JP5411987B2 - カスケード電圧増幅器およびカスケード電子管を起動する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、パルス又は連続波形で増幅出力を発生するクラスA又はクラスCカスケード電圧増幅器に関係する。本発明はまたカスケード構造の複数の電子管ステージを起動する方法にも関係する。
高エネルギー高電圧パルスの生成は多くの近代的な電子用途で基本的な条件である。従来技術においてこの種のパルスを実現する回路としては以下のようなものが挙げられる:
1.コッククロフト−ウォルトン電圧増倍回路
2.マルクス発電機
3.パルスモジュレータ
前述の従来技術の回路は全て改良が望ましい問題を内包している。
本発明の1つの態様はパルス又は連続波形で増幅出力を発生するカスケード電圧増幅器を提供する。増幅器はスイッチング手段兼クラスA又はC増幅手段として構成された電子管を有する少なくとも一つの非最終ステージを含む。最終ステージはクラスA又はC増幅手段として構成された電子管を含む。少なくとも一つの非最終ステージと最終ステージは直列に接続され、増幅出力は少なくとも1000ボルトの電圧を有する。
説明においては(1)回路トポロジー、(2)好適な回路実装、(3)カスケード接続電子管を起動させる方法、の3点について説明する。
図1はスイッチング回路としてまた改良クラスA増幅回路として構成されたカスケード接続電圧増幅器(CVA)10を図示している。クラスA増幅器動作については後述する。CVA10は入力12と出力14端子および良好なRF設計手法による接地16を含む。以下の説明の目的で、CVA10は1000ボルトを超える出力を提供するように設計される。
図2Aおよび図2Bは高電圧冷陰極電界放射型三極管30の基本構造を示したもので、これは図1の回路の冷陰極電界放射管20a〜20cを実装するために好適に使用される。三極管30は本発明の発明者らによる米国特許第4,950,962号に説明されているようにパルサトロンとしても知られている。パルサトロンは所望の電圧で連続モードにて動作するように寸法を加減することができる。三極管30は円筒状の形状のカソード32を含み、これが円筒状の形状のグリッド34に取り囲まれ、グリッドは更に円筒状の形状のアノード36に取り囲まれる。グリッド34は破線で図示してあり電子がここを貫通移動するのに適した孔を有することを表わす。アノード36、グリッド34、カソード32は共通の主軸(図示していない)を共有する。半径方向にカソード32からグリッド34への間隔は横断方向の電磁モード(TEM)をサポートする円形ウェーブガイドをこれらの間に作成するようにしてある。図2Aと図2Bにおいて、例として、カソード32はグラファイト材料で作成され、グリッド34は導電性金属例えばニッケル合金から作成され、アノード36は耐熱性金属例えばタングステンから作成される。
(1)グリッド−カソード間又はグリッド−アノード間の間隔はグリッドの全長にわたって一定であること。これは通常グリッドに高い張力をかけて配置する、または堅固な構造体で構築することにより実現される。
(2)グリッドの素子数は充分に多くしてグリッド−カソード領域に又はグリッド−アノード領域に一定かつ均一な電場を確保できるようにする。
(3)グリッド構造体のどこにもバリの鋭利なエッジがないこと、個々の素子は丸めるか、平坦か、又は高い縦横比の楕円形状とすることができる。全てのエッジは完全に丸める必要がある。この意味で、完全に丸めるというのは問題となるエッジが部材の厚みの半分に等しい半径を有すると言うことである。
電子管の起動は電子管製造において最後から2番目の処理ステップで、排気管を閉止する直前である。起動の目的は製造されたままのカソードを機能する電子放射素子へ変更することである。典型的には、この処理は電子管を真空ポンプシステムに接続したまま、アノードを通してカソードから電流を取り出すことによる。特定の実施は使用するカソードの種類により変化する。起動処理は電子管の電極ジオメトリや電子管ステージとは完全に独立していることを理解することが重要である。
Claims (20)
- パルス又は連続波形で増幅出力を発生するカスケード電圧増幅器であって、
a)少なくとも一つの非最終ステージはスイッチング手段兼クラスA又はC増幅手段として構成された電子管を含み、
b)最終ステージはスイッチング手段兼クラスA又はC増幅手段として構成された電子管を含み、
c)前記少なくとも一つの非最終ステージと前記最終ステージは直列接続され、
d)前記増幅出力は少なくとも1000ボルトの電圧を有し、
e)各ステージは、円筒状の外側電極を含み、該円筒状の外側電極が少なくとも一つの同心円状で円筒状のグリッドを包囲し、該同心円状で円筒状のグリッドが更に同心円状で円筒状の内側電極を包囲し、
f)前記円筒状の内側電極から前記円筒状のグリッドまでの半径方向の間隔は、これらの間に横方向の電磁モードを支持する円形のウェーブガイドを形成するように構成されており、
g)各非最終ステージはそれぞれ該非最終ステージの外側電極と該非最終ステージの後のステージの内側電極とを電気的に結合し、かつ、これらの主な機械的支持であるリンク構造を含み、該リンク構造は第1と第2の端部を有し、以下:
i.前記第1と第2の端部の間に含まれる電気的相互接続;
ii.前記第1の端部は前のステージの外側電極を支持するための手段を含み;および
iii.前記第2の端部は後のステージの内側電極を支持するための手段を含む
ことを特徴とするカスケード電圧増幅器。
- 前記少なくとも一つの非最終ステージと前記最終ステージは共通の真空エンクロージャ内に物理的に収容される
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 非最終ステージの数が2つである
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 非最終ステージの数が3つである
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記少なくとも一つの非最終ステージと前記非最終ステージは各々が冷陰極電界放射電子管を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 各非最終ステージの前記リンク構造は一体型でギャップの無い連続構造である
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記電気的相互接続は電気的伝送線を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記最終ステージは該最終ステージの外側電極と外部回路を電気的に結合し、かつ、これらの主たる機械的支持であるリンク構造を含み、該リンク構造は第1と第2の端部を有し、以下:
a)前記第1と第2の端部の間に含まれる電気的伝送線、
b)前記第1の端部は前のステージの外側電極を支持するための手段を含むことを特徴とし、
c)前記第2の端部は外部回路へ接続するための手段を含むことを特徴とし、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記各非最終ステージのリンク構造は一体型でギャップの無い連続構造である
ことを特徴とする請求項8に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記外側電極はアノードであり前記内側電極はカソードである
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記外側電極はカソードであり前記内側電極はアノードである
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記非最終ステージの個数は2である
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 前記非最終ステージの個数が3である
ことを特徴とする請求項1に記載のカスケード電圧増幅器。
- 共通の真空エンクロージャ内部にある複数のカスケード接続電子管ステージを起動する方法であって、前記方法は、
a)前記複数のカスケード接続電子管ステージを直列に、非最終ステージから最終ステージまで相互接続するステップであって、各非最終ステージにおいて電極が各々の電気的相互接続線により後続ステージの電極へ接続することを特徴とするステップと、
b)前記各々の電気的相互接続線の少なくとも一つは前のステージの電極を後続のステージの電極へ電気的に結合し、かつ、それらの主たる機械的支持であるリンク構造を含むステップと、
c)前記真空エンクロージャ内部に前記複数のカスケード接続電子管ステージを配置し前記エンクロージャから空気を排気するステップと、
d)第1の直列接続ステージのカソードとアノードの間に電圧を掛けて該第1ステージへ電気的エネルギーを供給することにより、充分な量の前記エネルギーが何れかの中間ステージを通って前記最終ステージへ直列に伝搬し全電子管ステージの起動を容易にするようにするステップと
を含むことを特徴とする方法。
- 前記第1の直列接続ステージの外側と内側の電極の間に電気的電圧を提供する前記ステップは、全ステージの起動を行うのに充分なエネルギーを供給する
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 各リンク構造の全長は電気的伝送線を形成する
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記電子管は冷陰極電界放射電子管である
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記電気的相互接続は電気的伝送線を含む
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 複数のカスケード接続電子管ステージはステージ数が3である
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 複数のカスケード接続電子管ステージはステージ数が4である
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
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