JPH041453B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は交差界形増幅管に関し、特に入力信号
が陰極の一部である遅波相互作用回路へと印加さ
れるところの増幅管に関する。

〔従来技術の説明〕

交差界形増幅管（CFA）において、伸長した
陰極表面とそれにほぼ平行な陽極表面との間を電
子流が流れる。陽極のうち少なくとも一部は電磁
波伝搬回路であり、その電磁波の速度は交差電磁
界中の電子流のドリフト速度に一致している。非
循環CFAにおいて増幅管の入力端付近では、電
子流は陰極表面近くの薄い層にほぼ限定されてい
る。陽極回路に入力される電磁波の無線周波電場
は陰極付近で小さいので、２次電子放出増倍を起
すほどのエネルギーをもつて陰極を衝撃する電子
をもたらすような軌跡変調の形成は緩やかなもの
である。さらに回路の出力部分において電磁波を
誘導するような電荷スポークの形成が遅延され
る。

従来技術において提案されたことは、陰極を第
二の遅波相互作用回路とし、そこに入力信号を印
加するものである。この回路の無線周波電場は陰
極表面付近で大きく、近くの電子流と強く相互作
用する。かくして電流及び電磁波エネルギーの形
成が非常に早くなる。入力陰極回路により形成さ
れた電荷スポークが出力陽極回路を駆動する。本
出願人は、この従来技術の方法がしばしば不満足
なものであることを発見した。対面する陽極回路
と陰極回路との結合は不可避的なものである。さ
らに、完全に結合した入力端と出力端における両
回路の終端及び内部的に電磁波を吸収する端部に
おける両回路の終端は完全ではないので、電磁波
のいくらかがその端部において反射される。陽極
回路の出力から反射されるエネルギーは、逆に結
合されて陰極回路内で後進波を形成する。この後
進波は陰極回路の入力において部分的に再反射さ
れる。結果的に前進波が再生され、不安定性をも
たらす。第二の問題としては、陽極回路上の電磁
波が陰極回路付近で電磁場を確立し、それが入力
回路の制御下での空間電荷の生成に干渉する。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、高安定利得を有する交差界形
増幅管をもたらすことである。

他の目的は、最小の長さを持つ交差界形増幅管
をもたらすことである。

これらの目的は、２つの遅波相互作用回路を有
する交差界形増幅管をもたらすことにより実現さ
れる。１つは陰極部分であり、それは電子流に対
面する相互作用要素を有し又外部からの入力信号
に結合する入力端を有する。他の回路は陽極部分
であり、それは外部への出力負荷に結合した出力
端を有する。これら両回路の他端は損失性負荷で
終了している。陽極回路は、電子流のドリフト方
向の下流に向い陰極回路から変位されている。か
くして有害な再生的フイードバツク効果は著しく
減少される。

〔好適実施例の説明〕

第１図は従来技術の交差界形増幅管（CFA）
を示している。このCFAは、陰極内の入力遅波
回路及び陽極内の出力遅波回路から成つている。

陰極構造体１０は、OFHC銅でできた金属製ブ
ロツク１２から成つている。陰極構造物１２とそ
れに対向して平行な陽極構造物１６との間の広い
空間１４内の交差直流電磁場の中での電子のドリ
フト方向へとブロツク１２は伸長している。陽極
構造物１６は代表的には接地電位で動作され、管
の真空エンベロプ１８の一部をなしている。陰極
構造体１０は負の電位で動作され、そこから電子
が陽極構造物１６へ向けて引出される。第１図の
平面に垂直な方向で磁場が印加され、それにより
良く知られた交差界相互作用によつて電子が右方
向ヘドリフトされる。

陰極ブロツク１２は、真空エンベロプ１８の一
部をなす誘電性絶縁シリンダ２２を貫いて取り付
けられた一又は二以上のロツド２０により支持さ
れている。ロツド２０の代りに中空管（図示せ
ず）を用いてもよく、そして陰極ブロツク１２を
冷却するための流体をその中に流すこともでき
る。

遅波回路２４が陰極構造体の一部として陰極ブ
ロツク１２の中に埋込まれ、交差電磁場内の電子
のドリフト速度に匹敵する電磁波速度を有してい
る。第１図においては遅波回路２４は、セラミツ
ク支持体２７を介して陰極ブロツク１２の底部に
沿つて取付けられた迂曲（meandering）導電体
２６により形成された迂曲（meander）ラインで
ある。入力無線周波信号が、同軸電送ライン２８
を通して遅波回路２４の上流端へと結合されてい
る。電送ライン２８の外方導電体３０は、陰極ブ
ロツク１２と電気的に一体となつている。中央導
電体３２は外方導電体３０の内部を通過して、迂
曲導電体２６の端部に直接的に接続し、無線周波
駆動信号を導入している。同軸ライン２８は、横
方向誘電窓３４により真空シールされ、高電圧同
軸誘電シール３６によつて真空エンベロプ１８に
取付けられそこから絶縁されている。

増幅管のための初期的電子流は、陰極ブロツク
１２内のくぼみ４０の中に取付けられた熱陰極３
８から得られる。絶縁真空シール４４を介して加
熱電流が供給されている放射加熱器４２によつて
熱陰極３８が加熱される。電子流は遅波回路２４
と５２との間を通過して、陰極回路２４上の無線
周波電磁波と相互作用する。そして電子の無線周
波集群がもたらされ、無線周波電磁波の位相に従
い集群された電子により陰極１０が選択的に衝撃
され、電子は無線周波電磁波からエネルギーを得
る。二次電子放出増倍の過程を通じて、集群され
た電荷の量は非常に増大する。電子流に対面する
陰極構造体１０の表面４６は、利用できる電子の
数をふやすために二次電子放出力の高い材料で被
覆することができる。遅波回路２４の下流端にお
いて損失性誘電体５０のブロツクが回路内に残つ
た電磁波の全てのエネルギーを吸収する。

第１図の従来技術増幅管において、陽極ブロツ
ク１６内に埋込まれた第二の遅波相互作用回路５
２によつて、高レベルの増幅及び電力が引出され
る。出力回路５２は入力回路２４に類似したもの
である。出力回路５２の入力端は、第二の損失性
誘電ブロツク５４で終了している。出力回路５２
の下流の出力端は、誘電真空窓６０でシールされ
た出力導波管５８へと同軸−導波管変換器５６を
介して直接に接続されている。出力電力は外部の
有用は負荷（図示せず）へと導波管５８によつて
運ばれる。遅波回路５２の出力端を越えたところ
で、陰極ブロツク１２に対面する陽極ブロツク１
６の表面６２はテイパー付けられて陰極１２へと
向つている。この構成によつて、消費された電子
流の集電が拡張した領域で行われ、熱の放散をよ
り広げることとなる。陽極１６は冷却流体の通過
又は外部からの空気流（図示せず）によつて冷却
することもできる。

第１図の従来技術の配置の目的は、絶縁された
入力回路と出力回路及び高利得を交差界形増幅管
にもたらすことである。最初の交差界形増幅管に
おいては陰極は滑らかな表面であつた。陽極は遅
波回路を含み、一端において入力電送ラインに接
続し又他端において出力電送ラインに接続してい
た。無線周波信号が小さい入力付近においては、
横方向磁場によつて電子流は陰極近くで薄いリボ
ンに限定される。遅波回路からの小さな無線周波
電場は、隣接する陽極素子管の主な電場からの縁
の電場である。電場は陽極先端からの距離に従つ
て指数関数的に減衰し、導電性の滑らかな陰極に
よつて実際に短絡される。かくして陰極近くを通
る電子流と相互作用する無線周波電磁場は小さ
く、電場の形成及び電子流の変調はゆるやかであ
り二次電子放出増倍を通じた電荷の生成はゆるや
かなものである。或いはこの電荷の生成は低い電
力レベルに適するものであり又は電荷の生成がな
いこともある。このことは管の利得を制限する。
入力電力が電荷生成を引出すのに不十分である場
合には、管の構造を単に長くするだけでは利得を
増大させることはできない。

陰極の一部である遅波回路の上に入力信号がも
たらされる第１図の増幅管においては、回路の無
線周波電磁場は電子流の近くで非常に大きく、そ
れにより入力領域における相互作用は滑らかな陰
極管に比べて非常に強いものとなつている。電子
流がスポークへと強く変調されそしていくらかの
エネルギーを回路へ損失させるときに、そのスポ
ークは陽極回路へと近づいて移動して刺激し、そ
の中に出力電力をもたらす。

しかしながら第１図の増幅管は再生により不安
定性については改良されていない。基本的な原因
の１つには、遅波回路と外部電送ラインとの整合
が常に不完全であるということである。とくに広
範囲の周波数領域がカバーされるべきときには、
接合部においていくらかの残留波反射が生じてし
まう。さらに外部的な信号発生器及び外部負荷に
対する整合ミスが反射を生じてしまう。出力回路
５２における大きな反射波が、電磁結合により、
入力回路２４内に小さな後進波を発生しうる。こ
の後進波が回路２４の入力端において部分的に再
反射され、前進波を再発生させることとなる。か
くして発進が始まる程度にまでスプリアス信号が
形成される。

その他の不都合な点は、陽極回路上の大きな逆
方向電磁波が、入力付近での二次電子放出増倍に
よる電荷の生成に干渉することである。そのよう
な大きな逆方向電磁波は、負荷からの出力波の反
射の結果として生じうる。その逆方向電磁波が入
力における前進方向電子流と同期していない場合
にも、その電磁場は依然として電荷生成領域にお
いて比較的短い電子の軌跡に著しい影響を及ぼ
す。

第２図は本発明を実施した交差界形増幅管を示
している。この部品は第１図の増幅管と構造的か
つ機能的に類似している。しかし第２図の増幅管
は非常に重要な相違を有している。陽極ブロツク
１６のうち陰極遅波回路２４に対面している部分
６４は滑らかであり、それにより部分６４は電子
流の速度又は入力回路２４における速度近くの速
度ではいかなる電磁波をも伝搬させることはな
い。出力回路５２は入力回路２４の下流へと移動
され、陰極ブロツク１２のうち陽極回路５２に対
面する部分６６は滑らかとなつている。

電子流は陰極回路２４により変調される。電子
流は回路２４を越えて進んだ後空間的に変調され
た進行電荷パターンとして信号を運ぶ。電子流の
電荷が陽極回路５２内の電磁波を誘起する。この
電磁波は回路５２と電子流との相互作用により増
大され、出力導波管５８によつて有用な負荷へと
結合される。

陽極回路５２上には陰極回路２４へと逆にエネ
ルギーを結合させるような前進波又は後進波など
のいかなる電磁波も生じない。なぜならばこれら
の回路は空間的に変位されていて、しかも電子流
は入力から出力へとのみ移動し逆行するような変
調を運ばないからである。本発明の改良によれ
ば、増幅は非常に安定したものとなり又得られる
利得は著しく増大する。

陽極５２の管部の前面にある陰極ブロツク１２
の滑らかな部分において、陽極ブロツク１６に対
面する表面部分６８は、二次放出特性の低い材料
で形成することができる。この表面にもどつてく
る電子は、二次電子放出増倍を通して完全に補充
されるわけではない。結果として両電極間の空間
から電荷が奪われ、少ない数の電子だけが高い電
位の陽極上に集電されるべくコレクター領域へと
進入する。そこでの衝撃エネルギーは非常に高
い。

第３図は第２図のCFAを上から見た部分的断
面図である。第３図は迂曲導電体２６によつて形
成された迂曲ライン遅波回路の形状を示してい
る。付設された同軸ライン２８を介して直接に導
電体２６の端部へと結合している入力が示されて
いる。

上述した本発明の実施例は非循環CFAにおけ
るものである。これは単に例示的なものであつて
限定的なものではない。同業者にとつては多くの
変形実施例が考えられる。交差界形増幅管は円形
形状であつてもよいし、或いは再循環電子流を用
いることもできる。この場合には、出力回路の後
に無線周波電磁波のない長いドリフト空間を設け
ることになる。電子流をかきまぜて全ての残つた
変調を除去するために不規則な幾何形状を組込む
ことも可能である。迂曲ライン回路の変りに公知
のその他の遅波回路のいずれを組込んでもよい。
例えば複数の個々的な羽根、螺旋結合バー、スタ
ブ支持迂曲ラインなどである。陰極回路の端部を
越えた陽極回路の変位の量は、特定の増幅管の設
計に従つて変化させることができる。中程度の利
得のための増幅管の場合には、両回路をある程度
オーバーラツプさせてもよい。本発明の範囲は、
特許請求の範囲及びその法的等価物によつてのみ
制限されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術交差界形増幅管の概略縦断
面図である。第２図は、本発明を実施した線形交
差界形増幅管の概略縦断面図である。第３図は第
２図の交差界形増幅管の部分的な水平断面図であ
る。 〔主要符号の説明〕、１０……陰極構造体、１
２……金属製ブロツク又は陰極構造物、１４……
広い空間、１６……陽極構造体、１８……真空エ
ンベロプ、２０……ロツド、２２……絶縁シリン
ダ、２４……第１の遅波回路又は入力回路、２６
……迂曲導電体、２７……セラミツク支持体、２
８……同軸伝送ライン、３０……外方導電体、３
２……中央導電体、３４……横方向誘電窓、３６
……高電圧同軸誘電シール、３８……熱陰極、４
０……くぼみ、４２……放射加熱器、４４……絶
縁真空シール、４６……陰極表面、５０……損失
性誘電体、５２……第２の遅波回路又は出力回
路、５４……第２の損失性誘電体、５６……同軸
−導波管変換器、５８……出力導波管、６０……
誘電真空窓、６２……陽極表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交差界形増幅管であつて、 伸長した陰極であつて、その相互作用表面の少
   なくとも一部が電子を放出可能であり、該相互作
   用表面の少なくとも一部が電磁波を伝送する陰極
   遅波回路の一部をなしている陰極、 入力伝送ラインを前記陰極遅波回路の入力端へ
   と結合させるための手段、 前記陰極相互作用表面から離れてそれに対面す
   る相互作用表面を有する伸長した陽極であつて、
   その相互作用表面の少なくとも一部が電磁波を伝
   送する陽極遅波回路の一部をなしている陽極、お
   よび 前記陽極遅波回路の出力端を出力伝送ラインへ
   と結合させるための手段、 から成り、 前記陽極および陰極は、それらの間に直流電場
   を印加され、かつ各前記相互作用表面にほぼ平行
   でかつ前記陽極の伸長方向とほぼ交差する直流磁
   場を印加され、 各前記遅波回路は、前記直流磁場内の電子のド
   リフトの方向に電磁波を伝送させ、 前記陽極遅波回路は、前記陰極遅波回路から前
   記ドリフト方向へと変位している、 ことを特徴とする交差界形増幅管。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された交差界形
   増幅管であつて、さらに 前記陰極遅波回路の他端に電磁波吸収用負荷を
   結合させる手段を含む交差界形増幅管 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された交差界形
   増幅管であつて、さらに 前記陽極遅波回路の他端に電磁波吸収用負荷を
   結合させる手段を含む交差界形増幅管。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載された交差界形
   増幅管であつて、 前記陽極回路のどの部分も前記陰極回路に対向
   しないように両前記遅波回路が変位されていると
   ころの交差界形増幅管。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載された交差界形
   増幅管であつて、 前記陰極相互作用表面が、遅波を伝搬させるこ
   となく前記陽極遅波回路の少なくとも一部に対向
   するような部分から成るところの交差界形増幅
   管。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載された交差界形
   増幅管であつて、 前記非伝搬部分が、前記陽極遅波回路の全長に
   対向するように伸長しているとこのろ交差界形増
   幅管。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載された交差界形
   増幅管であつて、 前記電子放出部分が前記陰極遅波回路から成る
   ところの交差界形増幅管。 ８ 特許請求の範囲第５項に記載された交差界形
   増幅管であつて、 前記電子放出部分が前記陰極遅波回路部分およ
   び前記非伝搬部分の少なくとも一部から成るとこ
   ろの交差界形増幅管。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載された交差界形
   増幅管であつて、 前記非伝搬部分が、前記電子放出部分から前記
   電子ドリフト方向へと変位した二次電子放出性の
   低い部分から成るところの交差界形増幅管。 １０ 特許請求の範囲第１項に記載された交差界
   形増幅管であつて、 前記陰極および陽極は電子流の通路により分離
   され、 該通路は電子流の循環のために閉ループに延在
   し、 以て前記陰極相互作用表面および前記陽極相互
   作用回路が、前記電子流ドリフト方向に向かつて
   前記陽極相互作用表面の端部を越えたところに、
   前記電子ドリフトの速度に匹敵する速度では電磁
   波が伝搬しないような対向する部位を有すること
   を特徴とする交差界形増幅管。