JP4396575B2 - マイクロ波管 - Google Patents

Description

この発明は、進行波管、クライストロン等のマイクロ管に関するものである。

マイクロ波管は、電子銃部より電子ビームを発射し、相互作用部においてマイクロ波を増幅または発振させ、出力窓よりマイクロ波を取り出す。このマイクロ波は同軸導波管変換部を介して導波管から出力される。この場合、所望周波数出力以外の周波数で生じた帯域外出力（発振や第２高調波等）は他の通信機器に悪影響を及ぼす等の問題がある為、帯域外出力は所定レベル以下に抑制する必要がある。

例えば、特開平５−７５３０８号公報図１（特許文献１参照）では、導波管形フィルタに関し、仮想ショート用ポストを有する帯域通過フィルタに対し、帯域阻止フィルタを組合せ、不要波を減衰除去させている。すなわち、同軸導波管変換部１から距離Ｌ１（Ｌ１＝（λｇ／４）ｘｎ，ｎ＝１，３，５，・・・で、λｇは通過電波の波長）を隔てて、仮想ショート用ポスト３が設けられ、更に該ポスト３から導波管開口部（金属ブロック４の部分）までの距離をＬ２（Ｌ２＝λｇ’／２、λｇ’は阻止しようとする電波の波長）に設定して、この部分に不要波に対する帯域阻止フィルタＢＥＦが構成されている。

特開平５−７５３０８号公報（第１図）

しかし、特許文献１に記載のものでは、帯域外出力抑制のため、出力部にバンドパス、またはバンドリジェクションフィルタ機能を持たせるためのポストを設置するため、出力回路が大型化・複雑化したり、放電が起こりやすくなるため大電力に対応できない等の課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、ポストと呼ぶ円柱状の構造物やアイリスと呼ぶ板状の構造物を設けることなく、マイクロ波管帯域内の伝送損失（挿入損失・反射損失）を調整すると共に導波管の出力部の調整機構に所定のマイクロ波周波数の帯域外出力を阻止する機能を付加したマイクロ波管を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るマイクロ波管は、電子ビームを生成する電子銃部と、この電子銃部から放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部間に設置され、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行なう相互作用部と、この相互作用部の出力側の出力窓から取り出したマイクロ波電力を同軸伝送する同軸伝送線路と、この同軸伝送線路の出力端に位置し、同軸伝送線路の内導体を延長した同軸導波管変換部と、この同軸導波管変換部の内導体を収納し、一端をマイクロ波電力を放射する開放端とし、対向する他端を短絡端とする導波管部と、この導波管部の前記短絡端に設けられた密閉壁と、この密閉壁の内壁に形成された窪み部と、この窪み部に装着された誘電体と、前記密閉壁を前記導波管部の内壁に沿ってスライドさせ、前記密閉壁及び前記誘電体と前記内導体との距離を調整する調整機構とを備え、前記密閉壁は、窪んだ領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を帯域阻止周波数の１／２管内波長にすると共に窪んでいない領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を前記帯域阻止周波数の１／２管内波長より短くし、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、且つ、前記１／２管内波長により阻止され得る帯域阻止周波数が、前記窪んでいない領域の前記密閉壁によって、帯域が広がり、上限側にシフトした周波数阻止帯域を保持するものである。

請求項２の発明に係るマイクロ波管は、電子ビームを生成する電子銃部と、この電子銃部から放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部間に設置され、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行なう相互作用部と、この相互作用部の出力側の出力窓から取り出したマイクロ波電力を同軸伝送する同軸伝送線路と、この同軸伝送線路の出力端に位置し、同軸伝送線路の内導体を延長した同軸導波管変換部と、この同軸導波管変換部の内導体を収納し、一端をマイクロ波電力を放射する開放端とし、対向する他端を短絡端とする導波管部と、この導波管部の前記短絡端に設けられた密閉壁と、この密閉壁の内壁に形成された窪み部と、この窪み部に装着された誘電体と、前記密閉壁を前記導波管部の内壁に沿ってスライドさせ、前記密閉壁及び前記誘電体と前記内導体との距離を調整する調整機構とを備え、前記密閉壁は、窪んでいない領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を帯域阻止周波数の１／２管内波長にすると共に窪んだ領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を前記帯域阻止周波数の１／２管内波長より長くし、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、且つ、前記１／２管内波長により阻止され得る帯域阻止周波数が、前記窪んだ領域の前記密閉壁によって、帯域が広がり、下限側にシフトした周波数阻止帯域を保持するものである。

請求項３の発明に係るマイクロ波管は、前記導波管部の導波管壁と前記調整機構との間に導電性樹脂が充填されている請求項１又は２に記載のものである。

請求項４の発明に係るマイクロ波管は、前記導波管部が、マイクロ波電力伝送方向に対する垂直面断面形状が円形又は楕円状であり、前記導波管部に対応してスライドする前記調整機構は、前記導波管部の周囲からネジ止め固定される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のものである。

以上のように、この発明によれば、所定のマイクロ波周波数の帯域外出力を抑制するので発振や高調波による他の通信機器に与える影響を軽減し、大電力のマイクロ波伝送が可能であり、導波管部短絡端の内壁面に形成された窪み部に誘電体を装着したスライドする調整機構を設けたので帯域阻止周波数バンドを拡大できる利点があり、且つ帯域阻止周波数バンドの微調整が可能である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるマイクロ波管の正面構成図であり、図１において１は電子ビームを生成する電子銃部、２は電子銃部から放出された電子を収集するコレクタ部、３は電子銃部１とコレクタ部２間に設置され、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行なう相互作用部、４は相互作用部３に入力されたマイクロ波を出力として取り出す出力窓、５は取り出されたマイクロ波電力を同軸伝送する同軸伝送線路、６は同軸伝送線路５の外導体、７は同軸伝送線路５の内導体である。

８はマイクロ波管の出力回路に相当する導波管部であり、８ａはマイクロ波電力を外部もしくは次段回路に電力伝送する導波管部８の開放端（放射端）、８ｂは導波管部８の開放端８ａの反対側に位置する短絡端、９は同軸伝送線路５の内導体７を延長し内導体７を導波管部８の上壁と接続すると共に同軸伝送線路５の外導体６を共通アースとした同軸導波管変換部、１０は導波管部８の短絡端８ｂに挿設された調整機構である。

また、図２は、実施の形態１によるマイクロ波管の平面構成図であり、図２において１０ａは導波管部８の短絡端８ｂ近傍の空洞部を密閉し、スライドする調整機構１０の内壁である。 また、Ｌ１は内壁１０ａのスライド面と直交する内壁１０ａと内導体７中心との距離を示す。図３は実施の形態１によるマイクロ波管の導波管部８の透視図であり、調整機構１０の具体的な形状を示したものである。なお、図１〜図３中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。図１において、マイクロ波管の相互作用部３にて増幅されたマイクロ波は、出力窓４から出力され、同軸伝送線路５を経由して、導波管部８の接続部（同軸導波管変換部９）を経て導波管部８の開放端８ａから電磁波として放射される。同軸導波管変換部９は一例として、同軸伝送線路５の内導体７と導波管部８とをネジ止めによって接続固定される。

放射端（開放端）８ａの反対側には可動式の調整機構１０が設置されており、所定のマイクロ波周波数帯域内の反射損失および阻止したい帯域外周波数の挿入損失を調整するので調整機構１０は調整後ネジ止めなどにより固定する。調整機構１０をネジ止め構造にすることにより、調整機構１０を別形状のものに取り換えることを考慮している。調整は、同軸導波管伝送線路５から延長された内導体７と調整機構１０の内側壁面（内壁面）との距離ＬＩを調整することで行なわれる。

具体的には、阻止したい周波数に対応する管内波長λｇに対して、Ｌ１＝λｇ／２とすることにより阻止したい周波数に対応した共振が起こる為、所望の周波数の挿入損失を大きくすることができる。図４にマイクロ波のＸ帯（Ｘバンド）における帯域阻止周波数と挿入損失（Ｓ２１）との関係を示す。図４では０．２ｄＢ程度の挿入損失を有し、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して、通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、約２８ｄＢの挿入損失となっており、且つ一定の急峻な周波数阻止帯域幅を保持している。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２によるマイクロ波管の平面構成図であり、図５において２０は窪みを設けた内壁面を有する調整機構であり、２０ａは導波管部８の短絡端８ｂ近傍の空洞部を密閉し、スライドする調整機構２０の凹型形状の内壁である。 また、Ｌ１は内壁２０ａのスライド面と直交する内壁２０ａの窪み部と内導体７中心との距離を示す。Ｌ２は窪んでいない内壁２０ａと内導体７中心との距離を示す。図６は実施の形態２によるマイクロ波管の導波管部８の透視図であり、調整機構２０の具体的な形状を示したものである。なお、図５中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

本実施の形態２では調整は、同軸導波管伝送線路５から延長された内導体７と調整機構２０の内壁２０ａの窪み部との距離ＬＩを調整することで行なわれる。

具体的にはＬ１を阻止したい周波数の管内波長とする。すなわち、Ｌ１＝λｇ／２とし、Ｌ２をλｇ／４より大きな距離、例えばＬ１の７０％程度の距離とすることにより、Ｌ１とＬ２に対応した共振が起こるため、２種の帯域阻止周波数が得られる。しかし、本実施例では特定の帯域阻止周波数の近傍の周波数を阻止帯域としたいのでＬ１とＬ２とは接近した距離とする。従って挿入損失は小さくなるものの帯域阻止バンドが広がったものとなる。図７にマイクロ波のＸバンドにおける帯域阻止周波数と挿入損失（Ｓ２１）との関係を示す。図７では０．２ｄＢ程度の挿入損失を有し、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して、通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、約２０ｄＢの挿入損失となっており、且つ所望の帯域阻止周波数に対して上限側に幅広の周波数阻止帯域を保持している。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図８を用いて説明する。図８は、実施の形態３によるマイクロ波管の平面構成図であり、図８において３０は突出部を設けた内壁面を有する調整機構であり、３０ａは導波管部８の短絡端８ｂ近傍の空洞部を密閉し、スライドする調整機構３０の凸型形状の内壁である。 また、Ｌ１は内壁３０ａのスライド面と直交する内壁３０ａの窪み部と内導体７中心との距離を示す。Ｌ２は窪んでいない内壁３０ａと内導体７中心との距離を示す。図９は実施の形態３によるマイクロ波管の導波管部８の透視図であり、調整機構３０の具体的な形状を示したものである。なお、図８中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

本実施の形態３では調整は、同軸導波管伝送線路５から延長された内導体７と調整機構３０の内壁３０ａの突出部との距離ＬＩを調整することで行なわれる。

具体的にはＬ１を阻止したい周波数の管内波長とする。すなわち、Ｌ１＝λｇ／２とし、Ｌ２をλｇ・３／４より小さい距離、例えばＬ１の１２０％までの値とすることにより、Ｌ１とＬ２に対応した共振が起こるため、２種の帯域阻止周波数が得られる。しかし、本実施例では特定の帯域阻止周波数の近傍の周波数を阻止帯域としたいのでＬ１とＬ２とは接近した距離とする。従って挿入損失は小さくなるものの帯域阻止バンドが広がったものとなる。図１０にマイクロ波のＸバンドにおける帯域阻止周波数と挿入損失（Ｓ２１）との関係を示す。図１０では０．２ｄＢ程度の挿入損失を有し、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して、通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、約２５ｄＢの挿入損失となっており、且つ所望の帯域阻止周波数に対して下限側に幅広の周波数阻止帯域を保持している。

実施の形態４．
実施の形態１乃至３では主として出力回路に矩形導波管を用いたマイクロ波管で説明を行なったが、実施の形態４では矩形導波管以外の導波管を使用した場合について説明する。

この発明の実施の形態４について図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態４によるマイクロ波管の調整機構を含む導波管部の外観透視図であり、図１１において７０は同軸伝送線路から延長された内導体、８０は円形（楕円形）導波管の導波管部、８０ａは開放端、８０ｂは短絡端、４０は周囲に円形（楕円形）の窪みを設けた内壁面を有する調整機構であり、４０ａは導波管部８０の短絡端８０ｂ近傍の空洞部を密閉し、スライドする調整機構４０の内壁である。また、１００はスライドする調整機構４０を導波管部８０と固定する周囲からネジ止めするネジである。動作については実施の形態３に準ずるので説明を省略する。

なお、実施の形態１乃至４において調整機構の固定にはネジ止め以外にＵＶ樹脂などによる接着法を利用しても良く、導波管部の密閉を保つために導波管壁とスライドする調整機構との隙間に導電性樹脂を充填させても良い。

また、調整機構に凸凹を設け２種の帯域阻止周波数を設定するにあたり、互いに近接した帯域阻止周波数の場合には、窪み部の長さ（Ｌ１−Ｌ２）が０．２ｍｍ以下になる場合があるので、図１２に示すように窪み領域にセラミックや石英材などの比較的誘電率の高い誘電体２００を装填(装着)することにより、管内波長の短縮を図り、機械加工する窪み部の長さを大きくすることにより加工精度のばらつきに起因する所望の帯域阻止周波数から外れることを防止し安定した帯域阻止周波数を得ることができると共に誘電体の挿入の有無による帯域阻止周波数設定の微調整が可能になるという利点もある。

この発明の実施の形態１によるマイクロ波管の正面構成図である。 この発明の実施の形態１によるマイクロ波管の平面構成図である。 この発明の実施の形態１によるマイクロ波管の導波管部の透視図である。 この発明の実施の形態１によるマイクロ波管の帯域阻止周波数と挿入損失との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２によるマイクロ波管の平面構成図である。 この発明の実施の形態２によるマイクロ波管の導波管部の透視図である。 この発明の実施の形態２によるマイクロ波管の帯域阻止周波数と挿入損失との関係を示す図である。 この発明の実施の形態３によるマイクロ波管の平面構成図である。 この発明の実施の形態３によるマイクロ波管の導波管部の透視図である。 この発明の実施の形態３によるマイクロ波管の帯域阻止周波数と挿入損失との関係を示す図である。 この発明の実施の形態４による導波管部の外観透視図である。 マイクロ波管の調整機構の窪み部に誘電体を装着した場合の説明図である。

符号の説明

１ 電子銃部、 ２ コレクタ部、 ３ 相互作用部、 ４出力窓、 ５同軸伝送線路、 ６ 外導体、 ７ 内導体、 ８ 導波管部、 ８ａ 開放端、 ８ｂ 短絡端、 ９ 同軸導波管変換部、 １０ 調整機構、 １０ａ 内壁、 ２０ 調整機構、 ２０ａ 内壁、 ３０ 調整機構、 ３０ａ 内壁、 ４０ 調整機構、 ４０ａ 内壁、 ７０ 内導体、 ８０ 導波管部、 ８０ａ 開放端、 ８０ｂ 短絡端、 １００ ネジ、 ２００ 誘電体。

Claims (4)

1. 電子ビームを生成する電子銃部と、この電子銃部から放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部間に設置され、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行なう相互作用部と、この相互作用部の出力側の出力窓から取り出したマイクロ波電力を同軸伝送する同軸伝送線路と、この同軸伝送線路の出力端に位置し、同軸伝送線路の内導体を延長した同軸導波管変換部と、この同軸導波管変換部の内導体を収納し、一端をマイクロ波電力を放射する開放端とし、対向する他端を短絡端とする導波管部と、この導波管部の前記短絡端に設けられた密閉壁と、この密閉壁の内壁に形成された窪み部と、この窪み部に装着された誘電体と、前記密閉壁を前記導波管部の内壁に沿ってスライドさせ、前記密閉壁及び前記誘電体と前記内導体との距離を調整する調整機構とを備え、前記密閉壁は、窪んだ領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を帯域阻止周波数の１／２管内波長にすると共に窪んでいない領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を前記帯域阻止周波数の１／２管内波長より短くし、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、且つ、前記１／２管内波長により阻止され得る帯域阻止周波数が、前記窪んでいない領域の前記密閉壁によって、帯域が広がり、上限側にシフトした周波数阻止帯域を保持するマイクロ波管。
2. 電子ビームを生成する電子銃部と、この電子銃部から放出された電子を収集するコレクタ部と、このコレクタ部と前記電子銃部間に設置され、マイクロ波と電子ビームとの高周波増幅を行なう相互作用部と、この相互作用部の出力側の出力窓から取り出したマイクロ波電力を同軸伝送する同軸伝送線路と、この同軸伝送線路の出力端に位置し、同軸伝送線路の内導体を延長した同軸導波管変換部と、この同軸導波管変換部の内導体を収納し、一端をマイクロ波電力を放射する開放端とし、対向する他端を短絡端とする導波管部と、この導波管部の前記短絡端に設けられた密閉壁と、この密閉壁の内壁に形成された窪み部と、この窪み部に装着された誘電体と、前記密閉壁を前記導波管部の内壁に沿ってスライドさせ、前記密閉壁及び前記誘電体と前記内導体との距離を調整する調整機構とを備え、前記密閉壁は、窪んでいない領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を帯域阻止周波数の１／２管内波長にすると共に窪んだ領域の前記密閉壁の内壁面と前記内導体が位置する内壁面との平行面距離を前記帯域阻止周波数の１／２管内波長より長くし、下方周波数である所定のマイクロ波通過帯域に対して通過帯域上方に所望の帯域阻止周波数が設定され、且つ、前記１／２管内波長により阻止され得る帯域阻止周波数が、前記窪んだ領域の前記密閉壁によって、帯域が広がり、下限側にシフトした周波数阻止帯域を保持するマイクロ波管。
3. 前記導波管部の導波管壁と前記調整機構との間に導電性樹脂が充填されている請求項１又は２に記載のマイクロ波管。
4. 前記導波管部は、マイクロ波電力伝送方向に対する垂直面断面形状が円形又は楕円状であり、前記導波管部に対応してスライドする前記調整機構は、前記導波管部の周囲からネジ止め固定される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ波管。

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