JPH0126143B2 - - Google Patents
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- JPH0126143B2 JPH0126143B2 JP11607481A JP11607481A JPH0126143B2 JP H0126143 B2 JPH0126143 B2 JP H0126143B2 JP 11607481 A JP11607481 A JP 11607481A JP 11607481 A JP11607481 A JP 11607481A JP H0126143 B2 JPH0126143 B2 JP H0126143B2
- Authority
- JP
- Japan
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- cavity
- electron beam
- harmonic
- frequency
- center
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Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 25
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 6
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は空胴の１つの高調波空胴を用いた高能
率の直進形クライストロンに関するものである。
率の直進形クライストロンに関するものである。
従来から高能率の直進形クライストロンを得る
ために、いくつかの発明がなされている。例えば
特開昭46−5765号公報によれば、基本波空胴のみ
の構成で、最終中間空胴の間〓中心とそのすぐ上
流の中間空胴の間〓中心間のドリフト長を低減プ
ラズマ波長（λg）の1/4倍以上、5/12倍以下、理
想的には1/3倍とし、この長いドリフト管におい
て、電子ビーム中に発生する空間電荷力を有効に
利用して電子ビームをより強く集群させて、高能
率化を図るようにしたものがある。ここで低減プ
ラズマ波長（λg）は2πv0／ωgで表わされる。な
お、（v0）は電子ビームの直流速度、（ωg）は低
減プラズマ角周波数である。小信号時において、
速度変調を受けた電子ビームはドリフト長が1/4
λgの点で最大の密度変調を受け、それ以上ではビ
ーム中の基本波電流成分は減少する。そして、信
号が大きくなれば、基本波電流成分の最大を生ず
る点は1/4λgよりかなり小さくなる。そこで高能
率化を図るために、1/3λg程度という異常に長い
ドリフト管を１つ用いなければならない。従つ
て、これは従来一般に使用されているものに比較
して、管球の全長が長くなる。このことは、管の
製造設備の大型化、取り扱いの困難さ、及び管も
含めた装置全体の大型化を招き、高能率化の利点
よりも全体として見た場合には不都合なものとな
る。
ために、いくつかの発明がなされている。例えば
特開昭46−5765号公報によれば、基本波空胴のみ
の構成で、最終中間空胴の間〓中心とそのすぐ上
流の中間空胴の間〓中心間のドリフト長を低減プ
ラズマ波長（λg）の1/4倍以上、5/12倍以下、理
想的には1/3倍とし、この長いドリフト管におい
て、電子ビーム中に発生する空間電荷力を有効に
利用して電子ビームをより強く集群させて、高能
率化を図るようにしたものがある。ここで低減プ
ラズマ波長（λg）は2πv0／ωgで表わされる。な
お、（v0）は電子ビームの直流速度、（ωg）は低
減プラズマ角周波数である。小信号時において、
速度変調を受けた電子ビームはドリフト長が1/4
λgの点で最大の密度変調を受け、それ以上ではビ
ーム中の基本波電流成分は減少する。そして、信
号が大きくなれば、基本波電流成分の最大を生ず
る点は1/4λgよりかなり小さくなる。そこで高能
率化を図るために、1/3λg程度という異常に長い
ドリフト管を１つ用いなければならない。従つ
て、これは従来一般に使用されているものに比較
して、管球の全長が長くなる。このことは、管の
製造設備の大型化、取り扱いの困難さ、及び管も
含めた装置全体の大型化を招き、高能率化の利点
よりも全体として見た場合には不都合なものとな
る。
また、特公昭47−32386号公報に記載されてい
るように、基本波空胴の他に第２高調波空胴を用
いて、これによつて電子ビームを強く集群させ
て、高能率化を図る提案もある。ところが、この
構成によれば、同公報に記載された実施例のよう
な空胴配置の場合に、基本波空胴４個、高調波空
胴１個の合計５個の空胴を用い、しかもごく狭帯
域としているにも拘らず、利得が20dB以下で非
常に低い。従つて、この構成で高能率、高利得を
得るためには、実際には、更に上流に１〜２個の
空胴を設けなければならないものと考えられる。
そうすると、空胴数の増加に伴い製造、調整上著
しく困難となり、また、管の全長も前述の長いド
リフト管を用いるものと大差がなくなり、同様の
不都合が生ずる。
るように、基本波空胴の他に第２高調波空胴を用
いて、これによつて電子ビームを強く集群させ
て、高能率化を図る提案もある。ところが、この
構成によれば、同公報に記載された実施例のよう
な空胴配置の場合に、基本波空胴４個、高調波空
胴１個の合計５個の空胴を用い、しかもごく狭帯
域としているにも拘らず、利得が20dB以下で非
常に低い。従つて、この構成で高能率、高利得を
得るためには、実際には、更に上流に１〜２個の
空胴を設けなければならないものと考えられる。
そうすると、空胴数の増加に伴い製造、調整上著
しく困難となり、また、管の全長も前述の長いド
リフト管を用いるものと大差がなくなり、同様の
不都合が生ずる。
本発明は、基本波空胴及び高調波空胴を適正に
配置し、その共振周波数を適正に選択することに
より、管の全長を従来のものに比べ非内に短くし
うる高能率、高利得の直進形クライストロンを提
供することを目的とするものである。
配置し、その共振周波数を適正に選択することに
より、管の全長を従来のものに比べ非内に短くし
うる高能率、高利得の直進形クライストロンを提
供することを目的とするものである。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。本発明の直進形クライストロンは、
６空胴直進形クライストロンで、第１図に示すよ
うに構成され、電子ビームを発生する電子銃部１
１、電子ビームの直流エネルギーを高周波エネル
ギーに変換する相互作用部１２、及び用剤後の電
子ビームを捕集するコレクタ１３からなり、更に
電子ビーム１４を集束するために相互作用部１２
を囲んで集束磁界発生装置（図示せず）が設けら
れる。相互作用部１２は、高周波電力が導入され
る入力空胴２１と、電子ビームの流れにおいてそ
れのすぐ下流の前置中間空胴２２，２３と、高周
波電力が取り出される出力空胴２６と、それのす
ぐ上流の２個の終段中間空胴２４，２５とがドリ
フト管２７〜３３により連結されて成つている。
２個の前置中間空胴のうち２３は第２高調波空胴
で、本発明のクライストロンの中心動作周波数0
に対応する第２高調波周波数付近に同調され、他
の空胴は中心動作周波数0付近に同調されてい
る。従つて、これらを基本波空胴と記すことにす
る。なお、それぞれの空胴はその中にドリフト管
間隙をもち、第１図でそれら間隙中心を２１ａ〜
２６ａで表わす。
に説明する。本発明の直進形クライストロンは、
６空胴直進形クライストロンで、第１図に示すよ
うに構成され、電子ビームを発生する電子銃部１
１、電子ビームの直流エネルギーを高周波エネル
ギーに変換する相互作用部１２、及び用剤後の電
子ビームを捕集するコレクタ１３からなり、更に
電子ビーム１４を集束するために相互作用部１２
を囲んで集束磁界発生装置（図示せず）が設けら
れる。相互作用部１２は、高周波電力が導入され
る入力空胴２１と、電子ビームの流れにおいてそ
れのすぐ下流の前置中間空胴２２，２３と、高周
波電力が取り出される出力空胴２６と、それのす
ぐ上流の２個の終段中間空胴２４，２５とがドリ
フト管２７〜３３により連結されて成つている。
２個の前置中間空胴のうち２３は第２高調波空胴
で、本発明のクライストロンの中心動作周波数0
に対応する第２高調波周波数付近に同調され、他
の空胴は中心動作周波数0付近に同調されてい
る。従つて、これらを基本波空胴と記すことにす
る。なお、それぞれの空胴はその中にドリフト管
間隙をもち、第１図でそれら間隙中心を２１ａ〜
２６ａで表わす。
さて、本発明では各空胴の同調周波数は次のよ
うに設定する。入力空胴２１の同調周波数1、及
び出力空胴２６のそれ6は狭帯或増幅の場合は中
心動作周波数0又はその付近、広帯域増幅の場合
は0からわずかに上下にずらしてスタガ同調方式
とする。前置中間空胴のうち基本波空胴２２の同
調周波数2は0よりわずかに高く設定する。また
第２高調波空胴２３の同調周波数3は第２高調波
周波数20よりもわずかに低い周波数に設定し、
またそのすぐ下流の２個の基本波空胴２４，２５
を中心動作周波数0よりわずかに高い周波数に設
定する。
うに設定する。入力空胴２１の同調周波数1、及
び出力空胴２６のそれ6は狭帯或増幅の場合は中
心動作周波数0又はその付近、広帯域増幅の場合
は0からわずかに上下にずらしてスタガ同調方式
とする。前置中間空胴のうち基本波空胴２２の同
調周波数2は0よりわずかに高く設定する。また
第２高調波空胴２３の同調周波数3は第２高調波
周波数20よりもわずかに低い周波数に設定し、
またそのすぐ下流の２個の基本波空胴２４，２５
を中心動作周波数0よりわずかに高い周波数に設
定する。
このような配置における電子ビームの様子を、
第２図によつて説明する。第２図は、第１図に示
した直進形クライストロンをデイスクモデルを用
いて大信号動作をコンピユータシユミレーシヨン
したものである。すなわち、これは電子の位相と
ビーム路に沿つた前記低減プラズマ波長（λg）に
よつて正規化された距離とをプロツトしたもの
で、アツプルゲイトダイアグラムと同等のもので
ある。この場合は、基本周波数の１周期にわたつ
て一様に分布している35個の電子を追跡してい
る。相互作用部１２の各空胴のドリフト管間隙中
心の位置は、横軸に記載している。まず入力空胴
２１に導入された高周波電力に応じて空胴間隙に
高周波電界を生じ、この電界に応じて電子ビーム
１４は速度変調される。ドリフト管中には高周波
電界が存在しないため、電子は空胴と空胴との間
の区間すなわちドリフト管中を走るうちに入力空
胴で与えられた速度変調に応じて集群される。
第２図によつて説明する。第２図は、第１図に示
した直進形クライストロンをデイスクモデルを用
いて大信号動作をコンピユータシユミレーシヨン
したものである。すなわち、これは電子の位相と
ビーム路に沿つた前記低減プラズマ波長（λg）に
よつて正規化された距離とをプロツトしたもの
で、アツプルゲイトダイアグラムと同等のもので
ある。この場合は、基本周波数の１周期にわたつ
て一様に分布している35個の電子を追跡してい
る。相互作用部１２の各空胴のドリフト管間隙中
心の位置は、横軸に記載している。まず入力空胴
２１に導入された高周波電力に応じて空胴間隙に
高周波電界を生じ、この電界に応じて電子ビーム
１４は速度変調される。ドリフト管中には高周波
電界が存在しないため、電子は空胴と空胴との間
の区間すなわちドリフト管中を走るうちに入力空
胴で与えられた速度変調に応じて集群される。
その結果、集群された電子ビームが第２番目の
空胴間隙２２ａを通過する際、ここへ高周波電界
を発生せしめ、更に変調を受け集群される。この
空胴２２は前述のように、管の動作周波数よりわ
ずかに高い周波数に同調されているので、動作周
波数に同調されている場合に比べ、より効率的に
集群される。従つて、第１図において、入力空胴
２１、前置中間基本波空胴２２、第２高調波空胴
２３、第１終段中間空胴２４の各ドリフト管間隙
中心２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ間の距離を
それぞれl12，l23，l34とすれば、l12，l23は一般的
には0.15λg程度の値が用いられるが、これよりず
つと短くてすみ、0.1λg程度でも充分である。こ
のように集群された電子ビームが上流から第３番
目の空胴すなわち第２高調波空胴２３に達する
と、この空胴は前述したように管の動作周波数0
の２倍よりわずかに低い周波数に同調されている
とともに、その位置が前後の中間空胴間の中間あ
るいは中間よりも下流に配置されているので、電
子ビームはそれまではある位相のところに集群す
るように運動してきたのが、この第２高調波空胴
２３の間隙中心２３ａを通過する際十分大きな速
度変調を受け、通過後は２群に分かれて各々が別
の位相に集群するようになる。これは全体として
見ると、むしろ離群されるような速度変調を受け
ることになるが、この第２高調波空胴２３は前後
の空胴間の比較的下流に置かれているので、この
第２高調波空胴２３に達する迄にかなり集群して
おり、それまでに良く集群している位相にある電
子は少し離群し、集群していない位相にある電子
は集群される速度変調を受ける。こうして結果的
には、すぐ下流の基本波空胴２４に達する時に
は、電子ビームは非常に良く集群され、その速度
も均一化する。この様子は第２図において第４番
目の空胴２４のドリフト管間隙中心２４ａで１周
期の約0.6倍の範囲に約83％の電子がほぼ一様に
存在し、更にその速度がほぼ一様であることが、
グラフの傾斜がすべてほぼ軸に平行であるという
ことから明らかである。高能率を得るためには、
出力空胴２１へ入る電子ビームは良く集群されて
いて、且つできるだけ一様な速度を持つことが必
要であるが、本発明において第４番目及び第５番
目の空胴すなわち第２高調波空胴２３のすぐ下流
の２個の空胴２４，２５はクライストロンの動作
周波数0より高い周波数に同調されているので、
電子ビームを更に強く集群するように働く。この
ようにして出力空胴２６のドリフト管間隙中心２
６ａにおける能率係数F1＝I1／I0は、第３図に示
す通り1.7以上という高い値が達成される。ここ
でI1は電子ビーム中の基本波電流成分、I0は直流
ビーム電流である。第３図は本発明のものの能率
係数をプロツトしたもので、出力空胴２６の位置
で1.7となつていることがわかる。
空胴間隙２２ａを通過する際、ここへ高周波電界
を発生せしめ、更に変調を受け集群される。この
空胴２２は前述のように、管の動作周波数よりわ
ずかに高い周波数に同調されているので、動作周
波数に同調されている場合に比べ、より効率的に
集群される。従つて、第１図において、入力空胴
２１、前置中間基本波空胴２２、第２高調波空胴
２３、第１終段中間空胴２４の各ドリフト管間隙
中心２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ間の距離を
それぞれl12，l23，l34とすれば、l12，l23は一般的
には0.15λg程度の値が用いられるが、これよりず
つと短くてすみ、0.1λg程度でも充分である。こ
のように集群された電子ビームが上流から第３番
目の空胴すなわち第２高調波空胴２３に達する
と、この空胴は前述したように管の動作周波数0
の２倍よりわずかに低い周波数に同調されている
とともに、その位置が前後の中間空胴間の中間あ
るいは中間よりも下流に配置されているので、電
子ビームはそれまではある位相のところに集群す
るように運動してきたのが、この第２高調波空胴
２３の間隙中心２３ａを通過する際十分大きな速
度変調を受け、通過後は２群に分かれて各々が別
の位相に集群するようになる。これは全体として
見ると、むしろ離群されるような速度変調を受け
ることになるが、この第２高調波空胴２３は前後
の空胴間の比較的下流に置かれているので、この
第２高調波空胴２３に達する迄にかなり集群して
おり、それまでに良く集群している位相にある電
子は少し離群し、集群していない位相にある電子
は集群される速度変調を受ける。こうして結果的
には、すぐ下流の基本波空胴２４に達する時に
は、電子ビームは非常に良く集群され、その速度
も均一化する。この様子は第２図において第４番
目の空胴２４のドリフト管間隙中心２４ａで１周
期の約0.6倍の範囲に約83％の電子がほぼ一様に
存在し、更にその速度がほぼ一様であることが、
グラフの傾斜がすべてほぼ軸に平行であるという
ことから明らかである。高能率を得るためには、
出力空胴２１へ入る電子ビームは良く集群されて
いて、且つできるだけ一様な速度を持つことが必
要であるが、本発明において第４番目及び第５番
目の空胴すなわち第２高調波空胴２３のすぐ下流
の２個の空胴２４，２５はクライストロンの動作
周波数0より高い周波数に同調されているので、
電子ビームを更に強く集群するように働く。この
ようにして出力空胴２６のドリフト管間隙中心２
６ａにおける能率係数F1＝I1／I0は、第３図に示
す通り1.7以上という高い値が達成される。ここ
でI1は電子ビーム中の基本波電流成分、I0は直流
ビーム電流である。第３図は本発明のものの能率
係数をプロツトしたもので、出力空胴２６の位置
で1.7となつていることがわかる。
ここで前述の従来例（特公昭47−32386）の実
施例と比べると、その優位性は明白である。すな
わち、この従来例では第２高調波に同調した空胴
をより上流に設けており、その場合、前述したよ
うに第２高調波空胴は、そこに達する迄に電子ビ
ームがかなり集群されていないと、有効に作用し
ない。従つて、この高調波空胴の上流に設ける基
本波空胴が１個の場合は、１個だけで電子ビーム
をかなり集群させなければならないため、高周波
入力電力が多く必要となり、従つて管の利得が低
くなる。実用的に充分高い利得を得るためには、
第２高調波空胴２３の上流に２個以上の基本波空
胴が必要となるわけである。そして、単に基本波
空胴をつけ加えたのみでは、実用的に充分高い利
得効率が得られるわけではなく、そのドリフト管
間隙も前述のように0.15λg程度と長い。しかし、
本発明では第２高調波空胴２３のすぐ上流の基本
波空胴の共振周波数が中心動作周波数よりわずか
に高いため、集群が効率的に行なわれ、その結
果、この空胴の前後のドリフト管間隙中心間に距
離l12，l23が各々0.1λg程度と従来に比べ2/3程度
（＝0.1＋0.1／0.15＋0.15）の長さで40dB以上の高利得
が達 成できる。
施例と比べると、その優位性は明白である。すな
わち、この従来例では第２高調波に同調した空胴
をより上流に設けており、その場合、前述したよ
うに第２高調波空胴は、そこに達する迄に電子ビ
ームがかなり集群されていないと、有効に作用し
ない。従つて、この高調波空胴の上流に設ける基
本波空胴が１個の場合は、１個だけで電子ビーム
をかなり集群させなければならないため、高周波
入力電力が多く必要となり、従つて管の利得が低
くなる。実用的に充分高い利得を得るためには、
第２高調波空胴２３の上流に２個以上の基本波空
胴が必要となるわけである。そして、単に基本波
空胴をつけ加えたのみでは、実用的に充分高い利
得効率が得られるわけではなく、そのドリフト管
間隙も前述のように0.15λg程度と長い。しかし、
本発明では第２高調波空胴２３のすぐ上流の基本
波空胴の共振周波数が中心動作周波数よりわずか
に高いため、集群が効率的に行なわれ、その結
果、この空胴の前後のドリフト管間隙中心間に距
離l12，l23が各々0.1λg程度と従来に比べ2/3程度
（＝0.1＋0.1／0.15＋0.15）の長さで40dB以上の高利得
が達 成できる。
第１図は本発明の一実施例に係る直進形クライ
ストロンを示す概略構成図、第２図は本発明にお
ける電子の位相と正規化された距離とをプロツト
したもので、電子がビーム路に沿つて集群する様
子を示した図、第３図は本発明の能率係数F1＝
I1／I0と、正規化された距離とをプロツトした特
性図である。 １１……電子銃部、１２……相互作用部、１３
……コレクタ、１４……電子ビーム、２１……入
力空胴、２２……前置中間空胴、２３……第２高
調波中間空胴、２４，２５……基本波終段中間空
胴、２６……出力空胴、２７〜３３……ドリフト
管、２１ａ〜２６ａ……各空胴のドリフト間隙中
心。
ストロンを示す概略構成図、第２図は本発明にお
ける電子の位相と正規化された距離とをプロツト
したもので、電子がビーム路に沿つて集群する様
子を示した図、第３図は本発明の能率係数F1＝
I1／I0と、正規化された距離とをプロツトした特
性図である。 １１……電子銃部、１２……相互作用部、１３
……コレクタ、１４……電子ビーム、２１……入
力空胴、２２……前置中間空胴、２３……第２高
調波中間空胴、２４，２５……基本波終段中間空
胴、２６……出力空胴、２７〜３３……ドリフト
管、２１ａ〜２６ａ……各空胴のドリフト間隙中
心。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電子ビームを発生する電子銃部と、電子ビー
ムの直流エネルギーを高周波エネルギーに変換す
る相互作用部と、用剤後の電子ビームを捕集する
コレクタとからなる直進形クライストロンにおい
て、 前記相互作用部は、入力空胴、前置中間基本波
空胴、第２高調波空胴、第１終段中間空胴、第２
終段中間空胴及び出力空胴をドリフト管で連結し
てなり、且つ各空胴の同調周波数をそれぞれf1、
f2……f6とし、中心動作周波数をf0とすれば、 f1≒f6≒f0 f4＞f0 f5＞f0 f3＜2f0 f2＞f0 に設定され、更に前記前置中間空胴のドリフト管
間〓中心と前記第２高調波空胴のドリフト管間〓
中心との距離をl23とし、前記第２高調波空胴の
ドリフト管間〓中心と前記第１終段中間空胴のド
リフト管間〓中心との距離をl34とすれば、 l23l34 に設定されていることを特徴とする直進形クライ
ストロン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11607481A JPS5818836A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 直進形クライストロン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11607481A JPS5818836A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 直進形クライストロン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5818836A JPS5818836A (ja) | 1983-02-03 |
| JPH0126143B2 true JPH0126143B2 (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=14678061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11607481A Granted JPS5818836A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 直進形クライストロン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5818836A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2861746B2 (ja) * | 1993-09-17 | 1999-02-24 | 日本電気株式会社 | 多空胴クライストロンおよびその駆動方法 |
-
1981
- 1981-07-24 JP JP11607481A patent/JPS5818836A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5818836A (ja) | 1983-02-03 |
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