JP2007257990A - Microwave tube, and method of manufacturing anode pole piece electrode - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、進行波管等のマイクロ波管、特に電子銃部より発射された電子ビームの集束を安定にしたマイクロ波管、およびマイクロ波管に使用されるアノードポールピース電極の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a microwave tube such as a traveling wave tube, particularly to a microwave tube in which focusing of an electron beam emitted from an electron gun unit is stabilized, and a method of manufacturing an anode pole piece electrode used in the microwave tube It is.
一般に、クライストロンや進行波管(TWT)に代表されるマイクロ波管は、電子銃のカソード電極より放射された電子ビームがアノード電極やグリッド電極等による電界で集束され、相互作用部において電子ビームを増幅または発振させ、出力窓よりマイクロ波を取り出す。また、相互作用を終えた電子ビームはコレクタ部にて回収される。このとき、電子ビームが発散せずに所望のビーム軌道で相互作用部を透過するように、電子銃部とコレクタ部の間には永久磁石または電磁石により磁気回路が形成されている。例えば永久磁石を使用した進行波管においては、カソード電極から放射された電子ビームが、グリッド電極およびアノード電極による電界で集束され、更にポールピースと永久磁石からなる周期磁界回路にて相互作用部における電子ビーム軌道が保持されている。 In general, a microwave tube typified by a klystron or traveling wave tube (TWT) is such that an electron beam emitted from a cathode electrode of an electron gun is focused by an electric field generated by an anode electrode, a grid electrode, etc. Amplify or oscillate and extract microwave from output window. In addition, the electron beam that has finished the interaction is collected by the collector unit. At this time, a magnetic circuit is formed by a permanent magnet or an electromagnet between the electron gun portion and the collector portion so that the electron beam does not diverge and passes through the interaction portion in a desired beam trajectory. For example, in a traveling wave tube using a permanent magnet, an electron beam radiated from a cathode electrode is focused by an electric field generated by a grid electrode and an anode electrode, and further, a periodic magnetic field circuit composed of a pole piece and a permanent magnet is used in an interaction section. The electron beam trajectory is maintained.
しかし、ポールピースと永久磁石からなる周期磁界回路による周期磁界の発生が急峻なため、電子ビームを絞り込みすぎて電子同士の反発力が強くなり、ビーム軌道が安定せずに電子ビームの波打ちが大きく、ビーム径も大きい電子ビームになってしまう問題がある。軌道が安定しない電子ビームは相互作用部において相互作用回路に衝突する確率が大きくなり、マイクロ波管の効率を下げてしまう。また相互作用回路の許容熱容量が小さい場合は相互作用回路にダメージを与え、マイクロ波管を故障させる原因になりかねない。 However, since the periodic magnetic field generated by the periodic magnetic field circuit consisting of a pole piece and a permanent magnet is steep, the electron beam is narrowed down too much and the repulsive force between electrons becomes strong, and the beam trajectory is not stable and the wave of the electron beam is large. There is a problem that the electron beam has a large beam diameter. An electron beam with an unstable trajectory has a higher probability of colliding with the interaction circuit at the interaction section, and lowers the efficiency of the microwave tube. In addition, if the allowable heat capacity of the interaction circuit is small, the interaction circuit may be damaged and the microwave tube may be damaged.
この問題を解決する手段として、従来は周期磁界回路における磁束密度を徐々に強くするように永久磁石の着磁量を調整する、或いは周期磁界回路に鉄片を付けて磁界回路の磁束密度を調整する、または特許文献1のように周期磁界回路の電子銃側に近い初段から数段のポールピースにおいて、ポールピースの内周側にガイドリングと呼ばれる非磁性体を設け、実効的なポールピース半径を大きくし、磁界回路の最初の方において中心軸上における磁束密度を小さくして、電子ビーム集束の安定化を図る方法も知られている。 Conventionally, as means for solving this problem, the amount of magnetization of the permanent magnet is adjusted so as to gradually increase the magnetic flux density in the periodic magnetic field circuit, or the magnetic flux density of the magnetic field circuit is adjusted by attaching an iron piece to the periodic magnetic field circuit. Or, in Patent Document 1, in the first to several pole pieces near the electron gun side of the periodic magnetic field circuit, a non-magnetic material called a guide ring is provided on the inner peripheral side of the pole piece, and an effective pole piece radius is set. A method is also known in which the electron beam focusing is stabilized by increasing the magnetic flux density on the central axis in the first part of the magnetic field circuit.
以上のようにすることで、従来は周期磁界回路による周期磁界の発生が急峻になることを防ぎ、電子ビームの安定化を図っていた。
しかしながら、従来の方法では、磁界が電子銃部に漏れるのを完全に遮断しており、電子ビームが磁気回路に侵入するまでは、電子ビームはグリッド電極、アノード電極による電界のみでコントロールされている。したがって、電子ビームのリップル(うねり)は多少残る問題があった。
この発明は、磁束密度の調整が不要で、しかも電子ビームのリップル(うねり)が少ない、安定した電子ビーム集束が得られるマイクロ波管、およびマイクロ波管に使用されるアノードポールピース電極の製造方法を得ることを目的とするものである。
However, in the conventional method, the magnetic field is completely blocked from leaking to the electron gun portion, and until the electron beam enters the magnetic circuit, the electron beam is controlled only by the electric field by the grid electrode and the anode electrode. . Therefore, there is a problem that the ripple (swell) of the electron beam remains somewhat.
The present invention relates to a microwave tube that does not require adjustment of magnetic flux density and has a small electron beam ripple (swell), and that can achieve stable electron beam focusing, and a method of manufacturing an anode pole piece electrode used in the microwave tube The purpose is to obtain.
この発明のマイクロ波管は、カソード電極とアノード電極を有する電子銃部と、この電子銃部から放射された電子ビームを集束させる複数のポールピースと複数の磁石からなる周期磁界回路と、この周期磁界回路で集束された電子ビームを捕捉するコレクタとを有したものにおいて、上記電子銃部と周期磁界回路の境界に位置するポールピースと上記アノード電極とを一体化したアノードポールピース電極とし、このアノードポールピース電極の材料は外周側を磁性体とし、内周側を非磁性体にしたものである。 A microwave tube according to the present invention includes an electron gun unit having a cathode electrode and an anode electrode, a periodic magnetic field circuit including a plurality of pole pieces and a plurality of magnets for focusing an electron beam emitted from the electron gun unit, An anode pole piece electrode in which a pole piece located at the boundary between the electron gun unit and the periodic magnetic field circuit and the anode electrode is integrated in a device having a collector that captures an electron beam focused by a magnetic field circuit. The material of the anode pole piece electrode is a magnetic body on the outer peripheral side and a non-magnetic body on the inner peripheral side.
更にこの発明は、電子銃部と周期磁界回路の境界に位置するポールピースとアノード電極とを一体化したアノードポールピース電極の製造方法において、アノードポールピース電極の材料は外周側を磁性体とし、内周側を軸方向に2分割した第1および第2の非磁性体とし、周期磁界回路側の第1の非磁性体とアノードポールピース電極外周側の磁性体をロウ付けにて接合し、このロウ付けした部材の電子銃側の第2の非磁性体との合わせ面を機械加工し、この機械加工した前記ロウ付け部材と前記電子銃側の第2の非磁性体とをビーム溶接にて接合するようにしたものである。 Further, the present invention provides an anode pole piece electrode manufacturing method in which a pole piece and an anode electrode, which are located at the boundary between an electron gun part and a periodic magnetic field circuit, are integrated. First and second non-magnetic bodies having an inner peripheral side divided into two in the axial direction, the first non-magnetic body on the periodic magnetic field circuit side and the magnetic body on the outer peripheral side of the anode pole piece electrode are joined by brazing, The mating surface of the brazed member with the second nonmagnetic material on the electron gun side is machined, and the machined brazed member and the second nonmagnetic material on the electron gun side are subjected to beam welding. Are joined together.
この発明のマイクロ波管は、アノードポールピース電極の材料を外周側は磁性体とし、内周側は非磁性体にして、電子銃部に界浸磁界をあえて漏らすことで、電子ビームの制御を電界および磁界にてコントロールするようにしたから、電子ビームのリップル(うねり)が少ない、安定した電子ビーム集束が得られ、また磁界回路の磁束密度の調整が不要となる。
またこの発明のアノードポールピース電極の製造方法は、外周側の磁性体と内周側の第1の非磁性体はロウ付けした後に機械加工され、その後に第2の非磁性体とビーム溶接して接合されているから、外周側の材料と内周側の材料は隙間を生じさせずに精度良く接合され、マイクロ波管に必要な超高真空が保たれる。これにより計算したとおりの、安定した電子ビーム集束が得られる。
In the microwave tube of the present invention, the material of the anode pole piece electrode is made a magnetic body on the outer peripheral side, and the inner peripheral side is made nonmagnetic, and the electron beam is controlled by letting an immersion magnetic field leak into the electron gun section. Since the control is performed by the electric field and the magnetic field, stable electron beam focusing with less ripple (undulation) of the electron beam is obtained, and adjustment of the magnetic flux density of the magnetic field circuit becomes unnecessary.
In the anode pole piece electrode manufacturing method according to the present invention, the magnetic body on the outer peripheral side and the first nonmagnetic body on the inner peripheral side are machined after brazing and then beam-welded with the second nonmagnetic body. Therefore, the material on the outer peripheral side and the material on the inner peripheral side are joined with high accuracy without generating a gap, and the ultra-high vacuum necessary for the microwave tube is maintained. This provides stable electron beam focusing as calculated.
実施の形態1
以下、この発明の実施の形態1について図を参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態1を示すマイクロ波管の断面構造図である。図2は図1におけるアノード電極とポールピースを共用するために一体化させたアノードポースピース電極の拡大断面図である。
図1のマイクロ波管において、電子銃部はカソード電極1とグリッド電極2とアノード電極から構成されている。但しアノード電極は、この発明では後述する周期磁界回路のポールピースの一部と共用するため、アノード電極とポールピースが一体化され、アノードポールピース電極3として構成されている。
Embodiment 1
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structural view of a microwave tube showing Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an anode port piece electrode integrated to share the anode electrode and pole piece in FIG.
In the microwave tube of FIG. 1, the electron gun portion is composed of a cathode electrode 1, a
アノードポールピース電極3と後述するコレクタ9との間には、電子ビーム10の放射方向に沿ってスパイラル形状やリング形状からなる金属で構成された高周波回路の相互作用回路5が配置されている。この相互作用回路5はモリブデンやタングステンなどの金属で構成され、電子ビームのマイクロ波を増幅・伝送する。また、相互作用回路5はBN(ボロンナイトライド)やBeO(ベリリウムオキサイド)からなる絶縁支持体4により保持されている。この絶縁支持体4の外周部には、軸方向に飽和状態まで着磁された複数の円筒状の永久磁石6と複数の円筒状のポールピース7とから構成された周期磁界回路が配置されている。永久磁石6はスペーサ8を介して絶縁支持体4に支持されている。電子銃部の反対側には周期磁界回路で集束された電子ビームを捕捉するコレクタ9が配置されている。
Between the anode
図2において、アノードポールピース電極3は、電子銃部と周期磁界回路の境界に位置するポールピース、すなわち周期磁界回路の複数のポールピースのうち、電子銃部に隣接するポールピースはアノード電極と一体化され、円筒状に構成されている。更に、このアノードポールピース電極3の材料は、外周側31を鉄などの磁性体で構成され、内周側は軸方向に2分割されて、第1の非磁性体32と第2の非磁性体33にされ、銅、銅ニッケル合金などの非磁性体で構成されている。またこのアノードポールピース電極3はアースと同電位にされる。
In FIG. 2, the anode
次にアノードポールピース電極3の製造方法について説明する。マイクロ波管は、内部を超高真空に保つために、外気に対して隙間なく接合しなければならない。このため、まず周期磁界回路側、即ち相互作用回路5側にある第1の非磁性体32は、外周側の磁性体31とロウ付けにより一体化する。次に電子銃側にある第2の非磁性体33は、電界によって電子ビームを集束させる役割を果たすため、上記ロウ付けした外周側磁性体31と第1の非磁性体32に対して精度良く接合させねばならない。もし第2の非磁性体33とロウ付けした外周側磁性体31及び第1の非磁性体32との合わせ面である接合面にロウ材料によるロウ垂れなどがあると、第2の非磁性体33は外周側磁性体31及び第1の非磁性体32に対して精度良く接合することができないため、計算とおりに電子ビームを集束できなくなってしまう。したがってロウ付けした外周側磁性体31と第1の非磁性体32の第2の非磁性体33と合わせ面に、削りの機械加工を施すことで、第2の非磁性体33とロウ付けした外周側磁性体31及び第1の非磁性体32との接合面の精度を出す。その後に第2の非磁性体33とロウ付けした外周側磁性体31及び第1の非磁性体32をビーム溶接により接合する。
以上のように、真空封じと接合面の精度という2つの条件を満たしつつ、アノードポールピース電極3の一部を非磁性体とし、電子銃側への界浸磁界を従来より大きくして、電子ビーム軌道の安定化を実現する。
Next, a method for manufacturing the anode
As described above, while satisfying the two conditions of the vacuum sealing and the accuracy of the joint surface, a part of the anode
次に図1および図2に示すマイクロ波管の動作について説明する。グリッド電極2とアノードポールピース電極3に電圧を印加することにより、電子ビーム10を引き出す為の電界が発生し、カソード電極1から電子ビーム10が放射される。カソード電極1から放射された電子ビーム10は、グリッド電極2とアノードポールピース電極3で形成される電界で集束されると共に、永久磁石6とポールピース7とから構成された周期磁界回路によって形成される周期磁界の磁気レンズ作用によって電子相互の発散が防止される。また電子ビーム10は高周波回路の相互作用回路5により高周波電力が作用し、増幅または発振されて、マイクロ波を出力窓より取り出す。相互作用を終えた電子ビーム10はコレクタ9に捕捉される。
Next, the operation of the microwave tube shown in FIGS. 1 and 2 will be described. By applying a voltage to the
ここで、グリッド電極2とアノードポールピース電極3に電圧を印加することにより、カソード電極1から放射された電子ビームは、上述したようにアノードポールピース電極3の一部が非磁性体であるため、電子ビームは周期磁界回路による磁界の影響とアノードポールピース電極3による電界2つの影響を受けることで、波打ちの少ない、所望のビーム径の電子ビームとして集束される。こうすることで、電子ビーム集束を現状よりスムーズに行うことができる。
Here, by applying a voltage to the
図3は、アノードポールピース電極3の材料の違いによる磁場分布の変化を比較して示したもので、Aはこの発明のようにアノードポールピース電極3の一部を非磁性体にした場合の周期磁界回路の磁束密度分布を、Bはアノードポールピース電極3が全て磁性体の場合の周期磁界回路の磁束密度分布を示す。図3において、横軸はマイクロ波管の軸方向距離Z(mm)を、縦軸は磁束密度Bz(gauss)を示している。
図3から分かるように、アノードポールピース電極3が全て磁性体の場合は、周期磁界回路の影響が電子銃側まで及ぼさないように磁界を遮断する為、磁界回路による磁界の発生が急峻となる。このため電子ビームの収束も急峻となり、電子ビームの波打ちが大きくなる。一方、アノードポールピース電極3の一部を非磁性体にした場合は、電子銃側に周期磁界による磁束密度の影響が及ぼされるようになり、磁界の変動は緩やかとなる。これにより、電子ビームの収束しようとする力が徐々にかかるようになる為、電子ビーム軌道の径方向への変動を小さくすることができ、波打ちが小さくなる。
FIG. 3 shows a comparison of the change in the magnetic field distribution due to the difference in material of the anode
As can be seen from FIG. 3, when the anode
図4にはアノードポールピース電極3が全て磁性体の場合の電子ビーム軌道計算結果を示し、図5にはこの発明のようにアノードポールピース電極3の一部が非磁性体にされた場合の電子ビーム軌道計算結果を示す。これら図4および図5からも明らかなように、グリッド電極2とアノードポールピース電極3に電圧を印加することにより、カソード電極1から放射された電子ビーム10は、この発明のようにアノードポールピース電極3の一部を非磁性体とした場合(図5)は電子ビーム10の波打ちは小さく、電子ビーム10の半径が小さいことが分かる。
図4と図5の両者に寸法的な差異はなく、異なる点はアノードポールピース電極3の材料のみである。アノードポールピース電極の一部が非磁性体であるモデルの方の電子ビームの波打ちが小さく、電子ビーム径も小さい。
FIG. 4 shows the electron beam trajectory calculation results when the anode
There is no dimensional difference between FIGS. 4 and 5, and the only difference is the material of the anode
ここで図3に示す磁束密度Bzと図4、図5に示す電子ビーム半径Rの関係について、少し吟味する。電子ビーム10は磁束密度Bzによるローレンツ力により、螺旋運動を行う。このとき、1つの電子だけを考えたとき、電子の回転半径rは、
r=mv/eBz (式1) となる。
但し、mは電子質量、vは電子の径方向速度、eは電子素量
したがって、電子の回転半径rは、磁束密度Bzが大きいほど小さくなる。但し、電子が集まって形成される電子ビームにおいては、半径を小さくしすぎると電子同士の斥力によって反発が起こる。よって、磁束密度Bzが大きすぎると電子ビーム半径が大きくなってしまう。
図4は、Z=10〜15mmのところで、磁束密度Bzを急激に大きくさせすぎたことにより、電子ビームが絞られすぎて、電子同士の斥力による反発が発生し、電子ビームにリップル(うねり)が生じている。これに対して図5は、Z=10〜15mmにおける磁束密度Bzを図4のそれよりも小さく抑えているため、リップル(うねり)も小さくなり、電子ビーム径を小さくできる。
Here, the relationship between the magnetic flux density Bz shown in FIG. 3 and the electron beam radius R shown in FIGS. 4 and 5 will be examined a little. The
r = mv / eBz (Formula 1)
However, m is the electron mass, v is the radial velocity of the electron, e is the elementary amount of electrons. Therefore, the radius of rotation r of the electron is smaller as the magnetic flux density Bz is larger. However, in an electron beam formed by collecting electrons, if the radius is too small, repulsion occurs due to repulsion between electrons. Therefore, if the magnetic flux density Bz is too large, the electron beam radius becomes large.
In FIG. 4, when Z = 10 to 15 mm, the magnetic flux density Bz is increased too rapidly, so that the electron beam is too narrowed and repulsion occurs due to repulsion between electrons, and the electron beam is rippled (swelled). Has occurred. On the other hand, in FIG. 5, since the magnetic flux density Bz at Z = 10 to 15 mm is suppressed to be smaller than that of FIG. 4, ripple (swell) is also reduced, and the electron beam diameter can be reduced.
また図6は、図4および図5に示す電子ビーム軌道の半径を拡大し対比して示したもので、横軸はマイクロ波管の軸方向距離Z(mm)を、縦軸は電子ビーム半径R(mm)である。この図6において、Cはこの発明のようにアノードポールピース電極3の一部を非磁性体にした場合の電子ビーム軌道の半径を、Dはアノードポールピース電極3が全て磁性体の場合の電子ビーム軌道の半径を示す。
この図6からも明らかなように、アノードポールピース電極の一部が非磁性体であるモデルの方の電子ビームの波打ちが小さく、電子ビーム径も小さい。
したがってこの発明によれば、磁界回路の磁束密度の調整も不要で、しかも電子ビームのリップル(うねり)が少ない、安定した電子ビーム集束が得られるものである。
FIG. 6 shows an enlarged and contrasted radius of the electron beam trajectory shown in FIGS. 4 and 5. The horizontal axis represents the axial distance Z (mm) of the microwave tube, and the vertical axis represents the electron beam radius. R (mm). In FIG. 6, C is the radius of the electron beam trajectory when a part of the anode
As can be seen from FIG. 6, the electron beam undulation is smaller and the electron beam diameter is smaller in the model in which a part of the anode pole piece electrode is a non-magnetic material.
Therefore, according to the present invention, it is not necessary to adjust the magnetic flux density of the magnetic field circuit, and stable electron beam focusing can be obtained with less electron beam ripple.
1:カソード電極 2:グリッド電極
3:アノードポールピース電極 4:絶縁支持体
5:相互作用回路 6:永久磁石
7:ポールピース 8:スペーサ
9:コレクタ 10:電子ビーム
31:アノードポールピース電極の外周側
32:アノードポールピース電極の内周側(第1の非磁性体)
33:アノードポールピース電極の内周側(第2の非磁性体)
1: cathode electrode 2: grid electrode 3: anode pole piece electrode 4: insulating support 5: interaction circuit 6: permanent magnet 7: pole piece 8: spacer 9: collector 10: electron beam 31: outer periphery of anode pole piece electrode Side 32: Inner peripheral side of anode pole piece electrode (first nonmagnetic material)
33: Inner peripheral side of anode pole piece electrode (second non-magnetic material)
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JP2006080573A JP2007257990A (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Microwave tube, and method of manufacturing anode pole piece electrode |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101985202A (en) * | 2010-11-01 | 2011-03-16 | 安徽华东光电技术研究所 | Manufacturing process of multi-beam traveling wave tube grid |
-
2006
- 2006-03-23 JP JP2006080573A patent/JP2007257990A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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