JPH0436933A - 電子管用小型広帯域マイクロ波の窓 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］ 本発明は電子管用小型広帯域マイクロ波の窓を含むマイ
クロ波電子管に係わり、特にこのような窓に関する。 ［０００２１ 【従来の技術１ 標準的には１０−６から１０−９　）ルの範囲の高い内
部真空で作動するマイクロ波管は、動作周波数帯域また
は有用な周波数帯域においてマイクロ波エネルギーに対
して透過であり、管のポンプ・アウト及びこの管の内部
の真空度を維持することを可能にするために気体に対し
ては不透過である接続エレメントによって外部の負荷回
路に（増幅管の場合は、増幅されるマイクロ波信号を導
入するための回路に）接続されなければならない。上述
の接続エレメントには、例えば、電子管のマイクロ波回
路とのカップリングをとるためのエレメントと、しばし
ば、しかし全ての場合にではないがセラミックによって
作製された誘電マイクロ波の窓と、上述の接続エレメン
トの構造体中における共振の漂遊モードおよびマイクロ
波エネルギーの反射を解消する手段と、さらに、第一に
全ての接続エレメントが真空管に堅固に結合されること
を可能にし、第二に上述の接続エレメントが外部負荷回
路と接続されることを可能にするための機械的手段とを
有してもよい。 ［０００３１ 図１に、公知の従来の技術によるマイクロ波の窓の縦断
面および斜めから見た略図を示す。この略図は、中心周
波数の数％台の比較的狭い帯域の高電力用の矩形の窓で
ある。 ［０００４］ この図はインピーダンス・マツチング手段９６だけでな
く、誘電エレメントのヘリ上にろう付は部９３によって
金属製壁９４に堅固にしかも不透過に結合されている誘
電体の平坦エレメント９１を示している。矢印９２は、
冷却液の流れの方向を指示し、参照文字Ｐ１およびＰ２
は、窓の双方の側の圧力、例えば管内部の真空および負
荷回路中の２つのバーの圧力をそれぞれ指示している。 ［０００５］ 考えられる各種の用途むけに異なったパラメータを妥協
最適化させることが可能であるために、極めて多くの変
更例が当業者間で公知となっている。 ［０００６］ 特に、図２は、米国特許第４１９，３２６　　（優先権
は１９８８年１０月）中における本出願人によって説明
されているようなある長所を得るために、主として、接
続エレメントによって占められるスペースを減少させる
ために設計された窓を備えたベワックス進行波管の部分
断面略図を示す。 ［０００７］ この窓の寸法は、より標準的な窓よりかなり小さい。こ
のことは、管内部にゆきわたる高いレベルの真空度を達
成するためにポンプ・アウトされなければならない接続
ニレメンＩ・の内部の体積に当てはまる。それと対称的
に、動作周波数帯域は、エネルギーが窓において反射す
るために制限されたものとなるが、この理由は誘電体中
のインピーダンスは誘電体の両側におけるインピーダン
スと同一でないからである。 ［０００８］ この反射による短所を克服するために、接続エレメント
のインピーダンスをマイクロ波源のインピーダンスに対
してマツチングさせなければならない。このマツチング
は、障害物を、反射を起こさせるインピーダンス・トラ
ンジションの近傍に、すなわちこの固有の場合において
は誘電体の近傍に位置させることによつて取られる。こ
れら障害物の寸法および位置は、ある周波数またはある
周波数帯域におけるマツチングを取れるように決定され
る。 ［０００９］ 先行技術においては、誘電体の中心からｎλ／４の距離
にある誘電体の両側に位置されたいわゆる４分の１波長
変圧器によって窓のマツチングを取る手段が公知である
が、ここでλは中心周波数における波長であり、ｎは整
数である（図１参照）。この構造には、体積が大きくな
ること、きわめて多くの部品を高い機械的精度で組み立
てなければならないことからくる複雑な製造プロセス、
とりわけ図１の例における中心周波数の数％台という比
較的に狭い通過帯域などいくつかの欠点がある。 ［００１０１ １９８４年１月付けの米国特許第４．、６８４．９０８
号中に説明されているような、導波管上に位置している
公知の先行技術による広帯域の窓がある。これらの窓は
、１オクターブを上回るきわめて広い帯域中において、
持続波モード又はパルス・モードにおいて高い電力レベ
ルで動作することに特に適している。しかしこの方法は
、狭い帯域における応用における使用に適するように元
来設計された米国特許第４１９、３２６号文書によって
説明されている小型の窓に対しては適用できない。 【００１月 【発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、標準的な窓が持つ先行技術の欠点を受
けることなく、広い動作周波数帯域の長所を獲得する。 すなわち言い替えれば、広い動作周波数帯域において、
米国特許第４１９．３２６号文書によって説明されてい
る小寸法の窓の長所を獲得することである。 ［００１２１ 【課題を解決するための手段］ この目的のため本発明は、気体に対しては不透過である
がマイクロ波エネルギーに対しては透過であるマイクロ
波の窓を提案するものであるが、この窓は、誘電体ウェ
ハが挿入され、そのヘリの周りに不透過的にろう付けさ
れる金属製支持体（またはフレーム）および平坦な誘電
体ウェハを実質的に含み、窓全体が広い周波数帯域にお
ける使用にマツチングされており、このマツチングは上
述の支持体上にリッジ状の部分を作製することによって
得られ、上述のリッジ状部分が、誘電体ウェハのろう付
けの後で、このウェハに対抗して位置付けられ、しかも
ろう付けされることがないものである。 ［００１３１ 広い周波数帯域におけるマイクロ波エネルギーの伝送を
目的とした負荷回路の導波管は通常は、その遮断周波数
を押し上げるために１つ又は２つの縦のリッジを使用し
て設計される。従って、本発明の大きな特徴によれば、
２つのリッジが支持体上に作製され、これら２つのりツ
ジが、装置全体のインピーダンスのマツチングを取るた
めにいわゆる″ダブル・リッジ゛′導波管の２つのリッ
ジに対面する。 ［００１４１ この支持体の１つまたは２つのりッジは、誘電体の外部
伝送回路側またはカップリング側に等しく位置付けされ
る。 ［００１５］ 本発明の別の特徴に従えば、本発明による窓は電子管の
真空チャンバの壁と一体化され、マイクロ波回路とのカ
ップリングは、支持体から切り出されマイクロ波回路と
接触するように折る曲げられたカップリング・エレメン
トによって達成される（図８を参照）。このシステムは
、第一に製造および組立の費用が減少するという長所を
持ち、第二に、単に誘電体ウェハのろう付は部への真空
漏れをその支持体へのそれに制限し、またこの支持体へ
の真空漏れを真空チャンバに制限するという長所を持つ
。これによって、製造効率を増大させ、完成品の信頼性
を改善することが可能になる。この構成によって、本発
明による窓の広帯域にわたるマツチングが可能になるだ
けではなく、誘電体チップの支持体、管内部に至る回路
と外部伝送回路間のマイクロ波カップリング部を一体に
作製することが可能になる。 ［００１６１ 【実施例］ 本発明の他の特徴および長所は、実施例の非制限態様を
伴った以下の説明からまな次に説明する添付図面から明
らかになるであろう。 ［００１７］ これらの図は、同様の参照符号が同一のエレメントまた
は異なった図の中で同一の機能を持つエレメントに対し
て繰り返し用いられ実施例の非制限的な態様を提示する
ものである。本発明またはその主たる特徴による他の実
施例は、当業者にとっては容易に想像され得る。 ［００１８］ 図１は先行技術による矩形の窓を例として示す。同図に
示すように、平坦な誘電体エレメント９１力飄誘電体９
１のへりと窓であるサブアッセンブリの金属製のへり９
４との間にあり、気体に対して不透過であるろう付は部
９３によって、それぞれＰｌ、Ｐ２の圧力下にある２つ
のチャンバを分離している。 ［００１９］ 矢印９２は、窓を使用している間における誘電体のオー
バヒートを防止するように設計された冷却液の流れの方
向を示す。 ［００２０１ 図１の例はさらに、誘電体の両側上にある矩形の導波管
中に挿入されるマツチング手段９６を示す。 ［００２１］ 図２は、進行波管上に、米国特許第４１９．３２６号文
書から公知の小型の窓の取付けの１例を示す。 【００２２】 図２は、管の遅延線１と管からのマイクロ波エネルギー
の抽出のための外部回路との間の接合部に位置付けされ
た進行波管の一部を示す。 ［００２３１ 遅延回線１は、軸ｘ−ｘ　’のヘリックス３を備えてい
る。このヘリックス３は例えば銅から成り、また、互い
に１２０°の角度を成して分岐している３つのがいし支
持棒５によって、円筒形の金属製シース４の中心に保た
れている。棒５は例えば石英、アルミナ、酸化ベリリウ
ムまたは窒化ボロンから成り、ヘリックス３に対してろ
う付けされるかまたは固定されている。遅延回線１　（
その終端部が図示されている）の出力側に位置されてい
るシース４の終端部は、進行波管のコレクタ（図示され
ていない）にまで伸張している円筒形のコンジット６の
終端部に当接している。 ［００２４］ 焦点合わせ構造体は、シース５およびコンジット６に対
して同心円的に位置付けされている。この焦点合わせ構
造体は、ｘ−ｘ’軸に沿って、輪状の永久磁石７の連続
物によって形成されているが、隣会う２つの磁石はその
極性が反転している。磁石７は環状の極片８によって互
いに分離されている。 ［００２５］ 進行波管からマイクロ波エネルギーを抽出するための外
部回路の伝送回線は、遅延回線１にカップリングされて
いる。この管の所で、伝送回線は、リッジの付いた矩形
の導波管の形状を持った接続エレメント２を有する。こ
の接続エレメントは、外部回路の導波管（示されていな
い）と遅延回線１との間で接合を設定する目的で使用さ
れる。接続エレメント２は底部９およびカバー１０を含
むが、この底部はＥ字形状のセクションを持ちさらに、
ベースと、ベースに直角の２つのフィン２１と、フィン
２１から等距離にあるリッジ１１とを有する。接続エレ
メント２はその終端部はまっすぐなセクションによって
形状付けされる力板焦点合わせ構造体の２つの極８の間
に伸張しており、その長手方向の軸は遅延回線のｘ−ｘ
　’軸に対して直角を成している。 ［００２６１ 遅延回線１と接続エレメント２間のマイクロ波カップリ
ングは、２つの直角を成す平面フィンを有する金属製の
カップリング・フィンガ１２によって達成される。１つ
の台形のフィン１３はその自由終端部によってヘリック
ス３の終端部にろう付けされている。実質的に矩形であ
る他のフィン１４は、シース４に対して、その延長線上
に、さらにその終端部にあるノツチの所で固定されてい
る。ノツチ１５はカップリング・フィンガの回りのから
のスペース１６をクリヤしている。このからのスペース
はインピーダンス・マツチングのために使用される。 ［００２７］ カップリング・フィンガ１２のフィン１４は、接続エレ
メント２の終端部の直線セクションに対して平行になる
ように、またリッジ１１に対面するようにシースに取り
付けられている。示されている実施例においては、シー
ス４はその肉厚部中に作製され、シースの軸に対して平
行に伸張するスロット１７を含む。このスロットは、カ
ップリング・フィンガの矩形のフィン１４と実質的に同
じ厚さを持っている。このフィンの終端部はスロット１
７にプラグ・インされており、カップリング・フィンガ
１２はろう付けによってシース４に固定される。 ［００２８］ カップリング・フィンガ１２は、接続エレメント２のリ
ッジ１１とへリックス３との間には何ら機械的な接触を
設定することはない。電磁カップリングは、マイクロ波
の窓１８（以下に説明する）を通って、カップリング・
フィンガ１２の矩形フィン１４の外部表面とりッジ１１
の終端部表面との間における容量的な効果または誘電的
な効果によってとられる。 ［００２９３ 矩形でかつ接続エレメント２のまっすぐなセクションの
一部を成すマイクロ波の窓１８は、例えばフェロニッケ
ル製の金属製の支持体（またはフレーム）と、低損失誘
電体で高純度の例えばアルミナ又はサファイアから成る
平坦なウェハ２０とを有する。長所として、ウェハ２０
はそのへりにおいてろう付けによって支持体（またはフ
レーム）１９に固定される。このように作製されている
窓はマイクロ波に対しては浸透性であり気体に対しては
不浸透性である。 ［００３０１ 窓１８はその支持体によって、接続エレメント２の一部
が伸張している極片８同土間において、進行波管に対し
て固定される。窓１８は、そのウェハ２０が矩形のフィ
ン１４に対して平行に、すなわち接続エレメント２の終
端部のまっすぐなセクションに対しても平行になるよう
にカップリング・フィンガ１２に対面して固定されてい
る。カップリング・フィンガの矩形のフィン１４に対面
するように位置付けされているウェハ２０の表面とその
内部表面との割れ目は、できる限り狭いように選択され
る。これと同じことは、ウェハ２０の外部表面とりッジ
１１のまっすぐなセクションとの間の割れ目についても
当てはまる。これと同じ趣旨で、示されている実施例に
おけるように、支持体１９がウェハ２０より厚い場合、
接続ニレメンＩ−２の終端部を、リッジ１１が接続エレ
メントの終端部のまっすぐなセクション上に突き出るよ
うに構成してもよい。 ［００３１］ インピーダンス・マツチングをとるなめに、管状コンジ
ット６の終端部は、ウェハ２０の内部表面が遅延回線１
の終端部に対して間隙を持つように、窓１８の前で傾斜
される。 ［００３２１ 図３に本発明による窓のいくつかの例の平面図を示す。 このような場合、窓１８は、その上に誘電体の平坦部分
（またはウェハ）２０が固定されている自身のへり上に
リップ２３を持つ金属製支持体１９から成る。このよう
な場合においては支持体（またはフレーム）１９は、平
坦な窓１８の内部に向がって突き出し、これらの突起物
２２は、本発明による窓の広帯域にわたるマツチングを
とるための手段である。 この図に示す４つの例の内３つの例において、これらの
突起物は、負荷回路のマイクロ波出力導波管のりッジに
対面するように位置されたリッジのような形状をしてい
る。４つ目の例においては、突起物は異なった形状を持
つが、機能は同じである。 ［００３３］ 図４に、本発明による、長方形の窓を進行波管上に取り
付ける方法を例として示す。同じエレメントが同じ参照
番号を持つ図２との強い類似が認められる。独創的な相
違は、この例においては真空管の内部に向かって位置付
けされているそのへり上にリップ２３を含む金属製のフ
レーム１９の形状にあり、フレーム１９の一部が平坦な
窓１８の内部に突き出している。この突起物は長所とし
て、リッジ２２の形状を持っており、本発明による窓の
広い帯域にわたるマツチング手段を形成している。 ［００３４］ 図３に、本発明による、円形の窓を進行波管上に取り付
ける方法を例として示す。同じエレメントが同じ参照文
字を持つ図２および図４との強い類似が認められ得る。 図５に示す実施例の態様においては、窓の広い帯域にわ
たるマツチングをとるための突起物、すなわちリッジ２
２だはでなく支持体のへり１９上のリップ２３もまた、
誘電体ウェハの向こう側、すなわち真空管の外部または
負荷回路の側にある。 ［００３５］ 図６に、本発明による、進行波管上に、へりが２つある
窓を取り付ける方法を例として示す。同じニレメンＩ・
が同じ参照文字を持つ図２、図４および図５との強い類
似が認められ得る。本発明による窓の形状は、図３の例
または当業者にとってアクセス可能な他の形状から、マ
イクロ波負荷回路を補充するために使用される出力導波
管の関数として選択される。すなわち広帯域にわたって
マツチングをとる手段である１つ以上の突起物またはリ
ッジだけでなく窓１８の金属製のフレーム１９のリップ
２３が等しく、誘電体ウェハ２０の向こう側に存在して
もよい。 ［００３６１ 図７に、本発明による、同軸通路によって負荷回路を補
充するための進行波管上に窓を取り付ける方法を例とし
て示す。同じエレメントが同じ参照文字を持つ図２、図
４、図５および図６との強い類似が認められ得る。本発
明による窓の形状は、この例では、その形状によって同
軸回線上のマイクロ波出力回路のための広帯域にわたる
マツチングが達成され得るように選択される。 ［００３７］ 図８および図９に、本発明による特殊な構造体を示す。 図８は、本発明によるヘリックスを持った進行波管のシ
ース４中に一体化された、本発明による窓１８を示す。 この構成においては、カップリング・フィンガ１２は、
本発明による広帯域マツチング手段である支持体の内部
に向かっている突起物２２の継続として、金属製の支持
体１９から切り出されている。この継続物は、金属製支
持体１９の平面および突起物２２に対して直角を成して
きわめて簡単に折り曲げられて、取付は中にヘリックス
３と接触するカップリング・フィンガ１２となる。 ［００３８３ 図９は従って、図８の特徴的なアッセンブリに用いられ
ているような、本発明による窓１８を示す。同図には、
この例では真空管の内部に向かって位置付けされている
自身のへり上にあるリップ２３を含む金属製支持体１９
の形状を示しているがこの金属製支持体の一部は、平坦
な窓１８の内部に向かって突出している。この突出部は
、長所として、リッジ２２の形状を持ち、本発明による
窓の広帯域マツチング手段を形成している。同図はまた
、金属製支持体１９の平面および突起物２２に対して直
角を成して折り曲げられてカッフ刃ング・フィンガ１．
２を形成するこの突起物２２の継続物を示す。 ［００３９］ ここで思い出されることは、誘電体ウェハ２０を受は入
れるためのリップ２３と、広帯域マツチングをとるよう
に設計されている突起物２２と、カップリング・フィン
ガ１２とを有する金属製支持体が、その長所として、一
体に機械加工され得るということである。 ［００４０］ このようにして、本発明によれば、小型のマイクロ波の
窓の長所と動作周波数の広帯域にわたるマツチングの長
所とを同時に獲得できる。 ［００４月 さらに、全体の体積、重量、機械加工され組み立てられ
る部品の数および製造費用が軽減される。さらに、この
ような窓を持った管の信頼性は、真空という制約に影響
されるサブアッセンブリの数が減少するという事実によ
って向上する。 ［００４２］ 図８および図９に図示されているような本発明の主な特
徴においては、これらの向上はより重要なものとなる。 ［００４３］ 本発明による装置は、真性の広帯域を持つマイクロ波管
を用いる用途に特に適している。ヘワックス進行波管は
そのすばらしい１例である。しかし、本発明は非制限的
な図を示すために選択されたこの用途に制限されるもの
ではない。 ［００４４］ 本発明の他の実施例、変更例、修正例および適用例は、
当業者の範囲内にある。本発明は、提示された実施例に
限られるものでは全くない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 先行技術による矩形の窓の縦断面および斜視の略図。

【図２】 米国特許第４１９．３２６号印付けは１９８８年１０月
）文書から公知の、小型の窓を備えた進行波間の部分断
面図（図２ａ）および断面図（図２ｂ）。

【図３】 本発明による窓の、さまざまな形状を持った複数の実施
例の平面図。

【図４】 出力導波管が単一のリッジを持っており、ヘリックス進
行波管上に、本発明に従った窓を取り付けた１例の縦断
面図（図４ａ）および断面図（図４ｂ）。

【図５】 ヘリックス進行波管上に、本発明に従った円形の窓を取
り付けた１例の縦断面図（図５ａ）および断面図（図５
ｂ）。

【図６】 出力導波管が２つのリッジを持っており、ヘリックス進
行波管上に、本発明に従った窓を取り付けた１例の縦断
面図（図６ａ）および断面図（図６ｂ）。

【図７１ 外部伝送同軸出力部と共に、ヘリックス進行波管上に、
本発明に従った窓を取り付けた１例の縦断面図（図７ａ
）および断面図（図７ｂ）。 （図８］ それに従って窓が電子管の真空チャンバの壁に一体化さ
れ、またマイクロ波管とのカップリング部が支持体から
切り取られ、マイクロ波回路と接触するように折り曲げ
られたカップリング・エレメントによって与えられる本
発明の特徴の略断面図。 【図９】 図８に示す本発明の特徴による窓の１例の平面図および
断面図。

【符号の説明】

Ｐｌ　圧力 Ｐ２　圧力 １　遅延回線 ２　接続エレメント ヘリックス 円筒形金属製シース がいし支持棒 円筒形コンジット 輪形状永久磁石 環状極片 底部 Ｏカバー １　リッジ ２　金属製カップリング・フィンガ ４　フィン ５　ノツチ ７　スロット ８窓 ９　金属製支持体（またはフレーム） ０　ウェハ １　フィン ２　突起部 ３　リップ １　平坦誘電体エレメント ３　ろう付は部 ４　金属製のへり ６　マツチング手段

【書類名】

【図１】 図面

【図２】

【図３】

【図８】

【図９】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体に対しては不透過であるがマイクロ波エネルギーに
   対しては透過であるマイクロ波の窓において、 前記窓が、平坦な誘電体ウェハと、 この誘電体ウェハが挿入され、不透過的にろう付けされ
   た金属製の支持体（またはフレーム）とを実質的に含み
   、窓全体が広周波数帯域での使用にマッチングしており
   、さらに、支持体上に突起部を設けることによって、こ
   のマッチングが得られ、前記突起部が、誘電体ウェハの
   ろう付けの後において、このウェハに対面して位置され
   るがそれにろう付けされることがないことを特徴とする
   窓。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ波の窓において、前記突起部お
   よび前記金属製支持体が一体となって機械加工されるこ
   とを特徴とする窓。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のマイクロ波の窓において、前記
   支持体上に２つの突起部を設けることによって、広帯域
   のマッチングが得られ、前記突起部が対称的に、かつ支
   持体からその内側に向かって突起するように位置付けさ
   れることを特徴とする窓。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のマイクロ波の窓において、前記
   突起部がカップリング・フィンガ内で終わっており、前
   記カップリング・フィンガが、前記突起部と、前記金属
   製支持体の平面と、前記誘電体ウェハとに対して直角を
   成し、前記カップリング・フィンガが、窓の他の側に存
   在する負荷回路の方向にマイクロ波エネルギーを運搬す
   るために、窓に対してマイクロ波管の遅延線をマイクロ
   波カップリングするように作製されることを特徴とする
   窓。
5. 【請求項５】 請求項４記載のマイクロ波の窓において、前記金属製支
   持体と、前記突起部と、前記カップリング・フィンガと
   が一体物を機械加工することによって作製されることを
   特徴とする窓。
6. 【請求項６】 請求項１から５までのいずれかに記載のマイクロ波の窓
   を含むマイクロ波管。
7. 【請求項７】 請求項６記載の進行波管。
8. 【請求項８】 請求項７記載のヘリックス遅延線を備えた進行波管。