CN114846573A - 微波管及控制微波管的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种微波管及控制微波管的方法，利用微波管能够抑制复杂结构、调整等，并且有助于保持微波管的高频输出长期恒定。微波管包括：电子枪，其排放电子束；磁路，其聚焦从电子枪排放的电子束；收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；高频电路，其螺旋形地布置在磁路中聚焦的电子束周围并利用其传播高频；以及磁性体组件，其布置成从而能够在电子枪周围在电子束的排放方向上移动，微波管被配置成使得在电子束的排放方向上移动磁性体组件，由此将从高频电路输出的高频输出控制为恒定。

Description

微波管及控制微波管的方法

技术领域

[相关申请的交叉引用]

本发明基于对日本专利申请JP2019-218548(于2019年12月3日提交)的优先权的要求，通过引用将该申请的全部内容合并于本申请并在此陈述。

本发明涉及一种微波管及控制微波管的方法。

背景技术

有一种微波管是用于在微波波段(0.3至300GHz)中放大电磁波(高频)的器件。通过使得高频与电子枪发射的电子束相互作用，微波管放大并输出从微波管输入的高频。例如图5所示，作为微波管，有一种微波管1包括：发射电子束2的电子枪10；聚焦从电子枪10发射的电子束2的磁路(magnetic circuit)40；捕获穿过磁路40的电子束2的收集器30；以及螺旋形地布置在被磁路40聚焦的电子束2周围并且传输高频的高频电路50(例如参见专利文献(PTL)1)。在这种微波管1中，由高频电路50的入口51供应的高频通过与电子束2的相互作用被放大，以从高频电路50的出口52输出。

这种微波管1有以下问题。例如，随着电子枪10的工作时间的流逝，由于电子枪10的老化，从电子枪10发射的电子束2的量减少，并且高频放大效应也根据这种变化而减小。此外，根据环境温度的变化，磁路40中产生的磁通密度增加或减少，高频放大效应增加或减少。此外，磁路40的磁通密度随着磁路40的工作时间的流逝而减小，因此电子束2的直径随着磁路40的工作时间的流逝而增大，从而电子束2与高频电路50碰撞的量增加。这将缩短微波管1的寿命。

为了解决这些问题，如图5所示，可以在电子枪10周围布置辅助电磁铁60(例如参见PTL 2)。通过使用辅助电磁铁60改变产生的磁通密度，可以调整电子束的直径和高频输出。

引用列表

专利文献

[PTL 1]JP2007–234344A

[PTL 2]JP09-237582A

发明内容

技术问题

以下分析由本申请的发明人给出。

但是，在具有辅助电磁铁60的微波管1中，因为由于辅助电磁铁60产生的热量导致辅助电磁铁60产生的磁通密度降低，所以保持高频输出长期恒定会变难。此外，在PTL 2中，通过减少在辅助电磁铁60中流动的电流并使得电子枪10的位置在轴向上可调来抑制高频放大效应的增/减，但是，这样会使得结构和调整(控制)复杂化，因为在辅助电磁铁60中流动的电流和电子枪10的位置都要调整。此外，在调整电子枪10位置的结构中，电子束2的移动距离发生变化，因此保持高频输出长期恒定会变难。

本发明的主要目的是提供一种微波管及控制微波管的方法，该微波管能够有助于保持微波管的高频输出长期恒定而没有复杂结构或调整。

问题的解决方案

涉及第一方面的微波管被配置为包括：电子枪，其发射电子束；磁路，其聚焦从电子枪发射的电子束；收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；高频电路，其螺旋形地布置在被磁路聚焦的电子束周围并且传输高频；以及磁性体部件，其布置在电子枪周围，从而能够在电子束的发射方向上移动，以及通过在电子束的发射方向上移动磁性体部件，将来自高频电路的高频输出控制为恒定。

涉及第二方面的控制微波管的方法是一种控制微波管的方法，其中，微波管包括：电子枪，其发射电子束；磁路，其聚焦从电子枪发射的电子束；收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；高频电路，其螺旋形地布置在被磁路聚焦的电子束周围并且传输高频；以及磁性体部件，其布置在电子枪周围，从而能够在电子束的发射方向上移动，并且其中，方法包括通过在电子束的发射方向上移动磁性体部件，将来自高频电路的高频输出控制为恒定。

发明的有利效果

根据第一和第二方面，可以有助于保持微波管的高频输出长期恒定而没有复杂结构或调整。

附图说明

图1是示意性示出与第一示例性实施例有关的微波管的配置的剖视图。

图2是用于说明与第一示例性实施例有关的微波管中的磁性体部件和阴极之间的轴向距离“d”的示意图。

图3是示意性示出与第一示例性实施例有关的微波管中的磁性体部件和阴极之间的轴向距离“d”与波束直径以及输出之间的关系的曲线图。

图4是示意性示出与第二示例性实施例有关的微波管的配置的剖视图。

图5是示意性示出与常规示例有关的微波管的配置的剖视图。

具体实施方式

模式

在以下所述的本公开中，可以适当地选择和组合与模式1相关的微波管及其变型模式。

可将与模式1相关的微波管配置为包括：电子枪，其发射电子束；磁路，其聚焦从电子枪发射的电子束；收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；高频电路，其螺旋形地布置在被磁路聚焦的电子束周围并且传输高频；以及磁性体部件，其布置在电子枪周围，从而能够在电子束的发射方向上移动，其中，通过在电子束的发射方向上移动磁性体部件，将来自高频电路的高频输出控制为恒定。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，微波管还可包括位置移动机构，其能够在电子束的发射方向上移动磁性体部件的位置。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，微波管还可包括控制部件，其控制位置移动机构的操作。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，微波管还可包括螺旋线电流(helixcurrent)检测部件，其检测电子束与高频电路碰撞时产生的螺旋线电流，其中，控制部件可以至少基于螺旋线电流检测部件检测到的螺旋线电流来控制位置移动机构的操作。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，微波管还可包括束切割器，其调节从电子枪发射的电子束，使得电子束不进入高频电路，其中，螺旋线电流检测部件可以检测在高频电路与束切割器之间流动的螺旋线电流。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，当螺旋线电流检测部件检测到的螺旋线电流升高时，控制部件将磁性体部件的位置控制为变得更接近磁路，直到螺旋线电流达到第一目标值。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，微波管还可包括高频输出检测部件，其检测来自高频电路的高频输出的电平，并且控制部件可以至少基于高频输出检测部件检测到的高频输出电平，使用位置移动机构来控制磁性体部件的位置。

作为与模式1相关的微波管的变型模式，当高频输出检测部件检测到的高频输出电平下降时，控制部件可将磁性体部件的位置控制为变得更接近磁路，直到高频输出电平达到第二目标值。

在本公开中，作为涉及模式2的控制微波管的方法，提供一种控制微波管的方法，其中，微波管包括：电子枪，其发射电子束；磁路，其聚焦从电子枪发射的电子束；收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；高频电路，其螺旋形地布置在被磁路聚焦的电子束周围并且传输高频；以及磁性体部件，其布置在电子枪周围，从而能够在电子束的发射方向上移动，并且其中，方法可包括通过在电子束的发射方向上移动磁性体部件，将来自高频电路的高频输出控制为恒定。

作为与模式2相关的控制微波管的方法的变型模式，方法可包括当由于电子束与高频电路之间的碰撞而产生的螺旋线电流升高或者来自高频电路的高频输出电平下降时，将磁性体部件的位置控制为变得更接近磁路，直到螺旋线电流或高频输出电平达到目标值。

下面参照附图描述示例性实施例。当在本申请中添加附图标记时，应当注意，本文给出的附图标记主要是为了便于理解，而不是要将本发明限制于所示的方面。此外，以下示例性实施例仅为示例，并不限制本发明。

[第一示例性实施例]

下面参照附图描述与第一示例性实施例有关的微波管。图1是示意性示出与第一示例性实施例有关的微波管的配置的剖视图。

微波管1是电子管，通过使其与从电子枪10发射的电子束2相互作用来放大所提供的高频，以输出结果。微波管1包括密封空间(真空)中的：电子枪10；束切割器20；收集器30；磁路40；以及高频电路50。此外，作为保持高频输出长期恒定的器件，微波管1包括：磁性体部件70；位置移动机构71；控制部件72；螺旋线电流检测部件73；以及高频输出检测部件74。

电子枪10是(线性)发射电子束2的装置(设备)。电子枪10布置在相对于磁路40的收集器30一侧的相对侧。例如，作为电子枪10，可以使用热电子发射型电子枪，其中，阴极11(发射器)内被加热器13加热的电子发射到空间中，发射的电子被维纳尔电极(wehnelt)12聚焦形成电子束2，形成的电子束2被阴极11与阳极14之间的电位差加速，被引导到束切割器20。作为相对于高频电路50的电势的负DC电压的主体电压，被供应给阴极11和维纳尔电极12的每一个。作为相对于阴极11的电势的正直流电压或负直流电压的加热器电压，被供应给加热器13。作为相对于阴极11的电势的正DC电压的阳极电压，被供应给阳极14。

束切割器20是环形构件，其调节从电子枪10发射的电子束2，使得电子束2不进入高频电路50。束切割器20布置在电子枪10与高频电路50之间的磁路40内。作为束切割器20，可以使用热容大于高频电路50的热容的金属材料。束切割器20与散射在高频电路50的螺旋部分内径之外的电子束2碰撞，并防止散射电子束2进入高频电路50。束切割器20电连接到螺旋线电流检测部件73。

收集器30是捕捉穿过高频电路50的电子束2的电极。收集器30布置在相对于磁路40的电子枪10一侧的相对侧。作为相对于阴极11的电势的正DC电压的收集器电压，被供应给收集器30。

磁路40是使用磁性将从电子枪10发射的电子束2聚焦在高频电路50的整个长度上的回路(周期性磁性装置)。磁路40布置在高频电路50的螺旋部分的外围之外。束切割器20被布置为比磁路40内的高频电路50的螺旋部分更靠近电子枪10一侧。作为磁路40，可以使用电磁铁和/或永磁体。

高频电路50是螺旋形地布置在已经穿过束切割器20的电子束2周围并且传输高频的电路(螺旋电路)。高频电路50的螺旋部分布置在电子束2与磁路40之间。作为高频电路50，可以使用导体。在高频电路50中，馈送到高频电路50的入口51的高频通过高频电路50的螺旋部分传输，并从高频电路50的出口52输出。高频电路50通过与已经穿过束切割器20的电子束2相互作用(电子束的动能被转换为微波能量)，在高频传播经过高频电路50的螺旋部分时放大并输出高频。高频电路50电连接到螺旋线电流检测部件73。高频电路50电连接到高频输出检测部件74。

磁性体部件70是包括聚焦从电子枪10(主要从阴极11)发射的电子束2的磁性体的部件。作为磁性体部件70，可以使用永磁体。磁性体部件70布置在电子枪10周围，并且在轴向(电子束2的发射方向)上可移动。磁性体部70通过位置移动机构71在轴向上移动。可通过在轴向上移动磁性体部件70来调整聚焦从阴极11发射的电子束2的轴向位置或长度。当改变磁性体部件70的轴向位置时，通过改变影响阴极11的磁场来改变电子束的直径。这影响了电子束2与传播经过高频电路50的高频之间的相互作用，从而改变微波管1的高频输出。

位置移动机构71是能够沿轴向移动磁性体部件70的位置的机构。作为位置移动机构71，例如可以使用齿轮齿条机构和电机的组合或螺线管。通过控制部件72来控制位置移动机构71的操作。

控制部件72是控制位置移动机构71的操作的功能部件。作为控制部件72，例如可以使用集成电路。控制部件72存储数据库，其组织相对于磁性体部件70的位置的输出变化量(高频输出的变化量)以及与电子束直径的对应关系。控制部件72与螺旋线电流检测部件73电连接，并使用螺旋线电流检测部件73监测电子束2与高频电路50碰撞时产生的电流(螺旋线电流)。控制部件72与高频输出检测部件74电连接，并使用高频输出检测部件74监测来自高频电路50的出口52的高频输出电平。控制部件72基于所监测的螺旋线电流和高频输出电平，使用位置移动机构71控制磁性体部件70的位置。当螺旋线电流升高或高频输出电平下降时，控制部件72将磁性体部件70的位置控制为更接近磁路40，直到螺旋线电流或高频输出电平达到目标值。

在此，因为控制部件72已经知道相对于磁性体部件70的位置的高频输出和螺旋线电流的对应关系，所以控制部件72进行控制，从而能够根据高频输出或螺旋线电流的变化来移动磁性体部件70的位置，直到高频输出或螺旋线电流达到目标值。通过进行这样的控制程序，可将高频输出保持恒定，并抑制螺旋线电流的增加。

螺旋线电流检测部件73是检测电子束2与高频电路50碰撞时产生的电流(螺旋线电流)的功能部件。螺旋线电流检测部件73电连接到高频电路50和束切割器20。螺旋线电流检测部件73检测在高频电路50与束切割器20之间流动的螺旋线电流，并将检测到的螺旋线电流的值提供给控制部件72。

高频输出检测部件74是检测来自高频电路50的出口52的高频输出电平的功能部件。高频输出检测部件74电连接到高频电路50的出口52附近的区域。高频输出检测部件74将检测到的高频输出电平的值提供给控制部件72。

下面参照附图描述与第一示例性实施例相关的微波管中的磁性体部件和阴极之间的轴向距离“d”与波束直径以及输出之间的关系。图2是用于说明与第一示例性实施例有关的微波管中的磁性体部件和阴极之间的轴向距离“d”的示意图。图3是示意性示出与第一示例性实施例有关的微波管中的磁性体部件和阴极之间的轴向距离“d”与波束直径以及输出之间的关系的曲线图。

如图2所示，当磁性体部件70和阴极11之间的轴向距离被定义为穿过磁性体部件70的轴向中心的轴向中心线70a和穿过阴极11的轴向中心的轴向中心线11a之间的距离“d”时，电子束直径和高频输出根据距离“d”的变化而变化，如图3所示。

在图3的区域“A”中，因为高频输出随着距离“d”的增加而升高，所以可通过移动磁性体部件70从而增加距离“d”来将高频输出控制为增加。

在图3的区域“B”中，因为高频输出随着距离“d”的增加而减少，所以可通过移动磁性体部件70从而减少距离“d”来将高频输出控制为增加。。

根据第一示例性实施例，因为在微波管1的操作期间可通过使用位置移动机构71控制磁性体部件70的位置来调整微波管1的高频输出，所以能够有助于保持微波管1的高频输出长期恒定而没有复杂结构或调整。此外，根据第一示例性实施例，因为可以在监测螺旋线电流和高频输出电平的同时调整微波管1的高频输出，所以不管环境温度的变化(磁路40的磁通密度温度的变化)如何，都能够保持高频输出恒定。此外，因为可以在监测螺旋线电流和高频输出电平的同时调整微波管1的高频输出，所以能够抑制螺旋线电流随时间的增加(由于磁路40的老化)，并且可以长期稳定地操作微波管。此外，根据第一示例性实施例，因为可以在监测螺旋线电流和高频输出电平的同时调整微波管1的高频输出，所以能够在微波管1的启动时减轻高负载状态(高螺旋线电流)。此外，通过设置上述效应的优先级和可接受范围，并在可接受范围内优先控制高优先级效应，即使在相互冲突的效应之间，也可以保持高频输出恒定，而不会出现任何控制程序故障。

[第二示例性实施例]

下面参照附图描述与第二示例性实施例有关的微波管。图4是示意性示出与第二示例性实施例有关的微波管的配置的剖视图。

微波管1是电子管，通过使得高频与从电子枪10发射的电子束2相互作用来放大和输出所供应的高频。微波管1包括：电子枪10；束切割器20；收集器30；磁路40；高频电路50；以及磁性体部件70。

电子枪10发射电子束2。磁路40聚焦从电子枪10发射的电子束2。收集器捕捉穿过磁路40的电子束2。高频电路50螺旋形地布置在被磁路40聚焦的电子束2周围并且传输高频。磁性体部件70布置在电子枪10周围，从而能够电子束的发射方向上移动。

微波管1被配置为通过在电子束2的发射方向上移动磁性体部件70来将来自高频电路50的高频输出控制为恒定。

根据第二示例性实施例，因为在微波管1的操作期间可通过控制磁性体部件70的位置来调整其高频输出，所以能够有助于保持微波管1的高频输出长期恒定而没有复杂结构或调整。

可将以上示例性实施例的一部分或全部描述为(但不限于)以下模式。

[模式1]

一种微波管，包括：

电子枪，其发射电子束；

磁路，其聚焦从电子枪发射的电子束；

收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；

高频电路，其螺旋形地布置在被磁路聚焦的电子束周围并且传输高频；以及

磁性体部件，其布置在电子枪周围，从而能够在电子束的发射方向上移动，其中，

通过在电子束的发射方向上移动磁性体部件，将来自高频电路的高频输出控制为恒定。

[模式2]

根据模式1所述的微波管，进一步包括位置移动机构，位置移动机构能够在电子束的发射方向上移动磁性体部件的位置。

[模式3]

根据模式2所述的微波管，进一步包括控制部件，其控制位置移动机构的操作。

[模式4]

根据模式3所述的微波管，进一步包括螺旋线电流检测部件，螺旋线电流检测部件检测电子束与高频电路碰撞时产生的螺旋线电流，其中，

控制部件至少基于螺旋线电流检测部件检测到的螺旋线电流来控制位置移动机构的操作。

[模式5]

根据模式4所述的微波管，进一步包括束切割器，束切割器调节从电子枪发射的电子束，使得电子束不进入高频电路，其中，

螺旋线电流检测部件检测在高频电路与束切割器之间流动的螺旋线电流。

[模式6]

根据模式4或5所述的微波管，其中，

当螺旋线电流检测部件检测到的螺旋线电流升高时，控制部件将磁性体部件的位置控制为变得更接近磁路，直到螺旋线电流达到第一目标值。

[模式7]

根据模式3至6中的任一项所述的微波管，进一步包括高频输出检测部件，高频输出检测部件检测来自高频电路的高频输出的电平，其中，

控制部件至少基于高频输出检测部件检测到的高频输出电平，使用位置移动机构来控制磁性体部件的位置。

[模式8]

根据模式7所述的微波管，其中，

当高频输出检测部件检测到的高频输出电平下降时，控制部件将磁性体部件的位置控制为变得更接近磁路，直到高频输出电平达到第二目标值。

[模式9]

一种用于控制微波管的方法，

其中，微波管包括：

电子枪，其发射电子束；

磁路，其聚焦从电子枪发射的电子束；

收集器，其捕捉穿过磁路的电子束；

高频电路，其螺旋形地布置在被磁路聚焦的电子束周围并且传输高频；以及

磁性体部件，其布置在电子枪周围，从而能够在电子束的发射方向上移动，以及

其中，方法包括通过在电子束的发射方向上移动磁性体部件，将来自高频电路的高频输出控制为恒定。

[模式10]

根据模式9所述的控制微波管的方法，包括：当由于电子束与高频电路之间的碰撞而产生的螺旋线电流升高或者来自高频电路的高频输出的电平下降时，将磁性体部件的位置控制为变得更接近磁路，直到螺旋线电流或高频输出电平达到目标值。

上述专利文献的公开内容应通过引用并入本申请和加以描述，并根据需要用作本发明的基础或本发明的一部分。应当注意，可以基于本发明的基本技术概念在本发明的整个公开范围内(包括权利要求和附图)修改或调整示例性实施例或示例。此外，可以在本发明的整个公开范围内通过各种方式来组合或选择(或在必要时取消选择)各种各样的公开元件(包括各个权利要求的各个元件、各个示例性实施例或示例的各个元件、各个附图的各个元件等)。也就是说，不言而喻，本发明包括本领域技术人员根据包括权利要求和附图以及本发明的技术概念在内的全部公开内容来实现的任何类型的变化和修改。此外，对于本文公开的任何数值或范围，即使没有明确的描述，也应当描述任何中间值或更小的值或子范围。此外在必要时，根据本发明的目的，将上述引用文献的每个公开事项与本文所述事项的一部分或全部(作为本发明公开内容的一部分)结合使用的事项视为包括在(属于)本申请公开的事项中。

附图标记列表

1：微波管

2：电子束

10：电子枪

11：阴极

11a：轴向中心线

12：维纳尔电极

13：加热器

14：阳极

20：束切割器

30：收集器

40：磁路

50：高频电路

51：入口

52：出口

60：辅助电磁铁

70：磁性体部件

70a：轴向中心线

71：位置移动机构

72：控制部件

73：螺旋线电流检测部件

74：高频输出检测部件。

Claims (10)

1.一种微波管，包括：

电子枪，所述电子枪发射电子束；

磁路，所述磁路聚焦从所述电子枪发射的所述电子束；

收集器，所述收集器捕捉已经穿过所述磁路的所述电子束；

高频电路，所述高频电路螺旋形地布置在被所述磁路聚焦的所述电子束周围并且传输高频；以及

磁性体部件，所述磁性体部件布置在所述电子枪周围，从而能够在所述电子束的发射方向上移动，其中，

通过在所述电子束的发射方向上移动所述磁性体部件，将来自所述高频电路的高频输出控制为恒定。

2.根据权利要求1所述的微波管，进一步包括位置移动机构，所述位置移动机构能够在所述电子束的所述发射方向上移动所述磁性体部件的位置。

3.根据权利要求2所述的微波管，进一步包括控制部件，所述控制部件控制所述位置移动机构的操作。

4.根据权利要求3所述的微波管，进一步包括螺旋线电流检测部件，所述螺旋线电流检测部件检测当所述电子束与所述高频电路碰撞时产生的螺旋线电流，其中，

所述控制部件至少基于所述螺旋线电流检测部件检测到的所述螺旋线电流来控制所述位置移动机构的所述操作。

5.根据权利要求4所述的微波管，进一步包括束切割器，所述束切割器调节从所述电子枪发射的所述电子束，使得所述电子束不进入所述高频电路，其中，

所述螺旋线电流检测部件检测在所述高频电路与所述束切割器之间流动的所述螺旋线电流。

6.根据权利要求4或5所述的微波管，其中，

当所述螺旋线电流检测部件检测到的所述螺旋线电流升高时，所述控制部件将所述磁性体部件的所述位置控制为变得更接近所述磁路，直到所述螺旋线电流达到第一目标值。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的微波管，进一步包括高频输出检测部件，所述高频输出检测部件检测来自所述高频电路的所述高频输出的电平，其中，

所述控制部件至少基于所述高频输出检测部件检测到的所述高频输出电平，使用所述位置移动机构来控制所述磁性体部件的所述位置。

8.根据权利要求7所述的微波管，其中，

当所述高频输出检测部件检测到的所述高频输出电平下降时，所述控制部件将所述磁性体部件的所述位置控制为变得更接近所述磁路，直到所述高频输出电平达到第二目标值。

9.一种控制微波管的方法，

其中，所述微波管包括：

电子枪，所述电子枪发射电子束；

磁路，所述磁路聚焦从所述电子枪发射的所述电子束；

收集器，所述收集器捕捉已经穿过所述磁路的所述电子束；

高频电路，所述高频电路螺旋形地布置在被所述磁路聚焦的所述电子束周围并且传输高频；以及

磁性体部件，所述磁性体部件布置在所述电子枪周围，从而能够在所述电子束的发射方向上移动，并且

其中，所述方法包括通过在所述电子束的发射方向上移动所述磁性体部件，将来自所述高频电路的高频输出控制为恒定。

10.根据权利要求9所述的控制微波管的方法，包括：当由于所述电子束与所述高频电路之间的碰撞而产生的螺旋线电流升高或者来自所述高频电路的所述高频输出的电平下降时，将所述磁性体部件的位置控制为变得更接近所述磁路，直到所述螺旋线电流或所述高频输出电平达到目标值。

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