JPS6217972Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、らせん形遅波回路を使用した進行波
管に関するものである。

進行波管は電子ビームの運動エネルギーを高周
波のエネルギーに変換することにより、高周波の
増幅を行うものであり、高い周波数の信号の増幅
に適しておりマイクロ波以上の高周波の増幅に広
く用いられている。特に遅波回路としてらせんを
用いたものは、広帯域の増幅が可能であるため最
も多く用いられている。

第１図は従来から用いられている、らせん形遅
波回路を使用した進行波管を示す図である。

電子銃１によつて形成された電子ビームは、ら
せん形遅波回路２の内を通過する間に、らせん形
遅波回路２を伝播する高周波との相互作用により
減速され高周波の増幅に寄与した後、コレクタ５
によつて捕集される。一方高周波は入力線３か
ら、らせん形遅波回路２に入力され電子ビームと
の相互作用により増幅されて出力線４より取り出
される。７はらせん形遅波回路２の回りに同軸的
に配置された電子ビーム集束用磁界装置である。

第２図は第１図のらせん形遅波回路２の断面を
示すものであ。２はらせん形遅波回路で金属線又
はテープをらせんにしたものが用いられる。

６は円筒形の金属製の真空外囲器であり、８
は、らせん形遅波回路２を真空外囲器内に同軸的
に支持固定するための絶縁棒である。

これらは寸法精度よく組立てられる必要がある
だけでなく、らせん形遅波回路２で発生する熱を
真空外囲器から外部へ効率よく伝導させる必要が
ある。これは高電力又は超高周波の増幅を行う場
合には、高周波損失や電子ビームの一部がらせん
形遅波回路に衝突して発生する熱量が大きくなる
ためとりわけ重要である。従つてこの様な場合に
は絶縁棒８には熱伝導にすぐれたセラミツク類が
又、真空外囲器６には、金属が用いられる。第２
図に示すような構造を有する進行波管では、より
高い周波数の信号の増幅を効率よく行うために
は、らせん形遅波回路２の径を小さくする必要が
ある。しかし、らせん形遅波回路２の径のみでな
く真空外囲器６の径も次の理由で小さくする必要
がある。

通常、らせん形遅波回路を有する進行波管では
らせんにそつて高周波が伝播するモードを利用し
て増幅を行うのであるが、らせん形遅波回路外径
と前記らせん形遅波回路をかこむ金属筒の内径と
の比が大きくなりすぎると、らせん形遅波回路を
内導体とし金属筒を外導体とする同軸線路を伝播
するTE₁₁モードが生じて、進行波管の増幅作用
に悪影響を及ぼす。これはとくに本来増幅しよう
とする周波数ｏ、又はその第２高調波２ｏの
TE₁₁モードの伝播があるとき顕著である。第３
高調波以上の周波数では、らせん形遅波回路上の
ロスが基本波に対して大きく、電子ビームとの相
互作用もおこりにくいので通常は問題にしなくて
すむ。

この現象を防止するには、金属性の真空外囲器
６の内径を小さくすればよい。しかし数10GHzの
高周波の増幅を行うためには、真空外囲器６の内
径は数ミリメートルになり、絶縁棒８が非常に細
くなつて強度が弱くなり、絶縁棒の製作、進行波
管の組立とも困難になる。

本考案の目的は以上の欠点をなくした、超高周
波の増幅を行う進行波管を得ることにある。

本考案によれば、外接する複数の絶縁棒によつ
て、細長い金属製の真空外囲器内に固定される、
らせん形遅波回路を有し、らせん形遅波回路と細
長い金属製の真空外囲器との間隔が、増幅すべき
信号の周波数をｏ、らせん形遅波回路の外半径
をＡ、光速度をＣで表記するとき ０．３４Ｃ／２ｏ−2A で得られる値より小さく、かつ複数の絶縁棒はら
せん遅波回路の中心軸に関する径方向の断面寸法
が ０．３４Ｃ／２ｏ−2A で得られる値より大きい
形状を 有し、かつ細長い金属製の真空外囲器の内面に
は、複数の絶縁棒の一部分が入るための溝が軸方
向に設けられていることを特徴とする進行波管が
得られる。

第２図において、金属製の真空外囲器６の内径
を徐々に小さくし、らせん形遅波回路２に近づけ
て行くとTE₁₁モードの伝播は低い周波数はカツ
トオフされる。前述した通り増幅しようとする周
波数ｏと第２高調波２ｏとのみを考えれば充
分であるので２ｏがカツトオフ状態になるまで
小さくすればよい。TE₁₁モードのカツトオフ周
波数ｃは次式で与えられる。

ｃ＝０．３４Ｃ／Ａ＋Ｂ ……(1) ここでＣは光速度、Ａはらせん形遅波回路の外
半径、Ｂは金属製真空外囲器の内半径である。

従つてｃ＞２ｏであれば、TE₁₁モードの
影響をなくすことができる。しかしｏが非常に
高い周波数になると絶縁棒８を非常に細くしなけ
ればならず、強度が弱くなり、絶縁棒の製作、進
行波管の組立ともに困難になることは前述した通
りである。例えば、周波数ｏが30GHz、出力
20Wのらせん形進行波管を作ろうとする場合、標
準的な設計においてはらせん電圧10KV、カソー
ド電流40mA、らせん形遅波回路２の外半径Ａは
0.6mm程度に選ばれる。このような進行波管に用
いられる絶縁棒として実用的に用いることができ
るものは直径１mm程度以上のものであり、これよ
りも細いものは強度が弱くて使用困難である。従
つて絶縁棒の直径を１mmとすると、前記のTE₁₁
モードのカツトオフ周波数ｃは、Ａ＝0.6mm、
Ｂ＝0.6＋１＝1.6mmを用いて(1)式からｃ＝46G
Hzとなる。このため第２の高周波（周波数は60G
Hz）がカツトオフされないので、進行波管の増幅
作用に悪影響を及ぼすことになる。

本考案は以上の欠点を改善し、非常に高い周波
数の信号の増幅が可能な進行波管を提供するもの
である。

第３図は本考案による進行波管のらせん形遅波
回路２に係る部分の断面図と、その金属製の真空
外囲器９のみをとり出した図である。９は本考案
の特徴となる金属製の真空外囲器で内面に絶縁棒
８の一部分が入る溝１０が設けられている。

さらに、らせん形遅波回路２と金属製の真空外
囲器９の前記溝１０以外の部分との距離Ｈはｃ
＞２ｏになる様に選ばれる。

すなわち(1)を変形し Ａ＋Ｂ＝０．３４Ｃ／ｃ さらにＢ−Ａ＝０．３４Ｃ／ｃ−2A Ｂ−Ａ＝Ｈおよびｃ＞２ｏを代入し Ｈ＜０．３４Ｃ／２ｏ−2A ……(2) Ｈをこの様に選ぶことにより、ｏと２ｏの
TE₁₁モードをカツトオフ状態にすることができ
安定な増幅を得ることができる。

また、絶縁棒８のらせん形遅波回路２の中心軸
に関する径方向の断面寸法Ｊは当然Ｈより大き
く、すなわち Ｊ＞０．３４Ｃ／２ｏ−2A ……(3) で与えられる。

一例として、前記の周波数ｏが30GHz、出力
20W、らせん形遅波回路２の外半径が0.6mmのら
せん形進行波管の場合、 Ｈ＜０．３４Ｃ／２_０−2A＝0.5mm＜Ｊ となり、Ｊは実用的な寸法１mmを選ぶことがで
きる。

以上の様に本考案を使用した場合、絶縁棒８の
太さを従来の技術を使用した場合に比較して、大
きくすることが可能で強度的に大幅な改良が得ら
れる。又本考案を使用した場合第２図に示した従
来の技術に比較し、絶縁棒８と金属製真空外囲器
９の接触面積が広くなり、熱伝導がよくなるため
らせん形遅波回路２の熱容量が大きくなつて、従
来より大電力の進行波管を得ることが可能にな
る。すなわち、らせん形遅波回路２においては伝
播する高周波損失による熱と、内部を通過する電
子ビームの一部がらせん形遅波回路２に衝突する
ことによる熱が発生し、管内真空度の劣化やらせ
ん形遅波回路２の溶断等の原因となり、高い周波
数の大電力進行波管を開発する上での障害となつ
ていたのであるが、本考案により従来より大電力
進行波管の開発が可能になつた。

以上の様に本考案によれば、超高周波の増幅を
行い、従来より大電力の出力を得るための進行波
管の組立を容易に行うことができる。

第３図においては、絶縁棒として円柱状のもの
を３本示したが、これは他の形状、例えば断面が
方形のものでもよくその場合は金属製真空外囲器
９の内面の溝１０の形状も、絶縁棒の形状に合わ
せて変えればよい。又絶縁棒の数も３本に限定す
る必要はなく４本以上使用する場合でも本考案は
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から用いられている、らせん形遅
波回路を有する進行波管を示す縦断面図で、第２
図は、そのらせん形遅波回路部の断面図、第３図
ａは本考案よる進行波管のらせん形遅波回路に係
る部分の断面図、第３図ｂは金属製の真空外囲器
の断面図である。 ２……らせん形遅波回路、８……絶縁棒、９…
…金属製真空外囲器、１０……外囲器の内面に設
けられた溝。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 外接する複数の絶縁棒８によつて、細長い金属
   製の真空外囲器９内に固定されるらせん形遅波回
   路２を有し、前記らせん形遅波回路２の外面と前
   記細長い金属製の真空外囲器９の内面との間隔Ｈ
   が、増幅すべき信号の周歩数を_０、前記らせん
   形遅波回路２の外半径をＡ、光速度をＣで表記す
   るとき、 ０．３４Ｃ／２_０−2A で得られる値よりも小さく、かつ前記複数の絶縁
   棒８は前記らせん形遅波回路２の中心軸に関する
   径方向の断面寸法Ｊが ０．３４Ｃ／２_０−2A で得られる値より大きい形状を有し、かつ前記細
   長い金属製の真空外囲器９の内面には、前記複数
   の絶縁棒８の一部分が入る溝１０が軸方向に設け
   られていることを特徴とする進行波管。