JP2006210261A

JP2006210261A - 遅波回路

Info

Publication number: JP2006210261A
Application number: JP2005023737A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Noro; 正野呂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】進行波管の動作時における接触熱抵抗の発生を抑制することができる進行波管の遅波回路を提供する。
【解決手段】螺旋状の遅波線路１と、遅波線路１を収納する真空外囲器２と、遅波線路１の外周囲に配置されて真空外囲器２内で遅波線路１を支持固定する支持体３と、支持体３と遅波線路１との当接面及び／又は支持体３と真空外囲器２の内壁面との当接面を接続するロウ付け部１３，１４とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、進行波管に利用される遅波回路に関するものである。

進行波管は、細い円筒状の真空外囲器内に金属製の螺旋を遅波線路として挿入してなるマイクロ波の遅波回路を有しており、この螺旋の中心軸に沿って電子ビームを走らせる。電子ビームには速波と遅波の二つの波動伝播モードがあって、螺旋の遅波線路を走るマイクロ波が電子ビームの遅波と結合すると、電子ビームの運動エネルギーによりマイクロ波の電力が増幅される。

なお、遅波線路と真空外囲器との間には絶縁材の支持体が設けられている。この絶縁体の支持体は、螺旋の遅波線路を真空外囲器内に支持することに加え、遅波線路と真空外囲器との絶縁確保、遅波線路で発生する熱を真空外囲器に伝導させる機能をも有している。この支持体を形成する絶縁体材料には、熱伝導性や電気特性を考慮して一般に窒化ホウ素が使用されている。

このような進行波管に利用される従来の遅波回路としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この遅波回路では、真空外囲器内に螺旋の遅波線路を支持するための窒化ホウ素からなる支持体の表面上にＴｉＣやＳｉＣからなる中間層を介して人工ダイヤモンド膜を被覆させている。これにより、熱伝導率及び機械的強度を向上させた上、進行波管の動作時に支持体からダイヤモンド膜中に窒素が拡散することによるダイヤモンド膜の電気抵抗の低下を防止できる。

また、特許文献１を含む従来の進行波管の遅波回路の支持体は、遅波線路の当接面と真空外囲器との内壁との間に押し込まれるように設けられ、遅波線路の当接面と真空外囲器の内壁とから圧縮力により機械的に固定されていた。

特許２９４６９８９号公報

従来の遅波回路は、遅波線路の当接面と真空外囲器の内壁とから圧縮力により絶縁他の支持体が機械的に固定されていたため、絶縁体の支持体と遅波線路及び真空外囲器との間に接触熱抵抗が発生するという課題があった。これにより、遅波線路で発生した熱を効率よく真空外囲器へ伝送することが困難となり、遅波回路の熱伝導性が低下し、遅波線路の異常発熱が生じ進行波管の電気特性に変化が生じる可能性があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、支持体と遅波線路との当接面及び／又は支持体と真空外囲器との当接面をロウ付けにより固定することで、進行波管の動作時における接触熱抵抗の発生を抑制することができる進行波管の遅波回路を得ることを目的とする。

この発明に係る遅波回路は、螺旋状の遅波線路と、遅波線路を収納する真空外囲器と、遅波線路の外周囲に配置されて真空外囲器内で遅波線路を支持固定する支持体と、支持体と遅波線路との当接面及び／又は支持体と真空外囲器の内壁面との当接面を接続するロウ付け部とを備えるものである。

この発明によれば、螺旋状の遅波線路と、遅波線路を収納する真空外囲器と、遅波線路の外周囲に配置されて真空外囲器内で遅波線路を支持固定する支持体と、支持体と遅波線路との当接面及び／又は支持体と真空外囲器の内壁面との当接面を接続するロウ付け部とを備えるので、進行波管の動作時における接触熱抵抗の発生を抑制することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、一般的な進行波管の構成を示す図であり、電子ビームの進行方向に沿って切断した断面図である。図に示すように、進行波管は、電子ビーム発生源の電子銃部４、電子銃部４より引き出された電子ビーム１０を捕獲するコレクタ部６、電子ビーム１０を集束させる磁気回路部及び電子ビーム１０と高周波とを相互作用させる遅波回路部からなる中間構造部５から構成されている。

電子銃部４には、ヒーター７、カソード（フィラメント）８ａ、二つのアノード８ｂ，９からなる電子銃が格納されている。ヒーター７で加熱されたカソード８ａに電圧を印加すると、熱電子が発生する。この熱電子による電子流は、二つのアノード８ｂ，９により一定速度に加速されて電子ビーム１０として中間構造部５に引き出される。

中間構造部５では、螺旋状の遅波線路１が支持体３により真空外囲器２内に設置されており、真空外囲器２の外周には永久磁石１１が設けられている。電子銃部４からの電子ビーム１０は、真空外囲器２外周の永久磁石１１によって集束されて遅波線路１の螺旋状の中心軸に沿って導入される。このとき、遅波線路１に高周波（マイクロ波）を入力することで、電子ビーム１０の遅波と螺旋の遅波線路１を伝搬するマイクロ波とが結合し、電子ビーム１０の運動エネルギーによりマイクロ波の電力が増幅される。

図２は、図１中の進行波管の一部断面図であり、真空外囲器の一部を除いて内部の遅波回路を露出させている。遅波回路部は、図に示すように、真空外囲器２ａ，２ｂ、螺旋状の遅波線路１及び遅波線路１を支持する絶縁体材料からなる支持体３から構成される。また、真空外囲器２ａの外周部には、内部で発生した熱を逃がすための十分な体積を有したヒートシンク１２が設けられる。このような遅波回路の構成部品材料としては、従来は一般に遅波線路１にタングステンが使用され、真空外囲器２ａ，２ｂに鉄と銅ニッケル合金が使用され、支持体３に窒化ホウ素が使用されていた。

ここで、絶縁体材料として支持体３に使用されていた窒化ホウ素ＢＮの熱伝導率（０．６７２Ｗ／ｃｍ・Ｋ）は、アルミナＡｌ₂Ｏ₃の熱伝導率（０．２Ｗ／ｃｍ・Ｋ程度）に比べると大きく、絶縁放熱材として広く利用されている。ただし、窒化ホウ素へのメタライズは非常に困難であり、窒化ホウ素材をロウ付けで金属接触させた放熱構造例はほとんどない。

そこで、本発明では、支持体３を構成する絶縁体材料として熱伝導率が１．７９Ｗ／ｃｍ・Ｋと窒化ホウ素よりも大きく、且つ高い絶縁性能を有する窒化アルミニウムＡｌＮを使用する。また、遅波線路１にはタングステンを用い、その表面を金で被覆する。このように遅波線路１のタングステン表面もロウ材の含有金属である金などの金属膜層で被覆することにより、遅波線路１の表皮抵抗が下がり、遅波線路１での発熱を低減できる。

支持体３に用いる窒化アルミニウムは、窒化ホウ素に比べて熱伝導率が大きい上、ロウ付け用のメタライズが容易に行える。例えば、金ロウ付けで窒化アルミニウムからなる支持体３を遅波線路１及び真空外囲器２に接続する場合、金ロウ付けに要する温度である約１０００℃（金の融点、１０６４℃）に耐え得るメタライズ材で支持体３をメタライズして金属膜層を形成する。これにより、金属接触による放熱構造が可能となり、接触熱抵抗による熱伝導性の低下を改善でき、ひいては放熱特性の向上を図ることができる。

図３は、この発明の実施の形態１による遅波回路の構成を概略的に示す図であり、真空外囲器の長手方向に垂直な断面である。図に示すように、本実施の形態による遅波回路では、支持体３と真空外囲器２との当接面及び支持体３と遅波線路１との当接面にそれぞれ活性ロウ材１３，１４を設けてロウ付けし、ロウ付け接合部を介した金属接触を実現している。また、金などをベースとする活性ロウ材では、上述したようなメタライズをするこなく、セラミック材である窒化アルミニウムの支持体３と金属の遅波線路１及び真空外囲器２とをロウ付けすることができる。

さらに、活性ロウ材１３，１４における金の含有量を調節することで、ロウ付け温度を変更することができる。このように、ロウ材に含有させた金属量を変更することでロウ付け温度を調節することで、進行波管の動作時に上昇するロウ付け部分の温度よりも低い温度範囲でのロウ付けを実行しないようにする。

次に製造方法について説明する。
図４及び図５は、実施の形態１による遅波回路の支持体及びこれに設けるロウ材を示す図である。図４に示すように、支持体３における真空外囲器２に対向して当接する面には箔又はペースト状の金系の活性ロウ材１３を形成する。一方、支持体３の遅波線路１に対向して当接する面には、図５に示すように、遅波線路１のピッチに合わせて金系の活性ロウ材１４を形成する。

活性ロウ材１３，１４の形成プロセスは、印刷技術を用いる。この場合、ロウ材量は印刷時におけるロウ材厚さで制御することができる。また、例えば図５に示すように、螺旋状の遅波線路１に当接する部分のみにロウ材を形成するには、ロウ材の塗布面のみを露出させたマスキングを行って塗布を実行する。

上述のように活性ロウ材１３，１４を形成した後、支持体３に塗布した活性ロウ材１３が真空外囲器２内面と接し、支持体３の活性ロウ材１４が遅波線路１と接するように各構成部を組み立ててロウ付けを実行する。

ロウ付け手順は、支持体３と遅波線路１を最初に加熱してロウ付けし、その後支持体３と真空外囲器２をロウ付けする。ただし、進行波管の動作時に遅波線路１における発熱が小さく、遅波線路１と支持体３とのロウ付け部の温度がロウ付け温度より十分に低い場合は、支持体３に形成する活性ロウ材は同種のものを採用できる。

なお、図４では、支持体３にロウ材１３を設ける例を示したが、遅波線路１の支持体３との当接面にロウ材１３を設けるように構成しても良い。

また、図６に示すように、真空外囲器２の内壁部に金属装荷素子１５が設けられている場合であっても、同様に支持体３と金属装荷素子１５の凹部底面との間に活性ロウ材１３を形成してロウ付けする。これにより、金属装荷素子１５がない場合と同様な効果を得ることができる。なお、金属装荷素子１５の凹部に嵌合させる支持体３を遅波線路１側にせり出したものにすることで、遅波回路自体の内径を模擬的に小さくすることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、螺旋状の遅波線路１と、遅波線路１を収納する真空外囲器２と、遅波線路１の外周囲に配置されて真空外囲器２内で遅波線路１を支持固定する支持体３と、支持体３と遅波線路１との当接面及び／又は支持体３と真空外囲器２の内壁面との当接面を接続するロウ付け部１３，１４とを備えるので、進行波管の動作時における接触熱抵抗の発生を抑制することができる。

なお、上記実施の形態１では、図３に示すように、支持体３と遅波線路１との当接面、及び支持体３と真空外囲器２との当接面の双方をロウ付けする例を示したが、接触熱抵抗の発生が許容される範囲であれば、いずれか一方をロウ付けするように構成しても良い。

進行波管の構成を示す図である。図１中の進行波管の一部断面図である。この発明の実施の形態１による遅波回路の構成を概略的に示す図である。実施の形態１による遅波回路の支持体及びこれに設けるロウ材を示す図である。実施の形態１による遅波回路の支持体及びこれに設けるロウ材を示す図である。実施の形態１による遅波回路の他の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１遅波線路、２，２ａ，２ｂ真空外囲器、３支持体、４電子銃部、５中間構造部、６コレクタ部、７ヒーター、８ａカソード、８ｂ，９アノード、１０電子ビーム、１１永久磁石、１２ヒートシンク、１３，１４活性ロウ材、１５金属装荷素子。

Claims

螺旋状の遅波線路と、
前記遅波線路を収納する真空外囲器と、
前記遅波線路の外周囲に配置されて前記真空外囲器内で前記遅波線路を支持固定する支持体と、
前記支持体と前記遅波線路との当接面及び／又は前記支持体と前記真空外囲器の内壁面との当接面を接続するロウ付け部と
を備えた遅波回路。
支持体の遅波線路との当接面及び／又は前記支持体の真空外囲器の内壁面との当接面に金属膜層を備えたことを特徴とする請求項１記載の遅波回路。
真空外囲器の内壁面に設けた金属装荷素子を備え、
支持体は、前記金属装荷素子を介して前記真空外囲器側に固定されて遅延線路を支持固定し、
ロウ付け部は、前記支持体と前記金属装荷素子との当接面に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の遅波回路。