JP2003535433A - 低電力の広帯域クライストロン - Google Patents

低電力の広帯域クライストロン

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JP2003535433A
JP2003535433A JP2000583061A JP2000583061A JP2003535433A JP 2003535433 A JP2003535433 A JP 2003535433A JP 2000583061 A JP2000583061 A JP 2000583061A JP 2000583061 A JP2000583061 A JP 2000583061A JP 2003535433 A JP2003535433 A JP 2003535433A
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klystron
cavity
cathode
collector
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JP2000583061A
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シモンズ、ロバート・スペンサー
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Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
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Litton Systems Inc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
    • H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator

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Abstract

(57)【要約】 低電力の広帯域幅クライストロン(10)は、電子ビーム(22)を放射することのできる電子放射面(14)を有する陰極(12)と、前記陰極(12)から間隔を隔てて配置され、陰極(12)から放射された電子ビーム(22)を収集するように設計されたコレクタとを含んでいる。陽極(24)は一連のドリフト管(38,44,46,48,52)中に電子ビーム(22)を導くために陰極(12)とコレクタとの間に配置されており、前記ドリフト管(38,44,46,48,52)が陽極(24)とコレクタとの間に電子ビーム(22)通路を規定する。ドリフト管(38,44,46,48,52)は、入力空洞(32)および出力空洞(40)が電子ビーム(22)と相互作用するギャップを規定する。入力空洞(32)は無線周波数入力信号によって電子ビーム(22)を速度変調し、出力空洞(40)は増幅された無線周波数信号を電子ビーム(22)から抽出する。ドリフト管(38,44,46,48,52)は入力空洞(32)と出力空洞(40)との間に付加的なギャップ(35,37) を中間空洞(42,43) に対して規定することができ、この中間空洞(42,43) が付加的な増幅を行う。電子ビーム(22)を陰極(12)の電子放射面(14)から引出してドリフト管(38,44,46,48,52)中に供給するために陰極(12)の電圧電位に関して正の電圧電位が陽極(24)に印加される。陽極(24)の電圧電位は所望の出力電力のために必要とされるものよりはるかに大きい。出力空洞(40)は、最適のクライストロン電力出力のために必要とされるものの２倍以上の負荷コンダクタンスを与えられることにより過負荷される。陰極(12)の電圧電位に関して正の電圧電位がコレクタに印加されるが、陰極(12)とコレクタとの間の電圧電位差は陰極(12)と陽極(24)との間における対応した電圧電位差の最大でも１／２でよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は線形ビーム電子装置に関し、とくに高い効率と広い帯域幅とを実現す
る低電力のコレクタ抑制クライストロンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
線形ビーム電子装置は、無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波電磁信号の増幅
を必要とする高性能通信およびレーダシステムにおいて使用される。通常のクラ
イストロンは、マイクロ波増幅器として使用される線形ビーム電子装置の一例で
ある。クライストロンにおいて、電子銃から出た電子ビームは、いくつかのギャ
ップを横切って延在するドリフト管を通って伝搬され、各ギャップはクライスト
ロンの共振空洞の一部分である。電子ビームは、共振空洞の第１のものに導入さ
れたＲＦ入力信号によって速度変調される。電子ビームの速度変調の結果、速度
を増加された電子が速度を減少された電子に次第に追いつくために電子集群が生
じる。走行する電子群は、後続する共振空洞中の電磁エネルギを含む電子ビーム
中のＲＦ電流を表している。その後、電磁エネルギは増幅されたＲＦ出力信号と
して後続する共振空洞の最後のものから抽出されることができる。
【０００３】 クライストロンの帯域幅および効率は共に、クライストロンにおいて非常に
重要である。たとえば、クライストロンが増幅することのできる信号の情報割合
は帯域幅と共に増加する。また、クライストロンにより消費される電力は効率の
増加と共に減少する。
【０００４】 クライストロンの帯域幅は、ビーム電圧に対するビーム電流の割合が増加す
るにしたがって増加する。もっと正確に言えば、それはビームコンダクタンスが
増加されるにつれて増加する。これは、出力空洞を横切る負荷コンダクタンスと
ビームが中間空洞上に生成する負荷負荷コンダクタンスの両者がビームコンダク
タンスに比例するために発生する。したがって、１サイクル当りの損失エネルギ
に対する蓄積エネルギの尺度であるこれらの空洞に対する品質係数（Ｑ）は、ビ
ームコンダクタンスが増加するにつれて低下する。したがって、帯域幅もまたＱ
に反比例する。
【０００５】 ビームコンダクタンスは、それを生成する電子銃のパービアンスと、電子銃
が動作される電圧とにより決定される。パービアンス（Ｋ）は、ビーム電流（Ｉ
）とビーム電圧（Ｖ）との間の関係によりＩ＝ＫＶ3/2 として定められる。パー
ビアンスは一般に、平均的なクライストロンに対して１ボルトの３／２乗当たり
１×１０-6乃至３×１０-6アンペアである。したがってビームコンダクタンス（
Ｉ／Ｖ）は式Ｉ／Ｖ＝ＫＶ1/2 から求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
低電力のクライストロンにおいて、ビーム電圧は通常低く、対応した電力出力
は一般に１キロワットより小さい。上述したようにパービアンスの増加と共にビ
ームコンダクタンスが増加し、それによって帯域幅が増加するため、帯域幅を増
加させる１つの方法はパービアンスを増加することである。しかしながら、この
方法には２つの欠点がある。第１に、パービアンスを高くした場合、ビーム中の
空間電荷の力が増加して、ビームの電子を高密度の集群にすることが困難になる
ため、管の効率が低下する。第２に、一定の電子ビーム電力でパービアンスが増
加されるので、ビーム電圧は減少されなければならない。電子ビーム速度はビー
ム電圧の平方根に比例するため、結果的に電子ビーム速度が低下する。さらに、
ビームに沿った空洞ギャップの寸法は、空洞ギャップフィールドの電子に対する
良好な結合を維持するために電子走行時間に関して一定に保持されなければなら
ない。したがって非常に高い周波数で動作するように設計されている低電圧クラ
イストロンでは、これらの空洞ギャップの大きさが極度に小さくなる可能性があ
り、その結果適切なクライストロンを構成するときに問題が生じる。
【０００７】 したがって、容易に製造されることのできる低電力で広帯域用の効率的なク
ライストロンを提供することが望ましい。さらに、比較的低い出力電力と高い効
率を有し、かつ標準的な設計のクライストロンよりも帯域幅がはるかに広く、大
型で製造し易い部品が使用される種々の低電力クライストロンを特定の適用に対
して構成できるようにする設計方法を提供することが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示によると、低電力レベルで動作し、高い効率および広い帯域幅を
提供するクライストロンが提供される。さらに、そのクライストロンは特定の設
計仕様を満たす低い電力、高い効率および広い帯域幅を実現し、一方で通常の構
成のクライストロンより製造の容易な部品を使用する。
【０００９】 本発明の１実施形態において、低電力で広帯域幅のクライストロンは、電子
ビームを放射することのできる電子ビーム放射面を有する陰極と、この陰極から
間隔を隔てて配置されたコレクタとを備えている。コレクタは陰極から放射され
た電子ビームを収集する。陰極とコレクタとの間には陽極が配置されており、陰
極から放射された電子ビームを入力空洞と出力空洞を通過するようにコレクタに
向かって導く。電子ビームの周囲にはドリフト管が設けられ、入力空洞と出力空
洞を結合して電子ビームのための通路を規定する。入力空洞と出力空洞との間に
おいて電子ビームに沿って１以上の中間空洞が設けられてもよい。入力空洞は電
子ビームを速度変調し、出力空洞は増幅された信号を電子ビームから抽出する。
出力空洞は、クライストロンの最適電力出力のために必要とされるものの２倍以
上の負荷コンダクタンスを与えられることにより過負荷される。
【００１０】 とくに、電子ビームを陰極放射面から引出すために陰極に関して正の第１の
電圧が陽極に印加される。電子ビームがコレクタに到達して収集されるように陰
極に関して正の第２の電圧がコレクタに印加されるが、陰極とコレクタの電圧電
位差は陰極と陽極の電圧電位差の最大でも１／２であることができるため、高い
効率が達成される。陽極電圧は所望の出力電力のために必要とされるものよりは
るかに大きく、大きい出力空洞負荷コンダクタンスを伴い、それによって低電力
で広帯域幅のクライストロン性能が実現される。
【００１１】 以下の好ましい実施形態の詳細な説明を検討することによって、当業者は低
電力で広帯域のクライストロンをさらによく理解すると共に、付加的な利点およ
び目的を認識するであろう。添付図面が参照され、図面の簡単な説明に示されて
いる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、高い効率で動作しながら低電力要求および広帯域幅増幅を実現する
クライストロンに対する要望に適ったものである。さらに、低電力で広帯域幅の
クライストロンは、標準的な設計のクライストロンより製造し易い部品を使用し
て同様の動作要求により構成されることができる。以下の詳細な説明において、
１以上の図面における同じ素子を示すために同じ素子符号を使用する。
【００１３】 図１を参照すると、本発明の１実施形態によるクライストロン10が示されて
いる。クライストロン10は、電子銃セクション20、無線周波数（ＲＦ）相互作用
セクション30およびコレクタセクション50を含んでいる。電子銃セクション20は
、凹状の電子放射面14を有する陰極12を備えている。陰極12内のヒータコイル16
は、外部直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）電源（ＶH ）に電気的に結合される。
技術的に知られているように、電子が放射面14から熱電子放射されることができ
るようにするために陰極の温度を十分に上昇させるためにヒータコイル16が使用
される。陰極面14の外側の周囲には、環状の集束電極18が同心的に取付けられて
いる。
【００１４】 陽極24は、電子ビーム22が通過する環状開口を規定する。陰極12に関して正
の電圧電位が陽極電圧源（ＶA ）により印加され、陰極面14と陽極24との間に電
界が規定される。陰極12および集束電極18は一般に接地電圧電位の端子に結合さ
れる。その代わり、陽極24は接地端子に結合され、陽極24に関して負の電圧電位
が陰極12および集束電極18に印加されることができる。陽極24は陰極12から電子
を引出し、電子を電子ビーム22に集束し、その電子ビーム22をＲＦ相互作用セク
ション30中に加速させる。
【００１５】 ＲＦ相互作用セクション30は、電子ビーム22が電子銃20からコレクタセクシ
ョン50に進行しているときにこのビーム22と相互作用する一連の空洞を含んでい
る。とくに、ＲＦ相互作用セクション30は入力空洞32、ドリフト管38、44、46、
48、52、利得または増幅を増加させるための随意の一連の中間空洞42、43、およ
び出力空洞40を備えている。入力空洞32は、電磁信号を入力空洞32中に結合する
誘導性結合器36を備えている。出力空洞40は、電磁信号を出力空洞40から結合す
る誘導性結合器46を備えている。誘導性結合器36、46は絞り（アイリス）または
ループを使用してもよい。その代わりに、技術的に知られているように容量性結
合を使用して電子信号を空洞に、および空洞から結合してもよい。
【００１６】 ドリフト管38、44、46、48、52は、電子銃セクション20とコレクタセクショ
ン50との間においてクライストロンの長さに沿って軸方向に延在し、種々のクラ
イストロン素子を共に結合し、電子ビーム22のための通路を形成するように機能
する。ドリフト管38は陽極24と入力空洞32との間に配置され、ドリフト管44は入
力空洞32と中間空洞42との間に配置され、ドリフト管46は中間空洞42と中間空洞
43との間に配置され、ドリフト管48は中間空洞43と出力空洞40との間に配置され
、ドリフト管52は出力空洞40とコレクタセクション50との間に配置されている。
入力空洞32に対する入力ギャップ34がドリフト管38、44の各端部間において規定
され、中間空洞ギャップ35および37がドリフト管44、46の各端部間および46、48
の各端部間においてそれぞれ規定され、出力ギャップ39がドリフト管48、52の各
端部間において規定される。空洞開口を規定するギャップによりＲＦ信号と電子
ビーム22との間の相互作用が可能になり、その結果ＲＦ信号が増幅される。クラ
イストロンの長さに沿って軸方向に規定された磁界も生成され、技術的に知られ
ているように電磁コイル60または永久磁石の使用により電子ビーム22の集束を維
持する。
【００１７】 コレクタセクション50は、ＲＦ相互作用セクション30の端部で電子ビーム22
を収集する。ビームの電子は出力ギャップ39を通過してドリフト管52を通り、電
子を収集するコレクタ54に入る。陰極12に関して正の電圧電位がコレクタ電圧源
（ＶC ）によってコレクタ54に印加される。コレクタ54は冷却壁56によって包囲
されており、この冷却壁56は冷却液を含み、冷却液をコレクタ54の周囲に循環さ
せるために冷却液貯蔵器（示されていない）によって付加的に供給されてもよい
。フィンのような付加的な放熱部材もまた、クライストロンからの熱伝導をさら
に改善するために使用されることができる。
【００１８】 クライストロンの動作において、陰極に関して正の電圧電位（ＶA ）が陽極2
4に印加され、その結果熱電子放射された電子が陰極面14からドリフト管38中に
引き込まれる。電子ビーム22は、各ドリフト管44、46、48および52のそれぞれを
次々に通過してゆき、クライストロンの長さに沿って軸方向に規定された集束磁
界の動作により圧縮方式でドリフト管を通って移送される。電子ビーム22は最後
に正の電圧電位（ＶC ）を有するコレクタ54に入り、ここで電子ビームは空間電
荷力のために発散する。
【００１９】 ＲＦ入力信号は、誘導性結合器36によって誘導的に入力空洞32に結合され、
入力空洞ギャップ34を通過する電子ビーム22中の電子がＲＦ入力信号によって速
度変調される。電子が中間空洞ギャップ35、37を通過するとき電子集群が増強さ
れ、それによってクライストロン利得が増加する。出力空洞ギャップ39を通過す
る電子集群は、この出力空洞40において電磁波を誘導し、それは誘導性結合器46
によりＲＦ出力信号として抽出される。クライストロンの所望の増幅特性を得る
ためにもっと多くのまたは少い中間空洞が使用されてもよいことを理解すべきで
ある。
【００２０】 高い効率および広い帯域幅を高周波で実現する低電力のクライストロンを得
るために、基本的な方法として、１ボルトの２分の３乗当り約１×１０-6アンペ
アの平均パービアンスを提供するクライストロン設計から開始する。これによっ
て約４０％の良好な効率が得られるが、帯域幅は所望の出力電力を生成するもの
より数倍高いビーム電圧（ＶA ）で動作されたときに要求されるよりも狭く、出
力もまたそれより高い。高いビーム電圧は、許容可能な移送角度に対するクライ
ストロン空洞およびギャップ寸法を大きくすることを可能にするため効果的であ
る。その後、負荷コンダクタンスを最適クライストロン電力出力に対して必要な
大きさの少なくとも２倍にすることにより出力空洞が過負荷される。これによっ
て、出力空洞ギャップ39におけるＲＦ電圧が減少され、クライストロンの電力出
力がその効率と共に減少されるが、負荷コンダクタンスに比例して帯域幅が増加
する。最後に、以下さらに詳細に説明するようにクライストロン効率を回復する
ためにコレクタが抑制される。
【００２１】 図２は低電力で広帯域幅のクライストロンの電気等価回路を示しており、そ
れは入力空洞32、中間空洞42、43および出力空洞40に対する電気等価回路を示し
ている。各空洞に対する一般的な等価回路はキャパシタンスＣ、インダクタンス
Ｌ、電子ビーム抵抗Ｒb および空洞抵抗Ｒc を有している。破線は、低電力、広
帯域幅のクライストロン10を外部ＲＦ入力信号発生器および外部抵抗ＲL から分
離している。外部ＲＦ入力信号発生器は入力空洞32中の誘導性結合器36を通って
ＲＦ入力信号を供給し、外部抵抗ＲL は誘導性結合器46を通って出力空洞40に与
えられる外部負荷を表している。
【００２２】 上述したように、電子ビーム電圧（ＶA ）を増加し、出力空洞負荷コンダク
タンス（１／ＲL ）を非常に大きくすることにより、電力出力は所望のレベルに
減少され、帯域幅はビームコンダクタンスに比例して増加する。これらの動作条
件下において、ビーム中の電子のうち出力空洞ギャップフィールドによってその
全エネルギが取り去られるものはなく、したがって最も遅い電子でも多量のエネ
ルギが残った状態でクライストロンコレクタに到達する。その後、陽極電圧電位
（ＶA ）ではなく陰極電圧電位に非常に近いコレクタ電圧電位（ＶC ）でビーム
を収集することによって、このエネルギが取戻され、効率が典型的なクライスト
ロン値に回復される。十分に集束された電子ビームの中の電流は陽極、ドリフト
管または空洞にはほとんど衝突せず、したがって陽極電圧源からとられる電力は
ごくわずかである。
【００２３】 この電力定格のクライストロンに対する正規のビーム電圧より高いために生
じたビーム電流の増加のために、中間空洞に対するビーム負荷がある程度増加す
る。しかしながら、クライストロンの内部における、あるいは技術的に知られて
いるように絞り、誘導性ループまたは容量性プローブのような種々の結合装置に
より中間空洞に結合された適切な抵抗材料により中間空洞を擬似的に負荷する必
要があるかもしれない。
【００２４】 図３には、たとえばＫａ周波数帯域内にあるほぼ３０ＧＨｚの高い周波数で
広い帯域幅を得るために単一段のコレクタの抑制されたクライストロンを構成す
る利点が示されている。とくに図３は、３×１０-6Ａ／Ｖ3/2 のビームパービア
ンスおよび０．０１２''（インチ）のビーム直径を有する適当な通常のクライス
トロンの特性に対して計算された関連パラメータを表で示している。図３には、
比較のために、１×１０-6Ａ／Ｖ3/2 のビームパービアンスならびに０．０１８
''および０．０２６''のビーム直径を有する単一段の抑制されたコレクタのクラ
イストロンとして示されている本発明の２つの実施形態に対して計算された関連
パラメータもまた表で示されている。
【００２５】 通常のクライストロンは、それがかなり高いパービアンスのビーム（３×１
０-6Ａ／Ｖ3/2 ）を有するにもかかわらず、帯域幅がほとんどない（２２ＭＨｚ
）ことが認められる。これは、空洞ギャップの長さ（０．００４''）および空洞
の高さ（０．０４０''）が非常に小さく、したがって空洞が低いＲ／Ｑ比を有し
ている（全ての設計に対して空洞外径は０．２００''程度である）ためである。
さらに、ギャップの寸法が小さいにもかかわらず、１，０００ボルトに関連した
比較的低いビーム速度ではギャップ寸法が電子走行時間に関して大きいために、
ギャップ結合係数が低くなる。
【００２６】 ０．０１８''のビーム直径を有する単一段のコレクタ抑制クライストロンは
、そのギャップが通常のクライストロン空洞ギャップ長（０．００４''）より物
理的に大きい（０．０１４''）にもかかわらず、それらは移送角度に関して小さ
い。その結果、ギャップ結合係数は大きくなり、したがって出力空洞上で使用可
能な負荷抵抗およびＱを著しく小さくすることができる。この実施形態に対する
空洞のＲ／Ｑはまた著しく高い（１８９対７５）。それは、この実施形態の本体
長が長いために、その空洞が通常の３×１０-6Ａ／Ｖ3/2 のパービアンスのクラ
イストロンの空洞よりはるかに長い（０．１４０''対０．０４０''）ためである
。その結果、１，０００ＭＨｚを越える３ｄＢの帯域幅が利用できる。この設計
の主な欠点は、ビーム電流密度が非常に高く（２３０Ａ／ＣＭ2 ）、電子銃上で
おそらく１００：１の著しく高い集束率を使用しなければならないことである。
広帯域応答特性を生成するためにスタガー同調された場合、その利得は空洞に対
する重い負荷のために４空洞クライストロンに対してかなり低く（ほぼ１０ｄＢ
）なる。
【００２７】 単一段のコレクタ抑制クライストロンの電子ビームを本発明の第２の実施形
態のように０．０２６''に増大した場合、陰極電流密度問題はそれ程深刻なもの
ではなくなる。しかしながら、通常のクライストロンの場合のように、大きいト
ンネル直径のために、ギャップ結合係数が非常に低くなり、大きい直径のドリフ
ト管のために空洞のＲ／Ｑが減少する。したがって、１６６ＭＨｚの帯域幅しか
利用できない。
【００２８】 以上、低電力で広帯域幅のクライストロンの好ましい実施形態を説明してき
たが、当業者は内部システムのある利点が達成されていることを理解すべきであ
る。また、本発明の技術的範囲内において種々の修正、適応およびその別の実施
形態が行われることが可能なが理解されるべきである。たとえば、いくつかの設
計例を示してきたが、上述した本発明の概念は明らかに説明された設計の多くの
変形に対して同様に該当するものである。さらに本発明は添付された請求の範囲
によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施形態による低電力で広帯域のクライストロンの側断面図。
【図２】 本発明の１実施形態による低電力広帯域クライストロンの電気等価回路の概略
図。
【図３】 通常のクライストロンと比較した低電力で広帯域のクライストロンの特定の実
施形態の例を概略的に示す表。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 に陰極(12)の電圧電位に関して正の電圧電位が陽極(24) に印加される。陽極(24)の電圧電位は所望の出力電力の ために必要とされるものよりはるかに大きい。出力空洞 (40)は、最適のクライストロン電力出力のために必要と されるものの２倍以上の負荷コンダクタンスを与えられ ることにより過負荷される。陰極(12)の電圧電位に関し て正の電圧電位がコレクタに印加されるが、陰極(12)と コレクタとの間の電圧電位差は陰極(12)と陽極(24)との 間における対応した電圧電位差の最大でも１／２でよ い。

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子ビームを放射する電子放射面を有する陰極と、 前記陰極から間隔を隔てて配置され、前記陰極からの前記電子ビームを収集す
    るコレクタと、 前記陰極と前記コレクタとの間に配置され、前記陰極からの前記電子ビームを
    導く陽極と、 前記陽極と前記コレクタとの間に前記電子ビームに沿って配置され、前記電子
    ビームを速度変調する入力空洞と、 前記入力空洞と前記コレクタとの間に前記電子ビームに沿って配置され、前記
    電子ビームからエネルギを抽出し、帯域幅を増加させるためにクライストロンの
    最適電力出力に対して要求されるものの少なくとも２倍の負荷コンダクタンスを
    有する出力空洞と、 前記入力空洞と前記出力空洞との間において前記電子ビームの周囲を囲んで配
    置され、前記入力空洞および前記出力空洞と結合し、前記電子ビームに対する通
    路を規定するドリフト管とを具備している低電力の広帯域クライストロン。
  2. 【請求項２】 前記コレクタを抑制する手段をさらに具備し、前記陰極と前
    記コレクタとの間の第１の電圧電位差はクライストロンの効率を増加するために
    前記陰極と前記陽極との間の対応した第２の電圧電位差の最大でも１／２である
    請求項１記載の低電力の広帯域クライストロン。
  3. 【請求項３】 陰極と陽極との間の電圧電位差は、所望のクライストロン電
    力出力のために必要とされるものより大きい請求項１記載の低電力の広帯域クラ
    イストロン。
  4. 【請求項４】 前記クライストロンは１３ＧＨｚより大きい周波数で動作す
    る請求項１記載の低電力の広帯域クライストロン。
  5. 【請求項５】 前記電子ビームの通路に沿って磁界を形成することによって
    前記電子ビームを集束する手段をさらに具備している請求項１記載の低電力の広
    帯域クライストロン。
  6. 【請求項６】 入力信号を前記入力空洞に供給する手段をさらに具備してい
    る請求項１記載の低電力の広帯域クライストロン。
  7. 【請求項７】 増幅された出力信号を回復するために出力信号を前記出力空
    洞から抽出する手段をさらに具備している請求項１記載の低電力の広帯域クライ
    ストロン。
  8. 【請求項８】 前記入力空洞と前記出力空洞との間において前記電子ビーム
    に沿って配置された１以上の中間空洞をさらに具備している請求項１記載の低電
    力の広帯域クライストロン。
  9. 【請求項９】 前記クライストロンの帯域幅を増加するために前記１以上の
    中間空洞を擬似的に負荷する手段をさらに具備している請求項８記載の低電力の
    広帯域クライストロン。
  10. 【請求項１０】 前記擬似的な負荷手段は、内部抵抗材料を含んでいる請求
    項９記載の低電力の広帯域クライストロン。
  11. 【請求項１１】 前記擬似的な負荷手段は、外部結合絞りを含んでいる請求
    項９記載の低電力の広帯域クライストロン。
  12. 【請求項１２】 前記擬似的な負荷手段は、誘導性ループを含んでいる請求
    項９記載の低電力の広帯域クライストロン。
  13. 【請求項１３】 前記擬似的な負荷手段は、容量性プローブを含んでいる請
    求項９記載の低電力の広帯域クライストロン。
  14. 【請求項１４】 電子ビームを放射する電子放射面を有する陰極と、 前記陰極から間隔を隔てて配置され、前記陰極からの前記電子ビームを収集す
    るためにコレクタ電圧源に結合されたコレクタと、 前記陰極と前記コレクタとの間に配置され、前記陰極から前記電子ビームを引
    出すために陽極電圧源に結合された陽極と、 前記陽極と前記コレクタとの間に前記電子ビームに沿って軸方向に配置され、
    前記電子ビームを速度変調するために入力信号に結合される入力空洞と、 前記入力空洞と前記コレクタとの間に前記電子ビームに沿って軸方向に配置さ
    れ、前記電子ビームから出力信号を抽出する手段に結合され、クライストロンの
    最適電力出力に対して要求されるものの少なくとも２倍の負荷コンダクタンスを
    さらに有する出力空洞と、 前記入力空洞と前記出力空洞との間において前記電子ビームの周囲を囲んで軸
    方向に配置され、前記入力空洞および前記出力空洞と結合し、前記電子ビームに
    対する通路を規定するドリフト管とを具備している低電力の広帯域クライストロ
    ン。
  15. 【請求項１５】 前記コレクタを抑制する手段をさらに具備し、前記陰極と
    前記コレクタとの間の第１の電圧電位差はクライストロン効率を増加するために
    前記陰極と前記陽極との間の対応した第２の電圧電位差の最大でも１／２である
    請求項１４記載の低電力の広帯域クライストロン。
  16. 【請求項１６】 陰極と陽極との間の電圧電位差は、所望のクライストロン
    電力出力のために必要とされるものより大きい請求項１４記載の低電力の広帯域
    クライストロン。
  17. 【請求項１７】 前記クライストロンは１３ＧＨｚより大きい周波数で動作
    する請求項１４記載の低電力の広帯域クライストロン。
  18. 【請求項１８】 前記電子ビームの通路に沿って磁界を形成することによっ
    て前記電子ビームを集束する手段をさらに具備している請求項１４記載の低電力
    の広帯域クライストロン。
  19. 【請求項１９】 前記入力空洞と前記出力空洞との間において前記電子ビー
    ムに沿って配置された１以上の中間空洞をさらに具備し、前記１以上の中間空洞
    が適切な負荷コンダクタンスを供給する手段を有している請求項１４記載の低電
    力の広帯域クライストロン。
  20. 【請求項２０】 前記入力空洞と前記出力空洞との間において前記電子ビー
    ムに沿って配置された前記１以上の中間空洞を擬似的に負荷する手段をさらに具
    備している請求項１９記載の低電力の広帯域クライストロン。
  21. 【請求項２１】 前記擬似的な負荷手段は、内部抵抗材料を含んでいる請求
    項２０記載の低電力の広帯域クライストロン。
  22. 【請求項２２】 前記擬似的な負荷手段は、外部結合手段を含んでいる請求
    項２０記載の低電力の広帯域クライストロン。
  23. 【請求項２３】 前記電子ビーム通路に沿って配置され、前記陽極、前記入
    力空洞、前記１以上の中間空洞、前記出力空洞および前記コレクタと結合し、前
    記入力空洞と前記１以上の中間空洞と前記出力空洞とを横切るドリフトギャップ
    を規定する複数のドリフト管をさらに具備している請求項１９記載の低電力の広
    帯域クライストロン。
  24. 【請求項２４】 電子放射面を有する陰極と、前記電子放射面からの電子放
    射を誘導させる手段と、前記陰極から間隔を隔てて配置され、前記電子放射面か
    ら放射された電子を収集するコレクタと、前記陰極と前記コレクタとの間に配置
    され、前記電子放射面から放射された電子を導いて電子ビームにする陽極とを具
    備しており、第１の電圧電位が前記陽極に印加され、第２の電圧電位が前記コレ
    クタに印加され、前記陽極と前記コレクタとの間において前記電子ビームに沿っ
    て配置され、前記電子ビームを速度変調するために入力信号を供給する手段に結
    合された入力空洞と、前記入力空洞と前記コレクタとの間において前記電子ビー
    ムに沿って配置され、出力信号を抽出する手段に結合された出力空洞と、前記陽
    極と前記入力空洞との間、前記入力空洞と前記出力空洞との間、および前記出力
    空洞と前記コレクタとの間に配置され、各素子を互いに結合し、前記電子ビーム
    に対する通路を規定する一連のドリフト管とを具備しているクライストロンにお
    いて低電力、広帯域幅および高い効率を得るための方法において、 前記クライストロンの最適電力出力に対して要求されるものの少なくとも２倍
    の負荷コンダクタンスを前記出力空洞に与えることによって前記出力空洞を過負
    荷し、 前記電子ビームに印加された電圧が所望の電力出力のために要求されるものよ
    りはるかに大きいように前記第１の電圧電位を増加し、 前記陽極の電圧電位ではなく前記陰極の電圧電位に前記第２の電圧電位を近付
    けることによって前記コレクタを抑制するステップを含んでいる方法。
  25. 【請求項２５】 陰極とコレクタとの間の電圧電位差は、陰極と陽極との間
    の電圧電位差の最大でも１／２である請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記クライストロンは１３ＧＨｚより大きい周波数で動作
    する請求項２４記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記電子ビームの通路に沿って磁界を形成することにより
    前記電子ビームを集束する手段をさらに含んでいる請求項２４記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記入力空洞と前記出力空洞との間において前記電子ビー
    ムに沿って配置された１以上の中間空洞をさらに具備している請求項２４記載の
    方法。
  29. 【請求項２９】 帯域幅を増加するために前記１以上の中間空洞を擬似的に
    負荷する手段をさらに具備している請求項２８記載の方法。
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