JP2006134751A - 電子管 - Google Patents

Abstract

【課題】 広帯域化を実現しつつ、コストの上昇を抑制できる電子管を提供することを目的とする。
【解決手段】 電子ビームと高周波信号とを相互作用させる高周波回路であるヘリックスを備えた電子管であって、へリックスを内包するシェルと、シェルの内壁と当接する部位に導電性材料が配置され、へリックスと当接する部位が誘電体で覆われた、へリックスをシェル内で支持する複数の支柱とを有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子ビームと高周波信号とを相互作用させる高周波回路であるヘリックスを備えた電子管に関する。

進行波管やクライストロン等は、電子銃から放射される電子ビームと高周波回路との相互作用により高周波信号の増幅や発振を行うための電子管である。これらの電子管は、例えば、図４に示すように、電子ビーム５０を放出する電子銃１０と、電子銃１０から放出された電子ビーム５０と高周波信号（マイクロ波）とを相互作用させる高周波回路である、螺旋状に形成されたヘリックス２０と、ヘリックッス２０を通過した電子ビーム５０を捕捉するコレクタ電極３０と、電子銃１０から放出された電子ビーム５０をヘリックス２０の螺旋構造内に導くアノード電極４０とを有する構成である。

電子銃１０は、熱電子を放出するカソード電極１１と、カソード電極１１に熱電子を放出させるための熱エネルギーを与えるヒータ１２と、熱電子を集束して電子ビーム５０を形成するためのウェネルト電極１３とを備えている。

図４に示す電子管のコレクタ電極３０及び電子銃１０には、それぞれ電源装置６０から所定の電源電圧が供給され、アノード電極４０及びへリックス２０は電子管のケースにそれぞれ接続されて接地される。

電子銃１０のカソード電極１１及びウェネルト電極１３には電源装置６０から共通の負の高電圧（カソード電圧）がそれぞれ供給され、ヒータ１２にはカソード電圧を基準にして所定の電圧が供給される。また、コレクタ電極３０にはカソード電圧を基準にして正の高電圧が供給される。なお、電子管には、アノード電極４０とヘリックス２０との接続が切り離され、アノード電極４０とヘリックス２０とに異なる電源電圧がそれぞれ供給される構成もある。

電子銃１０から放射された電子ビーム５０は、アノード電極４０により加速されてヘリックス２０の螺旋構造内に導入され、ヘリックス２０の入力端から供給される高周波信号と相互作用しながら内部を進行する。ヘリックス２０の螺旋構造内から出力された電子ビーム５０はコレクタ電極３０で捕捉される。このとき、ヘリックス２０の出力端からは電子ビーム５０との相互作用により増幅された高周波信号が出力される。

ヘリックス２０は、図５に示すように、誘電体から成る支柱２２（通常、３本）によりシェル２１内に支持、固定される。シェル２１の径方向の内壁には、ヘリックス２０に供給される高周波信号（マイクロ波）の位相速度や電子ビーム５０と該高周波信号との結合インピーダンスの周波数に対する変化を少なくして広帯域化を実現する、金属材料からなるベイン２３（ソリッドとも呼ばれる）が装荷される。なお、電子管１を広帯域化するためシェル２１内にベイン２３を設ける手法については、例えば非特許文献１に記載されている。非特許文献１ではシェルをバレル（barrel）と称し、ベインをメタルセグメント（metal segment）と称している。

ところで、図５に示しようにヘリックス２０をシェル２１内に固定する場合、まず支柱２２を取り付けたヘリックス２０をシェル２１内に焼嵌めし、その後、シェル２１の内壁の支柱２２と重ならない位置（１２０度間隔）にベイン２３をろう付けによって固定する。したがって、ベイン２３を取り付けるのが困難であり、ベイン２３の取り付け工程における良品率が低いという問題がある。特に、近年の電子管は、通信システムの大容量化や電波の有効利用の観点から、より高い周波数で使用されるため、高周波化に対応してサイズが小型化する傾向にある。そのため、焼嵌めの勘合代が少なくなり、ベイン２３の取り付け時にヘリックス２０や支柱２２が崩れる可能性が高く、ベイン２３の取り付けがより困難になってきている。

このような問題に対処するため、例えば特許文献１では、ヘリックッスを支持する支柱（誘電体）の片側面あるいは両側面に段差を設け、該段差部に金属メッキを施すことで支柱にベインの機能を持たせ、ベインを不要した構成を提案している。
小野寺，辻，「超広帯域進行波管用装荷ヘリクスの分散特性」，電子情報通信学会論文誌Ｃ，vol. J70-C, No.9, pp.1286-1287, 1987年９月 特開平５−２４２８１７号公報

しかしながら上記特許文献１に記載された従来の電子管では、誘電体から成る支柱に設けた段差に精度良く金属メッキを施すための技術が確立していないため、支柱の形成工程における良品率が低いという問題がある。したがって、電子管のコストが上昇する問題や広帯域化が十分に図れない問題がある。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、広帯域化を実現しつつ、コストの上昇を抑制できる電子管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電子管は、電子ビームと高周波信号とを相互作用させる高周波回路であるヘリックスを備えた電子管であって、
前記へリックスを内包するシェルと、
前記シェルの内壁と当接する部位に導電性材料が配置され、前記へリックスと当接する部位が誘電体で覆われた、前記へリックスを前記シェル内で支持する複数の支柱と、
を有する構成とする。

上記のような構成の電子管では、支柱を構成する導電性材料がベインに代わって電子管の広帯域化に寄与するため、ベインを設ける必要が無くなる。特に導電性材料の表面に誘電体を形成するため、ＣＶＤ法等の確立した技術を用いて支柱を形成することが可能であり、支柱の形成工程における良品率が向上する。

本発明によれば、広帯域化を実現しつつ、コストの上昇を抑制した電子管を得ることができる。

次に本発明について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の電子管の第１の実施の形態の構成を示す図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示した支柱の構成を示す斜視図である。なお、図１（ａ）は電子ビームの流れる方向と直交する方向の切断面を示している。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施の形態の電子管は、ヘリックス２０をシェル２１内で支えるための支柱２の構造が従来と異なっている。その他の構成は従来の電子管と同様であるため、その説明は省略する。

本実施形態の電子管で用いる支柱２は、導電性材料３の表面に誘電体４が形成され、シェル２１の内壁と当接する部位で該導電性材料３が表出した構成である。したがって、へリックス２０の固定時、導電性材料３はシェル２１の径方向の内壁と接触する。なお、図１（ａ）、（ｂ）では、支柱２として、板状の導電性材料３の両側面に誘電体４を形成した例を示しているが、導電性材料３は板状である必要はなく、台形状やＬ字状等、その他どのような形状であってもよい。また、支柱２は、シェル２１の内壁と当接する部位に導電性材料３が配置され、ヘリックス２０と接触する部位が誘電体４で覆われていれば、例えば図２に示すように誘電体４が導電性材料３の表面にＬ字状に形成された構成であってもよい。

導電性材料３には、非磁性物質である銅やグラファイト等が用いられ、導電性材料３を覆う誘電体４には、窒化ホウ素や窒化アルミニウム等が用いられる。導電性材料３の表面には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて誘電体４が堆積される。

本実施形態の電子管では、支柱２に含まれる導電性材料３が、図５に示したベイン２３と同様に、ヘリックス２０に供給される高周波信号（マイクロ波）の位相速度や電子ビームと該高周波信号との結合インピーダンスの周波数に対する変化を少なくして広帯域化に寄与する。したがって、ベイン２３が不要になり、ベイン２３の取り付け工程も不要になるため、電子管のコストが低減される。

また、本実施形態では、ベイン２３が不要になることで従来と同じ製造方法により、小型で広帯域化を実現した電子管を得ることができる。

さらに、本実施形態では、特許文献１にように誘電体４から成る支柱２に金属メッキを施すのではなく、導電性材料３の表面に誘電体４を形成するため、ＣＶＤ法のように確立した技術を用いて支柱２を形成することが可能であり、支柱２の形成工程における良品率が向上する。したがって、広帯域化を実現しつつ、電子管のコストの上昇を抑制できる。

（第２の実施の形態）
図３は本発明の電子管の第２の実施の形態の構成を示す図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示した支柱の構成を示す斜視図である。なお、図３は電子ビームの流れる方向と直交する方向の切断面を示している。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の実施の形態の電子管は、ヘリックス２０をシェル２１内で支えるための支柱５に導電性材料６を用い、そのヘリックス２０と当接する部位が誘電体膜７で覆われた構成である。その他の構成は従来の電子管と同様であるため、その説明は省略する。

導電性材料６には、第１の実施の形態と同様に、非磁性物質である銅やグラファイト等が用いられ、誘電体膜７には、窒化ホウ素や窒化アルミニウム等が用いられる。また、ヘリックス２０と当接する部位にはＣＶＤ法を用いて誘電体膜７が成膜される。

このような構成であっても、第１の実施の形態と同様に、支柱５の導電性材料６が図５に示したベイン２３に代わって電子管の広帯域化に寄与する。したがって、ベイン２３が不要になり、ベイン２３の取り付け工程も不要になるため、電子管のコストが低減される。

また、ベイン２３が不要になることで現状と同じ製造方法により、小型で広帯域化を実現した電子管を得ることができる。

さらに、導電性材料６の表面に誘電体膜７を形成するため、ＣＶＤ法等の確立した技術を用いて支柱５を形成することが可能であり、支柱５の形成工程における良品率が向上する。したがって、広帯域化を実現しつつ、電子管のコストの上昇を抑制できる。

本発明の電子管の第１の実施の形態の構成を示す図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示した支柱の構成を示す斜視図である。 図１（ａ）に示した支柱の変形例を示す斜視図である。 本発明の電子管の第２の実施の形態の構成を示す図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示した支柱の構成を示す斜視図である。 ヘリックスを有する電子管の一構成例を示す側断面図である。 図４に示したヘリックス従来の構成を示す図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は側断面図である。

符号の説明

１ 電子管
２、５、２２ 支柱
３、６ 導電性材料
４ 誘電体
７ 誘電体膜
１０ 電子銃
１１ カソード電極
１２ ヒータ
１３ ウェネルト電極
２０ ヘリックス
２１ シェル
２３ ベイン
３０ コレクタ電極
４０ アノード電極
５０ 電子ビーム
６０ 電源装置

Claims (3)

1. 電子ビームと高周波信号とを相互作用させる高周波回路であるヘリックスを備えた電子管であって、
   前記へリックスを内包するシェルと、
   前記シェルの内壁と当接する部位に導電性材料が配置され、前記へリックスと当接する部位が誘電体で覆われた、前記へリックスを前記シェル内で支持する複数の支柱と、
   を有する電子管。
2. 前記支柱は、
   前記導電性材料の表面に前記誘電体が形成され、前記シェルの内壁と当接する部位で前記導電性材料が表出した構成である請求項１記載の電子管。
3. 前記支柱は、
   前記へリックスと当接する部位が誘電体膜で覆われた導電性材料である請求項１記載の電子管。

Images