温度已在规定温度以上，所以能够更加准确地知道磁控管的预热完成的时刻。

优选的，在上述磁控管的阴极加热装置中，上述控制部判断从加热器电流的变化量成为规定阈值以下的时刻起，在规定时间经过后上述磁控管的预热完成。

据此，由于不仅考虑预热磁控管时的加热器的温度状况，也考虑该加热器的热量传导至阴极全体所需的时间，所以能够更加确切地掌握磁控管预热完成的时刻。

优选的，在上述磁控管的阴极加热装置中，上述规定时间根据上述加热器的热传导时间或上述磁控管的阴极的热传导时间被确定。

据此，作为到加热器的热量传导至阴极全体的时间，因能设定高精度值，故能更加确切地掌握磁控管预热完成的时刻。

在上述磁控管的阴极加热装置中，优选以下构成。即、该磁控管的阴极加热装置，还具有报知部，上述报知部根据上述控制部的判断报知磁控管的预热进度情况。

据此，用户能够把握磁控管的预热进度情况，从而能够确切地知道何时可以使用磁控管。

根据本发明的第二方面，提供了具有以下构成的微波发生装置。即，该微波发生装置具备磁控管、磁控管的阴极加热装置。上述磁控管具有阴极和阳极，该阳极配置在该阴极的周围，且该阴极和该阳极之间空开缝隙。上述磁控管的阴极加热装置具备噪音消除部。上述噪音消除部设置于上述加热器与上述加热器电流检测部之间，消除因上述磁控管的影响在加热器电流上产生的噪音。

据此，能够防止由磁控管的影响在加热器电流上产生的噪音，影响加热器电流检测部检测出的电流值。因此，由于能高精确地检测出加热器电流的电流值，所以能够更加正确地知道加热器的温度情况。因此，由于能够确切地掌握磁控管的预热完成时刻，从而能够缩短为了发生微波的等待时间。

根据本发明的第三方面，提供具有以下构成的雷达装置。即，该雷达装置具有微波发生装置、雷达天线和信号处理部。上述雷达天线，发射上述微波发生装置产生的微波，接收来自物标的反射波。上述信号处理部，根据上述雷达天线接收的反射波，求出与物标相关的信息。

据此，能够实现缩短启动后到能够使用的时间的雷达装置。

根据本发明的第四方面，提供以下的磁控管的阴极预热方法。即，该磁控管的阴极预热方法包括加热步骤、电流值检测步骤和判断步骤。上述加热步骤，由上述加热器进行磁控管的阴极加热。上述电流值检测步骤，检测流经上述加热器的加热器电流的电流值。上述判断步骤，根据加热器电流的变化量判断磁控管的预热是否完成。

即，若加热器的温度上升，则加热器的电阻值也增加。并且，因随着加热器的温度上升温度上升的比例减缓，故电阻值的上升也减缓，加热器电流也逐渐减小。如此，由于预热磁控管时的加热器的温度情况，能根据加热器电流的变化量判断，故能确切地知道磁控管的预热完成时刻。因此，能够缩短使用磁控管时的等待时间。

附图说明

图1是表示涉及本发明一实施方式的船舶用雷达装置的全体结构的框图。

图2是表示信号发生部结构的框图。

图3是磁控管的一部分剖面斜视图。

图4是概念地表示加热器的温度和加热器的电阻值的联系的坐标图。

图5是概念地表示加热器电流的推移的坐标图。

图6是表示控制部的处理的流程图。

符号说明

10    船舶用雷达装置(雷达装置)

11    信号产生部(微波产生装置)

12    雷达天线

22    电流检测计(加热器电流检测部)

23    噪音消除回路(噪音消除部)

25    磁控管

25a   阴极

25b   阳极

26    加热器

27    控制部

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的具体实施方式。图1是表示涉及本发明一实施方式的船舶用雷达装置10的全体结构的框图。

本实施方式的船舶用雷达装置(雷达装置)10，由所谓脉冲雷达构成，搭载在船舶上。该船舶用雷达装置10结构为：在能够放射具有高指向性的放射信号(脉冲状电波)，且能够接收来自装置周围的陆地、物标的回波信号(反射信号)。并且，利用该接收的回波信号，能够显示自船周围的物标(例如陆地、海面上的其他船只等)的位置以及形状。下面，说明该船舶用雷达装置10的结构。

如图1所示，作为主要结构，船舶用雷达装置10具备：信号产生部(微波发生装置)11、收发切换部13、变换增幅部14、信号处理部15和显示部(报知部)16。

信号发生部11，具备磁控管以及磁控管驱动电路等，能够产生微波。该微波经由适当的传导经路传导至雷达天线12。另外，关于该信号发生部11的详细结构，后述。

雷达天线12其构成为：将微波作为放射信号发射，且能够接收回波信号。并且，由于雷达天线12是在水平面内边旋转边进行收发，所以能够探知自船周围的物标。

收发切换部13，例如是由环行器构成。该收发切换部13，能够适当地切换信号的路径，使来自信号发生部11的高能量的发射脉冲不输入至接收侧(即、变换增幅部14及信号处理部15)，另外，在接收回波信号时使该回波信号全部输入至接收侧。

变换增幅部14具有高频增幅器、混合器以及中频增幅器等。该变换增幅部14构成为：能够将雷达天线12接收到的回波信号变换成适于处理的强度及频率。

信号处理部15主要结构为具有检波器和A/D转换器。信号处理部15，检波变换增幅部14输入的信号后变换成数字信号。并且，信号处理部15，由雷达天线12发射放射信号的时刻和接收回波信号的时刻的时间差，取得距物标的距离。并且，信号处理部15，根据得到的距离和放射信号发射时的雷达天线12的方向生成雷达图像，输入显示部16。

下面，参照图2及图3说明信号发生部11的详细构成。图2是表示信号发生部11构成的框图。图3是磁控管25的局部剖面斜视图。

信号发生部11具备：加热器电源21、电流检测计(加热器电流检测部)22、噪音消除电路(噪音消除部)23、脉冲变压器24、磁控管25、加热器26、控制部27、高压电源28和FET开关29。

加热器电源21，在本实施方式中采用直流电源，使电流流经加热器26。另外，在以下的说明中，将从加热器电源21的输出端子经由加热器26流回加热器电源21的电流称为加热器电流。

加热器26具有高电阻材料，由于加热器电流的流动而产生焦耳热。加热器26构成为：利用该焦耳热对磁控管25进行预热。

如图3所示，磁控管25由阴极25a和阳极25b构成。阴极25a为圆筒状，配置于磁控管25的中央部。在阴极25a的轴部分配置为：加热器26与阴极25a之间具有间隙。阳极25b为圆筒状，配置为罩在阴极25a外侧。另外，在阳极25b的内侧部分，形成平行于轴方向的多个沟槽。

而且，在磁控管25中，磁场施加在轴方向。另外，图3中，省略了产生该磁场的结构，但可以考虑如下结构，例如在阳极25b的外侧形成线圈通电流，或在阳极25b的上方及下方配置永磁铁等产生磁场。

并且，若阴极25a被加热器26充分地加热，由阴极25a的外周面释放出热电子。该热电子受磁场的影响，在阳极25b与阴极25a之间的空间(作用空间)旋转。特别地，热电子通过在阳极25b内侧形成的沟槽部分(空腔)周边时，会产生高频电磁波(微波)。

噪音消除电路23由具有线圈及电容器的低通滤波器等构成。该噪音消除电路23，配置在电流检测计22与加热器26之间，消除施加在磁控管25上的磁场、或因微波的影响等而产生在加热器中的噪音。

电流检测计22构成为：能够输出与加热器电流的大小成比例的信号。电流检测计22输出的信号经过A/D变换后作为电流值信号被输入控制部27。该电流检测计22的详细构造并未图示，例如，可以具备：串联配置的电流检测电阻、检出该电流检测电阻的两端部的电位差的差动增幅器和将该差动增幅器的信号进行A/D变换的A/D变换器。

控制部27构成为：根据该电流值信号能够判断磁控管25的预热是否完成。并且，若磁控管25预热完成，控制部27能发报脉冲信号。另外，关于控制部27进行的详细处理后述。

脉冲变压器24具备第1线圈24a、第2线圈24b和第3线圈24c。第1线圈24a的一个端子与高压电源28相连接，FET开关29被设置另一个端子上。该FET开关29构成为，根据控制部27的脉冲信号而进行开关切换。

据此，在第2线圈24b及第3线圈24c上，产生具有与脉冲信号相同的脉冲宽的驱动用脉冲。并且，该驱动用脉冲外加至磁控管25，磁控管25输出脉冲调制后的微波。

根据上述构成，信号产生部11能够生成具有一定脉冲宽的微波。另外，该信号产生部11中除磁控管25外的构成，控制磁控管25的阴极25a的加热，也可以称为磁控管的阴极加热装置。

其次，参照图4至图6说明控制部27进行的处理。图4是概念地表示加热器26的温度的推移与加热器的电阻值的联系的坐标图。图5是表示加热器电流的推移的坐标图。图6是表示控制部27的处理的流程图。

首先，说明根据加热器电流的电流值判断磁控管25的预热完成的方法。如图4(a)所示，若加热器电流开始流动则加热器的温度上升，推移成接近某一定温度。另外，经过时间越长温度变化的变换量变得越小。另外，众所周知，一般的，若物质的温度上升，则按照物质的电阻温度系数，物质的电阻值也上升。因此，如图4(b)所示，加热器26的电阻值的变化等同加热器26的温度变化。

另外，如图5(a)所示，因加热器电源21通常将约一定的电压外加在加热器26上，故加热器电流开始流动之后，加热器电流的电流值逐渐减少，推移成接近某一定的电流值。所以，如5(b)所示，加热器电流的电流值的变化量逐渐减少。

这样，加热器的温度与加热器电流的电流值的变化量具有关联性，所以控制部27能够根据加热器电流的电流值判断磁控管25的预热是否完成。

若加热器26对阴极25a开始加热，则来自电流检测计22的电流值信号输入控制部27(图6的流程图中的S101)。控制部27根据该电流值计算电流值的变化量(S102)。具体的，控制部27将当前的电流值(I_n)和规定时间(例如0.1秒)前的电流值(I_n-1)的差(ΔI＝I_n-I_n-1)作为电流值的变化量算出。

另外，在本实施方式中，作为电流值的变化量采用每规定时间的变化量，但取而代之也可以用每单位时间的变化量作为电流值的变化量。而且，作为电流值的计算方法，也可以对检测出的电流值和对应电流值的时间的关系，适用适当的近似求出电流值函数，通过微分该电流值函数求出电流值的变化量。

其次，控制部27将该电流值的变化量与规定的阈值(X)进行比较(S103)。其原因是：因随着加热器的温度上升电流值的变化量减小(参照图4以及图5)，故通过设定适当的阈值，能检测出加热器的温度是否升至规定的温度以上。该阈值的值能经验地设定，也可以通过实验等求出。另外，基于加热器电源21的电压值以及电阻温度系数等也能进行演算并求出。

于是，控制部27若判断电流值的变化量在该阈值以下(ΔI＜X)，加热器26的温度变成规定温度以上(S104)。在图5所示的加热器电流的推移的例子中，在经过时间是约25秒时电流值的变化量变为阈值以下。

另外，判断加热器26的温度是否是规定温度以上的方法不局限于上述的方法。例如，若存在加热器电源21的不稳定、电流值信号的噪音以及外界气温的急剧下降等因素，则即使加热器26的温度没有升至规定温度以上，电流值的变化量也会变为阈值以下。为了避免这种情况，在电流值的变化量变为阈值以下时，判断为再经过规定时间以上的时间加热器26的温度升至规定温度以上。

除了这些方法之外，其构成也能是根据微分了电流值函数后得出的函数所示的动作，进行模式匹配等，判断加热器26是否变成规定温度以上。另外，其构成也能是利用卡尔曼滤波器等，判断考虑外部干扰后的电流值的变化量，判断加热器26的温度是否成为规定温度以上。

控制部27从判断加热器26的温度成为规定温度以上的时刻起，判断经过规定时间后磁控管25的预热完成(S105)。该规定时间设定为加热器26的温度变成规定温度以上后，到阴极25a的温度变为足够温度的时间。

控制部27将根据加热器26的热传导时间及阴极25a的热传导时间计算出的值设定成该规定时间。所谓加热器26的热传导时间是指从加热器26的发热部分发热后到热量传导至加热器26的外周面的时间，所谓阴极25a的热传导时间是指热量传至阴极25a的表面后到热量传导至阴极25a的外周面(即阴极25a的全体)的时间。

另外，由于磁控管25内部几乎为真空，从加热器26到阴极25a不以热传导传热，主要以热辐射传热。因此，也可以考虑加热器26以及阴极25a的辐射率并确定规定时间。据此，能考虑加热器26的热量有多少传给阴极25a，设定更合适的规定时间。

另外，控制部27根据该规定时间，计算出到预热完成的时间，并在显示部16上显示该意思。用户根据该显示，能够知晓到船舶用雷达装置10开始使用的时间。另外，作为将到预热完成的时间通知用户的方法，除了上述方法之外，还可以在显示部16上显示棒状的图表(进度条)等，将处理的进度情况视觉地通知用户的方法、或能在显示部16上以百分率形式显示处理的进度情况的方法，进而，能用具有作为报知部的蜂鸣器或灯等，将处理的进度情况以声音或光通知用户的方法。

并且，显示部16显示到预热完成的时间时，能进行为了开始船舶用雷达装置10的动作的最终确认。于是，若用户操作恰当的输入键允许船舶用雷达装置10的开始动作，则向控制部27发送雷达开始指示。另一方面，控制部27在判断磁控管25的预热完成后，判断有无该雷达开始指示(S106)，有雷达开始指示的情况下，产生脉冲信号(S107)。若脉冲信号发生，如前述，脉冲状的微波从雷达天线12被发射，船舶用雷达装置10开始动作。

如以上说明，本实施方式的磁控管的阴极加热装置具备加热器26、电流检测计22和控制部27。加热器26以焦耳热加热磁控管25的阴极25a。电流检测计22检测流经加热器26的加热器电流的电流值。控制部27根据加热器电流的变化量判断磁控管25预热是否完成。

据此，能够准确地知道磁控管25预热完成的时刻。因此，能够缩短使用磁控管25时的等待时间。具体的，在以往的雷达装置中考虑在寒冷地区使用，多设定180秒的预热时间。而因采用本发明，在常温能够缩短到15秒～25秒。

另外，在本实施方式的磁控管的阴极加热装置中，控制部27根据加热器电流的变化量变为规定阈值以下的时刻，判断磁控管25的预热完成。

据此，因能高精确地捕捉加热器26的温度上升变缓加热器26是规定温度以上，故能更准确地知道磁控管的预热完成的时刻。

另外，在本实施方式的磁控管的阴极加热装置中，控制部27判断从加热器电流的变化量变为规定阈值以下时刻起在规定时间经过后，磁控管25的预热完成。

据此，因能不仅考虑加热器26的温度情况，还考虑该加热器26的热量传至阴极25a全体的时间，故能更准确地知道磁控管25的预热完成时刻。

另外，在本实施方式的磁控管的阴极加热装置中，规定时间根据加热器26的热传导时间和磁控管25的阴极25a的热传导时间被确定。

据此，因能将加热器26的热量传至阴极25a全体的时间设定为高精度的值，故能准确地知道磁控管25的预热完成的时刻。

另外，本实施方式的磁控管的阴极加热装置具备显示部16。显示部16根据控制部27的判断，通知用户磁控管25的预热进度情况。

据此，因用户能把握磁控管25的预热进度情况，故能得知在何时船舶用雷达装置10能使用。

另外，本实施方式的信号产生部11具备磁控管25和磁控管的阴极加热装置。磁控管25具有阴极25a和阳极25b，该阳极25b配置在阴极25a的周围，且阴极25a阳极25b之间空开缝隙。磁控管的阴极加热装置具备噪音消除回路23。噪音消除电路23设置于加热器26与电流检测计22之间，消除因磁控管25的影响而在加热器电流上产生的噪音。

据此，能防止因磁控管25的影响而在加热器电流上产生的噪音影响电流检测计22检测的电流值。因此，因能高精度地检测出加热器电流的电流值，故能更正确地知道加热器26的温度情况。因此，因能更准确地知道磁控管的预热完成时刻，故能缩短为了产生微波的等待时间。

另外，本实施方式船舶用雷达装置10具备微波发生装置、雷达天线12和信号处理部15。雷达天线12发射微波发生装置产生的微波，并接收来自物标的反射波。信号处理部15，根据雷达天线12接收的反射波，求出物标相关的信息。

据此，能够实现缩短船舶用雷达装置10启动后到能使用的时间。

另外，本实施方式中，作为磁控管25的阴极预热方法包括：加热步骤、电流值检测步骤和判断步骤。加热步骤，是由加热器26加热磁控管25的阴极25a。电流检测步骤，是检测流经加热器26的电流值。判断步骤，是根据加热器电流的变化量判断磁控管25的预热完成。另外，如上述说明，可以不规定进行各步骤的顺序，有时各步骤能同时进行。

据此，能够准确地知道磁控管的预热完成的时刻，从而缩短使用磁控管25时的等待时间。以上说明了本发明的最优实施方式，但上述构成能如下变更。

在上述中，开示了磁控管的阴极加热装置以及微波发生装置适用于雷达装置的例，但雷达装置以外，也能适用于利用微波进行通信的通信机器等。

雷达装置不限于船舶用雷达装置，其他用途的雷达装置也能够适用。另外，本发明的雷达装置不限于脉冲雷达装置，也适用例如FMCW雷达等其他形式的雷达装置。

在本实施方式中，用数字控制判断磁控管预热完成，但也能用模拟回路判断。