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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre und insbesondere eine Wanderfeldröhre, die
zur Verwendung in einer Antenne geeignet ist, die auf einem Satelliten
oder in einer Sendevorrichtung montiert ist, die eine Phased-Array-Antenne verwendet.
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Zum
Vermindern des Wärmeverlusts
im Kollektor und damit zum Erhöhen
des Wirkungsgrades von Wanderfeldröhren, die in künstlichen
Satelliten montiert sind, oder von Wanderfeldröhren, die in Phased-Array-Antennen
verwendet werden, wird eine mehrstufige Kollektorstruktur verwendet,
in der die Kollektorelektroden in mehrere Einheiten geteilt sind.
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In
einer Wanderfeldröhre
mit einer derartigen mehrstufigen Kollektorstruktur werden den Kollektorelektroden
jeder Stufe verschiedene Spannungen zugeführt, und Elektronenstrahlen,
die als Ergebnis einer Wechselwirkung mit einer Hochfrequenzwelle eine
Geschwindigkeitsverteilung haben, werden hinsichtlich der Geschwindigkeit
jedes Elektronenstrahls unterschieden und erfasst.
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1 zeigt
eine Seitenansicht zum Darstellen eines Beispiels der Konstruktion
einer Wanderfeldröhre,
und 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht zum
Darstellen der Struktur eines Kollektors der in 1 dargestellten
Wanderfeldröhre zum
Darstellen einer Beziehung zwischen Hochspannungszuleitungen und
Keramik-Isolierteilen. Außerdem
zeigt 3 eine Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion
eines in 2 dargestellten Keramik-Isolierteils. 2 zeigt
einen Zustand, in dem Hochspannungszu leitungen durch den untersten
Abschnitt der Keramik-Isolierteile
geführt
sind, wenn sich jedoch vier Hochspannungszuleitungen durch ein Keramik-Isolierteil
erstrecken, wie in 3 dargestellt ist, sind die
Hochspannungszuleitungen tatsächlich
nicht am untersten Abschnitt, sondern etwas weiter oben angeordnet.
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Wie
in 1 dargestellt ist, besteht die Wanderfeldröhre aus:
einer Elektronenkanone 50 mit einer Kathode 51 zum
Emittieren eines Elektronenstrahls; einer Schaltungseinheit 60 zum
Erzeugen einer langsamen Welle bzw. einer Slow-Wave-Schaltungseinheit, die beispielsweise
aus einer Wendel 61 besteht; einer magnetischen Fokussiereinheit 70,
die durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines periodischen Magnetfeldes
gebildet wird; einer Eingangseinheit 80 zum Empfangen eines
zu verstärkenden Hochfrequenzsignals;
einer Ausgangseinheit 90 zum Ausgeben des verstärkten Hochfrequenzsignals;
und einem Kollektor 100 mit einer mehrstufigen Kollektorstruktur.
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In
dieser Konstruktion breitet sich der von der Kathode 51 emittierte
Elektronenstrahl im Inneren der Wendel 61 aus, während er
mit dem Hochfrequenzsignal wechselwirkt, das von der Eingangseinheit 80 empfangen
worden ist. Dann wird ein Hochfrequenzsignal, das durch die Wechselwirkung
mit dem Elektronenstrahl verstärkt
worden ist, von der Ausgangseinheit 90 ausgegeben. Der
Elektronenstrahl hat eine Energieverteilung, wird dem Kollektor 100 zugeführt und
wird an jeder Kollektorelektrode des Kollektors 100 erfasst.
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Wie
in 2 dargestellt ist, hat der Kollektor 100 einer
herkömmlichen
Wanderfeldröhre
eine Struktur, gemäß der mehrere
Kollektorelektroden (in 2 vier Stufen) 11 jeweils
durch Keramik-Isolierteile 12 in der radialen Richtung
einer aus einem Metall hergestellten Vakuumhülle 13 verbunden und
gesichert sind. Hochspannungszuleitungen 14 sind mit jeder
Kollektorelektrode 11 verbunden, um vorgegebene Spannungen
von außen
zuzuführen,
und diese Hochspannungszuleitungen 14 sind über in den
Keramik-Isolierteilen 12 ausgebildete Löcher nach außen geführt.
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Wie
in 3 dargestellt ist, haben die Keramik-Isolierteile 12 eine
Konstruktion in der Form eines Zylinders mit einer gleichmäßigen Dicke
in der radialen Richtung, so dass zwischen der Vakuumhülle 13,
die mit dem Erdpotential verbunden ist, und den Kollektorelektroden 11,
denen Hochspannungen zugeführt
werden, eine vorgegebene Isolierkapazität aufrechterhalten wird, und
in der Zylinderstruktur sind mehrere Löcher 15 zum Durchführen der
vorstehend beschriebenen Hochspannungszuleitungen 14 ausgebildet.
Die Mittelachse des Innendurchmessers stimmt im Wesentlichen mit
der Mittelachse des Außendurchmessers
der Keramik-Isolierteile 12 überein.
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Im
Kollektor 100 mit der mehrstufigen Kollektorstruktur erstreckt
sich eine Hochspannungszuleitung 14 durch das Keramik-Isolierteil 12,
das die Kollektorelektrode der ersten Stufe hält (C1 in 2), und
zwei Hochspannungszuleitungen 14 erstrecken sich durch
das Keramik-Isolierteil 12, das die Kollektorelektrode
der zweiten Stufe hält
(C2 in 2). Außerdem
erstrecken sich drei Hochspannungszuleitungen 14 durch
das Keramik-Isolierteil 12, das die Kollektorelektrode
der dritten Stufe hält
(C3 in 2), und vier Hochspannungszuleitungen 14 erstrecken sich
durch das Keramik-Isolierteil 12,
das die Kollektorelektrode der vierten Stufe hält (C4 in 2).
D. h., die Hochspannungszuleitungen 14 erstrecken sich
nicht durch alle in den Keramik-Isolierteilen 12 ausgebildeten
Löcher 15.
Trotzdem ist die gleiche Anzahl von Löchern an den gleichen Positionen
ausgebildet, so dass die gleichen Keramik-Isolierteile 12 an
einer belie bigen Stufe des herkömmlichen
Kollektors 100 verwendbar sind.
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Außerdem hat
der in 2 dargestellte Kollektor 100 eine Konstruktion
mit einem daran befestigten Auslassrohr (in der Figur nicht dargestellt),
wobei dieses Auslassrohr normalerweise an einer oberen Position
in 2 befestigt ist, so dass die Löcher 15 für die Hochspannungszuleitungen
in den Keramik-Isolierteilen 12 alle an der Unterseite
ausgebildet sind, wie in 3 dargestellt ist.
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In
den letzten Jahren entstand jedoch ein zunehmender Bedarf für leichtgewichtigere
und kompaktere Wanderfeldröhren
für eine
Installation in künstlichen
Satelliten oder Phased-Array-Antennen.
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Im
Kollektor mit der vorstehend beschriebenen Wanderfeldröhre muss
die Dicke der Keramik-Isolierteile in der radialen Richtung in Abhängigkeit
von der Spannungs- oder Durchschlagsfestigkeit des Keramik-Isoliermaterials
jedoch größer oder gleich
einer vorgegebenen Dicke sein, um eine isolierende Eigenschaft zwischen
jeder der Hochspannungszuleitungen und zwischen den Kollektorelektroden
und der Vakuumhülle
aufrechtzuerhalten.
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Daher
ist eine Verminderung der Dicke der Keramik-Isolierteile mit Löchern zum Durchführen von
Hochspannungszuleitungen problematisch gewesen, so dass es unmöglich war,
die Anforderung für
eine größere Kompaktheit
unter Verwendung der herkömmlichen
Konstruktion zu erfüllen.
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In
den Patentdokumenten
JP-2001-118523 ,
DE-3438520 und
US-6291935 sind Wanderfeldröhren (TWTs)
mit mehreren Kollektoren auf Keramikisolatoren beschrieben.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wanderfeldröhre bereitzustellen,
bei der der Durchmesser der Vakuumhülle vermindert ist, um eine
größere Kompaktheit
zu erhalten.
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Um
die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, sind die Keramik-Isolierteile
zum Isolieren der Kollektorelektroden und der Vakuumhülle in der erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre in der
Form eines Zylinders ausgebildet, wobei die Mittelachse des Innendurchmessers
des Zylinders bezüglich
der Mittelachse seines Außendurchmessers
divergiert. Die erfindungsgemäße Wanderfeldröhre ist
außerdem derart
konstruiert, dass Löcher
in Abschnitten mit einer größeren Dicke
in der radialen Richtung ausgebildet sind, wobei die Hochspannungszuleitungen
zum Zuführen
vorgegebener Spannungen zu den Kollektorelektroden durch diese Löcher geführt sind.
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Durch
die vorstehend beschriebene Konstruktion kann der Durchmesser der
Vakuumhülle kleiner
gemacht werden als bei einer herkömmlichen Konstruktion, während eine
vorgegebene Isoliereigenschaft zwischen jeder der Hochspannungszuleitungen
sowie zwischen den Kollektorelektroden und der Vakuumhülle aufrechterhalten
wird.
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Dadurch
kann eine Wanderfeldröhre
mit einer Struktur erhalten werden, die kompakter ist als diejenige
einer herkömmlichen
Wanderfeldröhre,
und insbesondere trägt
die Verwendung der erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre in einem
System, in dem mehrere Antennenelemente angeordnet sind, z. B. in einer
Phased-Array-Antenne, wesentlich dazu bei, das System kompakter
zu machen.
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Die
vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen deutlich, die Beispiele der vorliegenden Erfindung zeigen.
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1 zeigt
eine Seitenansicht zum Darstellen eines Konstruktionsbeispiels einer
Wanderfeldröhre;
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2 zeigt
eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen des Kollektors
der in 1 dargestellten Wan derfeldröhre und zum Darstellen der
Beziehung zwischen Hochspannungszuleitungen und Keramik-Isolierteilen;
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3 zeigt
eine Querschnittansicht zum Darstellen der Struktur eines in 2 dargestellten Keramik-Isolierteils;
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4 zeigt
eine Seiten-Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion der
ersten Ausführungsform
eines Kollektors in einer erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre;
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5 zeigt
eine Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion eines in 4 dargestellten
Keramik-Isolierteils;
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6 zeigt
eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion
der zweiten Ausführungsform
des des Kollektors einer erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre und
zum Darstellen der Beziehung zwischen den Keramik-Isolierteilen und
den Hochspannungszuleitungen; und
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7 zeigt
eine Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion eines in 6 dargestellten
Keramik-Isolierteils.
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Erste Ausführungsform
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4 zeigt
eine Seiten-Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion der
ersten Ausführungsform
eines Kollektors in einer erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre, und 5 zeigt
eine Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion eines in 4 dargestellten
Keramik-Isolierteils. Die Konstruktion der Wanderfeldröhre ist
derjenigen einer herkömmlichen
Wanderfeldröhre ähnlich,
so dass sie nur kurz beschrieben wird.
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Wie
in 4 dargestellt ist, hat der Kollektor der ersten
Ausführungsform
der Wanderfeldröhre eine
Konstruktion, gemäß der, ähnlich wie
bei einer herkömmlichen
Wanderfeldröhre,
mehrere Kollektorelektroden (in 4 vier Stufen) 1 durch
Keramik-Isolierteile 2 in der radialen Richtung einer aus Metall
hergestellten Vakuumhülle 3 verbunden
und gesichert sind. Der in 4 dargestellte
Kollektor ist derart strukturiert, dass die mit der Kollektorelektrode der
letzten Stufe (C4 in 4) verbundene Hochspannungszuleitung
direkt nach außen
geführt
ist, ohne dass sie sich durch das Keramik-Isolierteil 2 erstreckt.
Die Anzahl der in jedem Keramik-Isolierteil 2 ausgebildeten
Löcher
zum Durchführen
der Hochspannungszuleitungen 4 beträgt daher drei.
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Wie
in 5 dargestellt ist, hat das Keramik-Isolierteil 2 der
vorliegenden Ausführungsform eine
Konstruktion in der Form eines Zylinders, wobei die Mittelachse
seines Innendruckmessers bezüglich der
Mittelachse seines Außendurchmessers
divergiert, wobei in dem Abschnitt, der in der radialen Richtung
dicker ausgebildet ist, mehrere Löcher 5 zum Durchführen von
Hochspannungszuleitungen 4 ausgebildet sind.
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Die
Dicke des Keramik-Isolierteils 2 ist derart ausgebildet,
dass auch am Punkt der geringsten Dicke der Keramik-Isolierteile 2 (Punkt
A in 5) eine vorgegebene Isoliereigenschaft zwischen
jeder der Kollektorelektroden 1 und der Vakuumhülle 3 aufrechterhalten
werden kann.
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Außerdem sind
die Löcher 5 zum
Durchführen
von Hochspannungszuleitungen an derartigen Positionen ausgebildet,
dass von den Abschnitten, die zwischen dem Außenumfang der Löcher 5 und der
Vakuumhülle 3 angeordnet
sind, die Dicke an dem Abschnitt mit der geringsten Dicke (Position
B in 5) ein Maß hat,
gemäß dem eine
Isoliereigenschaft aufrechterhalten werden kann, die der Isoliereigenschaft
zwischen der vorstehend beschriebenen Kollektorelektrode 1 und
der Vakuumhülle 3 entspricht.
D. h., die Löcher 5 zum
Durchführen
von Hochspannungszuleitungen 4 sind an Positionen ausgebildet,
an denen die Dicke des Abschnitts mit der geringsten Dicke unter
den Abschnitten, die zwischen dem Außenumfang der Löcher 5 und
der Vakuumhülle 3 angeordnet
sind, größer oder
gleich der Dicke des Punkts mit der geringsten Dicke des Keramik-Isolierteils 2 in
der radialen Richtung ist. Außerdem
ist klar, dass die Löcher 5 in
vorgegebenen Abständen
angeordnet sind, die erforderlich sind, um eine Isoliereigenschaft
zwischen den Hochspannungszuleitungen zu gewährleisten.
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Durch
Verwendung dieser Konfiguration kann der Durchmesser der Vakuumhülle 3 vermindert werden,
während
die Isoliereigenschaft zwischen den Hochspannungszuleitungen sowie
zwischen den Kollektorelektroden 1 und der Vakuumhülle 3 aufrechterhalten
wird. Beispielsweise kann, wenn eine Vakuumhülle mit einer zylindrischen
Form mit einem Durchmesser von 17 mm, wobei die Dicke der Keramik-Isolierteile,
wie bei einer herkömmlichen
Konstruktion, gleichmäßig ist,
gemäß der Konstruktion der
vorliegenden Ausführungsform
umgeformt wird, der Durchmesser der Vakuumhülle auf 14,9 mm vermindert
werden, wodurch ein Kollektor mit äquivalenten Isoliereigenschaften
mit einem Durchmesser erhalten werden kann, der 88% des Durchmessers
der herkömmlichen
Konstruktion gleicht.
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Dadurch
kann eine Wanderfeldröhre
erhalten werden, die kompakter ist als eine herkömmliche Wanderfeldröhre. Insbesondere
trägt die
Verwendung der vorliegenden Ausführungsform
der Wanderfeldröhre
in einem System, wie beispielsweise in einer Phased-Array-Antenne,
in dem mehrere Antennenelemente vorgesehen sind, wesentlich zur
Realisierung eines kompakteren Systems bei.
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Zweite Ausführungsform
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6 zeigt
eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion
einer zweiten Ausführungsform
des Kollektors einer erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre und
zum Darstellen der Beziehung zwischen den Hochspannungszuleitungen
und den Keramik-Isolierteilen; und 7 zeigt eine
Querschnittansicht zum Darstellen der Konstruktion eines in 6 dargestellten
Keramik-Isolierteils.
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Der
in 6 dargestellte Kollektor hat eine Konstruktion
mit vier Kollektorelektrodenstufen, wobei dies eine Konstruktion
darstellt, gemäß der jede Hochspannungszuleitung
zum Zuführen
einer Spannung zu jeder Kollektorelektrode sich durch Löcher erstreckt,
die in den Keramik-Isolierteilen ausgebildet sind und nach außen führen. 6 zeigt
einen Fall, in dem Hochspannungszuleitungen durch den Bereich geführt sind,
in dem die Keramik-Isolierteile in der radialen Richtung am dicksten
sind (unterster Abschnitt), wenn sich jedoch, wie in der vorliegenden Ausführungsform,
vier Hochspannungszuleitungen durch die Keramik-Isolierteile erstrecken,
erstrecken sich die Hochspannungszuleitungen tatsächlich durch
Punkte, die etwas über
dem untersten Abschnitt angeordnet sind. Mit Ausnahme dieses Merkmals
entspricht die Konstruktion der ersten Ausführungsform, so dass sie nicht
näher erläutert wird.
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Der
Kollektor der vorliegenden Ausführungsform
ist derart konstruiert, dass Löcher 6,
die zum Hindurchführen
der Hochspannungszuleitungen in den Keramik-Isolierteilen ausgebildet
sind, sich gemäß der Position
der Kollektorelektroden unterscheiden.
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Wie
in 7 dargestellt ist, ist, wenn beispielsweise der
Kollektor aus vier Stufen von Kollektorelektroden besteht, wie in 6 dargestellt
ist, ein Loch 61 zum Hindurchführen einer
Hochspannungszuleitung im Keramik-Isolierteil ausgebildet, das die Kollektorelektrode
der ersten Stufe hält
(C1 in 6), und zwei Löcher 61 und 62 sind
im Keramik-Isolierteil ausgebildet, das die Kollektorelektrode der
zweiten Stufe hält
(C2 in 6). Außerdem
sind Löcher 61 –63 im Keramik-Isolierteil ausgebildet,
das die Kollektorelektrode der dritten Stufe hält (C3 in 6), und
vier Löcher 61 –64 sind im Keramik-Isolierteil ausgebildet, das
die Kollektorelektrode der letzten Stufe hält (C4 in 6).
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Indem
veranlasst wird, dass gemäß der Position
der entsprechenden Kollektorelektrode die Anzahl der Löcher, die
in jedem Keramik-Isolierteil ausgebildet sind, der Anzahl von Hochspannungszuleitungen
entspricht, die durch das Innere jedes Keramik-Isolierteils geführt sind,
wird eine Verminderung des Verarbeitungsaufwands erreicht, der zum
Ausbilden der Löcher
in den Keramik-Isolierteilen erforderlich ist, wodurch eine Senkung
der Einheitskosten der Keramik-Isolierteile und eine Senkung der
Kosten der Wanderfeldröhre
erreicht wird.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezifischer Ausdrücke beschrieben
worden sind, dient diese Beschreibung lediglich zur Darstellung
und Erläuterung,
und innerhalb des durch die folgenden Patentansprüche definierten
Schutzumfangs der Erfindung können Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden.