JPS6127035A - 電子ビームスクランブラ - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、電子ビームが、それらの運動エネルギの一部
を波動エネルギに変換する相互作用領域を通過した後に
、中空コレクタに入シ、拡張されてコレクタの内表面上
に集められる高出力マイクロ波管に関するものである。

関連する問題は、コレクタ表面全体で一様な熱の消散と
ならない点である。これはジャイロトロン管にお−ては
重大な問題である。

従来の技術 電子のいわゆる線形ビームを有するクライストロンや進
行波管のような管において、電子速度の方向は最初は軸
線と平行である。コレクタ社中空で、下流端において閉
鎖されたパケットである。

そのコレクタの内側にお（八では、ビームを一様なシリ
ンダ内に集束させつづけるために使用ｉれる軸線方向の
磁界は実質的に除去され、そのビーム紘自らの空間電荷
の相互斥力により広がり、コレクタ壁に衝突する。仮定
を単純化することによシ最も苛酷な動作状況下で、一様
な出力を消散させるようにコレクタを設計することは可
能である〇アール・ネルソン（Ｒ、Ｎｅ１ｓｏｎ　）に
よる米国特許第２．９２８，９７２号（１９６０年５月
１５日発行）にこのような設計が開示されてｈる。

米国特許第４，３８８，５５５号に開示のようなジャイ
ロトロン管において、相互作用をする電磁波は通常円形
ＴＢモードである。電磁波維持空胴及び出力導波管は、
円形対称ではないスプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）そ−
ドの励起を防止するために軸線に対して回転形状をして
いる。このようなジャイロトロンにおいて、ビームコレ
クタもまた、下流端において円形のセラミック真空窓を
有する出力導波愉である。

電子ビームは典型的には中空とな）、軸線方向の磁界に
よって誘道されながら軸線のまわシを回転する。コレク
タ領域において、この磁界線ゼロに減少し、ビームは回
転する電子の遠心力によって非常に伸張する。理論上は
、ビームの中心には電子は存在せず、従って窓に衝突す
るものはない。

しかし、実際には、中心方向の速度を有する電子やラン
ダムな方向を向いた高速の電子はしばしば窓に衝突する
。従来技術において、導波管を横断し、窓の上流側に横
磁界を形成し、これら不所望の電子を窓から遠ざけるよ
うに方向付けることは知られていた。それら電子の全て
が導波管−コレクタの同じ側面に向けられるため、その
側面上を不一様に過度に加熱するという問題が依然とし
である。

主流の中の電子はめる範囲内にある半径に集束される。

というのは、もともとのビームは円形電界が最も強い所
で相互作用をしである半径に集束されるからである。こ
の結果、コレクタ表面のある軸線方向の領域における衝
突密度は非常に高いものとなる。実除上は、前述の米国
特駐第２９２８９７２号に開示されたコレクタ表面を形
成して熱の消散を平均化することは行なわれていない。

コレクタと導波管との直径に変化を与えること、波動の
反射が生じた。また、コレクタの一部が非常に太きくな
ると、コレクタはスプリアス波動モードを維持する共振
空胴のように作動するからである。

発明の概要 本発明の目的は、コレクタの表面において改良された不
一様な電流遮断を行うビーム管を提供することである。

この目的は、ビーム軸を横切る電磁界成分をコレクタ内
に形成するための磁石をコレクタの入口近くに設けるこ
とによって成し遂けられる。一対の磁石が使用され、そ
れらはその軸線の両側に対置し、コレクタの全直径を横
切るよシ大きな横磁界を形成するために同じ方向に磁化
されているものである。二重螺旋の向い合った磁石もま
た軸線距離とともに回転する横磁界を形成するだろう。

実施例 第１図は基本的なジャイロトロン発振器を図示する。こ
のようなジャイロトロン管は高周波の非常に高い出力を
生成するものであシ、従って本発明を実施することによ
シその生成を援助することができるものである。ジャイ
ロトロンは、電子ビームがドリフト方向に平向な軸線方
向の磁界中で螺旋運動を行い、電磁波維持回路の電界と
相互作用をするマイクロ波管である。実際のマイクロ波
管中の電界線円形電界モードである。ジャイロトロンに
おいて、電磁波維持回路は、通常ＴＥｏｍ１で共振する
共振空胴である。

第１図のジャイロ・モノトロンにおいて、熱イオンカソ
ード２０が真空エンベロープの端部プレート２２上に支
持されている。端部プレート２２は、誘電体エンベロー
プ部材２６によって加速アノード２４へと密封されてい
る。次に、アノード２４は第二の誘電体部材３０によっ
て主ジャイロトロン管本体２８へと密封されている。動
作中において、カソード２０は、電源３２によってアノ
ード２４に関して負の電位に維持されている。カソード
２０は、放射内部ヒータ（図示せず）によって加熱され
る。熱電子は、同軸の円錐アノード２４の吸引′電界に
よってその円錐外側放出表面から引き出される。全構造
物は周囲を囲むソレノイド磁石（図示せず）によって形
成される軸線方向の磁界Ｈ中にある。電子の最初の放射
状の運動は、相互に反差する電界及び磁界によって、カ
ソード２０から遠ざかシ、磁力線のまわりに螺旋運動ｔ
し、中空ビーム３４が形成される。アノード２４は第二
の電源によって管本体に対して負の一位に保持され、ビ
ーム３４を軸線方向に史に加速する。カソード２０と管
本体２８との１−の領域において、磁界Ｈの強度は非常
に増加し、ビーム３４の直径を縮小させ、ｌた軸線方向
のエネルギ葡失って回転エネルギを増大させる。回転エ
ネルギは、回路の電磁波との有用な相互作用に関遅した
エネルギの一部分である□軸線方向のエネルギは、単に
ビ−ムを相互作用領域を通過させるにすぎない。

ビーム３４は、ドリフト管又は開口３８を通過し、ＴＢ
Ｏｍｌの動作周波数で通常共振する相互作用空胴４０へ
と移動する。磁界強度Ｈは、電子のサイクロトロン周波
数回転運動が空胴共振とほぼ同期するように調節される
。そして、電子は回転エネルギを円形電界に伝え、持続
した発振がセットされる。

空胴４０の出力端で、外側にテーパーの付けられた部分
が、出力エネルギを一様な導波管４６へと連結する。そ
の導波管４６は進行波を伝播するために共振空胴４０よ
シ大きな直径を有している。

空胴４０の出力の近くで、磁界Ｈは減少する。従って、
ビーム３４の直径は、広がる磁力線及び自己反発性空間
電荷の影響によシ広がる。次に、ビーム３４は、導波管
４６の内壁上に収集される。

その導波管４６はまたビームコレクタとして機能するも
のでもある。アルミナセラミック製の誘電体窓４８は導
波管４６を横切るように密封し、真空エンベロープを完
成する。導波管４６のコレクタ部分５０は、エネルギ消
散領域を増加させるために、電磁波を伝搬するのに必要
なものよシも大きいものである。導波管４６は、コレク
タ部分５０を過ぎた所からテーパーが付けられ出力窓４
８に至る。

本発明に従うと、磁石５２（好適には、永久磁力）が、
導波管４６のちょうど外側に支持され、軸線方向に垂直
に磁化され、軸線方向に垂直な磁界成分を形成する。第
二に、同様の磁石５４が磁力５２の向い側に配置され、
それは同じ方向に磁化されたものがよい。これら一対の
磁石は、コレクタの断簡全体にわたってより強い強度の
磁界を形成する。

第２図は、軸線方向の平面における磁束の磁力線を図示
する。磁束線５６は、磁石の平面近くで相互に近接し、
それによシ、磁界の横方向成分はその平面において全く
一様ではない。

第３図は、第２図に図示した部分の軸線に垂直な断面で
ある。磁石５２．５４は、その幅が広がシ強い磁界を形
成する。その磁界は軸線に垂直な平面にわたってあまシ
ネ一様となっていない０第４図は、第２及び第３図に示
すような対向した対の磁石の二組を、四重極を形成しな
いようにして、且つ電子ビームと連続的に相互作用する
ように軸線方向に配置した他の実施例を示す。二組台 の磁石は９０だけ軸線のまわシにずらして配置され、ビ
ームの異なる方位部分と強く相互作用する。

明らかに、よシ多くの磁石又は対の磁石を付加えること
ができる。

第５図は、磁石が二重螺旋となった二つの部材６２．６
４のように伸びた他の実施例を示す。伸長した部材６２
．６４は非磁性支持部材によって支持された列となった
個々の磁石で構成され、各々が軸線に向う方向に磁化さ
れている。他の実施は、磁粉が充填された可撓性プラス
チック部材のストリップを使用するものである。磁粉は
そのストリップの一つの表面に垂直な方向に全て磁化さ
れている。２つのス）　ＩＪツブは、二重螺旋となるよ
うにコレクタの外側表面上に巻き付けられている。２つ
のス）　ＩＪツブの対向した部分は、全コレクタの断面
にわたって横方向の磁界成分を形成するために同じ方向
に磁化されている。この磁界の成分は、ビームの全部分
が磁界を横切る同様の露出を受けるように、軸線方向の
距離にともなって回転するものである。この露出の軸線
方向の位置線ビームの一部の方位位置とともに変化する
。

そのスクランプリング（ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）磁石は
、それらの効果がその長さ大部分にわたっであるように
コレクタの入口の近傍に配置されているｏしかし、それ
らは、軸線方向下流に、ｌ、相互作用集束磁石の軸方向
漏れ磁束がその最大値の僅かな部分だけ減衰するのに十
分な距離をとって入口から遠ざけられている０ 簡単化された一例について計算を行ったＯ第６図は、磁
界が完全な円形対称でおるコレクタ中における電子軌線
の半径方向成分の計算したグラフである。その半径方向
成分は中に入ってきた電子の方位位置に独立である。軌
線７０は、円筒状相互作用空胴、７４の中で、緩やかに
成長する振幅で振動する。出力導波管７６は、進行出力
波。

を維持するために空胴７４よシも大きな直径へと徐々′
にテーパーが付けられている。この領域内で、空胴７４
内の強い（数キロガウス）軸線方向の相互作用場が減衰
する。選定された入口半径でもって入る電子は軸方向の
磁界によって逆に伸張するサイクロトロン軌道を有して
いる。導波管７６は全コレクタ７８０半径へと連続して
伸張する。選定された半径の全電子が同じ軸線方向の位
置８゜のところの壁にリング状となって衝突する。相互
作用空胴を通過する中空ビーム内の電子が狭い範囲の初
期半径を有することから、コレクタにおける消散は、は
とんどが位置８０の所でリング状に遮断され、他の所で
はほとんどない。ジャイロトロンが越えるような出力レ
ベルに対して、コレクタで高い消散が行われないことは
重大な問題となるＯ 第７人及び第７Ｂは、第６図に示すものと同じジャイロ
トロンではあるが、第５図の本発明であるスクランプリ
ング磁石によって生成される螺旋横磁界成分を加えた場
合における計算された電子軌線を示す。８個の電子の行
路がプロットされ、それらは全て第６図と同じ半径で、
そして相互に４５ずつずらした方位位置で開始する。こ
のような電子は異なる軸線方向の距離で樵方向の磁界の
中に入るので、行路は異なるものとなる。第７Ａ図は、
軸線方向に垂直な平面上に投射された運動のプロットを
示す。第７Ｂ図は、半径方向の運動のプロットを示す。

軸線方向の処断位置は、第６図の１つの位置８０に集中
する場合と異なシ最初の方位位置に依存して、かなシの
距離８２にわたって広がる。

当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内でいろいろ
な実施例をなすことができることは明らかである。例え
ば、コレクタ近傍の相互作用手段。

の下流にランダムに配置された横スクランプリング磁石
又は対置された対の磁石も満足のいく効果をもたらすだ
ろう。

上記例は、ＭＭ：明のためのものであシ、限定を行うも
のではない。本発明は特許請求の範囲及びこれらの法律
的同等物によってのみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施したジャイロトロン発振器の略
示縦断面図である。 第２図は、磁束ｄｅ示した第１図のジャイロトロン管の
一部を示す図である。 第３図は、勇１図のジャイロトロン管の横断面図である
。 第４図は、他の実施例の縦断面図である。 第５図は、更に他の実施例の縦断面図である○第６図は
、本発明以外のジャイロトロン発振器内における電子の
軌線のグラフでおる。 第７図は、本発明を加えた第５図のコ１／クタ内の電子
の軌線のグラフである。 〔主要符号の説明〕 ４０−一相互作用空胴 ４６−−導波管 ４８−一誘電体窓 ５２．５４−一磁石 ６２．６４−一磁石部材 手続補正書 昭和６０年７月つ０日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、　事件の表示　　昭和６０年　特　許　願　第１４
４８７５号２、　発明の名称　　電子ピームスクランブ
ラ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　　パリアン・アソシエイツ・インコーホレイ
テッド４、代理人 住　所　　　東京都港区西新ｆＧ１丁目６番２１号大和
銀行虎ノ門ビルディング ５、　　ｌｌｉ正命令の日付　　自　　発特許請求の範
囲 １、軸線方向に運動成分を有する電子ビームを伝播させ
る管であって、 ａ）真空エンベロープと、 ｂ）前記ビームを発注するカソード手段と、Ｃ）前記ビ
ームに電磁波を発生させるための相互作用手段と、 ｄ）前記電磁波を引き出すだめの出力窓手段と、 ｅ）前記ビームの少なくとも一部を取シ囲み、前記ビー
ムを遮断する、前記相互作用手段の下流に設けられたコ
レクタ手段と、 ｆ）前記コレクタ手段の内側表面上で、広が９をもった
不一様な電流の遮断を増加させるために前記ビームを分
散する手段であって、 該手段が、前記コレクタ内に前記軸線を横切る磁界成分
を形成するために配置される第１の磁石から成り、 前記成分が前記軸線と共軸な円上で不一様なものであシ
、 前記磁石が、前記コレクタの軸線方向の中央点と前記相
互作用の下流端との間で軸のまわシに配置されている、 ところの分散手段と、 から成る管。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された管でおって、 前記管がジャイロトロンであるところの管。 ３、特許請求の範囲第１項に記載された管であって、 前記磁石が永久磁石であるところの管。 ４、特許請求の範囲第１項に記載された管であって、 前記軸線に関して前記第１の磁石とほぼ反対側に位置し
、前記第１の磁石とほぼ同じ方向に磁化された第２の磁
石を更に含むところの管。 ５、％：許請求の範囲第４項に記載された管でろって、 向い合った第２の対になった磁石を更に含み、 前記第２の対になった磁石の各々が同じ方向に磁化され
、 前記第２の対になった磁石が、前記第１の対になった磁
石から軸線方向に離れ、且つ軸線について方位がずれて
いる、 ところの管。 ６、特許請求の範囲第５項に記載された管であって、 二重螺旋の経路上に配列された対の磁石を更に金砂、 前記螺旋の一方の上の磁石が前記軸線にほぼ向って磁化
され、 前記螺旋の他方の上の磁石が前記軸線からほぼ遠ざかる
ように磁化されている、 ところの管。 ７、特許請求の範囲第４項に記載された管であって、 前記第１及び第２の磁石が前記コレクタの外表面と合致
した連続ストリップであシ、前記第１のストリップが前
記軸線に向って磁化され、 前記第２のストリップが前記軸線から遠ざかるように磁
化されている、 ところの管。 ８、特許請求の範囲第７項に記載された管であって、 前記ス）　Ｉ）ツブが二重螺旋の要素を形成するところ
の管。 ９、特許請求の範囲第７項に記載された管でおって、 前記ストリップが、磁粉が充填された可撓性材料の帯で
あるところの管。 １０、特許請求の範囲第１項に記載された管であって、 前記電子を誘導するために前記相互作用手段に軸線方向
の磁界を印加する手段を更に含み、 前記磁石が、前記コレクタの入口近くであるが、前記軸
線方向の磁界が前記相互作用手段内で磁界の最大値の僅
かな一部だけ減衰するところで軸線のまわシの位置にあ
る、ところの管。 １１、　　特許請求の範囲第１θ項に記載された管であ
って、 前記一部分がｉ以下であるところの管。 １２、　　ジャイロトロン型マイクロ波管であって、ａ
）縦軸線にそった運動成分を有する電子ビームを生成す
る手段と、 ｂ）前記ビームにより電磁波を生成させるための相互作
用空胴手段と、 Ｃ）該相互作用空胴手段の前記ビームの下流にあって、
前記ビームの電子を遮断するためのコレクタ手段と、 ｄ）該コレクタ手段の下流端にあって、前記電磁波を引
き出すための窓中段と、 ｅ）前記ビームの電子を前記コレクタ手段に平均化して
横切るように分散させるため、前記コレクタ手段内に前
記軸線を横断する不一様な磁界を形成し、方向及び／又
は強度を変化する手段と、 から成るマイクロ波管。 １３、特許請求の範囲第１２項に記載されたマイクロ波
管であって、 前記磁界が前記軸線に平行な平面内において不一様な成
分を含むところのマイクロ波管。 １４、特許請求の範囲第１２項に記載されたマイクロ波
管であって、 前記磁界が前記軸線に垂直な平面内において不一様な成
分を含むところのマイクロ波管。 １５、特許請求の範囲第１２項に記載されたマイクロ波
管でおって、 前記磁界が前記軸線と同軸の円上で不一様な成分を含む
ところのマイクロ波管。　　　−１６、特許請求の範囲
第１２項に記載されたマイクロ波管でおって、 前記不一様な磁界を形成する手段が、前記コレクタ手段
に取シ付けられ、且つ前記軸線にはは垂直な方向に磁化
された第１の永久磁石手段を含むところのマイクロ波管
。 １７、特許請求の範囲第１６項に記載されたマイクロ波
管であって、 前記第１の永久磁石手段が前記軸線にほぼ横切るように
伸長しているところのマイクロ波管。 １８、特許請求の範囲第１７項に記載されたマイクロ波
管であって、 前記第１の永久磁石手段が前記ビームの直径のオーダー
の距離だけ横に伸長しているところのマイクロ波管。 １９、特許請求の範囲第１６項に記載されたマイクロ波
管であって、 前記不一様な磁界形成手段が、前記軸線に関して前記第
１の磁石手段と向い合って配置される第２の永久磁石手
段を含むところのマイクロ波管。 ２、特許請求の範囲第１２項に記載されたマイクロ波管
であって、 前記不一様な磁界形成手段が複数の永久磁石の対を含み
、 前記各磁石の対の一方が前記軸線に関して前記磁石の対
の他方と向い合って配置され、前記複数の磁石の対が二
重螺旋を画成するように配列されている、 ところのマイクロ波管。 ２１、　　特許請求の範囲第１２項に記載されたマイク
ロ波管であって、 前記相互作用手段に作用する前記軸線にそった軸線方向
の磁界を形成する手段によシ調整され、 前記ビームの電子が前記相互作用手段内で螺旋運動を行
う、 ところのマイクロ波管。 ２２、特許請求の範囲第２１項に記載されたマイクロ波
管であって、 前記不一様な横磁界形成手段が、前記軸線方向の磁界が
その最大値の僅かな一部だけ減衰するコレクタの一部に
前記横磁界を印加するところのマイクロ波管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸線方向に運動成分を有する電子ビームを伝播させ
   る管であつて、 ａ）真空エンベロープと、 ｂ）前記ビームを発生するカソード手段と、ｃ）前記ビ
   ームにより電磁波を発生させるための相互作用手段と、 ｄ）前記電磁波を引き出すための出力窓手段と、 ｅ）前記ビームの少なくとも一部を取り囲み、前記ビー
   ムを遮断する、前記相互作用手段 の下流に設けられたコレクタ手段と、 ｆ）前記コレクタ手段の内側表面上で、広がりをもつた
   不一様な電流の遮断を増加させ るために前記ビームを分散する手段であつ て、 該手段が、前記コレクタ内に前記軸線 を横切る磁界成分を形成するために配置 される第１の磁石から成り、 前記成分が前記軸線と共軸な円上で不 一様なものであり、 前記磁石が、前記コレクタの軸線方向 の中央点と前記相互作用の下流端との間 で軸のまわりに配置されている、 ところの分散手段と、 から成る管。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された管であつて、 前記管がジャイロトロンであるところの管。 ３、特許請求の範囲第１項に記載された管であつて、 前記磁石が永久磁石であるところの管。 ４、特許請求の範囲第１項に記載された管であつて、 前記軸線に関して前記第１の磁石とほぼ反 対側に位置し、前記第１の磁石とほぼ同じ方向に磁化さ
   れた第２の磁石を更に含むところの管。 ５、特許請求の範囲第４項に記載された管であつて、 向い合つた第２の対になつた磁石を更に含 み、 前記第２の対になつた磁石の各々が同じ方 向に磁化され、 前記第２の対になつた磁石が、前記第１の 対になつた磁石から軸線方向に離れ、且つ軸線について
   方位がずれている、 ところの管。 ６、特許請求の範囲第５項に記載された管であつて、 二重螺旋の経路上に配列された対の磁石を 更に含み、 前記螺旋の一方の上の磁石が前記軸線にほ ぼ向つて磁化され、 前記螺旋の他方の上の磁石が前記軸線から ほぼ遠ざかるように磁化されている、 ところの管。 ７、特許請求の範囲第４項に記載された管であつて、 前記第１及び第２の磁石が前記コレクタの 外表面と合致した連続ストリップであり、 前記第１のストリップが前記軸線に向つて 磁化され、 前記第２のストリップが前記軸線から遠ざ かるように磁化されている、 ところの管。 ８、特許請求の範囲第７項に記載された管であつて、 前記ストリップが二重螺旋の要素を形成す るところの管。 ９、特許請求の範囲第７項に記載された管であつて、 前記ストリップが、磁粉が充填された可撓 性材料の帯であるところの管。 １０、特許請求の範囲第１項に記載された管であつて、 前記電子を誘導するために前記相互作用手 段に軸線方向の磁界を印加する手段を更に含み、 前記磁石が、前記コレクタの入口近くであ るが、前記軸線方向の磁界が前記相互作用手段内で磁界
   の最大値の僅かな一部だけ減衰するところで軸線のまわ
   りの位置にある、 ところの管。 １１、特許請求の範囲第１０項に記載された管であつて
   、 前記一部分が１／１０以下であるところの管。