JP2011100600A

JP2011100600A - Klystron device

Info

Publication number: JP2011100600A
Application number: JP2009253789A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Okubo; 良久大久保
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a speed of an electron beam to increase the interaction between the electron beam and an electric field, thereby increasing the operation efficiency of a klystron device. <P>SOLUTION: The klystron device 1 includes an electron gun 10, a drift portion 20, a collector 40 and a power supply device 50. A passage 21 where the electron beam 2 emitted from the electron gun 10 passes is formed in the drift portion 20. The drift portion 20 includes an input cavity portion 22 inputting a high frequency signal, a resonance cavity portion 26 interacting with the electron beam 2 to amplify the high frequency signal, and an output cavity portion 30 outputting the amplified high frequency signal. The collector 40 collects the electron beam 2 passing through the drift portion 20. The power supply device 50 applies voltages to the output cavity portion 30 and the collector 40 mutually insulated such that the potential of the output cavity portion 30 is set higher than that of the collector 40. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、クライストロン装置に関する。 The present invention relates to a klystron apparatus.

従来のクライストロン装置について、図４を用いて説明する。図４は、従来のクライストロン装置を説明するための一部概略図である。 A conventional klystron apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial schematic diagram for explaining a conventional klystron apparatus.

クライストロン装置１０１は、電子銃１１０から放出された電子ビーム１０２の作用によって高周波信号を増幅する電子管である。従来のクライストロン装置１０１は、電子銃１１０、ドリフト部１２０、コレクタ１４０、および、電源装置１５０などを有する。 The klystron apparatus 101 is an electron tube that amplifies a high-frequency signal by the action of the electron beam 102 emitted from the electron gun 110. A conventional klystron apparatus 101 includes an electron gun 110, a drift unit 120, a collector 140, a power supply apparatus 150, and the like.

電子銃１１０は、電子ビーム１０２を発生させるカソード１１１、および、電子ビーム２を加速させる環状のアノード１１２などから構成されている。電子銃１１０から放出された電子ビーム１０２は、クライストロン装置１０１の管軸１０３上を直進する。 The electron gun 110 includes a cathode 111 that generates the electron beam 102 and an annular anode 112 that accelerates the electron beam 2. The electron beam 102 emitted from the electron gun 110 travels straight on the tube axis 103 of the klystron apparatus 101.

ドリフト部１２０は、管状に形成されていて、その管内は、電子ビーム１０２の通路（ドリフト空間）１２１となっている。上述の電子銃１１０は、ドリフト部１２０の一端に配置されて、電子銃１１０から放出された電子ビーム１０２は、ドリフト空間１２１を通過する。 The drift portion 120 is formed in a tubular shape, and a passage (drift space) 121 for the electron beam 102 is formed in the tube. The electron gun 110 described above is disposed at one end of the drift unit 120, and the electron beam 102 emitted from the electron gun 110 passes through the drift space 121.

ドリフト部１２０は、管軸１０３と同軸的に並んだ、入力空洞部１２２、共振空洞部１２６、および、出力空洞部１３０から構成されている。入力空洞部１２２には、高周波信号が入力される入力空胴１２３が形成され、この入力空洞１２３には、高周波信号を入力する同軸線路１２４が接続されている。共振空洞部１２６には、複数の共振空洞１２７が形成されている。出力空洞部１３０には、高周波信号が出力される出力空胴１３１が形成され、この出力空洞１３１には、高周波信号を出力する導波管１３２が接続されている。なお、入力空胴１２３と共振空胴１２７との間、共振空胴１２７同士の間、共振空胴１２７と出力空胴１３１との間には、ドリフト管１３６が形成されている。 The drift portion 120 is composed of an input cavity portion 122, a resonance cavity portion 126, and an output cavity portion 130 that are arranged coaxially with the tube axis 103. An input cavity 123 to which a high frequency signal is input is formed in the input cavity 122, and a coaxial line 124 for inputting the high frequency signal is connected to the input cavity 123. A plurality of resonance cavities 127 are formed in the resonance cavity 126. An output cavity 131 that outputs a high-frequency signal is formed in the output cavity 130, and a waveguide 132 that outputs a high-frequency signal is connected to the output cavity 131. A drift tube 136 is formed between the input cavity 123 and the resonant cavity 127, between the resonant cavities 127, and between the resonant cavity 127 and the output cavity 131.

コレクタ１４０は、ドリフト部１２０の一端（電子銃１１０と反対側の一端）に配置され、ドリフト空間１２１を通過した電子ビーム１０２を捕集する。 The collector 140 is disposed at one end of the drift unit 120 (one end opposite to the electron gun 110) and collects the electron beam 102 that has passed through the drift space 121.

カソード１１１およびアノード１１２には、電源装置１５０が接続されている。従来のクライストロン装置１０１は、アノード１１２、ドリフト部１２０、および、コレクタ１４０が一体になって構成されていて、アノード１１２、ドリフト部１２０、および、コレクタ１４０は、同電位になっている（例えば、特許文献１を参照）。 A power supply device 150 is connected to the cathode 111 and the anode 112. The conventional klystron apparatus 101 is configured by integrating an anode 112, a drift unit 120, and a collector 140, and the anode 112, the drift unit 120, and the collector 140 are at the same potential (for example, (See Patent Document 1).

特開２００２−２０３４８８号公報JP 2002-203488 A 特開２０００−２７７０２４号公報JP 2000-277024 A

クライストロン装置において、電子ビームは、集群（パンチング）されると、空間電荷力によって、ドリフト空間の半径方向に広がる特性がある。そのため、ドリフト空間の径は、電子ビームの広がりに合わせて設計される。 In the klystron apparatus, when the electron beam is gathered (punched), it has a characteristic of spreading in the radial direction of the drift space by the space charge force. Therefore, the diameter of the drift space is designed in accordance with the spread of the electron beam.

ここで、ドリフト空間の径を大きくすると、共振空洞における電磁界分布が、管軸方向に広がってしまう。その結果、電子ビームと電界との相互作用が弱くなり、クライストロン装置の動作効率が低下する（特許文献２を参照）。 Here, when the diameter of the drift space is increased, the electromagnetic field distribution in the resonance cavity spreads in the tube axis direction. As a result, the interaction between the electron beam and the electric field is weakened, and the operation efficiency of the klystron apparatus is lowered (see Patent Document 2).

特に、大電力パルスクライストロン装置においては、大電流がドリフト管を通過するため、ドリフト空間の径を大きくする必要がある。加えて、ビーム電圧が１００ｋＶ程度であって、Ｃバンド帯以上の動作周波数の高いクライストロン装置においては、パービアンスが比較的高く、電子ビームの波長に対して大きいドリフト部となる。そのため、管軸方向の電磁界分布の広がりが大きくなり、電子ビームの速度も比較的小さいため、電子ビームと電界との相互作用が弱くなる。その結果、クライストロン装置の動作効率の低下が顕著となる（特許文献２を参照）。特に、電子ビームが減速している出力空胴においては、電子ビームと電界との相互作用はなおさら弱く、クライストロン装置の動作効率の低下に大きく起因する。 In particular, in a high power pulse klystron apparatus, since a large current passes through the drift tube, it is necessary to increase the diameter of the drift space. In addition, a klystron device having a beam voltage of about 100 kV and a high operating frequency of the C band or higher has a relatively high perveance and a large drift portion with respect to the wavelength of the electron beam. For this reason, the spread of the electromagnetic field distribution in the tube axis direction is increased, and the velocity of the electron beam is relatively small, so that the interaction between the electron beam and the electric field is weakened. As a result, the operation efficiency of the klystron apparatus is significantly reduced (see Patent Document 2). In particular, in an output cavity where the electron beam is decelerating, the interaction between the electron beam and the electric field is still weak, which is largely caused by a decrease in the operational efficiency of the klystron device.

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、電子ビームの速度を上げることによって、電子ビームと電界との相互作用を増大させて、クライストロン装置の動作効率の向上させることを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and by increasing the speed of the electron beam, the interaction between the electron beam and the electric field is increased, thereby improving the operation efficiency of the klystron apparatus. For the purpose.

上記の目的を達成するために、本発明に係るクライストロン装置は、電子ビームを発生させるカソードおよび前記カソードから発生した電子ビームを加速させるアノードを備えて、前記アノードにより加速された電子ビームを放出する電子銃と、管内に前記電子銃から放出された電子ビームの通路が形成されて、高周波信号を入力する入力空洞部、通過する電子ビームとの相互作用により高周波信号を増幅する共振空洞部、および、増幅された高周波信号を出力する出力空洞部を備えた管状のドリフト部と、前記ドリフト部を通過した電子ビームを捕集するコレクタと、前記出力空洞部の電位が前記コレクタの電位より高くなるように、互いに絶縁された前記カソード、前記出力空洞部および前記コレクタに電圧を印加する電源と、を具備したことを特徴とする。 To achieve the above object, a klystron apparatus according to the present invention includes a cathode for generating an electron beam and an anode for accelerating the electron beam generated from the cathode, and emits the electron beam accelerated by the anode. An electron gun, a passage for an electron beam emitted from the electron gun in the tube, an input cavity for inputting a high-frequency signal, a resonant cavity for amplifying the high-frequency signal by interaction with the passing electron beam, and A tubular drift part having an output cavity for outputting an amplified high-frequency signal; a collector for collecting the electron beam that has passed through the drift part; and the potential of the output cavity becomes higher than the potential of the collector And a power supply for applying a voltage to the cathode, the output cavity and the collector, which are insulated from each other. It is characterized in.

本発明によれば、電子ビームの速度を上げることによって、電子ビームと電界との相互作用を増大させて、クライストロン装置の動作効率を向上させることができる。 According to the present invention, by increasing the speed of the electron beam, the interaction between the electron beam and the electric field can be increased, and the operation efficiency of the klystron apparatus can be improved.

本発明の第１の実施形態に係るクライストロン装置を説明するための一部概略図である。It is a partial schematic diagram for demonstrating the klystron apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係るクライストロン装置を説明するための一部概略図である。It is a partial schematic diagram for demonstrating the klystron apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係るクライストロン装置を説明するための一部概略図である。It is a partial schematic diagram for demonstrating the klystron apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 従来のクライストロン装置を説明するための一部概略図である。It is a partial schematic diagram for demonstrating the conventional klystron apparatus.

［第１の実施形態］
本発明に係るクライストロン装置の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るクライストロン装置を説明するための一部概略図である。 [First Embodiment]
A first embodiment of a klystron apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial schematic diagram for explaining a klystron apparatus according to a first embodiment of the present invention.

本実施形態に係るクライストロン装置１の構成について説明する。 A configuration of the klystron apparatus 1 according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係るクライストロン装置１は、電子銃１０から放出された電子ビーム２の作用によって高周波信号を増幅する電子管である。クライストロン装置１は、電子銃１０、ドリフト部２０、コレクタ４０、電源装置５０、および、コイル（図示しない。）などを有する。 The klystron apparatus 1 according to this embodiment is an electron tube that amplifies a high-frequency signal by the action of an electron beam 2 emitted from an electron gun 10. The klystron device 1 includes an electron gun 10, a drift unit 20, a collector 40, a power supply device 50, a coil (not shown), and the like.

電子銃１０は、電子ビーム２を発生させるカソード１１、および、電子ビーム２を加速させる環状のアノード１２を有する。電子ビーム２は、カソード１１からアノード１２に向かって飛び出し、アノード１２の環内を通り抜けて、電子銃１０から放出される。電子銃１０から放出された電子ビーム２は、クライストロン装置１の管軸３上を直進する。 The electron gun 10 includes a cathode 11 that generates the electron beam 2 and an annular anode 12 that accelerates the electron beam 2. The electron beam 2 jumps from the cathode 11 toward the anode 12, passes through the ring of the anode 12, and is emitted from the electron gun 10. The electron beam 2 emitted from the electron gun 10 travels straight on the tube axis 3 of the klystron apparatus 1.

ドリフト部２０は、管状に形成されていて、その管内は、電子ビーム２の通路（ドリフト空間）２１となっている。上述の電子銃１０は、ドリフト部２０の一端に配置されて、電子銃１０から放出された電子ビーム２は、ドリフト空間２１を通過する。 The drift portion 20 is formed in a tubular shape, and the inside of the tube is a passage (drift space) 21 for the electron beam 2. The electron gun 10 described above is disposed at one end of the drift portion 20, and the electron beam 2 emitted from the electron gun 10 passes through the drift space 21.

ドリフト部２０は、管軸３と同軸的に並んだ、入力空洞部２２、共振空洞部２６、および、出力空洞部３０が一体となって構成されている。入力空洞部２２は、ドリフト部２０の電子銃１０側の端部に配置され、出力空洞部３０は、他端（ドリフト部２０のコレクタ４０側の端部）に配置されている。共振空洞部２６は、入力空洞部２２と出力空洞部３０との間に配置されている。 The drift portion 20 is configured integrally with an input cavity portion 22, a resonance cavity portion 26, and an output cavity portion 30 that are arranged coaxially with the tube axis 3. The input cavity portion 22 is disposed at the end portion of the drift portion 20 on the electron gun 10 side, and the output cavity portion 30 is disposed at the other end (the end portion of the drift portion 20 on the collector 40 side). The resonant cavity 26 is disposed between the input cavity 22 and the output cavity 30.

入力空洞部２２には、高周波信号が入力される入力空胴２３が形成されている。この入力空洞２３には、高周波信号を入力する同軸線路２４が接続されている。共振空洞部２６には、管軸３方向に並んだ３つの共振空洞２７が形成されている。出力空洞部３０には、高周波信号が出力される出力空胴３１が形成されている。この出力空洞３１には、高周波信号を出力する導波管３２が接続されている。この導波管３２には、ドリフト空間２１を真空に保って、高周波信号を透過する出力窓３３が設けられている。なお、入力空胴２３と共振空胴２７との間、共振空胴２７同士の間、共振空胴２７と出力空胴３１との間には、ドリフト管３６が形成されている。 The input cavity 22 is formed with an input cavity 23 into which a high frequency signal is input. A coaxial line 24 for inputting a high frequency signal is connected to the input cavity 23. In the resonance cavity portion 26, three resonance cavities 27 arranged in the direction of the tube axis 3 are formed. An output cavity 31 for outputting a high frequency signal is formed in the output cavity 30. A waveguide 32 that outputs a high-frequency signal is connected to the output cavity 31. The waveguide 32 is provided with an output window 33 that transmits the high-frequency signal while keeping the drift space 21 in a vacuum. A drift tube 36 is formed between the input cavity 23 and the resonant cavity 27, between the resonant cavities 27, and between the resonant cavity 27 and the output cavity 31.

コレクタ４０は、ドリフト部２０の一端（電子銃１０と反対側の一端）に配置されている。コレクタ４０は、ドリフト空間２１を通過した電子ビーム２を捕集して、熱に変換されたエネルギーを冷却する。 The collector 40 is disposed at one end of the drift unit 20 (one end opposite to the electron gun 10). The collector 40 collects the electron beam 2 that has passed through the drift space 21 and cools the energy converted into heat.

コイルは、ドリフト部２０の外周を囲むように配置されている。コイルは、ドリフト空間２１を通過する電子ビーム２を集束する役割を果たす。 The coil is disposed so as to surround the outer periphery of the drift unit 20. The coil serves to focus the electron beam 2 passing through the drift space 21.

本実施形態においては、アノード１２、ドリフト部２０、および、コレクタ４０は、互いに間隔を空けて配置されて、互いに絶縁されている。 In the present embodiment, the anode 12, the drift unit 20, and the collector 40 are spaced apart from each other and insulated from each other.

電源装置５０は、例えば、直流電源であり、その陰極側がカソード１１に接続され、その陽極側がアノード１２、ドリフト部２０、および、コレクタ４０に接続されていて、カソード１１、アノード１２、ドリフト部２０、および、コレクタ４０に電圧を印加する。すなわち、アノード１２、ドリフト部２０、および、コレクタ４０の各電位は、カソードの電位に比べて高い。なお、本実施形態では、コレクタ４０は、接地されており、アノード１２とコレクタ４０とは、同電位である。 The power supply device 50 is, for example, a DC power supply, the cathode side is connected to the cathode 11, the anode side is connected to the anode 12, the drift unit 20, and the collector 40, and the cathode 11, anode 12, drift unit 20 is connected. And a voltage is applied to the collector 40. That is, each potential of the anode 12, the drift unit 20, and the collector 40 is higher than the potential of the cathode. In the present embodiment, the collector 40 is grounded, and the anode 12 and the collector 40 are at the same potential.

また、電源装置５０に内蔵された可変電源５１により、ドリフト部２０の電位は、アノード１２およびコレクタ４０の電位に比べて高く設定されている。さらに、ドリフト部２０の電位は、コレクタ４０の電位に対して、変化させる（調節する）ことができる。 In addition, the potential of the drift unit 20 is set higher than the potentials of the anode 12 and the collector 40 by the variable power source 51 incorporated in the power supply device 50. Furthermore, the potential of the drift unit 20 can be changed (adjusted) with respect to the potential of the collector 40.

本実施形態に係るクライストロン装置１０の効果について説明する。 The effect of the klystron apparatus 10 according to the present embodiment will be described.

上述の構成において、電子銃１０から放出された電子ビーム２は、コイルの磁場により集束されて、ドリフト空間２１に入り、管軸３方向に進行する。そして、電子ビーム２は、入力空胴２３に入力された高周波信号により速度変調され、ドリフト管３６および共振空洞部２６を通過中に密度変調される。その後、電子ビーム２が出力空洞部３０を通過するとき、増幅された高周波信号が出力空胴３１で取り出され、導波管３２を介して外部に出力される。ドリフト部２０を出た電子ビーム２は、コレクタ４０に捕集される。 In the above-described configuration, the electron beam 2 emitted from the electron gun 10 is focused by the magnetic field of the coil, enters the drift space 21, and travels in the direction of the tube axis 3. The electron beam 2 is velocity-modulated by the high-frequency signal input to the input cavity 23 and density-modulated while passing through the drift tube 36 and the resonance cavity 26. Thereafter, when the electron beam 2 passes through the output cavity 30, the amplified high frequency signal is taken out by the output cavity 31 and output to the outside through the waveguide 32. The electron beam 2 exiting the drift unit 20 is collected by the collector 40.

本実施形態に係るクライストロン装置１では、ドリフト部２０の電位は、アノード１２およびコレクタ４０の電位に比べて高く設定されている。そのため、ドリフト空間２１を通過する電子ビーム２は、電子銃での印加電圧に加え、ドリフト部２０での印加電圧によっても加速される。したがって、電子ビーム２は、ドリフト空間２１の通過時に加速されるため、電子ビーム２と空洞電界との相互作用が増大する。また、電子ビーム２は、ドリフト空間２１を通過後、アノード１２と同電位のコレクタ４０において減速される。そのため、ドリフト空間２１での加速分のエネルギーは回収される。その結果、クライストロン装置１の動作効率が向上する。 In the klystron apparatus 1 according to the present embodiment, the potential of the drift unit 20 is set higher than the potentials of the anode 12 and the collector 40. Therefore, the electron beam 2 passing through the drift space 21 is accelerated by the applied voltage at the drift unit 20 in addition to the applied voltage at the electron gun. Therefore, since the electron beam 2 is accelerated when passing through the drift space 21, the interaction between the electron beam 2 and the cavity electric field increases. The electron beam 2 is decelerated at the collector 40 having the same potential as the anode 12 after passing through the drift space 21. Therefore, the energy for acceleration in the drift space 21 is recovered. As a result, the operation efficiency of the klystron apparatus 1 is improved.

すなわち、従来のクライストロン装置１０１では、電子ビーム１０２は、出力空洞部１３０において、電子銃での印加電圧と同程度で減速される。一方、本実施形態のクライストロン装置１では、電子ビーム２は、ドリフト部２０での電位以下の速度には減速されず、クライストロン装置１の動作効率が向上する。 That is, in the conventional klystron apparatus 101, the electron beam 102 is decelerated at the output cavity 130 at the same level as the voltage applied by the electron gun. On the other hand, in the klystron apparatus 1 of the present embodiment, the electron beam 2 is not decelerated to a speed equal to or lower than the potential at the drift unit 20, and the operation efficiency of the klystron apparatus 1 is improved.

また、従来のクライストロン装置１０１では、カソード１１１に印加できる電圧（ビーム電圧）が一定範囲に限られる。なぜならば、出力空胴１３１は、ある範囲のビーム電圧下で、電子ビーム１０２と出力空胴１３１の電界との相互作用が最適となるように設計されている。ここで、ビーム電流はビーム電圧の３／２乗に比例しているため、ビーム電圧を変化させると、電子ビーム１０２のインピーダンスも変化してしまう。したがって、ビーム電圧を大きく変化させてしまうと、電子ビーム１０２と出力空洞３１の電界との相互作用が最適値から外れてしまう。そのため、従来のクライストロン装置１０１では、ビーム電圧が一定範囲に限られている。なお、最適なビーム電圧より小さくすると、動作効率が低下し、最適なビーム電圧より大きくすると、動作不安定となりやすい。 In the conventional klystron apparatus 101, the voltage (beam voltage) that can be applied to the cathode 111 is limited to a certain range. This is because the output cavity 131 is designed so that the interaction between the electron beam 102 and the electric field of the output cavity 131 is optimal under a certain range of beam voltages. Here, since the beam current is proportional to the 3/2 power of the beam voltage, the impedance of the electron beam 102 also changes when the beam voltage is changed. Therefore, if the beam voltage is changed greatly, the interaction between the electron beam 102 and the electric field of the output cavity 31 deviates from the optimum value. Therefore, in the conventional klystron apparatus 101, the beam voltage is limited to a certain range. If the beam voltage is smaller than the optimum beam voltage, the operation efficiency is lowered. If the beam voltage is larger than the optimum beam voltage, the operation tends to be unstable.

一方、本実施形態に係るクライストロン装置１では、ドリフト部２０の電位は、コレクタ４０の電位に対して、変化させる（調節する）ことができる。そのため、ビーム電圧に応じて、出力空胴３１のインピーダンスを変化させて、最適な出力空胴３１の電界を発生させることができる。言い換えると、出力空洞部３０において逆行電子が生じないように、ドリフト部２０の電位を調節して、出力空洞３１での高周波へのエネルギー変換を最大にすることができる。すなわち、ドリフト部２０の電位を調節して、クライストロン装置１の動作効率が低下しないように調整することができるため、広い範囲のビーム電圧に対応できる。 On the other hand, in the klystron apparatus 1 according to the present embodiment, the potential of the drift unit 20 can be changed (adjusted) with respect to the potential of the collector 40. Therefore, the optimum electric field of the output cavity 31 can be generated by changing the impedance of the output cavity 31 according to the beam voltage. In other words, the potential of the drift portion 20 can be adjusted so that no retrograde electrons are generated in the output cavity 30, thereby maximizing energy conversion to high frequency in the output cavity 31. That is, the potential of the drift unit 20 can be adjusted so that the operation efficiency of the klystron device 1 is not lowered, and therefore, a wide range of beam voltages can be handled.

なお、ドリフト部２０とコレクタ４０との間では、電流はほとんど流れないため、ドリフト部２０に印加する可変電源５１は、容量の小さいもので足りる。 In addition, since almost no electric current flows between the drift part 20 and the collector 40, the variable power supply 51 applied to the drift part 20 is sufficient with a small capacity.

［第２の実施形態］
本発明に係るクライストロン装置１の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るクライストロン装置を説明するための一部概略図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複説明を省略する。 [Second Embodiment]
A second embodiment of the klystron apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a partial schematic diagram for explaining the klystron apparatus according to the first embodiment of the present invention. In addition, since this embodiment is a modification of 1st Embodiment, duplication description is abbreviate | omitted.

本実施形態においては、アノード１２、入力空洞部２２、および、共振空洞部２６が一体となって構成されている。出力空洞部３０は、共振空洞部２６およびコレクタ４０に対して間隔を空けて配置され、互いに絶縁されている。 In the present embodiment, the anode 12, the input cavity portion 22, and the resonance cavity portion 26 are integrally configured. The output cavities 30 are spaced apart from the resonant cavities 26 and the collector 40 and are insulated from one another.

電源装置５０は、その陰極側がカソード１１に接続され、その陽極側がアノード１２（あるいは、入力空洞部２２または共振空洞部２６）、出力空洞部３０、および、コレクタ４０にそれぞれ接続されていて、アノード１２（入力空洞部２２および共振空洞部２６）、出力空洞部３０、および、コレクタ４０に電圧を印加する。すなわち、アノード１２、入力空洞部２２、および、共振空洞部２６は、同電位である。 The power supply device 50 has its cathode side connected to the cathode 11 and its anode side connected to the anode 12 (or the input cavity 22 or the resonant cavity 26), the output cavity 30 and the collector 40, respectively. 12 (input cavity 22 and resonant cavity 26), output cavity 30, and collector 40. That is, the anode 12, the input cavity 22, and the resonance cavity 26 are at the same potential.

また、電源装置５０に内蔵された可変電源５２により、出力空洞部３０の電位は、アノード１２、入力空洞部２２、共振空洞部２６、および、コレクタ４０の電位に比べて高く設定されている。さらに、出力空洞部３０の電位は、コレクタ４０の電位に対して、変化させる（調節する）ことができる。 Further, the potential of the output cavity 30 is set higher than the potentials of the anode 12, the input cavity 22, the resonant cavity 26, and the collector 40 by the variable power supply 52 built in the power supply device 50. Further, the potential of the output cavity 30 can be changed (adjusted) with respect to the potential of the collector 40.

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

［第３の実施形態］
本発明に係るクライストロン装置１の第３の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係るクライストロン装置を説明するための一部概略図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複説明を省略する。 [Third Embodiment]
A third embodiment of the klystron apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a partial schematic diagram for explaining a klystron apparatus according to a third embodiment of the present invention. In addition, since this embodiment is a modification of 1st Embodiment, duplication description is abbreviate | omitted.

本実施形態においては、電源装置５０に内蔵された可変電源５３により、アノード１２の電位を、コレクタ４０の電位に対して、変化させる（調節する）ことができる。つまり、アノード１２とコレクタ４０との電位差を調節することができ、実質的に、コレクタ４０の電位を調節することができる。 In the present embodiment, the potential of the anode 12 can be changed (adjusted) with respect to the potential of the collector 40 by the variable power supply 53 built in the power supply device 50. That is, the potential difference between the anode 12 and the collector 40 can be adjusted, and the potential of the collector 40 can be substantially adjusted.

ここで、出力空洞部３０において逆行電子が生じないように、アノード１２の電位（つまり、コレクタ４０の電位）を調節することにより、出力空洞３１での高周波へのエネルギー変換を最大にすることができる。すなわち、ビーム電圧に応じて、出力空胴３１のインピーダンスを変化させて、最適な出力空胴３１の電界を発生させることができる。したがって、アノード１２の電位（つまり、コレクタ４０の電位）を調節して、クライストロン装置１の動作効率が低下しないように調整することができるため、広い範囲のビーム電圧に対応できる。 Here, by adjusting the potential of the anode 12 (that is, the potential of the collector 40) so that no reverse electrons are generated in the output cavity 30, the energy conversion to high frequency in the output cavity 31 can be maximized. it can. That is, it is possible to change the impedance of the output cavity 31 in accordance with the beam voltage and generate an optimum electric field of the output cavity 31. Therefore, the potential of the anode 12 (that is, the potential of the collector 40) can be adjusted so that the operation efficiency of the klystron apparatus 1 is not lowered, and therefore, a wide range of beam voltages can be handled.

なお、従来のクライストロン装置１０１では、外部の高周波回路にアイリスを挿入するなどの手段によって、出力空胴３１のインピーダンスを変化させていた。一方、本実施形態によれば、コレクタ４０の電位を調節するだけで、出力空胴３１のＱ値を変化させる場合等と同等の効果を得ることができる。 In the conventional klystron apparatus 101, the impedance of the output cavity 31 is changed by means such as inserting an iris in an external high-frequency circuit. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as when the Q value of the output cavity 31 is changed only by adjusting the potential of the collector 40.

［他の実施形態］
第１ないし第３の実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。第１ないし第３の実施形態では、３つの共振空洞２７が形成されているが、この共振空洞２７の個数は、１つでも良いし、複数であっても良い。 [Other Embodiments]
The first to third embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these. In the first to third embodiments, three resonant cavities 27 are formed, but the number of the resonant cavities 27 may be one or plural.

第１ないし第３の実施形態では、コレクタ４０が接地されていることを前提として、コレクタ４０の電位を基準として説明しているが、アノード１２またはドリフト部２０を基準として説明することもできる。また、第１ないし第３の実施形態においては、電子を加速する電圧を印加する電源装置５０として、直流電源を用いたが、パルス電源を用いても良い。 In the first to third embodiments, the description is made on the basis of the potential of the collector 40 on the assumption that the collector 40 is grounded. However, the description can also be made on the basis of the anode 12 or the drift portion 20. In the first to third embodiments, a DC power supply is used as the power supply device 50 that applies a voltage for accelerating electrons. However, a pulse power supply may be used.

１…クライストロン装置、２…電子ビーム、３…管軸、１０…電子銃、１１…カソード、１２…アノード、２０…ドリフト部、２１…ドリフト空間、２２…入力空洞部、２３…入力空洞、２４…同軸線路、２６…共振空洞部、２７…共振空洞、３０…出力空洞部、３１…出力空洞、３２…導波管、３３…出力窓、３６…ドリフト管、４０…コレクタ、５０…電源装置、５１〜５４…可変電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Klystron apparatus, 2 ... Electron beam, 3 ... Tube axis, 10 ... Electron gun, 11 ... Cathode, 12 ... Anode, 20 ... Drift part, 21 ... Drift space, 22 ... Input cavity part, 23 ... Input cavity part, 24 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Coaxial line 26 ... Resonance cavity part 27 ... Resonance cavity part 30 ... Output cavity part 31 ... Output cavity part 32 ... Waveguide, 33 ... Output window, 36 ... Drift pipe, 40 ... Collector, 50 ... Power supply device 51-54 ... Variable power supply

Claims

An electron gun for emitting an electron beam accelerated by the anode, comprising a cathode for generating an electron beam and an anode for accelerating the electron beam generated from the cathode;
A passage for an electron beam emitted from the electron gun is formed in the tube, and an input cavity for inputting a high-frequency signal, a resonant cavity for amplifying a high-frequency signal by interaction with the passing electron beam, and the amplified A tubular drift section having an output cavity for outputting a high-frequency signal; and
A collector that collects the electron beam that has passed through the drift portion;
A power supply for applying a voltage to the cathode, the output cavity, and the collector that are insulated from each other such that the potential of the output cavity is higher than the potential of the collector;
A klystron apparatus characterized by comprising:

The klystron apparatus according to claim 1, wherein the power supply is capable of changing a potential of the output cavity with respect to a potential of the collector.

The klystron apparatus according to claim 1, wherein the power supply is capable of changing a potential of the anode with respect to a potential of the collector.