JP2018181415A

JP2018181415A - 高周波透過窓構体

Info

Publication number: JP2018181415A
Application number: JP2017073652A
Authority: JP
Inventors: 弘人浦方; Hiroto Urakata
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】高周波の透過性を確保しながら、高周波透過窓での電界強度を緩和できる高周波透過窓構体を提供する。【解決手段】高周波透過窓構体18は、変換導波管21a，21b、外筒22、高周波透過窓23、およびアイリス24a，24bを備える。変換導波管21a，21bは、高周波を伝搬する。外筒22は、変換導波管21a，21bと同軸上に設けられる。高周波透過窓23は、外筒22内に設けられる。アイリス24a，24bは、変換導波管21a，21bと外筒22との間に設けられ、高周波の電界方向ｆに対応した方向の孔幅が電界方向ｆに直交する方向の孔幅よりも広い高周波通過孔31a，31bを有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、高周波の出力に用いられる高周波透過窓構体に関する。

高周波を増幅するクライストロンやマグネトロンなどの高周波増幅器は、共振空胴で電子のエネルギを増幅し、出力部の共振空胴から高周波をエネルギとして取り出して高周波窓構体によって出力する。

従来の高周波透過窓構体には、一対の導波管の間に外筒が同軸上に設けられ、この外筒内に気密を保ちながら高周波を透過させる高周波透過窓が設けられているとともに、導波管と外筒との間に円形の高周波通過孔を有するアイリスが設けられている構造がある。アイリスは、高周波の高周波透過窓を透過する周波数帯域での挿入損失を低減するとともに、高周波透過窓での電界強度を緩和するように、高周波透過孔の孔径とアイリスの位置が設定されている。

しかしながら、高い周波数の用途や高出力の高周波増幅器への適用を考慮すると、これら高い周波数や高出力の高周波に対しての耐力の向上を図るために、さらなる高周波透過窓での電界強度の緩和が求められる。

高周波透過窓での電界強度を緩和すために、アイリスの孔径やアイリスの位置を調整するが、高周波の透過性に直接影響するため、その調整範囲は決して広くないため、高周波透過窓での電界強度の緩和が十分でない。

特開平１１−１７７３０１号公報

本発明が解決しようとする課題は、高周波の透過性を確保しながら、高周波透過窓での電界強度を緩和できる高周波透過窓構体を提供することである。

本実施形態の高周波透過窓構体は、導波管、外筒、高周波透過窓、およびアイリスを備える。導波管は、高周波を伝搬する。外筒は、導波管と同軸上に設けられる。高周波透過窓は、外筒内に設けられる。アイリスは、導波管と外筒との間に設けられ、高周波の電界方向に対応した方向の孔幅が電界方向に直交する方向の孔幅よりも広い高周波通過孔を有する。

一実施形態を示す高周波透過窓構体の斜視図である。同上高周波透過窓構体の断面図である。同上高周波透過窓構体の導波管の矩形端部における高周波の電界を説明する斜視図である。同上導波管内を伝搬する高周波の波形図である。同上高周波透過窓構体を用いた高周波増幅器の断面図である。比較例の高周波透過窓構体の斜視図である。

以下、一実施形態を、図１ないし図６を参照して説明する。

図５に高周波透過窓構体を用いた高周波増幅器10の断面図を示す。高周波増幅器10は、例えばクライストロンやマグネトロンなどのマイクロ波管である。本実施形態では、クライストロンの例を示す。

高周波増幅器10は、電子ビームを放出する電子銃11、電子ビームを捕捉するコレクタ12、電子銃11とコレクタ12との間に配置される高周波回路13を有している。高周波回路13は、電子ビームが通る複数のドリフト管14を介して複数の共振空胴15a〜15fが電子ビーム進行方向に直列に配置されて構成されている。複数の共振空胴15a〜15fのうち、電子銃11側の一端部に位置する共振空胴15aには高周波信号の入力部16が接続され、コレクタ側の他端部に位置する共振空胴15fには高周波信号の出力部17が接続されている。出力部17に高周波を出力するための高周波透過窓構体18が設けられている。

次に、図１に高周波透過窓構体18の斜視図、図２は高周波透過窓構体18の断面図を示す。なお、図１は高周波透過窓構体18を軸方向に沿って半分に切断した断面状態を示す。

高周波透過窓構体18は、同軸上に配設される導波管としての一対の変換導波管21a，21b、これら一対の変換導波管21a，21bの間に同軸上に配設される外筒（円筒導波管）22、この外筒22内に設けられる高周波透過窓23、および一対の変換導波管21a，21bと外筒22の両端との間に設けられる一対のアイリス24a，24bを備えている。

そして、一対の変換導波管21a，21bは、金属製で、一端が断面矩形で、他端が断面円形に設けられている。すなわち、変換導波管21a，21bには、一端に矩形端部27a，27bが設けられ、他端に円筒端部28a，28bが設けられている。これら変換導波管21a，21bの円筒端部28a，28bがアイリス24a，24bを介して外筒22の両端と接合されている。一方の変換導波管21aは、矩形端部27aが高周波増幅器10の出力部17に接続され、高周波増幅器10から取り出される高周波が入る入力側である。他方の変換導波管21bは、高周波透過窓23を透過した高周波を出力する出力側である。

外筒22は、金属製で、円筒状に設けられており、両端部がアイリス24a，24bを介して変換導波管21a，21bの円筒端部28a，28bと接合されている。

高周波透過窓23は、例えばアルミナなどのセラミック製で、円板状に形成されている。高周波透過窓23は、外筒22の内側の軸方向中間位置に配置され、外周面が外筒22の内周面に接合されている。

一対のアイリス24a，24bは、金属製で、円板状に設けられており、周辺部が変換導波管21a，21bの円筒端部28a，28bと外筒22の両端との間に接合されている。アイリス24a，24bの中央部には、高周波が通過する高周波通過孔31a，31bが形成されている。高周波通過孔31a，31bは、変換導波管21a，21bの円筒端部28a，28bの内径および外筒22の内径より小さい。さらに、高周波通過孔31a，31bは、円形ではなく、高周波透過窓構体18内を伝搬する高周波の主とする電界方向ｆに対応した方向の孔幅h1が、その電界方向ｆに直交する方向の孔幅h2よりも広い長孔に形成されている。なお、高周波通過孔31a，31bの形状は、長孔の他、楕円や長方形などでもよい。さらに、高周波の電界方向ｆに対応した方向の高周波通過孔31a，31bの孔幅h1は、変換導波管21aの矩形端部27aでの高周波の電界方向ｆに対応した方向の内側幅w1よりも広く、また、高周波の電界方向ｆに直交する方向の高周波通過孔31a，31bの孔幅h2は、変換導波管21aの矩形端部27aでの高周波の電界方向ｆに直交した方向の内側幅w2よりも狭い。そして、一対のアイリス24a，24bは、同じ構造であり、高周波通過孔31a，31bの長手方向の向きも同じ向きとして組み立てられている。

また、図３に高周波透過窓構体18の変換導波管21aの矩形端部27aにおける高周波の電界を説明する斜視図を示し、図４に変換導波管21a内を伝搬する高周波の波形図を示す。

図３に示すように、変換導波管21aの矩形端部27aでは、矩形端部27aの長辺に直交する方向である矩形端部27aの断面短手方向を主とする電界方向ｆとし、矩形端部27aの断面長手方向の中央の電界強度が最も大きく、端部側の電界強度が小さくなる。さらに、図４に示すように、変換導波管21a内において、変換導波管21aの内面での高周波の反射により電界の方向が交互に逆向きとなりながら、高周波が伝搬される。

そして、この変換導波管21a内を伝搬される高周波の電界方向ｆに、アイリス24a，24bの高周波通過孔31a，31bの長手方向が一致されている。

ここで、図６に示す比較例の高周波透過窓構体18を説明する。なお、比較例についても、本実施形態と同じ符号を用いて説明する。

この比較例の高周波透過窓構体18は、アイリス24a，24bの高周波通過孔31a，31bの形状が円形となっている。

高周波増幅器10から高周波透過窓構体18に入る高周波は、一方の変換導波管21aの矩形端部27aに入るときには電界の姿態が点線矢印Ａの形のＴＥ１０モードで入り、一方の変換導波管21aにて伝搬されて一方のアイリス24aの高周波通過孔31aを通過するときには電界の姿態が点線矢印ＢのＴＥ１１モードに変換され、このＴＥ１１モードで高周波透過窓23を透過する。さらに、高周波透過窓23を透過した高周波は、他方のアイリス24bの高周波通過孔31bを通過して他方の変換導波管21bにて伝搬されることにより電界の姿勢がＴＥ１０モードに戻され、管外へ出力される。このような高周波の伝搬モードの変換によって、高周波透過窓23を透過する高周波の透過性を高めている。さらに、一方の変換導波管21aと高周波透過窓23との間に設けたアイリス24aにより、高周波透過窓23を透過する高周波の挿入損失を低減し、高周波透過窓23での電界強度を緩和している。

なお、本実施形態の高周波透過窓構体18においても、ここで説明した動作を同様に得られる。

ところで、比較例の高周波透過窓構体18においては、高い電力の高周波を通過させる場合、アイリス24aの高周波通過孔31aの直径が変換導波管21aの円筒端部28aや外筒22の内径よりも小さいので、アイリス24aの高周波通過孔31aを通過する高周波の電界が高くなり、それに応じて高周波透過窓23の電界強度も大きくなるので、高周波透過窓23を透過可能な高周波の電力が制限されてしまう。

アイリス24aの高周波通過孔31aの直径を拡大すれば、高周波透過窓23での電界強度は下げられるが、この場合には、伝搬モードの変換による高周波透過窓23を透過する高周波の透過性が低下し、実現は困難である。

それに対して、本実施形態の高周波透過窓構体18では、アイリス24aの高周波通過孔31aは、変換導波管21a内を伝搬する高周波の電界方向ｆに対応した方向の孔幅h1が、その電界方向ｆに直交する方向の孔幅h2よりも広い長孔に形成されている。つまり、アイリス24aの高周波通過孔31aは、高周波の電界方向ｆには比較例と比較して孔幅を拡大することができ、高周波の電界方向ｆに対して直交する方向には比較例と同様の孔幅のままとすることができる。

アイリス24aの高周波通過孔31aの孔幅が高周波の電界方向ｆに対応した方向に拡大されるため、アイリス24aの高周波通過孔31aを通過する高周波の電界強度を下げることができる。そのため、比較例の場合と同じ高周波の電力を高周波透過窓23に透過させても、高周波透過窓23での電界強度を相対的に緩和することができる。

しかも、高周波の電界方向ｆに対して直交する方向には比較例と同様の孔幅であるため、伝搬モードの変換による高周波透過窓23を透過する高周波の透過性を維持することができる。

さらに、他方のアイリス24bの高周波透過孔31bの形状も、アイリス24bの高周波透過孔31bの形状と同じであるため、高周波透過窓23を透過した高周波の伝搬モードを元に戻すことができる。

本実施形態によれば、高周波の透過性を確保しながら、高周波透過窓23での電界強度を緩和できる。そのため、簡単な構造で、高い周波数や高出力の高周波に対して高周波透過窓23の耐力を向上をすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

18 高周波透過窓構体
21a，21b 導波管としての変換導波管
22 外筒
23 高周波透過窓
24a，24b アイリス
31a，31b 高周波通過孔
ｆ電界方向

Claims

高周波を伝搬する導波管と、
この導波管と同軸上に設けられた外筒と、
この外筒内に設けられた高周波透過窓と、
前記導波管と前記外筒との間に設けられ、高周波の電界方向に対応した方向の孔幅が電界方向に直交する方向の孔幅よりも広い高周波通過孔を有するアイリスと
を具備することを特徴とする高周波透過窓構体。
前記導波管は、前記外筒側に対して反対側の端部が断面矩形に設けられているとともに前記外筒側の端部が断面円形に設けられている変換導波管である
ことを特徴とする請求項１記載の高周波透過窓構体。