JPH0279330A - クライストロード周波数逓倍器真空管 - 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】 ル朋−のノＬ野− 本発明は、ビームを制御グリッドにより密度変調する線
形電子管に関する。そのような管は、テレビ放送送信の
ような振幅変調された超高周波の電波をクライストロン
より優れた効率で生成するために有用であることが知ら
れている。

４阪へ炎１ ラジオ送信では、一般的に三極管のようなグリッドで制
御される電子管が使用される。周波数が超高周波（Ｕ　
ＨＦ　）へと増加するにつれて、グリッド制御管は、電
極間の間隙を横切る電子の走行時間が発生電波の周期に
匹敵するようになるため、それらの電力または周波数に
おいて限界に達した。

しかし、クライス１〜ロンは、振幅が輝度に対応する標
準的なゴ■信号のような振幅変調された電波を増幅する
ためには非常に効率が悪い。クライス１・ロンは、ブラ
ック（ｂｌｕｃｋ）のような信号ピーク、およびより強
い同期パルスを発生させるため、十分なビーム電力をも
っていなければならない。平均的な信号において必要と
なる平均的な電力はより小さいものであるが、しかし使
用されないビーム電力が使用済みビームコレクターにお
いて熱として消費される。

平均的なりライストロンの効率を改良するために、いろ
いろな提唱がなされた。その１つは、生成された電力の
エンベロープに従うようにビーｌ＼を変調することであ
る。これは、線形性、および振幅対位相の歪みに関する
問題を補正するために必要な複雑な装置、並びにビーム
を変調するために必要な電力のため、成功しなかった。

効率を改良するための成功した第１の試みは、ドナクド
・エイチ・プリースト（Ｄｏｎｌｄ　１１．Ｐｒ１ｅｓ
Ｌ）およびメラルド・ビー・シュレーダ（Ｍｅｒｒａｌ
ｄ　［１゜５ｈｒａｄｅｒ）による米国特許第４，４８
０，２１０号（１９８４年１０月３０日発行）に記載さ
れた“クライスドロードパ （　八．Ｖ．ｌＩａｅｆｆ）により説明された非常に古
い゛伝導出力管″（エレクトロニクス、１９３９年２月
）に沿ったものである。この出力管は、電子ビームを制
御グリッドにより振幅変調し、出力回路をクライストロ
ンのような非インターセプト（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｒｃｅ
ｐｉｎＨ）共振器としたものである。ヘフの出力管は、
当時の近接配置グリッド技術の従った低電力装置である
。フ゛リースト、シュレーダーは、クライストロンビー
ム技術およびｒｆ他信号ＢクラスまたはＣクラスの変調
で印加される非常に大きなカーボングリッドを利用した
高電力出力管を作った。したがって、ビームのビデオ周
波数電力エンベロープは、正に瞬間信号振幅を生成する
ために必要なものなのである。ＴＶ送信における電力効
率は非常に増加した。

プリースト・シュレーダの出力管に対する改良がリチャ
ード・ビー・ネルソンらの米国特許第４。

６１１、１４９号（　１９８６年９月９日発行）に記載
されている。“クライスドロードパ グリッドをＢクラスの変調でほぼ半サイン波動（ｂａｌ
ｌ　ｓｉｎｅ−ｗａｖｅｓ）のように変調するグリッド
を出たｒｆ電電子炉、それらが電子間の空間電荷の斥力
により出力共振器に到達したときまでに多少広がるとい
うことである。ネルソンの出力管においては、第２の共
振器がグリッドと出力との間に押入されている。それは
、多重空洞クライストロン増幅器内でのように速度変調
によりビーム電流を再度集群する、ビームに対する誘導
インピーダンスを与えるために信号帯の上の周波数で共
振する。

その電子群は、グリッドを出たものよりも狭いものとな
り、そのため空間電荷による広がりにより失う効率がよ
り以上に回復する。

ル訓しと１少− 本発明の目的は、高効率、高電力および高周波数の周波
数逓倍器を提供することである。この目的は、振幅変調
する制御グリッドおよびグリッド出力変調周波数の高調
波で共振する伝導出力空洞を有する線形ビーム管により
達成される。

性能を改良するために、中間浮動空洞がちょうと入力信
号より上で高調波より以下の周波数で共振する。

火苅見 第１図は本発明の基本原理および必要な要素を図示する
。管は熱イオンカソード１０を有し、そのカソード１０
は放射ワイヤコイル１２により加熱される好適には凹状
の放出表面（エミッタ）１１を有する。電子１４の収束
ビームが中空アノード１６によりエミッタ１１か引き出
される。開口２０を画成する、好適には熱分解クラファ
イ、ドパ−１８で形成された電子透過性グリッドがエミ
ッタ１１の直前にある。

ビーム１４は集束静電場によりアノード１６に向かって
集束する。それはアノード１６および強磁性の環状極片
２２を通過する。その磁極片２２は周囲ソレノイドコイ
ルく図示せず）により発生される強い軸方向の集束磁場
の１つの終点となる。

ビーム１４は、つぎに中空の金属性ドリフト管２４を通
過し、その入口のドリフト管２４と出口のドリフト管２
８との間の相互作用間隙２６を横切る。ドリフト管２４
および２８は共軸の空洞３゜である中央導管を画成する
。その空洞３０は好適に管の入力信号の周波数帯の僅か
上の周波数で共振する。

ビーム１４は、空洞３０を通過した後、相互作用間隙３
６により分離された軸上の管３４を有する第２の空洞３
２を横切る。空洞３２は周波数帯の中心の調波人力周波
数で共振し、変調されたビーム電流の調波成分により励
起される。

ビーム１４は、調波出力空洞３２を出た後、大半の軸方
向の磁場の終端となる第２の環状の磁極片３７を通過す
る。ビーム１４は、つぎに空間電荷の斥力のために広が
り、中空のビームコレクタ３８の内表面に集められる。

分散した熱エネルギーは冷媒パイプ４２より循環する（
水のような）冷媒により除去される。

動作中に、増幅および周波数増倍されるべき入力信号が
、共軸の伝播ラインから共軸の誘電性真空窓４８を通過
し、グリッド支持体５０とカソード支持体５２との間の
空間へと供給される。この空間は、インピーダンスを適
性に整合するための一８＝ 共振空洞を形成するために、入力ラインから部分的にブ
ロックされても良い。調波空洞３２のドリフト管３４の
直径は、ビームと空洞との間で高周波数の良い相互作用
結合を行わしめるため、基本空洞３０のドリフト管２４
よりも小さい。ソレノイドの序位当たりのワイヤの巻き
数を増加さけ・ることにより集束磁場の強さを徐々に増
加させて、そのビームの大きさを次第に細くする６テー
パ状の磁場を形成するために、磁極片２２．２７を凹状
に形成してもよい。強く限定された集束流れにおいて、
電子は磁束ラインに追随する。

有用な調波エネルギーが出力（１１波）空洞３２から結
合オリフィス５４を介して出力導波管５６の中Ｉ＼と引
き出される。その導波管５４は誘電性真空窓５７により
密閉されている。

゛フライストロード゛周波数逓倍器の著しい利点は、得
ることができるビーム電流の非常に高い調波内容から生
じることである。その調波電流は電子群（ｂｕｎｃｌ＋
　）が短くなるとともに増加する。

フライストロード周波数逓倍器において１．！ｐなる速
度の変調により電子のすべてを短かい電子群にすること
は不可能である。このことは、ニー・エル・リンによる
米国特許箱３，６２２，８３４号（１９７１年１１月２
３日に発行）および米国特許箱３，８１１，０６５号（
１９７４年５月１４日に発行）に説明されている。両特
許において、第４図は、ビーム電流の調波内容が、調波
周波数で集１「することにより強められたザンブル電子
の計算された（ｒｆ位相の）軌跡を図示している。一方
、クラスＢおよびクラスＣのグリッド変調をなす本発明
においては、反電子群（ａｎｔｉｂｕｎｃｂ）のところ
で電流は全くない。リンの特許は、反型子（ａｎＬｉｂ
ｕｎｃｈ）群領域から電流を得ることがクライストロン
による集群に著しい制限を与えることを示している。空
の、電子群とならないものから始め、速度変調の圧縮に
従わせることにより、電子群を著しく締まったのもにす
ることができ、したがって調波内容が驚くほど高くなる
。

第２図は、本発明の周波数逓倍器におけるビーム電流の
計算された調波成分を振幅変調グリッドからの距離Ｚの
関数としてプロットしたグラフである。グラフの６０は
、空間電荷による広がりのためグラフ１８を出た後に減
少する値６２をもつ基本成分である。浮動空洞３０の間
隙２６において、ビーム１４は浮動ドリフト管２８にお
いてＡ。

（−８成分６４を増加させる速度変調を受ける。出口間
隙３６の位置で、Ａ：Ｃ，成分は最大値６６に達する。

計算上、調波間隙３６の位置に間隙をもつが、しかし基
本周波数で共振する出力回路が８７％の変調効率を与え
る。

第２のグラフはビーム電流の第２の調波成分７０を示ず
。空間電荷による広がりはより短い波長のため基本電流
６０に対してよりもよりひどくなる。ピーク間隙２６で
の速度変調後、第２の変調電流はまた、横切る波長の数
が増加するため速く増加する。この位置に、間隙３６が
位置する。第２の調波電力に対する変換効率は、７５％
と計算された（この値はクライストロンまたは単純なグ
リッド制御管においては全く達成できない値である）。

実際」二、第２または第３の調波が使用されている。低
駆動周波数で利用可能な高基本電流では、その逓倍器か
ら利用可能な電力および周波数の範囲は非常に広がる。

上述した管は本発明の１つの好適実施例である。

他の実施例は当業者によりなし得る。この管は、性能は
落ちるが、浮動空洞なしで使用できる。。付加的な空洞
がなおも高効率にするために加えうる。

本発明の範囲は特許請求の範囲および法律的均等物によ
ってのみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の管の軸線方向の略示断面図を示す。 第２図は、ビーム電流の調波内容のグラフである。

【主要符号の説明】

１０・・・カソード １１・・・放出表面（エミッタ） １２・・・コイル　　　　　　１４・・・ビーム１６・
・・アノード　　　　　１８・・・バー２０・・・開口
　　　　　　　２２．３７・・・磁極片　１４ご′、−
１・ ２４．２８．３４二・・ＪドリフＩ・管２６．３６・・
・間隙　　　　３０．３２・・・空洞３８・・・コレク
タ　　　　　５６・・・導波管特許出願人　パリアン・
アソシエイツ・インコーホレイテッド 代理人　弁理士　　竹　内　澄　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、線形ビーム周波数逓倍器真空管であって、電子放出
   カソードと、 該カソードの放出表面に近接した電子透過性制御グリッ
   ドと、 前記カソードと前記グリッドとの間に高周波信号の電圧
   を供給する手段と、 前記カソードからの電子ビームが通過するための、前記
   グリッドから離間され、前記放出表面に面したアノード
   と、 前記ビームを伝送するための、前記アノードの背後に位
   置する中空ドリフト導管と、 前記信号の周波数に近い周波数で共振するくぼみ形空洞
   を形成するために、前記ドリフト管内の第１の間隙から
   離間した端部で前記ドリフト管に連結する、第１の中空
   空洞と、前記信号の調波周波数に近い周波数で共振する
   くぼみ形空洞を形成するために、前記カソードから離れ
   た、前記第１の間隙とは別の前記ドリフト管内の第２の
   間隙から離間した端部で前記ドリフト管に連結する、第
   ２の中空空洞と、 前記第２の空洞から前記調波周波数で電磁エネルギーを
   引き出す手段と、 前記第２の空洞の下流でビームを収集する手段と、 から成る真空管。 ２、請求項第１記載の真空管であつて、 前記第１の空洞が、前記信号帯よりも高く、前記調波帯
   よりも低い周波数で共振する、ところの真空管。 ３、請求項第１記載の真空管であって、 前記第２の空洞が前記調波帯の中央に近い周波数で共振
   する、ところの真空管。 ４、請求項第１記載の真空管であって、 前記グリッドが熱分解グラファイトである、ところの真
   空管。 ５、請求項第１記載の真空管であって、 前記信号電圧を供給する手段が、前記カソードと前記グ
   リッドとを接続する共振回路から成る、ところの真空管
   。 ６、請求項第１記載の真空管であつて、 前記ドリフト管が前記第１の間隙のところよりも前記第
   ２の間隙のところで小さい、ところの真空管。 ７、請求項第１記載の真空管であって、 前記第２の間隙が前記第１の間隙よりも小さい、ところ
   の真空管。 ８、請求項第１記載の真空管であって、 前記アノードと前記第２の間隙との間で前記ビームの方
   向に安定した磁場を形成する手段をさらに含む、ところ
   の真空管。 ９、請求項第８記載の真空管であって、 前記磁場形成手段が、前記ドリフト管を取り囲む強磁性
   の磁極片から成る、ところの真空管。 １０、請求項第８記載の真空管であって、 前記磁場が、前記間隙の間で前記ビームを圧縮するため
   、前記第１の間隙でよりも第２の間隙で強い、ところの
   真空管。