JPS61181027A - 交差電磁界増幅管 - Google Patents

交差電磁界増幅管

Info

Publication number
JPS61181027A
JPS61181027A JP61020035A JP2003586A JPS61181027A JP S61181027 A JPS61181027 A JP S61181027A JP 61020035 A JP61020035 A JP 61020035A JP 2003586 A JP2003586 A JP 2003586A JP S61181027 A JPS61181027 A JP S61181027A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
semiconductor
tube
secondary electron
gallium arsenide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP61020035A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0628138B2 (ja
Inventor
ジヨージ・エツチ・マツクマスター
ローレンス・ジエイ・ニコラス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Raytheon Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raytheon Co filed Critical Raytheon Co
Publication of JPS61181027A publication Critical patent/JPS61181027A/ja
Publication of JPH0628138B2 publication Critical patent/JPH0628138B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/32Secondary-electron-emitting electrodes

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)
  • Amplifiers (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】 (技術分野) 本発明は、一般には二次電子放出カソードに関し、史に
詳細には高電流密度を供給可能なカソードが必要な高電
力交差電磁界管における半導体二次電子放出カソードに
関する。
(背景技術) 従来の非常に薄い絶縁膜(フィルム)、例えばBばO,
AA!O及びMhoから作られる約50オングストロー
ムの厚さの二次電子放出カソードはトンネル作用により
増強された導電率を有する。従って、これらのカソード
は、そのフィルムを交差電磁界高電力管における二次電
子放出力ンードとして使用することを可能にする高電流
密度(約1〜10 A /rmr )を供給することが
できる。しかし、これらの薄膜は比較的短い時間で電子
衝舊によって浸食される。これらの薄膜は、例えば酸化
マグネシウムから成り、高電力管に適用する場合限定さ
れた寿命を有し、高電力で使用可能にするため製造する
とき管のガス放出に長い時間を必要とする。ガス放出の
問題を改善することなくカソードの寿命を長くするため
には、より厚い噂のカソードが望ましい。噂を厚くする
と、その膿の実効溝Xiに関する問題即ち嘆内に充電効
果をもたらし、非常に薄い絶縁陣から得られるよりも電
流密度が減少する。従来における厚い膜でより大きい導
電率を得るときの問題を解決する1つの試みは、絶縁嘆
に金属粒子を導入することである。その金属粒子は嘆材
料の導電率を改善する。しかし、二次市子放出比を非常
に低下させる。更に、金属粒子を加えることによって厚
さを少し増加させることができても、長寿命のカソード
に必要な条件に適合することは期待できない。
(発明の概要) 従って、本発明の目的は、高電流密度で動作することが
でき、その増強された導電率によってより厚いカソード
を使用して長寿命を達成した二次電子放出カソードを提
供することである。更に本発明の目的は、昼電力の父差
電磁界真空管に使用するとき受ける市、子衝隼に耐える
二次電子放出カソードを提供することである。
本発明の1つの特徴は、半導体カソードを使用して構成
された管のガス放出時間は従来のカソードに比較して小
さくなる。その理由は、酸化薄膜カソードと違って半導
体カソードには酸素がないからである。本発明の他の特
徴は、不発明の管のパルス動作において、出力パルスの
立上り時間が速(、数ナノ秒の精度の機器で測定したと
ぎパルスの前縁のジッタが認められないことである。
本発明によれば、前述の従来技術における問題は解消さ
れ、更に、本発明による二次宵、子放出半導体カソード
及び管によって他の利点が与えられる。不純物をドープ
した砒化が゛リウム半導体は、真性な砒化ガリウムより
も導電性か高く、大きい平均電流及びピーク電流で動作
する普電力交差電磁界増幅管においてカソードとして組
込まれるとき、従来の二次電子放出力ンードよりも性能
が良いことがわかった。砒化ガリウムのカソードによれ
ば、従来の二次電子放出力フードを有する交差電磁界増
幅管よりも逐い立上り時間及び前縁のジッタが非常に減
少した高周波出力パルスを供給する。
(実施例の説明) 本発明を以下実施側に従って詳細に説明する。
半導体カソード11を含む交差電磁界増幅管10が第1
図の一部断面一部分解図に示される。管10は入力導波
管13及び出力導波管14を有するアノード12を含ん
でいる。そのアノードは、上部壁16及び下部壁17に
よって形成される空胴15.外壁18、管の中心軸19
0に平行に伸びる羽根(ベーン)28から成る。ベーン
28は、また半径方向に伸び、その端部で上部壁16及
び下部壁17に取りつけられる。
各ベーン28は半径方向に伸びるタブ19を有スる。
タブ19は隣接のベーン28では相互に縦方向にずれて
おり、父互のベーンが各タブを同じ縦方向平面に有する
。モード抑制リング加は、相互に縦方向にずれてタブ1
9の縦方向変位と一致し、夫々の平面でタブに取り付け
られる。リング加の各々は夫々人力導波管13及び出力
導波管14間の領域にギャップ(図示せず)を有する。
第1図に分解して示される導波管13.14は空胴15
の壁18の開口21゜22に夫々接続される。各導波W
13.14は夫々インピーダンス整合ウェッジ131.
 141を有している。
そのウェッジは他の形、例えば当業者に周知の階段状リ
ッジとすることができる。各ウェッジ131゜141は
導線132. 142によって第2図のモード抑制リン
グ加、、20.の夫々に電気的に接続される。
別の導線133. 143は導波管13.14と他のリ
ング202.20.の夫々の間に接続される。’1fl
Oは真空にされるので、各導波管は第2図に示すような
真空シール134を設けている。空胴15の上部壁16
及び下部壁17は、それらにプレイズ溶接される磁気構
造体23.24を有し、磁石(図示せず)に接続される
とき縦方向の磁界を供給する構造を設けている。磁気構
造体23は、軟鉄円板233にプレイズ溶接される2つ
の円形鋼板231. 232から成る。
磁気構造体23の中央開口から伸びて出ている真空管2
34は組立てた管の排気後にシールされる。
磁気構造体24は、円形鋼板241.242及び円板2
43を有し、空胴15の下部壁17に取りつけられる。
磁気構造体24は中央に穴を有し、その穴をカソード支
持パイプ25が通っている。円板26は構造体24の下
方鋼板241と高電圧絶縁体27との間に真空シールを
形成する。絶縁体27は、またカソード支持パイプ25
に真空絶縁シールで結合される。このようにして、第2
図に示される管10は真空に耐える構造となる。
カソード構造体11は前述したカソード支持パイプ25
を有し、そこに上部壁290及びIf部壁295を有す
る円筒スプール29が取りつけられ、それらの壁の端部
291は円筒壁292を越えて伸び、そこに二次電子放
出半導体カソード材293が収容される凹部を形成する
。スプール29は壁292及びパイプ25の間に領域2
94を有し、そこにはカソードを水冷するための水が満
たされる。冷却のための水は、入口バイブ251かも入
り、パイプ25の内部を通って出口ポート253に至っ
て、そこで領域294を漢だす。領域294内の水は、
出口バイブ255を有するパイプ254の内部に接続さ
れるポート252からパイプ255を通して出る。パイ
プ25はネジを切った端部256及び係合ナツト257
を有し、そこに高電圧電源(図示せず)の負端子が取り
つけられ、アノード12はグランドに接続される。
マイクロ波空胴15の外壁18の周囲には同心の壁30
が設けられ、この壁は空胴15の上部壁16及び下部壁
17の延長部と共に室31を形成し、その室に水32が
流れアノード12を冷却する。ポート33゜34は室3
1への入口となり、そこから水が入りそして出る。
交差電磁界管10は第1図には磁石な七で示されるが、
その磁石は相互作用領域35に縦方向磁界を供給するた
めに必要であり、その相互作用領域はカソードの二次電
子放出材293とベ一728との間に位置する。その磁
石はN極面及びS極面が磁気構造体23 、24の凹部
235及び236に夫々すべり込まされる。
第2図に示される管10の断面は管10のある物像につ
いては第1図よりも明瞭に示している。第2図は第1I
¥1の線2−2から断面を示す。第2図は導波管13の
端部の真空シール134を示している。
インピーダンス整合ウェッジ131はモード抑制リング
20.に導線132によってw、続される。他のリング
202は導線133によって導波管13の壁にi続され
、導波管は空胴15の壁18で終端する。
第3図は、従来開示された幾つかの半導体についての照
射−次電子エネルギ(ボルト)の関数としての二次電子
放出比の曲線を示す。曲N50.51及び52は夫々砒
化ガリウム、硫化カドミウム及びテルル化カドミウムに
ついての二次電子放出比を表わす。そのドーピング・レ
ベルは、たとえあるとしても、発明者にはわかっていな
い。この学術的に興味のある現象は前述した以外の半導
体についても生じるかもわからない。しかし、従来にお
いては、材料の二次電子放出比特性以外の因子が非常に
重要である交差電磁界管において半導体が二次電子放出
カソードとして有用であるかもしれないという示唆はな
かった。即ち、高電力交差電磁界増幅管に二次電子放出
カソードとして使用される半導体カソードは、高い二次
電子放出比に加えて、長寿命のために比較的厚く、そし
て高電力交差電磁界管に必要な電流レベルのために高電
流密度を供給可能でなくてはならない。半導体カソード
は、また電子による衝撃の下で管内に要求される真空が
カソードの半導体材料の蒸発によって汚染されないよう
に低い蒸気圧を有しなければならない。更に、半導体カ
ソードは、カソードに戻されて二次電子放出を生じさせ
る高エネルギ電子による衝撃に起因する浸食に長い時間
耐え得る(従って厚さの条件)ものでなければならない
故に、常に1よりも大きい二次χ子放出比を有するだけ
の側斜では高電力交差電磁界増幅管にカソードとして有
用であるとは必ずしも言えない。
ドーピングされた砒化ガリウム半導体カソードを有する
交差電磁界増幅管の電圧、電力出力及び効率を夫々第4
A図、第4B図及び第4C図に示す。約4インチ(1,
91CIFT)の直径、5インチ(1,596In)の
長さ、50オングストロームの厚さのカソードに対して
カソード材料293から所望のカソード電流を得るため
には、真性半導体を通常のドーピング材でドーピングし
てその半導体に充分な導電率をもたらして、要求される
電流密度に必要な電子数を供給する必要がある。第4A
〜4C図の実験データは、前述の寸法で1crI当り1
0  ホールのp形ドーピング濃度な有するカソードに
よって得られた。図示の電流よりも大きな電流が達成さ
れた。しかし、p形ドーパント及びN形ドーパントによ
る他のドーピング・レベルでも、カソード材料及びその
厚さに対して必要となる電流密度によっては充分機能す
る。半導体、ドーパント及びドーピング濃度の選択は、
許容可能な蒸気圧、衝撃耐性及び必要とする電流密度に
よっである税度決定される。
カソード材料293の厚さを増加すれはカソードの寿命
は長くなるが、50オングストロームの厚さの砒化ガリ
ウム・カソードの寿命は実験的には決定できなかった。
このカソード材料において、導電率は許容可能な厚さ、
従って管の寿命に対する制限とはならず、500,00
0オングストロームの岸さが適当である。この砒化ガリ
ウムのカソードは、従来のM、POカソードの管よりも
出力パルスの立上りが非常に速く、前縁のジッタが非常
に小さい。半導体カソードの低いクロス・オーバ値(約
加ボルト)は小さいジッタの開始に寄与している。本発
明の半導体カソードの他の利点は、従来のカソードに比
較して高い二次電子放出が従来の同じ大きさのカソード
の管から得られるよりも高いパルス化電力を可能とする
ことである。従って、従来の犬ぎな管からの出力と園じ
出力がより小さい管で得られることができる。所定のレ
ベルの出力電力を供給するのにより小さいサイズの管を
使用する利点は、相互作用空間35のより小さいサイズ
でモード干渉が小さくなることである。
本発明の実施態様の一例を次に示す。
(1)二次電子放出カソードを有する形式の交差電磁界
管であって、 前記カソードに近接する遅波構造を有し、該遅波構造と
前記カソードとの間に相互作用空間を形成するアノード
と、 前記遅波構造に尋続され、前記管の入力及び出力に結合
される導波管装置と、から構成され、前記カソードが1
よりも大きい二次電子放出比を有する半導体から成る交
差電磁界管。
(2)前記管が増幅管で、導波管装置が前記アノード遅
波構造に接続される入力導波管及び出力導波管から成る
、第1項記載の交差電磁界管。
(3)前記半導体カソードがその導電率を上昇させるド
ーピング材を含む第2項記載の交差電磁界管。
(4)前記ドーピング材がp形材料である第3項記載の
交差電磁界管。
(5)前記ドーピング材がn形材料である第3項記載の
交差電磁界管。
(6)前記半導体材料が砒化ガリウム、硫化カドミウム
及びテルル化カドミIウムから成るグループから選択さ
れる第3項記載の交差電磁界管。
け)前記半導体材料がp形砒化ガリウムである第4項記
載の交差電磁界管。
(8)前記p形砒化ガリウムが10  ホール/dのド
ーピング濃度を有する第7項記載の交差電磁界管。
本発明を好適実施例に従って説明したが、本発明の範囲
内で仙の実施例が可能であることは当業者には明らかで
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のカソードを含む交差電磁界増幅管の一
部断面、一部分解した等角投影図である。 第2図は第1図の増幅管の線2−2からの断面図である
。 第3図は幾つか半導体材料の二次電子放出比を示す。 第4A、4B及び40図は本発明により製造された交差
電磁界増幅管の性能曲線を示す。 (符号説、明) 10:交差軍磁界増幅器 11:半導体カソード12ニ
アノード     13:入力導波管14:出力導波管
    15:空胴 (外5名)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)1よりも大きい二次電子放出比を有する半導体か
    ら成る半導体カソード。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載のカソードにおいてそ
    の導電率を上昇させるドーピング材を含む半導体カソー
    ド。
  3. (3)特許請求の範囲第2項記載のカソードにおいて前
    記ドーピング材がp形材料である半導体カソード。
  4. (4)特許請求の範囲第2項記載のカソードにおいて前
    記ドーピング材がn形材料である半導体カソード。
  5. (5)特許請求の範囲第2項記載のカソードにおいて前
    記半導体材料が、砒化ガリウム、硫化カドミウム及びテ
    ルル化カドミウムから成るグループから選択される半導
    体カソード。
  6. (6)特許請求の範囲第3項記載のカソードにおいて前
    記半導体材料がp形砒化ガリウムである半導体カソード
  7. (7)特許請求の範囲第6項記載のカソードにおいて前
    記p形砒化ガリウムが10^1^9ホール/cm^3の
    ドーピング濃度を有する半導体カソード。
JP61020035A 1985-02-01 1986-01-31 交差電磁界増幅管 Expired - Lifetime JPH0628138B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/697,540 US4677342A (en) 1985-02-01 1985-02-01 Semiconductor secondary emission cathode and tube
US697540 1985-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61181027A true JPS61181027A (ja) 1986-08-13
JPH0628138B2 JPH0628138B2 (ja) 1994-04-13

Family

ID=24801509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61020035A Expired - Lifetime JPH0628138B2 (ja) 1985-02-01 1986-01-31 交差電磁界増幅管

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4677342A (ja)
JP (1) JPH0628138B2 (ja)
DE (1) DE3603149A1 (ja)
GB (1) GB2170648B (ja)
NL (1) NL8600235A (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4763043A (en) * 1985-12-23 1988-08-09 Raytheon Company P-N junction semiconductor secondary emission cathode and tube
US4894586A (en) * 1988-02-18 1990-01-16 Litton Systems, Inc. Crossed-field amplifier bias circuit and method for improved starting
US4814720A (en) * 1988-05-17 1989-03-21 Guilford R. MacPhail Low noise crossed-field amplifier
US4831335A (en) * 1988-05-17 1989-05-16 Litton Systems, Inc. High gain miniature crossed-field amplifier
US5196765A (en) * 1988-07-05 1993-03-23 Raytheon Company High RF isolation crossed-field amplifier
US5159241A (en) * 1990-10-25 1992-10-27 General Dynamics Corporation Air Defense Systems Division Single body relativistic magnetron
US5162698A (en) * 1990-12-21 1992-11-10 General Dynamics Corporation Air Defense Systems Div. Cascaded relativistic magnetron
US5348934A (en) * 1991-09-09 1994-09-20 Raytheon Company Secondary emission cathode having supeconductive oxide material
US5327094A (en) * 1992-12-11 1994-07-05 Litton Systems, Inc. Jitter suppression in crossed-field amplifier by use of field emitter
US5874806A (en) * 1996-10-02 1999-02-23 Litton Systems, Inc. Passive jitter reduction in crossed-field amplifier with secondary emission material on anode vanes
RU2183363C2 (ru) * 1998-01-08 2002-06-10 Махов Владимир Ильич Свч-прибор м-типа

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5128477A (ja) * 1974-09-03 1976-03-10 Murata Manufacturing Co

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3096457A (en) * 1959-03-31 1963-07-02 Raytheon Co Traveling wave tube utilizing a secondary emissive cathode
US3036234A (en) * 1959-09-28 1962-05-22 Bell Telephone Labor Inc Electron discharge devices employing secondary electron emission
US3223882A (en) * 1961-03-24 1965-12-14 Gen Electric Traveling wave electric discharge oscillator with directional coupling connections to a traveling wave structure wherein the number of coupling connections times the phase shift between adjacent connections equal an integral number of wavelengths
US3255422A (en) * 1962-08-07 1966-06-07 Sfd Lab Inc Pulsed crossed-field devices
GB1023257A (en) * 1963-08-30 1966-03-23 Rauland Corp Photoemissive device
US3364367A (en) * 1963-12-12 1968-01-16 Westinghouse Electric Corp Solid state electron multiplier including reverse-biased, dissimilar semiconductor layers
US3478213A (en) * 1967-09-05 1969-11-11 Rca Corp Photomultiplier or image amplifier with secondary emission transmission type dynodes made of semiconductive material with low work function material disposed thereon
GB1233721A (ja) * 1968-05-10 1971-05-26
US3611077A (en) * 1969-02-26 1971-10-05 Us Navy Thin film room-temperature electron emitter
US3596131A (en) * 1969-05-29 1971-07-27 Varian Associates Cathode secondary emitter for crossed-field tubes
DE2120235C3 (de) * 1971-04-24 1979-09-06 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Vorrichtung zum Vervielfachen von Elektronen
US3699401A (en) * 1971-05-17 1972-10-17 Rca Corp Photoemissive electron tube comprising a thin film transmissive semiconductor photocathode structure
GB1446592A (en) * 1973-01-09 1976-08-18 English Electric Valve Co Ltd Dynode structures
JPS5173377A (ja) * 1974-11-18 1976-06-25 Rca Corp
GB1533657A (en) * 1974-12-17 1978-11-29 Mullard Ltd Electronic solid state devices
US4019082A (en) * 1975-03-24 1977-04-19 Rca Corporation Electron emitting device and method of making the same
CA1033461A (en) * 1975-08-07 1978-06-20 Her Majesty In Right Of Canada As Represented By Atomic Energy Of Canada Limited High power doubly strapped vane type magnetron
JPS52122463A (en) * 1976-04-05 1977-10-14 Rca Corp Electron emitting electrode
US4087718A (en) * 1976-05-06 1978-05-02 Varian Associates, Inc. High gain crossed field amplifier
US4200821A (en) * 1977-03-17 1980-04-29 Massachusetts Institute Of Technology Relativistic electron beam crossed-field device
FR2506518A1 (fr) * 1981-05-20 1982-11-26 Labo Electronique Physique Structure multiplicatrice d'electrons comportant un multiplicateur a galettes de microcanaux suivi d'un etage amplificateur a dynode, procede de fabrication et utilisation dans un tube photoelectrique
US4410833A (en) * 1981-06-02 1983-10-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Solid state magnetron
FR2507386A1 (fr) * 1981-06-03 1982-12-10 Labo Electronique Physique Dispositif semi-conducteur, emetteur d'electrons, dont la couche active possede un gradient de dopage

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5128477A (ja) * 1974-09-03 1976-03-10 Murata Manufacturing Co

Also Published As

Publication number Publication date
DE3603149A1 (de) 1986-08-07
GB8601496D0 (en) 1986-02-26
US4677342A (en) 1987-06-30
GB2170648A (en) 1986-08-06
JPH0628138B2 (ja) 1994-04-13
GB2170648B (en) 1989-07-26
NL8600235A (nl) 1986-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leung et al. Optimization of permanent magnet plasma confinement
Cuomo et al. Hollow‐cathode‐enhanced magnetron sputtering
JPS61181027A (ja) 交差電磁界増幅管
Labuda et al. Continuous-duty argon ion lasers
US4645978A (en) Radial geometry electron beam controlled switch utilizing wire-ion-plasma electron source
Shimokawa High‐power fast‐atom beam source and its application to dry etching
US10403466B1 (en) Low sputtering, cross-field, gas switch and method of operation
US2411601A (en) Electronic discharge device
Hernqvist et al. Construction of long life argon lasers
Miller Pulse shortening in high-peak-power reltron tubes
US5348934A (en) Secondary emission cathode having supeconductive oxide material
Peard et al. Comparison of Cu-II 781 nm lasers using high-voltage hollow-cathode and hollow-anode-cathode discharges
US3376463A (en) Crossed field microwave tube having toroidal helical slow wave structure formed by a plurality of spaced slots
US3789310A (en) High-emission cold cathode
EP0227463B1 (en) Secondary emission cathode and tube
US3814972A (en) Triode electron tube with segmented cathode and vane grid
Hansen et al. Improvement of beam-tube performance by collector-potential depression, and a novel design
KR20010033986A (ko) M-형태의 마이크로파 장치
JP2657909B2 (ja) 気体放電閉路スイッチ
Belchenko et al. Negative hydrogen ion production in the hollow cathode Penning surface‐plasma source
US6984940B2 (en) Electronic tube with simplified collector
Imura et al. Electron gun design for traveling wave tubes (TWTs) using a field emitter array (FEA) cathode
McMahan ANODIC‐BORE ION LASER TUBE
US3274431A (en) Crossed field high frequency electron discharge apparatus
US4469982A (en) Electron-beam tube