JP3511293B2 - Ｔｍ０１ｘモード（ｘ＞０）のクライストロン共鳴空洞 - Google Patents

Ｔｍ０１ｘモード（ｘ＞０）のクライストロン共鳴空洞

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般的に超出力の使用が特にできる共鳴空洞
に関し、特にTM01X（Ｘがゼロよりも大きい）モードで
動作するこのような空洞および、このような空洞を有す
る超出力の高電圧クライストロンに関する。
背景技術 高電圧（たとえば、600kV）線形電子ビームで動作す
る超出力（たとえば、ピークが200メガワット）クライ
ストロンは、いろいろな目的、たとえば、線型加速器用
の励起源や高出力送信器用の出力管のために使用されて
いる。このようなクライストロンは相対論的領域にある
速度をもった電子を必要とする。
従来技術の超出力クライストロンは典型的に、TM010
モードで動作する出力共鳴空洞構造物を含み、さらに出
力管内を伝播する電子ビームに強く結合する相互作用ギ
ャップを形成する、再入ドリフト管を含む。相互作用ギ
ャップの金属製境界における高電場がアークを生じさせ
易い。相互作用ギャップに形成され得るRF電圧は、その
ためアーク効果により限定される。出力共鳴空洞構造物
に形成される全電圧を増加させるために、このような構
造物は通常、磁気結合スロットにより互いに電気的に結
合したいくつかの共鳴体を含む。このような構造物はし
ばしば拡張相互作用共鳴体と言われている。共鳴体の電
圧を増加し、満足のいく方法で必要な性能を得るため
に、いくつかの共鳴体が互いに結合し得る程度は、個々
のギャップに十分なパワーを流すために必要な内部結合
に依存する。この構造物の成果は、出力管の帯域の条件
に影響を与える隣接した共鳴モードの近接さに依存す
る。
従来技術の構造物は、適正なクライストロンの動作の
ために必要なビーム光学系を形成するために、比較的大
きな直径の電子ビームトンネルを必要とする。すなわ
ち、トンネルの直径は拡張相互作用共鳴体の側壁の直径
に対し比較的大きな割合となる。大きなトンネルの直径
は高電圧超出力クライストロン管において厄介なもので
ある。その理由は、相互作用ギャップの間の直接の電気
的結合の程度が増加し、結合スロットを通した磁気的結
合が妨げられるからである。最近の分析は、従前の設計
のアプローチが採用されるなら、超出力クライストロン
出力共鳴体を提供することは、不可能でないにしろ、非
常に難しいことを示している。
したがって、本発明の目的は、超出力クライストロン
に出力共鳴体構造物として使用し得る新規で、改良され
た空洞共鳴体を提供することである。
本発明の他の目的は、相対論的領域にある電子速度を
提供するために、高ビーム電圧で動作し、新規で改良さ
れた出力共鳴体構造物を含む、新規で改良された超出力
クライストロンを提供することである。
さらに、本発明の目的は、比較的小さな周囲容積をも
ち、共鳴体の表面上で低レベルの電場をもつ出力共鳴体
を有する、新規で改良された超出力の高電圧クライスト
ロンを提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、クライストロンの低ビ
ームインピーダンスと互換性のあるインピーダンスの特
性をもつ出力空洞を有する、新規で改良された超出力の
高電圧クライストロンを提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、出力管動作出力に対し
て長さが比較的短い出力空洞を有する、新規で改良され
た、高電圧クライストロンを提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、クライストロン電子ビ
ームと良好な相互作用をするために、クライストロン共
鳴空洞出力構造物で電場ピークの間の間隔が維持され
る，新規で改良された超出力の、高電圧クライストロン
を提供することである。
発明の概要 本発明の一つの態様に従い、超出力の高電圧クライス
トロンが、空洞が,TM01X（Ｘはゼロより大きい）で動作
し，電子ビームの発振の周波数が誘導される共鳴出力空
洞を有する。空洞がTM01X（Ｘはゼロより大きい）モー
ドで動作するので、空洞内の場は、電子ビームの軸線方
向において限定された群速度をもち、従来技術のTM010
の空洞で維持される場合よりも小さな電場分布の歪みで
空洞内に必要なパワーを流す。
本発明の他の態様に従い、超出力の高電圧クライスト
ロンが、クライストロン電子ビームの軸線方向におけ
る、反対に向いた一対の電場成分を含むように形状付け
られた出力空洞を含む。その反対に向いた電場は、電子
ビームの軸線方向に位相速度を有し、良好なビームへの
結合を形成し、空洞の表面において、従来技術のTM010
空洞で維持される場合よりも小さな電場の振幅を形成す
る。
本発明の他の態様に従い、円筒状の共鳴体は、円筒状
の共鳴空洞構造物により取り囲まれる電子ビームトンネ
ルを含む。円筒状の共鳴空洞構造物は、トンネルを進む
発振電子ビームのために、TM01X（Ｘはゼロよりも大き
い）モードの形状をもつ。
一つの実施例において、クライストロンは出力空洞の
上流で電子ビームトンネルを含む。出力空洞は、反対に
向いた電場が誘導される、第１および第２の隣接したセ
クションまたはセルを含む。第１および第２のセクショ
ンはビームトンネルのものよりも大きな最大半径をもつ
側壁を有する。側壁はトンネルの半径とその最大の半径
との間の最小の半径をもつ側壁部により接合される。こ
のような二つのセクションのみがある実施例において、
Ｘ＝１である。このような形状により、出力空洞は、側
壁が一定の半径をもつ空洞に対して、増加したインピー
ダンス特性をもつようになる。さらに、このような空洞
の共鳴周波数は、同じ軸線方向の長さをもつ空洞に対し
一定の半径をもつ側壁を有する空洞に関して減少する。
共鳴周波数の減少は、場とビームとの間の最大の相互作
用に対し、隣接した場の振幅のピークの間の軸線方向の
間隔を減少するするために重要である。
好適実施例において、第３のセクションが設けられる
Ｘ＝２の場合がある。そこでは、電子ビームの軸線方向
に第1,第２および第３の分離した電場成分がある。第２
の成分は第１と第３の成分の間にある。第１および第３
の成分は第２の成分の位相から位相180゜ずれた同じ位
相を有する。第1,第２および第３のセクションはビーム
トンネルの半径よりも大きな最大の半径をもつ側壁を有
し、トンネルの半径とその最大の半径との間にある最小
の半径をもつ側壁セクションにより互いに接続されてい
る。
好適には、第１及び第３のセクションが、第２のセク
ションの約半分の電子ビームの軸線方向の長さを有す
る。電子ビームの軸線方向の、三つのセクションの全長
は好適に、xk/2よりも小さい。ここで、ｋは電子ビーム
により出力空洞に誘導される自由空間発振波長である。
第1,第２および第３のセクションはそれぞれ、a1、a2お
よびa3の最大半径をもつ。a1、a2およびa3の少なくとも
一つが３つの電場成分のピークの大きさを制御するため
に他の最大半径と異なることが望ましい。a1、a2および
a3の平均は、共鳴体に対して所望の電気的特性を得るた
めに、0.425kから0.6kの間が望ましい。
本発明の上記および他の目的、特徴、効果は添付図面
とともに以下の特定の実施例の詳細な説明を考慮するこ
とにより明らかになろう。
図面の簡単な説明 図１は超出力クライストロンの略示図である。
図２は、図１に示された超出力クライストロンに使用
される出力共鳴空洞の好適実施例の断面図である。
図３は、本発明の展開を説明するのに役立つ電気力線
が描かれたピルボックス空洞図である。
図４は、図３に示された共鳴空洞の軸線方向の距離に
対する軸線方向の電場の図である。
図５は、図１に示されたクライストロンに使用し得る
最も単純な出力共鳴結合空洞の断面である。
図６は、図５に示された構造物の軸線方向の距離に対
する軸線方向の電場の大きさの図である。
図７は、図１の出力管に使用し得る他の共鳴出力結合
空洞構造物の断面図である。
図８は、図７に示された構造物の、軸線方向の距離に
対する軸線方向の電場の大きさの図である。
図９は、図１に示された出力管に使用し得る共鳴出力
結合空洞の他の実施例の断面図である。
図10は、図９に示された構造物の軸線方向の、距離に
対する軸線方向の電場の図である。
図11は、共鳴空洞構造物の複数のセクションの一つが
残部の半径と異なる半径をもつ、図９に示された構造物
の変形例である。
図12は図５に示された構造物の変形例である。
図13は図12に示された構造物の変形例である。
図14は図２に示された構造物の変形例である。
発明の詳細な説明 図１に参照される超出力（たとえばピークの出力が20
0メガワット）のクライストロン管10は、電子銃12、入
力共鳴空洞14、ドリフト領域16、中間共鳴空洞19、出力
空洞18およびコレクタ20を含むものとして示されてい
る。電子銃12はコレクタ20により加速され、収集される
高電圧の円筒状電子ビームを生成する。電子ビームは共
鳴入力空洞14を通過し、結合する。ここで、電子ビーム
はR.F.励起発生源、すなわち発振器22の周波数で速度変
調される。入力空洞14から、発振電子ビームはドリフト
領域16および中間共鳴空洞19を通過し、共鳴出力結合空
洞18に至る。クライストロン管10の全構造物は管の軸線
26にまわりで対称である。この軸線は円筒状の電子ビー
ムの軸線と一致する。円筒状の電子ビームが通過する出
力空洞の領域は、しばしば電子ビームトンネル28として
参照される。
出力空洞18内のエネルギーは、たとえば、線型加速器
または送信アンテナのような出力装置24に結合されてい
る。ある高出力の例において、電子銃12により導出され
る電子ビームは電子ビームに印加される600キロボルト
のオーダーの励起電圧により、相対論的な速度に加速さ
れる。
本発明に従い、円筒状の出力共鳴空洞18はTM01X（Ｘ
はゼロより大きい）モードで動作する。特に説明する実
施例において、出力空洞はTM011およびTM012モードで動
作するが、Ｘが２よりも大きな値をもち得ることを理解
すべきである。TM01Xモード（Ｘはゼロよりも大きい）
での動作は、出力空洞18が、反対に向いた、すなわち反
対に偏向された成分をもつ軸線方向の電場を含むことを
意味する。
図２において、共鳴出力結合空洞18の構造物は、電子
ビームがドリフト領域16からコレクタ領域35へと伝播す
る円筒状のビームトンネル28を含むものとして示されて
いる。図２の構造物はビームの軸線26のまわりで対称で
あり、トンネル28を取り囲む、軸線方向にずれた円筒状
セルまたはセクション36、38および40を含む。セクショ
ン36および38は湾曲した側壁部分42により互いに接続さ
れる一方で、セクション38および40は湾曲した側壁部分
44により互いに接続されている。壁部分42および44はト
ンネル34の半径と、セクション36、38および40の円筒状
の側壁37、39および41の最大半径との間のほぼ中間に位
置する。
図２に示された共鳴空洞構造物からのエネルギーと出
力装置に結合するために、導波管48がコレクタ領域35に
近接した共鳴体セクション40にアイリス50により誘導的
に結合されている。
図２に示された共鳴空洞構造物および導波管48、なら
びに残部は高伝導性の従前の金属製壁を有する。図２の
構造物において、金属製壁での電場は比較的低く、クラ
イストロンのセクション36、38および40の間に強い電場
の結合がある。さらに、図２の共鳴体内の電場とトンネ
ル28を通過する電子ビームの間に実質的な結合がある。
これらの効果は、図２の共鳴体がTM012モードで動作す
るので、トンネル28を横断する電子ビームに結合したと
き、発振器の周波数で生じる。
図３はTM011モードで動作する従前のピルボックス共
鳴空洞の構造およびその電気力線を示すが、図４は図３
に示された共鳴体の軸線方向に関して電場の振幅をプロ
ットにしたものである。TM011モードで動作する共鳴体
はその共鳴体の軸線方向に限定された群速度を有する。
このことは、TM010モードに基づく共鳴体の軸線方向で
群速度がゼロとなるのと対照的である。この因子のた
め、TM010の共鳴空洞に蓄積されるエネルギーには軸線
方向に流れがない。
図３の共鳴空洞51は金属製壁を有し、中心軸線52のま
わりの回転シリンダーとして画成される。空洞51は、軸
線52の方向に空洞の動作周波数の1/2波長に等しい長さ
をもつ。電気力線53および54は円筒状側壁55上で始ま
り、向かい合う端部壁56および57に伸長する。その結
果、壁56および57上に至る電気力線は逆に偏向し、すな
わち反対に向く。円筒状の側壁55の、軸線を通って二等
分した両側において、電気力線は半径方向では同じ極性
をもち、軸線方向では逆の極性をもつ。
図４は軸線上の位置の関数として、図３の構造物の軸
線方向の電場の大きさをグラフにしたものである。軸線
方向の位置は横軸にそって表され、その結果端部壁56お
よび57はｙ＝０、ｙ＝Ｌの値により示され、軸線52およ
び側壁55にそった中央点はｙ＝L/2の値により表されて
いる。ｙ＝L/2とｙ＝Ｌとの間の電場が実曲線58により
示されるように正の値をもつとき、ｙ＝０とｙ＝L/2と
の間の電場が破線曲線59により示されるように負の値を
もつ。電場はｙ＝L/2でゼロの値で、かつ等しいが、ｙ
＝０およびｙ＝Ｌの端部壁56および57で反対の最大値を
もつ。曲線58および59はｙ＝L/2のまわりで対称であ
る。
本発明に従い、図３に示された空洞共鳴体は変更さ
れ、図１のクライストロンの円筒状電子ビームが伝播す
るトンネルを含む。この構造物は例えば図２、５、７お
よび９並びに図11−14に示されている。
図５は出力空洞18の非常に単純なものの断面を示す。
図５の空洞61は図３のピルボックス空洞の変形であり、
円筒状の電子ビームトンネル28はこの中に含まれる。図
５の空洞は、発振器22に対するTM011モードで励起する
ように形状付けられている。
図５に示された空洞は回転シリンダーがクライストロ
ンの軸線26および電子銃12から導出される円筒状線形電
子ビームの軸線と一致する軸線をもつように形状付けら
れる。電子ビームトンネルは円筒状側壁60を含み、その
側壁60から円筒状出力空洞の環状端部壁62および64が伸
長する。共鳴空洞61もまた、円筒状側壁66を含み、その
壁66は軸線に関しトンネル壁60のものよりも約３倍の半
径をもつ。空洞61の寸法は、空洞が発振器22の出力周波
数でTM011モードの動作をするものとなっている。
空洞61の電気力線は図３の空洞の電気力線と類似す
る。しかし、空洞61において、電気力線のいくつかはト
ンネル28へと伸長し、空洞端部壁62および64の両側にあ
るトンネルの側壁60に至っている。端部壁62および64の
両側にあるトンネル壁60上に伸長する電気力線は位相が
180゜ずれている。
図６は側壁66およびトンネル壁60の長さに沿った軸線
方向の位置の関数として、空洞61内の軸線方向の電場の
大きさをプロットしたものである。空洞61とコレクタ領
域との間の壁60上のプロット領域の上方端と側壁66上の
中心点71との間の電場の大きさは実曲線72により表され
ている。曲線72は、側壁66にそった中心点でゼロの値
を、点71から0.35Lだけずれている側壁66にそった位置
でピークの値を有する。ここでＬは側壁66の軸線方向の
長さである。曲線72により示された最大値は、ゼロとそ
の最大値との間で、曲線58（図４）と関連した位相シフ
トの1.4倍の電子位相シフトと関連する。端部壁64で、
電場の大きさは最大値から最大値の90パーセントより多
少大きい値に減少する。点71からＬまでとほぼ等しい距
離で、距離72の振幅はピーク値の約10％の値へと下降す
る。プロット領域の下方端と点71との間の電場の振幅
は、破線曲線74（図６）により示された、点71とプロッ
トした範囲の高端との間の電場の振幅と鏡像となる。曲
線72および74と関連した電場は位相が180゜ずれてい
る。すなわち、曲線72と関連した電場は正の電場とした
考えられ得るが、曲線74と関連した電場は負の電場と考
えられる。
図４と図６と比較から示されるように、図５の空洞と
関連した軸線方向の電場が軸線26に沿って全周期変化を
もち、図３に示された空洞の電場が軸線26に沿って半分
の周期変化をもつ。図４の曲線は、図３の空洞の電場が
端部壁56と57で最大の振幅を、共鳴空洞の中心でゼロを
振幅をもつ。対照的に、図６が示すように、図５に示さ
れた共鳴空洞の端部壁62および64で値がピークから減少
し、空洞端部壁62および64を越えてからは比較的急速に
ゼロに近づく。
図５に示された共鳴空洞61は比較的低いインピーダン
ス特性、Rsh/Qをもつ。ここで、Rshは空洞61の等価分路
抵抗で、Ｑは空洞61のＱまたは性質因子である。トンネ
ル壁61と側壁66との間の、空洞の比較的大きな容積に蓄
積される電気的エネルギーが非常に大きいため、空洞61
は比較的小さい値のRsh/Qをもつ。
多くの場合、図１の超出力クライストロンの共鳴空洞
18のインピーダンス特性を、空洞のＱに逆の影響を及ぼ
すことなく増加させることが望ましい。共鳴空洞80（図
７）はこのような改良された性能を維持できる。共鳴空
洞80は、窪んだ側壁86により互いに部分的に間隔がおか
れた二つの分離したセルまたはセクション82および84を
含む。窪んだ側壁は、電子ビーム側壁60と、セクション
82および84の周囲の円筒状側壁96および98の最大半径と
の間の（軸線26に関する）半径を有する。一つの好適な
形状において、側壁96および98は等しい半径Ｒを有し、
接続壁86は約R/2の最小の半径を有し、トンネル壁60はR
/3の半径を有する。図７に示された共鳴空洞は、発振器
22の出力周波数では、TM011モードで動作する。
共鳴空洞80のセクション82および84はそれぞれ、空洞
端部壁88および90、並びに、側壁部分86が間に位置する
半径方向に伸長する中間壁92および94を含む。壁88およ
び90と壁60との間、並びに壁部分86と壁部分92および94
との間の接続セクションは、空洞内でアーク破壊の生ず
る傾向を妨げるように湾曲している。
電気力線98および100は図７のTM011励起空洞で形成さ
れる。図７に示される空洞内の軸線方向の電場の振幅
は、空洞およびトンネル20の軸線方向の位置の関数とし
て、曲線102および104（図８）により示されている。曲
線102および104は図６の曲線72と74に酷似している。両
図の曲線は、全360゜の周期範囲についてであり、第１
の空洞の端部壁を越えた、すなわち外側のトンネル壁
で、比較的低い、実質的にゼロの負の値で始まり、空洞
側壁にそって第１の端部壁と中心点との間で負のピーク
へと進み、空洞の中心でゼロとなり、中心点と第２の端
部壁との間で正のピークへと進み、トンネル壁60上の第
２の端部壁を越えたところで、僅かに正の、ほとんどゼ
ロの値に戻る。曲線102および104は空洞80の中心点に関
し対称である。
図７は、詳細に、図５の実施例の対応する電気力線70
および80よりもかなり小さな容積を越えて電気力線98お
よび100が伸長していることを示している。この要因
は、図５に示された共鳴空洞のインピーダンス特性に関
して、図７に示された共鳴空洞のインピーダンス特性を
増加させ得る。さらに、図７に示された構造物の共鳴周
波数は、図５に示された空洞の共鳴周波数に対して、両
空洞が軸線方向に同じ長さをもつとすると、減少する。
図７に示された構造物の周囲容積は図５に示された共鳴
体の周囲容積よりも小さい。
これら効果は、窪んだ壁部分86により生ずる。それら
は、側壁の縁領域の優勢な磁場および側壁の中心領域の
優勢な電場のために達成される。図５に示された空洞に
関して、図７に示された空洞の共鳴周波数が、空洞の長
さを変えることなく減少することは、電子位相シフトに
関し、場のピークの間の間隔を減少させ、電子ビームと
の相互作用の増加を達成するために非常に重要である。
図９は、図１のクライストロンの空洞18のように使用
し得る出力空洞18の他の好適な形状の断面図である。図
９に示された共鳴出力空洞は、空洞が発振器22の周波数
に対してTM012モードで動作するように形成された、中
心セクション110および外側セクション112および114を
含む。セクション110、112および114はそれぞれ、壁118
および120の軸線方向の長さが壁部分116のものとはぼ同
じ長さ、および半分の長さであるように、形成された周
囲の円筒状側壁部分116、118および120を含む。側壁部
分116および118は湾曲した側壁部分122により互いに接
続され、側壁部分116および120は湾曲した側壁部分124
により互いに接続される。図９に示された空洞は端部壁
126および128を含む。これら壁はビームトンネル壁60と
円筒状側壁部分118および120との間でそれぞれ半径方向
に伸長している。湾曲した側壁部分122および124の最小
の半径は円筒状側壁116、118および120の半径とトンネ
ル壁の半径との中間にある。一つの好適な実施例におい
て、壁部分116、118および120の半径はＲに等しく、壁
部分122および124の最小半径は2R/3に等しく、トンネル
壁60の半径はR/3に等しい。
図７および９に示された構造物の電気力線の間に類似
点と相違点がある。両構造物において、セクション内に
軸線方向の電気力線が実質的にあり、電子ビームトンネ
ル28内に伸長する実質的な電場成分がある。図９の構造
物は、図７の構造物の二つのピークよりも長い軸線方向
の長さにわたって伸長する三つの電場ピークを有する。
さらに、図９の構造物の各セクション内の電場の大きさ
は、必要な共鳴体r.f.電圧に対し、図７のセクション内
のものよりも小さく、そのため、共鳴体表面での電場は
減少し、電気的破壊の傾向を減らす。
電気力線130、132および134は図９のTM012共鳴空洞内
で形成される。電気力線130および134は同じ極性をも
ち、その極性は電気力線132の極性に対して反対となっ
ている。壁部分126および128の中央点で電場がほぼゼロ
であり、端部壁126および128の電場はセクション112お
よび114のピーク電場の約80％である。
図９の空洞の軸線方向の長さにそった距離の関数とす
る電場の振幅は、図10において電気力線130、132および
134に対して、それぞれ曲線136、138および140により示
されている。曲線136、138および140のそれぞれほぼ同
じピーク振幅をもつが、曲線136および140のピーク振幅
は曲線138のピーク振幅よりも僅かに小さい。その理由
は側壁部分116、118および120のすべてが同じ半径をも
つからである。曲線136および138の交差点でセロがある
一方で、曲線138および140の交差点で第２のゼロがあ
る。側壁部分の軸線方向の長さにそった中ほどにゼロが
ある。曲線136および140は基本的に互いに鏡像となり、
曲線138は、側壁部分116の軸中心と一致する共鳴体110
の軸中心でピーク値に関して対称である。
図９に示された構造物の三つの電場の大きさを均等化
するため、または別にこの構造物の電場のピーク振幅を
制御するために、円筒状壁部分118および120の半径は円
筒状の壁部分116の半径に関し変えられている。図11の
特定の実施例において、壁部分118および120に対する半
径a1、a3は互いに等しく、セクション112および114に対
する電場の大きさがセル110に対する電場の大きさに等
しくなるように、壁部分116の半径、a2よりも僅かに小
さい。
図２、５、７、９および11の構造物は、電場を集中さ
せるためのドリフト先端を設けるために変形し得る。図
12は図５に示された構造物の、トンネル壁60並びに端部
壁62および64の交差点にドリフト先端142および144を含
む変形例を示す。ドリフト先端142および144は通常の方
法で、半球は軸線方向に向かい合って伸長するように形
状付けられている。
図13は場集中ドリフト先端142および144を含む、図７
に示されたタイプの構造物の断面図である。
RF抵抗損失を減少させ、共鳴体のＱを増加させるた
め、側壁と中間壁の間の共鳴体とともに、側壁と端部壁
との間のいろいろな共鳴体のコーナーは図14に図されて
いるように湾曲している。図14の特定の実施例におい
て、図２、９または11のどの構造物も、面取り部（fill
et）のように形成される丸くなったコーナー146、148、
150、152、154および156を含むように変形されている。
丸くなったコーナー146および156は端部壁126および128
と、円筒状側壁118および180との間にそれぞれ設けら
れ、丸くなったコーナー148および150は側壁部分118お
よび116ならびに122の間にそれぞれ設けられている。さ
らに、丸くなったコーナー152および154は円筒状側壁部
分116および120ならびに側壁部分124の間にそれぞれ設
けられている。
図２の構造物は、セクション36および40の円筒状側壁
37および41の半径が、各セクションの電場の振幅を均等
化するためにセクション38の円筒状側壁の半径よりも小
さくなるように、図11の断面にしたがって形状付けられ
ている。その構造物はTM012で動作し、λ（ここでλは
発振器22の出力の自由空間波長である）よりも小さい、
端部43と45の間の軸線方向の全長を有する。一般的に、
本発明にしたがい共鳴体がTM01Xモードに対し、ｘλ/2
よりも短い軸線方向の長さを有する。図２に示された構
造物は（a1＋a2＋a3）/3の平均半径を有する。ここで、
a1、a2およびa3はそれぞれ円筒状の側壁37、39および41
の半径である。壁37、39および40の平均半径は0.425λ
から0.6λまでの間にある。対照的に、従来技術の超出
力クライストロンに組み込まれた、TM010で動作する従
前の共鳴体は0.385λのより小さな半径を有する一方
で、TM020で動作する共鳴空洞は0.875λより小さな外側
半径を有する。本発明の比較的大きな共鳴体の半径は、
電子ビームトンネル直径が共鳴体の直径に対し高い割合
のものである従来の問題を回避する。
本発明のいくつかの特別な実施例を図示し、説明して
きたが、図示し説明した特定の実施例の詳細な点を変形
することが請求の範囲で画成される本発明の思想および
範囲から逸脱することなく行い得ることは明らかであろ
う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−284737（ＪＰ，Ａ) 米国特許3376524（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 23/00 - 25/78 H01P 7/06

Claims (32)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】超出力の高電圧クライストロンであって， 電子ビームを放出する電子銃と，電子ビームと結合する
    入力空洞と，電子ビームが通過する入力空洞の下流にあ
    るドリフト空間と，電子ビームと結合するドリフト空間
    の下流にある出力空洞と，入力および出力空洞の間にあ
    る中間共鳴空洞と，出力空洞の下流にある電子ビームの
    ためのコレクタとから成り，出力空洞は,TM01Xのみで動
    作する形状をもち，電子ビームの発振の周波数が誘導さ
    れ，ここでＸはゼロより大きい，ところのクライストロ
    ン。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のクライストロンであっ
    て， 当該クライストロンは出力空洞により取り囲まれる電子
    ビームトンネルを含み，出力空洞は，隣接した第１およ
    び第２のセクションを含み，それぞれのセクションに
    は，軸線方向で，向きが反対の電場成分が導出され，第
    １および第２のセクションは，電子ビームトンネルのも
    のよりも大きな，最大半径を有し，電子ビームトンネル
    の半径とその最大半径との間にある最小の半径を有する
    壁により互いに接続される，ところのクライストロン。
  3. 【請求項３】電子ビームトンネルと出力空洞は円筒状で
    ある，請求項２に記載のクライストロン。
  4. 【請求項４】Ｘ＝１である請求項１に記載のクライスト
    ロン。
  5. 【請求項５】Ｘ＝２である請求項１に記載のクライスト
    ロン。
  6. 【請求項６】請求項１に記載のクライストロンであっ
    て， 出力空洞は，電子ビームの軸線方向において，第1,第２
    および第３の，分離した軸線方向の電場成分を形成する
    ように形状付けられ，第２の電場成分は第１の成分と第
    ３の電場成分との間にあり，第１の電場成分および第３
    の電場成分は，第２の電場成分の位相からは位相180゜
    ずれた，同じ位相を有する，ところのクライストロン。
  7. 【請求項７】電子ビームトンネルおよび出力空洞は円筒
    状である，請求項６に記載のクライストロン。
  8. 【請求項８】請求項６に記載のクライストロンであっ
    て， 当該クライストロンは出力空洞により取り囲まれる電子
    ビームトンネルを含み，出力空洞は，隣接した第1,第２
    および第３のセクションを含み，それぞれのセクション
    には，第1,第２および第３に電場成分が導出され，第1,
    第２および第３のセクションは，電子ビームトンネルの
    ものよりも大きな，最大半径を有し，電子ビームトンネ
    ルの半径とその最大半径との間にある最小の半径を有す
    る壁により互いに接続される，ところのクライストロ
    ン。
  9. 【請求項９】電子ビームトンネルおよび出力空洞は円筒
    状である請求項８に記載のクライストロン。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載のクライストロンであっ
    て， 出力空洞の，前記電子ビームの軸線方向の全長さが,xk/
    2より小さく，ここでｋは電子ビームにより出力空洞に
    誘導される発振の波長である，ところのクライストロ
    ン。
  11. 【請求項１１】超出力の高電圧クライストロンであっ
    て， 電子ビームを放出する電子銃と，電子ビームと結合する
    入力空洞と，電子ビームが通過する入力空洞の下流にあ
    るドリフト空間と，電子ビームと結合するドリフト空間
    の下流にある出力空洞と，出力空洞の下流にある電子ビ
    ームのためのコレクタと，入力および出力空洞の間にあ
    る中間共鳴空間とから成り， 出力空洞は,TM01Xモードのみで動作するように形状付け
    られ，電子ビームの発振の周波数が誘導され，ここでＸ
    はゼロより大きい，ところのクライストロン。
  12. 【請求項１２】前記出力空洞は電場成分の一つに関連し
    たエネルギーを外部装置に結合するための手段を含む，
    ところの請求項11に記載のクライストロン。
  13. 【請求項１３】反対の向きをもつ電場成分の電気力線が
    隣接している，ところの請求項11に記載のクライストロ
    ン。
  14. 【請求項１４】請求項11に記載のクライストロンであっ
    て， 出力空洞は，電子ビームの軸線方向において，第1,第２
    および第３の，分離した，軸線方向の電場成分を形成す
    るように形状付けられ，第２の電場成分が第１の電場成
    分と第３の電場成分との間にあり，第１の電場成分およ
    び第３の電場成分は，第２の電場成分の位相からは位相
    180゜ずれた，同じ位相を有する，ところのクライスト
    ロン。
  15. 【請求項１５】請求項14に記載のクライストロンであっ
    て， 当該クライストロンは出力空洞により取り囲まれる電子
    ビームトンネルを含み，出力空洞は，隣接した第1,第２
    および第３のセクションを含み，それぞれのセクション
    には，第1,第２および第３の電場成分が導出され，第1,
    第２および第３のセクションは，電子ビームトンネルの
    ものよりも大きな，最大半径を有し，電子ビームトンネ
    ルの半径とその最大半径との間にある最小の半径を有す
    る壁により互いに接続される，ところのクライストロ
    ン。
  16. 【請求項１６】第１および第３のセクションの，電子ビ
    ームの軸線方向の長さが，第２のセクションのものの約
    ２倍である請求項15に記載のクライストロン。
  17. 【請求項１７】請求項16に記載のクライストロンであっ
    て， 三つのセクションの，電子ビームの軸線方向の全長がxk
    /2より小さく，ここで,xはゼロより大きく,kは電子ビー
    ムにより出力空洞に誘導される発振の波長である，とこ
    ろのクライストロン。
  18. 【請求項１８】請求項17に記載のクライストロンであっ
    て， 第1,第２および第３のセクションがそれぞれ,a1,a2およ
    びa3の最大半径を有し，最大半径a1,最大半径a2および
    最大半径a3のうち少なくとも一つの最大半径は,3つの電
    場成分のピーク大きさを制御するために，他の最大半径
    と異なる，ところのクライストロン。
  19. 【請求項１９】最大半径a1,最大半径a2および最大半径a
    3の平均が0.425kから0.6kまでの間にある，ところの請
    求項18のクライストロン。
  20. 【請求項２０】セクションの隣接した表面が面取り部に
    より互いに接続されている，ところの請求項19に記載の
    クライストロン。
  21. 【請求項２１】請求項11に記載のクライストロンであっ
    て， 当該クライストロンは出力空洞により取り囲まれる電子
    ビームトンネルを含み，出力空洞は，隣接した第１およ
    び第２のセクションを含み，それぞれのセクションに
    は，軸線方向で，向きが反対の電場成分が導出され，第
    １および第２のセクションは，電子ビームトンネルのも
    のよりも大きな，最大半径を有し，電子ビームトンネル
    の半径とその最大半径との間にある最小の半径を有する
    壁により互いに接続される，ところのクライストロン。
  22. 【請求項２２】請求項21に記載のクライストロンであっ
    て， 出力空洞の，電子ビームの軸線方向の全長がxk/2より小
    さく，ここで,xはゼロより大きく,kは電子ビームにより
    出力空洞に誘導される発振の波長である，ところのクラ
    イストロン。
  23. 【請求項２３】セクションの隣接した表面が面取り部に
    より互いに接続される，ところの請求項21に記載のクラ
    イストロン。
  24. 【請求項２４】電子ビームトンネルおよび出力空洞は円
    筒状である請求項21に記載のクライストロン。
  25. 【請求項２５】請求項11に記載のクライストロンであっ
    て， 出力空洞の，電子ビームの軸線方向の全長がxk/2より小
    さく，ここで,xはゼロより大きく,kは電子ビームにより
    出力空洞に誘導される発振の波長である，ところのクラ
    イストロン。
  26. 【請求項２６】電子ビームトンネルおよび出力空洞は円
    筒状である請求項15に記載のクライストロン。
  27. 【請求項２７】電子ビームトンネルと該電子ビームトン
    ネルを取り囲む円筒状の共鳴空洞構造物とから成り，該
    円筒状の共鳴空洞構造物が，電子ビームトンネルを進む
    電子ビームに対しTM01Xモードのみとなるように形状付
    けられ，ここでＸはゼロより大きい，ところの共鳴体。
  28. 【請求項２８】請求項27に記載の共鳴体であって， 共鳴空洞構造物には，軸線方向で，反対の向きをもつ電
    場成分が導出され，共鳴空洞構造物は第１および第２の
    隣接するセクションを含み，第１および第２のセクショ
    ンが，電子ビームトンネルのものよりも大きな最大半径
    を有し，電子ビームトンネルの半径とセクションの最大
    半径との間にある最小半径を有する壁により互いに接続
    される，ところの共鳴体。
  29. 【請求項２９】Ｘ＝１である請求項27に記載の共鳴体。
  30. 【請求項３０】Ｘ＝２である請求項27に記載の共鳴体。
  31. 【請求項３１】電子ビームトンネルおよび共鳴空洞構造
    物は円筒状で同心的である，ところの請求項27に記載の
    共鳴体。
  32. 【請求項３２】請求項27に記載の共鳴体であって， 共鳴空洞構造物は第1,第２および第３の隣接したセクシ
    ョンを含み，それぞれのセクションには，第1,第２およ
    び第３の，軸線方向の電場成分が導出され，第1,第２お
    よび第３のセクションは電子ビームトンネルのものより
    も大きな，最大半径を有し，電子ビームトンネルの半径
    とその最大半径との間にある最小の半径を有する壁によ
    り互いに接続される，ところの共鳴体。
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