JPH02226640A - 直接輻射により部分的に冷却される電子ビーム管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は宇宙空間で多用される縦方向相互作用又は交叉
電磁界型の電子ビーム管に関するものである。

更に特定すれば、その集電器または集電子陽極が電子ビ
ームによる熱を、とりわけ宇宙空間において、低温冷却
源上に直接輻射することによって放散する電子ビーム管
を提案している。

本発明は特に、しばしば会議電話又はテレビジョン放送
衛星において電力増幅用として用いられる進行波管また
はクライストロンに応用できる。

これらは衛星の主たる熱放散源である。

（先行技術の説明） 現在、テレビジョン放送衛星に用いられる進行波管は約
１００ワツトの熱源となっている。

この熱の三分の−は電子銃／配線部分で放散され、残り
の三分の二が集電器で放散される。幾つかの衛星では、
進行波管の全電力が、衛星に取り付けた輻射板への伝導
で、宇宙空間へ放散されている。この輻射板は地球大気
の温度、即ち約３０００°に１に近い温度になっている
。この場合、約１００ワツトを放散させるには約０，３
平方米の面積が必要である。これは大きい面積である。

別の衛星では輻射板を用いないで宇宙空間へ直接輻射す
る集電器のついた進行波管を用いている。電子銃／配線
部分の働きは温度によって制限されるので、電子銃／配
線部分は依然として伝導で熱を放散している。電子銃／
配線部分は輻射板に固定されている。

集電器自身は高温で働くことができ、輻射板を用いない
で直接輻射することができる。進行波管の集電器は円筒
形金属壁で囲まれた１個以上の電極を持っている。この
電極は壁と熱的に接触している。数個の電極があると、
それらはビームの電子速度の変動範囲に調和した異なる
電位をとる。

この円筒は通常不銹鋼製または銅製である。集電器の壁
から直接輻射させる為には、その温度を上げなければな
らない。いかなる方法であれ、集電器は十分な表面積を
持たなければならず、結局寸法が太き（なって、重量が
増す。集電器の外壁はできるだけ完全に放射体に近付け
る為に通常アルミニウムで覆われている。

製造業者は宇宙空間での使用のための特別の集電器を製
造しなければならない。これらの集電器は同じ特性と動
作とを持ち大気圧下の環境で用いられる管の集電器より
も大型となる。

本発明は、その集電器または集電子陽極が、特に宇宙空
間において、直接輻射を利用して熱を低温冷却源に放射
し、除去する電子ビーム管を提案することにより、これ
らの欠点を克服しようとするものである。

（発明の要約） 本発明は、集電器または集電子陽極の外壁に、縦軸ＹＹ
’の概ね放射方向を向（フィンを、幾つかはＹＹ’軸に
概ね平行方向に、他はＹＹ’軸を概ね交叉して配置し、
これら総てのフィンが低温冷却源に向かって直接輻射し
て集電器または集電子陽極の冷却を可能とするようなフ
ィンを付けた、縦軸ＹＹ’を持つ円筒形の集電器または
集電子陽極から成ることを特徴とする縦方向相互作用ま
たは交叉電磁界型の電子ビーム管を提案するものである
。

具体化の別法としては、フィン温度を下げかつ一様にす
る為にフィンに熱交換管を固着する。

フィンは軽合金製または金属性である。

（実施例） 第１図は軸ＹＹ’を持つ概ね円筒形の進行波管集電器１
を示す。進行波管集電器の目的は電子銃で生成されトン
ネルを通って来た電子ビームを集めることにある。集電
器はトンネルの出力端におき、概ね電子ビームの軸に沿
わせる。集電器１は通常円筒形の金属壁３で囲まれた１
個以上の電極（図示せず）から成る。多（の電極がある
ときは、電子ビーム速度の変動範囲に合わせて、異なる
電位に保たれる。それらは電子の衝撃を集電器全体に亙
って一様に分配するように設計されている。

宇宙空間に直接輻射できるようにする為に、例えば、集
電器１の外壁３は複数のフィン４を持っている。本図で
は外壁３は、集電器１と同心の、中空円筒形金属部品２
で作る。ｎ個のフィン４がこの部品２に固定しである。

部品２は進行波管の標準集電器の外壁となるのが望まし
い。この金属部品２は例えば不銹鋼製または銅製である
。フィン４は概ね軸ＹＹ’に平行でこの軸の放射方向を
向いている。２個の連続フィン４は外向きの開放空洞５
を仕切る。フィン４は、例えば陽極酸化アルミニウムな
どの、軽合金製または金属である。

例えば長方形のフィン４は金属部品２に辺６で固定する
。この図面ではこの辺は長方形の長辺である。これらは
ハンダ付け、鑞付け、バンディング（帯締め）またはこ
の分野の専門家には既知のその他の方法で固定する。参
照番号７は辺６の反対側の辺を示す。各フィンの辺７は
自由端である。

具体化の一つとして、例えば、鋳造によって、集電器の
壁３をフィン付きで直接作ることも着想できる。

高さｄ長さβの長方形フィン４をｎ個付けたとすると、
集電器の外壁からの輻射能力は次式で与えられる。

Ｐ＝Ａ　・２ｘ・ｄ−Ｒ１Ｔ）４・（ｓｉｎπ／ｎ　）
（ｉ／ｎ）−Ｔはケルビン度で表わしたフィンの平均温
度とし、フィンは等温素子とみなす。

−Ａはボルツマン定数で下記に等しい。

５、　７　　・１０−１２　Ｗｍ−”Ｋ−’フィン４の
数ｎは２個以上である。しかし、輻射能力はフィン４の
数ｎと同じように変わる。第１図に８個のフィンを示し
ているがこれは主として機械的強度への配慮から導かれ
た。

集電器１は空洞５を仕切る外壁３を持っている。この等
価放射率は使用材料の放射率より遥かに大きい。集電器
１は人工の完全放射体のように作用する。

この構造では、フィン４には二つの役割がある。これら
は電極からの熱流束を各フィン４の自由端７に向かって
運ぶ。それらの２個の主要面は輻射面である。

第１図にフィン４が三角断面８を持っていることを示し
ている。この断面８は各フィン４の高さｄ全体に沿って
の温度分布を更に効率的なものにすることができる。こ
の形への成型は楽である。

フィン４の寸法は、放散すべき熱量の観点からそれらの
平均温度が約５００’　Ｋ以下になるように設計すべき
である。フィン４の高さｄに沿って辺６と辺７との間で
温度は次第に下がる。

進行波管を大気圧以下の環境に置（と、この集電器１は
また自然対流と輻射とによっても熱を放散する。

フィンは、放射状であっても、集電器の軸ＹＹ’を実質
的に横切って配置することができる。この変形も放散熱
量と輻射能に関しては同じ結果を与えるはずである。

集電器の輻射能を改善するためには、空洞数を増やす必
要がある。この変形を第２図に示す。本図では、参照番
号２０が縦軸ＹＹ’を持つ進行波管集電器に当てられて
いる。これは円筒形をしている。図示していないが１個
以上の電極を持っている。これらの電極は金属外壁２２
で囲まれている。

外壁２２は、複数のフィン２３．２４を持っている。外
壁２２は第１図と同じ（、集電器と同軸の中空円筒形金
属部品２１を用いて作られている。この部品２１の周辺
には、複数のフィン２３．２４を、好ましくは一様に固
定する。フィン２３は、軸ＹＹ’　に平行に配置しフィ
ン２４は軸ＹＹ’　を概ね横切って配置しである。フィ
ン２３．２４は軸ＹＹ’に関しては放射方向を向いてい
る。

連続する２個のフィン２３と連続する２個のフィン２４
とで外向きの開放空洞２５を仕切る。この集電器２０の
輻射能は、空洞の数が多いので、第１図で述べた集電器
のそれより大きい。空洞の数を増やすことで熱放散能力
を高めることとフィン２３．２４の平均温度を下げるこ
ととの双方が可能になる。

第３図は進行波管集電器３０の別の変形を表わす。この
集電器３０は、第２図の集電器２０に匹敵する。複数個
のフィン３３．３４からなる外壁３２を持っている。こ
の外壁３２は１個以上の電極（図示せず）を取り囲む、
この外壁３２は集電器３０と同軸の中空円筒形金属部品
３１で作られている。複数個のフィン３３．３４はこの
部品３１の周辺に、好ましくは、−様に取り付ける。こ
れらフィン３３は軸ＹＹ’に概ね平行で一方フイン３４
は概ね軸ＹＹ’　を横切る。フィン３３．３４は軸ＹＹ
’に関しては概ね放射方向を向いている。参照番号３５
は連続する２個のフィン３３と連続する２個のフィン３
４とが仕切りで外に開いた空洞を示している。

集電器３０の熱特性を更に改良するために、熱交換管３
６をフィン３３．３４に取り付けた。本図では、それら
を集電器３０の軸ＹＹ’に対して放射状に、フィン３３
．３４との好転に配置した。これらはまた、集電器３０
の軸に対して放射状にではあるがフィン３３または３４
単独上にも配置することができる。これらはフィン３３
．３４に対してハンダ付け、またはその他の既知の方法
で取りつける。これらはフィン３３．３４の厚さに組み
込んでも良い。

熱交換管は通常管状の閉回路部品で、蒸発し凝縮する液
体で満たされている。熱交換管内で使用する液体の沸点
はフィン３３．３４の温度よりわずかに低いものである
。熱交換管３６の数は放散すべき熱量による。これらは
フィン３３．３４の温度を一様にし、最高温度を下げ、
結果として平均温度を低くする。

本発明に従って８個のフィンを持つ外壁を集電器に取り
つけ、１３０ワツトのマイクロ波を出力している進行波
管で試験を行った。この管を真空中に置いである。放散
すべき全熱量は１１０ワツトである。これは下記のとお
りに配分された。

−３０Ｗを電子銃／配線部分で伝導により放散、−７２
Ｗを集電器で輻射により放散 これらの条件の下で、フィンの平均温度は４３８゜Ｋで
ある。

質量に関しては、同じ出力の進行波管で伝導による冷却
素子を電子銃／配線部分と集電器の双方に取り付けたも
のは質量９００グラムである。全熱量１１０Ｗを伝導で
放散しなければならない。

同じ真空管で先行技術に従って直接輻射集電器を取り付
けたものの質量は２８００グラムである。

同じ真空管で本発明に従った集電器を取り付けたものの
質量は１１５０グラムである。先行技術に従って直接輻
射集電器を取り付けた真空管と較べて、後者の真空管で
得られた質量利得は満足すべきものである。伝導冷却の
真空管と較べての本発明による真空管の質量増加は放散
の利得で相殺される。

これまでに述べた集電器は標準進行波管集電器の改造を
することなく容易に製造できる。フィンを取り付けるだ
けで十分である。

本発明は記述した例、特に集電器の外壁の幾何図形的配
置に関して、限定されるものではない。

本発明は進行波管に限られるものではない。縦方向相互
作用真空管の全ての集電器は、その外壁が外向き開放空
洞を仕切る集電器を持つことができる。

本発明はまた、交叉電磁界型真空管にも応用できる。こ
の場合は、集電子陽極は概ね円筒形の集電子陽極と共に
複数の外向き開放空洞を仕切る外壁を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図はその外壁に集電器の縦軸の放射方向を向いて縦
軸に平行に配置されたフィンが付いている進行波管集電
器を示す。 第２図はその外壁に放射方向を向いて幾つかは集電器軸
に平行で他は同軸に垂直なフィンを付けた進行波管集電
器を示す。 第３図は第２図と同じで集電器で、フィンの外側に熱交
換管を付けたものを示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）縦軸ＹＹ′に対し概ね放射方向を向き、幾つかは
   縦軸ＹＹ′に対し平行に、他は概ね交叉して配置したフ
   ィンを、その集電器または集電子陽極の外壁が持ってお
   り、そのフィンの全部が集電器または集電子陽極を低温
   冷却源にする直接輻射で冷却することができ、縦軸ＹＹ
   ′の概ね円筒形の集電器または集電子陽極を有すること
   を特徴とする縦方向相互作用または交叉電磁界型電子ビ
   ーム管。
2. （２）軸ＹＹ′に対して放射方向を向き単独のフィンま
   たは２個のフィンに交点のいずれかに配置した熱交換管
   を持つ請求項１による電子ビーム管。
3. （３）フィンを軽合金または金属で作った請求項１又は
   請求項２による電子ビーム管。
4. （４）フィンを純アルミニウム又はアルミニウム合金で
   作った請求項３による電子ビーム管。
5. （５）集電器又は集電子陽極に直接フィンを付けて製造
   した請求項１による電子ビーム管。
6. （６）集電器または集電子陽極の外壁が概ね円筒形のフ
   ィン付き部品から成る請求項１による電子ビーム管。
7. （７）フィンをハンダ付け、鑞つけ又はバンディング（
   帯締め）で取りつけた請求項６による電子ビーム管。
8. （８）フィンの寸法及び数量が、集電器または集電子陽
   極に集収する全熱量を、宇宙空間で、集積輻射すること
   を可能にし、フィンの平均温度が約５００°Ｋ以下であ
   る請求項１から７のいずれかによる電子ビーム管。