JPH02503970A

JPH02503970A - プラズマ波管及び方法

Info

Publication number: JPH02503970A
Application number: JP1506239A
Authority: JP
Inventors: シユーマツチアー，ロバート・ダブユ
Original assignee: ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1990-11-15
Also published as: WO1989010001A3; EP0403583A1; US4978889A; DE68911909T2; EP0403583B1; IL89524A0; DE68911909D1; WO1989010001A2; IL89524A

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】プラズマ波管及び方法この発明は、導波管内で電子ビーム駆動静電プラズマ波の非線形結合の結果として導波管に沿ってマイクロ波がらｍｍ波までの電磁放射を生成し伝播させるシステム及び方法に関簡単で低コストでコンパクトなシステムで、多重オクターブの周波数に渡って高速周波数ホッピング及びチャーピングの能力を保持する広帯域中間パワーの（キロワット）マイクロ波からｍｍ波までの放射を生成することが非常に望ましい。

このような型の軽量な装置は、電子戦における妨害用のコンパクトな広帯域送信機構として色々な用途がある。しがしこのような機能を満足できるように高い効率で与えることができる装置はこれまで開発されなかった。

このような用途のために考えられた装置は種々あるが、各装置にはそれぞれ重大な限定要因がある。このような装置には、進行波管、後進波発振器、マグネトロン及びクライストロンのような遅波装置、ジャイロトロン及び自由電子レーザのような高速波装置、ガン及びインバット発振器のような固体装置が含まれている。遅波装置では生成されるｍｍ波パワーが小さすぎ、高速波装置では非常に高い電圧、高磁界が必要であってコンパクトな設計にできず、また固体装置で得られる帯域は狭すぎてパワーも小さい。

工、アレクセフウ及びＦ、ダイヤ−による文献（Ｐ　ｈ　ｙ　ｓ。

Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、４５．３５１　（１９８０））に記載された別の型の装置はオービトロンメーザである。著者らによれば、グロー放電によりシリンダの内面より電子が放射され、この電子はシリンダ軸を下降し、シリンダに対して正電位を保持する細いワイヤの周囲の軌道にトラップされる。電子により負の質量不安定性が誘導されて、電子の集群（パンチング）が生じる。そして電磁波導波管モードに結合する空間電荷波が生成される。しかしオービトロンメーザではｍｍ波周波数の非常に脆弱なワイヤ電極が必要であり、実際の応用では効率が非常に低く　（約１Ｏ−６）なってしまう。

高密度プラズマに強力なパワーの電子ビームを注入すると、ビーム速度よりも小さい位相速度の電子プラズマが励起されることがすでに発見されている。電子プラズマ波はプラズマ密度によって決まる周波数で発振する静電波である。２流不安定性によるプラズマの励起が最初に発見されたとき電磁放射を生成するためにビーム・プラズマ相互作用を用いることが考えられた。しかしプラズマからＲＦエネルギを結合する問題により、この相互作用に基づく実際の発生源或いは増幅器の開発は行われなかった。結合の問題は、ＲＦエネルギが純粋に静電的であり、プラズマ中にトラップされた電子プラズマ波中に蓄積されるという事実に根ざしている。プラズマが均一であれば、波の各半サイクルの電界によって位相が交互になる同じ数の電子が加速されて、電磁波に結合可能な電源電流は純粋にはない（電界および変動密度は位相が９０度ずれる）。

、しかし最近行われた実験観察及びプラズマ理論の進展によって、静電波がプラズマ内部で電磁波に変換され、またアンテナとして作用するプラズマによってこれら電磁波を直接に放射する物理的な機構が存在することが示されている。このような方法では、電子プラズマ波が密度勾配あるいは他のプラズマ波と非線形的な波−波の相互作用を行い、モメンタムを保持することが必要である。後者の相互作用では２つの静電プラズマ波の結合に関係して電磁波を生成するため、３波混合と呼ばれることが多い。このような機構は元々太陽フレアからの伝路放射の爆発を説明するために提案されたものである。研究所ではこのような工程で生じるプラズマ放射の証拠が観察されている。しかし、１０−４を越える実際の効率でｍｍ波領域に延出する実際的な装置でのこのような現象の開発はこれまで行われていない。

発明の概要上記のような限定に鑑みて、本発明は簡単で、低コストで、軽量でコンパクトな構成で、急速な周波数ホッピング及びチャーピングの能力を保持する導波管電磁波放射をマイクロ波からｍｍ波までの領域で発生する装置を提供しようとするものである。

これは水素あるいは不活性ガスが約１乃至１００ミリトルの範囲の圧力で限定された簡単な導波管ハウジングにより達成される。反対方向に進行する電子ビームは、１対の対向する冷陰極ペニング電子ビーム発生器によりこのガスを通して方向付けられる。ビームはガス中でプラズマを形成し、プラズマと結合して導波管に沿って電磁放射を行う。少なくとも１アンペア／　ｃ　ｍ　２の電流密度で少なくとも約４ｋＶに電子ビーム電圧を維持することにより、スレスホールドは比較的高いパワーの効率的な出力が実現される値を越えることができる。磁界は反対方向のビームを発生する陰極間の導波管内で設定されて、プラズマをビーム付近に限定し、必要なビーム電圧を保持するのに十分な程度にビームインピーダンスを維持する。磁界強度は約１００乃至５００ガウスの範囲であることが望ましく、ガス圧力は約１０乃至３０ミリトルであることが望ましい。

周波数の変化は、ビーム電流でプラズマ密度を変えることによって行われる。導波管ハウジングの一端部は閉鎖され、ビーム発生装置はこの閉鎖端部に近接させ、それにより電磁放射は閉鎖端部から反射して反対方向に向う導波管中の電磁放射伝播が強められる。ビーム発生装置はハウジングに対向し、各種の可能な導波管伝播モードの任意の１つを設定することができる。

本発明の種々の特徴及び利点は、以下の望ましい実施例の説明及び添付図面により当業者には明白であろう。

図面の簡単な説明第１図は本発明によるプラズマ波管である。

第２図は第１図に示されたプラズマ波管の導波管構造の断面図である。

第３図は第２図の線３−３に沿った断面図である。

第４図はプラズマ波管の電源装置の概略図である。

第５図はチャーピング動作における周波数応答を示すグラフである。

第６図は一定の周波数動作における周波数応答を示すグラ第１図には本発明の望ましい実施例が記載されている。この発明で用いられている基本的な技術は、１対の反対方向に進行する電子ビーム２，４を導波管Ｂ内に限定されたガス中に注入し、それによってガスをイオン化させて高密度プラズマ８を形成するというものである。適切な条件下では、２つのビームがプラズマと交差結合して１対の逆向きの平行電子プラズマ波を励起する。このプラズマ波はプラズマ密度によって決まる周波数で発振する静電波である。２つの電子ブラ子は同相で集群し、純粋な非線形的なプラズマ電流密度が生成される。波エネルギーを保存する結果、この電流はプラズマ周波数の２倍で発振する。発振電流により、ビーム方向に沿って電界ベクトル１０が偏波し、また電磁波伝播方向１２はビームを横切るように電磁波が放射される。冷陰極ペニング放電技術の使用により、電子ビーム−プラズマシステムは方形導波管６の断面の内側に限定される。線状の磁化プラズマ列が方形導波管の短い方の側を横切る状態で、通常のＴＥ、、モードが励起されて反対方向に流れる電子ビームに対して垂直な方向で外部に進行する。

冷陰極電子銃を用いることにより、従来の熱電子陰極装置に付随する色々な問題、例えばヒータを約１０００℃に加熱する必要性、非常に真空度を高くする必要性、及び大部分のガス及びプラズマ放電と両立しないことなどの問題を回避による文献（“磁界中での冷却カソード放電の研究″、アフライト・フィジックス誌、Ｖｏｌ、３０、Ｎｏ、１２．１９５９年１２月、第１８６６−６９頁）に記載されている。

冷陰極１．４．１８はそれぞれ、導波管壁の広い側の断面部に沿って切断され約１ｃｍの長さが望ましいスロット１８．２０の外側に設けられている。これらカソードは非磁性で、高導電性で、低仕事関数を有し、高融点の金属、特に耐火性金属で形成することが望ましい。モリブデンあるいはクロムが望ましいが、ステンレス鋼でも良い。このような冷陰極は電子ビーム生成及びプラズマ生成の二重の機能を実行する。

水素、ヘリウム、ネオンあるいはアルゴンのようなイオン化可能なガスは約１乃至１００ミリトルの範囲の圧力で導波管内に限定されるが、この圧力は１０乃至３０ミリトルが望ましい。圧力範囲をこのように設定することで、プラズマ波からネネルギーを取り出しこのエネルギーを非常に高速度でプラズマ粒子に伝達する非線形的な不安定性の問題を解決することができる。本発明では比較的高い圧力が用いらることにより、このような不安定性が著しく減少され、パワーレベル及び効率を充分に高くすることができると考えられる。しかし圧力が高すぎると、必要となる比較的高い電圧を陰極が維持することが困難になる。ペニング放電は通常１０乃至５００ボルト、典型的には約１００ボルトの電圧で生成されるが、本発明では導波管ハウジングに対して少なくとも約４ｋＶのカソード電圧が必要である。ただし２０ｋＶ以下が望ましい。

磁界はＵ字型磁石のような装置によって生成され、プラズマを２つの陰極間の領域に限定する。約１００乃至５００ガウス、望ましくは約２５０ガウスの磁界を陰極表面に直角に与え、少なくとも約４ｋＶの電位を陰極とアノード導波管ハウジング間に供給した時に、付随する電子ビーム電流密度が少なくとも約１アンペア／ｃｍ２となって、あらかじめ決められたガス中にグロー放電が設定される。

プラズマ電子は外部から供給された磁界によって導波管に沿った方向に限定され、また導波管アノードとプラズマ電極に対する負の陰極バイアスにより２つの陰極間に静電的に限定される。磁界は５００ガウスを大きく越えてはならず、越えた場合は適切なビームインピーダンスを維持するための過剰な電子トラッピング及び不安定性が生じる。

通常は、グロー放電により放電電流とは独立してカソードとアノードの間の電圧下降が約２００ボルトに調節される。

この放電電圧の大部分はカソードシースにわたって現われる。

この領域で２００ｅＶ近くのエネルギーでイオンがカソード表面に加速され、２次電子が放出される。これらの電子はシースを通って戻りシース電圧のエネルギーにまで加速され、バックグラウンドガス原子の衝撃イオン化によってペニング放電を保持する。カソードから放出された２次電子電流はカソードに入射するイオン電流より小さく、２次電子放射率と呼ばれる通常０．０１乃至１の係数だけ小さい。従って外部より計測された放電電流は通常入射イオン電流と放電２次電子電流の合計である。

しかし第１図に示された導波管の構成では磁界線に沿った２次電子放射により、１対の反対方向に流れる電子ビームが効率的に生成され、ビームエネルギーは放電電圧にほぼ等しい。これらのビームにより放電中に電子プラズマ波が駆動される。しかしビームエネルギーが約２００ボルトの通常のグロー放電電圧範囲に維持されるならば、顕著な波の減衰が生じ電磁放射に結合するパワーは非常に小さくなる。−力木発明では出力パワー、放電電圧及びビーム電流密度の間の関係が非線形的であり、またある一定のスレスホールド電圧及び電流密度を越えると出力パワーが非常に急速に増大することが発見された。スレスホールド電圧及び電流密度レベルはそれぞれ約４ｋＶ及び１アンペア／ｃｍ２に決定される。放電電圧が約４ｋＶかそれ以上に保持されるならば、高エネルギービームによって駆動される電子プラズマ波はバックグラウンドプラズマ電子と共鳴せず、また強力な電子プラズマ波フィールドは放電列に保持される。従って顕著な電子プラズマ波パワーは電磁放射フィールドに結合することができる。

ペニング放電インピーダンスを放電電源の出力インピーダンスより充分に高くすると、約４乃至２０ｋＶの範囲の放電電圧を維持することができる。高放電インピーダンスは、比較的酸化不純物のない２次電子放射率が比較的低い値、望ましくは約０．１に減少されたステンレス鋼の陰極表面を用いることにより得られ、。さらに比較的低い強度の磁界を与えることによって高い放電インピーダンスが得られ、高エネルギー電子トラッピングがかろうじて効果を発揮する。このような条件では放電が電圧調整よりも抵抗性を示し、放電電圧は外部のカソード電源のレベルで制御することができる。

ここに記載された高放電インピーダンス技術でノよ、第１図に示された導波管システムが顕著な静電放射を生成することが観察されている。ビーム−プラズマ放電列８中の反対方向に流れる電子プラズマ波は放射フィールドを生成し、このフィールド内では電界ベクトルが列に沿った方向で偏波する。

次に放射はカットオフより十分に上の周波数でＴＥ１ｏ導波管モードで導波管内を伝播する。Ｘ帯域の導波管でのこの技術により１０乃至１４０ＧＨｚの周波数範囲の放射が生成される。

導波管ハウジングは一般的に陰極１４．１６の近くの壁２２によって一端部が閉鎖されていることが望ましい。従って矢印２４が示すように導波管の左側に向かう電磁放射は壁２２で反射され、右に伝達される出力放射を強める。

さらに第２図及び第３図には導波管の構成部材が示されている。カソードは１組のステンレスの“ボタン“２６．２８から構成され、これらボタンは各々セラミック絶縁管３０．３２によって支持され、またそれぞれスロット１８．２０の後方に配置されている。導波管は導波壁の微少孔（図示されていない）のアレイを通してターボ分子ポンプによって排気され、水素ガスを導入して１０乃至３０ミリトルの範囲で導波管内の圧力を上昇させる。このために壁２２の外側にはＺｒＨ２ガス貯蔵器３４が取付けられている。貯蔵器内のコイルヒータ３Ｇは入力／出力リードワイヤ３８を流れる電流によって加熱され、孔４０を通して導波管に水素を放出する。あるいは、ガスボトル貯蔵器及び漏れバルブを用いても良い。

電磁放射は導波管上の出力フランジ４４に付着しＯリング４６によって閉鎖されている石英窓４２を通して導波管から結合して取出される。

第３図には方形導波管の狭い部分を横切って互に対向して設けられ基礎的なＴＥ、。導波管モードを励起するカソード２６２８の方向が示されている。導波管の大きさは最低限度としてもイオン化のためにはカソードスロット１８．２０間には十分な空間が必要であり、少なくとも３ｍｍは必要であると考えられる。

第４図には冷陰極１４．１６を駆動するための１つの可能な電源回路が示されている。かなり弱いＤＣキープアライブ放電が小さな１．５ｋＶの電源５２によって約１５ｍＡに維持される。この電源５２は高インピーダンス抵抗Ｒ１と非常に低いインピーダンスの抵抗Ｒ２を通してカソードに接続され、電磁放射を発生するために用いられるパルス放電を低いジッターで命令によりトリガできるようにする。放電パルス自体は、コンデンサ５４を４乃至２０　ｋ　Ｖ、望ましくは約５ｋＶで高インピーダンス抵抗Ｒ３を通して電源５６で充電することによっテ形成される。コンデンサは、スイッチ制御装置６０によって動作しパルスを望ましい速度でカソードに与え、コンデンサがパルス間に再充電されるようにする小さなサイラトロンスイッチ５８を通して、カソードに放電される。アノードとして作用する導波管壁はカソードに対する基準電圧で、望ましくは接地電位で維持される。

初期動作中、プラズマ放電は上記のように約２００乃至１０００ボルトに調整された電圧によって行われ、直列抵抗Ｒ２によって電流を制限しなければならない。しかしＩＨｚのパルス反復速度で数時間の動作後、導波管内の水素放電はカソード表面に影響を与え、２次電子放射率が低下し、放電インピーダンスは５０オームの放電電源インピーダンスよりはるかに大きくなる。そしてプラズマ放電が電源調節現象ではなく抵抗的なものとして現れ、放電抵抗の値は磁界強度を調節することによって制御することができる。

第４図に示された回路により、各コンデンサパルスの期間にわたって変化するダイナミック放射周波数によって特徴付けられる電磁放射出力が得られる。周波数はプラズマ密度の平方根で増大し、２つの反対ダイナミック係数が作用して、各パルス中に純粋の増大する周波数が生成される。コンデンサパルスの直前に基本的に導波管にプラズマがない状態で、パルス電子ビームによって電圧パルスが供給される時にプラズマの成長が進行する。このためプラズマ密度は徐々に増大し、それによって出力電磁波周波数も増大する。この周波数の増大とは反対に、コンデンサがパルス期間にわたって放電し、カソード電圧が徐々に減少することによってビーム電流が制限される。純粋の効果としてコンデンサの選択によって制御することができる速度で上方周波数掃引が行われる。サイラトロンスイッチはカソードに供給される電流及び電圧を高速にそらすことができるＭＯ３ＦＥＴトランジスタ回路のような電流−電圧調整器と置換させることができる。

第５図には結晶周波数検出器で２°０マイクロ秒にわたって計測される出力放射波形と共に、放電電圧及び電流波形のオシログラムが示されている。非常に広い範囲の周波数変化がこの短い期間にわたって達成される。任意の瞬間において出力周波数はかなり狭い帯域であることが観察され、中心周波数のおおよそ１０％の周波数範囲に広がっている。この周波数帯域はプラズマ内の密度勾配から生じるものと考えられる。

理論的には、プラズマ密度勾配が全体的に回避される場合は任意所定の時間における単一周波数に狭められることができる。

サイラトロンスイッチは時間Ｔｏで閉じ、トレース６２で示された負のカソードは急速に５ｋＶに上昇し、その後コンデンサがカソードに放電するにしたがって下降する。カソード電流（電流放電）は約８マイクロ秒の期間にトレース６４に沿９てゆっくりと約４０アンペアまで上昇する。電流が上昇すると、プラズマ密度及びプラズマ周波数も増大する。その結果出力電磁波放射の周波数も同様に時間と共に増加する。すなわちこの型の周期的なパルスは周波数“チャーピングを生じる。

導波管放射の周波数は実験装置において異なる限定周波数帯域に設定されて周波数検出器によって観察された。トレース６６は電圧パルスが開始した後に約０．８マイクロ秒でオンになったＸ帯域（８〜１２ＧＨｚ）検出器を示す。その後すぐにに帯域（１８〜２６ＧＨｚ）検出器（トレース６８）がオベアであり、放射周波数の計測により、プラズマ密度がすでに約１０１２ｃ　ｍ−３であることが示された。カソード電流が上昇し続けると、Ｋａ帯域（２６〜４０ＧＨｚ）　、Ｗ帯域（７５〜１１０ＧＨｚ）及びＤ帯域（１１０〜１７０ＧＨｚ）の検出器がそれぞれトレース７０．７２及び７４によって示されるように順次オンにされる。低い方の周波数波形の減衰により、この装置は任意の瞬間において実際には狭い周波数帯域でのみ放射されていることがわかる。パルス開始から６マイクロ秒後、約３０アンペアの電流で出力放射周波数は約１４０ＧＨｚ、あるいは２ｍｍ波長の放射に到達する。

第５図に示された結果では周波数がチャーブモードで動作し、放電電流が時間と共に急速に変化している。この装置はまた放電電流を制御することによって周波数安定源として動作することができる。これは低い磁界を用いて達成されて放電インピーダンスが増大し、電流は経時的にゆっくりと変化する。この方法での動作の結果は第６図に示されたグラフによって示される。カソード電圧はトレース７６及び７８によって示され、カソード放電電流はトレース８０及び８２によって、Ｘ帯域（１８−２６ＧＨｚ）検出器の応答はトレース８４により、またＫａ帯域（２６−４０ＧＨｚ）検出器の応答はトレース８６によって示される。そこに示されている電流はずっと低く、またに帯域検出器信号は時間的にほとんど平坦となる。しかし電流がピークに達すると、出力周波数はやつとＫａ帯域範囲に到達し、次に電流がゆっくりと下降するにつれて、下降してにレベルに戻る。Ｋａ帯域のピークと一致するに帯域信号における落ち込みにより、非常に狭い帯域の周波数出力であることがさらに明らかにされる。

このような実験の結果により、他のｍｍ波源によっては得られない広い同調性、コンパクトなパッケージング、低い動作電圧及び簡単で堅牢な機械的構造を含む独特の性能が示される。当業者には多数の変形実施例が可能であり、本発明の技術的範囲は添付請求の範囲の記載でのみ限定されるべきものである。

Ｆ／に、５゜国際調査報告国際調査報告　　　υＳ　８９００８５９ＴｈｌｌｈｎｈｅｔｂｔｌｙｐｉｌｔｗＩｓｍｉｌｙｗ−１ｎｌ＋ｅ＋ｙｍａむ１１ｇ１会＋ｋｐｍｔｅｍｄ参ｃ「７閾１鴫寡ｊ＋ｅ４１Ａ香翌ｂ■■V−篩ぐ詐ロａｍ４：ｍｃｒ詐＊ム制纏１シ１１℃ｂｒｑ拳ｉ。

Ｔｈｅｎｗｍし電テ１１Ｗｗｃｓｍｓｉ＋ｗｉｓｋＥｗｖｏＰＣ１−ＰａｒｅｓＯｆｆ＜−εＯＰｍｅＭＩＩ７０９７ｔ９７）ｄｉｅｐｅａａ　Ｐｓ＋ｅｍ　Ｏｆｆｗｗ　ｍ　ｍ　ａｓ　ｗａｙ　ｂｍｋ　Ｉ−ｒ−ｐｙ６ａｍｎ　軸１ＶＩ− −ｙ　１４ｗｅｓ　Ｉ■{−１ｕｒ戸賛ｓｌ　Ｗｅｒｗ＋ｍｕ＊＞

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導波管ハウジングと、前記導波管ハウジング内にイオン化可能なガスを限定する手段と、導波管ハウジングに対して約４ＫＶ以上の電圧でハウジング内に限定されたガスを通して反対方向に進行する１対の電子ビームを発生し、それにより相互に結合して導波管内に電磁放射を行う１対の静電プラズマ波を形成する手段と、導波管内に磁界を設定して電子ビームによって設定されたプラズマを限定し、前記ビーム電圧を維持するのに充分なビームインピーダンスを維持する手段とを具備しているプラズマ波管。
（２）プラズマ密度を変化させ、それによって電磁放射周波数を変化させる手段を具備する請求の範囲第１項記載のプラズマ波管。
（３）前記電子ビーム発生手段が各ビームの冷陰極ペニング放電手段を備え、前記プラズマ密度を変化させる手段がカソード電圧及び各放電手段の電流を変化するための回路を備えている請求の範囲第２項記載のプラズマ波管。
（４）前記電子ビーム発生手段が、各ビームの冷陰極ペニング放電手段を備えている請求の範囲第１項記載のプラズマ波管。
（５）前記電子ビーム発生手段が導波管ハウジングに対しで約４ｋＶ乃至２０ｋＶの範囲の電圧で各ビームを生成する請求の範囲第１項記載のプラズマ波管。
（６）前記電子ビーム発生手段が約１アンペア／ｃｍ２以上の電流密度で各ビームを生成する請求の範囲第５項記載のプラズマ波管。
（７）前記ガス限定手段が約１乃至１００ミリトルの範囲の圧力で導波管ハウジング内にガスを限定する手段を備えている請求の範囲第１項記載のプラズマ波管。
（８）ガス圧力が約１０乃至３０ミリトルの範囲にある請求の範囲第７項記載のプラズマ波管。
（９）前記導波管ハウジングが一端が閉鎖した管から成り、前記電子ビーム発生手段が前記ビームをこの管の閉鎖端部に近接した位置に放射することにより、少なくとも電磁放射の一部をこの閉鎖端部で反射させる請求の範囲第１項記載のプラズマ波管。
（１０）前記磁界が約１００乃至５００ガウスの範囲にある請求の範囲第１項記載のプラズマ波管。
（１１）導波管ハウジングと、約１乃至１００ミリトルの範囲の圧力で前記ハウジング内にイオン化ガスを限定する手段と、前記ガスを通して反対方向に進行する電子ビームを放射するための、導波管ハウジングの対向壁に設けられた１対の冷陰極ペニング電子ビーム発生器と、基準アノード電圧に導波管ハウジングを維持するための手段と、前記ビーム発生器のカソードに約４乃至２０ＫＶの範囲の電圧を与えるために接続され、前記ビームが前記ガス内でプラズマを設定して前記プラズマと相互に結合して導波管内に電磁放射を行わせる電源手段と、前記導波管ハウジングの外側に設けられ、その磁極間に前記電子ビーム発生器が配置され、約１００乃至５００ガウスの範囲で前記ビーム発生器間のハウジング内に磁界を設定する磁石とを具備しているプラズマ波管。
（１２）前記電源は前記カソードに与えられる電圧を変化する手段を具備し、それによって電磁放射の周波数を変化させる請求の範囲第１１項記載のプラズマ波管。
（１３）前記電源が前記カソードに４ＫＶより小さいが電磁放射が望ましくない時にも前記電子ビームを維持するには十分な電圧を与えるために接続された第１の電圧源と、コンデンサ放電回路と、約４ＫＶ以上の電圧を前記放電回路に充電する第２の電圧源と、電磁放射が望ましい時に前記カソードに前記放電回路を接続するスイッチとを具備している請求の範囲第１２項記載のプラズマ波管。
（１４）前記ビーム生成器が前記電圧で少なくとも約１アンペア／ｃｍ２の電流密度で電子ビームを放射する請求の範囲第１１項記載のプラズマ波管。
（１５）前記導波管ハウジングが一端が閉鎖した管から成り、前記電子ビーム発生器がこの管の閉鎖端部に近接した位置にビームを放射して、電磁放射の少なくとも一部を前記閉鎖端で反射させる請求の範囲第１１項記載のプラズマ波管。
（１６）前記導波管ハウジングが実質的に方形の管であって２つの対向壁が他の２つの対向壁よりも長く、前記電子ビーム発生器がこの長い方の壁に設けられて前記電磁放射が導波管を通してＴＥ１０モードで伝播される請求の範囲第１５項記載のプラズマ波管。
（１７）導波管ハウジングの内部にイオン化可能なガスを限定し、約４ＫＶ以上の電圧で前記ガスを通して１対の反対方向に進行する電子ビームを導き、それによって前記ビームが前記ガス内でプラズマを形成し、このプラズマと相互に結合して導波管内に電磁放射を行い、磁界を前記ビームと平行に設定して、このビームに近接してプラズマを限定し、このビーム電圧を維持するのに充分な高さのビームインピーダンスを維持する電磁導波管の伝播を設定する方法。
（１８）電磁放射のプラズマ密度及び周波数が時間にわたって変化される請求の範囲第１７項記載の方法。
（１９）前記ビームが各冷陰極ペニング電子ビーム発生器のカソードに動作電圧を与えることによって形成され、プラズマ密度がこのカソード電圧を変えることによって一部変化される請求の範囲第１８項記載の方法。
（２０）前記ビーム電圧が約４乃至２０ＫＶの範囲にある請求の範囲第１７項記載の方法。
（２１）前記電子ビームがガスを通して少なくとも約１ァンペア／ｃｍ２の電流密度で導かれる請求の範囲第１７項記載の方法。
（２２）前記ガスが約１乃至１００ミリトルの範囲の圧力で導波管ハウジング内に限定される請求の範囲第１７項記載の方法。
（２３）前記ガスが約１０乃至３０ミリトルの範囲の圧力で導波管ハウジング内に限定される請求の範囲第１７項記載の方法。
（２４）前記磁界の強度が約１００乃至５００ガウスの範囲にある請求の範囲第１７項記載の方法。