JPS5828159A - 広い梯子段を有する進行波管相互作用回路 - Google Patents

広い梯子段を有する進行波管相互作用回路

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JPS5828159A
JPS5828159A JP57130541A JP13054182A JPS5828159A JP S5828159 A JPS5828159 A JP S5828159A JP 57130541 A JP57130541 A JP 57130541A JP 13054182 A JP13054182 A JP 13054182A JP S5828159 A JPS5828159 A JP S5828159A
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ladder
wall
ladder rung
space
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JP57130541A
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ア−サ−・カ−プ
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/16Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/24Slow-wave structures, e.g. delay systems

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  • Microwave Tubes (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

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】 発明の分野 本発明は、進行波管に用いられる遅波回路に関する。そ
のような回路の晋通の形態は金属製梯子構造であり、そ
の梯子の各段が金属製外被にわたり接続された周期的相
互作用素°子をなす。
発明の概要 本発明の一目的は、周波数の有用帯域にわたり高い相互
作用インピーダンスをもたらす進行波管(TWT)のた
めの遅波回路を提供することである。
他の目的は、正確な公差で製造容易な、非常に高い周波
数のだめの回路を提供することである。
他の目的は、良好な熱放散をもたらす設計寸法を結果と
して導く、基本後進波を伝播させる回路を提供すること
である。
これらの結目的は、金属製梯子構造、及び梯子段のそげ
にあってT字断面を有し基本後進波伝播特性をもたらす
外被空間によって達成される。第1の前進波空間調和状
態で動作するときに、梯子段は機械的に強く又熱を適切
に伝導させるのに充分な厚みを有する。梯子段の幅はそ
の長さの少なくともAであり、以て最低周波数通過帯域
において各帯域端にインピーダンスの極がある。かくし
て、相互作用インピーダンスは、動作周波数の広範な範
囲にわたって高く維持され、次に高い通過帯域の帯域端
では低くされ、以てこの帯域での不安定性が回避される
従来技術 基本的な梯子を基礎とする進行波管の相互作用回路を第
1図に示す。中空の方形導波管10が、その中心面を横
切る梯子段12の隔置配列を有する。電子の平坦ビーム
14が、回路の周期的相互作用素子をなす梯子段12に
近接して、導波管の軸方向下流に射出される。この回路
は、Easltronとして知られてきた(何故なら、
建造が易しいと考えられていたからである)。この回路
は、零の帯域幅をもたらすが、固定周波数発振器のみに
適合する。
第2図は第1図の回路の改良型を示し、これはKarp
  回路として知られる回路の異形として認識され得る
。梯子段12’の中心付近に容量性負荷のりツー)16
を設けることによシ、まあiあの帯域幅を有する回路が
作られる。しかしながら、その基本波が前進波であるの
で、周波数領域にわたっての固定速度電子ビームとの同
期相互作用の咬合には、周期長当たりの位相シフトβデ
は0〜・πラジアンの範囲内になければならない。もし
、10〜100GHzなどの非常に高いマイクロ波周波
数が増幅されるべきならば、短周期の必要性から梯子段
断面が小さくなり、そのため梯子段は大きな電力を処理
できなくなり、又製造も困難となる。その代わりに2π
〈βP<3πを基礎とする増幅器設計が考えられる。こ
の場合、梯子段はよりがっしりしたものとなるが、利得
は非常に低くなる。何故なら、高次の空間高調波状態を
伴うからである。
第3図にボす従来技術の梯子基礎回路が、逆方式で負荷
されている。梯子段の中心におけるλつ又は2つの容量
性負荷リッツ16の代わりに、無線周波磁場が大きい梯
子段12〃の外、方端付近に、1組の鍔導性遮蔽突出部
18が位置されている。
この回路は、第4図のω−β図で示されるような基本後
進波特性をもたらす。周波数領域にわたって定速電子ビ
ームと同期的に相互作用−するためには、周期P毎の位
相シフト社π〜2πラノアンの間になければならない。
よシ長い周期長Pは、段12“の厚さDの増大を可能に
する。事実、電子ビームは回路波のうちの第1の前進空
間調和波と相互作用し、その波が誤った位相のときに周
期の一部分の間梯子段内部の電子がその波の場から良く
遮蔽されるべきであるので、大きな厚さDが要求される
。最終的な結果、段の厚さDが第2図の前進波回路で可
能な厚さよりも大きくなる。そればかりでなく、梯子段
は、非常に高次の空間調和相互作用状態及びその結果と
しての非常に低い利得がもたらされる程、厚くは作られ
なかった。より大きな熱放散容量及び起伏の増大が得ら
れる。マイクロ波と電子ビームとの間の結合を得るため
に、円筒形ビームが梯子段12’内の孔20を通して射
出される。
第4図のω−β図は、第3図の従来技術回路の位相特性
を表わす。周期当たりの位相シフトβpK対する周波数
ωが縦にスロットされている。直線22の傾斜は、電子
ビームの一定速度を表現している。最低通過帯域での周
期当たりの位相シフトの曲線26と速度線22との交点
付近の周波数において、同期に近い相互作用が得られる
。帯域の端FL及びFTにおいて、回路の相互作用イン
ピーダンスは臨界値を呈する。インピーダンスは、電子
流の方向での無線周波電場強度の軸方向成分の尺度とな
る。帯域26、の下方(π)端F、のところに、バラ印
で示される相互作用インピーダンスの極がある。電場は
全て軸方向性であり、又与えられた電力流に対し、帯域
端でない周波数における位置に関して電場の絶対値が極
めて大きい。上方(2π)端FTのところに、丸印で示
される零の相互作用インピーダンスがある。この点では
電場が強いが、完全に横方向である。この点での実際的
特徴は、FTに接近する周波数のところでインピーダン
スが次第に低くなり、進行波管の利得及び効率が不利に
なるということである。さらに、曲線28で表わされる
より高い周波数通過帯域は、その下方遮断周波数FC及
び2πの位相シフトのところに、インピーダンス極34
を有する。この極の付近で速度線22が位相シフト線2
8に交差し、高インピーダンス回路波との同期相互作用
を示す。この事は、この点でおそらく望まれない発振を
生じるだろう。
第5A及び5B図は、本発明を実施した遅波回路の横断
面図及び軸方向断面図である。梯子段12′の幅Tは、
第3図の従来技術回路のそれよりも実質的に増大してい
る。しかしながら、梯子段12#Fは、導波管突出部1
8″′に接触しているわけでなく、それらとの間に少な
くとも1つの狭いスロツ)30がある。もしそのような
スロットがないとしたら、より多くの縁が存在し、そこ
に沿って溶接が必要とされ、半田の過剰又は不足による
回路欠陥の可能性が高くなる。梯子段12”はなお突出
部18′により負の誘導性負荷がかけられ、突出部によ
って短絡されていない。寸法S、は、不変的にS、の数
倍となる。
遅波回路として用いられるより複雑な構造の正確な数学
的解析は、通常可能ではない。一般に、回路素子の冷却
試験モデルでの測定によって、伝播特性が決定される。
第6図は、第3図の従来技術回路の膜幅と第5図の本発
明の回路の膜幅との中間である臨界膜幅Tを有する回路
についての、実験的に測定したω−β図である。厚さが
この臨界値の場合には、下方通過帯域26′の高い方の
帯城端周波数FTは、上方通過帯域28′の低い方の帯
域端周波数FCに等しくなる。この条件は、結合通過帯
域(coalesced pa8sband )  と
して知られてい−る。ω−β図の2本の分枝は、共通の
帯域端Fc=FTのところで互いに交わっている。結合
通過帯域条件は、今考えている型の進行波管のためにし
ばしば有用である。何故ならば、相互インピーダンスが
24′のところで高く維持され、しかも結合点32のと
ころで低いので、32付近の望まれない発振が妨げられ
るからである。膜幅Tを増大させると全く新しく異なる
種類の効果が導入されることを説明するために、ここで
結合通過帯域について議論テる。膜幅Tが第6図で結合
のために要する臨界値まで或いはそれを越えて増大され
るときに、新しい効果の最も有用な範囲が得られる。こ
の有用な範囲は、段12′のス・ぐンWの2よりも一般
に大きいことが分かった。本発明の寸法を有する回路に
対する、より一般的なω−β図が、第7図に示されてい
る。2つの通過帯域26“及び′28〃は、第4図の従
来技術回路についてのものとほとんど回路が転換してい
るので、ある種の変化が起こっている。高い方の通過帯
域28の下方帯域端F’Cのところにあったインピーダ
ンスの極34が、低い方の通過帯域26’の上方帯域端
の点36へと移転した。曲線26の零点は同様K、βP
=2πにおいて全て上方通過帯域28’へと移動した。
この注目すべぎ変移の結果として、相互インピーダンス
は、有用な下方通過帯域の両端で高く、又それ故にそれ
らの間でさらに上昇する。かくて、進行波管の効率及び
利得が増大される。
本発明の構造が含むさらなる本質的利点は、進行波管の
安定性である。第3及び4図の従来技術回路の場合には
、速度線22は、下方遮断点34付近で上方通過帯域曲
線28に接近し或いは交差している。従来技術における
この点34はインピーダンスの極に対応し、それで進行
波管はその遮断周波数FC付近の上方通過帯域28で発
振する傾向がある。しかしながら、第5.6及び7図の
本発明の回路の場合には、上方通過帯域28“の遮断点
34″が相互インピーダンス(つ零点に対応し、それで
この周波数での不安定性が非常に減少される。
或いは、結合点32が相互インピーダンスの有限低値に
対応し、同様に不安定を良く防ぐ。
第8図は、本発明を実施し得る梯子基礎回路の建造方法
を説明する図である。回路部品は、無酸化高導電鋼(0
FI(C)で作られるのが好適である。
極めて高いマイクロ波周波数(ミリメートル波)の場合
には、回路は非常に小さく繊細であり、例えば、単一の
銅厚板に方形穿孔する電荷放電マシニング(elect
ric−discharge machining )
によって形成されるのが良い。第8図において、1組の
半俤子40が銅板から形成され、各々がノツチ42を有
し、それが合体したときに、ビームが通過する開口20
′を形成する。各ノツチは、2正方形でなく半円であっ
ても良い。そのトンネル断面は円形であっても方形であ
っても、それは本質的に重要ではない。半梯子40は2
枚の力・々−グレート44の間に組み立てられ、カバー
グレート44は非接触負荷突出部18″を有し、寸法S
、はS、の少なくとも数倍である(第54fi参照)。
これら4つの部材は、溶接又は焼結に り組み立てられ
、梯子基礎回路及びその真空外被を形成する。変形的に
は、2つの半梯子の代わりに、既に内部に円形トンネル
を有する厚板が得られればその単一厚板を所望の梯子へ
と切削しても良い。その場合に、例えば伸長したスチー
ルワイヤの周囲で溶融鋼を成型した彼、引っ張って又は
酸によりワイヤを除去することにより、円形トンネル厚
板が得られる。
前述の溶接又は焼結は、回路欠陥を引き起こすいやな状
況をもたらす。もし金属の流出が多過ぎると、内部寸法
が乱される。もし少な過ぎると、回路抵抗(損失)が増
大する。本発明の価値ある効果は、その設計により数多
くの梯子段の何れKついてもその4隅の何れの隅におい
ても溶接の必要がないということである。その代わりに
ただ、4つの縦方向合せ溶接が段/穿孔領蛾の外側で必
要とされるだけである。
第9図は、本発明の変形一実施例の横断面図であり、回
路が種々の形を有して良いということを示している。一
様断面の段よ2も、テーパ付けされた段50の方がより
良い熱伝導を有するだろう。
負荷突出部52は丸くなって、段50からの非一様間隔
を与える。要求されることは、段の端56付近の空間5
4が、段の中央部58付近のそれよりも小さいというこ
とである。
回路の多くの変形が本発明の範囲内にあるということが
、当業者には明白であろう。上記実施例は例示のだめの
ものであり、限定的なものではない。段は一様断面であ
る必要はなく、テーパー付けされても或いは不連続であ
っても良い。段と外被との間の空間が中央部よりも端部
における方が小さい限り、負荷突出部は方形である必要
はなく、稽々の形状であって良い。本発明の範囲は、特
許請求の範囲及びその法的等個物によってのみ限定され
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来技術の基本的な梯子回路の斜視図である
。 第2図は、基本前進波を支持する従来技術梯子回路の斜
視図である。 第3A及び3B図は、基本後進波を支持する従来技術梯
子回路の横断面図及び軸方向断面図である。 第4図は、第3図の回路のω−β図である。 第5A及び第5B図は、本発明を実施した回路の横断面
図及び軸方向断面図である。 第6図は、本発明の実施である、第5図の回路を変形し
た回路のω−β図である。 第7図は、第5図の回路のω−β図であるつ第8図は、
第5図の回路の建造方法を説明する斜視図である。 第9図は、本発明の変形的実施例の横断面図である。 〔主要符号の説明〕 10’・・・導波管 12”・・・梯子段 18N′・・・突出部 20”・・・開口 30・・・空間(スロット) 56・・・端部 58・・・中央部 手続補正書 特許庁長官  若 杉 相 夫殿 1、事件の表示 1tif44157年特許願第130
541号3、補正をする者 事1′1.との関係#f#F出願人 住 所(居所) 氏 名(名称) パリアンeアソシエイッΦインコーホ
レイテッド4、代理人 住所東IX都も区西新橋1丁[16番21号大和銀行虎
の門ビルディング 6、補正の対象図  回 7、 補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 軸方向に伸長した導電外被;狽びに前記外被の長
    さに沿つ工隔厘され、各々がその端部のみで前記外被の
    両側部に接続された平行導電梯子段の配列; から成る遅波回路であって; 前記梯子段の長さ方向及び前記軸方向にともに垂直な方
    向における前記梯子段の少なくとも1部の幅が、梯子段
    の長さの各よりも大きく、以て尚該回路の最低通過帯域
    の上方遮断周波数が前記軸方向における当該回路のイン
    ピーダンスの極に対応する; ことを特徴とする回路。 2、特許請求の範囲第1項に記載された回路であって: 前記回路の少なくとも1つの壁が、前記梯子段の少なく
    とも1つの端部付近における前記壁と前記梯子段との間
    の空間が前記梯子段の中央部付近に−おける前記壁と前
    記梯子段との間の空間よりも小さくなるように、形状づ
    けられ;以て前記最低通過帯域の基本波が後進波である
    ; ことを特徴とする回路。 3、%許請求の範囲第2項に記載された回路であって: 前記1つの壁と前記梯子段との間の空間が、前記軸方向
    に垂直なT字断面を有する、ところの回路。 4、特許請求の範囲第1項に記載された回路であって:
    さらに、 前記梯子段を整列して貫き、前記長さ方向に開路を形成
    するための1組の開口を有し;以て荷電粒子のビームが
    、当該回路との進行波相互作用のため当該回路を通過し
    得る、ところの回路。 5、特許請求の範囲第1項に記載された回路であって: 前記梯子段の少なくとも1つが、その中点付近の間隙に
    より1組の対向するポストへと分離されている、ところ
    の回路。 6、特許請求の範囲III、1項に記載された回路であ
    って: 前記梯子段の前記幅がその長さに沿って変化し;巨つ 前記長さ方向及び前記軸方向にともに垂直な前記の方向
    における最大厚さが、前記梯子段の前記端部付近にある
    ; ところの回路。 7、 軸方向に伸長した導電外被;並びに前記外被の長
    さに沿って隔置され、各々がその端部のみで前記外被の
    両側部に接続された導電梯子段の配列: から成る遅波回路であって: 前記梯子段の長さ方向及び前記軸方向にともに垂直な方
    向における前記梯子段の少なくとも1部の幅が、小さく
    とも当該回路の2つの最低周波数通過帯域を結合させる
    のに要する厚さぐらい大きい; ことを特徴とする回路。 8、特許請求の範囲第7項に記載された回路であって: 前記回路の少なくとも1つの壁が、前記梯子段の少なく
    とも1つの端部付近における前記壁と前記梯子段との間
    の空間が前記梯子段の中央部付近における前記壁と前記
    梯子段との間の空間よりも小さくなるように、形状づけ
    られ;以て一前記最低通過帯域の基本波が後進波である
    ; ことを特徴とする回路。
JP57130541A 1981-07-29 1982-07-28 広い梯子段を有する進行波管相互作用回路 Pending JPS5828159A (ja)

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US06/287,954 US4409518A (en) 1981-07-29 1981-07-29 TWT Interaction circuit with broad ladder rungs

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