JP3144882B2 - ジャイロトロン発振管 - Google Patents
ジャイロトロン発振管Info
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- JP3144882B2 JP3144882B2 JP07694792A JP7694792A JP3144882B2 JP 3144882 B2 JP3144882 B2 JP 3144882B2 JP 07694792 A JP07694792 A JP 07694792A JP 7694792 A JP7694792 A JP 7694792A JP 3144882 B2 JP3144882 B2 JP 3144882B2
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- JP
- Japan
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- mode
- oscillation
- gyrotron
- cavity resonator
- tube
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- Microwave Tubes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ミリ波帯で大電力の電
磁波を出力するジャイロトロン発振管に関する。
磁波を出力するジャイロトロン発振管に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、核融合炉のプラズマを加熱する手
段として電磁波を用いる方法が検討されている。核融合
炉のプラズマを加熱するには、周波数が100 ＧＨｚ以上
で、500 ｋＷ乃至1 ＭＷの電磁波を少なくとも数秒間発
生し得る発振管を必要とする。この条件を満たす発振管
として、モード変換器内蔵型のウィスパリングギャラリ
ーモードのジャイロトロン発振管が注目されている。
段として電磁波を用いる方法が検討されている。核融合
炉のプラズマを加熱するには、周波数が100 ＧＨｚ以上
で、500 ｋＷ乃至1 ＭＷの電磁波を少なくとも数秒間発
生し得る発振管を必要とする。この条件を満たす発振管
として、モード変換器内蔵型のウィスパリングギャラリ
ーモードのジャイロトロン発振管が注目されている。
【０００３】このジャイロトロン発振管は、発振モード
にウィスパリングギャラリーモードを使用し、管内部に
おいてモード変換器でウィスパリングギャラリーモード
からＴＥＭモードの電磁波に変換して出力するもので、
たとえば図２に示すように構成されている。
にウィスパリングギャラリーモードを使用し、管内部に
おいてモード変換器でウィスパリングギャラリーモード
からＴＥＭモードの電磁波に変換して出力するもので、
たとえば図２に示すように構成されている。
【０００４】すなわち、内部が真空状態に保たれた管本
体１の一端側にマグネトロン入射電子銃（以下、ＭＩＧ
と略称する。）２を装着している。また、管本体１の壁
でＭＩＧ２に対向する位置にＭＩＧ２から出射された電
子ビームを捕捉するコレクタ３を設けている。そして、
ＭＩＧ２とコレクタ３との間に、ＭＩＧ２側から順にビ
ームトンネル４、空胴共振器５と円筒テーパ導波管６か
らなる高周波回路７を設けている。
体１の一端側にマグネトロン入射電子銃（以下、ＭＩＧ
と略称する。）２を装着している。また、管本体１の壁
でＭＩＧ２に対向する位置にＭＩＧ２から出射された電
子ビームを捕捉するコレクタ３を設けている。そして、
ＭＩＧ２とコレクタ３との間に、ＭＩＧ２側から順にビ
ームトンネル４、空胴共振器５と円筒テーパ導波管６か
らなる高周波回路７を設けている。
【０００５】円筒テーパ導波管６の出力端付近には、放
射器８および反射鏡９からなるモード変換器１０が配置
されている。モード変換器１０を介して放射される電磁
波の経路には、管本体１の内部から外部へと電磁波を導
く出力導波管１１が接続されており、この出力導波管１
１の先端部には出力窓１２が取り付けられている。
射器８および反射鏡９からなるモード変換器１０が配置
されている。モード変換器１０を介して放射される電磁
波の経路には、管本体１の内部から外部へと電磁波を導
く出力導波管１１が接続されており、この出力導波管１
１の先端部には出力窓１２が取り付けられている。
【０００６】ＭＩＧ２は、管本体１の内側に向けて突設
された陰極２１と、その回りに対向配置された円筒状の
陽極２２と、これらに磁界を印加するマグネット２３と
で構成されている。そして、陰極２１と陽極２２との
間、陽極２２とビームトンネル４およびコレクタ３との
間には、それぞれ高圧電源２５，２６が接続されてい
る。また、管本体１の回りで、空胴共振器５を囲む位置
にはマグネット２７が装着されている。なお、図中２４
は陰極２１を加熱するためのヒータ電源を示している。
された陰極２１と、その回りに対向配置された円筒状の
陽極２２と、これらに磁界を印加するマグネット２３と
で構成されている。そして、陰極２１と陽極２２との
間、陽極２２とビームトンネル４およびコレクタ３との
間には、それぞれ高圧電源２５，２６が接続されてい
る。また、管本体１の回りで、空胴共振器５を囲む位置
にはマグネット２７が装着されている。なお、図中２４
は陰極２１を加熱するためのヒータ電源を示している。
【０００７】このように構成されたジャイロトロン発振
管では次のような原理で電磁波を発生させる。すなわ
ち、ヒータ電源２４を投入するとともに高圧電源２５，
２６を投入すると、ＭＩＧ２から螺旋運動を行う円筒状
の電子ビームが出射する。この電子ビームは、マグネッ
ト２７によって形成されたミラー磁界のもとでサイクロ
トロン運動を行いながらビームトンネル４を通過して空
胴共振器５に入射する。
管では次のような原理で電磁波を発生させる。すなわ
ち、ヒータ電源２４を投入するとともに高圧電源２５，
２６を投入すると、ＭＩＧ２から螺旋運動を行う円筒状
の電子ビームが出射する。この電子ビームは、マグネッ
ト２７によって形成されたミラー磁界のもとでサイクロ
トロン運動を行いながらビームトンネル４を通過して空
胴共振器５に入射する。
【０００８】空胴共振器５に入射した電子ビームは、空
胴共振器５内において高周波電界との相互作用により、
その運動エネルギの一部を高周波電界に与える。これに
よってウィスパリングギャラリーモードの電磁波が生成
される。エネルギを失った電子ビームは、円筒テーパ導
波管６と放射器８とを通過してコレクタ３に捕捉され
る。
胴共振器５内において高周波電界との相互作用により、
その運動エネルギの一部を高周波電界に与える。これに
よってウィスパリングギャラリーモードの電磁波が生成
される。エネルギを失った電子ビームは、円筒テーパ導
波管６と放射器８とを通過してコレクタ３に捕捉され
る。
【０００９】一方、空胴共振器５において電子ビームと
高周波電界との相互作用によって発生した電磁波は、円
筒テーパ導波管６を通ってモード変換器１０に入射し、
放射器８から反射鏡９に向かって放射されて真空中を伝
搬するＴＥＭモードに変換される。ＴＥＭモードに変換
された電磁波は、出力窓１２を介して外部に放射され
る。
高周波電界との相互作用によって発生した電磁波は、円
筒テーパ導波管６を通ってモード変換器１０に入射し、
放射器８から反射鏡９に向かって放射されて真空中を伝
搬するＴＥＭモードに変換される。ＴＥＭモードに変換
された電磁波は、出力窓１２を介して外部に放射され
る。
【００１０】しかしながら、上記のように構成されたジ
ャイロトロン発振管にあっても次のような問題があっ
た。すなわち、このジャイロトロン発振管では、空胴共
振器５によって励振される電磁波の発振モードとして、
円筒導波管内の伝送モードであるＴＥmnモードのうち、
m に対してn が十分小さく、かつn =2〜3 のウィスパリ
ングギャラリーモードと呼ばれるモードが使用される。
一般に、これらのモードには動径方向に逆向きに回転す
る２つのモードが存在し、電子の旋回方向と同一方向に
回転するモードは(-) モード、逆方向に回転するモード
は(+) モードと呼ばれている。上述したジャイロトロン
発振管では、通常、(-) モードが発振モードとして使用
される。ウィスパリングギャラリーモードが使用される
理由は、電磁界のピークが空胴共振器５の壁面近くに存
在するため、他のモードとのモード競合が少なく、単一
モードでの発振が可能であるという利点による。
ャイロトロン発振管にあっても次のような問題があっ
た。すなわち、このジャイロトロン発振管では、空胴共
振器５によって励振される電磁波の発振モードとして、
円筒導波管内の伝送モードであるＴＥmnモードのうち、
m に対してn が十分小さく、かつn =2〜3 のウィスパリ
ングギャラリーモードと呼ばれるモードが使用される。
一般に、これらのモードには動径方向に逆向きに回転す
る２つのモードが存在し、電子の旋回方向と同一方向に
回転するモードは(-) モード、逆方向に回転するモード
は(+) モードと呼ばれている。上述したジャイロトロン
発振管では、通常、(-) モードが発振モードとして使用
される。ウィスパリングギャラリーモードが使用される
理由は、電磁界のピークが空胴共振器５の壁面近くに存
在するため、他のモードとのモード競合が少なく、単一
モードでの発振が可能であるという利点による。
【００１１】しかし、ウィスパリングギャラリーモード
で使用すると、空胴共振器５の熱負荷が大きくなるとい
う欠点がある。すなわち、空胴共振器５の熱負荷は、円
形ＴＥmnモードの固有値をxmn としたとき、（xmn 2 −
m 2 ) 0.5 に反比例する。したがって、xmn 〜m のウィ
スパリングギャラリーモードは熱負荷の軽減には不向き
である。このため、1 ＭＷ連続発振を目標としているジ
ャイロトロン発振管において、現在採用されているm =1
5 までのウィスパリングギャラリーモードを使用する
と、空胴共振器５の熱負荷が大きくなり過ぎて対処でき
なくなる。
で使用すると、空胴共振器５の熱負荷が大きくなるとい
う欠点がある。すなわち、空胴共振器５の熱負荷は、円
形ＴＥmnモードの固有値をxmn としたとき、（xmn 2 −
m 2 ) 0.5 に反比例する。したがって、xmn 〜m のウィ
スパリングギャラリーモードは熱負荷の軽減には不向き
である。このため、1 ＭＷ連続発振を目標としているジ
ャイロトロン発振管において、現在採用されているm =1
5 までのウィスパリングギャラリーモードを使用する
と、空胴共振器５の熱負荷が大きくなり過ぎて対処でき
なくなる。
【００１２】そこで、空胴共振器５の熱負荷を小さくす
るためには、さらに高次のウィスパリングギャラリーモ
ードを使用する必要がある。しかし、このような高次の
ウィスパリングギャラリーモードでは、ウィスパリング
ギャラリーモードといえどもモード競合が起こり、単一
モードでの発振が困難となる。
るためには、さらに高次のウィスパリングギャラリーモ
ードを使用する必要がある。しかし、このような高次の
ウィスパリングギャラリーモードでは、ウィスパリング
ギャラリーモードといえどもモード競合が起こり、単一
モードでの発振が困難となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のジ
ャイロトロン発振管では、空胴共振器の熱負荷を小さく
するために、高次のウィスパリングギャラリーモードを
使用しようとすると、モード競合が起こり、単一モード
での発振が困難となる不具合があった。
ャイロトロン発振管では、空胴共振器の熱負荷を小さく
するために、高次のウィスパリングギャラリーモードを
使用しようとすると、モード競合が起こり、単一モード
での発振が困難となる不具合があった。
【００１４】そこで本発明は、空胴共振器の熱負荷を小
さな値に抑えると同時にモード競合を少なくでき、もっ
て大出力化が可能なジャイロトロン発振管を提供するこ
とを目的としている。
さな値に抑えると同時にモード競合を少なくでき、もっ
て大出力化が可能なジャイロトロン発振管を提供するこ
とを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るジャイロトロン発振管では、空胴共振
器が、電子ビームの入射する側を基準にして順に配置さ
れた円筒テーパ導波管と、円筒直線導波管と、発振モー
ドの回転方向によって放射波または収束波のどちらかを
発生する放射型モード変換器と、反射鏡と、部分反射鏡
とで構成されている。
に、本発明に係るジャイロトロン発振管では、空胴共振
器が、電子ビームの入射する側を基準にして順に配置さ
れた円筒テーパ導波管と、円筒直線導波管と、発振モー
ドの回転方向によって放射波または収束波のどちらかを
発生する放射型モード変換器と、反射鏡と、部分反射鏡
とで構成されている。
【００１６】
【作用】このように構成されたジャイロトロン発振管で
は、放射型モード変換器において、放射波となる回転モ
ードに対しては部分反射鏡との間で共振状態が形成され
ないので、必要な回転モードだけを発振させることがで
きる。したがって、大電力で、かつ単一モードで安定に
発振させることが可能となる。
は、放射型モード変換器において、放射波となる回転モ
ードに対しては部分反射鏡との間で共振状態が形成され
ないので、必要な回転モードだけを発振させることがで
きる。したがって、大電力で、かつ単一モードで安定に
発振させることが可能となる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
る。
【００１８】図１には本発明の一実施例に係るジャイロ
トロン発振管が示されている。なお、この図では、図２
と同一機能部分が同一符号で示してある。したがって、
重複する部分の説明は省略する。このジャイロトロン発
振管が従来の発振管と異なる点は、空胴共振器４０の構
成にある。
トロン発振管が示されている。なお、この図では、図２
と同一機能部分が同一符号で示してある。したがって、
重複する部分の説明は省略する。このジャイロトロン発
振管が従来の発振管と異なる点は、空胴共振器４０の構
成にある。
【００１９】空胴共振器４０は、ビームトンネル４側か
ら順に配置された円筒テーパ導波管４１と、円筒直線導
波管４２と、放射型モード変換器４３と、反射鏡４４
と、周縁部だけが反射機能を有する部分反射鏡４５とで
構成されている。
ら順に配置された円筒テーパ導波管４１と、円筒直線導
波管４２と、放射型モード変換器４３と、反射鏡４４
と、周縁部だけが反射機能を有する部分反射鏡４５とで
構成されている。
【００２０】このように構成された空胴共振器４０にお
いては、放射型モード変換器４３から出射する波が収束
波となる方向の回転モード場合に、放射型モード変換器
４３から出射した波が反射鏡４４によって部分反射鏡４
５の非反射部に収束され、一部が部分反射鏡４５の反射
部によって反射され、放射型モード変換器４３によって
導波管モードに変換されて円筒直線導波管４２と円筒テ
ーパ導波管４１に入射する。したがって、円筒テーパ導
波管４１の入り口で遮断条件を満たすモードの波に対し
ては共振器を構成する。
いては、放射型モード変換器４３から出射する波が収束
波となる方向の回転モード場合に、放射型モード変換器
４３から出射した波が反射鏡４４によって部分反射鏡４
５の非反射部に収束され、一部が部分反射鏡４５の反射
部によって反射され、放射型モード変換器４３によって
導波管モードに変換されて円筒直線導波管４２と円筒テ
ーパ導波管４１に入射する。したがって、円筒テーパ導
波管４１の入り口で遮断条件を満たすモードの波に対し
ては共振器を構成する。
【００２１】一方、放射型モード変換器４３から出射す
る波が放射波となる方向の回転モードに場合には、放射
型モード変換器４３から出射した波が反射鏡４４を介し
ても収束されないので共振器を構成できない。
る波が放射波となる方向の回転モードに場合には、放射
型モード変換器４３から出射した波が反射鏡４４を介し
ても収束されないので共振器を構成できない。
【００２２】このように空胴共振器４０を構成するとと
もに発振モードとしてウィスパリングギャラリーモード
の(-) モードを選ぶことによって、モード競合の少ない
単一モード発振の可能なジャイロトロン発振管を構成で
きる。すなわち、ウィスパリングギャラリーモードの
(-) モードを発振モードに選んだ場合、このモードとの
競合が厳しいモードは回転波の異なる(+) モードであ
る。たとえば、発振モードにＴＥ22,2(-) モードを選ん
だ場合には、競合モードはＴＥ15,4(+) モードとＴＥ1
2,5(+) モードとなるが、上述した空胴共振器４０で
は、これらの(+) モードに対しては共振状態を構成しな
いので、ＴＥ22,2(-) モードの単一発振が容易に得ら
れ、結局、大電力で安定に発振させることができる。
もに発振モードとしてウィスパリングギャラリーモード
の(-) モードを選ぶことによって、モード競合の少ない
単一モード発振の可能なジャイロトロン発振管を構成で
きる。すなわち、ウィスパリングギャラリーモードの
(-) モードを発振モードに選んだ場合、このモードとの
競合が厳しいモードは回転波の異なる(+) モードであ
る。たとえば、発振モードにＴＥ22,2(-) モードを選ん
だ場合には、競合モードはＴＥ15,4(+) モードとＴＥ1
2,5(+) モードとなるが、上述した空胴共振器４０で
は、これらの(+) モードに対しては共振状態を構成しな
いので、ＴＥ22,2(-) モードの単一発振が容易に得ら
れ、結局、大電力で安定に発振させることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大電力化に適した高次のウィスパリングギャラリーモー
ドを発振モードに使用した場合でも、モード競合が少な
く、単一モードの発振が容易に得られるため、大電力
で、かつ安定に動作するジャイロトロン発振管を提供で
きる。
大電力化に適した高次のウィスパリングギャラリーモー
ドを発振モードに使用した場合でも、モード競合が少な
く、単一モードの発振が容易に得られるため、大電力
で、かつ安定に動作するジャイロトロン発振管を提供で
きる。
【図１】本発明の一実施例に係るジャィロトロン発振管
の概略断面図、
の概略断面図、
【図２】従来のジャィロトロン発振管の概略断面図。
１…管本体 ２…マグネトロン
入射電子銃 ３…コレクタ ４…ビームトンネ
ル １２…透過窓 ２３，２７…マグ
ネット ４０…空胴共振器 ４１…円筒テーパ
導波管 ４２…円筒直線導波管 ４３…放射型モー
ド変換器 ４４…反射鏡 ４５…部分反射鏡
入射電子銃 ３…コレクタ ４…ビームトンネ
ル １２…透過窓 ２３，２７…マグ
ネット ４０…空胴共振器 ４１…円筒テーパ
導波管 ４２…円筒直線導波管 ４３…放射型モー
ド変換器 ４４…反射鏡 ４５…部分反射鏡
Claims (1)
- 【請求項１】螺旋運動する電子ビームを形成して出射す
る電子銃と、前記電子ビームとの相互作用により電磁波
を発生する空胴共振器と、電子ビームを捕捉するための
コレクタと、前記空胴共振器で発生した電磁波を外部へ
導く手段とを備えたジャイロトロン発振管において、前
記空胴共振器は、前記電子ビームが入射する側を基準に
して順に配置された円筒テーパ導波管と、円筒直線導波
管と、放射型モード変換器と、反射鏡と、部分反射鏡と
で構成されていることを特徴とするジャイロトロン発振
管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07694792A JP3144882B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ジャイロトロン発振管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07694792A JP3144882B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ジャイロトロン発振管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283013A JPH05283013A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3144882B2 true JP3144882B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=13619959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07694792A Expired - Lifetime JP3144882B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ジャイロトロン発振管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144882B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60133421U (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-05 | 日本電信電話株式会社 | 光フアイバケ−ブル |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP07694792A patent/JP3144882B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05283013A (ja) | 1993-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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