JPH0127543B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は大電力クライストロンや電子加速空胴
などに用いる高周波結合器の改良に関する。 背景技術 上述のようなマイクロ波装置は近来ますます大
電力化され、例えば１メガワツト（MW）以上の
マイクロ波電力の入、出力がとり扱われるように
なつている。そしてこのような高周波エネルギー
は一般に矩形導波管で伝送されるので、クライス
トロンから高周波電力を取り出す場合、あるいは
加速空胴へ高周波電力を入力する場合などには、
いわゆる同軸導波管変換器の構造の高周波結合器
が必要となる。この結合器の一般的な構成は既に
よく知られているが、1MW以上という大電力を
扱う場合には従来知られた技術では予測しえなか
つた熱損失の問題や構造の複雑化、大形化など
種々の問題に遭遇した。 発明の目的 本発明は以上のような事情に鑑みてなされたも
ので、クライストロンや加速空胴ののようなマイ
クロ波装置の入、出力部に用いうる安定で比較的
コンパクトな高周波結合器を提供するものであ
る。 発明の概要 本発明は矩形導波管を直角方向に貫通する内導
体を設け、これと同軸線路を形づくる外導体円筒
を設け、密電体円筒を含むこの部分を真空気密に
構成するとともに、内導体を中空とし、この同軸
線路の短絡板を通してこの中空状内導体中に冷却
水を導入、排出しうるように構成したものであ
る。これによつて、過熱を防ぎ、また放電を抑制
している。さらにまた、内導体の先端部を着脱可
能に固定し、比較的任意に結合特性を変えうるよ
うにしてなる高周波結合器である。 発明の実施例 第１図および第２図に示すように本発明の高周
波結合器２０は、クライストロンや加速リングの
ようなマイクロ波装置の共振空胴壁２１の一部に
形成した結合フランジ２２に電気的および機械的
に結合される。結合フランジ２２は空胴壁２１の
一部に開けた結合孔２３の部分から外方へ突設し
た空胴外導体円筒部２４に一体的に形成されたも
のである。高周波結合器２０は、概して矩形導波
管部２５の幅広面２６の中央部を直角方向に貫通
して同軸線路部２７が設けられ、この同軸線路部
２７の内部が空胴壁２１と一体的に結合された状
態で真空に保たれるようにセラミツクのような誘
電体円筒２８で気密封着されてなる。 同軸線路部２７は、その第１の外導体円筒２９
一端にフランジ３０が一体形成されており、また
他端に誘電体円筒２８の一部が気密接合されてな
る。誘電体円筒２８の他端には第２の外導体円筒
３１が気密接合され、その端部は厚肉の短絡板３
２によつて電気的および気密的に閉塞されてい
る。第１および第２外導体円筒２９，３１の誘電
体円筒２８への接合部は後述する気密接合構造に
なつているが、この気密接合部はその内側に突設
された対内導体放電防止用のシールド部３３，３
４によつて遮蔽されている。 内導体３５は空胴側の中間部３５ａを除き基部
３５ｂが中空導体で形成され、基部の端部が短絡
板３２の中央突出部３６に鑞付けにより固着され
ている。この内導体３５の基部３５ｂは組立てを
容易にするため２分割されており、接合部３７で
一体接合されている。内導体中間部３５ａは円錘
状の空間３８にくりぬかれており、内導体３５の
内部空間３９に水冷用のパイプ４０が軸方向に挿
入されている。パイプ４０の基部４０ａは短絡板
３２に形成した通水用孔４１，４２の一方に連通
されろう付けされ、先端部４０ｂは両面がテーパ
状に切削されて内導体の円錘状空間に開口してい
る。短絡板３２の側面にはその通水用孔４１，４
２に連通して一対の水道管４３，４４が接続され
ている。これによつて冷却水はパイプ４０を通し
て導入され、内導体中間部３５ａの内部円錘壁面
に衝突させられたあと内導体内壁を冷却して通水
用孔４２を経て排出されうるようになつている。
このように短絡板３２は電気的な短絡板としての
機能とともに冷却水を導入、排出する機能をも兼
ねている。 さらに、内導体３５の一部を構成する中間部３
５ａはフランジ３０の面よりもわずかに外方に突
設されて平担面とされ、中央にねじ孔４５が穿た
れている。そしてこれに同じく内導体３５の一部
を構成する内導体先端部４６が、その中央にあけ
られた貫通孔４７を通してボルト４８が挿入され
ねじ孔４５に螺着され交換可能に固定されてい
る。これらの接触部４９は第３図に示すように内
導体先端部４６の端面に円周状の切り欠き５０お
よびその角部にナイフエツジ５１が形成されてお
り、このエツジ５１が内導体中間部３５ａの端面
に強く押しつけられて電気的接触が外周面におい
て確実にはかられるようになつている。 外部伝送路の矩形導波管と接続される矩形導波
管部２５は、概略を第４図に示すように外部伝送
路接続用フランジ５２をもつ開口部導波管５３
と、可動短絡板５４がとりつけられる短絡部導波
管５５とに２分割され、その合わせ目部分５６に
円弧状切り欠き５３ａ，５５ａが形成され、ここ
に同軸線路部２７が挿通されこれとの接続用のフ
ランジ５７，５８が多数のボルト５９，５９…に
よつて固定されるようになつている。 可動短絡版５４の両翼部には誘電体円筒方向に
約45度で曲げられたコーナ板６０，６０がとりつ
けられており、矩形導波管内壁面に接する部分に
多数の弾性接触片が微小間隔でとりつけられてい
る。そしてこの可動短絡版５４は、背後に設けた
２本の可動ロツド６１，６１、及び横方向のアー
ム６２に固定されている。そしてこれは支持枠６
３と導波管端板６４との間に橋絡的に設けられた
調整用ネジ棒６５に螺合されたナツト６６によつ
て進退可能にとりつけられている。 可動短絡版５４と導波管端板６４との間には空
間６７が形成され、端板６４の一部に形成した導
風孔６８に連通して送風ダクト６９が設けられて
いる。これによつて、誘電体円筒２８の外周面お
よびとくに誘電体円筒の気密接合部、並びに矩形
導波管内壁面、可動短絡版を強制空冷するため、
送風ダクト６９から冷却風を導入し、空間６７か
ら短絡版５４の多数の弾性接触片の小間隙から矩
形導波管部の内部に導入される。空間６７はこの
空冷において冷却風が可動短絡板から均等に内部
に導入され、誘電体円筒の全周がより一層均等に
冷却されるようにするための空気留めの機能をも
つている。 以上の構成において各導体部分は電気および熱
伝導のよい銅、あるいはアルミニウムで形成して
いる。 次に誘電体円筒２８、フランジ５７，５８、及
び矩形導波管部２５の接合部の構造について説明
する。両フランジ５７，５８がわともほぼ同様の
構造となつているが、フランジ５８がわを例に示
すと第５図に拡大して示すようになつている。す
なわち、第２外導体円筒３１にリング状のフラン
ジ５８が気密ろう付けされ、さらに第１薄板リン
グ７２を介して補助セラミツクリング７１および
真空容器の主要部である誘電体円筒２８が順次気
密ろう接されている。フランジ５８の外方段部に
第２薄板リング７３が気密接合され、両薄板リン
グ７２，７３の外周端縁７４がヘリアーク溶接さ
れている。このようにしてフランジ５８と誘電体
円筒２８とは気密封着されている。このフランジ
５８とこれに接続される開口導波管部５３のフラ
ンジ７５とは前述のように多数のボルト５９によ
り結合される。そしてフランジ７５の内側にはコ
ロナ放電防止用の断面円弧状のコロナリング７６
がろう付けされ、このコロナリング７６はアーク
溶接部７４を覆うように設けられている。またこ
のコロナリング７６およびフランジ５８の内側突
出部３４は、誘電体円筒２８とフランジ５８との
気密接合部を両側から覆うようになつており、こ
れによつて高周波放電およびそれによる損傷すな
わち気密破壊を抑制するようになつている。なお
同図において符号ｂは気密ろう付け部を表わして
いる。 尚第２外導体円筒３１、フランジ５８、内導体
３５、および短絡版３２による同軸線路短絡部の
長さＬ１はおよそ４分の１波長に設定されてお
り、また第１外部導体円筒２９および内導体中間
部３５ａの部分の同軸線路の長さＬ２は４分の１
波長以上にしてあり、これによつてこの高周波結
合器をとりつけるマイクロ波装置の寸法、特性の
如何にかかわりなく可動短絡板のわずかな調整に
よつて確実にインピーダンス整合が得られるよう
にしている。 この高周波結合器２０は、第１外導体円筒２９
の結合フランジ３０を、マイクロ波装置の空胴壁
２１の結合フランジ２２に電気的および真空気密
的に結合されて用いられる。両フランジ３０，２
２は相対向面にそれぞれ円筒状のナイフエツジ３
０ａ，２２ａを有し両者間に薄い銅リング８１を
介在し、ボルト挿入孔３０ｂ，２２ｂにボルトを
挿入し、ナツトにより締め付けて結合する。内導
体の先端部４６はその長さＬ３の異なるものを用
意しておき、マイクロ波装置の空胴特性と合致す
る長さ寸法のものを選択してとりつける。これに
よつて空胴との高周波結合特性を所望に応じて容
易に設定することができる。なおこの高周波結合
器の使用にあたつて、前述の通り内導体に冷却水
を導入し、また送風ダクトから冷却風を導入しな
がら動作させることはいうまでもない。これによ
つて大電力マイクロ波エネルギーの伝送でも、内
導体およびこれに熱的に結合された部分、あるい
は誘電体円筒や矩形導波管壁各部が過熱されるこ
となく安定な動作が得られる。 第６図に示す実施例は、高周波結合器とこれを
とりつけるマイクロ波装置の空胴とをループ結合
する場合の構造である。内導体の先端部４６をル
ープ状ものとし、ボルト４８により交換可能に内
導体中間部３５ａに結合してなる。この構造によ
れば、必要によりループ状の内導体先端部４６を
容易に交換して使用することができる。 第７図に示す実施例は、可動短絡板５４と矩形
導波管との可動接触を導体製ベローズ８１により
得ている。このベローズは一端を短絡板５４に、
他端を導波管内壁にろう付けにより固着し、電気
的接触を完全にしてある。これによつて短絡板５
４の可動範囲はせばまるが、電気的接触が完全で
あるためここに大きな高周波電流が流れても過熱
したり、放電したりすることは皆無であり、とく
に大電力を扱う場合には安全である。なお可動範
囲がせまい点は、ある程度特性の調整範囲を他の
部分で調整設定しておくことによりこの可動短絡
板による調整範囲はせまくても実用上支障をきた
さないようにできる。なお上記ベローズは小片を
微小間隔で並べてとりつけてもよいし、また可動
短絡板各辺の長さ相当の帯状のものを用いてもよ
い。 また通風用の多数の小孔を可動短絡板そのもの
に形成しておいてもよい。この場合これらの孔か
ら高周波が漏洩しないような寸法にすべきである
ことはいうまでもない。 発明の効果 本発明は以上説明したように矩形導波管を直角
に横切るように同軸線路を構成して一端はマイク
ロ波装置の空胴に結合できるようにし他端を短絡
板で閉塞しこの同軸線路部分を誘導体円筒ととも
に真空気密に接合するとともに、内導体を中空状
にしてこの中に短絡板を通して冷却水を導入、排
出しうるように構成している。これによつて内導
体と外導体および矩形導波管壁との間で放電が生
じるおそれが少なく、かつ内導体およびこれに熱
的に接合された部分が効率よく冷却され加熱が防
止される。また短絡板を通して冷却水を導入、排
出するようにしてあるためコンパクトに構成でき
る。さらにまた内導体の先端部を着脱可能にとり
つけてなるため、その寸法、形状の異なるものを
用意しておき、所望に応じて適当に選択してとり
つければよく、比較的容易に結合特性を変えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図の２−２における横断面図、第３
図、第４図、第５図は各々その要部拡大断面図、
第６図、第７図は各々本発明の他の実施例を示す
要部断面図である。 ２５…矩形導波管部、２７…同軸線路部、２８
…誘電体円筒、２９…第１外導体円筒、３１…第
２外導体円筒、３２…短絡板、４０…導水パイ
プ、４１，４２…通水孔、４６…内導体先端部、
５４…可動短絡板、６４……導波管端板、６７…
空間、６８…冷却風導入孔、６９…ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端開口部が外部伝送路に接続され他端部が
   可動短絡板により電気的に短絡された矩形導波管
   と、この矩形導波管の相対向する幅広面中央部分
   に設けられた一対の孔の外方直角方向にそれぞれ
   突出して接続された第１外部導体円筒および第２
   外部導体円筒と、上記第２外部導体円筒の端部を
   気密に閉塞する短絡板と、上記両外部導体円筒の
   内側に挿入され上記第２外部導体円筒の外方端部
   で上記短絡板に電気的および機械的に結合、保持
   されて同軸線路を構成する内導体と、上記矩形導
   波管の内部に位置する内導体部分をとり囲んで配
   置されるとともに両端部がそれぞれ上記第１、第
   ２外部導体円筒に気密に接続された誘電体円筒と
   を具備し、上記内導体は上記矩形導波管の内部に
   位置する部分が中空に形成され、この中空部に上
   記第２外部導体円筒を閉塞する短絡板を通して冷
   却水を導入、排出しうるように構成してなること
   を特徴とする高周波結合器。 ２ 内導体の中空部分に導水用パイプを挿入して
   なる特許請求の範囲第１項記載の高周波結合器。 ３ 短絡板は半径方向に貫通する通水孔を有し、
   該通水孔を導水用パイプに連通させてなる特許請
   求の範囲第２項記載の高周波結合器。 ４ 一端開口部が外部伝送路に接続され他端が可
   動短絡板により電気的に短絡された矩形導波管
   と、この導波管の相対向する幅広中央部分に設け
   られた一対の孔の外方直角方向にそれぞれ突出し
   て接続された第１外部導体円筒および第２外部導
   体円筒と、上記第２外部導体円筒の端部を気密に
   閉塞する短絡板と、上記両側外部導体円筒の内側
   に挿入され上記第２外部導体円筒の外方端部で上
   記短絡板に電気的および機械的に接合、保持され
   て同軸線路を構成する内導体と、上記矩形導波管
   の内部に位置する内導体部分をとり囲んで配置さ
   れるとともに両側端部が各々上記第１、第２外部
   導体円筒に気密に接合された誘電体円筒とを具備
   し、上記内導体の第１外部導体円筒側端部に、こ
   の第１外部導体よりも外方に突出するように内部
   導体先端部を着脱可能に固定してなることを特徴
   とする高周波結合器。