JP2982760B2 - 進行波管のコレクタ - Google Patents

進行波管のコレクタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外囲器内に固定さ
れる複数の円柱セラミックが、電子ビームを捕捉するコ
レクタ電極を保持する進行波管のコレクタに関し、特
に、外囲器やコレクタ電極が銅製であっても、銅が円柱
セラミックに蒸着しないようにした進行波管のコレクタ
に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波の中継局、衛星通信用とし
て、電子ビームを利用してマイクロ波を増幅するものに
進行波管がある。進行波管は図3(a)に示すような伝
導冷却タイプ、図3(b)に示すような強制冷却タイ
プ、図3(c)に示すような水冷タイプがある。
【0003】いずれにしても進行波管は、電子ビーム1
9を出射する電子銃20と、電子ビーム19と入力した
マイクロ波とを相互作用させる遅波回路21と、相互作
用を終えた電子ビーム19を捕捉する有底筒状のコレク
タ電極24を備えたコレクタ22が直列に配列され、遅
波回路21の外周に電子ビーム19を集束させるための
ビーム集束装置23が配置された構成となっている。ま
た、ビーム集束装置23とコレクタ22は固定基台であ
るベースプレート26上に設置される。
【0004】電子銃20から発射された電子ビーム19
は、遅波回路21を通過し、信号が増幅して、コレクタ
22に捕捉される。このとき、コレクタ22に捕捉され
た電子ビーム19は、その運動エネルギが熱エネルギに
変換され、コレクタ電極24の温度を上昇させる。この
ため、コレクタ電極24で発生した熱を外部へ逃す必要
がある。
【0005】そこで、図3(a)に示す伝導冷却タイプ
では、ベースプレート26にヒートシンク25を併設
し、そのヒートシンク25からコレクタ22の熱を逃が
している。また、図3(b)に示す強制空冷タイプで
は、コレクタ22の外周部にフィン28を設け、このフ
ィン28に風を流すことによってコレクタ22の熱を逃
している。さらに、図3(c)に示す水冷タイプでは、
コレクタ22の外周に水が循環する水冷用パイプ30が
配置され、その水冷用パイプ30の中を流れる水によっ
てコレクタ22の熱を逃している。
【0006】また、進行波管の総合効率(RF出力/使
用電力)を高めるために、コレクタ電位低下という方法
が用いられる。これはコレクタ電極24に印加する電位
を遅波回路21に対して順次低下させ、コレクタ22に
衝突する電子ビーム19の速度を落とすことにより、コ
レクタ電極24で発生するエネルギを低下させる方法で
ある。このため、コレクタ22と遅波回路21との間
は、高電圧に対する絶縁がセラミックなどの絶縁物32
により保たれている。この絶縁物32はコレクタ22の
外部に設けられる。
【0007】しかし、実開平2−101454号公報に
は図4(a)(b)に示すような内部絶縁型コレクタ3
5の構造が開示されている。この内部絶縁型コレクタ3
5は銅、モリブデン、グラファイトなどからなる有底筒
状の外囲器33の内側に高熱伝導性で絶縁性の複数の円
柱セラミック34が設けられ、その円柱セラミック34
の内側に銅、モリブデン、グラファイトなどからなる有
底円筒状のコレクタ電極24が支持される構造となって
いる。このように絶縁性の円柱セラミック34がコレク
タ電極24を支持する構造とすることにより、耐電圧特
性を維持しつつ、耐震、耐衝撃性が改善される。この種
の内部絶縁型コレクタ35は、外囲器33とコレクタ電
極24及びその周囲に複数の高熱伝導性の円柱セラミッ
ク34とをプレスするなどの方法により、外囲器33に
コレクタ電極24及び円柱セラミック34を圧入した後、
外囲器33を圧縮させてコレクタ電極24及び円柱セラミ
ック34を固定して製造される。
【0008】また図5に示すように、進行波管全体の総
合効率を改善した2段コレクタ38は、電子ビームの上
流から下流に向けて、開口側の第1コレクタ電極36と
底側の第2コレクタ電極37とが電気的に絶縁されて配
列され、電位が第1コレクタ電極36より第2コレクタ
電極37の方が低くなるようにされている。各コレクタ
電極36,37には第1コレクタリード線39と第2コ
レクタリード線41とが接続される。また、各コレクタ
電極36,37は外囲器33に保持された円柱セラミッ
ク34によって固定される。
【0009】このような2段コレクタ38において、電
子銃(図3参照)から発射され、遅波回路(図3参照)
を通過した電子ビームは、第1コレクタ電極36及び第
2コレクタ電極37に捕捉される。進行波管の総合効率
(RF出力/使用電力)を高めるため、通常、第1コレ
クタ電極36の電位は遅波回路の約50%に低下させ、第
2コレクタ電極37の電位はさらに第1コレクタ電極3
6の電位の約50%まで低下させる方法がとられている。
このような方法によれば、遅波回路の電位に対して、各
コレクタ電極36,37の電位を順次低下させ、各コレ
クタ電極36,37に衝突する電子ビームの速度を落と
すことができるため、各コレクタ電極36,37で発生
するエネルギは低下して、かつ、進行波管の総合効率を
向上させることができる。
【0010】内部絶縁型の2段コレクタ38における第
1コレクタ電極36の第1コレクタリード線39は、小
型化を図る上で通常、外囲器33の底部側に取り出され
ている。さらに第1コレクタリード線39は第2コレク
タ電極37との絶縁を保持するために、高熱伝導性の円
柱セラミック34の内側面に沿った絶縁管40内を挿通
されている。この絶縁管40は第2コレクタ電極37を
通って、外囲器33の底部へと導かれ、第1及び第2コ
レクタリード線39、41は、絶縁された状態で、進行
波管の外部へと繋がっている。
【0011】なお、特開昭58−210684号公報に
は陽極が排気管を兼ねたガスレーザ管であって、陽極の
基体金属表面の放電部分に、酸化を防止するための貴金
属の層を形成した発明が開示されている。また、実開昭
62−202752号公報にはコレクタを支持するセラ
ミックス製で円筒のコレクタ電極接触部にメタライズ
後、金メッキした輻射冷却形多段コレクタが開示されて
いる。さらに、特開平7−3211122号公報には基
板上に銅金属層を形成する工程と、前記銅金属層の露出
した表面にアルミニウム薄膜を選択的なCVD法により蒸
着して酸化防止膜を形成する工程とを含む半導体素子の
金属配線形成方法が開示されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】最近では通信用又は衛
星搭載用として、小型・軽量でかつ製造容易な構造とす
ることにより、コストダウンを図りたいという要求があ
る。このため、外囲器33及びコレクタ電極24,3
6,37としては、高価なモリブデンや脆いグラファイ
トの材料に比べて、低コストで加工しやすく、かつ熱伝
導のよい銅が多用されている。
【0013】しかし、銅を用いた従来の外囲器33及び
コレクタ電極24,36,37では、進行波管を長期間
使用していると、絶縁性の円柱セラミック34に銅が蒸
着し、したがって円柱セラミック34の沿面距離が徐々
に減少し、ついにはコレクタ35,38の耐電圧特性を
劣化させるという欠点があった。
【0014】そこで本発明は、外囲器及びコレクタ電極
の材料である銅の蒸発を抑制し、長時間使用しても円柱
セラミックへ銅が蒸着することがないようにした進行波
管のコレクタを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の進行波管のコレ
クタは、真空内において低蒸発量である金属薄膜を外周
面に被覆した有底筒状のコレクタ電極と、そのコレクタ
電極の外周を所定間隔を隔てて取り囲み、真空内におい
て低蒸発量である金属薄膜を内周面に被覆した有底筒状
の外囲器と、コレクタ電極と外囲器との間に配置され、
両者を支持する高熱伝導性の複数の円柱セラミックと、
を有することを特徴とするものである。
【0016】本発明によれば、コレクタ電極の外周面を
被覆した金属薄膜と、外囲器の内周面を被覆した金属薄
膜とによって、コレクタ電極及び外囲器が銅製であって
も、円柱セラミックに銅が蒸着することがなく、円柱セ
ラミックの沿面距離は減少することがなくなる。
【0017】本発明の他の形態の進行波管のコレクタ
は、真空内において低蒸発量である金属薄膜を外周面に
被覆した有底筒状の複数のコレクタ電極と、そのコレク
タ電極の外周を所定間隔を隔てて取り囲み、真空内にお
いて低蒸発量である金属薄膜を内周面に被覆した有底筒
状の外囲器と、コレクタ電極と外囲器との間に配置さ
れ、両者を支持する高熱伝導性の複数の円柱セラミック
と、を有し、コレクタ電極は、外囲器の底部側から開口
部側に向かって配列されることを特徴とするものであ
る。
【0018】コレクタ電極の開口側に接続されたコレク
タリード線は、絶縁性を保持するために円筒セラミック
内を貫通するのが好ましい。
【0019】外囲器の内周面には、耐電圧の向上を図る
ために、円柱セラミックの両端部に位置する部分に、円
柱セラミックと接触しないような隙間をつくる段差が設
けられるのが好ましい。
【0020】金属薄膜は、例えば、Niメッキにより形
成され、コレクタ電極及び外囲器は、銅により作られ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1を参照しながら説明する。第1の実施の形態に係
る進行波管のコレクタ1は、有底筒状の外囲器4内に配
置される複数の高熱伝導性の円柱セラミック3が、一つ
の有底筒状のコレクタ電極2を保持するようにしたもの
であって、外囲器4の内周面とコレクタ電極2の外周面
とに金属薄膜5を被覆したことを特徴とするものであ
る。
【0022】外囲器4の内周面とコレクタ電極2の外周
面とに被覆する金属薄膜5は、真空内で蒸発しにくいN
iなどの金属をメッキによって形成する。円柱セラミッ
ク3はコレクタ電極2の軸の両端がずれないように接触
させる。かつ、耐電圧の向上を図るため、電界が集中す
る円柱セラミック3の両端部分の外囲器4の内周面に段
差4aを設け、外囲器4と円柱セラミック3とが接触し
ないような数mmの隙間6をあけることにより、沿面距
離を確保するようにすることが好ましい。
【0023】コレクタ電極2に接続されたコレクタリー
ド線7は、外囲器4の底部に取り付けられたコレクタ端
子8によって、絶縁された状態で、進行波管の外部へと
繋がっている。
【0024】また、コレクタ全体として、本構造を組み
上げた後、熱伝導を考慮して、プレスなどにより外側か
ら圧力を加えて、外囲器4を圧縮させると、コレクタ電
極2は図1(a)の断面に示すように円柱セラミック3
によって固定される。
【0025】本発明によれば、コレクタ電極2の外周面
と外囲器4の内周面とに金属薄膜5を被覆したことによ
り、コレクタ電極2及び外囲器4が銅製であっても、円
柱セラミック3に銅が蒸着することがない。したがっ
て、円柱セラミック3の沿面距離が減少することがなく
なり、本発明の進行波管のコレクタは耐電圧特性の劣化
を防止することができる。その結果、進行波管の長寿命
化を図ることができる。
【0026】次に、本発明の第2の実施の形態を図2を
参照しながら説明する。第2の実施の形態は、有底筒状
の外囲器13内に開口側の第1コレクタ電極10と底側
の第2コレクタ電極11を直列に配列し、各コレクタ電
極10,11を高熱伝導性の円柱セラミック12が保持
する進行波管の2段コレクタ9であり、外囲器13の内
周面と、第1コレクタ電極10から第2コレクタ電極1
1の外周面に金属薄膜16を被覆したことを特徴とする
ものである。
【0027】外囲器13の内周面とコレクタ電極10,
11の外周面とに被覆する金属薄膜16は、真空内で蒸
発しにくいNiなどの金属をメッキによって形成する。
円柱セラミック12はコレクタ電極10,11の軸の両
端がずれないように接触させる。かつ、耐電圧の向上を
図るため、電界が集中する円柱セラミック12の両端部
分の外囲器13の内周面に段差13aを設け、外囲器1
3と円柱セラミック12とが接触しないような数mmの
隙間17をあけることにより、沿面距離を確保するよう
にすることが好ましい。
【0028】第2の実施の形態にあっては、第1コレク
タ電極10に接続された第1コレクタリード線14と、
第2コレクタ電極11に接続された第2コレクタリード
線18とは、ともに外囲器13の底部に取り付けられた
コレクタ端子19,19によって、絶縁された状態で、
進行波管の外部へと繋がっている。また、第1コレクタ
リード線14が第1コレクタ電極10から第2コレクタ
電極11の外周面を通って2段コレクタ9の底部へと抜
けるようにするための1本の円筒セラミック15が、外
囲器13と第1及び第2のコレクタ電極10,11との
間に配置される。
【0029】2段コレクタ9は第1の実施の形態のコレ
クタ1よりもコレクタの段数が増えているにもかかわら
ず、コレクタ1と同等の耐電圧を有しており、かつコレ
クタ電極10,11…の多段化が容易に図れる利点があ
る。
【0030】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事
項の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、
外囲器の内周面に被覆する金属薄膜は、全面ではなく円
柱セラミックと接触する面だけ形成することもできる。
また、コレクタ電極は2列以上に配列する場合でも実施
することができる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、コレクタ電極の外周面
と外囲器の内周面とに金属薄膜を被覆したことにより、
コレクタ電極及び外囲器が銅製であっても、円柱セラミ
ックに銅が蒸着することがない。したがって、円柱セラ
ミックの沿面距離が減少することがなくなり、本進行波
管のコレクタは耐電圧特性の劣化を防止することができ
る。その結果、進行波管の長寿命化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態に係るコレ
クタを示す縦断面図であり、(b)は(a)のA−A’
線断面図である。
【図2】(a)は本発明の第2の実施の形態に係るコレ
クタを示す縦断面図であり、(b)は(a)のB−B’
線断面図である。
【図3】従来の進行波管の構成を示す横断面図であり、
(a)は伝導冷却タイプ、(b)は強制空冷タイプ、
(c)は水冷タイプである。
【図4】(a)は従来の進行波管のコレクタを示す縦断
面図であり、(b)は(a)のC−C’線断面図であ
る。
【図5】(a)は他の従来のコレクタを示す断面図であ
り、(b)は(a)のD−D’線断面図である。
【符号の説明】
1:コレクタ 2:コレクタ電極 3:円柱セラミック 4、13:外囲器 4a,13a:段差 5、16:金属薄膜 6、17:隙間 8:コレクタ端子 9:2段コレクタ 10:第1コレクタ電極 11:第2コレクタ電極 14:第1コレクタリード線 15:円筒セラミック 18:第2コレクタリード線 19:コレクタ端子
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空内において低蒸発量である金属薄膜を
    外周面に被覆した有底筒状のコレクタ電極と、 そのコレクタ電極の外周を所定間隔を隔てて取り囲み、
    真空内において低蒸発量である金属薄膜を内周面に被覆
    した有底筒状の外囲器と、 前記コレクタ電極と外囲器との間に配置され、両者を支
    持する高熱伝導性の複数の円柱セラミックと、 を有することを特徴とする進行波管のコレクタ。
  2. 【請求項2】真空内において低蒸発量である金属薄膜を
    外周面に被覆した有底筒状の複数のコレクタ電極と、 そのコレクタ電極の外周を所定間隔を隔てて取り囲み、
    真空内において低蒸発量である金属薄膜を内周面に被覆
    した有底筒状の外囲器と、 前記コレクタ電極と外囲器との間に配置され、両者を支
    持する高熱伝導性の複数の円柱セラミックと、を有し、 前記コレクタ電極は、前記外囲器の底部側から開口部側
    に向かって配列されることを特徴とする請求項1に記載
    の進行波管のコレクタ。
  3. 【請求項3】前記コレクタ電極の開口側に接続されたコ
    レクタリード線は、円筒セラミック内を貫通することを
    特徴とする請求項2に記載の進行波管のコレクタ。
  4. 【請求項4】前記外囲器の内周面には、前記円柱セラミ
    ックの両端部に位置する部分に、円柱セラミックと接触
    しないような隙間をつくる段差が設けられることを特徴
    とする請求項1乃至3のいずれか1つの項に記載の進行
    波管のコレクタ。
  5. 【請求項5】前記金属薄膜は、Niメッキにより形成さ
    れることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つの
    項の記載の進行波管のコレクタ。
  6. 【請求項6】前記コレクタ電極及び外囲器は、銅により
    作られることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1
    つの項の記載の進行波管のコレクタ。
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