JP6401485B2 - Multi-cavity klystron - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、多空胴クライストロンに関する。   Embodiments of the present invention relate to a multi-cavity klystron.

従来、多空胴クライストロンは、高周波信号の増幅に使用される電子管であり、電子ビームを放出する電子銃部と、高周波信号の入力部および出力部と、高周波相互作用部と、使用済みの電子ビームを捕捉するコレクタとを備えている。高周波相互作用部は、電子ビームの進行方向に配列された複数の共振空胴から構成されている。電子銃部と高周波相互作用部間、高周波相互作用部を構成する複数の共振空胴間、高周波相互作用部とコレクタ部間は、それぞれドリフト管で連結されている。   Conventionally, a multi-cavity klystron is an electron tube used to amplify a high-frequency signal, and an electron gun unit that emits an electron beam, a high-frequency signal input unit and output unit, a high-frequency interaction unit, and a used electron And a collector for capturing the beam. The high-frequency interaction unit is composed of a plurality of resonant cavities arranged in the traveling direction of the electron beam. The electron gun unit and the high-frequency interaction unit, the plurality of resonance cavities constituting the high-frequency interaction unit, and the high-frequency interaction unit and the collector unit are connected by drift tubes, respectively.

このような構成の多空胴クライストロンにおいては、電子銃部から放出された電子ビームは、信号の入力部をもつ電子銃側の共振空胴を通り、その前方にある複数の共振空胴と相互作用して集群する。集群した電子ビームの運動エネルギーは入力された高周波に付与され、コレクタ側の共振空胴が備える出力部より目的とする出力に増幅された高周波信号として取り出される。   In a multi-cavity klystron having such a configuration, an electron beam emitted from an electron gun section passes through a resonance cavity on the electron gun side having a signal input section and interacts with a plurality of resonance cavities in front of it. Acts and gathers. The kinetic energy of the gathered electron beam is applied to the input high frequency, and is extracted as a high frequency signal amplified to the target output from the output section provided in the collector-side resonance cavity.

一般的に多空胴クライストロンでは、複数の共振空胴が高周波的に結合しないようにするために、ドリフト管の遮断周波数が動作周波数よりも高くなるようにドリフト管の径を小さくしている。しかしながら、ドリフト管の径が小さく、かつドリフト管の径が同一径であっても、ドリフト管自体が共振空胴となり、ドリフト管の遮断周波数よりも高い周波数の意図しない発振が生じることがあった。この場合、発振による高周波信号が出力されるため、多空胴クライストロンの出力動作が不安定になるという課題がある。   In general, in a multi-cavity klystron, in order to prevent a plurality of resonant cavities from being coupled at a high frequency, the diameter of the drift tube is reduced so that the cutoff frequency of the drift tube is higher than the operating frequency. However, even if the diameter of the drift tube is small and the diameter of the drift tube is the same, the drift tube itself becomes a resonance cavity, and unintentional oscillation with a frequency higher than the cutoff frequency of the drift tube may occur. . In this case, since a high frequency signal by oscillation is output, there is a problem that the output operation of the multi-cavity klystron becomes unstable.

特開平10−340681号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-340681

従来の多空胴クライストロンは、ドリフト管の径が同一径であっても、出力動作が不安定になることにある。   The conventional multi-cavity klystron has an unstable output operation even if the drift tubes have the same diameter.

本発明が解決しようとする課題は、出力動作を安定させることができる多空胴クライストロンを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a multi-cavity klystron capable of stabilizing the output operation.

本実施形態の多空胴クライストロンは、複数の共振空胴、複数のドリフト管、表面部および複数の管容器を備える。複数のドリフト管は、同一径で、共振空胴間を連結する。表面部は、ドリフト管の少なくとも一部をドリフト管の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する。複数の管容器は、ドリフト管を構成する。表面部は、管容器間にろう付けにより接合されている。 Multi cavity klystron according to the present embodiment includes a plurality of resonant cavity, a plurality of drift tube, a table surface and a plurality of tubes containers. The plurality of drift tubes have the same diameter and connect the resonant cavities. In the surface portion, at least a part of the drift tube is made of a surface material having a higher high-frequency loss than the surface material of other portions of the drift tube. The plurality of tube containers constitute a drift tube. The surface portion is joined between the tube containers by brazing.

第1の実施形態を示す多空胴クライストロンの一部の断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a multi-cavity klystron showing a first embodiment. 同上多空胴クライストロンの概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a multi-cavity klystron same as the above. 第2の実施形態を示す多空胴クライストロンの一部の断面図である。It is a partial cross section figure of the multi-cavity klystron which shows 2nd Embodiment. 第3の実施形態を示す多空胴クライストロンの一部の断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a multi-cavity klystron showing a third embodiment.

以下、第1の実施形態を、図1および図2を参照して説明する。   Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図2は、多空胴クライストロン10の概略構造を示す断面図である。多空胴クライストロン10は、電子銃部Aを備えている。電子銃部Aは、電子ビーム11を発生する陰極12aや電子ビーム11を加速する陽極12b等を備えている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the multi-cavity klystron 10. The multi-cavity klystron 10 includes an electron gun portion A. The electron gun section A includes a cathode 12a that generates an electron beam 11, an anode 12b that accelerates the electron beam 11, and the like.

電子ビーム11の進行方向に対し、電子銃部Aの前方には高周波相互作用部Bが設けられている。高周波相互作用部Bは、筒状の管容器13、およびこの管容器13に形成されていて電子ビーム11の進行方向に配列された例えば5個の共振空胴14a〜14eを備えている。   A high frequency interaction part B is provided in front of the electron gun part A with respect to the traveling direction of the electron beam 11. The high-frequency interaction unit B includes a cylindrical tube container 13 and, for example, five resonant cavities 14 a to 14 e formed in the tube container 13 and arranged in the traveling direction of the electron beam 11.

高周波相互作用部Bのさらに前方には、電子ビーム11を捕捉するコレクタ15が設けられている。   A collector 15 that captures the electron beam 11 is provided in front of the high-frequency interaction part B.

高周波相互作用部Bを構成する複数の共振空胴14a〜14eのうち、電子銃部A側に位置する共振空胴14aには、高周波信号の入力部16、例えば同軸線路が接続されている。コレクタ15側に位置する共振空胴14eには出力部17、例えば導波管が接続されている。   Among the plurality of resonant cavities 14a to 14e constituting the high frequency interaction part B, a high frequency signal input part 16, for example, a coaxial line is connected to the resonant cavity 14a located on the electron gun part A side. An output unit 17, such as a waveguide, is connected to the resonance cavity 14e located on the collector 15 side.

電子銃部Aと高周波相互作用部Bとの間、複数の共振空胴14a〜14e間、高周波相互作用部Bとコレクタ15との間は、それぞれ同一径のドリフト管18で連結されている。   A drift tube 18 having the same diameter is connected between the electron gun portion A and the high-frequency interaction portion B, between the plurality of resonance cavities 14a to 14e, and between the high-frequency interaction portion B and the collector 15.

また、図1は、多空胴クライストロン10の一部の断面図である。共振空胴14bと共振空胴14cとがドリフト管18で連結されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a part of the multi-cavity klystron 10. The resonant cavity 14b and the resonant cavity 14c are connected by a drift tube 18.

ドリフト管18を構成する管容器13は、例えば銅を材質として形成されている。   The tube container 13 constituting the drift tube 18 is made of, for example, copper.

ドリフト管18には、ドリフト管18の一部をドリフト管18の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する表面部19が設けられている。表面部19は、筒状に形成され、ドリフト管18に形成された環状の溝18a内に配設されている。表面部19は、炭化珪素(SiC)等の電磁波吸収体、あるいはステンレスなどの銅よりも高周波損失の大きい金属で形成されている。   The drift tube 18 is provided with a surface portion 19 in which a part of the drift tube 18 is made of a surface material having a higher high-frequency loss than the surface material of other portions of the drift tube 18. The surface portion 19 is formed in a cylindrical shape, and is disposed in an annular groove 18a formed in the drift tube 18. The surface portion 19 is made of an electromagnetic wave absorber such as silicon carbide (SiC) or a metal having a higher high frequency loss than copper such as stainless steel.

なお、ドリフト管18の表面部19は、共振空胴14bと共振空洞14cとの間のドリフト管18のみに限らず、任意の共振空胴14a〜14e間に存在してもよく、材料は全て同じである必要はない。   The surface portion 19 of the drift tube 18 is not limited to the drift tube 18 between the resonance cavity 14b and the resonance cavity 14c, and may exist between any resonance cavities 14a to 14e, and all the materials are used. It doesn't have to be the same.

このように構成された多空胴クライストロン10においては、電子銃部Aから放出された電子ビーム11は、信号の入力部16をもつ電子銃部A側の共振空胴14aを通り、その前方にある複数の共振空胴14b〜14eと相互作用して集群する。集群した電子ビーム11の運動エネルギーは入力された高周波に付与され、コレクタ15側の共振空胴14eが備える出力部17より目的とする出力に増幅された高周波信号として取り出される。   In the thus configured multi-cavity klystron 10, the electron beam 11 emitted from the electron gun section A passes through the resonance cavity 14a on the electron gun section A side having the signal input section 16 and in front of it. A plurality of resonance cavities 14b to 14e interact to gather together. The kinetic energy of the gathered electron beam 11 is applied to the input high frequency, and is extracted as a high frequency signal amplified to a target output from the output unit 17 provided in the resonance cavity 14e on the collector 15 side.

ところで、多空胴クライストロン10は、共振空胴14a〜14eと電子ビーム11との相互作用を用いた高周波信号の増幅を目的としているが、ドリフト管18自体が共振空胴となり、ドリフト管18の遮断周波数よりも高い周波数の意図しない発振が生じることがある。この場合、発振による高周波信号が出力されるため、多空胴クライストロン10の出力動作が不安定になるおそれがある。   By the way, the multi-cavity klystron 10 is intended to amplify a high-frequency signal using the interaction between the resonant cavities 14a to 14e and the electron beam 11, but the drift tube 18 itself becomes a resonant cavity, and the drift tube 18 Unintentional oscillation at a frequency higher than the cutoff frequency may occur. In this case, since a high-frequency signal due to oscillation is output, the output operation of the multi-cavity klystron 10 may become unstable.

第1の実施形態の多空胴クライストロン10によれば、ドリフト管18の少なくとも一部をドリフト管18の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する表面部19が設けられていることにより、ドリフト管18のQ値を低下させることができる。そのため、ドリフト管18の遮断周波数よりも高い周波数の意図しない発振が生じるのを防止することができて、この発振による高周波信号が出力されるのを防止できるため、多空胴クライストロン10の出力動作を安定させることができる。   According to the multi-cavity klystron 10 of the first embodiment, the surface portion 19 is provided, which comprises at least a part of the drift tube 18 with a surface material having a higher high-frequency loss than the surface material of the other part of the drift tube 18. Therefore, the Q value of the drift pipe 18 can be reduced. Therefore, it is possible to prevent unintentional oscillation with a frequency higher than the cutoff frequency of the drift tube 18, and to prevent the output of a high-frequency signal due to this oscillation, so that the output operation of the multi-cavity klystron 10 can be prevented. Can be stabilized.

次に、図3に第2の実施形態を示す。なお、第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果の説明を省略する。   Next, FIG. 3 shows a second embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same structure as 1st Embodiment, and the description of the structure and effect is abbreviate | omitted.

管容器13は、共振空胴14bと共振空胴14cとの間のドリフト管18の位置で分割された管容器13aおよび管容器13bを備えている。これら管容器13a,13bは例えば銅を材質として形成されている。   The tube container 13 includes a tube container 13a and a tube container 13b divided at the position of the drift tube 18 between the resonant cavity 14b and the resonant cavity 14c. These tube containers 13a and 13b are made of, for example, copper.

管容器13a,13bの接合面間に溝18aが形成され、この溝18aに表面部19が配設されている。表面部19は、ドリフト管18の一部をドリフト管18の他の部分である管容器13a,13bの表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成されている。例えば、表面部19は、炭化珪素(SiC)等の電磁波吸収体、あるいはステンレスなどの銅よりも高周波損失の大きい金属で形成されている。   A groove 18a is formed between the joint surfaces of the tube containers 13a and 13b, and a surface portion 19 is disposed in the groove 18a. The surface portion 19 is made of a surface material having a higher high-frequency loss than a surface material of the tube containers 13a and 13b, which are other portions of the drift tube 18, in part of the drift tube 18. For example, the surface portion 19 is made of an electromagnetic wave absorber such as silicon carbide (SiC) or a metal having a higher high frequency loss than copper such as stainless steel.

管容器13a,13bの少なくともいずれか一方には、管容器13a,13bの接合面間をろう付けするためのろう材20が配置される溝部21が設けられている。また、表面部19と管容器13a,13bとの少なくともいずれか一方には、表面部19と管容器13a,13bとの接合面間をろう付けするためのろう材22が配置される溝部23が設けられている。そして、各溝部21,23に配置されたろう材20,22を高温で溶融することにより、管容器13a,13bの接合面間および表面部19と管容器13a,13bとの接合面間が互いにろう付けされている。   At least one of the tube containers 13a and 13b is provided with a groove portion 21 in which a brazing material 20 for brazing between the joint surfaces of the tube containers 13a and 13b is disposed. Further, at least one of the surface portion 19 and the tube containers 13a and 13b has a groove portion 23 in which a brazing material 22 for brazing between the joint surfaces of the surface portion 19 and the tube containers 13a and 13b is disposed. Is provided. Then, by melting the brazing materials 20 and 22 disposed in the grooves 21 and 23 at a high temperature, the joint surfaces of the tube containers 13a and 13b and the joint surfaces of the surface portion 19 and the tube containers 13a and 13b are mutually brazed. It is attached.

なお、溝部21,23は、それぞれの接合面に設けられる範囲であれば、その位置と個数は任意でよい。また、溝部21は管容器13a,13bのどちらに設けてもよい。同様に、溝部23は表面部19、管容器13a、管容器13bいずれに設けてもよい。また、表面部19は、ドリフト管18を形成する円筒状の表面を除き、管容器13a,13bを組み合わせることができるものであれば、その形状は任意でよい。管容器13a,13bの接合面の形状も、互いに組み合わせることができる限り任意でよい。   In addition, as long as the groove parts 21 and 23 are the range provided in each joining surface, the position and the number may be arbitrary. Further, the groove portion 21 may be provided in either of the tube containers 13a and 13b. Similarly, the groove 23 may be provided in any of the surface portion 19, the tube container 13a, and the tube container 13b. Further, the shape of the surface portion 19 may be arbitrary as long as the tube containers 13a and 13b can be combined except for the cylindrical surface forming the drift tube 18. The shapes of the joint surfaces of the tube containers 13a and 13b may be arbitrary as long as they can be combined with each other.

第2の実施形態の多空胴クライストロン10によれば、ドリフト管18の少なくとも一部をドリフト管18の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する表面部19が設けられていることにより、ドリフト管18のQ値を低下させることができる。そのため、ドリフト管18の遮断周波数よりも高い周波数の意図しない発振が生じるのを防止することができて、この発振による高周波信号が出力されるのを防止できるため、多空胴クライストロン10の出力動作を安定させることができる。それに加えて、表面部19を管容器13a,13b間にろう付けにより接合できるため、表面部19を管容器13に容易に設置することができる。   According to the multi-cavity klystron 10 of the second embodiment, the surface portion 19 is provided, which comprises at least a part of the drift tube 18 with a surface material having a higher high-frequency loss than the surface material of the other part of the drift tube 18. Therefore, the Q value of the drift pipe 18 can be reduced. Therefore, it is possible to prevent unintentional oscillation with a frequency higher than the cutoff frequency of the drift tube 18, and to prevent the output of a high-frequency signal due to this oscillation, so that the output operation of the multi-cavity klystron 10 can be prevented. Can be stabilized. In addition, since the surface portion 19 can be joined between the tube containers 13a and 13b by brazing, the surface portion 19 can be easily installed in the tube container 13.

次に、図4に第3の実施形態を示す。なお、第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果の説明を省略する。   Next, FIG. 4 shows a third embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same structure as 1st Embodiment, and the description of the structure and effect is abbreviate | omitted.

ドリフト管18を構成する管容器13は、例えば銅を材質として形成されている。ドリフト管18の一部をドリフト管18の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する表面部19が設けられている。   The tube container 13 constituting the drift tube 18 is made of, for example, copper. A surface portion 19 is provided in which part of the drift tube 18 is made of a surface material having a higher high-frequency loss than the surface material of other portions of the drift tube 18.

表面部19は、管容器13を形成する材料よりも高周波損失が大きい材料である例えば窒化チタン(TiN)の被膜またはニッケル(Ni)などの金属メッキによって構成されている。   The surface portion 19 is made of a material having a higher high-frequency loss than that of the material forming the tube container 13, such as a titanium nitride (TiN) film or nickel (Ni) plating.

第3の実施形態の多空胴クライストロン10によれば、ドリフト管18の少なくとも一部をドリフト管18の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する表面部19が設けられていることにより、ドリフト管18のQ値を低下させることができる。そのため、ドリフト管18の遮断周波数よりも高い周波数の意図しない発振が生じるのを防止することができて、この発振による高周波信号が出力されるのを防止できるため、多空胴クライストロン10の出力動作を安定させることができる。それに加えて、表面部19は、窒化チタンの被膜またはニッケルの金属メッキで構成されていることにより、ドリフト管18に対して容易に形成することができる。   According to the multi-cavity klystron 10 of the third embodiment, the surface portion 19 is provided, which comprises at least a part of the drift tube 18 with a surface material having a higher high-frequency loss than the surface material of the other part of the drift tube 18. Therefore, the Q value of the drift pipe 18 can be reduced. Therefore, it is possible to prevent unintentional oscillation with a frequency higher than the cutoff frequency of the drift tube 18, and to prevent the output of a high-frequency signal due to this oscillation, so that the output operation of the multi-cavity klystron 10 can be prevented. Can be stabilized. In addition, the surface portion 19 can be easily formed on the drift tube 18 by being composed of a titanium nitride coating or nickel metal plating.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 多空胴クライストロン
13a,13b 管容器
14a〜14e 共振空胴
18 ドリフト管
19 表面部
10 Multi-cavity klystron
13a, 13b tube container
14a-14e resonant cavity
18 Drift tube
19 Surface

Claims (2)

複数の共振空胴と、
前記共振空胴間を連結する同一径の複数のドリフト管と、
前記ドリフト管の少なくとも一部を前記ドリフト管の他の部分の表面材料よりも高周波損失の大きい表面材料で構成する表面部と
前記ドリフト管を構成する複数の管容器と
を具備し、
前記表面部は、前記管容器間にろう付けにより接合されてい
ことを特徴とする多空胴クライストロン。
A plurality of resonant cavities;
A plurality of drift tubes of the same diameter connecting the resonant cavities;
A surface portion comprising at least a part of the drift tube with a surface material having a higher high-frequency loss than a surface material of the other part of the drift tube ;
Comprising a plurality of tube containers constituting the drift tube ,
The surface region, the multi-cavity klystron, characterized in that that have been joined by brazing between the tube container.
前記表面部は、窒化チタンの被膜またはニッケルの金属メッキで構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の多空胴クライストロン。
The multi-cavity klystron according to claim 1, wherein the surface portion is formed of a titanium nitride film or nickel metal plating.
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