JPH0320933A - らせん遅延線の構成法およびこの構成モードによる進行波管 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、極めて大きな帯域幅および極めて少ない分
散を持つ進行波管の製作を可能にする構成法に関する。

この構成法は、一式を取り囲む金属ケースから中心に向
かって伸びる、らせんと翼その他の金属支持体との間に
置かれた誘電支持体を隔離することによって進行波管の
遅延線のらせんを支持することにある。

この発明はまた、この構成法に従って製作された進行波
管にも関する。

（先行技術およびその問題点） 進行波管（ＴＷＴ）は、先行技術において公知であり、
増幅において極めて広い固有通過帯域を要求する用途の
ための他のマイクロ波管として好適である。遅延線のら
せん構戊によって可能な広い通過帯域は、周波数の関数
として遅延線に沿って伝えられる電磁波の低分散によっ
て得られる。

言い換えれば、らせん線に沿って伝えられる波の速度Ｖ
は進行波管の動作の公称周波数を中心とする広範な周波
数において波の周波数にほとんど依存しない。

管の入力に、そこから、一方のらせん遅延線に供給され
た高周波（Ｈ　Ｆ）信号と、他方の電子ビームとの間の
結合は、進行波管の縦方向に沿ったそれら両者の伝搬の
同期に依存する。電子ビームの速度は、初期概算では、
管の内部で生じた加速電圧に依存し、より精密な計算で
は、電磁界によって生じるエネルギーの交換によって修
正される。

初期概算では、らせんに沿って伝わる高周波の速度はら
せんの幾何学形状だけに依存するが、後の計算では、周
波数にもわずかに依存することが示され、これは最終的
に進行波管の通過帯域を制限する。

実用上の理由から、増幅装置における進行波管の使用は
、増幅される信号が変化する場合、ビームの電子の速度
を修正するために動作電圧の設定を考慮していないので
、従って、周波数の関数としての電磁波の速度に関して
できる限り小さい変動であることが望ましい。しかし、
遅延線の実用的なすべての構成方法では、電磁波の位相
速度は周波数に依存し、このことがｄ−Ｖｐ／Ｖｇ（式
中、Ｖｐは動作周波数での遅延線に沿っての位相速度、
■ｇは群速度である）という分散を生じる。

第１図は、比Ｃ／Ｖ　（Ｃは光速度）の変動を波長の関
数として表す典型的な曲線を再現するものである。１に
ほぼ等しいｄの値は、遅延線に沿った位相速度が、周波
数が変化する時に、事実上一定であることを意味する。

これは、広帯域動作が、できれば全動作帯域幅について
、実現されるための条件である。ｄの極めて高い値は、
Ｖｐの無限値（しゃ断周波数での導波）または、ゼロに
近いＶｇの値のいずれかに相当する。これは、エネルギ
ーが遅延線に沿って伝搬されないことを意味する。

実際には、周期的な電気的または幾何学的特性を有する
いずれの波の伝搬回路（この場合、遅延線）について、
回路は、このモードでの半波長が遅延線の幾何学的特性
の周期に等しくなるような周波数での所与の伝搬モード
で伝送エネルギーを停止させる。このような周波数は「
πモードしゃ断周波数」と呼ばれる。これらはまた、遅
波構造の周期での位相差がゼロまたは２πの倍数に等し
い場合、ゼロモードしゃ断周波数でもある。

これらの周波数で、前記の分散は無限に向かう。

これらのしゃ断周波数は、実際の物理的回路においては
、ｖｐが無限に大きくなっても、Ｖｇは無限に大きくな
ることはできないので避けられず、Ｖｇより大きいいず
れの値も、Ｖｐの有限値についても極限小になるのを避
けることができる。

先行技術では、これらのしゃ断周波数は、移動すること
ができるが、動作中の進行波管の能率において周波数の
減少を犠牲にすることになり、電界の強さは所与の位相
速度で遅延線を伝搬されるパワーの所与のレベルついて
低減されることが知られている。これは管の電子ビーム
との相互作用を低下させる。しゃ断周波数がどうしても
移動されない場合、実験的に観察されるそのしゃ断周波
数は「自然しゃ断周波数」と呼ぶことができる。

この欠点を軽減するための公知の先行技術に従えば、異
方性負荷が基本的ならせん遅延線に加えられる。これは
、ゼロまたは負になることもある極低分散をもたらす。

第３図に示す負荷をかけるためのこの方法の最善の公知
の変形例は、その両端がらせんの極く近く　（らせんか
ら１０分の数ａｍ）に位置するらせんを支持する誘電体
棒の間に、容量効果を有するＵ字形金属翼の装置である
。この方法を使用する場合、工業規模の製作工程で経済
的に反復可能な結果を得ることは困難である。この方法
は、一般に、難しい硬ろう付げに頼ることを要求する。

別の先行技術の公知の方法に従えば、第２図に示すよう
に、らせんを支持する誘電体棒の間に容量性負荷が置か
れるが、この方法は、回路の結合インピーダンスおよび
管の効率を低下させる。

さらに別の公知の方法では、第２図に示す前述のＵ字形
翼は、第４図に示すように、らせんを支持する誘電体棒
の局部金属化に置き換えられている。この方法もまた、
反復可能な結果を経済的に得ようとする場合、工業規模
で実施することは困難である。

従って、この発明は、先行技術の方法の欠点を伴わずに
高しゃ断周波数を得ることを目的とする。

先行技術で使用された物理的基本原理は、この発明に従
う新規の構成方法で引き出すことができる。

これは、極低分散を、従って、幅広い有効通過帯域をも
たらすと同時に、工業規模の製作の原価および装置の複
雑さを低減し、管の特性の反復性を改善する。

（問題点を解決するための手段） 従って、この発明の第１の目的は、らせん進行波管の構
或方法であって、らせんは誘電支持体によって支持され
ており、これらの誘電支持体は逆に、装置を囲む真空気
密ケースの内面からこのケースの中心に位置するらせん
に向けて突き出た支持体形成要素によって支持されてお
り、前記の支持体形成要素は、これらの誘電支持体の容
量性負荷が、前述のように定義付けられた自然しゃ断周
波数に近い周波数で前記の支持体形成要素の存在によっ
て部分的に補償されるように、前記の誘電支持体のごく
周辺に有限の電気経路長を有している。

この発明の別の目的は、この構成方法を具体化するらせ
ん進行波管である。

この発明の好ましい実施態様に従えば、前記の支持体形
成要素は金属材料で作られる。

この発明の１実施態様に従えば、誘電支持体は逆に、金
属支持体によって支持される連続棒の形式をとる。従っ
て、誘電支持体の寸法は、以前の実施態様におけるより
も小さい。これは、らせんから一式を取り囲むケースへ
の熱伝導率の改善をもたらす。

この発明の別の実施態様に従えば、誘電支持体は、らせ
んの各回転と連続金属支持体との間に位置する不連続パ
ッドの形式をとる。これらのパッドは、この副集或品が
一式を取り囲むケースに導入される前に、金属支持体に
置くことができる。

これは、組立の精密さを改善し、管の製作を容易にする
。さらに、パッドの小寸法は、例えば、面心立方格子構
造を持つダイヤモンドや窒化ホウ素などの高価な材料の
使用を可能にする長所を有する。

この発明の別の実施態様に従えば、連続金属支持体は、
一式を取り囲む外被内に置かれた時に、この外皮と前記
の支持体形或構造との間に空間、すなわち液体または冷
却ガスが循環することができる空間を残す真空気密封入
構造の形をとる。

（実施例） 第５図はこの発明に従ったらせん進行波管の構成法の例
を示す。らせん１は、誘電支持体３を隔離することによ
って一式を取り囲むその真空気密ケース２内で支持され
ており、誘電支持体３は逆に、一式を取り囲むその真空
気密ケース２の内壁かららせんに向けて突き出た金属要
素４によって支持されており、誘電支持体３はこれらの
金属要素４に置かれている。第５図に示すこの発明の代
表的な実施態様では、誘電支持体の長さに沿って、金属
要素４の端を受け入れることができるように、溝が形成
されている。これは、組立の精密さを保証し、先行技術
に比べて製作工程を著しく簡素化する。

第６図は、この発明に従ったらせん進行波管の構成法の
別の例を示す。らせん１は、誘電支持体３を隔離するこ
とによって一式を取り囲むその真空気密ケース２内で支
持されており、誘電支持体３は逆に、集成品を取り囲む
その真空気密ケース２の内壁かららせんに向けて突き出
た金属要素４によって支持されており、誘電支持体３は
これらの金属要素４に置かれている。第６図に示すこの
発明の例示的な実施態様では、金属要素４の長さに沿っ
て、支持体形或Ｔ字状誘電体棒３の端を受け入れること
ができるように、溝が形成されている。これは、組立の
精密さを保証し、先行技術に比べて製作工程を著しく簡
素化する。

第５図および第６図の金属要素は、好ましくは、くさび
形が可能であり、その厚肉の端は、一式を取り囲む真空
気密ケース２の内面にある。

第７図は、この発明に従ったらせん進行波管の構成法の
別の例を示す。らせんは、誘電支持体３を絶縁すること
によって一式を取り囲むその真空気密ケース２内で支持
されており、誘電支持体３は逆に、集成品を取り囲むそ
の真空気密ケース２の内壁かららせんに向けて突き出た
金属要素４によって支持されており、誘電支持体３はこ
れらの金属要素４の上に置かれている。第７図に示すこ
の発明の例示的な実施態様では、誘電支持体３は、第５
図および第６図に示すこの発明に従った前記の２の例示
的な実施態様におけるような連続棒ではない。反対に、
これらの誘電支持体３は、不連続であり、連続金属要素
４の長さに沿って置かれた絶縁パッドを、これらが個々
のらせんの各回転を支持するように、絶縁することによ
って形成される。第５図に示す、また、前述のこの発明
の例示的な実施態様と同様に、金属要素４の端を受け取
るために絶縁材料に溝が形成されている。これは組立の
精密さを保証する。絶縁パッドの使用によって他の実施
態様を考えることは容易に可能である。例えば、第６図
に示すように金属要素の長さに沿って溝を形或する。ま
たは、溝または穴にパッドの位置を定めるまたは保持す
るのに適した突起部を有する絶縁パッドを受け入れるた
めに金属要素の長さに沿って局部的な穴を配分すること
ができる。

第８図は、この発明に従ったらせん進行波管の構成法の
別の例を示す。らせん１は、誘電支持体３を隔離するこ
とによって一式を取り囲むその真空気密ケース２内で支
持されており、誘電支持体３は逆に、一式を取り囲むそ
の真空気密ケース２の内壁からその一部が突き出た金属
要素４によって支持されており、誘電支持体３はこれら
の部分に置かれている。第８図に示すこの発明の例示的
な実施態様では、金属要素４の支持体形或突起を受け入
れるために誘電支持体３の長さに沿って溝が形成されて
いる。これは組立の精密さを保証し、先行技術に比べて
製作工程を著しく簡素化する。

第８図に示すこの発明に従った例示的な実施態様のさら
に別の特徴は、金属要素４が、らせん１を取り囲み、外
部円筒ケース２の内部に置かれた、真空気密ケースを形
或し、これらの２つのケース間に形成された空間５を限
定分離し、遅延線を冷却するために気体または液体を循
環させることができる点である。

前述の非制限的な諸例ならびに第５図、第６図、第７図
および第８図によって示すように、この発明の好ましい
実施態様の数例において、金属要素４は、絶縁を行う際
にらせん１の支持体を形成する誘電要素３を支持するた
めに使用されるが、この発明はまた、金属要素４が、自
然しゃ断周波数に近い周波数で誘電体の容量性負荷効果
を一部補償するために、誘電支持体３のごく周辺に置か
れた、有限電気経路長を有するその他の材料によって交
替された、らせん遅延線の製作に適用できる構戒法にも
関する。同様に、この発明はさらに、付加的な金属要素
がらせん１の誘電支持体３を支持する要素４の間に置か
れることができる実施態様に関する。

いずれにせよ、前述の集成品がこの発明の原理の用途の
無数の可能な実施例のごく少数を例示するものであるこ
とは明らかである。この技術分野に習熟した者は、この
発明の範囲を逸脱することなく、これらの原理に従って
その他の広範な集成品を容易に考案することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、前述のように、任意の単位での、らせん遅波
構造の長さに沿ったエネルギー伝搬の速度Ｖと光速度Ｃ
との間の比の変動を波長λの関数として表す典型的な曲
線を示す図、 第２図は、前述のように、らせんが一式を取り囲む真空
気密円筒ケース内で支持体を形成する誘電体棒によって
支持されており、支持体形成誘電体棒がらせんおよびケ
ースの両方に接触しており、容量性負荷を持つこれらの
固体金属「翼」はケースとらせんとの間の空間の支持体
形成誘電体棒の間に位置している、先行技術のらせん遅
延線の構成法の断面図、 第３図は、前述のように、らせんが、第２図に示すよう
に、らせんと、一式を取り囲む真空気密円筒ケースとに
接触する支持体形成誘電体棒によって支持されており、
真空気密ケースの内壁に固定されており、そこから小距
離でらせんに向けて突き出た支持体形成誘電体棒の間に
位置するＵ字状翼を有する、別の先行技術のらせん遅延
線の構成法の断面図、 第４図は、前述のように、らせんが、第２図に示すよう
に、らせんと、一式を取り囲む真空気密円筒ケースとに
接触する支持体形或誘電体捧によって支持されており、
らせんとケースとの間の位置する空間に面する誘電体棒
の面に付着された局部金属化を伴う、別の先行技術のら
せん遅延線の構成法の断面図、 第５図は、らせんと、一式を取り囲む真空気密円筒ケー
スの内壁かららせんに向けて突き出た金属支持体との間
に支持体形成Ｕ字状誘電体棒が位置している、この発明
に従ったらせん遅延線の実施態様の断面図、 第６図は、らせんと、一式を取り囲む真空気密円筒ケー
スの内壁かららせんに向けて突き出たみぞ付き金属支持
体との間に支持体形成Ｔ字状誘電体捧が位置している、
この発明に従ったらせん遅延線の実施態様の断面図、 第７図は、らせんと、一式を取り囲む真空気密円筒ケー
スの内壁かららせんに向けて突き出た金属支持体との間
に位置している絶縁パッドによってらせんが支持されて
いる、この発明に従ったらせん遅延線の別の実施態様の
詳細斜視図、第８図は、支持体形成誘電体棒またはパッ
ドが、らせんと、一式を取り囲む真空気密金属構造との
間に位置しており、一式は逆に、一式を取り囲み、液体
または冷却気体が循環できるような空間をそれ自体と支
持体形或構造との間に生じる円筒ケースの内部に位置し
ている、この発明に従ったらせん遅延線の別の実施態様
の断面図である。 以上の図面に関して、異なる実施態様、第２図、第３図
および第４図での同一要素について同一参照番号が繰り
返されており、これらの図は、例示として含むものであ
り、公知の先行技術の構造を表し、らせんはその誘電体
棒３によって一式を取り囲む真空気密ケース２の内部で
支持されており、金属要素４はらせんとケースとの間、
および誘電支持体との間に位置する空間に対称的に位置
している。 １・・・らせん、２・・・真空気密ケース、３・・・誘
電支持体、４・・・金属要素。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．らせん進行波管の構成法であって、らせんが誘電支
   持体によって支持されており、これらの誘電支持体は逆
   に、一式を取り囲む真空気密外部ケースの内面からこの
   ケースの中心に位置するらせんに向けて突き出る支持体
   形成要素によって支持されており、前記支持体形成要素
   は、前記誘電支持体の極く周辺に、これらの誘電支持体
   の容量性負荷がこの発明の説明で定義された自然しゃ断
   周波数に近い周波数で前記支持体形成要素の存在によっ
   て一部補償されるような有限電気経路長を有する、らせ
   ん進行波管の構成法。
2. ２．請求項１記載のらせん進行波管の構成法であって、
   有限電気経路長を有する支持体形成要素が金属材料で製
   作される、らせん進行波管の構成法。
3. ３．請求項１記載のらせん進行波管の構成法であって、
   有限電気経路長を有する支持体形成要素および誘電支持
   体が、らせん構造の長さに沿ってこれらの部品の相互連
   動を得るように形成される、らせん進行波管の構成法。
4. ４．請求項１記載のらせん進行波管の構成法であって、
   有限電気経路長を有する支持体形成要素の間に付加的な
   金属要素が位置している、らせん進行波管の構成法。
5. ５．請求項１記載のらせん進行波管の構成法であって、
   誘電支持体が連続棒の形である、らせん進行波管の構成
   法。
6. ６．請求項１記載のらせん進行波管の構成法であって、
   誘電支持体が不連続パッドの形である、らせん進行波管
   の構成法。
7. ７．請求項１記載のらせん進行波管の構成法であって、
   有限電気経路長を有する支持体形成要素が連続棒の形で
   ある、らせん進行波管の構成法。
8. ８．請求項２記載のらせん進行波管の構成法であって、
   支持体形成要素が連続真空気密ケースの形である、らせ
   ん進行波管の構成法。
9. ９．請求項８記載のらせん進行波管の構成法であって、
   連続真空気密金属ケースが、一式を取り囲む外部ケース
   の内部に位置する場合に、気体または液体が循環可能と
   なる空間を生じる、らせん進行波管の構成法。
10. １０．請求項１記載の構成法を用いて製作されるらせん
    進行波管。