JPH07282736A - 進行波管の遅波回路構体及びその製造方法 - Google Patents

進行波管の遅波回路構体及びその製造方法

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JPH07282736A
JPH07282736A JP7708094A JP7708094A JPH07282736A JP H07282736 A JPH07282736 A JP H07282736A JP 7708094 A JP7708094 A JP 7708094A JP 7708094 A JP7708094 A JP 7708094A JP H07282736 A JPH07282736 A JP H07282736A
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JP
Japan
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slow
wave
support rod
circuit structure
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JP7708094A
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Inventor
Katsuhiro Gonpei
勝弘 権瓶
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、組立て性にすぐれるとともに、誘
電体支持棒の表面への帯電を効果的に防止もしくは低減
する進行波管の遅波回路構体及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】この発明は、遅波線路15を支持する誘電体支
持棒16が、窒化硼素(BN)を母材20としその表面
に母材の比抵抗よりも小さい比抵抗の例えばチタン、若
しくはチタンの窒化物、炭化物又は硼化物の被膜21が
被着されてなる進行波管の遅波回路構体である。製造方
法の特徴は、遅波線路を支持する窒化硼素からなる誘電
体支持棒の母材の表面に、真空若しくは不活性ガスを含
む混合ガス中の放電により被膜を付着させることにあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、進行波管の遅波回路
構体及びその製造方法に係わり、とくにその遅延線路を
支持する誘電体支持棒及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波の増幅に用いられる進行波管
は、周知のように、集束された電子ビ−ムと例えばらせ
ん状遅波線路との相互作用を利用する電子管である。す
なわちこれは、マイクロ波がらせん状遅波線路を伝搬す
る時、マイクロ波がらせん状遅波線路に隣接する電子ビ
−ムと相互作用をして電子ビ−ムのエネルギ−の一部が
マイクロ波に伝達され、マイクロ波は増幅される。した
がって、陰極に近接したらせん状遅波線路の入力端に加
えられたマイクロ波は、増幅されてらせん状遅波線路の
出力端から外部回路に取り出される。そして、マイクロ
波と相互作用した電子ビ−ムはコレクタ電極に集めら
れ、主に熱に変換される。
【0003】細長いらせん状遅波線路は、通常、金属製
の細長いパイプ状真空容器の中に挿入され、両端が入
力、出力同軸線路の中心導体に電気的に接続されてい
る。真空容器の中に挿入されたらせん状遅波線路が、安
定して支持されるように、真空容器の内面とらせん状遅
波線路の外面に囲まれた空間部分に、これら真空容器内
面及びらせん状遅波線路の外面に同時に接するように、
誘電体支持棒が配置されている。この誘電体支持棒は、
電気的特性・機械的特性・熱的特性などの要求から、通
常、酸化ベリリウムや、酸化アルニウム、或いは石英な
どの物質が使用されている。これらの中で、毒性があり
機械的に脆い欠点はあるものの、電気絶縁性に優れ、誘
電体損失も少なく、且つ耐熱性、熱伝導特性が良い酸化
ベリリウムが広く使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】進行波管の陰極から射
出された電子ビ−ムは、進行波管の外部に配設された磁
石の集束作用により、らせん状遅波線路の中空部分を通
過し、コレクタ電極に到達する。しかし、電子ビ−ムは
速度分布を有し有限の広がりを持って進行するので、ら
せん状遅波線路及び誘電体支持棒に衝突したりする。こ
れらの現象により、誘電体支持棒の表面が、正もしくは
負に帯電し、帯電量が著しく大きければ、進行波管の正
常な動作を妨げる原因になる。なお、電子が誘電体支持
棒に衝突した場合、誘電体支持棒の二次電子放出係数の
大小により、正負のどちらかに帯電する。細長い誘電体
支持棒の表面に局所的に電荷が帯電した場合、静電集束
作用や静電偏向作用などにより、電子ビ−ムが変動を受
け、マイクロ波との相互作用が不十分でマイクロ波の増
幅が十分行われなかったり、電子ビ−ムがらせん状遅波
線路や誘電体支持棒に衝突する確率が増大する。らせん
状遅波線路及び誘電体支持棒への電子の衝突は、帯電の
増加を促進するともに、らせん状遅波線路に流れる電流
を増大させ、進行波管内の温度上昇をもたらす。
【0005】ところで近来は、酸化ベリリウムに比べて
機械的なしなやかさに富み、組立て性にすぐれた材料と
して、窒化ホウ素(Boron Nitride;以
下、BNと記す)が注目され、進行波管の誘電体支持棒
に用いられ始めている。そして、BN製支持棒への帯電
を防止するため、表面に酸化マグネシウムや、酸化チタ
ン、或いは酸化ベリリウムの被膜を付着することが知ら
れている。しかしながら、これらの被膜は、最大二次電
子放出係数が1よりも相当大きく、支持棒の表面が帯電
する傾向が強い。
【0006】この発明は、以上のような不都合を解消
し、組立て性にすぐれるとともに、誘電体支持棒の表面
への帯電を効果的に防止もしくは低減する進行波管の遅
波回路構体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、遅波線路を
支持する誘電体支持棒が、窒化硼素(BN)を母材とし
その表面に常温での比抵抗が1×108 乃至1×1013
Ω・cmの範囲となる被膜が被着されてなる進行波管の
遅波回路構体である。また、誘電体支持棒が窒化硼素を
母材とし、その表面に、チタン、若しくはチタンの窒化
物、炭化物又は硼化物の被膜が被着されてなる進行波管
の遅波回路構体である。さらにまた、この発明の製造方
法の特徴は、遅波線路を支持する窒化硼素(BN)から
なる誘電体支持棒の母材の表面に、真空若しくは不活性
ガスを含む混合ガス中の放電により被膜を付着させるこ
とにある。
【0008】
【作用】この発明によれば、窒化硼素(BN)からなる
誘電体支持棒の母材の表面に被着させた母材の常温での
比抵抗よりも小さい比抵抗の被膜により、遅波線路を支
持する表面への帯電を確実に防止することができる。し
たがって、進行波管の組立て性を向上できるとともに、
安定な動作を維持することができる。
【0009】
【実施例】以下この発明の実施例を図1及び図2により
説明する。図1はらせん形遅波回路構体を有する進行波
管の概略縦断面図であり、図2はその要部の拡大横断面
図である。内部が真空とされる細長いパイプ状真空容器
11の一端部に陰極12、他端部にコレクタ電極13が
あり、陰極12に近接してこの陰極から射出された電子
ビ−ムeを集束し且つ加速するための集束電極14が配
置され、この集束電極とコレクタ電極との間の空間に、
モリブデンのテープを多数回巻いたらせん状遅波線路1
5が3本の誘電体支持棒21により支持された遅波回路
構体が設けられている。遅波回路構体の主要部品である
らせん状遅波線路15の一端は、入力同軸線路の中心導
体17に、他端は出力同軸線路の中心導体18に結合さ
れている。
【0010】陰極12から射出された電子ビ−ムeは、
集束電極14により集束、加速され、らせん状遅波線路
15の中空部分に入射する。らせん状遅波線路15の中
空部分に入った電子ビ−ムeは、真空容器11の外周に
長手方向に沿って設置された永久磁石19によって発生
する磁界により磁気集束を受け、らせん状遅波線路15
の中心軸上を進行してコレクタ電極13に到達する。
【0011】そこで、らせん状遅波線路15を支持する
誘電体支持棒16は、横断面が長方形で、真空容器内に
中心角120度の間隔で3ケ所に配置され、らせん状遅
波線路の外面及び真空容器の内面に機械的及び熱的に接
触又はろう接により接合されている。これら誘電体支持
棒16は、熱CVD法で製造した窒化ホウ素(Pyro
lytic Boron Nitride;以下、PB
Nと記す)を母材20とし、その表面に窒化チタン(T
iN)の被膜21が被覆されている。PBNは、六方晶
形で、機械的、熱的、及び電気的特性に強い方向性を持
った異方性の層状窒化ホウ素である。したがってこのP
BNは、電気的に高抵抗で且つ低誘電損失の特徴があ
り、さらに熱伝導性にすぐれて、機械強度にしなやかで
折れにくい特長を有する。TiN被膜21は、後述する
方法により、5〜15nmの範囲の厚さ、例えば10n
mの厚さに被着されている。
【0012】PBN母材20の表面にTiN被膜21を
被着する方法としては、不活性ガスを含む混合ガス雰囲
気中での直流グロ−放電による反応性スパッタ−法が適
している。この直流スパッタリングの装置は、タ−ゲッ
トである陰極にTiを用い、この陰極に対向する陽極に
近い空間部分に支持棒であるPBN母材を配置し、アル
ゴンと窒素の混合ガスで直流グロ−放電を発生させ、そ
のイオンによりTiをスパッタリングさせてPBN母材
の表面にTiN被膜を形成する。
【0013】この直流スパッタ−法は、とくに再現性が
良く、他の例えば真空蒸着法、プラズマCVD法、或い
はイオンプレ−ティング法などに比べて成膜速度が遅
く、10nm前後の膜厚に被覆するのに都合が良い。ま
た、真空蒸着法よりも被膜の密着強度が強く、直流スパ
ッタリングのための陽極及び陰極間に印加する電圧やガ
スの圧力を適当に調整することにより、成膜速度を容易
に高精度に制御することが可能である。
【0014】こうして、PBN母材の全表面にTiN被
膜を被覆した後、3本の支持棒の内側にらせん状遅波線
路を保持して真空容器内に挿入して遅波回路構体を組立
てる。
【0015】TiN被膜は、一方において、二次電子放
出係数が1よりも小さい被膜自身による二次電子放出の
抑制効果、及びPBN母材表面のごく浅い場所で発生し
た二次電子の表面への脱出距離の長距離化の相乗効果に
より、二次電子放出係数が小さくなる。他方において、
TiNはわずかな導電性を有し、前記のような薄いTi
N被膜をPBN母材の外面に被覆することにより、支持
棒の表面に帯電した電子が除去されることが見出だされ
た。これはTiN被膜により支持棒表面部が低抵抗化し
たため、浮遊電子が支持棒表面に衝突しても、電子がら
せん状遅波線路もしくはパイプ状真空容器に流れて消散
させられて蓄積しないためであると考えられる。また、
誘電体支持棒に浮遊電子が衝突した場合は、TiN被膜
の二次電子放出抑制効果により、支持棒表面の二次電子
放出係数が1よりも小さくなるもののその値が1に近い
ために帯電しないものと考えられる。
【0016】このことについて詳述すると、PBN支持
棒表面に衝突する電子に関しては、衝突する電子の運動
エネルギ−の大小により一般に二次電子放出の機構が3
つに分けられる。衝突する電子の運動エネルギ−がごく
小さい場合は、発生する二次電子の数が少ないので、こ
の運動エネルギ−の領域では二次電子放出係数は1より
も小さい。衝突する電子の運動エネルギ−が中程度の場
合、電子はPBN母材表面のごく浅い場所に侵入するの
で、発生した二次電子はほとんど散乱、吸収されること
なくPBN母材表面に出てくる。したがって、この運動
エネルギ−の領域では二次電子放出係数は1よりも大き
くなる。衝突する電子の運動エネルギ−が大きい場合、
電子はPBN母材表面の深い場所まで侵入する。深い場
所で発生した二次電子はPBN母材の表面に出てくる途
中で散乱、吸収などで減衰するので、この運動エネルギ
−の領域では二次電子放出係数は1よりも小さい。
【0017】因みに、この発明によるTiN被膜を被着
した誘電体支持棒と、TiN被膜を被着しない支持棒と
を、電子顕微鏡内に設置して加速電圧を15kVにし、
それぞれの支持棒に電子ビ−ムを5分間照射し続けて帯
電の有無を定性的に調べた結果、TiN被膜を被着しな
い支持棒に比べて、TiN被膜を被着したこの発明の支
持棒は5分後もほとんど帯電しないか、若しくは著しく
帯電量が少なかった。
【0018】なお、TiNはバルクの状態では導電体な
ので、誘電体支持棒への被覆量が多いと高周波抵抗損失
が大きくなり誘電体支持棒が発熱する。そして、TiN
被膜を例えば1000nmというように厚く被覆した場
合は、PBN支持棒の表面抵抗が小さくなりすぎ、絶縁
体としての働きを損なってしまうとともに二次電子放出
抑制効果が損なわれる。それに対してTiN被膜の厚さ
を上記の範囲内に設定することにより、すぐれた帯電防
止効果が得られる。すなわち、前記膜厚範囲のTiN被
膜の比抵抗は、PBN自体の比抵抗よりも小さいので、
浮遊電子はPBN表面に吸着しにくくなる。
【0019】上述の実施例は、BN母材の表面にTiN
薄膜を被着させた例であるが、それに限らず、誘電体支
持棒であるBN母材の表面に、このBN母材の常温(2
5度C)での比抵抗よりも小さい比抵抗の被膜として、
表面の常温での比抵抗が1×108 乃至1×1013Ω・
cmの範囲、とくに好ましくは5×108 乃至5×10
12・cmの範囲となるように被膜を被着してもよい。
【0020】また、BN母材の表面に、チタン、若しく
はチタンの窒化物、炭化物又は硼化物の被膜を被着して
もよい。なお、チタンの薄膜は、真空中で蒸着又はイオ
ンプレーティングしてもよい。さらにまた、これらの中
から選択された薄膜により支持棒の表面の常温での比抵
抗が上記の範囲になるように被着させることが望まし
い。
【0021】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
遅波線路を支持する誘電体支持棒の表面への帯電をより
確実に防止でき、進行波管の組立て性にすぐれ、且つ安
定な動作を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す概略縦断面図。
【図2】図1の要部拡大横断面図。
【符号の説明】
15…遅波線路、16…誘電体支持棒、20…支持棒の
母材、21…被膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 遅波線路を誘電体支持棒により支持する
    進行波管の遅波回路構体において、上記誘電体支持棒が
    窒化硼素を母材としその表面に該表面の常温での比抵抗
    が1×108 乃至1×1013Ω・cmの範囲となる被膜
    が被着されてなることを特徴とする進行波管の遅波回路
    構体。
  2. 【請求項2】 遅波線路を誘電体支持棒により支持する
    進行波管の遅波回路構体において、上記誘電体支持棒が
    窒化硼素を母材とし、その表面に、チタン、若しくはチ
    タンの窒化物、炭化物又は硼化物の被膜が被着されてな
    ることを特徴とする進行波管の遅波回路構体。
  3. 【請求項3】 被膜は、5〜15nmの範囲の厚さであ
    る請求項2記載の進行波管の遅波回路構体。
  4. 【請求項4】 遅波線路を支持する窒化硼素からなる誘
    電体支持棒の母材の表面に、真空、若しくは不活性ガス
    を含む混合ガス中の放電によりチタン、若しくはチタン
    の窒化物、炭化物又は硼化物の被膜を付着させることを
    特徴とする進行波管の遅波回路構体の製造方法。
JP7708094A 1994-04-15 1994-04-15 進行波管の遅波回路構体及びその製造方法 Pending JPH07282736A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2883409A1 (fr) * 2005-03-18 2006-09-22 Thales Sa Procede de fabrication d'un top avec effet de charge reduit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2883409A1 (fr) * 2005-03-18 2006-09-22 Thales Sa Procede de fabrication d'un top avec effet de charge reduit

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