JPH0313869A

JPH0313869A - マイクロ波出力測定装置とその製造方法

Info

Publication number: JPH0313869A
Application number: JP14886189A
Authority: JP
Inventors: Koji Ito; 孝治伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-22
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2670351B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、ジャイロトロンや自由電子レーザ等のビー
ム状の高出力マイクロ波の出力を測定するマイクロ波出
力測定装置とその製造方法に関する。

（従来の技術）高出力マイクロ波源の出力を測定する場合、従来は、マ
イクロ波出力を導波管により誘電体または抵抗体からな
るチューブ内に導いて熱化させ。

その熱量を測定する手段をとっていた。このマイクロ波
がビーム状の場合は、この様な手段では出力測定ができ
ない。

（発明が解決しようとする課題）このように従来の技術では、ビーム状のマイクロ波の出
力を測定する事が出来ないという問題があった。

本発明は、ビーム状のマイクロ波の出力を精度良く測定
するマイクロ波出力測定装置とその製造方法を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、第１の手段として
は、ビーム状のマイクロ波を凹面鏡（以下ミラーとする
）によって伝搬方向と異なる方向に集束させた後、集束
されたマイクロ波を通す程度の大きさのスライド板の小
孔を通して金属または誘電体で形成されたタンク内に導
くことによって熱化させ、このタンクを冷却するための
冷却媒体の入口と出口間の温度差と流量からマイクロ波
の出力を測定する手段と、小孔とミラー間の距離を調整
できる焦点調節機構とを設ける。

また、第２の手段としては、タンクを内筒および外筒か
らなる薄板の２重円筒容器とし、内筒内面に凹凸ができ
るように螺旋状の冷媒通路を形成し、隣接する通路間を
溶接等の密封固着手段で固着した構成とする。

また第２の手段のマイクロ波出力８１１１定装置を製造
する方法としては、２重円筒容器は平板を丸めて成る円
筒同士を螺旋状に溶接等の密封固着手段で固着し、さら
に螺旋の一方の端部を密封後、流体圧で内筒を内側へ螺
旋状に膨出させて螺旋状冷媒通路を形成してタンクを製
造することによって第２の手段のマイクロ波出力測定装
置を製造する。

（作　用）上記第１の手段によればビーム状のマイクロ波をミラー
によって集束させて、最大集束位置にセットされたスラ
イド板の適切な小孔を選択して通し、金属または誘電体
で形成されたタンク内に導くことにより、マイクロ波の
伝搬に導波管を用いた従来のマイクロ波出力測定装置で
は不可能であったビーム状マイクロ波の出力を精度良く
測定することが可能となる。

また、第２の手段によればタンク内に導入されたマイク
ロ波は凹凸のあるタンク内で反射を繰返しながらジュー
ル損失で熱エネルギに変換され、タンクを介して冷媒に
熱伝達され除熱される。この際タンクの熱容量が小さい
ため、タンクの単位出力当りの温度上昇が大となり冷媒
との温度差も大きくなり精度良く出力を測定できる。ま
た、内筒と外筒との熱膨張差も、冷媒通路が螺旋状では
あるがベローズに似た形状になっているため吸収できる
。

また、第２の手段の装置を製造する方法としては成形治
具は必要であるが、溶接部間に流体圧を加えて内筒を螺
旋状に膨出させるので、製造が確実で、かつ容易になる
。

（実施例）実施例１以下、本発明の第１の実施例について、第１図ないし第
３図を参照して説明する。ビーム状のマイクロ波（１）
を伝搬させる筒状容器（２）内に、挿脱可能にミラー（
３）を設置する。このミラー（３）はマイクロ波出力の
測定時に、マイクロ波（１）の通路に挿入され、マイク
ロ波（１）を円筒状のタンク（４）の上面に設けられた
小孔選択機＊　（５）のスライド板（６）に直径を変え
て設けられた複数の小孔（６ａ）の内、必要にして充分
な大きさの１つの小孔に集束させた後、タンク（４）内
に導く。タンク（４）は誘電体またはステンレス等の金
属によって形成されている。なお必要にして充分な大き
さの小孔（６ａ）とは集束されたビーム状マイクロ波（
１）が縁と接触しない最小の小孔（６ａ）を選択できる
ようにすることである。タンク（４）に入ったマイクロ
波は。

タンク（４）の内面で反射を繰返しながら吸収されてゆ
き、熱エネルギに変換される。ここでタンク（４）の内
面の面積をＳ、タンク（４）の内面のマイクロ波の反射
１回当りの吸収係数をＫとすると、タンク（４）内に入
ったマイクロ波が小孔（６ａ）からタンク（４）外部に
逃げてタンク（４）の内面で吸収されない割合ｆは小孔
（６ａ）の開口面積をａとすると、ｆ　”＝　ａ　／　
Ｋ　Ｓ　・＝　（１０１）で与えられる。ｆはできるだ
け小さくする必要があり、このため小孔（６ａ）の開口
面積をできるだけ小さくする必要がある。したがって小
孔（６ａ）の位置はビーム状マイクロ波（１）が最も集
束された所に設置する事が望まれる。また小孔（６ａ）
の開口面積もビーム状マイクロ波（１）に応じて可変で
ある事が望ましい。そこでこの実施例１では、タンク（
４）上面に小孔選択機構（５）を装備し、かつ筒状容器
（２）と小孔選択機構（５）との間に真空気密を保持し
ながら伸縮できるベローズ（７）と調整ねじ（８）とか
ら成る焦点距離機構（９）が設けられている。

小孔選択機構（５）は複数個の小孔（６ａ）と芯比し用
合マーク（６ｂ）および発熱体（６ｃ）が設けられたス
ライド板（６）、スライド板（６）を摺動可能に収納し
たフレーム（１０）、フレーム（１０）に取付けられ、
スライド板（６）を駆動するための駆動機構（１１）で
構成されている。

タンク（４）の周囲には、水のような冷却媒体を貫流さ
せる冷却媒体通路（１２）として、この例では水冷ジャ
ケットが設けられている。この冷却媒体通路（１２）は
入口配管（１３ａ）を通して冷却媒体としての水が供給
され、出口配管（１３ｂ）から排出され、これによりタ
ンク（４）が冷却される。配管（１３ａ）。

（１３ｂ）　には入口側と出口側の温度センサ（１４ａ
）。

（１４ｂ）がそれぞれ設置され、温度センサ（１４ａ）
によって冷却媒体通路（１２）の入口温度が検出され、
また温度センサ（１４ｂ）によって出口温度がそれぞれ
検出される。出口配管（１３ｂ）にはさらに流量計（１
５）が設けられている。温度センサ（１４ａ）、　（１
４ｂ）および流量計（１５）の出力は図示しない測定回
路に入力され、温度センサ（１４ａ）、　（１４ｂ）の
出力値の差、すなわち冷却媒体通路（１２）における入
口、出口間の温度差と、流量計（１５）の出力から求ま
る冷却媒体通路（１２）内の流量に基づいて、冷却媒体
通路（１２）内の冷媒の熱量、すなわちタンク（４）内
に導入されたマイクロ波のエネルギが計算によって求め
られる。このようにしてビーム状マイクロ波（１）の出
力を測定する事ができる。

なお、タンク（４）の熱が外気に逃げるのを防止するた
め、タンク（４）の外側に外胴（１６）が配置され、そ
の外胴（１６）とタンク（４）の外面との間に真空断熱
ｍ（１７）が設けられている。そして、外胴（１６）に
真空排気ボート（１６ａ）が装備されており、常時排気
装置で一定の真空層に保持される。なお筒状容器（２）
の一部には覗き窓（２ａ）が設けられており、スライド
板（６）の小孔（６ａ）を覗けるようにしである。

次にこの実施例１の作用を説明する。

据付後の芯出しの際にはネオンビーム等を使用し、スラ
イド板（６）上に合マーク（６ｂ）とビームが一致する
様にミラー（３）の角度調整が行なわれるが、この際に
覗き窓（２ａ）から観８１すする事が出来る。

またスライド板（６）の発熱体（６ｃ）にビーム状マイ
クロ波（１）を当て、発熱に伴う表面温度または発光を
目視または図示しない赤外線検出装置により１！測する
ためにも用いられる。

上述したマイクロ波出力測定装置を用いると、ビーム状
マイクロ波（１）の最大集束点にスライド板上の小孔（
６ａ）を位置させる事が可能でかつ、適切な大きさの小
孔（６ａ）を選定できるので、ビーム状マイクロ波の出
力を精度良く測定することができる。

実施例２次に第２の実施例について、第４図ないし第６図を参照
して説明する。

第４図はマイクロ波出力測定装置の本発明に係る要部を
示す断面図である。ビーム状のマイクロ波（１）を伝搬
させる筒状容器（２）は実施例１と同様であるので図示
および説明を省略した。　（２０）は螺旋ベローズ状に
成形された内筒で、その外側に外筒（２１）が螺旋状の
冷却媒体通路（１２）を形成するように内筒（２０）と
溶接等の結合手段で固着されている。外筒（２Ｉ）の下
端には同心円状の冷却媒体通路（２２ａ）を有する底抜
（２２）が固着され、上端は小孔（６ａ）を有し、かつ
、配管（■３）が接続されたフランジ（２３）に固着さ
れている。　（２４）は２ランジ（２３）と冷却媒体通
路（１２）を接続する導入管、（２５）は内筒（２０）
と外筒（２１）とで形成された冷却媒体通路（１２）と
底抜（２２）に設けられた冷却媒体通路（２２ａ）を接
続する接続管、（２６）は底抜（２２）の冷却媒体通路
（２２ａ）とフランジ（２３）間を接続する戻り配管で
ある。これら内筒（２０）、外筒（２■）、底抜（２２
）　、フランジ（２３）　、導入管（２４）、接続管（
２５）、戻り配管（２６）で一体構成されたタンク（４
）の外側には外胴（１６）が配置され、その外胴（１６
）とタンク（４）との空間は真空に保持され、ふく射シ
ールド（２７）を介在させることで真空断熱層（１７）
が形成されている。

なお、（２８）は真空気密を保持するためのメタルオー
リングである。そして、入口、出口の配管（１３ａ）、
　（１３ｂ）に温度センサ（１４ａ）、　（１４ｂ）を
接続し、一方の配管（第４図では出口側）に流量計（１
５）を入れることは実施例１と同様である。

次に上記の様に構成された実施例２の作用について説明
する。

フランジ（２３）の小孔（６ａ）から導入されたビーム
状マイクロ波（１）はタンク（４）の内筒（２０）の内
面で反射を繰返しながら内壁面をジュール加熱し熱エネ
ルギに変換される。

この際、タンク（４）内に入ったマイクロ波が小孔（６
ａ）からタンク（４）の外部に逃げてタンク（４）の内
面で吸収されない割合は実施例１で前述した１０１式の
様に小孔（６ａ）の開口面積をタンク（４）の内面の面
積で除した値である。

タンク（４）の内筒（２０）の内面は凹凸になっており
、平板面に比して数倍の面積を有している。したがって
小孔（６ａ）から逃げるマイクロ波を少なくする事がで
き、はぼ全出力が熱に変換される。

般に測定時の運転時間は数百ミリ秒と短かいため、その
間の冷却媒体による除熱量は小さくほぼ内面の表面加熱
によるタンク（４）の温度上昇となる。

この実施例２のタンク（４）の内筒（２０）、外筒（２
１）等は薄板で構成されているため熱容量が小さく、温
度上昇を大きくとる事ができる。タンク（４）に蓄積さ
れた熱は冷媒によって慣性冷却される。すなわち第６図
に示すように入口配管（１３ａ）からフランジ（２３）
の冷却媒体通路（２３ａ）を旋回しながらフランジ（２
３）を冷却し、導入管（２４）で内筒（２ｏ）と外ｆｌ
（２２）とで形成された冷却媒体通路（１２）に入り。

内筒（２０）と外筒（２１）とで形成された螺旋状の冷
却媒体通路（１２）を旋回しなから内筒（２ｏ）および
外筒（２１）を冷却し、接続管（２５）から底抜の冷却
媒体通路（２２ａ）に入って戻り配管（２６）を経由し
てフランジ（２３）に戻り、出口配管（１３ｂ）から図
示しない冷却媒体供給装置に戻るので１パスで全面を冷
却できる。この時温度センサ（１４ａ）、　（１４ｂ）
で冷却媒体の入口、出口温度を測定し、さらには流量計
（１５）で冷却媒体の流量を測定し、時間積分してタン
ク（４）内に導入されたマイクロ波のエネルギを計算し
て求める。冷却水入口温度とタンク（４）の温度差が大
きい程、冷却媒体の入口温度と出口温度との差も大きく
なるので精度良く測定する事が出来る。また内筒（２０
）と外筒（２１）とには運転時に相当の温度差が生じる
ため熱膨張差を生じるが、内筒（２０）はベローズ状で
フレキシブル管になっているため、熱応力を小さく抑え
る事が出来る。梼造面では内筒（２０）、外筒（２１）
、底抜（２２）、フランジ（２３）および導入管（２４
）、接続管（２５）　、戻り配管（２６）が一体に構成
されているため１．外胴（Ｉ６）との組立も容易に行う
事が出来る。

次に実施例２の内筒（２０）と外筒（２１）の製造方法
について記述する。第４図の内筒（２０）はあらかじめ
螺旋状ではあるがベローズに似た形状に成形し、外筒（
２１）との接触部を溶接等で固着して一体化したものと
して説明したが、他の製造方法としては、タンクは平板
から成る円筒同士を螺旋状に溶接等の密封固着手段で固
着し、さらに一方の端部を密封後、内外周に治具を当接
して、流体圧で内筒を螺旋状に内側へ膨出させて、螺旋
状冷媒通路を形成する方法がある。

このようにすれば、治具は必要であるが内筒（２０）と
外筒（２■）の固着が確実に行えるという作用効果があ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項１に示されたマイクロ波出
力測定装置は、ビーム状のマイクロ波をミラーにより集
束させ、最大収束位置にセットされた開口面積が必要に
して充分な最小の小孔を通して金屑または誘電体製のタ
ンク内に導いて熱化し、このタンクを冷却する冷却媒体
の入口、出口間の温度差からマイクロ波の出力を測定す
ることによって従来できなかったビーム状マイクロ波の
出力測定を精度良く行う事が可能となる。

また、請求項２に示されたマイクロ波出力測定装置は、
従来できなかったビーム状マイクロ波の出力測定を精度
良く行う事が可能になるほか、単位出力当りのタンクの
温度上昇が大で、かつ、タンクからのマイクロ波の逃げ
が小さいので、高精度でマイクロ波の出力を測定できる
。また熱応力が小さく、かつ、構造が単純で低価格な高
品質のマイクロ波出力測定装置を提供できる。

そして、請求項３に示された製造方法によれば、請求項
２のマイクロ波出力測定装置を製造が確実で、かつ、容
易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波出力測定装置の第１の実施
例を示す縦断面図、第２図は第１図のＡ部を示す拡大断
面図、第３図は第１図のスライド板を示す斜視図、第４
図は第２の実施例の要部を示す縦断面図、第５図は第４
図のＢ部を示す拡大断面図、第６図は第４図のタンクの
冷却媒体の流れを示す説明図である。 ■・・・ビーム状マイクロ波、　　　３・・・ミラー４
・・・タンク、　　　　　　　　　　６・・・スライド
板、６ａ・・・小孔、　　　　　　　　　　９・・・焦
点距離調節機構。１０・・・フレーム、　　　　　　　　１２・・・冷却
媒体通路、１４ａ、　１４ｂ・・・出力調整手段用の温
度センサ、１５・・・出力調整手段用の流量計、　　１
６・・・外Ｊｌｎ、１７・・・真空断熱届、２３・・・
フランジ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ビーム状のマイクロ波をその伝搬方向と異なる方
向に集束させるミラーと、集束されたマイクロ波を通す
程度の直径の異なる複数の小孔を有するスライド板と、
選定した小孔以外の小孔を覆うフレームと、前記スライ
ド板の小孔を通して導入されたマイクロ波を熱化する金
属または誘電体により形成されたタンクと、このタンク
を真空断熱層を介して収納する外胴と、前記タンクを冷
却するための冷却媒体が通過する冷却媒体通路と、この
冷却媒体の入口、出口間の温度差と流量から前記マイク
ロ波の出力を測定する手段と、ミラーとスライド板間の
距離を調節できる焦点距離調節機構とを備えた事を特徴
とするマイクロ波出力測定装置。
（２）ビーム状のマイクロ波をその伝搬方向と異なる方
向に集束させるミラーと、集束されたマイクロ波を通す
程度の大きさの小孔を有するフランジと、前記フランジ
の小孔を通して導入されたマイクロ波により熱化する金
属製のタンクと、このタンクを冷媒で冷却して、この冷
媒の出入口温度差からマイクロ波の出力を測定する手段
とを備え、前記タンクを内筒および外筒からなる薄板の
２重円筒容器として外胴内に真空断熱層を介して収納し
、内筒内面に凹凸ができるように螺旋状の冷媒通路を形
成し隣接する螺旋状各段の通路間を溶接等の結合手段で
外筒内面に密封固着させて一体化した事を特徴とするマ
イクロ波出力測定装置。
（３）タンクは平板を丸めて成る円筒同士を螺旋状に溶
接等の密封固着手段で固着し、さらに一方の端部を密着
後、流体圧で内筒を螺旋状に内側へ膨出させて螺旋状冷
媒通路を形成してタンクを製造することを特徴とする請
求項（２）記載のマイクロ波出力測定装置の製造方法。