JP2629996B2 - 周期磁界集束進行波管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周期磁界集束進行波管のビーム透過の改良
に関する。

〔従来の技術〕

従来技術の周期磁界集束進行波管の一例を第２図に示
す。電子銃は陰極1,ビーム形成電極2,陽極３により構成
され、電子ビーム４を射出・整形する。６は磁極、7,8
は永久磁石であり、ともに軸対称構造を有している。遅
波回路10からの高周波の入出力は同軸管５によって行わ
れる。同軸管５は１部を切り取った円環状永久磁石８に
組み込まれている。磁極6,および永久磁石7,8により、
中心軸上にビーム集束のための周期磁界が形成される。
永久磁石7,8の軸方向厚さT₂,T₁はこの例では同じ値であ
る。相互作用の終った電子ビームはコレクタ11により回
収される。９は真空封止用金属パイプである。

一般に、電磁波の周波数が高くなるにつれて、小さな
遅延回路寸法が要求される。それに伴い磁気回路の周期
も一般に短いものが必要となる。電磁波の周波数が高く
なるにつれて軸方向の厚みの小さい円環状永久磁石が必
要となる。しかし、入出力同軸管５の部分の円環状永久
磁石８は同軸管５があるためにある値以上方向厚さをう
すくできない。その結果、第３図（ａ）のように、同軸
管を通すために１部を切り取った円環状永久磁石８の厚
さT₁は、他の円環状永久磁石の厚さT₂より厚くなる。こ
の例では、磁極６の厚さT₃はすべての磁極について一定
であるので、入出力同軸構造部分の磁気回路半周期L
₁は、他の部分の磁気回路半周期L₂より大きい。第３図
（ａ）に対応した従来技術の中心軸上磁束密度の尖頭値
を第３図（ｂ）に示す。従来は、１部を切り取った円環
状永久磁石８の中心軸上磁束密度の尖頭値は、他の円環
状磁石７の作る中心軸上磁束密度の尖頭値と同じ値に設
計されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の周期磁界集束進行波管は、磁界の周
期性が乱されるために電子ビーム形状に乱れをひきおこ
し、電子ビーム透過が困難になりやすいという欠点を有
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、遅波回路への電磁波の通路を構成するため
に１部を切り取った円環状永久磁石を備える周期磁界集
束進行波管において、その両側の磁極の中心間の距離
が、周期磁気回路構造の半周期よりも長く、さらに、前
記１部を切り取った円環状永久磁石の作る中心軸上磁束
密度尖頭値が、前記周期磁気回路構造が中心軸上に生成
する周期磁界の尖頭値よりも50〜200Gauss低いことを特
徴とする。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。第１図
（ａ）は本発明の一実施例の周期磁界集束進行波管の半
断面図であり、構造的には第３（ａ）に示した従来の進
行波管と変りはなく、入出力同軸構造部分の永久磁石８
の厚さT₁が、他の永久磁石７の厚さT₂より厚くなってい
る。磁極の厚さT₃はすべての磁極について一定であるの
で、入出力同軸構造部分の磁気回路半周期L₁は、他の部
分の磁気回路半周期L₂よりも長い。

このような構造での本発明の中心軸上磁束密度の尖頭
値を第１図（ｂ）に示す。第１図（ｂ）に示すように、
本発明では、磁気回路半周期を長くした個所（半周期L₁
の部分）の中心軸上磁束密度の尖頭値を他の尖頭値より
も小さくしている。

このような磁界分布で電子ビームに乱れを生じない理
由を説明する。周期領域磁界中の電子ビーム形状を、横
軸を管球軸，縦軸を半径とする座標平面上に描くと、最
小リップル条件では、ビーム半径は平均ビーム半径γ_av
を中心として、サイン関数の脈動分を持つ。最小リップ
ル条件での最小ビーム半径γ_minは で表わされる。ここで、B₀は磁束密度ピーク値（Wb/
m²）,PLは磁界周期（ｍ），πは円周率，ψ_０は電位
（Ｖ），ω_Ｐはプラズマ角周波数（Hz）,|ρ｜はγ_avで
定義した空間電荷密度（coul/m³），ε_０は真空中の誘
電率（coul/m），ηは電子の比電荷（coul/kg）であ
る。

今、入出力同軸構造を含む永久磁石８の両どなりの磁
極の中央を電子銃側から点A,点Ｂと定義する（第４図
（ａ））。第４図（ｂ），（ｃ）は、点A,B間およびそ
れ以外の領域での最小リップル状態のビーム形状を磁界
分布とともに描いている。第４図（ｂ）より点AB間で磁
界半周期のみを長くし、他のパラメータを変更しない場
合には、最小リップル条件のビーム形状が点A,Bで不連
続になることがわかる。従って、この条件では最小リッ
プル状態の電子ビームは実現しない。

第５図（ａ）〜（ｃ）は、第４図の状態に加え、点A,
B間の磁束密度を減らして最小ビーム半径γ_minを点A,B
でスムーズにつなげている。平均ビーム半径はAB間でそ
れ以外の領域より多少大きくなるが、点A,Bで最小リッ
プル状態のビームがスムーズにつながり、最小リップル
状態をすべての領域にわたって維持することができる。

点AB間を領域１と定義し、サフィックス１をつけて区
別する。それ以外の領域は領域２とし、サフィックス２
をパラメータにつけることにする。そうすると、領域1,
2で最小リップル状態の電子ビームがスムーズにつなが
るには、 γ_min1＝γ_min2 ……（７） でなければならない。一方、各々の領域でのリップル最
小条件は である。ここでB_cはカソード位置の磁束密度，γ_ｃはカ
ソード半径である。

上式をB_O2について解くことにより、領域１で磁界半
周期L₁を大きくした場合に電子ビームが最小リップルと
なる領域１の磁界ピーク値を求めることができる。通常
の場合、領域１の磁束密度ピーク値は領域２のピーク値
より50〜200Gauss程度低い値になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、遅波回路への電磁波の入出力を
行う部分の永久磁石の厚さが他の永久磁石の厚さよりも
厚く、その部分のみ磁気回路半周期が長くなっている周
期磁界集束進行波管においても、磁気回路半周期が長い
部分の中心軸上磁束密度尖頭値を他の部分の中心軸上磁
束密度尖頭値より、50〜200Gauss弱めることにより、ビ
ーム透過を改善できる。

また、このようにすることにより、高い周波数で動作
する周期の短い周期磁界が必要とされる進行波管におい
ても、容器に入出力同軸部と遅波回路部とを接続でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の周期磁界集管進行波束の断面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に対応した本発明の中
心軸上磁束密度の尖頭値を示すグラフ、第２図は従来の
周期磁界集束進行波管の断面図、第３図（ａ）は従来の
他の周期磁界集束進行波管の断面図、第３図（ｂ）は第
３図（ａ）に対応する構造での中心軸上磁束密度分布の
従来例を示すグラフ、第４図（ａ）〜（ｃ）は従来技術
における電子ビーム半径と中心軸上の磁束密度分布の関
係を説明するための図、第５図（ａ）〜（ｃ）は本発明
における電子ビーム半径と中心軸上の磁束密度分布の関
係を説明するための図である。 １……陰極、２……ビーム形成電極、３……陽極、４…
…電子ビーム、５……同軸管、６……磁極、７……円環
状永久磁石、８……１部を切り取った円環状永久磁石、
９……金属パイプ、10……遅波回路、11……コレクタ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを射出・整形する電子銃，電子
   ビームと電磁波との相互作用を行わせ電磁波を増大させ
   る遅波回路，電子ビームを集束させる目的で前記遅波回
   路の周囲に円環状永久磁石と円環状磁石とを交互になら
   べ電子ビームの進路に沿って周期磁界を形成する電気回
   路，電磁波との相互作用を終った電子を回収するコレク
   タとを有する周期磁界集束進行波管において、前記遅波
   回路への電磁波の入出力を行なう同軸管が、前記円環状
   永久磁石の側壁を貫通して設けられており、かつ前記同
   軸管が貫通している円環状永久磁石に接して両側から挟
   む円環状磁極の中心間距離が、前記周期磁界を構成する
   磁気回路の半周期よりも長く、さらに前記同軸管が貫通
   している円環状永久磁石の作る中心軸上磁束密度の尖頭
   値が、前記周期磁界の中心軸上磁束密度の尖頭値よりも
   50〜200Gauss低いことを特徴とする周期磁界集束進行波
   管。