JPS5826771B2 - マグネトロン型マイクロ波装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波電子管に関し、特にマグネトロン型
のマイクロ波装置に関する。

本発明の用途は工業用超人電力マイクロ波装置にあり、
例えばプラズマ加熱用益に熱該融合反応維持用に設計さ
れた大電力マイクロ波装置、大電力線状電子加速器、製
造工程用入電カニ業用マイクロ波装置、新物質製造の為
のプラズマ化学用、及び他の工業用農業用機器に有効で
ある。

現在パルス型連続型（又は平均型）を問わず大出力電力
発生用に大電力マイクロ波装置が開発されているが、他
方電子管によるマイクロ波振動発生の場合パルス１波当
りのエネルギー増大の為に多くの専門家の努力が注がれ
ている。

後者は直流電源から得たエネルギーをマイクロ波エネル
ギーに変換する動作を行うが、これは装置の陰極から放
射され陽極電位によって加速された電子ビームが陽極の
減速装置によって作られた高周波電磁界との間で行う相
互作用によるものである。

マイクロ波装置の出力電力、そしてマグネトロン型のマ
イクロ波装置のそれは陰極、陽極、及びエネルギー取出
し開口の材質の特性によって制限される。

％に装置動作時の電気的及び熱的負担に耐え且つ放散さ
せる能力が要求される。

更に装置の電子的能率が出力電力を犬きぐ左右する。

前記の制限は下記の方法によって克服可能である。

即ち電子的能率の増大、陰極材料の電子放射特性の向上
、陰極及び陽極材料の高電気伝導度、高電伝導度並に大
熱容量、陽極設計による大きな最大許容負荷、そしてエ
ネルギー取出し開口の小誘電体損失並に大きなマイクロ
波伝達能力がそれである。

強烈に加熱される電極表面をより効果的に冷却すること
も有効である。

この目的に流体運動によって熱を放散させる液体が使わ
れる。

蒸発による電極の冷却即ち熱交換パイプ等がそれである
。

材料の特性自体は物理的に限られた数値であるから、マ
イクロ波装置からのより大きな出力電力を達成するには
エネルギー変換効率及び密度の増大並に減速装置寸法の
増大によるしかなく、さらにこれは電子ビームが減速装
置の高周波電磁界と相互作用を行う空間の中にある陽極
及び陰極の能動表面積の増大によりさらに促進される。

この考えは次のマグネトロンの平均（連続）出力電力の
限界値を示す式によく表わされている。

ここでＰは平均発生電力の限界値、 ｑは陽極に接続される最大許容負荷、 Ｓは陽極の能動表面積、 ηｅはエネルギー変換（電子的）効率である。

マグネトロン型のマイクロ波装置のエネルギー変換効率
（電子的能率）は９０係又はそれ以上になり得るので、
従ってηｅの最大許容値に対して陽極表面積と、それに
つれて陰極表面積、並にエネルギー放散密度、だけが出
力電力を更に増大する目的に変化し得る要素である。

エネルギー放散密度が最大の時は陽極表面積が変えられ
る。

超大電力マイクロ波装置技術に於ける到達水準の総体的
特性を表わす周波数エネルギー比Ｐｆ２は（１）式によ
って決定され、且つ陽極表面積と波長の２乗ここでＣは
光速、 λは波長である。

故にマグネトロン型大電力マイクロ波装置の開発に当っ
て最も影響力のある要素は陽極表面積である。

これらの装置に於て例えば陰極と陽極の如き電電極の能
動表面積は方位角方向寸法の拡張（この場合陰極直径と
陽極孔の直径及び減速装置の共振器の方位角方向の数Ｎ
が増加する）と軸方向寸法の延長によって増加すせるこ
とが出来る。

マグネトロンの陽極及び減速装置の能動表面積の増大に
関しては物理的制約がある。

事実多空胴減速装置の電気力学的特性によれば共振器数
Ｎと陽極構造の高ｇＨとの増大はλ一定の時、系の伝播
特性の劣化をもたらし、振動共振モードが増える。

周波数と電圧について不要振動モードを必要モード（普
通ｎモード）から切離せない時は装置の安定動作が阻害
される。

マグネトロン型マイクロ波装置の出力電力を増加させる
のに、複数個の各マグネトロンを並列に接続するか、外
部結合チャネルを介して接続するか、又は同一真空４間
内で減速装置の結合素子を介して接続することによって
それらの出力を足し合わせることが可能である。

この問題はまだ完全には解決されていない。

それはマグネトロンとその減速装置との充分に強い結合
が未だ専門家によって発見されていないからである。

この結果高い電力合算能率が遠戚されず、従って必要な
エネルギー変換効率が得られず、故に大出力電力が得ら
れていない。

現在２台のマグネトロン型マイクロ波装置の出力 並列
接続で効果的に合算出来て、合算能率は９０から９８係
に達している。

故に陽極構造内の減速装置を電気的に互に接続して同一
真空４間内の単一装置として働かせる様にしたマグネト
ロン型並列動作マイクロ波電子管の数を増やすことが有
効である。

既知の技術としであるマグネトロン型マイクロ波装置で
は、陽極ブロックとその中に取付けられな減速装置が設
けられ、その減速装置は端末に２本の均圧環を持ってい
る。

これらの均圧環は陽極ブロック中に含唸れる共振器の適
当な薄片に電気的に接続され、これら薄片はｎモードの
振動時に同極性をもつ様にする（参考文献、１９５１年
モスコー市ソビエト無線出版社、ヴイー・エフ・コバレ
ンコ著〃マイクロ波電子工学序論“３頁〜１５頁、又は
１９４８年モスコー市ソビエト無線出版社、ディー・ツ
イスタ、ジー・）・ゲストラム、ピー・ガツトマン共著
“マグネトロン“１４７頁）３前記マグネトロン型マイ
クロ波装置では−がλ２ ０．１〜０．２を超えると、陽極表面積を増加ざぜるに
は分割極の数を増やすしかなく、これによる出力電力の
増大は不可能である。

この状態では近傍の方位角方向振動モード（−−１）か
らの動作モ−ドの周波数分離が損われ、その結実装置は
動作しない。

λ 陽極ブロックの高さを増大すると（半波長−を超える場
合）軸方向のＴＥｏ、−型の電磁波（ｎモード）の群速
度は零に近づく。

その結果相互作用領域に於けるｎモード（ＴＥｏ、−型
）の高層波電界の振幅は陽極ブロックの高さに応じて減
少し、かくして装置は動作しなくなる。

又別のマグネトロン型マイクロ波装置では長さλ が−を超える陽極ブロックが設けられ、そのプロツク内
に均圧環をもつ多段減速装置が含まれ、又その均圧環は
２本１′対となって減速装置の高さ方λ 向に一方が他方の上に位置しその間隔は−より小さい（
参考文献、１９５０年５月１３日発行米国特許第２６４
９５５６号クラス３１５−４０及び１９５９年１１月１
６日発行米国特許第３０４５１４７号クラス３１５−３
９６９）。

上述の装置では陽極表面積を増やして（−がλ２ １乃至２以上の値をもつ様）出力電力を増加ｇ−ｃるこ
とは出来ない。

それはこの時陽極ブロックの高さを１から１，５倍分又
はそれ以上増加させる必器があり、ＴＥｏ、−型電磁波
（π。

モード）の陽極ブロック軸方向の群速度が零に近づき、
動作モードであるπ。

モードのＴＥｏ、一波（ここでπモードに対してはｍ＝
１，２．・・・）によって表わされるモードからの周波
数分離が損われ、その結実装置は動作しなくなるからで
ある。

更にもう一つ別のマグネトロン型マイクロ波装置では均
圧環をもつ陽極ブロックが最低２個設けられ、各ブロッ
クは互に電気的に接続され、又隣接陽極ブロック２個を
１対とした総対数と同数で、隣接陽極ブロックの２個の
空胴共振器の空胴とこれら空胴を共振器の誘導性部分で
結合する空隙とで形成される結合機構によって全ブロッ
クが一体に結合され、各陽極ブロックの均圧環は共振器
の対応する分割極に電気的に接続され、そしてこれら分
割極はπモードの振動時に同極性をもつ（参考文献、１
９５９年１２月２４日発行西独特許第１０９３９１７号
クラス２１ｇ１３／１６）。

この装置は単一真空４間内の直列接続された減速システ
ムを扱っている。

これらの減速方式は陽極ブロックに基づいて且つ一方向
の周期的反復性を呈示し、陽極孔により規定される隣接
個別相互作用領域を有するある種の電気力学的結合多陽
極機構を提供している。

減速システムの内部空間は空隙によって結合されるので
、隣接減速システムの電磁界は自閉的環境におかれて、
空隙を通して同相で励振される。

空隙端部近傍の電磁界は常数要素の確度に統計的近似を
与える相似変換の手法、即ちグリーンの公式により決定
出、来る。

各空胴共振器の空胴を結合する空隙の長−Ｇｔ（これは
平面波導波管の広い側面の長さであるが）は波長に比し
て小さいので、これら空胴の結合は明らかな共振性を有
し、ｋ−ｄ積に依存する。

こ２π こにに＝−は波数でｄは空隙の深さである。

こλ の条件は前記装置の減速システムば１方向周期性の型に
属しそれがそのシステムの実効高を半波長以下に決定づ
けていると云う事実即ちｈ≦−に基いている。

空隙に反共振状態が作り出された時には前記結合は大巾
に減少し、係数に、ｔによって決定されて、陽極ブロッ
クの結合周波数の分離は低下する。

この場合電気力学的多陽極構造は単一減速システムとし
て動作ぐず従って装置は動作ぐず電磁振動によって発生
された電力は合算出来なくなる。

更に縦続接続された減速システム（陽極ブロック）は振
動の結合モードの低下を抑える事が出来ない。

これは結合空隙が閉曲線に沿って設けられている為、電
磁波が長経路経由（減速システム回路）と短経路経由（
結合空隙回路）とで異った群速度で通過すると云う事実
によるものである。

その結果非抑圧振動が４モードと二重抑圧振動が２モー
ド存在して装置の動作を阻害する要因となる。

故に本発明の目的は複数の陽極ブロックとこれら陽極ブ
ロック内に設けられた単一減速システムとを備え、前記
陽極ブロック間のより強い結合と、従って装置のより大
きな出力電力を得ることの出来るマグネトロン型マイク
ロ波装置を得ることにある。

本発明によれば、マグネトロン型マイクロ波装置はそれ
ぞれ均圧環をもった少くとも２個の陽極ブロックを備え
、これら陽極ブロックは互に電気的に接続され、又隣接
陽極ブロック２個を１対とした総対数と同数の結合手段
で相互に結合され、また各結合手段は隣接陽極ブロック
の２個の空胴共振器の室とそれら室を誘導性部分で結合
する空隙とで形成され、各陽極の均圧環は共振器の対応
する分割極に電気的に接続され、そしてこれら分割極は
πモードの振動時に同極性をもつ。

そして本発明によれば同極性の分割極を電気的に接続す
べく設計された互に異なる極性の均圧環は前記陽極ブロ
ックの各々の中で１対の均圧環に組上げられ、前記陽極
ブロックの中の一つの対の均圧環は他の陽極ブロックの
中の対応する均圧環対と大体同じ高さに位置し、そして
これら均圧環対は高さ方向に発生されている振動の半波
長を超えないピッチ中配列されて陽極ブロックが複合多
段３次元周期性減速システムを構成し、各２対の均圧環
は隣接陽極ブロックに属する共振器の隣接分割極に電気
的に接続され、これら共振器の誘導性部分が空隙を包含
し、空隙は共振器の室（空胴）と共に結合装置として動
作し、又その異極性から周期性反復構造の絞り附導波管
線路を構成する。

ここで結合装置の長さは均圧環対の積み重ねピッチの２
倍以上とする。

各烏合手段の空隙を対応する共振器の隣接分割極（ベイ
ン−ｖａｎｅ ）で形成するのが有利であり、これら分
割極は基部が互に連結されていて、異極性の均圧環と結
合されている様にする。

実施に当って陽極ブロック内の均圧環は一個所が開いて
いる環状にするのが望普しく、この時環の端部の間の隙
間の位置が均圧環の対の積み重ね全体として見た時も、
対の中の均圧環単体を見た時も、螺旋状に配列されるの
が望捷しい。

本発明のマグネトロン型マイクロ波装置に於て陽極ブロ
ック間の電気的結合がより強くなされて、複合多段３次
元周期性減速システムが与えられ、充分な周波数分離に
よって装置の動作安定が確保される様になる。

陽極ブロックの全能動表面積は係数−が５乃至１０にな
る１で増加することがλ２ 出来、それによってより大きな出力電力とより高い電♀
的能率が達成される。

陽極ブロックのよく設計された結線図によって結合モー
ド発振の抑圧を除き単一複合装置を使って全モードを取
り扱って発生電力を陽極ブロックの中の一つから出力す
る事力予可能になる。

複合多段３次元周期性減速システムによって装置の占有
空間は最高度に活用されて単位体積当りの電力は増加し
、電気力学構造体の表面利用度が３次元的に可能な限り
高められる。

こ＼で具体例として添附図面を参照しながら本発明を詳
述することにする。

本発明のマグネトロン型マイクロ波装置はマグネトロン
発振器であるが本文では更に多陽極マグネトロンとして
言及している。

このマグネトロンは最低２個の陽極ブロックにより構成
される複合３次元周期性減速システムを包含し、本発明
に従って３個の陽極ブロック１（第１図）が設けられλ る。

これは高さが−より低くない１個の中央プロツタと２個
の側面ブロックから成り、真空容器２の中に位置する。

複合減速システムは３個の方位角方向に封じられた長い
周期性反復構造物を含みその各々はこの実施例では分割
極型である電気的に直列接続された一連の共振器３を包
含し、陽極ケース２の本体の中に組込１れている。

共振器３の各対は隔壁を挾み、この隔壁が分割極（ベイ
ン−ｖａｎｅ ） ４である。

分割極４の端面ば陽極孔５を構成し、その中にヒーター
７をもつ陰極６が格納される。

本実施例では陰極６は２本の同軸金属管である。

３個の陽極ブロックの各々は均圧環８，９を包含し、こ
れらの均圧環はπモード発振時に同位相を表わす分割極
４同志を電気的に接続するのに使われる。

よって均圧環８は各陽極ブロック内で偶数番号とも呼べ
る一つ釦きの分割極４を電気的に接続し、その極性は奇
数番号とも呼べる均圧環９によって接続される一つ釦き
の分割極４の極性と反対である。

最も互に近い異極性の均圧環８と９は各々同極性の分割
極４を接続するのであるが、これらを組として各陽極ブ
ロック１内の均圧環対１０（第２図）と呼ぶことにする
。

均圧環対は陽極ブロック１の全高に亘って積み重ねられ
て配置される。

各陽極ブロック１の各均圧環対１０は他の陽極ブロック
１内の対応する均圧環対１０と大体同じ高さに位置し、
この位置が各単一減速システムの一つの段階を決める。

他方、均圧環対１０の積み重ねのピッチｈは発振波長の
半分を超えない様にする。

上述の如く陽極ブロック１は互に電気的に接続され且つ
結合構造体と空隙１２とによって互に結合される。

即ち結合構造体はここで２個の結合装置１１（第１図）
であるが、これらは隣接陽極ブロック１の２個の共振器
３の室によって構成される。

また空隙１２は室を結合するもので各陽極ブロック１の
共振器３の誘導性部分に作られる。

結合装置１１によって電気的に接続された陽極ブロック
１は共振器３の繰返しによる方位角方向周期性反復構造
と、交互に繰返される均圧環対１０による軸方向（陽極
ブロック１の高さの方向）並に横方向（一つの陽極ブロ
ック１から次の陽極ブロック１に向う方向）の周期性反
復構造とを有し、かくて複合多段３次元減速システムが
完成する。

各均圧環対１０は隣接陽極ブロックに属し共振器３（第
１図）の隣接分割極４に電気的に接続されるが、これら
共振器３の誘導性部分は空隙１２を包含し、これら空隙
１２は共振器の室と共に結合装置１１として動作する９
で、均圧環対１０は最長波長を与えるπ。

モードの発振に対して異なる極性をもつ。

かくて上述の均圧環対１０は結合装置１１の中に絞り附
導波管線路１３（第２図）を形成するのに使われ、との
導波管１３は周期性反復構造をもち、２列の均圧環対１
０を対向ピン（絞り）として有する。

対向ピンの位置は結合装置１１（第１図）の対向入力部
で深さｄである。

結合装置１１の陽極ブロック１の高さの方向に測った長
さくｔ）（第２図）は少くとも均圧環対１０の積重ねピ
ッチ（ｈ）（第２図）の２倍の値２ｈ以上であり、極端
な場合は長さく杓ハ陽極ブロック１の全高と等しくなる
。

結合装置は又減速システム及び結合装置それ自体の両方
に属する素子によって構成されることもある。

第３図は結合装置の変型１４を示し、こ＼で空隙１５１
／′ｉ対応共振器３の隣接分割板４によって形成され、
これら分割極は基部が互に直接連結されて且つ異極性を
もつ均圧環８と９（第４図）に結合される。

従って結合装置１４（第３図）の空隙１５は対応共振器
３の室と一体に作られている。

本発明の装置の上述の実施例では隣接陽極ブロック１は
機構的電気的に陽極孔５（第１図及び第３図）の中心が
同す軸上にあり且つ陽極ブロック１の空隙１２（第１図
）及び１５（第３図）の中心を通る長さ方向の同一平面
上にある様に結合されている。

もつと一般的な場合には複数の陽極ブロックが中心の陽
極ブロックを取巻く様に配置され３個の陽極孔の中心が
単−又は異った長さ方向の平面上に来る様に電気的に接
続され且つ結合装置によって結合される事が可能である
。

陽極ブロック１の均圧環８と９（第２図及び第４図）は
図に図形的に示された様に開放環として実施出来る。

各陽極ブロック１の環をその端部の間の隙間が均圧環対
１０の積み重ね全体として見た時も対の中の均圧環単体
を見た時も螺旋状に配列する様装置するのが有利である
。

出力結合装置１７（第１図及び第３図）は発生されたエ
ネルギーを出力する様設計され、上述の実施例では二重
誘導ループ１８と同軸導波管線路１９として実施され、
これらは希望の陽極ブロック上に取り付けらる。

中心ブロックでも側面ブロックでも構わない。

第１図及び第３図では装置１７は中心の陽極ブロック上
に取り付けられている。

本発明の装置が電力増幅器として使われる場合及び出力
電力が複数の使用者に分配される場合は必要に応じて出
力装置の数を増やすことが出来る。

ヒーターＴをもった陰極６は各々の陽極ブロック１に陽
極孔５の軸に沿って真空用金属−磁器絶縁体２０（陰極
支持物）によって固定される。

この絶縁体は端子２１と２２を含みこれらによってヒー
ター１のフィラメント回路と陽極電圧回路とが電源Ｕｎ
、！：Ｕａに接続される。

陽極ブロック１のケース２は正電位Ｕａに保たれ、そし
て接地される。

第１図は本発明の装置の一つの変型を示し３個の陰極６
とヒーター７が並列に電源ＵｎとＵａの供給線に陽極接
地回路に従って接続される。

第３図は本発明の装置の別の変型とその接続を示す。

こ＼で陽極電圧はスター接続の３相交流電源から取って
いる。

各相の供給電圧は各々に対応する陰極６に印加されケー
ス２はスター接続の中心零点に接続されて、フィラメン
ト電流は個別電源Ｕｎ１ Ｕｎ２及びＵｎ３ からヒー
ター７に流れる。

本発明のマグネトロン型マイクロ波装置は以下に述べる
如く動作する。

真空に排気されたケース２の中の陽極孔５の中心に位置
する陰極６（第１図）はヒーター７を電源Ｕｎのフィラ
メント回路に接続することによって必要温度１で加熱さ
れる。

陰極６によって、陽極を形成する分割極４の端面との間
の相互作用領域に放射された電子は陽極電圧供給電源Ｕ
ａ −１極６と陽極との間に並列供給回路に従って挿入
することによって生ずる電界によって加速される。

陽極ブロック１の軸方向に向けられた磁界の存在の下で
、陽極電圧がある値の時電子は分割極４の間隙を通過す
る際装置の減速システム内に高周波振動を誘起する様に
なる。

分割極間隙に起された高周波振動は電子を束ねて線束に
する様働く。

印加された陽極電圧と磁界の作用で、線束は陽極表面に
沿って減速位相に保たれている遅い波の誘起高周波振動
と同期する様導かれる。

かくて線束は電源Ｕａから得たエネルギーを高周波電磁
界に伝達し、直流供給源■木しギーがマイクロ波発振エ
ネルギーに変換されたことになる。

このマイクロ波発振エネルギーは各々の陽極ブロック内
の共振器３に蓄えられこれが装置の減速システムを構成
するのである。

この複合多段３次元周期性減速システムは電子流の同期
運動に対応する周波数の振動モードで共振状態に保たれ
る。

。この時電子流はこのモードの振動のみによって表わさ
れる電磁波と相互作用を行っているのである。

第１図の本発明の装置は自励発振のモード、普通最長波
長のπ。

モード（ＴＥｏ、−型波）で動作する。

この装置は増幅モードで外部制御信号を使って動作する
ことも出来ると云う点で有利である。

ＴＥｏ、−型波は隣接分割極間の移相角、即ちπに相当
する方位角方向の変化と陽極ブロック１の両端の電磁界
Ｑ差即ち零の変化を有し、３個の陽極ブロック１の各々
の中で励振される。

陽極ブロック内の空隙に結合された共振器の場合は最長
波長のπ。

モードで結合周波数ｆ１に於て同一振幅をもち位相同期
された高周波振動が生じる。

その電磁エネルギーは陽極ブロック内にπ。

モード発振に相当する他の二つの結合周波図ｆ２とｆ３
の形でも蓄積可能である。

周波数ｆ２では振動振幅は中央陽極ブロックでは零に等
しく、両側陽極ブロックでは互に等しいが１８０°の移
相角をもつ。

周波数ｆ３では振動振幅は両側陽極ブロック１では互に
等しく同位相であり中央陽極ブロック１では前２者に対
して１８００の移相角をもつ。

結合陽極ブロックをもつ装置の動作安定度はπ０モ一ド
発振で増加し結合周波数間の分離も増加する。

周波数分離は陽極ブロック１間の結合の仕方に大きく依
存し、結合陽極ブロックをもつ装置の動作状態は実質的
には結合度のみによって決定される。

更に結合度は各陽極ブロック１内で行われるマイクロ波
発振電力合算の有効度を決定し、１個の陽極ブロックを
経由して有効負荷に全マイクロ波電力を投入する有効度
をも決定する。

本発明の装置は多段３次元周期性減速システムが陽極ブ
ロック１間の結合度を殆ど１に等しく与えると云う点で
有利である。

この利点は均圧環８と９から成る均圧環対１０（第２図
）の多段で周期性反復配置によってもたらされたもので
ある。

均圧環対１０は結合された陽極ブロック１内で同じ高さ
に位置し、同一高さの対の均圧環の群は半波長を超えな
いピッチｈ（ｈく−Ｌ）で次の群と隔２ 離される。

上述の減速システムの電磁波は波のベクトルβを決定づ
ける３個の周期Ｐｉに対する移相角ψｉによって特徴づ
けられる。

その様な減速システムでは高周波エネルギーＰの流れは
上昇する傾向にあリエネルギー変換速度ｖ８ニーも又上
昇する。

ここでＷは流れ伝播方向の減速システムの単位長当りに
蓄えられる平均エネルギーである。

３次元周期性システムの速度Ｖ８は群速度Ｖｇに等しい
から、群速度も上昇し結合周波数の分離が増加する。

広い通過帯域での結合度の増加は結合装置１１（第１図
）の空隙１２の長さく力（第２図）が陽極ブロック１に
沿って測って、導波管寸法即ちπ。

モード発振の限界波長の半分より少くない長さにまで延
長されていると云う事実に起因するのである。

結合装置１１を構成する室を持つ共振器３（第１図）の
隣接する分割極４に結合された均圧環８と９（第２図）
は空隙１２の全長に亘って絞り附き周期性導波管線路１
３（第２図）を空隙１２の入力部に構成するのに使われ
る。

線路１３は１つの陽極ブロック１から他へのπモード振
動高周波エネルギーの広帯波変換を可能にするものであ
る。

何故ならばπモード振動の振幅は結合装置１１（第１図
）の対向する入力部（深さｄの距離）では互に等しいが
１８０°移相されるからである。

結合装置１１の長さく力に沿っての高周波振動の振幅、
従って空隙１２に沿ってのそれは陽極ブロック１の全高
に亘っての相互作用領域に於ける相当するπモードの振
幅に対応する。

本発明の装置の利点は陽極ブロック１間の電気的結合の
増加に伴なって結合周波数の分離がπモードに於てのみ
ならず移相角９手Ｏ２πをもつ他のモード、特に（−−
１）モードに於てももたらされることである。

陽極ブロック１は互に接続され結合装置１１によってブ
ロック間が結合されているので、本発明の装置に異種モ
ードの振動に対して選別性のある結合から成る新しい特
徴が与えられる。

更に陽極ブロック１単体の対称性に関連する移相角ψ−
ｔ＝ｏ、πをもつモードの二重抑圧が除去される。

その結果本発明の装置はπ。モードに於ける安定動作を
特徴とし、電圧電流特性に於ける動作領域が拡大される
。

故にπモード発振時の電磁波は一つの陽極ブロック１か
ら他のブロックへ各陽極ブロック１内と同じ群速度で伝
播して行き、全陽極ブロック１からの電磁エネルギー流
は無損失で結合装置１１内で合算すれ陽極ブロック１の
一つから出力し得る。

全高周波エネルギーは中央の陽極ブロック１を通して２
個の共振器３に接続された二重誘導ループから成る結合
装置１７により出力され、そして同軸導波管線路１９（
又は導波管線路）を通過して真空誘電体開口をもつ金属
−磁器型出力器具を経由して負荷に導かれる（高周波負
荷と開口は図面には示してない）。

陽極ブロック１間の高周波振動相互同期を向上ｇ−ｅる
為に陽極ブロック１間の電気的結合を大巾に強化するこ
とは動作モードと不要モードとの周波数分離を増大し、
より安定な装置の動作と単一出力結合装置１７に於ける
陽極ブロック１の出力電力の効率的な合算とを確実なも
のにする。

結合装置１４は第３図に従って実施出来る。

この変型に於て結合装置１４の空隙１５は隣接陽極ブロ
ック１の共振器３の隣接分割極４の基部を互に直接連結
することにより構成され、分割極の頂部は異極性の均圧
環に結合される。

この様な構造はｄ＜＜λ（第４図）となる密結合を可能
にし深い空隙１５を通しての望１しくない結合損失を除
去する。

これは空隙１５の深さｄが波長と同等な場λ 合、即ちｄ＞−Ｈの時特にそうである。

陽極ブロック１の開環状の均圧環対８と９に於ける不連
続は陽極ブロック１の減速システムの方位角方向対称性
を損ないがちで、その結果移相角９手Ｏ２πをもつ２極
子モードが抑圧されずこれらのモードでの陽極ブロック
１間の電気的結合が増大する。

これは単一出力結合装置１７（第３図）使用時の移相角
９手Ｏ２πをもつ非動作モード、特に（−−１）モード
、の負荷条件改善となり、動作π。

モード発振時の装置のより安定な動作が達成される。

均圧環８と９（第４図に於ける不連続はπ。

モードと隣接の方位角方向モード（Ｎ１）モードを含め
て周波数分離を成る程度減少さぜる傾向をもつ。

非動作（−−−１）モードに負荷をかけるには陽極ブロ
ック１内の結合を増加し開環状の均圧＠８と９を用いる
必要がある反面、π。

モードと（−−１）モードの周波数を充分に分離する必
要がある。

かくて最善の妥協点は端末間に隙間１６をもつ開環の配
置を各陽極ブロック１内で隙間１６が螺旋を描く様にし
た場合である。

この時減速システムの対応する均圧環対１０によって形
成される各段に於て、（−−１）モードの振動は高周波
電磁界の振動面の方位角方向の傾きを変えて、π。

モードからより大巾に周波数分離される。

２極子モードの抑圧が除去されるのは陽極フロック１間
の結合が特に（−−１）モードの周波数、一般には移相
角９字Ｏ２πをもつモードの周波数、に於て強化された
結果である。

故に出力結合装置１７（第３図）を介してのψ＝Ｏ２π
によって特徴づけられるモードの負荷条件は改善され、
これらモードによる妨害は減少する。

かくて本発明の装置が陽極ブロック１の全高に亘って隙
間が螺旋状に並ぶ様配置された開環状の均圧環対８と９
（第４図）をもつ多段３次元周期性減速システムを包含
することは有益である。

第３図による多陽極（この実施例では３陽極）装置の結
線は第１図に示した型では必要であった特殊な整流器な
しに交流電源を使りことを可能にする。

第３図の実施例では陽極ブロック１は交互に移相角１２
０°で各相の正電圧の期間だけ動作する。

第１図及び第３図の実施例では結合装置１１と１４に関
して、群表現定理によれば、結合振動の全８個の可能モ
ードは抑圧されず互に直交する。

これらのモードは相互干渉せず装置の効率的動作を確実
なものにする。

本発明の装置の設計上の特徴と変型とは新しい多段３次
元周期性減速システムを複数の陽極ブロックを互に連結
し且つ一体に結合することによって可能にし、又減速シ
ステム、陽極ブロック及び陰極の全能動表面種の増加に
より出力電力の増大を可能ならしめるものである。

かくてマグネトロン型多陽極マイクロ波装置により強力
な陽極ブロック間の結合が与えられる。

その結果−中λ２ ５〜ｌＯなる陽極の全能動表・面の最大許容面積が達成
され、同時にπ。

モードと共存する非動作モードとの間に相当な周波数分
離度が確保される。

更に発生（又は増幅）された動作周波数に於ける電力は
単一出力装置を用いて合算され、その晶果より大きな出
力電力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマグネトロン型マイクロ波装置の
概観図（陽極ブロック横断面と一部の断面を含む）であ
りこの装置には本発明の複合多段３次元周期性減速シス
テムと直流及び交流電源への並列配置接続が備えられて
いる。 第２図は本発明の装置に属する１台の多段３次元周期性
減速システムを陽極ブロックの中心線に沿った断面の図
形的表示である。 第３図は本発明による第１図の変型の概観図で陽極ブロ
ックの対応する共振器の隣接分割極によって形成される
結合空隙を包含し、３相交流電源へのスター配線を併せ
て示す。 第４図は本発明による第２図の変型で隙間が螺旋に沿う
様配置された開環群として実施された均圧環を備えてい
る。 主な参照番号、１・・・・・・陽極ブロック、３・・・
共振器、４分割極、８，９・・・均圧環、１０・・・均
圧環対、１２・・・空隙、１３・・・絞り附導波管線路
、１４・・・結合装置、１５・・・空隙、１６・・・開
環状均圧環の端部間の隙間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 均圧環８，９をもつ少なくとも２個の陽極ブロック
   １が互に電気的に接続されるとともに隣接陽極ブロック
   １を１対とした総対数と同数の結合手段１１，１４で結
   合されており、各結合手段は隣接陽極ブロック１に属す
   る２個の共振器３の室とそれら室を共振器３の誘導性部
   分で結合する空［１２、１５とで形成され、各陽極ブロ
   ック１の均圧環８，９は共振器３の対応する分割極４に
   電気的に接続されており、前記分割極４はπモード振動
   時に同極性をもつ様にされたマグネトロン型マイクロ波
   装置に於て、異極性を持ち同極性の分割極４を電気的に
   接続するための均圧環８，９が各陽極ブロック１内で均
   圧環対１０を形成しており、１つの陽極ブロック１の１
   つの均圧環対１０が他の陽極ブロック１の対応する均圧
   環対１０と大体同じ高さに位置してかり、そして対応す
   る高さの均圧環１０が高さ方向に発生されている振動の
   半波長を超えないピッチで他の対と距離をおいて配置さ
   れて、陽極ブロック１が複合多段３次元周期性減速シス
   テムを構成しており、各２対の均圧環１０は隣接陽極ブ
   ロック１に属し共振器３の隣接分割極４に電気的に接続
   されており、前記共振器３はその誘導性部分にこの共振
   器の室と共に結合装置１１，１４として動作する空隙１
   ２，１５を包含しており、前記均圧環対は結合装置１１
   ゜１４内に周期性反復構造の絞り付鼻波管線路を構成す
   るように異極性をもっており、結合装置１１゜１４の長
   さが陽極ブロック１の高さに関連して対応する高さの均
   圧環対１０の間のピッチの２倍以上になる様にされたマ
   グネトロン型マイクロ波装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のマグネトロン型マイク
   ロ波装置に於て各結合装置１４の空隙１５が対応する共
   振器３の隣接分割極４によって形成されており、前記分
   割極４が基部を直接連結されて異極性をもつ均圧環８，
   ９に結合されている、マグネトロン型マイクロ波装置。 ３ 特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載のマグ
   ネトロン型マイクロ波装置に於て、陽極ブロック１の均
   圧環８，９が開環状であり、各陽極ブロック１の前記開
   環は端部の間に出来る隙間１６が各均圧環対１０内で片
   方の開環から他方を見た時、及び均圧環対１０同志の間
   で螺旋に沿う様装置されている、マグネトロン型マイク
   ロ波装置。