JP3083109B2 - クロスフィールド増幅管 - Google Patents

クロスフィールド増幅管

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JP3083109B2 JP03133478A JP13347891A JP3083109B2 JP 3083109 B2 JP3083109 B2 JP 3083109B2 JP 03133478 A JP03133478 A JP 03133478A JP 13347891 A JP13347891 A JP 13347891A JP 3083109 B2 JP3083109 B2 JP 3083109B2
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康次郎 南谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波を増幅する
クロスフィールド増幅管に関し、特に不要電波成分での
発振等による不安定動作を抑制した、ベーン・ストラッ
プ構造をもつクロスフィールド増幅管に関する。
【0002】
【従来の技術】クロスフィールド増幅管は、その主要部
は、円筒状陰極とそれを取り巻いて配置された、陽極を
兼ねる遅波回路とで構成されており、概要下記のように
して動作する。円筒状陰極で発生した電子は、陰極・陽
極間に印加した直流電界と、それと直交方向に印加した
直流磁界との作用により、遅波回路に沿ってドリフトす
る電子流となって陰極の周りを周回する。一方、遅波回
路の入力端から入力したマイクロ波は、遅波回路内を出
力端に向かって進行するが、その間に該マイクロ波はそ
の高周波電界と上記電子流との相互作用によって増幅さ
れ、出力端から増幅出力として取り出される。
【0003】上記高周波電界と電子流との相互作用はマ
グネトロンと同じ動作原理によりなされるので、クロス
フィールド増幅管は極めて効率が高く、それが本増幅管
の特徴となっているが、同時に、電子流の回帰・周回に
基づく発振等の不安定動作を生じ易い欠点を孕んでい
る。この場合の不安定性は、フィードバック不安定性と
呼ばれ、従来これを改善するために種々の提案がなされ
ている。
【0004】米国特許第 3,069,594号では、このフィー
ドバック不安定性を防止するために、遅波回路上を進行
するマイクロ波の位相速度を入力端から出力端にかけて
連続的に変化させる構造のクロスフィールド増幅管が提
案されている。また、特公昭61−24778では、上
記位相速度を入力端から出力端にかけて連続的に変化さ
せ、かつ電子流のドリフト速度を入力端から出力端にわ
たり連続的に変化させる手段が明示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来、位
相速度又はドリフト速度を入力端から出力端にかけて連
続的に変化させる等の改善策が提案されて来たが、不要
電波成分での発振の程度はかなり抑えられるが、なお不
充分であり、不安定性は完全には解消されていない。上
記不要電波成分での発振は、遅波回路の遮断周波数近傍
の周波数で生じるものであるが、動作の不安定性を招く
原因になっている。
【0006】本発明は、上記不要電波成分での発振レベ
ルをより減少させ、安定度の高いクロスフィールド増幅
管を得ることを目的とする。また、更にこのような安定
度の高いクロスフィールド増幅管を調整容易な構造で実
現することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、平行二線のストラップと前記ストラップに
交互に接続された複数個のベーンとよりなる遅波回路、
を有するクロスフィールド増幅管において、隣接したベ
ーン間に形成される共振器に関し、前記遅波回路の入力
端のベーン又は出力端のベーンから前記ストラップに沿
ってL/6(ここで、L:前記ストラップの入・出力端
間の線路長)までの範囲内にある一個又は複数個の共振
器の共振周波数が、それら以外の共振器の共振周波数と
異なる構造にした。
【0008】また、上記構造の実施態様として、前記ベ
ーン又は前記ストラップに、金属片又は誘電体片を固着
することにより、前記範囲内にある一個又は複数個の共
振器の共振周波数を、それら以外の共振器の共振周波数
と異ならせた。
【0009】また、同じく上記構造の実施態様として、
前記ストラップの相互間隔を局部的に拡げ若しくは狭め
た部分、又は前記ストラップの相互対抗面の面積を局部
的に拡げ若しくは狭めた部分を設けることにより、前記
範囲内にある一個又は複数個の共振器の共振周波数を、
それら以外の共振器の共振周波数と異ならせた。
【0010】また更に、同上構造の実施態様として、前
記ストラップの一部を前記ベーンがある側と反対の側に
突出させることにより、前記ストラップの相互対向面の
面積を局部的に拡げた。
【0011】
【作用】クロスフィールド増幅管をマイクロ波の入力端
又は出力端から観測すると、遅波回路の遮断周波数近傍
に、不要電波の発振に寄与する一般的に高いQ値をもつ
共振が見られるが、上述の手段を講じることにより、正
規の動作周波数領域には殆ど影響を与えることなく、効
果的に上記Q値を低下させることができるので、不要電
波成分の発振レベルは顕著に低下し安定度の高い動作が
可能となる。
【0012】
【実施例】図1(a)は、本発明クロスフィールド増幅
管の一実施例主要部の説明用横断面図、同図(b)は、
そのAOA′断面図である。同図において、1はベー
ン、2は平行二線のストラップ、3はベーン支持棒、4
は陽極円筒、5は陽極端板、6は陰極、7は導波管、8
および9はそれぞれマイクロ波用の入力リードおよび出
力リードである。以下の図において、同一の符号は同一
又は相当するものを示す。各ベーン1は、ベーン支持棒
3を介して陽極端板5に固着されている。一対のストラ
ップ2の各々は、それぞれ異なる一つ置きのベーンに固
着され、両ストラップの各末端は、入力リード8又は出
力リードを介して導波管7内に設けられている変換部1
0又は11に接続されている。12はホック状の金属片
で、ストラップ2の入力端から数えて3番目および4番
目のベーン〔これらの位置は、ストラップ2の両端間の
線路長をLとするとき、ストラップ2の入力端のベーン
から(2/30)Lおよび(3/30)Lの位置であ
る。〕の各陰極側端に、それぞれろう付、溶接等の方法
で固着されている。金属片12の付加により局部的にベ
ーン相互間の間隔を狭くしたことになるので、その分だ
け共振器のキャパシタンスが増加し、共振周波数はその
他の共振器のそれから低い方にずれる。この結果、遅波
回路の位相速度はこの部分のみ大きく変化し遅波回路の
周波数特性に変化を生じるが、このように共振周波数の
ずれた共振器を上記入力端又は出力端のベーンからL/
6の範囲に設けると、後述の図3で例示するように遅波
回路の遮断周波数近傍に存在する共振のQ値を効果的に
低くすることができ、不要電波の発振レベルを充分に抑
制することができる。
【0013】上記の金属片12の大きさ、数量、取付位
置等は実験的に決められるが、図のようにホック状の金
属片を用いるとその弾力を利用して着脱が行えるので、
位置の選定が容易にでき、実験はもとより組立上も便利
である。
【0014】図2は、本発明クロスフィールド増幅管の
別の実施例を説明するための図である。この実施例は共
振器の共振周波数をずらせる手段としてストラップ2に
金属片を付加した場合であり、同図(a)は上記金属片
を付加した部分を通る縱断面図、同図(b)は同図
(a)の矢印の方向から見たベーン、ストラップ部の拡
大図である。短冊上の金属片13は、一対のストラップ
2の片方の、他方のストラップに対する面にろう付、溶
接等の方法で固着される。このように金属片を付加する
ことにより、その部分は平行二線のストラップの間隔が
実質的に小さくなるので、近傍のベーン間に形成されて
いる共振器の周波数は、その他の共振器のそれから低い
方へずれ、図1の場合と同様な効果を生じる。
【0015】図3は、図2のようにストラップに金属片
を付加した場合の、その固定位置による上記Q値の変化
の一例を図示したものである。同図において、横軸は遅
波回路の入力端のベーンからストラップに沿った線路
長、縦軸は遅波回路の遮断周波数近傍の不要電波成分の
Q値である。いうまでもなく金属片の形状、大きさによ
っては、それを付加することにより正規の増幅動作に悪
影響を与えるので、金属片はその影響が無視できる程度
のものに制限されるが、同図が示すように同じ金属片を
付加しても、その固定位置によってQ値が大きく変化す
る。
【0016】同図において、破線は金属片を付加しない
場合のQ値を示すが、L/24〜L/6の範囲でQ値は
これより低く、L/12の辺りでQ値が極小となってい
る。実験を重ねた結果、遅波回路の入力端のベーン又は
出力端のベーンからストラップに沿ってL/6(ここ
で、L:前記ストラップの入出力間の線路長)までの範
囲内に上記のようにQ値が極小となる好適個所があるこ
とが分かった。
【0017】上述の図1又は図2の実施例では、ベーン
又はストラップに金属片を付加した場合を示したが、ア
ルミナ・セラミックのような誘電体の部片を付加して
も、その誘電率のために共振周波数に変化が与えられる
ので、上述と同様な効果が得られる。ただし、誘電体片
をベーンに取り付ける場合は、当然ながら電子の流入す
るベーンの先端面を避けて取り付ける。一部の共振器の
共振周波数をずらす手段として上記の他、ストラップの
相互間隔を局部的に拡げ若しくは狭めた部分、又はスト
ラップの相互対向面の面積を局部的に拡げ若しくは狭め
た部分を設けることもできるが、いずれ場合も上述と同
様な効果が得られる。
【0018】図4、図5に本発明クロスフィールド増幅
管の別の実施例を示す。これらの実施例はともに、一部
の共振器の共振周波数をずらす手段として、ストラップ
の一部にストラップ相互対向面の面積の異なる部分を設
けた場合の例である。
【0019】まず図4において、(a)は主要部の説明
用横断面図、(b)はそのAOA′断面図である。この
実施例では、ストラップ2の上述のL/6の範囲に、ベ
ーンと反対の方向(放射方向)に突出した部分14が設
けられ、その部分のストラップ相互対向面の面積が他の
部分に比して広くなっている。そのためこの部分のキャ
パシタンスは大きくなるので、その部分を含む共振器の
周波数は低い方にずれる。
【0020】上述したように一部の共振器の共振周波数
をずらす手段は種々あり、その手段は部品段階又は組立
工程で講じることができるが、実際の管球の製作に当た
っては、その中間工程において、管球毎に遅波回路特性
の微調整(例えば周波数特性等を観測しながら、ストラ
ップを局部的に変形させる等により行う)を要すること
が多いが、本実施例のようにベーンと反対の方向にスト
ラップの突出した部分14が設けられていると、調整用
の治具が挿入し易く、特に小型管球の場合に好都合であ
る。
【0021】図5は、マグネトロン型ベーン・ストラッ
プ構造の遅波回路のストラップに、図4の突出部分14
に相当する部分を設けた場合の実施例を示す。同図
(a)はその主要部の説明用横断面図、(b)はそのA
OA′断面図である。この型の遅波回路では、ストラッ
プ2′はベーン1′に設けられた溝を通るように配置さ
れ、各ストラップはそれぞれ異なる一つ置きのベーンに
固着されている。各ストラップの入力端は入力同軸管1
5に、出力端は出力同軸管16にそれぞれ接続されてい
る。ストラップ2′の入力端近傍には、ベーンと反対の
方向に(軸方向)に突出した部分14′が設けられてお
り、形は異なるが図4の実施例の場合と同様、突出部分
がベーンと反対の方向に設けられているので、図4の場
合と同様、調整に便利な利点がある。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のクロスフ
ィールド増幅管においては、遅波回路の入力端又は出力
端からストラップに沿ってL/6の範囲にある一個又は
複数個の共振器の共振周波数をそれら以外の共振器の共
振周波数と異ならせた構造とすることにより、遅波回路
の遮断周波数近傍に生じる不要電波成分は、効果的かつ
充分に抑制され、安定度の高い動作特性が得られる。
【0023】また更に、共振器の共振周波数を異ならせ
る手段として、ストラップの一部をベーンがある側と反
対の側に突出させてストラップ相互対向面の面積を局部
的に拡げた構造とすることにより、上記クロスフィール
ド増幅管を調整容易なものとして実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明クロスフィールド増幅管の一実施例の横
断面図とそのAOA′断面図である。
【図2】本発明クロスフィールド増幅管の別の実施例の
縱断面図と部分拡大図である。
【図3】金属片の固定位置による不要電波成分のQ値の
変化を示した図である。
【図4】本発明クロスフィールド増幅管の別の実施例の
横断面図とそのAOA′断面図である。
【図5】同じく本発明クロスフィールド増幅管の別の実
施例の横断面図とそのAOA′断面図である。
【符号の説明】
1,1′:ベーン、2,2′:ストラップ、4:陽極円
筒、5:陰極、12,13:金属片、14,14′:ス
トラップの突出部分。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平行二線のストラップと前記ストラップ
    に交互に接続された複数個のベーンとよりなる遅波回
    路、を有するクロスフィールド増幅管において、隣接し
    たベーン間に形成される共振器に関し、前記遅波回路の
    入力端のベーン又は出力端のベーンから前記ストラップ
    に沿ってL/6(ここで、L:前記ストラップの入・出
    力端間の線路長)までの範囲内にある一個又は複数個の
    共振器の共振周波数を、それら以外の共振器の共振周波
    数と異ならせたことを特徴とするクロスフィールド増幅
    管。
  2. 【請求項2】 前記ベーン又は前記ストラップに、金属
    片又は誘電体片を固着することにより、前記範囲内にあ
    る一個又は複数個の共振器の共振周波数を、それら以外
    の共振器の共振周波数と異ならせたことを特徴とする請
    求項1のクロスフィールド増幅管。
  3. 【請求項3】 前記ストラップの相互間隔を局部的に拡
    げ若しくは狭めた部分、又は前記ストラップの相互対向
    面の面積を局部的に拡げ若しくは狭めた部分を設けるこ
    とにより、前記範囲内にある一個又は複数個の共振器の
    共振周波数を、それら以外の共振器の共振周波数と異な
    らせたことを特徴とする請求項1のクロスフィールド増
    幅管。
  4. 【請求項4】 前記ストラップの一部を前記ベーンがあ
    る側と反対の側に突出させることにより、前記ストラッ
    プの相互対向面の面積を局部的に拡げたことを特徴とす
    る請求項3のクロスフィールド増幅管。
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