JPH07169424A - 電子ビーム装置 - Google Patents
電子ビーム装置Info
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- JPH07169424A JPH07169424A JP6185539A JP18553994A JPH07169424A JP H07169424 A JPH07169424 A JP H07169424A JP 6185539 A JP6185539 A JP 6185539A JP 18553994 A JP18553994 A JP 18553994A JP H07169424 A JPH07169424 A JP H07169424A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/78—Tubes with electron stream modulated by deflection in a resonator
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2223/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J2225/00
- H01J2223/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J2223/027—Collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2223/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J2225/00
- H01J2223/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J2223/04—Cathodes
-
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- H01J2223/36—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、電界放出型冷陰極から放出
される電子ビームを横方向に変調する装置を提供するこ
とである。 【構成】 電子ビーム装置は冷陰極１、変調器手段２及
び陽極３を具備する。装置の成分は長手方向の形態を有
し、陰極１が発生する電子ビームは変調器導波器構造２
に沿って伝送されるマイクロ波信号で横方向に変調され
る。変調された出力は細長い陽極３に沿って伝播させる
ことも、もしくは陽極基板５を通して伝播させアンテナ
もしくは他の回路要素に直接結合することもできる。
される電子ビームを横方向に変調する装置を提供するこ
とである。 【構成】 電子ビーム装置は冷陰極１、変調器手段２及
び陽極３を具備する。装置の成分は長手方向の形態を有
し、陰極１が発生する電子ビームは変調器導波器構造２
に沿って伝送されるマイクロ波信号で横方向に変調され
る。変調された出力は細長い陽極３に沿って伝播させる
ことも、もしくは陽極基板５を通して伝播させアンテナ
もしくは他の回路要素に直接結合することもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷陰極を使用する電子装
置に関し、限定するものではないが特定的には電界放出
型の陰極に関する。
置に関し、限定するものではないが特定的には電界放出
型の陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】殆どの電子装置は、電流を電流の方向に
縦方向変調するように動作する。これは特に固体（ソリ
ッドステート）装置において真であるが、多くの分類の
真空電子装置においてもまた然りである。これらにおい
ては、ビームの電子が極めて低速度である場合を除い
て、電流の方向の速度変調は直接的な電流変調を殆ど発
生させない。低速度のビームの場合には、変調によって
若干の電子が陰極に戻される。高速度ビーム装置の場合
には、ビームが十分に長い通路を走行できる場合に限っ
て、得られた速度変調が電流変調に変換される。これら
の両特色は共に望ましいものではない。前者、特に電界
放出冷陰極を用いる場合には、戻された電子は約 100Ｖ
にバイアスされている抽出格子によって集められ、重大
なエネルギ消散がもたらされる。後者の場合には、長い
ドリフト管通路の長さによって装置ジオメトリが複雑に
なり、これらは製造することが困難である。これに対し
て横方向変調は、上述した欠陥の何れをも有していな
い。第１に、変調によって電子ビームの純前進速度が低
くならず、従って電子が冷陰極の抽出格子によって捕捉
される恐れが増すことはない。第２に、速度変調から電
流変調への変換がビームの通路長にではなく、その幅に
直接関係付けられる。従ってビームの縦方向速度は臨界
的なパラメタではなく、装置の大きさ及び規模は主とし
てビームのプロファイルの制御の程度によって支配され
る。実際に、ビームの速度が大きいことは欠陥ではなく
長所となり、電荷密度を低くし、空間電荷反発を低下さ
せ、ビームの制御を容易にし、そして出力電力を高くす
る。
縦方向変調するように動作する。これは特に固体（ソリ
ッドステート）装置において真であるが、多くの分類の
真空電子装置においてもまた然りである。これらにおい
ては、ビームの電子が極めて低速度である場合を除い
て、電流の方向の速度変調は直接的な電流変調を殆ど発
生させない。低速度のビームの場合には、変調によって
若干の電子が陰極に戻される。高速度ビーム装置の場合
には、ビームが十分に長い通路を走行できる場合に限っ
て、得られた速度変調が電流変調に変換される。これら
の両特色は共に望ましいものではない。前者、特に電界
放出冷陰極を用いる場合には、戻された電子は約 100Ｖ
にバイアスされている抽出格子によって集められ、重大
なエネルギ消散がもたらされる。後者の場合には、長い
ドリフト管通路の長さによって装置ジオメトリが複雑に
なり、これらは製造することが困難である。これに対し
て横方向変調は、上述した欠陥の何れをも有していな
い。第１に、変調によって電子ビームの純前進速度が低
くならず、従って電子が冷陰極の抽出格子によって捕捉
される恐れが増すことはない。第２に、速度変調から電
流変調への変換がビームの通路長にではなく、その幅に
直接関係付けられる。従ってビームの縦方向速度は臨界
的なパラメタではなく、装置の大きさ及び規模は主とし
てビームのプロファイルの制御の程度によって支配され
る。実際に、ビームの速度が大きいことは欠陥ではなく
長所となり、電荷密度を低くし、空間電荷反発を低下さ
せ、ビームの制御を容易にし、そして出力電力を高くす
る。
【０００３】多くの真空電子装置、特にマグネトロン及
び陰極線管（ＣＲＴ）は横方向変調を利用している。こ
れらは共に、高効率と比較的小型のジオメトリとを特徴
としている。しかしながら、これらの横方向変調式の装
置は限界を有している。マグネトロンの場合、ビームを
制御して陰極に近づけるために磁界が必要である。この
磁界は不可欠的に固定されており、その結果単一の装置
内では出力電力及び周波数を広範に調整することはでき
ない。ＣＲＴの場合には、制御は静電的にもしくは電磁
的に行われる。これらのＣＲＴ装置は調整が容易である
が制御電極が陰極から比較的離れており、合計ビーム電
流が低いために正確な電流制御が妨げられる。従って、
これらのＣＲＴ装置の用途は、表示応用のような低電力
装置のみに限られる。
び陰極線管（ＣＲＴ）は横方向変調を利用している。こ
れらは共に、高効率と比較的小型のジオメトリとを特徴
としている。しかしながら、これらの横方向変調式の装
置は限界を有している。マグネトロンの場合、ビームを
制御して陰極に近づけるために磁界が必要である。この
磁界は不可欠的に固定されており、その結果単一の装置
内では出力電力及び周波数を広範に調整することはでき
ない。ＣＲＴの場合には、制御は静電的にもしくは電磁
的に行われる。これらのＣＲＴ装置は調整が容易である
が制御電極が陰極から比較的離れており、合計ビーム電
流が低いために正確な電流制御が妨げられる。従って、
これらのＣＲＴ装置の用途は、表示応用のような低電力
装置のみに限られる。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、横方向変調を使用する改良さ
れた装置を提供することを目的としている。本発明によ
れば、分割陽極と、シート電子ビームを発生する冷陰極
と、電子ビームを横切る横方向に変調信号を印加してビ
ームの偏向を変調し、それによって分割陽極内の電流を
変調する導波器変調手段とを備えた電子ビーム装置が提
供される。本発明を使用することによって、ビーム制御
を犠牲にすることなく横方向変調を使用することができ
る。陰極が冷陰極であるので、制御電極は電子放出表面
と離間してはいるが、極めて接近させることができる。
またこのために、磁界制御を含む必要はない。本発明の
有利な実施例では、電極を陰極上に直接、もしくは陰極
基板（もしくはサブストレート）上に取り付けて正確な
整列が達成され得るようにし、そしてそれを維持するよ
うになっている。更に、本発明による装置は数ワットの
マイクロ波電力を発生できる。陰極は、電子を放出して
電子ビームに寄与する複数の鋭いチップを含む型の電界
放出陰極であることが好ましいが、他の型の冷陰極を使
用することもできる。これらのチップは共通の抽出格子
で取り囲むことができ、また代替として個々のチップ、
もしくはチップ群に関連付けられた複数の抽出格子を設
けてもよい。
れた装置を提供することを目的としている。本発明によ
れば、分割陽極と、シート電子ビームを発生する冷陰極
と、電子ビームを横切る横方向に変調信号を印加してビ
ームの偏向を変調し、それによって分割陽極内の電流を
変調する導波器変調手段とを備えた電子ビーム装置が提
供される。本発明を使用することによって、ビーム制御
を犠牲にすることなく横方向変調を使用することができ
る。陰極が冷陰極であるので、制御電極は電子放出表面
と離間してはいるが、極めて接近させることができる。
またこのために、磁界制御を含む必要はない。本発明の
有利な実施例では、電極を陰極上に直接、もしくは陰極
基板（もしくはサブストレート）上に取り付けて正確な
整列が達成され得るようにし、そしてそれを維持するよ
うになっている。更に、本発明による装置は数ワットの
マイクロ波電力を発生できる。陰極は、電子を放出して
電子ビームに寄与する複数の鋭いチップを含む型の電界
放出陰極であることが好ましいが、他の型の冷陰極を使
用することもできる。これらのチップは共通の抽出格子
で取り囲むことができ、また代替として個々のチップ、
もしくはチップ群に関連付けられた複数の抽出格子を設
けてもよい。
【０００５】好ましい実施例では、電子ビームのプロフ
ァイルを制御する電極手段が含まれている。電子ビーム
を制御するために、陰極内に１つの、もしくは複数の電
極を含むことができる。代替として、もしくは付加的
に、入力信号を伝播させる変調器手段の導波器と陰極と
の間に１つもしくは複数の電極を含ませて、ビーム形成
レンズ動作を遂行させることができる。本装置は、マイ
クロ波周波数の信号を変調するのに使用した場合に特に
有利であるが、他の周波数の信号と共に使用することも
できる。本発明によれば、１つの特に有利な実施例にお
いて、陰極上に組立てられた冷陰極及びＣＲＴ型の装置
ジオメトリを設けて、数ワットのマイクロ波電力を発生
することができる効率的な、小型マイクロ波装置を得る
ことができる。以下に添付図面を参照して本発明の若干
の実施例を説明する。添付図面は、概要を示すものであ
って、装置の異なる部品を明瞭に示すために異なる尺度
で描かれている。
ァイルを制御する電極手段が含まれている。電子ビーム
を制御するために、陰極内に１つの、もしくは複数の電
極を含むことができる。代替として、もしくは付加的
に、入力信号を伝播させる変調器手段の導波器と陰極と
の間に１つもしくは複数の電極を含ませて、ビーム形成
レンズ動作を遂行させることができる。本装置は、マイ
クロ波周波数の信号を変調するのに使用した場合に特に
有利であるが、他の周波数の信号と共に使用することも
できる。本発明によれば、１つの特に有利な実施例にお
いて、陰極上に組立てられた冷陰極及びＣＲＴ型の装置
ジオメトリを設けて、数ワットのマイクロ波電力を発生
することができる効率的な、小型マイクロ波装置を得る
ことができる。以下に添付図面を参照して本発明の若干
の実施例を説明する。添付図面は、概要を示すものであ
って、装置の異なる部品を明瞭に示すために異なる尺度
で描かれている。
【０００６】
【実施例】電子ビームを変調してマイクロ波出力を発生
させる装置は、図１に示すように３つの主要部分からな
る。これらは、冷陰極１、分割変調器構造２、及び分割
陽極３である。最初の２つの成分は共通基板４上に組立
てられ、この基板４は補助的なビーム集束静電レンズを
支持することもできる。分割陽極３は、石英のような低
損失絶縁基板であることが好ましい別の基板５上に組立
てられ、もし望むならば陽極３をダイポールアンテナと
して動作させ、出力マイクロ波電力を直接基板を通して
インピーダンス整合用フィードホーンへ、もしくは準・
光アンテナシステム（図示してない）へ直接伝送するこ
とができる。装置全体は排気され密封された外囲内に包
囲されているが、他の外囲実施例では典型的に 10 -5
ミリバール乃至 10 -7 ミリバールの圧力で意図的に導
入されたガスを含んでいる。陰極１、変調器構造２及び
陽極３は細長いジオメトリである。変調器構造２及び分
割陽極２は各々、２つの導電性ストリップ２ａ、２ｂ、
及び３ａ、３ｂと、それらの間の間隙２ｃ及び３ｃとか
らなる。陰極１は変調器構造２及び陽極３の長さに沿っ
て伸び、それらの間の間隙２ｃ及び３ｃと整列してい
る。図２は陰極１及び変調器構造２の概要平面図であ
り、陽極３も同じ次元である。
させる装置は、図１に示すように３つの主要部分からな
る。これらは、冷陰極１、分割変調器構造２、及び分割
陽極３である。最初の２つの成分は共通基板４上に組立
てられ、この基板４は補助的なビーム集束静電レンズを
支持することもできる。分割陽極３は、石英のような低
損失絶縁基板であることが好ましい別の基板５上に組立
てられ、もし望むならば陽極３をダイポールアンテナと
して動作させ、出力マイクロ波電力を直接基板を通して
インピーダンス整合用フィードホーンへ、もしくは準・
光アンテナシステム（図示してない）へ直接伝送するこ
とができる。装置全体は排気され密封された外囲内に包
囲されているが、他の外囲実施例では典型的に 10 -5
ミリバール乃至 10 -7 ミリバールの圧力で意図的に導
入されたガスを含んでいる。陰極１、変調器構造２及び
陽極３は細長いジオメトリである。変調器構造２及び分
割陽極２は各々、２つの導電性ストリップ２ａ、２ｂ、
及び３ａ、３ｂと、それらの間の間隙２ｃ及び３ｃとか
らなる。陰極１は変調器構造２及び陽極３の長さに沿っ
て伸び、それらの間の間隙２ｃ及び３ｃと整列してい
る。図２は陰極１及び変調器構造２の概要平面図であ
り、陽極３も同じ次元である。
【０００７】この装置が意図するマイクロ波応用の場
合、陽極３は変調器構造２から１ｍｍ乃至 10 ｍｍ離間
し、分割陽極の間隙３ｃは変調器構造２内の間隙２ｃと
整列している。陰極基板４及び陽極基板５はそれぞれ真
空外囲の２つの端を形成しており、これらの間にある円
筒形の壁６はろう付けもしくは静電結合によって各端基
板４及び５に密封され、密封された外囲を形成してい
る。この密封を排気した状態の下で受動的な埋め戻し
（ passive back filling ）で遂行することによって完
全に密封された装置が得られる。以下に装置の構造の詳
細及び動作を、その３つの成分毎に説明する。図３に示
すようにこの配列では、導電性基板８、もしくは絶縁基
板上の薄い導電層の何れかの上の鋭いチップ７のアレイ
（分かり易くするために、図３にはアレイの中の１つの
チップだけを示してある）として設けられている電界放
出陰極を使用しているが、他の冷陰極構造を使用しても
差し支えない。これらのチップのアレイの組立てに関し
ては、英国特許出願一連番号ＧＢ 2,254,958Ａを参照さ
れたい。鋭いチップ７は例えばシリコンであり、約 1.5
μｍの例えば二酸化シリコン９によって導電性抽出格
子１０から絶縁されている。チップ７に対して格子１０
に約＋ 100Ｖを印加すると、典型的にチップ当たり１μ
Ａの平均電流の広く発散する電子のビームがチップ７か
ら得られる。このビームは平行化されておらず、変調器
構造２を通して案内できるようにするためには注意深い
設計と、正確な組立てが必要である。
合、陽極３は変調器構造２から１ｍｍ乃至 10 ｍｍ離間
し、分割陽極の間隙３ｃは変調器構造２内の間隙２ｃと
整列している。陰極基板４及び陽極基板５はそれぞれ真
空外囲の２つの端を形成しており、これらの間にある円
筒形の壁６はろう付けもしくは静電結合によって各端基
板４及び５に密封され、密封された外囲を形成してい
る。この密封を排気した状態の下で受動的な埋め戻し
（ passive back filling ）で遂行することによって完
全に密封された装置が得られる。以下に装置の構造の詳
細及び動作を、その３つの成分毎に説明する。図３に示
すようにこの配列では、導電性基板８、もしくは絶縁基
板上の薄い導電層の何れかの上の鋭いチップ７のアレイ
（分かり易くするために、図３にはアレイの中の１つの
チップだけを示してある）として設けられている電界放
出陰極を使用しているが、他の冷陰極構造を使用しても
差し支えない。これらのチップのアレイの組立てに関し
ては、英国特許出願一連番号ＧＢ 2,254,958Ａを参照さ
れたい。鋭いチップ７は例えばシリコンであり、約 1.5
μｍの例えば二酸化シリコン９によって導電性抽出格
子１０から絶縁されている。チップ７に対して格子１０
に約＋ 100Ｖを印加すると、典型的にチップ当たり１μ
Ａの平均電流の広く発散する電子のビームがチップ７か
ら得られる。このビームは平行化されておらず、変調器
構造２を通して案内できるようにするためには注意深い
設計と、正確な組立てが必要である。
【０００８】図３に示す単純な陰極構造を使用すること
はできるが、実際には図４に示すように、チップとほぼ
同電位にバイアスされる第２の集束格子１２を含むこと
が好ましい。この格子１２は、典型的には 1.5 μｍの
二酸化シリコン１３、もしくは印加される電界（約 108
Ｖ/ ｍ）に耐えることができる他の適当なガスを放出
しない絶縁体によって第１の格子１０から絶縁されてい
る。各チップ７から放出されたビームがこの第２の格子
１２によって静電反発されて各分離したビームが平行化
され、従って放出された電流全体が平行化されるように
なる。ビームの総合形状はチップ７のアレイの形状によ
って決定される。本発明のこの実施例では、ビームは陰
極表面から立ち上る垂直の平板（もしくはスラブ）の形
状にする必要がある。典型的な陰極の寸法は、100 μｍ
×数ｍｍであり、チップ７は 10 μｍもしくはそれ以下
だけ離間し、アレイは数千チップを含み、そして 10 μ
Ａもしくはそれ以上の電流を発生する。ビームは、陰極
基板４の直前に位置し該基板によって支持されているこ
とが好ましい平らな導波器構造１４によって変調され
る。変調器２の構造及び動作の詳細は図５に示されてい
る。空間電荷の反発の故に、また変調器２を通る電流密
度を増加させるために、この構造は、ビーム方向に直角
に、また基板４及び平らな導波器１４と互いに平行に配
列されている２つの電極からなるレンズ構造１５をも含
む。これらの構造１４及び１５は、二酸化シリコン、も
しくは例えばポリアミドのような高温有機ポリマ材料か
らなることが好ましい基礎絶縁層１６によって支持され
ている。これらの構造即ち電極１５は数ミクロン厚であ
り、陰極基板４及び変調器構造２から等間隔（典型的に
は 30 μｍ）に配置されている。間隔をこのようにする
と、変調器構造２は陰極１上に 100 数μｍ離れる。こ
の間隔は平らな変調器導波器１４と陰極基板４との間の
容量を最小にする。若干の変調電界がレンズ構造１５を
通して下方へ突入するので、これらの電極は、及び変調
器２も、銅もしくは金のような高導電率材料で作りマイ
クロ波損失を最小にすることが有利である。
はできるが、実際には図４に示すように、チップとほぼ
同電位にバイアスされる第２の集束格子１２を含むこと
が好ましい。この格子１２は、典型的には 1.5 μｍの
二酸化シリコン１３、もしくは印加される電界（約 108
Ｖ/ ｍ）に耐えることができる他の適当なガスを放出
しない絶縁体によって第１の格子１０から絶縁されてい
る。各チップ７から放出されたビームがこの第２の格子
１２によって静電反発されて各分離したビームが平行化
され、従って放出された電流全体が平行化されるように
なる。ビームの総合形状はチップ７のアレイの形状によ
って決定される。本発明のこの実施例では、ビームは陰
極表面から立ち上る垂直の平板（もしくはスラブ）の形
状にする必要がある。典型的な陰極の寸法は、100 μｍ
×数ｍｍであり、チップ７は 10 μｍもしくはそれ以下
だけ離間し、アレイは数千チップを含み、そして 10 μ
Ａもしくはそれ以上の電流を発生する。ビームは、陰極
基板４の直前に位置し該基板によって支持されているこ
とが好ましい平らな導波器構造１４によって変調され
る。変調器２の構造及び動作の詳細は図５に示されてい
る。空間電荷の反発の故に、また変調器２を通る電流密
度を増加させるために、この構造は、ビーム方向に直角
に、また基板４及び平らな導波器１４と互いに平行に配
列されている２つの電極からなるレンズ構造１５をも含
む。これらの構造１４及び１５は、二酸化シリコン、も
しくは例えばポリアミドのような高温有機ポリマ材料か
らなることが好ましい基礎絶縁層１６によって支持され
ている。これらの構造即ち電極１５は数ミクロン厚であ
り、陰極基板４及び変調器構造２から等間隔（典型的に
は 30 μｍ）に配置されている。間隔をこのようにする
と、変調器構造２は陰極１上に 100 数μｍ離れる。こ
の間隔は平らな変調器導波器１４と陰極基板４との間の
容量を最小にする。若干の変調電界がレンズ構造１５を
通して下方へ突入するので、これらの電極は、及び変調
器２も、銅もしくは金のような高導電率材料で作りマイ
クロ波損失を最小にすることが有利である。
【０００９】本発明の他の実施例では、装置の用途及び
望まれる性能特性に依存して、レンズ構造を省略する
か、１つの電極だけを使用するか、もしくは３以上の電
極を含むことができる。第１の格子レンズをチップ電位
にバイアスし、第２の格子レンズを抽出格子電位に近く
バイアスすると、平行化されたビームは圧縮されて変調
器導波器１４を通る電流の密度が増加し、導波器によっ
て横取りされる電流が最小になる。装置の動作中、マイ
クロ波放射は平らな変調器導波器１４を通って伝播す
る。これによりビームに実質的に直角な振動電界が発生
する。この電界の非直角成分を最小にするために、及び
この電界が長いビーム通路長に沿ってビームに作用する
ようにするために、変調器導波器１４は数十ミクロン厚
にしてある。図６に示すように、十分の数ワットのマイ
クロ波電力で、充分な角度にわたって振られるビーム偏
向が得られ、変調器から数ｍｍ 離れて取り付けられて
いる平らな導波器である分割陽極３上で完全な電荷変調
が達成される。装置の長さに沿って発生する入力信号の
分布した増幅が陽極導波器上で構造的に干渉し合うよう
に、分割陽極導波器と変調器導波器とを整合させること
ができる。このようにするためには２つの導波器上のマ
イクロ波の位相速度を同一にする必要がある。変調器及
び陽極構造の両者をチップ７に対して約＋100 Ｖにバイ
アスすることによって電子には分割陽極において約 100
ｅＶのエネルギが与えられ、図６に示すように完全な電
荷密度変調が達成され、数ワットの出力電力を生成させ
ることができる。
望まれる性能特性に依存して、レンズ構造を省略する
か、１つの電極だけを使用するか、もしくは３以上の電
極を含むことができる。第１の格子レンズをチップ電位
にバイアスし、第２の格子レンズを抽出格子電位に近く
バイアスすると、平行化されたビームは圧縮されて変調
器導波器１４を通る電流の密度が増加し、導波器によっ
て横取りされる電流が最小になる。装置の動作中、マイ
クロ波放射は平らな変調器導波器１４を通って伝播す
る。これによりビームに実質的に直角な振動電界が発生
する。この電界の非直角成分を最小にするために、及び
この電界が長いビーム通路長に沿ってビームに作用する
ようにするために、変調器導波器１４は数十ミクロン厚
にしてある。図６に示すように、十分の数ワットのマイ
クロ波電力で、充分な角度にわたって振られるビーム偏
向が得られ、変調器から数ｍｍ 離れて取り付けられて
いる平らな導波器である分割陽極３上で完全な電荷変調
が達成される。装置の長さに沿って発生する入力信号の
分布した増幅が陽極導波器上で構造的に干渉し合うよう
に、分割陽極導波器と変調器導波器とを整合させること
ができる。このようにするためには２つの導波器上のマ
イクロ波の位相速度を同一にする必要がある。変調器及
び陽極構造の両者をチップ７に対して約＋100 Ｖにバイ
アスすることによって電子には分割陽極において約 100
ｅＶのエネルギが与えられ、図６に示すように完全な電
荷密度変調が達成され、数ワットの出力電力を生成させ
ることができる。
【００１０】装置の動作にとって図６に示すような完全
なビーム変調は必ずしも必要ではない。ビームが分割陽
極上に衝突しないように、陽極導波器の２つの半分の間
の間隙を比較的大きくすると有利な場合がある。この場
合、出力電力は間隙内の振動電荷密度によって導波器内
に誘起される。この動作モードでは利得は低いが、電子
が分割陽極を通過した後に、分割陽極の２つの半分の間
に位置し分割陽極に対して負にバイアスされている陽極
基板５上の付加的な電極に集められるのを阻止すること
によって、効率を高く維持することができる。このよう
な動作をさせるためには基板を導電性とし、それ自体が
電子の最終的な活動を弱められた（ depressed）コレク
タであるようにする。実際には活動を弱められたコレク
タは単純な金属シートより複雑な構造になりがちであ
り、図７に示すように他の装置の活動を弱められたコレ
クタに関する公知の設計基準に従った幾つかの電極１７
からなることができる。更に、この形態は利得が低いの
で、１つの陽極セグメント１８を通過したビームは次の
分割陽極セグメント１８に入る等々のように、分割陽極
構造をビームに沿う幾つかのこのような陽極セグメント
１８で構成することができる。これらの分離した陽極セ
グメント１８の出力は、これらのセグメント間の有限通
過時間によって生ずる位相遅延を補償するようにして単
一の導波器１９上に組合わされる。このような多段出力
は、進行波管及びクライストロンのような他のマイクロ
波装置では一般的である。
なビーム変調は必ずしも必要ではない。ビームが分割陽
極上に衝突しないように、陽極導波器の２つの半分の間
の間隙を比較的大きくすると有利な場合がある。この場
合、出力電力は間隙内の振動電荷密度によって導波器内
に誘起される。この動作モードでは利得は低いが、電子
が分割陽極を通過した後に、分割陽極の２つの半分の間
に位置し分割陽極に対して負にバイアスされている陽極
基板５上の付加的な電極に集められるのを阻止すること
によって、効率を高く維持することができる。このよう
な動作をさせるためには基板を導電性とし、それ自体が
電子の最終的な活動を弱められた（ depressed）コレク
タであるようにする。実際には活動を弱められたコレク
タは単純な金属シートより複雑な構造になりがちであ
り、図７に示すように他の装置の活動を弱められたコレ
クタに関する公知の設計基準に従った幾つかの電極１７
からなることができる。更に、この形態は利得が低いの
で、１つの陽極セグメント１８を通過したビームは次の
分割陽極セグメント１８に入る等々のように、分割陽極
構造をビームに沿う幾つかのこのような陽極セグメント
１８で構成することができる。これらの分離した陽極セ
グメント１８の出力は、これらのセグメント間の有限通
過時間によって生ずる位相遅延を補償するようにして単
一の導波器１９上に組合わされる。このような多段出力
は、進行波管及びクライストロンのような他のマイクロ
波装置では一般的である。
【００１１】生成された陽極電力は、単純に陽極の平ら
な導波器を通して離れたアンテナもしくは他の回路要素
へ伝播させることができるが、装置の有利な実施例で
は、分割陽極が簡単なダイポール源をなすように、分割
陽極を直接的にマイクロ波における出力アンテナ自体と
両立できるように構成する。この実施例の直流電流の戻
りは、マイクロ波に対して高インピーダンスを呈する
（誘導性の）リンクによって与えられる。実際には、装
置は抽出格子及び両導波器をほぼ接地電位で動作させ、
他のマイクロ波成分との統合を容易にしている。以上に
単一のマイクロ波出力ユニットに関して装置を説明した
が、上述した型の複数のユニットを同一真空外囲内に取
り付け、好ましくは同一の出力アンテナもしくは他の回
路要素に結合することも考えられる。大きい出力電力が
簡単に得られるのに加えて、この配列は分離したユニッ
ト間の位相を可変にする、従って電子的に舵取り可能な
出力マイクロ波ビームを得る可能性をももたらす。この
ような多重ビーム装置では、ビーム間の静電的な相互作
用がビームを歪ませかねない。大電流では、これは分割
陽極構造を中心とする位置からビームを変位させるのに
充分であり得る。このような空間電荷歪みは、分割変調
器と分割陽極構造との間のドリフト空間を、遮蔽電極手
段を用いてセグメント化することによって最小にするこ
とができる。遮蔽電極は、図８に示すように陽極基板２
１を陰極／変調器基板２２から離間させている導電性の
支持構造２０で構成すると有利である。遮蔽電極、陽極
構造及び導波器変調器は、共通の直流電位に維持され
る。図８に示す配列から陽極基板を取除いた平面図であ
る図９に示すように、支持構造即ち遮蔽電極２０は、ビ
ーム電極を包囲する密封された外囲として構成すること
もできるが、個々のビーム領域を別個の密封外囲に分割
する必要はない。この実施例では、遮蔽電極２０は装置
の活動部分を単一の円筒形外囲２０ａ内に包囲し、また
同一の陽極伝送路に向かう２つのビーム領域２３及び２
４を分離している部分２０ｂをも含んでいる。他の配列
では、分離した遮蔽部材を使用することができる。
な導波器を通して離れたアンテナもしくは他の回路要素
へ伝播させることができるが、装置の有利な実施例で
は、分割陽極が簡単なダイポール源をなすように、分割
陽極を直接的にマイクロ波における出力アンテナ自体と
両立できるように構成する。この実施例の直流電流の戻
りは、マイクロ波に対して高インピーダンスを呈する
（誘導性の）リンクによって与えられる。実際には、装
置は抽出格子及び両導波器をほぼ接地電位で動作させ、
他のマイクロ波成分との統合を容易にしている。以上に
単一のマイクロ波出力ユニットに関して装置を説明した
が、上述した型の複数のユニットを同一真空外囲内に取
り付け、好ましくは同一の出力アンテナもしくは他の回
路要素に結合することも考えられる。大きい出力電力が
簡単に得られるのに加えて、この配列は分離したユニッ
ト間の位相を可変にする、従って電子的に舵取り可能な
出力マイクロ波ビームを得る可能性をももたらす。この
ような多重ビーム装置では、ビーム間の静電的な相互作
用がビームを歪ませかねない。大電流では、これは分割
陽極構造を中心とする位置からビームを変位させるのに
充分であり得る。このような空間電荷歪みは、分割変調
器と分割陽極構造との間のドリフト空間を、遮蔽電極手
段を用いてセグメント化することによって最小にするこ
とができる。遮蔽電極は、図８に示すように陽極基板２
１を陰極／変調器基板２２から離間させている導電性の
支持構造２０で構成すると有利である。遮蔽電極、陽極
構造及び導波器変調器は、共通の直流電位に維持され
る。図８に示す配列から陽極基板を取除いた平面図であ
る図９に示すように、支持構造即ち遮蔽電極２０は、ビ
ーム電極を包囲する密封された外囲として構成すること
もできるが、個々のビーム領域を別個の密封外囲に分割
する必要はない。この実施例では、遮蔽電極２０は装置
の活動部分を単一の円筒形外囲２０ａ内に包囲し、また
同一の陽極伝送路に向かう２つのビーム領域２３及び２
４を分離している部分２０ｂをも含んでいる。他の配列
では、分離した遮蔽部材を使用することができる。
【図１】本発明による電子装置の概要図である。
【図２】図１の一部の平面図である。
【図３】図１の装置に使用するのに適した陰極の部分を
示す図である。
示す図である。
【図４】図１の装置に使用可能な代替陰極配列の概要図
である。
である。
【図５】装置内に使用される変調器を示す図である。
【図６】図１の装置の動作を示す図である。
【図７】本発明による出力配列を示す図である。
【図８】複数の陰極を含む本発明による装置の概要図で
ある。
ある。
【図９】図８に示す装置の概要平面図である。
１ 冷陰極 ２ 分割変調器構造 ３ 分割陽極 ４ 陰極基板 ５ 陽極基板 ６ 円筒形壁 ７ チップ ８ 陰極基板 ９ 絶縁層 １０ 抽出格子 １２ 集束格子 １３ 絶縁層 １４ 導波器構造 １５ レンズ構造 １６ 絶縁層 １７ 凹電極 １８ 陽極 １９ 導波器 ２０ 支持構造（遮蔽電極） ２１ 陽極基板 ２２ 陰極／変調器基板 ２３、２４ ビーム領域
Claims (22)
- 【請求項１】 分割陽極と、シート電子ビームを発生す
る冷陰極と、電子ビームを横切る横方向に変調信号を印
加してビームの偏向を変調し、それによって分割陽極内
の電流を変調する導波器変調手段とを具備することを特
徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項２】 上記陰極は電界放出型であって、電子を
放出して電子ビームに寄与する鋭いチップのアレイから
なる請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 電子ビームのプロファイルを制御する電
極手段を含む請求項１もしくは２に記載の装置。 - 【請求項４】 上記変調手段及び陰極は共通の基板上に
支持されている請求項１、２もしくは３に記載の装置。 - 【請求項５】 上記導波器変調手段は、変調信号を伝播
させる細長い導波器構造を備え、上記陰極は細長い形態
であって上記導波器構造と整列している先行請求項の何
れかに記載の装置。 - 【請求項６】 上記陽極は、出力信号を抽出する導波器
手段として動作する２つの細長い導体からなる先行請求
項の何れかに記載の装置。 - 【請求項７】 上記陽極は、導波器変調手段と整列して
いる請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 上記変調信号は、マイクロ波周波数であ
る先行請求項の何れかに記載の装置。 - 【請求項９】 上記分割陽極及び変調手段の位相速度が
整合している先行請求項の何れかに記載の装置。 - 【請求項１０】 上記出力信号は、陽極が取り付けられ
ている基板を通して伝播する先行請求項の何れかに記載
の装置。 - 【請求項１１】 上記出力信号を受信するように、陽極
基板上に回路要素もしくはアンテナが取り付けられてい
る請求項１０に記載の装置。 - 【請求項１２】 上記陽極、陰極及び変調手段は、密封
された外囲内に収容されている先行請求項の何れかに記
載の装置。 - 【請求項１３】 上記分割陽極は、電子ビームの方向に
離間した複数の陽極部材からなる先行請求項の何れかに
記載の装置。 - 【請求項１４】 上記陽極における電子ビームの最大偏
向が、分割陽極によって限定されている間隙より小さい
先行請求項の何れかに記載の装置。 - 【請求項１５】 電子ビームが入射するように配列され
ている活動を弱められた多段コレクタ手段を含む先行請
求項の何れかに記載の装置。 - 【請求項１６】 上記分割陽極は、ダイポールマイクロ
波源として動作する先行請求項の何れかに記載の装置。 - 【請求項１７】 複数のシート電子ビームを発生する複
数の冷陰極を備えている先行請求項の何れかに記載の装
置。 - 【請求項１８】 上記複数の陰極はそれぞれの変調手段
に関連付けられ、それによってそれぞれのシート電子ビ
ームが個々に制御可能である請求項１７に記載の装置。 - 【請求項１９】 １つの電子ビームを隣接する電子ビー
ムから遮蔽する遮蔽手段を含む請求項１７もしくは１８
に記載の装置。 - 【請求項２０】 上記遮蔽手段は、陽極基板と陰極基板
との間に伸びる導電性部材を備えている請求項１９に記
載の装置。 - 【請求項２１】 上記遮蔽手段は、装置の電極をその中
に位置決めする外囲を限定している壁と一体である請求
項１９もしくは２０に記載の装置。 - 【請求項２２】 異なる電子ビームが、共通分割陽極内
の電流を変調する請求項１７乃至２１の何れか１つに記
載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB939316353A GB9316353D0 (en) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | Electron beam devices |
| GB9316353:3 | 1993-08-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169424A true JPH07169424A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=10740091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6185539A Pending JPH07169424A (ja) | 1993-08-06 | 1994-08-08 | 電子ビーム装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0637832A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07169424A (ja) |
| GB (2) | GB9316353D0 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19510510C2 (de) * | 1995-03-23 | 1997-03-06 | Daimler Benz Ag | Elektronischer Schalter für hohe Spannungen |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE21739E (en) * | 1941-03-04 | Space discharge apfarathjs | ||
| FR842849A (fr) * | 1937-09-02 | 1939-06-20 | Telefunken Gmbh | Perfectionnements aux générateurs d'oscillations à commande extérieure |
| US2650956A (en) * | 1946-12-24 | 1953-09-01 | Bell Telephone Labor Inc | Amplifier utilizing deflection of an electron beam |
| US2758210A (en) * | 1953-08-10 | 1956-08-07 | Zenith Radio Corp | Oscillators |
| US5012153A (en) * | 1989-12-22 | 1991-04-30 | Atkinson Gary M | Split collector vacuum field effect transistor |
| US5218273A (en) * | 1991-01-25 | 1993-06-08 | Motorola, Inc. | Multi-function field emission device |
| GB9101723D0 (en) * | 1991-01-25 | 1991-03-06 | Marconi Gec Ltd | Field emission devices |
| US5371431A (en) * | 1992-03-04 | 1994-12-06 | Mcnc | Vertical microelectronic field emission devices including elongate vertical pillars having resistive bottom portions |
-
1993
- 1993-08-06 GB GB939316353A patent/GB9316353D0/en active Pending
-
1994
- 1994-08-04 GB GB9415790A patent/GB2280780A/en not_active Withdrawn
- 1994-08-05 EP EP94305852A patent/EP0637832A1/en not_active Withdrawn
- 1994-08-08 JP JP6185539A patent/JPH07169424A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2280780A (en) | 1995-02-08 |
| EP0637832A1 (en) | 1995-02-08 |
| GB9316353D0 (en) | 1993-09-29 |
| GB9415790D0 (en) | 1994-09-28 |
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