JP2895083B2 - 電子管の集電器 - Google Patents
電子管の集電器Info
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- JP2895083B2 JP2895083B2 JP1005844A JP584489A JP2895083B2 JP 2895083 B2 JP2895083 B2 JP 2895083B2 JP 1005844 A JP1005844 A JP 1005844A JP 584489 A JP584489 A JP 584489A JP 2895083 B2 JP2895083 B2 JP 2895083B2
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- current collector
- current
- coil winding
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/027—Collectors
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
- Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電子管の集電器に関するものである。本発明
の用途は、ジャイロトロン、クライストロン、進行波管
等のようなマイクロ波管の製造である。
の用途は、ジャイロトロン、クライストロン、進行波管
等のようなマイクロ波管の製造である。
（従来の技術） ジャイロトロンというのは、第１図に概略示されてい
るような構造のマイクロ波発生器である。この構造は、
電子銃10と、磁気圧縮部12と、空洞14と、集電器16とを
含む。その集電器は出力導波管としても機能する。
るような構造のマイクロ波発生器である。この構造は、
電子銃10と、磁気圧縮部12と、空洞14と、集電器16とを
含む。その集電器は出力導波管としても機能する。
ソレノイド（図示せず）が磁界20を発生する。その磁
界は電子銃から来る電子にらせん形の軌道22をとらせ
る。
界は電子銃から来る電子にらせん形の軌道22をとらせ
る。
ジャイロトロンの電子銃から最も遠い部分である集電
器16は金属製の外囲器23で構成される。その集電器は電
子管を通過した後の電子を集める。その集電子作用は集
電器の壁の環状部分24で行われる。この環状部分の寸法
はたとえば高さが10cm、直径が10cmである。2MWの電力
を伝える電子ビームの場合には、そのような寸法の部分
で消費される電力密度は6.37KW/cmである。
器16は金属製の外囲器23で構成される。その集電器は電
子管を通過した後の電子を集める。その集電子作用は集
電器の壁の環状部分24で行われる。この環状部分の寸法
はたとえば高さが10cm、直径が10cmである。2MWの電力
を伝える電子ビームの場合には、そのような寸法の部分
で消費される電力密度は6.37KW/cmである。
そのような電力密度では集電器の壁を強力に冷却する
必要がある。その冷却は大型で高価な装置を用いて冷却
水を循環させることにより一般に行われる。
必要がある。その冷却は大型で高価な装置を用いて冷却
水を循環させることにより一般に行われる。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的はそのような装置の不便を解消すること
である。
である。
（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明は、電子が衝突す
る領域を集電器の壁の長さ方向に沿って拡げることによ
り、集電器の壁の表面の単位長当りの消費電力密度を低
くする装置を提供するものである。
る領域を集電器の壁の長さ方向に沿って拡げることによ
り、集電器の壁の表面の単位長当りの消費電力密度を低
くする装置を提供するものである。
これは、集電器の壁により囲まれている領域内に、電
子の軌道に沿って僅かに発散し、強さが周期的に変化で
きる、時間の経過とともに変化する軸方向の磁界を生じ
させることにより達成される。
子の軌道に沿って僅かに発散し、強さが周期的に変化で
きる、時間の経過とともに変化する軸方向の磁界を生じ
させることにより達成される。
そのような発散する磁界の作用は、電子を集電器の壁
にほとんど平行に、グレージング角度で集電器の壁に衝
突させることである。したがって、電子の衝突領域はか
なり長くされる。この空間的な拡張効果を、軸方向の磁
界の振幅を周期的に変化させることにより得られる、周
期的な掃引効果に組合わせることができる。
にほとんど平行に、グレージング角度で集電器の壁に衝
突させることである。したがって、電子の衝突領域はか
なり長くされる。この空間的な拡張効果を、軸方向の磁
界の振幅を周期的に変化させることにより得られる、周
期的な掃引効果に組合わせることができる。
磁界は任意の適切な方法、たとえば、集電器の軸に沿
う単位長当りのターン数が電子ビームの方向に減少する
コイル巻線により得ることができる。
う単位長当りのターン数が電子ビームの方向に減少する
コイル巻線により得ることができる。
そのコイル巻線の形は頂部を切断された三角形とする
ことができる。希望する磁界の形を、円錐形巻線に組合
わされた円筒形巻線を用いることにより、または、内径
が一定であるが、外径が減少する巻線を並置すること
等、により得ることができる。
ことができる。希望する磁界の形を、円錐形巻線に組合
わされた円筒形巻線を用いることにより、または、内径
が一定であるが、外径が減少する巻線を並置すること
等、により得ることができる。
本発明の好適な実施例において、時間の経過につれて
周期的に変化できる磁界を得るために、巻線を流れる電
流は直流定常分と、周期的に交番する交流分とで構成さ
れる。
周期的に変化できる磁界を得るために、巻線を流れる電
流は直流定常分と、周期的に交番する交流分とで構成さ
れる。
本発明の好適な実施例において、周期的に変化する前
記交流分は三角波形の電流である。
記交流分は三角波形の電流である。
本発明は、クライストロン、進行波管等のような大電
力マイクロ波管の全てに使用できる。しかし、ジャイロ
トロンの集電器の壁が比較的薄く、かつその集電器の壁
が出力導波管も兼ねているために特定の寸法基準に合致
しなければならないために集電器の寸法形状を随意に変
えることができないから、本発明はジャイロトロンに使
用するのにとくに適する。
力マイクロ波管の全てに使用できる。しかし、ジャイロ
トロンの集電器の壁が比較的薄く、かつその集電器の壁
が出力導波管も兼ねているために特定の寸法基準に合致
しなければならないために集電器の寸法形状を随意に変
えることができないから、本発明はジャイロトロンに使
用するのにとくに適する。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
第２図に示されている集電器はジャイロトロンの端部
にある。ジャイロトロンは主コイル巻線32だけが示され
ている。集電器は導電壁34で構成される。その導電壁は
ほぼ円筒形であるが、それの長手方向に沿って、電子ビ
ームが伝わる向きに僅かに拡がっている。このようにし
て構成された導波管の端部が、この装置を伝わる電磁波
に対して透明である出力窓35によりふさがれる。本発明
に従って、前記集電器壁はコイル36の内側に置かれる。
そのコイルは、ここで説明している実施例においては、
独特のものであって、それの横断面は円錐台形である。
このような形のコイル巻線は、管の軸に沿って電子銃か
らの距離が大きくなるにつれて（第２図では右へ向かう
につれて）僅かに弱くなるような磁界を生ずる。したが
って、磁力線37が電子ビームの伝わる方向（第２図では
右方）に僅かに発散する。他の方向では磁力線は主コイ
ル巻線32の磁力線と結合する。
にある。ジャイロトロンは主コイル巻線32だけが示され
ている。集電器は導電壁34で構成される。その導電壁は
ほぼ円筒形であるが、それの長手方向に沿って、電子ビ
ームが伝わる向きに僅かに拡がっている。このようにし
て構成された導波管の端部が、この装置を伝わる電磁波
に対して透明である出力窓35によりふさがれる。本発明
に従って、前記集電器壁はコイル36の内側に置かれる。
そのコイルは、ここで説明している実施例においては、
独特のものであって、それの横断面は円錐台形である。
このような形のコイル巻線は、管の軸に沿って電子銃か
らの距離が大きくなるにつれて（第２図では右へ向かう
につれて）僅かに弱くなるような磁界を生ずる。したが
って、磁力線37が電子ビームの伝わる方向（第２図では
右方）に僅かに発散する。他の方向では磁力線は主コイ
ル巻線32の磁力線と結合する。
そのような条件の下においては、電子ビーム38中の電
子は、磁力線を中心とするらせん形の軌道に沿って進
む。電子ビームは僅かに発散して、集電器壁23にグレー
ジング角度すなわちほぼ接線方向に衝突する。したがっ
て、衝撃領域40はかなり長くされ、集電器における電力
密度は低くなる。
子は、磁力線を中心とするらせん形の軌道に沿って進
む。電子ビームは僅かに発散して、集電器壁23にグレー
ジング角度すなわちほぼ接線方向に衝突する。したがっ
て、衝撃領域40はかなり長くされ、集電器における電力
密度は低くなる。
また、コイル巻線36へ供給される電流Ｉは連続する定
常直流分I0と、周期的に交番する交流分I1とで構成され
（第３図）、衝撃領域は交流分I1の周期で集電器の長手
方向に沿って周期的に掃引される。電流の値したがって
その電流により発生される磁界の強さを妥当に選択する
ことにより、電子ビームは集電器の内壁の全面にわたっ
て掃引させられて、集電器の単位表面積当りの電力密度
を低くできる。
常直流分I0と、周期的に交番する交流分I1とで構成され
（第３図）、衝撃領域は交流分I1の周期で集電器の長手
方向に沿って周期的に掃引される。電流の値したがって
その電流により発生される磁界の強さを妥当に選択する
ことにより、電子ビームは集電器の内壁の全面にわたっ
て掃引させられて、集電器の単位表面積当りの電力密度
を低くできる。
第３図に示されているような好適な構造においては、
周期的な交流分I1は周期がＴである三角波形信号である
が、たとえば、鋸歯状波、方形波、正弦波のような他の
信号波形も用いることができる。
周期的な交流分I1は周期がＴである三角波形信号である
が、たとえば、鋸歯状波、方形波、正弦波のような他の
信号波形も用いることができる。
厚さがｄである集電器の壁に磁界が浸透したり、出た
りするために要する時間はｄ1/2/140秒（ｄはcm）のオ
ーダーである。同様に、集電器の厚さｄの壁を熱が伝わ
るのに要する時間はｄ1/2秒のオーダーである。厚さが1
cmの集電器の壁の場合には、Ｔ＝100msecを選択でき
る。その値は10Hzの掃引周波数に対応する。この周期Ｔ
の間に磁界は集電器に入り、集電器から出ることがで
き、その間に集電器の壁は時間的にほぼ一定に冷却され
る。クライストロン型の電子管の集電器においては、電
子ビームはジャイロトロンにおけるよりも一層迅速に発
散する。しかし、消費電力密度が非常に高く、ある場合
には連続すなわち平均して1KW/cm2を超える集電器壁の
領域があるから、問題は依然として残る。この状況は、
かなり効率的な冷却法（１秒間当り数メートルの高速冷
却水、流速が１秒間当り１メートルのオーダーであるハ
イパーベーポトロン（hypervapotron）である）を用い
た場合でも、管の使用寿命を適当に妥協する（結晶寸法
の増大、脱気、局部的な融解等）ことがある。
りするために要する時間はｄ1/2/140秒（ｄはcm）のオ
ーダーである。同様に、集電器の厚さｄの壁を熱が伝わ
るのに要する時間はｄ1/2秒のオーダーである。厚さが1
cmの集電器の壁の場合には、Ｔ＝100msecを選択でき
る。その値は10Hzの掃引周波数に対応する。この周期Ｔ
の間に磁界は集電器に入り、集電器から出ることがで
き、その間に集電器の壁は時間的にほぼ一定に冷却され
る。クライストロン型の電子管の集電器においては、電
子ビームはジャイロトロンにおけるよりも一層迅速に発
散する。しかし、消費電力密度が非常に高く、ある場合
には連続すなわち平均して1KW/cm2を超える集電器壁の
領域があるから、問題は依然として残る。この状況は、
かなり効率的な冷却法（１秒間当り数メートルの高速冷
却水、流速が１秒間当り１メートルのオーダーであるハ
イパーベーポトロン（hypervapotron）である）を用い
た場合でも、管の使用寿命を適当に妥協する（結晶寸法
の増大、脱気、局部的な融解等）ことがある。
多くのマイクロ波管に対して、集電器の直径を大きく
することにより電力密度を低くできるが、非常に大電力
のクライストロンの場合には、この解決法はシーヤ質量
寸法（sheer massive size）の実際的な限界にすぐに達
する。
することにより電力密度を低くできるが、非常に大電力
のクライストロンの場合には、この解決法はシーヤ質量
寸法（sheer massive size）の実際的な限界にすぐに達
する。
本発明は、第４図および第５図に示すように、前記コ
イル巻線を付加することにより、集電器の最も長い可能
な領域にわたって電子ビームを拡げることができるよう
にして、消費される電力密度を低くし、冷却のために必
要な局部的な熱伝導を減少させるものである。
イル巻線を付加することにより、集電器の最も長い可能
な領域にわたって電子ビームを拡げることができるよう
にして、消費される電力密度を低くし、冷却のために必
要な局部的な熱伝導を減少させるものである。
第４図は電子ビームF1とF2を有し、集電器（部分ｂ）
の長さ全体にわたる消費電力密度がたとえばＰKW/cm2で
あるクライストロン（部分ａ）に使用する集電器34を示
す。
の長さ全体にわたる消費電力密度がたとえばＰKW/cm2で
あるクライストロン（部分ａ）に使用する集電器34を示
す。
部分ｂの破線カーブ上の点Z1とZ2は従来技術に対応す
る。それらの点は本発明を用いることにより無くされ、
もしくは大幅に滑らかにされ、実線で示されている衝撃
領域Ｚ′１とＺ′２を与える。
る。それらの点は本発明を用いることにより無くされ、
もしくは大幅に滑らかにされ、実線で示されている衝撃
領域Ｚ′１とＺ′２を与える。
第４図は電子ビームが高周波信号により変調されな
い、いいかえれば、クライストロンが二極管として動作
し、入力空胴が励振されない場合を示すものである。こ
の種の動作は高周波装置の設定、取付けまたは故障診断
中、科学的な装置（シンクロトロン、核融合トカマク装
置等）のサイクルのある時刻に、あるいはトラフィック
数が少ないために低容量で動作している電気通信送信機
において遭遇する動作である。一方、電子ビームが変調
される場合には、掃引領域が多少広くとも、衝撃領域は
集電器の表面を変調周波数で既に掃引している。本発明
は、第５図に示すように、衝撃領域により掃引される面
積を拡げて、破線で示されている領域Z1とZ2を実線で示
されている一層広い領域Ｚ′1,Z′２にできる。したが
って、本発明を用いて非常な大電力管を製造して前記諸
問題を解決し、または電力は適度であるが、集電器の寸
法が比較的小さい管を製造することが可能である。
い、いいかえれば、クライストロンが二極管として動作
し、入力空胴が励振されない場合を示すものである。こ
の種の動作は高周波装置の設定、取付けまたは故障診断
中、科学的な装置（シンクロトロン、核融合トカマク装
置等）のサイクルのある時刻に、あるいはトラフィック
数が少ないために低容量で動作している電気通信送信機
において遭遇する動作である。一方、電子ビームが変調
される場合には、掃引領域が多少広くとも、衝撃領域は
集電器の表面を変調周波数で既に掃引している。本発明
は、第５図に示すように、衝撃領域により掃引される面
積を拡げて、破線で示されている領域Z1とZ2を実線で示
されている一層広い領域Ｚ′1,Z′２にできる。したが
って、本発明を用いて非常な大電力管を製造して前記諸
問題を解決し、または電力は適度であるが、集電器の寸
法が比較的小さい管を製造することが可能である。
第６図は、２つのドリフト管52と54を有する出力空胴
50と、出力しぼり56と、出力導波管58とを含むクライス
トロンに使用する本発明の集電器の例を示す。集電器60
はプレート61によりクライストロンから分離され、発散
する磁界を生ずるのに適切な形を有する２個のコイル巻
線66と68により囲まれた導電壁62を有する。それらのコ
イル巻線は同相または逆相で用いられる。冷却液供給部
72（たとえば水冷用）と、冷却水を閉じこめて迷路のよ
うな冷却水回路を通って排出部74まで流す水密外囲器73
とを含む冷却装置が設けられる。
50と、出力しぼり56と、出力導波管58とを含むクライス
トロンに使用する本発明の集電器の例を示す。集電器60
はプレート61によりクライストロンから分離され、発散
する磁界を生ずるのに適切な形を有する２個のコイル巻
線66と68により囲まれた導電壁62を有する。それらのコ
イル巻線は同相または逆相で用いられる。冷却液供給部
72（たとえば水冷用）と、冷却水を閉じこめて迷路のよ
うな冷却水回路を通って排出部74まで流す水密外囲器73
とを含む冷却装置が設けられる。
いくつかのコイル巻線を有する装置のための可能な電
力供給回路が第７図に示されている。単相または三相の
商用電力入力端子80が整流装置82と同期およびトリガ発
生器84へ電力を供給する。単相波形発生器86−1,86−2,
…,86−ｎが整流装置82から直流電力を受け、同期発生
器から同期信号を受ける。それらの波形発生器は、次段
の波形発生器から発生される波形とは位相が異なる交流
分を含む電圧V1,V2,…Vnを供給する。それらの電圧は本
発明の集電器のｎ個のコイル巻線へ供給される。
力供給回路が第７図に示されている。単相または三相の
商用電力入力端子80が整流装置82と同期およびトリガ発
生器84へ電力を供給する。単相波形発生器86−1,86−2,
…,86−ｎが整流装置82から直流電力を受け、同期発生
器から同期信号を受ける。それらの波形発生器は、次段
の波形発生器から発生される波形とは位相が異なる交流
分を含む電圧V1,V2,…Vnを供給する。それらの電圧は本
発明の集電器のｎ個のコイル巻線へ供給される。
第１図は従来のジャイロトロンの略図、第２図はジャイ
ロトロンに使用するようにされた本発明の集電器の横断
面図、第３図はコイル巻線へ供給される電流の好適な周
期的変化を示すグラフ、第４図は電子ビームが変調され
ないクライストロンに使用する本発明の集電器の略図、
第５図は電子ビームを変調して用いるクライストロンに
使用する本発明の集電器の略図、第６図はクライストロ
ンに使用する本発明の集電器の別の実施例の横断面図、
第７図はいくつかのコイル巻線を用いる本発明の集電器
に用いる電源回路の例を示すブロック回路図である。 10,12,14……電子管、23……導電壁、36,66,68……コイ
ル巻線。
ロトロンに使用するようにされた本発明の集電器の横断
面図、第３図はコイル巻線へ供給される電流の好適な周
期的変化を示すグラフ、第４図は電子ビームが変調され
ないクライストロンに使用する本発明の集電器の略図、
第５図は電子ビームを変調して用いるクライストロンに
使用する本発明の集電器の略図、第６図はクライストロ
ンに使用する本発明の集電器の別の実施例の横断面図、
第７図はいくつかのコイル巻線を用いる本発明の集電器
に用いる電源回路の例を示すブロック回路図である。 10,12,14……電子管、23……導電壁、36,66,68……コイ
ル巻線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 23/027 H01J 25/00
Claims (6)
- 【請求項１】電子管の集電器において、この集電器は、
電子管（10,12,14）から来る電子ビーム（22）を、内面
上の、前記集電器の軸に沿う前記集電器の長さより短
い、前記集電器の軸に沿う長さを有する環状の衝撃領域
上に受ける導電壁（23）と、前記集電器の軸と同軸状に
前記集電器の壁を囲み、周期的に変化する電流を流す少
なくとも１個のコイル巻線（36）とを備え、前記コイル
巻線（36）は単位長当りいくつかのターンを有し、その
ターン数は集電器の長さ方向に沿って、電子ビームの進
む向きに減少するように構成され、前記コイル巻線と周
期的に変化する前記電流によって前記電子ビームの進む
方向に僅かに発散する軸方向の磁界（37）が発生され、
前記磁界の振幅は時間の経過とともに周期的に変化する
ことを特徴とする電子管の集電器。 - 【請求項２】請求項１記載の集電器において、前記コイ
ル巻線（36）の形は頂部が切り取られた円錐形であるこ
とを特徴とする集電器。 - 【請求項３】請求項１記載の集電器において、前記コイ
ル巻線（36）を流れる前記電流は連続した直流分（IO）
と、周期的に変化する交流分（I1）とを含むことを特徴
とする集電器。 - 【請求項４】請求項３記載の集電器において、前記電流
の周期的に変化する部分は三角波形であることを特徴と
する集電器。 - 【請求項５】請求項１記載の集電器において、前記コイ
ル巻線は１組の並置されたコイル巻線（66,68）で構成
されることを特徴とする集電器。 - 【請求項６】請求項５記載の集電器において、前記コイ
ル巻線には交番する交流分に重畳された連続直流分を含
む電流が供給され、前記交番する交流分の位相が一方の
コイル巻線と他方のコイル巻線とで異なることを特徴と
する集電器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8800299A FR2625836B1 (fr) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | Collecteur d'electrons pour tube electronique |
| FR8800299 | 1988-01-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01294330A JPH01294330A (ja) | 1989-11-28 |
| JP2895083B2 true JP2895083B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=9362249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1005844A Expired - Fee Related JP2895083B2 (ja) | 1988-01-13 | 1989-01-12 | 電子管の集電器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4933594A (ja) |
| EP (1) | EP0324667B1 (ja) |
| JP (1) | JP2895083B2 (ja) |
| DE (2) | DE68918295D1 (ja) |
| FR (1) | FR2625836B1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9005245D0 (en) * | 1990-03-08 | 1990-05-02 | Eev Ltd | High frequency amplifying apparatus |
| FR2672730B1 (fr) * | 1991-02-12 | 1993-04-23 | Thomson Tubes Electroniques | Dispositif convertisseur de modes et diviseur de puissance pour tube hyperfrequence et tube hyperfrequence comprenant un tel dispositif. |
| US5420478A (en) * | 1993-02-12 | 1995-05-30 | Litton Systems, Inc. | Depressed collector for sorting radial energy level of a gyrating electron beam |
| FR2737340B1 (fr) * | 1995-07-28 | 1997-08-22 | Thomson Tubes Electroniques | Tube electronique multifaisceau a couplage cavite/faisceau ameliore |
| US5780970A (en) * | 1996-10-28 | 1998-07-14 | University Of Maryland | Multi-stage depressed collector for small orbit gyrotrons |
| FR2756970B1 (fr) * | 1996-12-10 | 2003-03-07 | Thomson Tubes Electroniques | Tube hyperfrequence a interaction longitudinale a cavite a sortie au dela du collecteur |
| FR2764730B1 (fr) * | 1997-06-13 | 1999-09-17 | Thomson Tubes Electroniques | Canon electronique pour tube electronique multifaisceau et tube electronique multifaisceau equipe de ce canon |
| FR2780809B1 (fr) | 1998-07-03 | 2003-11-07 | Thomson Tubes Electroniques | Tube electronique multifaisceau avec champ magnetique de correction de trajectoire des faisceaux |
| FR2803454B1 (fr) * | 1999-12-30 | 2003-05-16 | Thomson Tubes Electroniques | Generateur d'impulsions hyperfrequences integrant un compresseur d'impulsions |
| JP3590039B2 (ja) * | 2002-07-24 | 2004-11-17 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| FR2877139B1 (fr) * | 2004-10-27 | 2007-01-26 | Thales Sa | Tube hyperfrequence de forte puissance avec etalement du faisceau dans le collecteur |
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