JP2560638B2 - Multi-cavity klystron - Google Patents

Multi-cavity klystron

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JP2560638B2
JP2560638B2 JP6110644A JP11064494A JP2560638B2 JP 2560638 B2 JP2560638 B2 JP 2560638B2 JP 6110644 A JP6110644 A JP 6110644A JP 11064494 A JP11064494 A JP 11064494A JP 2560638 B2 JP2560638 B2 JP 2560638B2
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cavity
electron beam
harmonic
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coupling loop
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芳史 丸山
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多空胴クライストロン
に関し、特に中間空胴に高調波空胴を有する多空胴クラ
イストロンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multicavity klystron, and more particularly to a multicavity klystron having a harmonic cavity in an intermediate cavity.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に多空胴クライストロンは電子ビー
ムを射出・形成する電子銃と、電子ビームと高周波信号
を相互作用させて高周波信号の増幅を行なう複数個の空
胴共振器から成る高周波回路部と、電子ビームを収集し
電子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し放熱させ
るコレクタとを主な構成要素としている。しかるに、こ
のような多空胴クライストロンにおいては、高効率化の
ため第2高調波空胴を用いることが従来より行なわれて
いる。第2高調波空胴を用いることで基本波周波数集群
電圧に第2高調波集群電圧を重畳させ、周期的鋸状波形
を発生させ、集群電圧を高め集群効果を上げている。
2. Description of the Related Art In general, a multi-cavity klystron is a high-frequency circuit section comprising an electron gun for emitting and forming an electron beam and a plurality of cavity resonators for amplifying the high-frequency signal by interacting the electron beam with the high-frequency signal. And a collector that collects an electron beam and converts electron kinetic energy into heat energy to radiate heat. However, in such a multi-cavity klystron, it has been conventionally practiced to use the second harmonic cavity for higher efficiency. By using the second harmonic cavity, the second harmonic group voltage is superimposed on the fundamental frequency group voltage, and a periodic sawtooth waveform is generated to increase the group voltage and enhance the grouping effect.

【0003】このような方法は特公昭56−12987
号公報に開示されているように、電子ビームの電子集群
を改善するため、一対の基本波空胴共振器とこれに続く
高調波空胴共振器とを中間空胴に含めることで、電子集
群を離群させる傾向なしに集群間区域から電子を再配置
させることで集群効果を上げている。図3は特公昭56
−12987号公報に記載されている従来例である。図
3において、電子銃25から射出された電子ビーム26
は、高周波回路部27で高周波信号と相互作用し、高周
波信号の増幅を行いコレクタで収集される。高周波回路
部27は、入力空胴31と、2個の第2高調波空胴28
と3個の基本波空胴29から成る中間空胴30と、出力
空胴32とから構成されている。なお、多空胴クライス
トロンの出力空胴32には出力回路33が接続されてお
り、入力空胴31には結合ループ22が設けられてい
る。結合ループ22は、電子ビーム26と平行に置か
れ、入力RF信号を入力空胴内にTM01モードの電磁
波として伝播させる働きを持っている。すなわち、入力
RF信号は結合ループにおいて入力空胴と磁界モードの
結合をし、多空胴クライストロンの高周波回路部27へ
導かれる。
Such a method is disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 56-12987.
As disclosed in the publication, in order to improve electron bunching of an electron beam, a pair of fundamental wave cavity resonators and a subsequent harmonic cavity resonator are included in an intermediate cavity, so that electron bunching is performed. The bunching effect is enhanced by rearranging the electrons from the inter-bunching area without the tendency to debundle. Figure 3 is Japanese Examined Sho 56
This is a conventional example described in JP-A-12987. In FIG. 3, an electron beam 26 emitted from the electron gun 25
Interacts with a high frequency signal in the high frequency circuit section 27, amplifies the high frequency signal, and is collected by the collector. The high frequency circuit 27 includes an input cavity 31 and two second harmonic cavities 28.
And an intermediate cavity 30 composed of three fundamental wave cavities 29, and an output cavity 32. An output circuit 33 is connected to the output cavity 32 of the multi-cavity klystron, and a coupling loop 22 is provided in the input cavity 31. The coupling loop 22 is placed in parallel with the electron beam 26 and has a function of propagating an input RF signal in the input cavity as an electromagnetic wave of TM01 mode. That is, the input RF signal is coupled to the input cavity in the magnetic field mode in the coupling loop and is guided to the high frequency circuit section 27 of the multicavity klystron.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の高調
波空胴を用いた多空胴クライストロンでは、第2高調波
空胴を用いることで基本波集群電圧に第2高調波集群電
圧を重畳させ集群電圧を高め集群効果を上げているので
基本波出力に対する第2高調波出力が多くなる。
In the conventional multi-cavity klystron using the harmonic cavity, the second harmonic cavity voltage is superimposed on the fundamental harmonic group voltage by using the second harmonic cavity. Since the clustering voltage is increased and the clustering effect is enhanced, the second harmonic output with respect to the fundamental wave output is increased.

【0005】通常多空胴クライストロンの負荷のVSW
Rは、基本波出力に対して低く抑えられているが高調波
に対しては悪くなる。従って、第2高調波出力が多いと
負荷回路からの第2高調波出力の反射電力が増える。こ
の第2高調波の反射電力は、多空胴クライストロンの動
作に悪影響を及ぼし、ボディ電流の増加や出力低下を引
き起こし、時には負荷回路内でRF放電を引起こして多
空胴クライスロンを破損させる恐れもあり、高調波空胴
を用いた多空胴クライスロンの実用化を妨げていた。
Load VSW of a normal multi-cavity klystron
R is suppressed to a low level with respect to the fundamental wave output, but becomes worse with respect to harmonics. Therefore, if the second harmonic output is large, the reflected power of the second harmonic output from the load circuit increases. The reflected power of the second harmonic adversely affects the operation of the multi-cavity klystron, increases the body current and decreases the output, and sometimes causes an RF discharge in the load circuit to damage the multi-cavity klystron. There was a fear that it hindered the practical application of the multi-cavity klyslon using the harmonic cavity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の多空胴クライス
トロンは、電子ビームを射出形成する電子銃と、電子ビ
ームと高周波信号を相互作用させ高周波信号の増幅を行
なう高周波回路部と、電子ビームを収集するコレクタと
から成り、高周波回路部は入力基本波空胴、少なくとも
一つの高調波空胴と複数個の基本波空胴から成る中間空
胴、および出力空胴から構成され、この中間空胴の基本
波空胴には口径部の電子ビーム軸との平行方向の最大寸
法が高調波空胴の空胴壁の高さ寸法より小さい外部負荷
に接続される結合ループを有している。この結合ループ
は真空管内にあり、この結合ループは少なくとも一つ以
上置かれる。また、結合ループは電子ビームに対し垂直
に置かれているものもあり、結合ループと外部負荷の間
にはインピーダンス調整手段を具備している。
A multi-cavity klystron of the present invention comprises an electron gun for injecting and forming an electron beam, a high frequency circuit section for interacting the high frequency signal with the electron beam and amplifying the high frequency signal, and an electron beam. The high-frequency circuit section is composed of an input fundamental wave cavity, an intermediate cavity composed of at least one harmonic cavity and a plurality of fundamental wave cavities, and an output cavity. The fundamental wave cavity of the barrel has a coupling loop connected to an external load whose maximum dimension in the direction parallel to the electron beam axis of the aperture is smaller than the height dimension of the cavity wall of the harmonic cavity. The coupling loop is in a vacuum tube and at least one coupling loop is placed. Some coupling loops are placed perpendicular to the electron beam, and impedance adjusting means is provided between the coupling loop and the external load.

【0007】[0007]

【実施例】次に本発明の多空胴クライストロンについて
図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例
の多空胴クライストロンの断面図である。図1におい
て、電子銃1から射出形成された電子ビーム2は高周波
回路部3で高周波信号と相互作用して高周波信号の増幅
を行ないコレクタ24で収集される。高周波回路部3
は、入力空胴4と、基本波空胴5および高調波空胴6か
らなる中間空胴7と、出力空胴8とから構成され、中間
空胴7の基本波空胴5には結合ループ14が設けられて
いる。この結合ループ14は、平板または線材を折り曲
げ開口部を形成し、この開口部の口径寸法の電子ビーム
軸との平行方向最大寸法lは、図1に示すように高調波
空胴6の空胴壁の高さ寸法l′よりも小さくされてい
る。このため結合ループ14は、基本波空胴の基本波形
成分との結合量は小さいが高調波成分とは大きく結合す
る。また、この結合ループ14は線路9及びインピーダ
ンス調整手段10を介して外部負荷11に接続される。
インピーダンス調整手段10は、結合ループ14の高調
波に対する結合量を変化させ出力中の高調波出力量の調
整を可能にする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a multi-cavity klystron of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a multi-cavity klystron according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the electron beam 2 ejected and formed from the electron gun 1 interacts with the high frequency signal in the high frequency circuit section 3 to amplify the high frequency signal and is collected by the collector 24. High frequency circuit section 3
Is composed of an input cavity 4, an intermediate cavity 7 made up of a fundamental wave cavity 5 and a harmonic cavity 6 and an output cavity 8, and the fundamental cavity 5 of the intermediate cavity 7 has a coupling loop. 14 are provided. This coupling loop 14 forms an opening by bending a flat plate or a wire, and the maximum dimension l of the aperture of this opening in the direction parallel to the electron beam axis is as shown in FIG. It is smaller than the height dimension l'of the wall. Therefore, the coupling loop 14 has a small amount of coupling with the fundamental waveform component of the fundamental wave cavity, but has a large coupling with the harmonic component. Further, the coupling loop 14 is connected to the external load 11 via the line 9 and the impedance adjusting means 10.
The impedance adjusting means 10 changes the amount of coupling of the coupling loop 14 with respect to the higher harmonic wave, and enables adjustment of the amount of higher harmonic wave output.

【0008】出力30kWレベルで結合ループの有無に
ついて実験を行ったところ、ループ無しで−30dBc
であった高調波が、ループを装着することで−45dB
c以下に改善され15dB以上の低減がはかれた。な
お、この実施例では、2つ結合ループを設けた場合を示
したが増減してもよく、また位置や形状なども変化でき
る。
An experiment was conducted on the presence or absence of a coupling loop at an output of 30 kW, and it was found that -30 dBc was obtained without the loop.
The harmonics were -45dB when the loop was attached.
It was improved to c or less and a reduction of 15 dB or more was achieved. In this embodiment, the case where two coupling loops are provided is shown, but the number may be increased or decreased, and the position, shape, etc. may be changed.

【0009】図2(a)は本発明の多空胴クライストロ
ンの第2の実施例の断面図である。この第2実施例では
中間空胴12の基本波空胴13には結合ループ14、1
5が設けられ、結合ループ14は線路16及びインピー
ダンス調整手段10を介して外部負荷21に接続され、
一方結合ループ15は図2(b)に示すように、電子ビ
ーム19に対し垂直に置かれ線路20を介して外部負荷
21に接続される。この場合の結合ループ15はTMモ
ードとは結合せず不要の高次TEモードと結合すること
になる。したがって、この第2の実施例では、高調波成
分の低減のみならず、不安定要因となる高次のTEモー
ドも減衰できるのでより安定な多空胴クライストロンを
得ることができる。
FIG. 2A is a sectional view of a second embodiment of the multicavity klystron of the present invention. In this second embodiment, coupling loops 14, 1 are provided in the fundamental wave cavity 13 of the intermediate cavity 12.
5, the coupling loop 14 is connected to the external load 21 via the line 16 and the impedance adjusting means 10,
On the other hand, the coupling loop 15 is placed perpendicular to the electron beam 19 and connected to the external load 21 via the line 20, as shown in FIG. In this case, the coupling loop 15 is not coupled with the TM mode but is coupled with the unnecessary higher TE mode. Therefore, in the second embodiment, not only the harmonic components can be reduced, but also the higher-order TE mode which is an unstable factor can be attenuated, so that a more stable multicavity klystron can be obtained.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は高調波空
胴と基本波空胴から成る中間空胴の基本波形空胴に高調
波と結合する結合ループを設けることで、基本波空胴内
の高調波成分を低減させ、出力に含まれる高調波出力を
低減できる。従って、出力負荷回路からの高調波反射電
力を抑えることになり、出力回路内でのRF放電の発生
を抑制でき、且つ、多空胴クライストロンを安定に動作
させることが可能となる。基本波空胴内の高調波成分は
電子ビームの集群の結果生じた言わば2次的な副産物で
あり、電子ビームの集群にはほとんど影響を及ぼさない
ことは言うまでもない。
As described above, according to the present invention, the fundamental wave cavity is formed by providing the coupling loop for coupling the harmonic wave to the fundamental waveform cavity of the intermediate cavity composed of the harmonic cavity and the fundamental cavity. It is possible to reduce the harmonic components in the output and reduce the harmonic output included in the output. Therefore, the harmonic reflected power from the output load circuit can be suppressed, the occurrence of RF discharge in the output circuit can be suppressed, and the multi-cavity klystron can be operated stably. It goes without saying that the harmonic components in the fundamental wave cavity are so-called secondary by-products generated as a result of the electron beam bunching and have almost no effect on the electron beam bunching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の多空胴クライストロン
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a multi-cavity klystron according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は本発明の第2の実施例の多空胴クライ
ストロンの断面図、(b)は結合ループ15の配置を示
す図である。
2A is a sectional view of a multi-cavity klystron according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a diagram showing an arrangement of a coupling loop 15.

【図3】従来の多空胴クライストロンの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a conventional multi-cavity klystron.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,25 電子銃 2,19,26 電子ビーム 3,23,27 高周波回路部 4,31 入力空胴 5,13,29 基本波空胴 6,28 高調波空胴 7,12,30 中間空胴 14,15 結合ループ 9,20 線路 10 インピーダンス調整手段 11,21 外部負荷 22 RF入力ループ 24 コレクタ 8,32 出力空胴 33 出力負荷回路 1,25 Electron gun 2,19,26 Electron beam 3,23,27 High frequency circuit section 4,31 Input cavity 5,13,29 Fundamental wave cavity 6,28 Harmonic cavity 7,12,30 Intermediate cavity 14,15 Coupling loop 9,20 Line 10 Impedance adjusting means 11,21 External load 22 RF input loop 24 Collector 8,32 Output cavity 33 Output load circuit

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電子ビームを射出・形成する電子銃と、
電子ビームと高周波信号を相互作用させ高周波信号の増
幅を行なう高周波回路部と、電子ビームを収集するコレ
クタとを有し、前記高周波回路部が入力基本波空胴、少
なくとも一つの高調波空胴と複数個の基本波空胴から成
る中間空胴および出力空胴から構成される多空胴クライ
ストロンにおいて、前記中間空胴の少なくとも一つの基
本波空胴に外部負荷に接続される結合ループを有し、且
つこの結合ループの口径部の電子ビーム軸との平行方向
最大寸法が、高調波空胴の空胴壁の高さ寸法よりも小さ
いことを特徴とする多空胴クライストロン。
1. An electron gun for emitting and forming an electron beam,
It has a high-frequency circuit unit that amplifies the high-frequency signal by interacting the electron beam with the high-frequency signal, and a collector that collects the electron beam, the high-frequency circuit unit being an input fundamental wave cavity and at least one harmonic cavity. In a multi-cavity klystron composed of an intermediate cavity composed of a plurality of fundamental cavities and an output cavity, at least one fundamental cavity of the intermediate cavity has a coupling loop connected to an external load. The multi-cavity klystron is characterized in that the maximum dimension in the direction parallel to the electron beam axis of the aperture portion of the coupling loop is smaller than the height dimension of the cavity wall of the harmonic cavity.
【請求項2】 前記結合ループと外部負荷との間にイン
ピーダンス調整手段を備えることを特徴とする請求項1
記載の多空胴クライストロン。
2. An impedance adjusting means is provided between the coupling loop and an external load.
Multi-cavity klystron described.
【請求項3】 電子ビームを射出・形成する電子銃と、
電子ビームと高周波信号を相互作用させ高周波信号の増
幅を行なう高周波回路部と、電子ビームを収集するコレ
クタとを有し、前記高周波回路部が入力基本波空胴、少
なくとも一つの高調波空胴と複数個の基本波空胴から成
る中間空胴、および出力空胴から構成される多空胴クラ
イストロンにおいて、前記中間空胴少なくとも一つの基
本波空胴に外部負荷に接続され且つ口径部の電子ビーム
軸との平行方向最大寸法が高調波空胴の空胴壁の高さ寸
法より小さくされた結合ループを有し、さらに中間空胴
の残りの基本波空胴の一つに電子ビームに対し垂直に置
かれた結合ループを有することを特徴とする多空胴クラ
イストロン。
3. An electron gun for emitting and forming an electron beam,
It has a high-frequency circuit unit that amplifies the high-frequency signal by interacting the electron beam with the high-frequency signal, and a collector that collects the electron beam, the high-frequency circuit unit being an input fundamental wave cavity and at least one harmonic cavity. In a multi-cavity klystron composed of an intermediate cavity composed of a plurality of fundamental wave cavities and an output cavity, an electron beam connected to an external load to at least one of the intermediate cavity cavities and having an electron beam of a diameter portion. It has a coupling loop whose maximum dimension parallel to the axis is smaller than the height dimension of the cavity wall of the harmonic cavity, and one of the remaining fundamental wave cavities of the intermediate cavity is perpendicular to the electron beam. A multi-cavity klystron having a coupling loop placed on.
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