JP3169073B2 - 輻射冷却型進行波管のコレクタ - Google Patents

輻射冷却型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】本発明は進行波管のコレクタ
の冷却構造に関し、特に人工衛星に搭載される輻射冷却
型進行波管のコレクタに関する。
【0002】
【従来の技術】衛星通信用のマイクロ波増幅器には、高
利得で、広帯域な周波数特性を持つ進行波管が一般に用
いられている。進行波管は電子ビームを発生する電子銃
と、マイクロ波を電子ビームと相互作用させて増幅する
遅波回路と、マイクロ波との相互作用を終えた電子ビー
ムを捕捉するコレクタと、マイクロ波の入出力窓とを有
する。遅波回路からコレクタへ入射する電子ビーム中の
電子の大半はマイクロ波との相互作用の強さに比例して
エネルギーを失うが、中にはエネルギーをほとんど失わ
ないものがある。その結果、コレクタに入射する電子ビ
ーム中の電子の速度がそれぞれ異なり、速度分布が生じ
る。このように速度分布を持つようになった電子ビーム
中の電子は所定の正の電位のコレクタ電極で捕捉され
る。また、電子ビームがコレクタ電極で捕捉されたと
き、コレクタ電極からは熱が発生する。このときの熱量
は、電子ビームの持つエネルギーとコレクタ電極の電圧
に相当するエネルギーとの差分で発生する。
【0003】人工衛星に搭載される進行波管には、小
型、軽量で、消費電力が少なく、効率の良いことが一般
に強く要求される。しかし、上記のコレクタの場合、コ
レクタ電極の電圧が一定であるので、電子によっては捕
捉するのに必要以上の電力が使われて効率が悪い。その
ため、衛星搭載用進行波管のコレクタには、コレクタ電
極を多段に配置してなる多段コレクタが広く採用されて
いる。この多段コレクタは、それぞれ異なった電圧が印
加された複数のコレクタ電極により、マイクロ波との相
互作用を終えて速度分布を持つようになった電子ビーム
中の電子をその速度に応じて分別して捕捉するものであ
る。これにより、速度分布を持った電子ビームを効率良
く捕捉できるので、消費電力が小さくなると共に、コレ
クタでの発生熱量を減少させることができる。
【0004】このような衛星搭載用進行波管は、衛星搭
載機器の中での発熱量の大部分を占める。特にその進行
波管の中でも発熱量の最も大きいコレクタの熱処理が衛
星システムの重要項目である。衛星搭載用進行波管に
は、その冷却方式から大別して、伝導冷却型と輻射冷却
型との2種類がある。
【0005】前者の伝導冷却型の進行波管は例えば特開
平7−52899に示されるように、コレクタ部分を衛
星本体のパネルの内側に設置し、コレクタ部分からの熱
を衛星本体のパネルの外側に設置された熱放出器に、衛
星本体のパネルとは熱的に隔絶した状態で伝える構造を
採っている。しかし、構造が複雑になるため、一般的な
ものにまで至っていない。
【0006】後者の輻射冷却型の進行波管は、コレクタ
部分を衛星外壁の外に突き出した状態で衛星本体に据え
付けられ、コレクタで発生する熱を直接に宇宙空間に輻
射することで衛星本体の熱負荷を低減させるものであ
る。図2に、従来の輻射冷却型進行波管のコレクタ部分
の断面を示す。従来の輻射冷却型進行波管のコレクタ部
分は例えば実開平2−5858号公報によって公開され
ており、図2に示すように真空外囲器25内に複数のコ
レクタ電極21,22,23,24が絶縁セラミック2
6,27,28を介して支持されたものである。輻射冷
却型進行波管は衛星本体の熱負荷を低減させるという経
緯を有するために、衛星本体に装着されるボディ29の
端板と真空外囲器25の支持体31とがベローズ30等
を用いて熱的に分離されることが一般的である。
【0007】また、コレクタ部分を構成する部材は主に
セラミックと金属であり、数百度の高温に耐えうる。こ
れに対し、コレクタ電極に電圧を印加するための導入線
と該導入線に電圧を供給するための給電線との接続部分
には、耐電圧性を向上させるためにシリコンゴムなどの
有機材料でポッティングされており、一般的な有機材料
の許容温度は200度以下と比較的低い。そのため、有
機材料を使用した上記の接続部分を、コレクタ本体から
熱的に隔絶された温度の低いボディ側に設置することが
望ましい。
【0008】図2に示したコレクタの場合、放熱部分を
コレクタ電極を囲う真空外囲器のみで形成している。輻
射による放熱量は、輻射面の面積と輻射率に比例する。
輻射率を大きくするためには限界があるので、放熱量を
大きくする、あるいは温度を下げるためには表面積を大
きくする必要がある。その結果、図2で示したコレクタ
は比較的大きなものとなっている。この大きなコレクタ
であれば上記の接続部分を温度の低いボディ側に設置す
ることは容易であり、熱的に問題になることはなかっ
た。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、放熱性能を向
上させるために大型化されたコレクタでは、コレクタの
重量も大きくなり、衛星搭載用進行管に対する小型軽量
化の要求に応えられないという問題がある。放熱性能を
向上させながら小型軽量化を図るには、コレクタの真空
外囲器の外面に放熱フィンを設けて外表面積を増大させ
ることが考えられる。ところが、このように放熱フィン
を設けることでコレクタ部分の小型軽量化を図ろうとす
ると、上記の接続部分をコレクタ本体から熱的に隔絶さ
れた温度の低いボディ側に設置することが困難になって
しまう。その理由は、コレクタとボディの接続部が真空
外囲器の支持体や、遅波回路からの電子ビーム入射口な
どの構造的に複雑な部分であるため、この部分に上記の
接続部分を設置することは構造の複雑化といった問題を
生じるからである。
【0010】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点に鑑み、構造の複雑化を招くことなく小型軽量化を図
りながら、コレクタ構成部品中の許容温度の低い部材へ
の熱の影響を低減できる輻射冷却型進行波管のコレクタ
を提供することにある。
【0011】
【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、人工衛星に搭載される輻射冷却型進行波管
のコレクタであって、真空外囲器の内側に配設された複
数のコレクタ電極と、前記真空外囲器の衛星本体に装着
される側と反対側の端に断熱部材を介して接続されたコ
レクタカバーと、前記複数のコレクタ電極に電圧を導く
ための導入線と、前記導入線に電圧を供給するための給
電線と、前記コレクタカバー内に配置され且つ有機系の
ポッティング材(例えばシリコンゴム)で覆われた、前
記導入線と前記給電線との接続部とを備えたことを特徴
とする。
【0012】この輻射冷却型進行波管のコレクタにおい
て、前記真空外囲器の外面に複数の放熱フィンがさらに
備えられていることが好ましい。これにより、コレクタ
を大型化せずにコレクタの放熱性能を向上させることが
できる。
【0013】さらに、前記放熱フィンの衛星本体側の表
面には衛星本体との熱干渉を低減するために低輻射率処
理が施され、前記放熱フィンにおける衛星本体と反対側
の表面と前記コレクタカバーの外表面には輻射効率を向
上させるために高輻射率処理が施されていることが好ま
しい。
【0014】さらには、前記真空外囲器と前記衛星本体
とは熱的に隔絶されていることが人工衛星への熱負荷を
軽減するうえで好ましい。
【0015】以上のような構成によれば、発熱量の大き
い真空外囲器からの熱は断熱部材によりコレクタカバー
へはほとんど伝わらず、真空外囲器の外表あるいは、こ
の外表の放熱フィンから放熱される。そのため、コレク
タカバー内の、許容温度が200度以下と比較的低い有
機系のポッティング材への熱的影響が軽減される。ま
た、この事によって、有機系のポッティング材への熱的
影響を問題にすることなく、真空外囲器の放熱温度をよ
り高い温度まで許容することができる。
【0016】また、ポッティング材で覆われた給電線と
導入線の接続部が、真空外囲器の衛星本体に装着される
側と反対側のコレクタカバー内に配設されている。その
ため、コレクタの衛星本体への接続部における構造を複
雑にすることなく、真空外囲器の外面に放熱フィンを設
けてコレクタ部分の小型軽量化を図ることが可能にな
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【0018】図1は本発明の実施の形態による輻射冷却
型進行波管のコレクタを示す断面図である。この図に示
すコレクタにおいて、複数個のコレクタ電極1,2,
3,4はそれぞれ絶縁セラミック5を介して筒状の真空
外囲器12の内側にろう付等の方法で固定されている。
この真空外囲器12は衛星本体に装着されるボディ(不
図示)に支持体6によって支持されている。図示しない
ボディと支持体6とはベローズを用いて熱的に分離され
ている。
【0019】真空外囲器12の衛星本体と反対側の端に
は断熱部材15を介してコレクタカバー11が取り付け
られている。断熱部材15に接続されたコレクタカバー
11の開口部は壁16で塞がれている。そして、壁16
と断熱部材15と真空外囲器12で囲まれる空間は、コ
レクタ電極1,2,3,4で電子ビームを捕捉するため
に真空状態にされる。
【0020】コレクタ電極1,2,3,4には電圧を印
加するために導入線14が接続されている。導入線14
は壁16とは絶縁セラミック7により絶縁状態を維持し
ながら、真空外部であるコレクタカバー11内へ取り出
されている。導入線14はテフロン、ポリイミドなどの
絶縁被覆を有する給電線13に接続されている。給電線
13は図示しないボデイに引き出され外部の進行波管電
源から電圧が供給される。絶縁セラミック7の表面およ
び、導入線14と給電線13との接続部分の周囲は、耐
電圧性を向上させるためにシリコンゴムなどの有機系の
ポッティング材8で覆われている。
【0021】真空外囲器12の外面には第1放熱フィン
9、第2放熱フィン10がろう付等の方法で接続、固定
されている。図中の放熱フィンは2つのフィンが書かれ
ているが、放熱フィンの個数、形状は本発明に関わりな
い。第1放熱フィン9の衛星本体側の表面には衛星本体
との熱干渉を低減するために低輻射率処理が施されてい
る。低輻射率処理は例えば光沢めっきであり、これによ
り、輻射率で0.05〜0.10程度の値が得られる。
第1放熱フィン9および第2放熱フィン10における衛
星本体と反対側の表面と、コレクタカバー11の外表面
には輻射効率を向上させるために高輻射率処理が施され
ている。高輻射率処理としてはセラミック系の材料の塗
装、溶射などの方法で形成するか、カバー部材がアルミ
ニウムから構成されるならば陽極酸化処理を施すことが
考えられる。これにより輻射率で0.80〜0.95程
度の高い値が得られる。
【0022】このような形態において、コレクタ電極
1,2,3,4で発生した熱は絶縁セラミック5を介し
て真空外囲器12に伝えられる。真空外囲器12に伝え
られた熱量は第1放熱フィン9、第2放熱フィン10に
伝えられ、これらの高輻射率処理面より宇宙空間に放熱
される。このとき、その熱量は、真空外囲器12とコレ
クタカバー11とが断熱部材15で熱的に隔絶されてい
るので、コレクタカバー11には伝えられない。その結
果、コレクターカバー11内の、許容温度の低い有機系
のポッティング材8の温度上昇を抑制することができ
る。また、真空外囲器12の放熱温度をより高い温度ま
で許容することができる。
【0023】さらに、本形態では、ボディとコレクタの
接続部とは反対側に、発熱部となる真空外囲器12と熱
的に隔絶したコレクタカバー11を設け、コレクタカバ
ー11内に、有機系のポッティング材8で覆われた導入
線14と給電線13との接続部を配置した。これによ
り、ボディとコレクタの接続部における構造を複雑にす
ることなく、真空外囲器12の外面に放熱フィン9、1
0を設けて真空外囲器12の小型軽量化を図ることが可
能になる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の輻射冷却
型進行波管のコレクタでは、真空外囲器内のコレクタ電
極に電圧を導入する導入線とこの導入線に電圧を供給す
る給電線との接続部が、真空外囲器の衛星本体に装着さ
れる側と反対側のコレクタカバー内に配置され、このコ
レクタカバーと真空外囲器とは断熱部材で熱的に隔絶さ
れている。これにより、発熱量の大きい真空外囲器から
コレクタカバーに流入する熱量が抑制でき、コレクタカ
バー内の接続部分を覆う有機系のポッティング材が熱で
劣化しない。そのうえ、コレクタの衛星本体への接続部
の構造を複雑にすることなく、真空外囲器の外面に放熱
フィンを設けてコレクタ部分の小型軽量化を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による輻射冷却型進行波管
のコレクタを示す断面図である。
【図2】従来の輻射冷却型進行波管のコレクタ部分を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 第1コレクタ電極 2 第2コレクタ電極 3 第3コレクタ電極 4 第4コレクタ電極 5、7 絶縁セラミック 6 支持体 8 ポッティング材 9 第1放熱フィン 10 第2放熱フィン 11 コレクタカバー 12 真空外囲器 13 給電線 14 導入線 15 断熱部材

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人工衛星に搭載される輻射冷却型進行波
    管のコレクタであって、 真空外囲器の内側に配設された複数のコレクタ電極と、 前記真空外囲器の衛星本体に装着される側と反対側の端
    に断熱部材を介して接続されたコレクタカバーと、 前記複数のコレクタ電極に電圧を導くための導入線と、 前記導入線に電圧を供給するための給電線と、 前記コレクタカバー内に配置され且つ有機系のポッティ
    ング材で覆われた、前記導入線と前記給電線との接続部
    と、を備えたことを特徴とする輻射冷却型進行波管のコ
    レクタ。
  2. 【請求項2】 前記真空外囲器の外面に複数の放熱フィ
    ンがさらに備えられている請求項1に記載の輻射冷却型
    進行波管のコレクタ。
  3. 【請求項3】 前記放熱フィンの衛星本体側の表面には
    衛星本体との熱干渉を低減するために低輻射率処理が施
    され、前記放熱フィンにおける衛星本体と反対側の表面
    と前記コレクタカバーの外表面には輻射効率を向上させ
    るために高輻射率処理が施されている請求項2に記載の
    輻射冷却型進行波管のコレクタ。
  4. 【請求項4】 前記真空外囲器と前記衛星本体とは熱的
    に隔絶されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の
    輻射冷却型進行波管のコレクタ。
  5. 【請求項5】 前記ポッティング材はシリコンゴムであ
    る請求項1〜4のいずれか1項に記載の輻射冷却型進行
    波管のコレクタ。
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