JP3144883B2 - モード変換器 - Google Patents
モード変換器Info
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- JP3144883B2 JP3144883B2 JP07695292A JP7695292A JP3144883B2 JP 3144883 B2 JP3144883 B2 JP 3144883B2 JP 07695292 A JP07695292 A JP 07695292A JP 7695292 A JP7695292 A JP 7695292A JP 3144883 B2 JP3144883 B2 JP 3144883B2
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- Waveguides (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジャィロトロン装置や
大電力ミリ波伝送系で用いられるモード変換器に関す
る。
大電力ミリ波伝送系で用いられるモード変換器に関す
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、回廊モードのジャイロトロン装置が有望視され
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、回廊モードのジャイロトロン装置が有望視され
ている。
【０００３】回廊モードは、導波管での伝送損失が大き
いため、発振源から数十メートル離れた核融合炉までの
大電力伝送には不向きである。そこで、回廊モードのジ
ャイロトロン装置では、発振管内部においてモード変換
器で回廊モードから自由空間を伝播可能なビーム状の電
磁波に変換して出力するようにしている。
いため、発振源から数十メートル離れた核融合炉までの
大電力伝送には不向きである。そこで、回廊モードのジ
ャイロトロン装置では、発振管内部においてモード変換
器で回廊モードから自由空間を伝播可能なビーム状の電
磁波に変換して出力するようにしている。
【０００４】図４にはモード変換器内蔵型のジャイロト
ロン装置が示されている。すなわち、この装置は、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。
ロン装置が示されている。すなわち、この装置は、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。
【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、いわゆるヴラソフ型の
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１１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、いわゆるヴラソフ型の
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１１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装置
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２
７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。
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２
７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
よって回廊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
よって回廊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
播可能なビーム状に変換される。ビーム状に変換された
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
播可能なビーム状に変換される。ビーム状に変換された
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
ャイロトロン装置にあっては、モード変換器１０の放射
開口端におけるミリ波の回折散乱が多く、回廊モードか
らビーム状の電磁波への変換効率が低いという問題があ
った。
ャイロトロン装置にあっては、モード変換器１０の放射
開口端におけるミリ波の回折散乱が多く、回廊モードか
らビーム状の電磁波への変換効率が低いという問題があ
った。
【００１１】この問題を解決するために、最近では、た
とえばＰＣＴ出願公開番号ＷＯ9007800 の明細書（以
下、従来例と言う。）に示されているように、円形導波
管の内部に螺旋状に収束鏡と発散鏡とを交互に配置した
凹凸のある導波管を用い、回廊モードのミリ波を発散鏡
で散乱させた後に収束鏡に徐々に集め、最後の収束鏡か
らビーム状にして放射するようにしたモード変換器が提
案されている。
とえばＰＣＴ出願公開番号ＷＯ9007800 の明細書（以
下、従来例と言う。）に示されているように、円形導波
管の内部に螺旋状に収束鏡と発散鏡とを交互に配置した
凹凸のある導波管を用い、回廊モードのミリ波を発散鏡
で散乱させた後に収束鏡に徐々に集め、最後の収束鏡か
らビーム状にして放射するようにしたモード変換器が提
案されている。
【００１２】図５および図６には上記従来例のモード変
換器を構成する凹凸のある導波管３１の内面形状を表し
た鳥瞰図および周方向展開図が示されている。この凹凸
のある導波管３１では、収束鏡３２と発散鏡３３とを１
つの螺旋線３４に沿って交互に配置している。ここで、
従来例では、収束鏡３２とは導波管内面形状が軸方向に
凹、周方向には凸になっている領域であると規定し、発
散鏡３３とは導波管内面形状が軸方向、周方向共に凹に
なっている領域であると規定している。なお、３２′は
収束鏡３２の頂部を示し、３３′は発散鏡３３の頂部を
示している。
換器を構成する凹凸のある導波管３１の内面形状を表し
た鳥瞰図および周方向展開図が示されている。この凹凸
のある導波管３１では、収束鏡３２と発散鏡３３とを１
つの螺旋線３４に沿って交互に配置している。ここで、
従来例では、収束鏡３２とは導波管内面形状が軸方向に
凹、周方向には凸になっている領域であると規定し、発
散鏡３３とは導波管内面形状が軸方向、周方向共に凹に
なっている領域であると規定している。なお、３２′は
収束鏡３２の頂部を示し、３３′は発散鏡３３の頂部を
示している。
【００１３】ミリ波を放射する放射開口部のエッジ部に
おけるミリ波の回折効果は、このエッジ部におけるミリ
波のエネルギ密度が大きい程大きくなる。したがって、
上記構成のモード変換器では、図４に示したヴラソフ型
のモード変換器に較べて放射されるミリ波の分布形状が
ガウシアンビームに近いため、放射開口部のエッジ部に
おけるミリ波電力密度を低くでき、ミリ波の回折散乱を
少なくできると予想される。
おけるミリ波の回折効果は、このエッジ部におけるミリ
波のエネルギ密度が大きい程大きくなる。したがって、
上記構成のモード変換器では、図４に示したヴラソフ型
のモード変換器に較べて放射されるミリ波の分布形状が
ガウシアンビームに近いため、放射開口部のエッジ部に
おけるミリ波電力密度を低くでき、ミリ波の回折散乱を
少なくできると予想される。
【００１４】従来例では、発散鏡とは凹凸のある導波管
内面の軸方向、周方向共に凹になっている領域であると
規定しているが、実際に発散効果が最も強く、ミリ波の
エネルギ密度が最も低くなるのは、導波管内面の軸方向
には凸、周方向には凹になっている領域である。したが
って、本来は導波管内面の軸方向には凸、周方向には凹
になっている領域を発散鏡と呼ぶべきである。
内面の軸方向、周方向共に凹になっている領域であると
規定しているが、実際に発散効果が最も強く、ミリ波の
エネルギ密度が最も低くなるのは、導波管内面の軸方向
には凸、周方向には凹になっている領域である。したが
って、本来は導波管内面の軸方向には凸、周方向には凹
になっている領域を発散鏡と呼ぶべきである。
【００１５】従来例において、凹凸のある導波管の放射
開口部のエッジ部は、最後の収束鏡の端であるとされて
おり、これ以上の詳しい記述はない。この導波管が収束
鏡と発散鏡との繰り返し構造になっていることから、最
後の収束鏡の端とは、次に仮想される発散鏡との境界線
と解釈される。しかし、この導波管３１内を通るミリ波
は、発散鏡では散乱されて弱められ、徐々に収束鏡に収
束されていくので、この導波管３１の最後部付近の壁面
上において最もミリ波のエネルギ密度が低いのは発散鏡
の頂点であって、収束鏡の端ではない。したがって、従
来例のように収束鏡の端を導波管の出力端、すなわち放
射開口部のエッジ部とした場合には、ここでミリ波の回
折散乱が起こる虞がある。
開口部のエッジ部は、最後の収束鏡の端であるとされて
おり、これ以上の詳しい記述はない。この導波管が収束
鏡と発散鏡との繰り返し構造になっていることから、最
後の収束鏡の端とは、次に仮想される発散鏡との境界線
と解釈される。しかし、この導波管３１内を通るミリ波
は、発散鏡では散乱されて弱められ、徐々に収束鏡に収
束されていくので、この導波管３１の最後部付近の壁面
上において最もミリ波のエネルギ密度が低いのは発散鏡
の頂点であって、収束鏡の端ではない。したがって、従
来例のように収束鏡の端を導波管の出力端、すなわち放
射開口部のエッジ部とした場合には、ここでミリ波の回
折散乱が起こる虞がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、円形導波
管内部に螺旋状に収束鏡と発散鏡とを交互に配置した凹
凸のある導波管で構成された従来のモード変換器にあっ
ては、ミリ波の回折散乱を最少に抑えることが原理的に
困難で、十分高い変換効率が得られない問題があった。
管内部に螺旋状に収束鏡と発散鏡とを交互に配置した凹
凸のある導波管で構成された従来のモード変換器にあっ
ては、ミリ波の回折散乱を最少に抑えることが原理的に
困難で、十分高い変換効率が得られない問題があった。
【００１７】そこで本発明は、円形導波管内部に螺旋状
に収束鏡と発散鏡とを配置した凹凸のある導波管を用い
るものにおいて、高い変換効率が得られるモード変換器
を提供することを目的としている。
に収束鏡と発散鏡とを配置した凹凸のある導波管を用い
るものにおいて、高い変換効率が得られるモード変換器
を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るモード変換器では、凹凸のある導波管
の出力端、すなわち放射開口部のエッジ部が、上記導波
管の内面形状を周方向に展開した展開図上において近接
する発散鏡の頂点間を結ぶ直線の組合わせで表される位
置に設けられている。
に、本発明に係るモード変換器では、凹凸のある導波管
の出力端、すなわち放射開口部のエッジ部が、上記導波
管の内面形状を周方向に展開した展開図上において近接
する発散鏡の頂点間を結ぶ直線の組合わせで表される位
置に設けられている。
【００１９】
【作用】放射開口部のエッジ部でのミリ波のエネルギ密
度を最低にでき、この結果、エッジ部で発生するミリ波
の回折散乱を最少に抑えることが可能となる。
度を最低にでき、この結果、エッジ部で発生するミリ波
の回折散乱を最少に抑えることが可能となる。
【００２０】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
る。
【００２１】図１には本発明の一実施例に係るモード変
換器を構成している凹凸のある導波管４０の内面形状を
表した鳥瞰図が示されている。また、図２には同導波管
４０の内面形状の周方向展開図が半径の大小を等高線で
表して示されている。さらに、図３には同導波管４０の
内面形状の周方向展開鳥瞰図が示されている。なお、図
１と図３では凹凸が強調されて描かれている。また、判
り易くするために、図２には実際には存在していない部
分も描かれている。そして、これらの図において、４３
は発散鏡を示し、４５は収束鏡を示し、４３′は発散鏡
４３の頂部を示し、４５′は収束鏡４５の頂部を示して
いる。ここで言う発散鏡４３とは、導波管内面形状が軸
方向には凸、周方向には凹になっている領域を指す。
換器を構成している凹凸のある導波管４０の内面形状を
表した鳥瞰図が示されている。また、図２には同導波管
４０の内面形状の周方向展開図が半径の大小を等高線で
表して示されている。さらに、図３には同導波管４０の
内面形状の周方向展開鳥瞰図が示されている。なお、図
１と図３では凹凸が強調されて描かれている。また、判
り易くするために、図２には実際には存在していない部
分も描かれている。そして、これらの図において、４３
は発散鏡を示し、４５は収束鏡を示し、４３′は発散鏡
４３の頂部を示し、４５′は収束鏡４５の頂部を示して
いる。ここで言う発散鏡４３とは、導波管内面形状が軸
方向には凸、周方向には凹になっている領域を指す。
【００２２】導波管４０の入力端４１は図示しない円形
導波管に接続されており、ここから入力された回廊モー
ドのミリ波は、螺旋線４２上に配置された発散鏡４３で
散乱され、螺旋線４４上に配置された収束鏡４５に徐々
に収束され、ビーム状になっていき、最後の収束鏡４５
で反射された後に出力端、つまり放射開口部４６から放
射される。
導波管に接続されており、ここから入力された回廊モー
ドのミリ波は、螺旋線４２上に配置された発散鏡４３で
散乱され、螺旋線４４上に配置された収束鏡４５に徐々
に収束され、ビーム状になっていき、最後の収束鏡４５
で反射された後に出力端、つまり放射開口部４６から放
射される。
【００２３】このとき、放射開口部４６のエッジ部４７
において、ミリ波の回折効果が発生してミリ波の一部が
散乱しようとする。しかし、この実施例では、図２に示
すように、周方向展開図上において近接する発散鏡４３
の頂点４３′間を結ぶ直線の組合せで表わされる位置に
エッジ部４７が形成されている。すなわち、図２におい
て、エッジ部４７を示す太い実線より図中右側の部分は
実際には存在していない構造となっている。したがっ
て、エッジ部４７でのミリ波電力密度を最小にでき、回
折散乱を最少に抑えることができる。
において、ミリ波の回折効果が発生してミリ波の一部が
散乱しようとする。しかし、この実施例では、図２に示
すように、周方向展開図上において近接する発散鏡４３
の頂点４３′間を結ぶ直線の組合せで表わされる位置に
エッジ部４７が形成されている。すなわち、図２におい
て、エッジ部４７を示す太い実線より図中右側の部分は
実際には存在していない構造となっている。したがっ
て、エッジ部４７でのミリ波電力密度を最小にでき、回
折散乱を最少に抑えることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、放射開
口部のエッジ部で発生するミリ波の回折効果を最小にす
ることができるので、回廊モードからビーム状への変換
効率を向上できる。
口部のエッジ部で発生するミリ波の回折効果を最小にす
ることができるので、回廊モードからビーム状への変換
効率を向上できる。
【図１】本発明の一実施例に係るモード変換器を構成し
ている導波管の内面形状を表す鳥瞰図、
ている導波管の内面形状を表す鳥瞰図、
【図２】同導波管を周方向に展開した図、
【図３】同導波管の内面形状を示す周方向展開鳥瞰図、
【図４】モード変換器内蔵型のジャイロトロン装置の断
面図、
面図、
【図５】従来のモード変換器を構成している導波管の内
面形状を表す鳥瞰図、
面形状を表す鳥瞰図、
【図６】同導波管の内面形状を示す周方向展開鳥瞰図。
４０…導波管 ４２，４４…螺旋
線 ４３…発散鏡 ４５…収束鏡 ４６…放射開口部 ４７…エッジ部
線 ４３…発散鏡 ４５…収束鏡 ４６…放射開口部 ４７…エッジ部
Claims (1)
- 【請求項１】円形導波管の内部に螺旋状に収束鏡と発散
鏡とを配置したモード変換器において、前記円形導波管
における放射開口部のエッジが、上記円形導波管の内面
形状を周方向に展開した展開図上において近接する発散
鏡の頂点間を結ぶ直線の組合せで表わされる位置に設け
られていることを特徴とするモード変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07695292A JP3144883B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | モード変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07695292A JP3144883B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | モード変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283015A JPH05283015A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3144883B2 true JP3144883B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=13620117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07695292A Expired - Lifetime JP3144883B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | モード変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144883B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450595A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-02-22 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种双束输出的准光模式变换装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001338586A (ja) | 2000-05-29 | 2001-12-07 | Japan Atom Energy Res Inst | モード変換器およびそれを備えたジャイロトロン装置 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP07695292A patent/JP3144883B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450595A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-02-22 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种双束输出的准光模式变换装置 |
| CN106450595B (zh) * | 2016-11-21 | 2021-08-17 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种双束输出的准光模式变换装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05283015A (ja) | 1993-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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