JP2670351B2 - マイクロ波出力測定装置とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、ジャイロトロンや自由電子レーザ等のビ
ーム状の高出力マイクロ波の出力を測定するマイクロ波
出力測定装置とその製造方法に関する。

（従来の技術） 高出力マイクロ波源の出力を測定する場合、従来は、
マイクロ波出力を導波管により誘電体または抵抗体から
なるチューブ内に導いて熱化させ、その熱量を測定する
手段をとっていた。このマイクロ波がビーム状の場合
は、この様な手段では出力測定ができない。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の技術では、ビーム状のマイクロ波の
出力を測定する事が出来ないという問題があった。

本発明は、ビーム状のマイクロ波の出力を精度良く測
定するマイクロ波出力測定とその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、第１の手段とし
ては、ビーム状のマイクロ波を凹面鏡（以下ミラーとす
る）によって伝搬方向と異なる方向に集束させた後、集
束されたマイクロ波を通す程度の大きさのスライド板の
小孔を通して金属または誘電体で形成されたタンク内に
導くことによって熱化させ、このタンクを冷却するため
の冷却媒体の入口と出口間の温度差と流量からマイクロ
波の出力を測定する手段と、小孔ミラー間の距離を調整
できる焦点調節機構とを設ける。

また、第２の手段としては、タンクを内筒および外筒
からなる薄板の２重円筒容器とし、内筒内面に凹凸がで
きるように螺旋状の冷媒通路を形成し、隣接する通路間
を溶接等の密封固着手段で固着した構成とする。

また第２の手段のマイクロ波出力測定装置を製造する
方法としては、２重円筒容器は平板を丸めて成る円筒同
士を螺旋状に溶接等の密封固着手段で固着し、さらに螺
旋の一方の端部を密封後、流体圧で内筒を内側へ螺旋状
に膨出させて螺旋状冷媒通路を形成してタンクを製造す
ることによって第２の手段のマイクロ波出力測定装置を
製造する。

（作 用） 上記第１の手段によればビーム状のマイクロ波をミラ
ーによって集束させて、最大集束位置にセットされたス
ライド板の適切な小孔を選択して通し、金属または誘電
体で形成されたタンク内に導くことにより、マイクロ波
の伝搬に導波管を用いた従来のマイクロ波出力測定装置
では不可能であったビーム状マイクロ波の出力を精度良
く測定することが可能となる。

また、第２の手段によればタンク内に導入されたマイ
クロ波は凹凸のあるタンク内で反射を繰返しながらジュ
ール損失で熱エネルギに変換され、タンクを介して冷媒
に熱伝達され除熱される。この際タンクの熱容量が小さ
いため、タンクの単位出力当りの温度上昇が大となり冷
媒との温度差も大きくなり精度良く出力を測定できる。
また、内筒と外筒との熱膨張差も、冷媒通路が螺旋状で
はあるがベローズに似た形状になっているため吸収でき
る。

また、第２の手段の装置を製造する方法としては成形
治具は必要であるが、溶接部間に流体圧を加えて内筒を
螺旋状に膨出させるので、製造が確実で、かつ容易にな
る。

（実施例） 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について、第１図ないし
第３図を参照して説明する。ビーム状のマイクロ波
（１）を伝搬させる筒状容器（２）内に、挿脱可能にミ
ラー（３）を設置する。このミラー（３）はマイクロ波
出力の測定時に、マイクロ波（１）の通路に挿入され、
マイクロ波（１）を円筒状のタンク（４）の上面に設け
られた小孔選択機構（５）のスライド板（６）に直径を
変えて設けられた複数の小孔（6a）の内、必要にして充
分な大きさの１つの小孔に集束させた後、タンク（４）
内に導く。タンク（４）は誘電体またはステンレス等の
金属によって形成されている。なお必要にして充分な大
きさの小孔（6a）とは集束されたビーム状マイクロ波
（１）が縁と接触しない最小の小孔（6a）を選択できる
ようにすることである。タンク（４）に入ったマイクロ
波は、タンク（４）の内面で反射を繰返しながら吸収さ
れてゆき、熱エネルギに変換される。ここでタンク
（４）の内面の面積をＳ、タンク（４）の内面のマイク
ロ波の反射１回当りの吸収係数をＫとすると、タンク
（４）内に入ったマイクロ波が小孔（6a）からタンク
（４）外部に逃げてタンク（４）の内面で吸収されない
割合ｆは小孔（6a）の開口面積をａとすると、 ｆ≒a/KS …（101） で与えられる。ｆはできるだけ小さくする必要があり、
このため小孔（6a）の開口面積をできるだけ小さくする
必要がある。したがって小孔（6a）の位置はビーム状マ
イクロ波（１）が最も集束された所に設置する事が望ま
れる。また小孔（6a）の開口面積もビーム状マイクロ波
（１）に応じて可変である事が望ましい。そこでこの実
施例１では、タンク（４）上面に小孔選択機構（５）を
装備し、かつ筒状容器（２）と小孔選択機構（５）との
間に真空気密を保持しながら伸縮できるベローズ（７）
と調整ねじ（８）とから成る焦点距離機構（９）が設け
られている。

小孔選択機構（５）は複数個の小孔（6a）と芯出し用
合マーク（6b）および発熱体（6c）が設けられたスライ
ド板（６）、スライド板（６）を摺動可能に収納したフ
レーム（10）、フレーム（10）に取付けられ、スライド
板（６）を駆動するための駆動機構（11）で構成されて
いる。

タンク（４）の周囲には、水のような冷却媒体を貫流
させる冷却媒体通路（12）として、この例では水冷ジャ
ケットが設けられている。この冷却媒体通路（12）は入
口配管（13a）を通して冷却媒体としての水が供給さ
れ、出口配管（13b）から排出され、これによりタンク
（４）が冷却される。配管（13a），（13b）には入口側
と出口側の温度センサ（14a），（14b）がそれぞれ設置
され、温度センサ（14a）によって冷却媒体通路（12）
の入口温度が検出され、また温度センサ（14b）によっ
て出口温度がそれぞれ検出される。出口配管（13b）に
はさらに流量計（15）が設けられている。温度センサ
（14a），（14b）および流量計（15）の出力は図示しな
い測定回路に入力され、温度センサ（14a），（14b）の
出力値の差、すなわち冷却媒体通路（12）における入
口、出口間の温度差と、流量計（15）の出力から求まる
冷却媒体通路（12）内の流量に基づいて、冷却媒体通路
（12）内の冷媒の熱量、すなわちタンク（４）内に導入
されたマイクロ波のエネルギが計算によって求められ
る。このようにしてビーム状マイクロ波（１）の出力を
測定する事ができる。

なお、タンク（４）の熱が外気に逃げるのを防止する
ため、タンク（４）の外側に外胴（16）が配置され、そ
の外胴（16）とタンク（４）の外面との間に真空断熱層
（17）が設けられている。そして、外胴（16）に真空排
気ポート（16a）が装備されており、常時排気装置で一
定の真空層に保持される。なお、筒状容器（２）の一部
には覗き窓（2a）が設けられており、スライド板（６）
の小孔（6a）を覗けるようにしてある。

次にこの実施例１の作用を説明する。

据付後の芯出しの際にはネオンビーム等を使用し、ス
ライド板（６）上に合マーク（6b）とビームが一致する
様にミラー（３）の角度調整が行なわれるが、この際に
覗き窓（2a）から観測する事が出来る。またスライド板
（６）の発熱体（6c）にビーム状マイクロ波（１）を当
て、発熱に伴う表面温度または発光を目視または図示し
ない赤外線検出装置により観測するためにも用いられ
る。

上述したマイクロ波出力測定装置を用いると、ビーム
状マイクロ波（１）の最大集束点にスライド板上の小孔
（6a）を位置させる事が可能でかつ、適切な大きさの小
孔（6a）を選定できるので、ビーム状マイクロ波の出力
を精度良く測定することができる。

実施例２ 次に第２の実施例について、第４図ないし第６図を参
照して説明する。

第４図はマイクロ波出力測定装置の本発明に係る要部
を示す断面図である。ビーム状のマイクロ波（１）を伝
搬させる筒状容器（２）は実施例１と同様であるので図
示および説明を省略した。（20）は螺旋ベローズ状に成
形された内筒で、その外側に外筒（21）が螺旋状の冷却
媒体通路（12）を形成するように内筒（20）と溶接等の
結合手段で固着されている。外筒（21）の下端には同心
円状の冷却媒体通路（22a）を有する底板（22）が固着
され、上端は小孔（6a）を有し、かつ、配管（13）が接
続されたフランジ（23）に固着されている。（24）はフ
ランジ（23）と冷却媒体通路（12）を接続する導入管、
（25）は内筒（20）と外筒（21）とで形成された冷却媒
体通路（12）と底板（22）に設けられた冷却媒体通路
（22a）を後続する接続管、（26）は底板（22）の冷却
媒体通路（22a）とフランジ（23）間を接続する戻り配
管である。これら内筒（20）、外筒（21）、底板（2
2）、フランジ（23）、導入管（24）、接続管（25）、
戻り配管（26）で一体構成されたタンク（４）の外側に
は外胴（16）が配置され、その外胴（16）とタンク
（４）との空間は真空に保持され、ふく射シールド（2
7）を介在させることで真空断熱層（17）が形成されて
いる。なお、（28）は真空気密を保持するためのメタル
オーリングである。そして、入口、出口の配管（13
a），（13b）に温度センサ（14a），（14b）を接続し、
一方の配管（第４図では出口側）に流量計（15）を入れ
ることは実施例１と同様である。

次に上記の様に構成された実施例２の作用について説
明する。

フランジ（23）の小孔（6a）から導入されたビーム状
マイクロ波（１）はタンク（４）の内筒（20）の内面で
反射を繰返しながら内壁面をジュール加熱し熱エネルギ
に変換される。

この際、タンク（４）内に入ったマイクロ波が小孔
（6a）からタンク（４）の外部に逃げてタンク（４）の
内面で吸収されない割合は実施例１で前述した101式の
様に小孔（6a）の開口面積をタンク（４）の内面の面積
で除した値である。

タンク（４）の内筒（20）の内面は凹凸になってお
り、平板面に比して数倍の面積を有している。したがっ
て小孔（6a）から逃げるマイクロ波を少なくする事がで
き、ほぼ全出力が熱に変換される。一般に測定時の運転
時間は数百ミリ秒と短かいため、その間の冷却媒体によ
る除熱量は小さくほぼ内面の表面加熱によるタンク
（４）の温度上昇となる。この実施例２のタンク（４）
の内筒（20）、外筒（21）等は薄板で構成されているた
め熱容量が小さく、温度上昇を大きくとる事ができる。
タンク（４）に蓄積された熱は冷媒によって慣性冷却さ
れる。すなわち第６図に示すように入口配管（13a）か
らフランジ（23）の冷却媒体通路（23a）を旋回しなが
らフランジ（23）を冷却し、導入管（24）で内筒（20）
と外筒（21）とで形成された冷却媒体通路（12）に入
り、内筒（20）と外筒（21）とで形成された螺旋状の冷
却媒体通路（12）を旋回しながら内筒（20）および外筒
（21）を冷却し、接続管（25）から底板の冷却媒体通路
（22a）に入って戻り配管（26）を経由してフランジ（2
3）に戻り、出口配管（13b）から図示しない冷却媒体供
給装置に戻るので１パスで全面を冷却できる。この時温
度センサ（14a），（14b）で冷却媒体の入口、出口温度
を測定し、さらには流量計（15）で冷却媒体の流量を測
定し、時間積分してタンク（４）内に導入されたマイク
ロ波のエネルギを計算して求める。冷却水入口温度とタ
ンク（４）の温度差が大きい程、冷却媒体の入口温度と
出口温度との差も大きくなるので精度良く測定する事が
出来る。また内筒（20）と外筒（21）とには運転時に相
当の温度さが生じるため熱膨張差を生じるが、内筒（2
0）はベローズ状フレキシブル管になっているため、熱
応力を小さく抑える事が出来る。構造面では内筒（2
0）、外筒（21）、底板（22）、フランジ（23）および
導入管（24）、接続管（25）、戻り配管（26）が一体に
構成されているため、外胴（16）との組立も容易に行う
事が出来る。

次に実施例２の内筒（20）と外筒（21）の製造方法に
ついて記述する。第４図の内筒（20）はあらかじめ螺旋
状ではあるがベローズに似た形状に成形し、外筒（21）
との接触部を溶接等で固着して一体化したものとして説
明したが、他の製造方法としては、タンクは平板から成
る円筒同士を螺旋状に溶接等の密封固着手段で固着し、
さらに一方の端部を密封後、内外周に治具を当接して、
流体圧で内筒を螺旋状に内側へ膨出させて、螺旋状冷媒
通路を形成する方法がある。

このようにすれば、治具は必要であるが内筒（20）と
外筒（21）の固着が確実に行えるという作用効果があ
る。

〔発明の効果〕 以上説明したように、請求項１に示されたマイクロ波
出力測定装置は、ビーム状のマイクロ波をミラーにより
集束させ、最大収束位置にセットされた開口面積が必要
にして充分な最小の小孔を通して金属または誘電体製の
タンク内に導いて熱化し、このタンクを冷却する冷却媒
体の入口、出口間の温度差からマイクロ波の出力を測定
することによって従来できなかったビーム状マイクロ波
の出力測定を精度良く行う事が可能となる。

また、請求項２に示されたマイクロ波出力測定装置
は、従来できなかったビーム状マイクロ波の出力測定を
精度良く行う事が可能になるほか、単位出力当りのタン
クの温度上昇が大で、かつ、タンクからのマイクロ波の
逃げが小さいので、高精度でマイクロ波の出力を測定で
きる。また熱応力が小さく、かつ、構造が単純で低価格
な高品質のマイクロ波出力測定装置を提供できる。

そして、請求項３に示された製造方法によれば、請求
項２のマイクロ波出力測定装置を製造が確実で、かつ、
容易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波出力測定装置の第１の実施
例を示す縦断面図、第２図は第１図のＡ部を示す拡大断
面図、第３図は第１図のスライド板を示す斜視図、第４
図は第２の実施例の要部を示す縦断面図、第５図は第４
図のＢ部を示す拡大断面図、第６図は第４図のタンクの
冷却媒体の流れを示す説明図である。 １……ビーム状マイクロ波、３……ミラー、 ４……タンク、６……スライド板、 6a……小孔、９……焦点距離調節機構、 10……フレーム、12……冷却媒体通路、 14a,14b……出力調整手段用の温度センサ、 15……出力調整手段用の流量計、16……外胴、 17……真空断熱層、23……フランジ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビーム状のマイクロ波をその伝搬方向と異
   なる方向に集束させるミラーと、集束されたマイクロ波
   を通す程度の直径の異なる複数の小孔を有するスライド
   板と、選定した小孔以外の小孔を覆うフレームと、前記
   スライド板の小孔を通して導入されたマイクロ波を熱化
   する金属または誘電体により形成されたタンクと、この
   タンクを真空断熱層を介して収納する外胴と、前記タン
   クを冷却するための冷却媒体が通過する冷却媒体通路
   と、この冷却媒体の入口、出口間の温度差と流量から前
   記マイクロ波の出力を測定する手段と、ミラーとスライ
   ド板間の距離を調節できる焦点距離調節機構とを備えた
   事を特徴とするマイクロ波出力測定装置。
2. 【請求項２】ビーム状のマイクロ波をその伝搬方向と異
   なる方向に集束させるミラーと、集束されたマイクロ波
   を通す程度の大きさの小孔を有するフランジと、前記フ
   ランジの小孔を通して導入されたマイクロ波により熱化
   する金属製のタンクと、このタンクを冷媒で冷却して、
   この冷媒の出入口温度差からマイクロ波の出力を測定す
   る手段とを備え、前記タンクを内筒および外筒からなる
   薄板の２重円筒容器として外胴内に真空断熱層を介して
   収納し、内筒内面に凹凸ができるように螺旋状の冷媒通
   路を形成し隣接する螺旋状各段の通路間を溶接等の結合
   手段で外筒内面に密封固着させて一体化した事を特徴と
   するマイクロ波出力測定装置。
3. 【請求項３】タンクは平板を丸めて成る円筒同士を螺旋
   状に溶接等の密封固着手段で固着し、さらに一方の端部
   を密着後、流体圧で内筒を螺旋状に内側へ膨出させて螺
   旋状冷媒通路を形成してタンクを製造することを特徴と
   する請求項（２）記載のマイクロ波出力測定装置の製造
   方法。