JPH04282535A - マイクロ波管用コレクタ及びこのようなコレクタを含むマイクロ波管 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波管用コレク
タに関する。本発明は、このようなコレクタを含むマイ
クロ波管と、特に縦の相互作用管にも関する。

【０００２】

【従来の技術】クライストロン及び進行波管は、このマ
イクロ波管の範疇に含まれる。これらの作用は、線形電
子ビームと電磁マイクロ波との間のエネルギー交換に基
づいている。電子ビームはカソードによってガンに於い
て放出される。ガンは管状の相互作用空間の入力部に配
置される。電子ビームは長細く、相互作用空間を介して
進行する。収束装置は相互作用空間の周囲を囲み且つビ
ームの電子を所望の軌道に制限する。

【０００３】相互作用空間では、電子ビームは電磁マイ
クロ波と相互に作用する。増幅した電磁マイクロ波は相
互作用空間の出力部で好適な装置によって抽出される。 電子ビームは相互作用空間の出力部に配置されたコレク
タ内でその進行が止まる。

【０００４】相互作用空間は、通常進行波管の場合には
ヘリックス構造遅延線かまたはクライストロンの場合に
は共鳴空洞の連続物のいずれかであるマイクロ波回路を
有する。相互作用空間は通常、地のポテンシャルである
。

【０００５】そのエネルギーの一部を電磁マイクロ波に
した後でも、電子ビームは依然としてコレクタを貫通す
る実質的な運動エネルギーを有する。コレクタは、この
エネルギーを熱の形で消散する。この試みはビームの電
子をスローダウンさせることによってこのエネルギーの
一部を回収するために実施される。この目的のために、
デプレスドコレクタが使用される。このデプレスドコレ
クタは、カソードのポテンシャルと相互作用空間のポテ
ンシャルとの間の中間ポテンシャルを有する。コレクタ
は１つ以上の連続する電極を有し得る。幾つかの電極が
ある場合、これらは相互作用空間からの距離が離れるに
つれてポテンシャルが低くなっている。従ってコレクタ
は、幾つかのステージを有する。デプレスドコレクタを
使用すると、マイクロ波管の効率を高め且つ熱を除去す
る際の問題点を軽減し得る。

【０００６】電磁マイクロ波とのその相互作用のため、
電子ビームは全くモノキネチック（ｍｏｎｏｋｉｎｅｔ
ｉｃ）ではない。速い電子は、遅い電子よりも大きなエ
ネルギーを有する。

【０００７】幾つかのステージを備えたコレクタの場合
、最も遅い電子は第１の電極によって遮断され、他の電
子はそのコースを継続する。これらの電子の速度は、連
続する電極間に存在する制動領域によって減速される。 これらの電子は徐々に種々の電極によって遮断される。 コレクタの入力部では、ポテンシャルが、最も遅い電子
のエネルギーに対応するエネルギー未満である場合、こ
れらの電子は反射され且つ相互作用空間内に送り戻され
る。特定の電子だけが電子ガンに到達し得、そこで再び
反射される。これらに対応する追加の変調電流は、相互
作用空間の入力部と出力部との間のパラスチックカップ
リングに通じている。これは、周波数の関数として、相
互作用空間の出力部で回収される電磁マイクロ波の増幅
及び位相歪みを誘発する。管の出力部でのこのノイズは
強められ、管は発振し始めてしまう。このような場合、
漏話現象を示す特に特定の電気通信システムに於いては
都合が悪い。

【０００８】ガンに到達しない反射した電子は、マイク
ロ波回路によって遮断される。これらの電子によって管
は加熱され、時には溶融してしまうので管にとっては致
命的である。

【０００９】クライストロン及び電力進行波管などのビ
ームが大きく変調されているマイクロ波管の場合、最も
遅い電子が反射されることなくコレクタを貫通し得るよ
うに相互作用空間とコレクタの入力部との間のポテンシ
ャル差を最大に下げる試みがされている。実際には降下
は観測されず、熱除去の問題が再び起きてしまう。マイ
クロ波管の効率は、これによる影響を受ける。

【００１０】

【発明の概要】本発明は上述の欠点を克服するために設
計されている。本発明は、相互作用空間に向かって反射
されることに代えて殆ど全部の電子が全く損失しないゾ
ーンに射出される、ビームの電子を集めるデプレスド（
ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ，偏平な）コレクタを提案する。

【００１１】従ってその平均余命を損ねたりまたはその
性能特性を下げることなく管の効率を最適化するデプレ
ッション度を選択し得る。

【００１２】本発明は、相互作用空間より下流に配置さ
れビームの電子を収集するコレクタであって、穴を備え
た入力壁によって上流が限定されているデプレスドエン
クロージャと、相互作用空間とデプレスドエンクロージ
ャとの間に挿入配置され且つ相互作用空間と同一ポテン
シャルを有する伸張チャンバと、を含む該コレクタを提
案する。伸張チャンバは、穴を備えた入力壁によって上
流が限定されている。デプレスドエンクロージャ内の入
力穴の直径はＤである。伸張チャンバ内の入力穴の直径
はｄである。直径Ｄは直径ｄの２倍より大きい。

【００１３】伸張チャンバの入力壁の内面とデプレスド
エンクロージャの入力壁の外面は、実質的に切頭円錐状
に形成されており、同一方向を指向し且つ下方方向に広
がり張り出されている。円錐はアペックスに於いてほぼ
同一角度を有し得る。

【００１４】相互作用空間は円形断面を有し得、その直
径は実質的に伸張チャンバの入力壁の穴の直径と等しい
。

【００１５】伸張チャンバの入力壁の穴からデプレスド
エンクロージャの入力壁の穴までの距離Ｌは、伸張チャ
ンバの入力壁の直径ｄ以上であるのが好ましい。

【００１６】伸張チャンバの入力壁の外面は、流体の循
環によって冷却され得る。

【００１７】相互作用空間のポテンシャルは地のポテン
シャルであり得る。

【００１８】

【実施例】本発明の他の態様及び長所は、付記図面によ
って以下に記載される説明により明らかにされよう。

【００１９】図１は、線形電子ビーム１を備えたマイク
ロ波管用のデプレスド（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ，偏平な）
コレクタ１０の知られた型の縦断面図を示している。こ
のビームは電子ガン（図示されていない）のカソードに
よって生み出される。ビーム１の電子は、管状の相互作
用空間２を通り抜ける。相互作用空間２の出力部では、
コレクタ１０は電子の大部分を集める。

【００２０】コレクタ１０は、電子ビーム１の軸と一致
する回転の軸ＸＸ’の周囲に作られる。

【００２１】この相互作用空間２は、例えば進行波管の
場合には遅延線であり得またはクライストロンの場合に
は共鳴空洞の連続物であり得るマイクロ波回路を有する
。マイクロ波回路はここには示されていない。相互作用
空間２は通常地のポテンシャルである。相互作用空間２
は、電子ビームを分岐しないようにする収束装置６によ
って取り囲まれている。この装置は、実質的に平行であ
る所望の軌道に電子を制限する。

【００２２】リング型導電部３は相互作用空間２より下
流に配置される。導電部はこの相互作用空間２と同一ポ
テンシャルを有する。

【００２３】図示されているコレクタ１０は、単一ステ
ージまたは単一電極を備えてデプレスされている。これ
は相互作用空間からの距離が離れるにつれてポテンシャ
ルが小さくなるようになっている電極の連続物を備えた
多重のステージのコレクタであってもよい。

【００２４】コレクタは電子を貫通させる穴７を備えて
いるエンクロージャ４によって形成される。このエンク
ロージャ４は電極を形成する。エンクロージャ４は浸透
できないシールド状態に環状部３に絶縁スペーサ５によ
って機械的に接続されている。この結合は穴７の近辺で
作成される。エンクロージャ４のポテンシャルは、相互
作用空間２のポテンシャルよりも低い。

【００２５】円筒状の絶縁スペーサ５は、コレクタ１０
から相互作用空間２を電気的に絶縁する。

【００２６】エンクロージャ４の壁は切頭管の大きな端
を合わせて組み立てられた２つの切頭管によって表され
る。管の一方の小さな端は閉じており、かくしてコレク
タの底部を形成する。

【００２７】他方の切頭管の小さな端は開いており、開
口部はエンクロージャ４の穴７を形成する。知られた方
法では、好適な流体はこの壁を冷却するためにエンクロ
ージャ４の周囲を流れ得る。これはここには示されてい
ない。

【００２８】相互作用空間２に於いては、電子ビームは
軸方向の磁界によって収束される。相互作用空間２の出
力部では、この磁界は急激に減少する。相互作用空間２
から離れると、電子ビーム１は空間電荷力の効果のもと
で急激に広がり分岐し始める。

【００２９】電磁波と相互作用する相互作用空間に於け
る電子の通過のため、電子ビーム１は、全くモノキネチ
ックではない。特定の電子は他の電子よりも遅い。チャ
ンバ４のポテンシャルが、最も遅い電子のエネルギーに
対応するポテンシャルよりも低い場合、最も遅い電子は
エンクロージャ４を貫通し得ないであろう。これらの電
子は相互作用空間２内に反射される。ある電子はマイク
ロ波回路と衝突し、加熱されるが、他の電子は電子ガン
に到達する。

【００３０】これらの電子は、マイクロ波管の作用を阻
害し且つその余命をも損ねてしまう。

【００３１】最も速い電子は穴７を介してエンクロージ
ャ４を貫通し、エンクロージャ４の壁の内面に衝突する
。第１のポテンシャル（通常、地のポテンシャル）とし
た相互作用空間２の出力部と、第１のポテンシャルより
も低い第２のポテンシャルとしたエンクロージャ４の穴
７との間の遷移は短距離で発生する。

【００３２】図２は、線形電子ビーム２１を備えたマイ
クロ波管用の本発明のコレクタ２０の縦断面図を示して
いる。

【００３３】このコレクタ２０は、図１に示されたもの
と同様に、回転の軸ＸＸ’の周囲に作成されている。こ
の軸は電子ビーム２１の軸でもある。

【００３４】本発明のコレクタ２０は、デプレスドエン
クロージャ２３より上流に配置された伸張チャンバ２２
を有する点で図１に示されているコレクタとは異なる。

【００３５】上述の如く、電子ビーム２１は、電子ガン
（図示されていない）のカソードによって形成されてい
る。電子ビーム２１は管状の相互作用空間２４を介して
進行する。相互作用空間２４は、電子ビーム２１が広が
り分岐しないようにする収束装置２５によって取り囲ま
れている。 相互作用空間２４の出力部に於いては、電子ビーム２１
はコレクタ２０を貫通する。デプレスドエンクロージャ
２３はたった１つのステージを有する。幾つかのステー
ジを有する態様が考えられ得る。

【００３６】デプレスドエンクロージャ２３は、壁２６
によって限定されている。この壁には、電子によって貫
通させ得る穴２７が上流に備えられている。この穴２７
は、軸ＸＸ’を中心とする直径Ｄの円形であるのが好ま
しい。壁部分２６は穴２７を取り囲み、デプレスドエン
クロージャ２３用の入力壁３０を形成する。この壁２６
は、銅などの熱伝導性の良好な金属で作られている。デ
プレスドエンクロージャ２３のポテンシャルは、相互作
用空間２４のポテンシャルよりも低い。しかしながらこ
のポテンシャルは、電子ビームを生むカソードのポテン
シャルよりも大きい。

【００３７】デプレスドエンクロージャ２３の壁２６は
、切頭管の大きな端によって表された２つの切頭管によ
って表される。切頭管の一方の小さな端は閉じられてお
り、デプレスドエンクロージャ２３の後部を形成する。 他方の切頭管の小さな端は、デプレスドエンクロージャ
２３の穴２７に対応する開口部を有する。この後者の切
頭管は、デプレスドエンクロージャ２３の入力壁３０を
形成する。

【００３８】伸張チャンバ２２は、相互作用空間２４の
出力部とデプレスドチャンバ２３との間に配置される。 これは相互作用空間２４と浸透できないシールド状態に
接続された伝導性の入力壁２８によって上流が限定され
ている。この入力壁２８は、軸ＸＸ’を中心として直径
ｄの円形穴２９を備えているのが好ましい。直径ｄは、
ビームの電子を通過させるのに十分な大きさである。こ
の穴２９は、実質的に相互作用空間２４の内部と同一直
径である。この伸張チャンバ２２の入力壁２８は、相互
作用空間２４のポテンシャルを有する。この入力壁は例
えば銅などの熱をよく消散する金属で作られている。伸
張チャンバ２２は、デプレスドエンクロージャ２３の入
力壁３０によって下流が限定されている。

【００３９】伸張チャンバ２２の入力壁２８とデプレス
ドエンクロージャ２３の入力壁３０は互いに浸透できな
いシールド状態で電気的に絶縁しているスペーサ３１に
よって接続されている。図示のスペーサ３１は管状であ
る。伸張チャンバ２２の入力壁２８とデプレスドチャン
バ２３の入力壁３０は、種々のポテンシャルを有する。 これらは静電レンズを作り出す。伸張チャンバ２２を貫
通すると、ビーム２１の電子はすぐに広がり分岐する。 この広がり分岐は、空間電荷力の影響下及び静電レンズ
の影響下では、相互作用空間２４の出力部では磁界が急
激に減少することにより発生する。

【００４０】今、総ての電子が伸張チャンバ２２を貫通
し、広がり分岐しようとしているとする。

【００４１】伸張チャンバ２２の入力壁２８の内面とデ
プレスドエンクロージャ２３の入力壁３０の外面は、デ
プレスドエンクロージャ２３を貫通するために、極めて
遅い電子の殆ど総てが伸張チャンバ２２の入力壁２８の
内面に衝突するように形成されている。

【００４２】伸張チャンバ２２に於いては、等ポテンシ
ャル面は、殆ど速度０の電子が伸張チャンバ２２の入力
壁２８に向かって反射されるように指向されていること
が見られるだろう。電子の軌道は等ポテンシャル面に対
し実質的に垂直である。

【００４３】図２には本発明の一態様が示されている。 他の構造も全く可能である。伸張チャンバ２２の入力壁
２８の内面とデプレスドエンクロージャ２３の入力壁３
０の外面は、実質的に切頭直円錐の形をしている。この
円錐は同一方向に指向され且つ下流方向に広がり張り出
している。これらは実質的にアペックスで同一角度を有
し得る。

【００４４】相互作用空間２４の出力部とデプレスドチ
ャンバ２３の入力部との間を電子が通過した軌道は、従
来のコレクタよりもさらに長い。伸張チャンバ２２に入
ると、電子はすぐに分岐する。速い電子は偏平なチャン
バ２３を貫通する。遅い電子は殆ど総て伸張チャンバ２
２の入力壁２８に衝突し、遅い電子のごくわずかな部分
が相互作用空間２４に送り戻される。

【００４５】デプレスドエンクロージャ２３の入力壁３
０の穴２７の直径Ｄは、伸張チャンバ２２の入力壁２８
の穴２９の直径ｄの２倍より大きいのが好ましい。同様
に、伸張チャンバ２２の入力壁２８の穴２９からデプレ
スドエンクロージャ２３の入力壁３０の穴２７までの距
離Ｌは、直径ｄよりも大きいのが好ましい。

【００４６】伸張チャンバ２２の入力壁２８は、多くの
電子によって衝突されよう。入力壁は加熱されるが、そ
の外面の周囲は流体３２を流すことにより冷却され得る
。

【００４７】実際には、デプレスドエンクロージャの壁
２６は、好適な流体を循環させることによっても冷却さ
れ得る。この循環はここには示されていない。

【００４８】本発明のコレクタを使用して、相互作用空
間２４とコレクタ２０の入力部との間のポテンシャル差
を大きくすることが可能である。これによって、管の余
命を損なうことなくまたは線形性として見なされている
その性能特性を減少させることなく、コレクタを用いて
マイクロ波管の効率を最適化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来技術によるコレクタの縦の断面図
である。

【図２】図２は、本発明によるコレクタの縦の断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２１　　線形電子ビーム ２，２４　　相互作用空間 ３　　導電部 ４　　エンクロージャ ５，３１　　絶縁スペーサ ６，２５　　収束装置 ７，２７，２９　　穴 ９　　デプレスドコレクタ ２０　　コレクタ ２２　　伸張チャンバ ２３　　デプレスドエンクロージャ ２６　　壁 ２８，３０　　入力壁 ３２　　流体 Ｄ，ｄ　　直径 Ｌ　　長さ ＸＸ’　　軸

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相互作用空間より下流に配置されビー
   ムの電子を収集するコレクタであって、穴を備えた入力
   壁によって上流が限定されているデプレスドエンクロー
   ジャと、相互作用空間とデプレスドエンクロージャとの
   間に挿入配置され、穴を備えた入力壁によって上流が限
   定されている、相互作用空間と同一ポテンシャルを有す
   る伸張チャンバとを含んでおり、デプレスドエンクロー
   ジャの入力穴の直径はＤで且つ伸張チャンバの入力穴の
   直径はｄで、直径Ｄは直径ｄの２倍より大きい該コレク
   タ。
2. 【請求項２】　　伸張チャンバの入力壁の内面及びデプ
   レスドエンクロージャの入力壁の外面が、実質的に切頭
   円錐状に形成されていて、同一方向を指向し且つ下方に
   広がり張り出ている請求項１に記載のコレクタ。
3. 【請求項３】　　円錐がアペックスでほぼ同一角度を有
   する請求項２に記載のコレクタ。
4. 【請求項４】　　相互作用空間の断面が円形で、相互作
   用空間の断面の直径が実質的に直径ｄと等しい請求項１
   から３のいずれか一項に記載のコレクタ。
5. 【請求項５】　　伸張チャンバの入力壁の穴からデプレ
   スドエンクロージャの入力壁の穴までの距離Ｌが直径ｄ
   以上である請求項１に記載のコレクタ。
6. 【請求項６】　　伸張チャンバの入力壁の外面が流体の
   循環によって冷却される請求項１に記載のコレクタ。
7. 【請求項７】　　相互作用空間のポテンシャルが実質的
   に地ポテンシャルである請求項１に記載のコレクタ。
8. 【請求項８】　　請求項１から７のいずれか一項に記載
   のコレクタを含む線形電子ビームマイクロ波管。