JP3328586B2 - 気密高周波窓 - Google Patents

気密高周波窓

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JP3328586B2 JP17342798A JP17342798A JP3328586B2 JP 3328586 B2 JP3328586 B2 JP 3328586B2 JP 17342798 A JP17342798 A JP 17342798A JP 17342798 A JP17342798 A JP 17342798A JP 3328586 B2 JP3328586 B2 JP 3328586B2
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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、例えば、進行波管
やクライストロン等のマイクロ波導波管や、これらのマ
イクロ波導波管のマイクロ波電力を利用する機器におい
て、真空部と外部導波管との間に設けられる気密性の高
周波窓に関するものである。
【0002】
【従来の技術】進行波管やクライストロンのようなマイ
クロ波導波管は、電子ビームを照射する電子銃,電子ビ
ームを補足するコレクタ,マイクロ波増幅部と外部導波
管との接続部となる入出力結合部などから構成されてい
る。この入出力結合部においては、マイクロ波導波管内
部の気密性を保持し、更に、マイクロ波を損失なく透過
させるための気密窓が用いられている。マイクロ波を反
射させることなく透過させるためには、この気密高周波
窓において、マイクロ波のインピーダンス整合が取れて
いる必要がある。
【0003】図3は、例えば、特開昭54−14656
1号公報に記載された従来の気密高周波窓の構成を示す
図で、1は方形導波管、2はこの方形導波管1の間に形
成された円形導波管、3は上記円形導波管2の中間部に
設けられた誘電体円板で、この誘電体円板3は上記円形
導波管2に気密ろう付けされている。このような構造の
気密高周波窓はピルボックス型と呼ばれ、以下のような
特徴を持つ。 (1).誘電体円板3は、方形導波管1に比べて導波管
断面積が大きいので、電界強度が緩和され、そのため、
誘電体の局所発熱による誘電体の応力割れを抑えること
ができる。このため、許容マイクロ波電力が大きい。 (2).マイクロ波インピーダンス整合は、誘電体円板
3の厚さや円形導波管2の直径,長さの組み合わせを調
整することにより行うことができるので、マイクロ波反
射の小さな気密高周波窓を構成することができる。 (3).誘電体円板3は円板の円周部をろう付けするよ
うな構造となっているため、ろう付けを均一に行うこと
ができ、ろう付け強度が高い。また、誘電体板として誘
電体円板3を用いているので、均一性が良く、強度も高
いだけでなく内部欠陥等も少ないので、信頼性の高い気
密高周波窓を作製することができる。
【0004】ところで、この気密高周波窓に更に大きな
電力のマイクロストリップ波を通した場合には、誘電体
円板3の表面に小さな穴が開き、気密性が破られてしま
うという問題点があった。この小さな穴のは、図4の斜
線部に示すように、方形導波管1の方形の長辺中央部1
0と対面する位置9に多く見られるという特徴がある。
これらの穴は、主に、高周波電界によって加速された電
子の衝突(高周波放電)により発生するものと考えられ
る。すなわち、上記ピルボックス型構造の気密高周波窓
における高周波電界分布は、図5(a),(b)に示す
ような、誘電体円板3に水平な高周波電界8や、図6
(a),(b)に示すようにな、方形導波管1と円形導
波管2の変換部11から誘電体円板3に垂直に入る高周
波電界12とが交互に現れる。この上記誘電体円板3に
垂直に入る高周波電界12は、特に、方形導波管1の方
形長辺部(図4参照)から入射される。電子は、これら
の高周波電界によって加速・衝突し、二次電子を発生さ
せ、この二次電子がまた加速・衝突をし次の二次電子を
発生するといった繰り返しにより、高周波放電に至ると
考えられている。この高周波放電の発生は、上記高周波
電界8,12の強度と方向及び電子衝突に伴う誘電体円
板3による二次電子放出の割合の多少によって決まる。
そこで、誘電体円板3の表面からの二次電子放出を減少
させるために、図7に示すように、誘電体円板3の表面
全体に、窒化チタン,酸化チタン,酸化クロム等の薄膜
13をコーティングして高周波放電の発生を抑制してい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の気密高周波窓では、誘電体の表面に薄膜をコ
ーティングした場合でも、誘電体表面からの二次電子の
放出は低減できるものの、放電の元となる電子の発生を
抑制したり、電子の加速を防ぐことができないので、誘
電体表面の穴の発生をなくすことができず、したがっ
て、気密性を十分に保つことができないという問題点が
あった。また、特開昭63−158728号公報では、
図8に示すように、入力側の導波管51の外周側に棒状
の永久磁石52を配置し、放電の元となる電子の加速を
防ぐ技術が開示されている。なお、同図において、53
はセラミックス誘電体から成る気密窓、54は出力側導
波管である。これは、磁界により入力側の導波管51内
におえるマルチパスタ放電の電子の軌道を変えることに
より、放電条件を変え、入力側の導波管51内のマルチ
パスタ放電を抑制し、その結果として気密窓53での放
電を抑制しようとするものである。しかしながら、気密
窓53における放電は、主に、方形導波管1と円形導波
管2の変換部11から誘電体円板3に至る部位において
発生する電子の加速によるものが大部分ため、上記例の
ように入力側導波管51側に磁石53を配置しても高周
波放電の発生を十分抑制することは困難である。また、
上記例では、磁界の強度や印加方向については言及して
いないが、電界方向に磁界を印加する場合、その磁界強
度によっては、かえって電子を加速し放電を誘発する場
合があるので、印加磁界の大きさは、上記放電を誘発す
るような値を避けるような大きさに設定する必要があ
る。
【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、高周波電界による電子加速を阻害し、高エネ
ルギー電子の衝突による二次電子の発生や誘電体の加熱
を抑制することで高周波放電を抑止することのできる気
密高周波窓を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の気密高周波窓は、方形導波管の間に設けられた円形導
波管の中間に配置された誘電体円板に、上記誘電体円板
の表面に平行で、かつ、電界方向に垂直な磁界を印加す
るように構成したものである。
【0008】請求項2に記載の気密高周波窓は、方形導
波管の間に設けられた誘電体板に、上記誘電体板の表面
に平行で、かつ、電界方向に垂直な磁界を印加するよう
に構成したものである。
【0009】請求項3に記載の気密高周波窓は、印加す
る磁界の強度Bを、式B0=2π・(m/e)・fから
求められる磁界強度B0の整数倍または半整数倍の値
(B=(n/2)・B0;nは自然数)を避けるような
大きさに設定したものである。ここで、fは導波管内の
マイクロ波の周波数、(m/e)は、電子の比電荷量で
ある。
【0010】請求項4に記載の気密高周波窓は、印加す
る磁界の強度Bを、上記磁界強度B0の70%〜80%
の値になるように設定したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき説明する。 実施の形態1.図1は本発明の実施の形態1に係わるピ
ルボックス型構造の気密高周波窓の構成を示す図で、1
は方形導波管、2はこの方形導波管1の間に形成された
円形導波管、3は上記円形導波管2の中間部に設けられ
た誘電体円板で、この誘電体円板3は上記円形導波管2
に気密ろう付けされている。また、4は上記円形導波管
2の外周に両極が対向するように配置された永久磁石
で、5はこの永久磁石を保持するホルダである。上記永
久磁石4は、上記誘電体円板3の周囲に、同図の矢印に
示すような、上記誘電体円板3の表面に平行で、かつ、
電界方向に垂直な磁界強度がBの磁界6を印加する。こ
のとき、上記磁界(外部印加磁界)6の強度は、式B0
=2π・(m/e)・fから求められる磁界強度B0
70%〜80%の値になるように設定した。ここで、磁
界強度Bの単位を(T)、マイクロ波の周波数fの単位
を(GHz)としたときは、B0(T)≒0.0357
・f(GHz)で与えられる。
【0012】方形導波管1と円形導波管2の変換部11
から誘電体円板3に至る部位において発生する電子は、
図5,図6に示すようなピルボックス型構造の気密高周
波窓における高周波電界分布に沿って加速されようとす
るが、磁界6は上記電界方向に垂直方向に作用するの
で、上記電子の軌道は電子の速度方向と磁界方向の双方
に垂直な力(ローレンツ力)を受けて変化する。このた
め、上記電子は上記高周波電界より一定加速度を受ける
ことがないので(エネルギーを得難くできるので)、減
速される。但し、上記外部印加磁界6の強度Bが、以下
に示す電子サイクロトロン共鳴条件に一致するように設
定された場合には、上記電子の回転運動と高周波電界の
方向変化のタイミングが一致してしまうため、上記電子
は常に加速されるようになるので、磁界を印加すること
でかえって電子を加速し放電を誘発することになってし
まう。また、外部印加磁界6の強度Bが、上記電子サイ
クロトロン共鳴条件の半分の大きさに設定された場合に
も、反転した電子が加速されて衝突を起こす、いわゆる
一面性のマルチパクタ条件を満たすため、電子を加速し
放電を誘発することになる。したがって、外部印加磁界
6の強度Bとしては、上記各共振条件(B=(n/2)
・B0;nは自然数)の近傍を避け、電子が減速される
ような大きさに設定する必要がある。本実施の形態1で
は、上述したように、上記磁界6の強度Bを、上記各共
振条件の近傍を避けてB0の70%〜80%の値になる
ように設定し、放電を誘発するような値を避けるととも
に高周波放電の発生を十分抑制できるようにした。
【0013】なお、上記実施の形態1では、永久磁石4
により磁界6を印加するようにしたが、電磁石を用いて
上記磁界を印加するようにしても良い。また、上記磁界
6の強度Bは大きければ電子加速の抑止効果が大きい
が、例えばB0の120%以上では、高飽和磁束密度を
有する永久磁石を使用するか、あるいは大きな磁界発生
装置が必要となるので、磁界6の強度はB0の70%〜
80%の値が望ましい。
【0014】実施の形態2.上記実施の形態1では、ピ
ルボックス型構造の気密高周波窓において、誘電体円板
3の表面に平行で、かつ、電界方向に垂直な磁界を印加
したが、図2に示すように、方形導波管1の間に誘電体
板7を配置した構造の気密高周波窓においても、上記誘
電体板7に、誘電体板7の表面に平行で、かつ、電界方
向に垂直な磁界を印加することにより、上記誘電体板7
近傍の電子の加速を抑制し、高周波放電の発生を防ぐこ
とができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、方形導波管の間に設けられた円形導波管の
中間に配置された誘電体円板に、上記誘電体円板の表面
に平行で、かつ、電界方向に垂直な磁界を印加するよう
にしたので、気密高周波窓近傍での高周波電界による電
子加速を阻害し高周波放電を十分抑止することのできる
とともに、高エネルギー電子の衝突による二次電子の発
生や誘電体の加熱を抑制することができ、耐電力の高い
気密高周波窓を得ることができる。
【0016】請求項2に記載の発明によれば、方形導波
管の間に設けられた誘電体板に、上記誘電体板の表面に
平行で、かつ、電界方向に垂直な磁界を印加するように
したので、誘電体板近傍の電子の加速を抑制することが
でき、高周波放電の発生を防ぐことができる。
【0017】請求項3に記載の発明によれば、印加する
磁界の強度Bを、式B0=2π・(m/e)・fから求
められる磁界強度B0の整数倍または半整数倍の値(B
=(n/2)・B0;nは自然数)を避けるような大き
さに設定したので、磁界強度の大きさとして、電子サイ
クロトロン共鳴条件やあるいは一面性のマルチパクタ条
件等の共振条件近傍の値を避けることができ、磁界印加
による放電の誘発を防ぐことができる。
【0018】請求項4に記載の気密高周波窓は、印加す
る磁界の強度Bを、上記磁界強度B0の70%〜80%
の値になるように設定したので、高周波電界による電子
加速を効率良く抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係わる気密高周波窓
を示す図である。
【図2】 本発明の実施の形態2に係わる気密高周波窓
を示す図である。
【図3】 従来の気密高周波窓を示す図である。
【図4】 誘電体円板表面の状態を説明するための図で
ある。
【図5】 気密高周波窓内部の電界分布の一例を示す図
である。
【図6】 図5に対して位相が90度ずれたときの気密
高周波窓内部の電界分布例を示す図である。
【図7】 誘電体円板表面のコーティング状態を示す図
である。
【図8】 従来の気密高周波窓の他の例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 方形導波管、2 円形導波管、3 誘電体円板、4
永久磁石、5 ホルダ、6 外部磁界、7 誘電体
板、8 誘電体円板に平行な電界、9 (誘電体表面
の)方形導波管の長辺中央部と対面する部位、10 方
形導波管の長辺中央部、11 方形・円形導波管変換
部、12 誘電体円板に垂直な電界。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/08 H01J 23/40 H05H 9/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 方形導波管の間に設けられた円形導波管
    の中間に誘電体円板を配置し、この誘電体円板の円周部
    と上記円形導波管壁面とを封着し、導波管内部を気密封
    止した気密高周波窓において、上記誘電体円板周辺に誘
    電体円板の表面に平行で、かつ、電界方向に垂直な磁界
    を印加したことを特徴とする気密高周波窓。
  2. 【請求項2】 方形導波管の間に誘電体板を配置し、上
    記誘電体板の外周部と上記方形導波管壁面とを封着し、
    導波管内部を気密封止した気密高周波窓において、上記
    誘電体板周辺に誘電体板の表面に平行で、かつ、電界方
    向に垂直な磁界を印加したことを特徴とする気密高周波
    窓。
  3. 【請求項3】 fを導波管内のマイクロ波の周波数と
    し、(e/m)を電子の比電荷量としたとき、上記印加
    する磁界の強度Bを、式B0=2π・(m/e)・fか
    ら求められる磁界強度B0の整数倍または半整数倍の値
    を避けるような大きさに設定したことを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の気密高周波窓。
  4. 【請求項4】 上記印加する磁界の強度Bを、上記磁界
    強度B0の70%〜80%の値になるように設定したこ
    とを特徴とする請求項3に記載の気密高周波窓。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101307270B1 (ko) 2012-05-25 2013-09-11 엘아이지넥스원 주식회사 W대역 광대역 라디오 주파수 윈도우 장치에 적용되는 내부 장치

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KR101307270B1 (ko) 2012-05-25 2013-09-11 엘아이지넥스원 주식회사 W대역 광대역 라디오 주파수 윈도우 장치에 적용되는 내부 장치

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