JP2007273158A

JP2007273158A - 電子管及び進行波管

Info

Publication number: JP2007273158A
Application number: JP2006095036A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Asano; 啓行浅野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】走行時間型電子管で、電子銃部に磁性金属材料を使用するものであって、電極の磁化の影響による着磁現象を防止し、電子ビームを所定の軌道に乗せることにより安定したマイクロ波増幅を可能とする電子管を提供する。
【解決手段】磁性金属材料で構成され、電子ビームの生成と放出を行う電子銃部と、この電子銃部で放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と電子銃部との間に設置され、入力窓からマイクロ波を入力し、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行い、マイクロ波出力を出力窓から取り出す相互作用部と、電子銃部の電極に周囲から磁場を与える磁場発生手段と、この磁場発生手段と電子銃部の電極とに電源を供給し、電子ビーム生成時には電子銃部の電極に直流を供給し、電子ビーム生成時以外は磁場発生手段に対して電位変化のある交流電流を供給するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波を増幅する進行波管、クライストロン増幅器及び電子銃を用いた増幅管などに使用する電子管に関するものである。

進行波管などの走行時間型電子管は、電子銃部より電子ビームを発射し、電子ビームがコレクタ電極に到達する間において遅波回路を有する相互作用部でマイクロ波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。電子銃部には、ヒータ、陰極、集束電極及び陽極を有し、それを駆動する進行波管駆動用電源とからなる。

例えば、特開２０００−２０１０３４号公報図１（特許文献１参照）には、進行波管から進行波管駆動用電源に至る不要成分を抑制するために、進行波管２０を構成する第１および第２のコレクタ電極５、６は、第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂを介して進行波管駆動用電源１７に電気的に接続し、第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂは、磁性体コア１３の貫通孔１３ａを通過し、第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂに流れるコレクタ電流Ｉ_C1、Ｉ_C2は、磁性体コア１３内部に逆向きの磁束を形成することでそれらの磁束は、第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂにそれぞれコレクタ電流Ｉ_C1、Ｉ_C2と逆向きの誘導電流を流すものが開示されている。

また、特開２００１−１４３６２８号公報図１（特許文献２参照）には、進行波管の耐電圧を向上させる機能を付加した進行波管用電源装置として、カソード状態監視回路２２は、ヒータ電極用一次側回路２１の動作状況を監視し、カソード電極３３がコールド状態にあることをヒータが動作していない時間により判断し、リレー接点２３を導通にする。ＴＷＴ耐圧処理制御信号４に応答して、進行波管３がコールド状態すなわちリレー接点２３が導通の時、シリーズレギュレータ制御回路１６に送出される。シリーズレギュレータ制御回路１６は、この制御信号４を受けて一時的にシリーズレギュレータ回路１５をオンとすることにより、電極に吸着した不純物を飛散させるものが開示されている。

特開２０００−２０１０３４号公報（第１図）

特開２００１−１４３６２８号公報（第１図）

しかし、特許文献１に記載のものでは、変調電流成分（不要成分）を抑制することが可能なものの電子銃部の陰極・陽極などに好適な電極材料については記載されていない。

また、特許文献２に記載のものでは、コールド状態の進行波管の電極に過電圧を印加することができるので、電極に吸着した不純物を飛散させることが可能であるが、カソード電極などの材料構成については何ら記載していない。

この発明は、電子銃部にカソードを含む各電極に磁性金属材料（磁性体材料）を使用するものであって、電極の磁化の影響による着磁現象を防止し、電子ビームを所定の軌道に乗せることにより安定したマイクロ波増幅を可能とする進行波管（電子管）を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る電子管は、磁性体材料から構成された電子銃部から発生した電子ビームによりマイクロ波を増幅する電子管において、前記電子銃部に印加する交流磁界の強さが小さくなるように変化させて前記電子銃部を消磁するものである。

請求項２の発明に係る電子管は、磁性体材料から構成された電子銃部と、この電子銃部から発生する電子ビームにより、入力されたマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅手段と、前記電子銃部に対して印加する交流磁界の強さが小さくなるように変化させる磁場発生手段とを備えたものである。

請求項３の発明に係る電子管は、前記磁場発生手段は、前記電子銃部の周囲に設けられたコイルと、このコイルに流す電流の大きさを変化させる電流制限手段とを有する請求項２に記載のものである。

請求項４の発明に係る電子管は、磁性体材料から構成された電子銃部と、この電子銃部から発生する電子ビームにより、入力されたマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅手段と、前記電子銃部に直流電圧を印加して電子ビームを発生させる直流電源と、前記電子銃部の周囲に設けられたコイルと、このコイルに交流電流を流す交流電源と、この交流電源の電流の大きさを変化させる電流制限手段と、前記直流電源叉は交流電源の切替えを制御する切替え制御手段とを備えたものである。

請求項５の発明に係る進行波管は、カソードを含む複数の電極が磁性金属材料で構成され、電子ビームの生成と放出を行う電子銃部と、この電子銃部で放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部との間に設置され、入力窓からマイクロ波を入力し、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行い、マイクロ波出力を出力窓から取り出す相互作用部と、前記電子銃部の電極に周囲から磁場を与える磁場発生手段と、この磁場発生手段と前記電子銃部の電極とに電源を供給し、電子ビーム生成時には前記電子銃部の電極に直流を供給し、電子ビーム生成時以外は前記磁場発生手段に対して継続的に電位変化のある交流電流を供給することにより前記電子銃部の電極で発生する着磁を軽減する電源装置とを備えたものである。

請求項６の発明に係る進行波管は、前記電源装置は、電子ビーム生成時は、蓄電手段に電荷を供給し、電子ビーム生成時以外は前記蓄電手段から直流・交流変換器を介して前記磁場発生手段に電流を供給する請求項５に記載のものである。

請求項７の発明に係る進行波管は、カソードを含む複数の電極が磁性金属材料で構成され、電子ビームの生成と放出を行う電子銃部と、この電子銃部で放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部との間に設置され、入力窓からマイクロ波を入力し、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行い、マイクロ波出力を出力窓から取り出す相互作用部と、前記電子銃部の電極に周囲から磁場を与える磁場発生手段と、この磁場発生手段と前記電子銃部の電極とに電源を供給し、電源制御信号がＯＮ時には前記電子銃部の電極に直流を供給し、電源制御信号がＯＦＦ時には前記磁場発生手段に対して継続的に電位変化のある交流電流を供給することにより前記電子銃部の電極で発生する着磁を軽減する電源装置とを備えたものである。

請求項８の発明に係る進行波管は、前記磁性金属材料は、コバールもしくはパーマロイであることを特徴とする請求項５又は７に記載のものである。

請求項９の発明に係る進行波管は、前記消磁手段は、コイルであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のものである。

以上のように、この発明によれば、電子ビーム生成中に電子銃部の電極に着磁現象が発生しても電子銃部の周辺（周囲）に消磁手段を設けたので、消磁手段（磁場発生手段）は電子銃部が稼動しない期間（運用停止期間）に交流磁界を発生させ、電極の着磁に対して消磁作用を行うので、電子銃の電子ビームの再生成時（運用再開時）でも進行波管（電子管）の管軸に沿った電子ビームの軌道を曲げることなく安定して電子ビームをコレクタ部側に放出できる。

また、電源制御信号がＯＦＦ時には、電源装置は、内蔵された蓄電手段（電流制限手段）からの放電により消磁手段に対して直流・交流変換器を介して継続的に電位が変化する交流電流を供給することが可能なので直流電源だけで電源装置を構成できる利点がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１による進行波管の正面構成図であり、図１において１は電子ビームを生成する電子銃部、２は電子銃部１のヒータ、３はカソード（陰極）であり、３ａはカソード電極を示す。４は電子ビームの電子を集束する集束電極、５は電子銃部１のアノード（陽極）電極、６は電子銃部の周囲にコイルで構成された、磁界を生じさせる消磁手段、６ａは消磁手段を電子銃部１やその電極などと絶縁するフッ素樹脂材で構成された巻き枠などの絶縁体、７は内部に高圧直流電源や電源制御回路が収納された電源装置、８はヘリックス型遅波回路で構成された相互作用部（マイクロ波増幅手段）、９は周期永久磁界を発生させる永久磁石、１０は空洞隔離するポールピースであり、１０ａは電子銃部１と相互作用部８とを隔離するポールピース、１０ｂは相互作用部８の相互の永久磁石９を隔離するポールピースである。

１１はマイクロ波などの高周波電力を入力する入力窓、１２は相互作用部８で増幅したマイクロ波電力を取り出し、アンテナ回路など次段回路へマイクロ波電力を出力する出力窓、１３は磁石９やポールピース１０を収納する相互作用部８の外囲器、１４は電子銃部１で放出された電子を収集するコレクタ部であり、１４ａはコレクタ電極を示す。１５はコレクタ部１４で発生する熱を放散するヒートシンク、１６は電子銃部１、高周波作用部８、コレクタ部１４などを保持するベースプレートである。なお、電源装置７は外部からの電源制御信号叉は電源装置７の手動スイッチなどで開閉される。また、電源装置７は消磁手段６には交流電流を供給し、電子銃部１の各電極には直流電流を供給する。図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図２は、実施の形態１による進行波管の電源装置７の回路図であり、図２において２０は高圧直流電源（直流電源）、２１は直流電源２０を開閉するスイッチ、２２はコンデンサで構成された蓄電手段、２３は蓄電手段２２とともに回路形成された充電回路抵抗（抵抗器）、２４は蓄電手段２２で充電した電荷を放電電流として放出するリレー回路などで構成された切替回路（切替え制御手段）であり、２４ａはリレーコイル、２４ｂはリレー接点である。２５はリレー回路２４とともに回路形成されたリレー回路の制限抵抗（抵抗器）、２６は切替回路がＯＮ（閉）時に蓄電手段２２からの放電電流を受け、直流から交流に電流変換する直流・交流変換器、２７は電源装置の電源電圧調整用の抵抗器である。なお、図２において、交流電源端子は直流・交流変換器から出力され、消磁手段へ接続され、進行波管電源端子（１）は電子銃部１のカソード電極３ａに接続され、進行波管電源端子（ｎ）はその他電極などに電源電流を供給し、電源電流は進行波管の筐体（ベースプレートなど）を通じて帰還端子（ＧＮＤ）に帰還する。

次に動作について説明する。図１において、電源制御信号もしくは手動により、電源装置７が作動（ＯＮ）すると進行波管の各電極に電源が供給され、電子銃部１で電子ビームが生成され、電子が放出される。放出された電子は集束電極４で集束され、アノード電極５を通過して、相互作用部８に流入する。相互作用部８では入力窓１１から入力されたマイクロ波電力と相互作用（高周波増幅）が行われ、マイクロ波電力は増幅されて相互作用部８の出力窓１２から取り出されるとともに電子はコレクタ部１４で集束される。

次に電源装置７が停止（ＯＦＦ）すると進行波管の各電極には電源が供給されず電子銃部１では電子ビームは生成されない。

図２に示すように、電源装置７がＯＦＦすることにより、スイッチ２１はＯＦＦ（開）となり、リレー回路２４のコイル２４ａにも電流が流れないのでリレー回路２４のスレーブ接点２４がＯＮ（閉）となる。このとき、電源装置７が作動時に直流電源２０からの電荷を蓄積していた蓄電手段２２の電流が直流・交流変換器２６の電源入力となり、交流電源端子には交流電流出力が現われる。交流電源端子は消磁手段６に接続されており、消磁手段６は電子銃部１のカソード電極３ａを含む集束電極４及びアノード電極５などに向かって交流磁界を発生させる。この交流磁界（交番磁界）は磁力密度が時間とともに減衰する。これは蓄電手段２２の放電電流により、直流・交流変換器２６の入力には継続的に電位が低下する直流電流が流れ、直流・交流変換器２６で変換された交流電流も振幅が時間と共に減衰する理由による。

次に電極について説明する。電子銃部１は複数の電極から構成されている。これらの電極には、一般的には銅ニッケル合金、ステンレス、モリブデンなどの非磁性材料が用いられるが、進行波管（電子管）に要求される性能を確保するため、熱伝導率あるいは熱膨張係数が適切な材料としてコバール（鉄、ニッケル、コバルト合金）などの磁性金属材料（磁性体材料）を使用する場合がある。コバールは磁性材料であり、直流磁界にさらされると着磁し、それ自身が永久磁石となって磁界を発生するため、この磁界は進行波管の正常な動作を妨げる要因となる。

従って、電子銃部１を構成する電極は、それ自身が不要な磁界を発生することは好ましくない。しかし、電極材料とするコバールは、電極間絶縁に使用するアルミナなどのセラミック材料と熱膨張係数がほぼ等しく溶接、ロー付けなどの電子銃組立プロセスに適しており、また、コバールは熱伝導率が比較的高いので電子銃部１で発生する熱の放熱の観点からも好適である。

次に電子銃部１などの電極に磁性金属材料を使用した場合の着磁を防止する方法について説明する。すなわち、振幅が時間と共に減衰する交流磁界による消磁の原理について説明する。着磁された磁性金属材料では、内部の無数の磁区（微小な磁石の集合）の向きが一方向に揃っている。これに対し交流磁界を印加し、その振幅を小さくして行くと、磁区は初め交流磁界の方向に追随して向きを変えるが、振幅が小さくなるうちに、追随するものとそうでないものとが現れ、最終的には磁区がそれぞれ異なった方向を向くようになる。従って、全体としてそれぞれの磁区が発生する磁界が相殺するようになり、結果、消磁される。

なお、本実施の形態１では磁性金属材料としてコバールを用いたが、パーマロイなどの
鉄、ニッケル合金を使用しても良く、非磁性金属材料の表面処理（メッキ、薄膜活性化層など）に磁性金属材料を適用しても良くロー付け材に磁性金属材料を混合し使用する場合でも消磁に対して相応の効果を奏する。

以上から進行波管の運転停止時に自動的に電子銃部１の電極の消磁を行うことで常に電子銃部１の電極は消磁された状態に保つことができ、電子銃の電子ビームの再生成時でも電子ビームの軌道を曲げることなく安定した電子ビームをコレクタ側に放出することが可能である。

また、消磁手段６としてコイルを用い、電気信号でもって消磁を行うので機械的稼動部分を必要としないため振動、磨耗等による故障が起こりにくく、信頼性の高い進行波管を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２による進行波管の正面構成図であり、図３において、６０はコイルや鉄芯にコイルを巻いて構成された電磁石などの消磁手段、６０ａは消磁手段を電子銃部１やその電極端子部分などと絶縁する絶縁体である。図中、図１と同一符号は同一叉は相当部分を示す。実施の形態１では消磁手段６は、その軸が進行波管の管軸と平行になるようにしたが、図３に示すように消磁手段６０の軸と進行波管の管軸とが交差するようにしてもよい。この場合、磁性金属材料の磁区がそれぞれ異なった方向に向けることが目的であり、消磁手段６０の軸は必ずしも管軸と直角に交差させる必要は無い。

以上から電子銃部１の電極の配置構成によっては、磁性金属材料の着磁方向に応じて交流磁界の方向を選択することで効率の良い消磁が可能である。

この発明の実施の形態１による進行波管の正面構成図である。この発明の実施の形態１による進行波管の電源装置の回路図である。この発明の実施の形態２による進行波管の正面構成図である。

符号の説明

１電子銃部、２ヒータ、３カソード、３ａカソード電極、４集束電極、５アノード電極、６消磁手段（磁場発生手段）、６ａ絶縁体、７電源装置、８相互作用部（マイクロ波増幅手段）、９永久磁石、１０ポールピース、１１入力窓、１２出力窓、１３外囲器、１４コレクタ部、１５ヒートシンク、１６ベースプレート、２０高圧直流電源（直流電源）、２１スイッチ、２２蓄電手段（電流制限手段）、２３抵抗器、２４リレー回路（切替え制御手段）、２４ａリレーコイル、２４ｂリレー接点、２５抵抗器、２６直流・交流変換器、２７抵抗器、６０消磁手段（磁場発生手段）、６０ａ絶縁体。

Claims

磁性体材料から構成された電子銃部から発生した電子ビームによりマイクロ波を増幅する電子管において、前記電子銃部に印加する交流磁界の強さが小さくなるように変化させて前記電子銃部を消磁する電子管。
磁性体材料から構成された電子銃部と、この電子銃部から発生する電子ビームにより、入力されたマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅手段と、前記電子銃部に対して印加する交流磁界の強さが小さくなるように変化させる磁場発生手段とを備えた電子管。
前記磁場発生手段は、前記電子銃部の周囲に設けられたコイルと、このコイルに流す電流の大きさを変化させる電流制限手段とを有する請求項２に記載の電子管。
磁性体材料から構成された電子銃部と、この電子銃部から発生する電子ビームにより、入力されたマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅手段と、前記電子銃部に直流電圧を印加して電子ビームを発生させる直流電源と、前記電子銃部の周囲に設けられたコイルと、このコイルに交流電流を流す交流電源と、この交流電源の電流の大きさを変化させる電流制限手段と、前記直流電源又は交流電源の切替えを制御する切替え制御手段とを備えた電子管。
カソードを含む複数の電極が磁性金属材料で構成され、電子ビームの生成と放出を行う電子銃部と、この電子銃部で放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部との間に設置され、入力窓からマイクロ波を入力し、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行い、マイクロ波出力を出力窓から取り出す相互作用部と、前記電子銃部の電極に周囲から磁場を与える磁場発生手段と、この磁場発生手段と前記電子銃部の電極とに電源を供給し、電子ビーム生成時には前記電子銃部の電極に直流を供給し、電子ビーム生成時以外は前記磁場発生手段に対して継続的に電位変化のある交流電流を供給することにより前記電子銃部の電極で発生する着磁を軽減する電源装置とを備えた進行波管。
前記電源装置は、電子ビーム生成時は、蓄電手段に電荷を供給し、電子ビーム生成時以外は前記蓄電手段から直流・交流変換器を介して前記磁場発生手段に電流を供給する請求項５に記載の進行波管。
カソードを含む複数の電極が磁性金属材料で構成され、電子ビームの生成と放出を行う電子銃部と、この電子銃部で放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部との間に設置され、入力窓からマイクロ波を入力し、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行い、マイクロ波出力を出力窓から取り出す相互作用部と、前記電子銃部の電極に周囲から磁場を与える磁場発生手段と、この磁場発生手段と前記電子銃部の電極とに電源を供給し、電源制御信号がＯＮ時には前記電子銃部の電極に直流を供給し、電源制御信号がＯＦＦ時には前記磁場発生手段に対して継続的に電位変化のある交流電流を供給することにより前記電子銃部の電極で発生する着磁を軽減する電源装置とを備えた進行波管。
前記磁性金属材料は、コバールもしくはパーマロイであることを特徴とする請求項５又は７に記載の進行波管。
前記磁場発生手段は、コイルであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の進行波管。